Дизельное топливо – маслянистая, подвижная, прозрачная жидкость желтовато-коричневого оттенка со слабым характерным запахом. Состав его довольно сложен – в него входят предельные и непредельные, а так же парафиновые и ароматические углеводороды и некоторые примеси, в числе которых водород, азот, кислород и сера в виде химических соединений. В дизельном топливе присутствуют также и специальные добавки, посредством которых задаются необходимые параметры: цетановое число, кинематическая вязкость, температуры помутнения и застывания, а также многие другие. Перед поступлением в продажу дизельное топливо подвергается всесторонним лабораторным исследованиям с целью определения соответствия фактических параметров нормативным. Результат удостоверяется документом, прикладываемым к каждой партии.
Область применения дизельного топлива широка и не заканчивается использованием в качестве горючего для двигателей. Транспортные и стационарные газотурбинные установки самого различного назначения, котельные, химическая и кожевенная промышленность также не могут обойтись без этого продукта. Применяется дизтопливо и в металлообработке в качестве компонента смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), а также как химреагент при поверхностном цементировании и закалочная среда при термообработке стали.
Дизельные топлива, цены которого не слишком сильно отличаются от бензина, тем не менее, являются весьма экономичным видом горючего. Они позволяют осуществить дизельный цикл, при котором расход топлива на единицу произведенной работы оказывается значительно выше, чем у карбюраторного: от 1,3-1,5 раза на режимах полной мощности до 3 и более раз при частичной загрузке двигателя. Насколько это актуально при городском цикле езды, объяснений не требует.
Мы продаем дизельное топливо не только для автомобильного транспорта. Значительные объемы его приобретаются железной дорогой и флотом, где оно используется не только в качестве горючего для дизелей, но и для комбинированных силовых установок и мощных быстроходных турбин, в том числе и паровых, сохранившихся до сих пор на некоторых военных кораблях. Везде найдется применение дизельному топливу!
Техника не стоит на месте – карбюраторные двигатели медленно, но верно уходят в прошлое, уступая место надежным и экономичным дизелям. Такая «смена приоритетов» вовсе не случайность. Широкое распространение последних сдерживалось, по сути, только отсутствием доступных и относительно недорогих, но при этом прочных и термостойких материалов, а также серийных технологий их обработки. Решение этих задач позволило перевести легкий быстроходный дизель из разряда дорогого эксклюзива в доступную и практичную машину, оснастив им не только водный и железнодорожный, но и автомобильный транспорт.
С другой стороны, невозможно дальше разбрасываться таким ценным природным сырьем, каким являются легкие углеводородные фракции, используемые для производства бензина. Содержание их в нефти относительно невелико и по сравнению с долей сырья, пригодного для переработки в дизельное топливо, составляет всего лишь 17-32%.
В условиях природного дефицита полезных ископаемых переход на более тяжелые сорта горючего неизбежен и является только вопросом времени. Таким образом, реального конкурента дизтопливу пока нет. И в ближайшем будущем не предвидится.
Важнейшие характеристики дизельного топлива
Как и у любого горючего, несколько основных характеристик дизельного топлива определяют его качество и предназначение – например, для использования в быстроходных, среднеоборотных или тихоходных дизелях, либо при различных температурах воздуха.
Одним из самых главных показателей дизтоплива является его цетановое число. Говоря проще, это число характеризует способность дизельного топлива, впрыснутого под высоким давлением в камеру сгорания, воспламеняться моментально, без длительной задержки. Чтобы как-то измерить эту способность, ее сравнивают с таковой у некой эталонной смеси двух веществ, обладающих противоположными свойствами: цетана, воспламеняющегося почти мгновенно, и α-метилнафталина, у которого период задержки максимален. Соответственно, численные значения данного параметра условно равны у этих веществ 100 и 0 единицам, а идентичность свойств конкретного дизтоплива и эталонной смеси с заданным содержанием цетана в объемных процентах служит основанием для определения его цетанового числа. Этот показатель топлива дизельного является весьма и весьма важным, в особенности для среднеоборотных и быстроходных дизелей. Он определяет скорость нарастания давления в камере сгорания, а от нее в конечном итоге зависит и экономичность, и ресурс, и многие другие эксплуатационные показатели двигателя. Оптимальное значение цетанового числа находится в пределах 40-50 единиц.
Цетановый индекс, в отличие от цетанового числа, характеризует способность к воспламенению не готового дизельного топлива, а лишь его углеводородной основы. К сожалению, добиться приемлемого значения этого показателя в условиях высокой быстроходности современных дизельных двигателей и значительных давлений циклов сжатия и сгорания без применения специальных присадок не представляется возможным. В этом качестве применяются соединения на основе азота, синтин, а также некоторые разновидности углеводородных перекисей. Но высокое содержание этих веществ неблагоприятно влияет на основные компоненты дизельного топлива и, как следствие, на его свойства. Поэтому предпочтительнее добиваться повышения цетанового числа за счет высокого содержания в углеводородной основе парафинов и, наоборот, снижения доли нафтеновых и ароматических соединений.
