BB00.40-P-0131-00A
柴油发动机的燃油
表 131.0
型号
所有 (Smart, UNIMOG, 客车, 小轿车, 越野车, 轻型厢式货车, 载重汽车, 重型厢式货车)
柴油燃料的供应和品质是柴油发动机运转的尤为必要的前提条件. 为确保无故障运转, 燃料与发动机在技术方面必须相互兼容. 燃油应随时随地都能以低成本供应并易于获得.
梅赛德斯-奔驰柴油发动机必须使用符合相应国家和国际要求 (欧洲为 EN 590 标准) 的柴油燃料.
传统柴油燃料
传统柴油燃料为碳氢化合物, 已使用多年现在用于快速运转柴油发动机, 在精炼厂的分离原油蒸馏 (180 °C 至 360 °C) 过程中生成. 这些碳氢化合物具有可自然展示出各种性能的不同分子结构.
柴油燃料的化学结构
由多种类型的四价碳 C 和单价氢 H 构成化合物. 存在直链和分为不同水平的支链以及各种环状系统, 它们可能饱和, 也可能不饱和, 多重键的数量也不相同.
烷烃是链状饱和烃, 通式为 C
n
H
2n+2
. 其也被称为石蜡, 且是柴油燃料的主要组成部分. 正构烷烃 (直链) 具有优良的点火性和良好发烟的特性, 但冷流性能较差. 低密度还意味着体积热值低. 与此相比, 异链石蜡 (支链) 的点火性则不太理想, 但是具有更好的冷流特性.
烯烃是不饱和的链状碳氢化合物 (直链或支链), 至少有一个双键. 双键的表达通式为 C
n
H
2n
. 这些化合物也被称为链烯烃, 与异链石蜡相似, 但是随着时间的增长, 可能会导致形成聚合物固体物质.
环烷烃是环状的饱和烃, 通式为 C
n
H
2n
. 这些化合物被称为环烷烃或环烷, 点火性适中, 但冷流性能良好. 密度和容积热量处于平均水平.
芳烃是含有环状共轭双键的环状烃, 具有较低的点火性, 较差的生烟特性和适中的的冷流特性. 密度和容积热量较高.
要求, 特性, 参数 (DIN EN 590)
柴油发动机运转所需的柴油燃料特性可以进行描述, 也可以借助参数更加详细地进行说明. 虽然这些通常以标准化测试步骤为基础的参数确实有用, 但对于制定有关操作柴油燃料及其在发动机内的燃烧的重要质量标准而言, 它们却未必总能完全满足需要. 要编制最低要求的标准, 需要大量的这类已经规定限值的规范.
始终需要柴油燃料添加剂来改善品质, 且属于燃油制造商的一般责任范围 (另见表 119.0 "燃油添加剂和辅助燃油添加剂").
点火性
点火性代表柴油燃料其中一项基本特性. 就意义而言, 仅可在此特性和汽油的抗爆震能力之间进行有限的比较. 从技术上看, 点火性代表抗爆震能力的对立面.
点火性表示为十六烷值, 其根据 ISO 5165 (CFR 发动机) 或 DIN 51773 (BASF 测试发动机) 在标准化测试发动机和确定的测试条件下进行测量. 柴油燃料的十六烷值表示在这些条件下, 特殊柴油燃料的点火性等同于十六烷 (鲸蜡烷) 和七甲基壬烷 (DIN 51773 使用 1-甲基萘) 混合的点火性. 此方法通过传统柴油燃料进行了很好的证明. 与此不同, 经常使用的 "十六烷指数" 表示从物理量 (例如密度, 沸点) 中推算得到的数值. 它的意义较为有限.
点火延迟 (即柴油燃料的喷射点与自燃之间的时间跨度), 是用于测量点火性的参数. 出色的点火性, 即较高的十六烷值意味着较短的点火延迟. 起动发动机时其尤为重要, 特别是冷却时. 发动机噪音和平稳运转也取决于点火性. DIN EN 590 标准规定最小十六烷值为 51. 但是, 品质较好的市售燃油却高于该值.
沸点
柴油燃料的沸点曲线在约 180 °C 和 360 °C 之间, 世界各地之间存在很大差异. 然而, 柴油发动机的性能却不像汽油发动机那样取决于燃料的沸点. 但是, 如果在温度达到约 350 °C 以上时很大部分的柴油燃料都未蒸发, 或终沸点过高, 约为 380 °C, 则将导致严重发烟. 沸点降低并不要紧, 但也会达到特定限值.
欧洲柴油燃料标准有三个限值, 即
•
温度高达 250 °C 时, 最多蒸发 65 % 的体积
•
温度高达 350 °C 时, 最少蒸发 85 % 的体积
•
最高 360 °C 时蒸发 95 % 的体积
含硫量
柴油燃料中的硫含量主要取决于原油的产地和精炼厂的脱硫能力, 并且受标准和/或规定的约束.
含硫量代表柴油燃料其中一项最重要的应用工程参数, 因此, 通过一张单独的表 136.0 "柴油燃料中的硫" 对其进行了说明. 通常, 硫含量应尽可能地低.
此处讨论的欧洲和北美经济区硫含量在过去几年间均有所降低的现象引发了柴油燃料润滑性质方面的问题 (见润滑性质部分). 这是由于脱硫过程中具有优良润滑特性的燃油成分减少造成的. 但是, 通过补充合适的添加剂却可以充分改进燃油的润滑性质.
低温特性
车外温度较低时, 柴油燃料的流动性可能会因蜡晶沉淀物而受到负面影响.
通常认为适合柴油发动机使用的碳氢化合物具有一个不利优势: 即不耐冷, 也就是说即使仅在零下几度时, 它们也会结成晶体结构. 这种蜡晶会相互结合, 从而堵塞燃油滤清器, 燃油管路和柴油喷注系统 , 进而使发动机无法运转. 实际上, 虽然通常能够起动发动机, 但却会很快停机. 这并不会损坏发动机, 燃油预热后, 便会立即恢复其流动性.
为防止出现这类问题, 在冬季月份中, 市场上会提供低温粘度特性经过改进的冬季用柴油. 制造商的高品质基本燃油和增流剂的专业添加剂造就了优异的冷流性能. 通常, 这些柴油燃料适用于正常室外温度.
建议仅使用适用于当地气候条件的冬季用柴油.
如果行驶在较为寒冷的地区, 当到达相关地点或出发之前, 车辆应加注一些市场中四季通用的冬季防冻柴油燃料. 有关四季通用的冬季防冻柴油燃料的相关信息, 由加油站操作员按要求配备.
梅赛德斯-奔驰车辆已经采取了对燃料迅速加热的多项措施. 但是, 如果燃油等级不适当并且温度非常低, 还是可能出现滤清器堵塞.
说到测量技术, 柴油燃料的冷流性能使用所谓的浊点, 凝点和冷滤点 (CFPP) 进行记录. 对于车辆仍可稳定操作时的最高温度进行了明确说明, 但不能基于这些参数进行测量.
现在, 根据 "冷滤点" (EN 116), 一般将 "过滤性限值" 用于评估冷流性能. 在这种缩写为 CFPP 的方法中, 最低温度是在使给定的燃油量在一定的时间内流过或吸入指定过滤器的情况下确定的. 根据德国标准, 以下值适用于 CFPP:
评论期
流动特性 – CFPP – 数值
备注
4 月 15 日截至 9 月 30 日
0 °C
夏季用柴油
3 月 1 日截至 4 月 14 日或 10 月 1 日截至 11 月 15 日
-10 °C
中间燃油
11 月 16 日截至 2 月 28 日 (闰年为 2 月 29 日)
-20 °C
冬季用柴油
浊点高于 CFPP 且其确定晶体沉淀开始时的温度. 因此原则上, 在超过 CFPP 的较冷环境下可能出现驾驶性能受限 – 特别是长时间暴露在低温下.