Фракционный состав. Для краткости можно сказать, что чем больше содержание легких фракций, тем выше качество дизтоплива. В качестве критериев оценки выбраны процентные пороговые значения содержания компонентов, перегоняющихся при определенных температурах, равные 10%, 50% и 95%. По мере возрастания качества, к примеру, на втором пределе температура для различных сортов дизельного топлива снижается от 280 до 255ºС, а на третьем с 360 до 330ºС.
Массовая доля серы. Сера – однозначно вредный элемент, минимального содержания которого необходимо добиваться всеми возможными способами. Помимо чрезвычайно неблагоприятного с точки зрения экологии выхлопа эта примесь в дизтопливе приводит к образованию как сернистых соединений, так и серной кислоты в чистом виде. Негативное воздействие этих веществ на детали двигателя в пояснениях не нуждается…
Кинематическая вязкость и смазывающая способность дизтоплива. По мере увеличения вязкости дизельного топлива в известных пределах повышается и его способность смазывать трущиеся поверхности, сводя до минимума их износ. Но одновременно растут и механические нагрузки деталей дизеля, особенно кулачковых валов и плунжерных пар ТНВД, а также штоков и запорных игл форсунок, что неблагоприятно влияет на их ресурс.
Чрезмерная вязкость дизельного топлива также препятствует качественному распылению его в цилиндрах двигателя, приводя к неполному сгоранию и, как следствие, к потере мощности и снижению экономичности.
Значение цетанового числа дизельного топлива
Что такое октановое число знает каждый, кто общается с автомобилями, катерами и вообще со всем тем, что имеет внутри бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Человек неискушенный в технике заметит, что «92-й» или «95-й» бензин намного «лучше» марки А-76 хотя бы потому, что его дорогой автомобиль, заправленный таким топливом, сразу станет слабым и немощным, 
будет чихать и плеваться дымом, но моментально обретет вновь свои качества при работе на высокооктановом горючем. Более же грамотный автомобилист, водномоторник или мотоциклист скажет, что октановое число бензина примерно отражает допустимую степень сжатия двигателя, способного полноценно работать на данной марке топлива.
Определение «полноценно работать» в данном случае означает отсутствие детонационного или взрывообразного сгорания в цилиндрах двигателя. Повышение степени сжатия, необходимое для достижения больших мощностей и приемлемой по сегодняшним меркам топливной экономичности имеют также и негативные последствия. Максимальные давления сжатия и сгорания неотвратимо растут, что приводит к расщеплению молекул топлива в цилиндрах двигателя и образованию большого количества свободных радикалов, действие которых при сгорании напоминает эффект, производимый взрывчатыми веществами.
Совершенно аналогичную природу имеет и процесс взрывного горения, происходящего в двигателях при работе их на топливе - дизельном, имеющем недостаточно высокое цетановое число. Как известно, этот показатель характеризует так называемый период задержки воспламенения или временной промежуток между началом подачи дизтоплива и началом его горения.
Как было бы здорово, если бы топливо реагировало с кислородом воздуха по мере его подачи! И двигатель работал бы мягко, и нагрузки на поршни и кривошипно-шатунный механизм снизились бы, да и ресурс дизеля подрос бы весьма ощутимо. Так оно и происходит в малооборотных дизелях, где времени на процесс сгорания отведено более чем достаточно, а температура и давление в цилиндре относительно невысоки. Закон нарастания давления здесь плавный, новые порции дизельного топлива, подающиеся в уже развившийся фронт пламени, сгорают немедленно в момент поступления, поэтому детали двигателя не испытывают ударных нагрузок. Становится ясно, почему требования к цетановому числу в этом случае не слишком велики.
Совершенно иные условия имеют место в быстроходном двигателе, поэтому, прежде чем покупать дизельное топливо для него, цетановым числом следует поинтересоваться обязательно. 50-60 оборотов в секунду, совершаемые коленчатым валом современного автомобильного дизеля, оставляют на полный цикл сгорания лишь ничтожные мгновения. Минимальный период задержки воспламенения приобретает в этом случае огромное значение. Микроскопические частицы дизельного топлива, оказываясь в сжатом раскаленном воздухе, проходят несколько периодов горения, первым из которых является беспламенное окисление. Именно в это время и образуется «взрывчатка» – разветвленные и подвижные свободные радикалы. Между тем новые порции дизтоплива продолжают поступать в цилиндр, горючий материал накапливается и, в конце концов, следует взрыв…
И так раз за разом, до бесконечности, пока двигатель не выйдет из строя или не будет остановлен. Но не все, разумеется, так уж фатально, защита от этой неприятности есть. Нужно лишь сократить время накопления первичных порций дизельного топлива, не дать развиться ударной волне в камере сгорания дизеля. Тогда задача будет решена. Средство для этого состоит в обеспечении необходимого цетанового числа – при помощи соблюдения оптимального фракционного состава дизтоплива и наличия в нем специальных топливных присадок.