对于所有梅赛德斯-奔驰乘用车和商用汽车, 由于可能因润滑性质不足而对柴油喷射系统产生负面影响, 因此,
不再
允许通过添加
煤油
或
航空涡轮燃料
来改进耐冷性. 由于燃油润滑性质恶化和安全方面的原因 (闪点降低), 严禁使用
汽油
.
增流剂添加剂 (辅助添加剂) 已经上市一段时间. 由于后续的添加, 其一般不会产生所需效果. 加注有足够冷流品质的柴油燃料对确保车辆在冬季稳定操作十分重要.
北极气候区可使用具有极性冷流品质的极地柴油. 与特定温和气候下的柴油燃料相比, 其不仅冷流性能不同, 而且密度, 粘度和沸腾特性也大为不同.
密度
在欧洲, 已为柴油燃料确定了 15 °C 时处于 820 和 845 kg/m
3
之间的密度值. 截至 1999 年末, 允许使用的上限值为 860 kg/m
3
. 在世界范围内, 一些市场仍许可类似的高数值, 一些甚至没有密度规格.
对于燃油制造商和供应商来说, 具有一个尽可能宽泛的允许密度十分重要.
最理想的是规定尽可能小的范围, 需要注意的是燃油按照体积购买且喷油泵按照体积进行计量, 但热值通常根据密度的增加而提高. 无论是使用给定的喷射泵设置和超轻型燃油 (低密度), 还是使用超重型燃油 (高密度) 并遵守规定的排放控制要求, 都无法实现所需的性能.
粘度
柴油燃料的粘度影响柴油喷注系统的流量水平和防磨性能, 并影响燃烧室内气溶胶的形成. 根据英国标准, 在 40 °C 下进行测量时, 其可处于 2.0 和 4.5 mm
2
/s 之间. 通常地, 此较大偏差值没有得到充分利用, 这是有益的.
添加剂
使用
添加剂含量较高的柴油燃料
是一项必要措施, 从长期来看, 对于确保发动机和燃油系统的使用寿命和清洁度, 保持合理的废气排放值以及实现理想的整体性能而言, 这也是一项节约成本的措施.
有关这些燃料的供应, 个人客户必须依靠他/她经常去的销售这种含添加剂的燃料的加油站; 大公司向我们反映的意见表明, 这是一个全国性的问题, 对于不受主要供应商约束的独立加油站, 这通常是个问题. 因此车主在进行双边沟通时要确保产品交付时附带添加剂.
我们要明确指出, 根据我们的评估, 燃料成本的小幅上涨完全可以被保养和维修方面所节约的费用以及更低的修理频率所补偿. 使用高添加量的燃油可以防止出现喷油嘴焦化, 整个燃油系统出现磨损和腐蚀性损坏等典型投诉. 除此之外, 不断改进废气排放值也有助于减轻环境的负担.
对于与无硫燃料的润滑性质相关的问题, 燃油添加剂具有更重要的意义 (见有关 "润滑性质" 的部分). 由此看来, 优化添加剂流程不再是一项选择, 而是一件必须要做的事情.
添加剂应由供应商添加, 因为供应商要为燃油品质负责. 使用辅助添加剂 (参见表 119.0) 将始终由车辆驾驶员承担风险, 因为辅助添加剂的使用可能会同时对车辆制造商和燃油供应商所做的保修承诺造成负面影响.
存储和运输
以下说明对于拥有自己加油站的客户尤其重要.
柴油燃料是一种重要的能量载体. 如要根据客户的愿望使用柴油燃料使车辆无故障运转, 必须遵守特定的基本技术规则.
切勿交替操作燃油箱. 因此必须避免交替加注柴油和火花点火式发动机燃油. 如果需要两种燃油类型, 则必须设置 (至少) 两个明确分离的燃油箱. 如果不遵照该说明, 则不可避免地会出现交叉污染.
不经常购买柴油燃料的客户尤其应彻底用光其所储备的夏季等级燃料和过渡燃料, 然后才能加注冬季等级品质的燃料.
底板油箱不得存在任何水或其他污垢. 为油罐加注冬季用柴油燃料之前, 尤其应注意这一点. 如果存在任何污染, 应清洁油箱. 必须定期检查底板油箱!
如果从供应不含添加剂的燃料改为供应含添加剂的燃料, 则必须特别注意确保储油罐清洁. 含添加剂的燃料中的清洁剂的作用是使车辆燃油系统保持清洁, 但也可能携带储油罐中的污垢微粒进入车辆燃油系统, 从而使滤清器更快堵塞.
不遵守这些规则可能导致燃油滤清器过早堵塞, 并在冬季月份导致性能问题.
闪点/危险等级
根据 ISO 2719 测量的柴油燃料闪点必须高于 55 °C. 闪点是通过使用点火源可点燃柴油燃料蒸汽的温度. 对发动机燃烧而言这是无关紧要的, 但对安全处理柴油燃料非常重要. 这一规定意味着简化适用于柴油燃料的运输条件.
即使是极少量的汽油外加剂也会显著降低柴油燃料的点火点. 虽然柴油燃料的点火点高于汽油, 但柴油燃料的自燃温度却低于汽油.
纯度
柴油燃料不得含有任何有机酸和固体物质, 并且在室温下必须清澈.
为避免腐蚀, 水量不得高于 200 mg/kg. 为确保柴油燃料中不包含任何会增加磨损的有机金属化合物, 规定允许灰分含量的最大重量百分比为 0.01%.
柴油燃料中易于促进碳化的成分可能导致与发动机相关的明显故障, 例如喷油嘴焦化和燃烧室沉积物过多. 这就是将焦炭残余物限制为 10% 的蒸馏残渣的原因.
润滑性质
过去几年间为保护环境而降低含硫量的做法不仅带来了与柴油燃料的润滑性质相关的问题 (原因是为实现还原而进行的中间馏份的氢化作用), 而且造成了天然润滑增进剂的流失.
为免喷射装置出现以往那种磨损, 降低柴油燃料中的含硫量后, 一定要添加增进润滑的添加剂. 同时, 含有脂肪酸甲基酯 ("FAME") 的柴油燃料不再需要添加这种增进润滑的添加剂, 因为 FAME 本身就具有增进润滑的效果.
EN 590 标准通过 "HFRR 试验" (高频往复试验机试验) 中的规范规定了润滑性质, 在该试验中, 一颗钢球在板上负荷的作用下开始振荡, 待测试柴油燃料则用作润滑介质. 该测试在 ISO 试验方法 12156-1 中有说明. 在 HFRR 测试中, 欧洲润滑性质规定的最大允许限值为 60 °C 下 460 µm.
虽然该方法在业内被广泛接受, 但有关该试验精确度和意义 (即与实践的相关性) 的批评观点仍然存在.
脂肪酸甲基酯 (FAME) 含量
EN 590, 始自 2009 版, 明确许可最大添加量为 7 Vol.-% 脂肪酸甲基酯 ("FAME"). 这不得对柴油燃料的品质产生任何负面影响, 即必须仍然遵守 EN 590 标准的要求. 需特别注意的是, 在欧洲仅允许使用符合有关脂肪酸甲基酯 (FAME) 的 EN 14214 标准所规定品质的脂肪酸甲基酯 (FAME) 用作添加剂. 有关详细信息, 可在表 135.0 "作为柴油燃料的脂肪酸甲基酯 (FAME)" 中获得.
柴油燃料中的微生物
高含水量会在燃油箱中形成单独的水相, 可能导致燃油箱中微生物生长 (柴油细菌). 漫长的静止时间促进了微生物感染. 除了微生物造成的腐蚀性废品外, 还可能产生生物污泥阻塞燃油系统.
以下症状表明车辆或底板油箱大量滋生微生物:
•
因性能损失, 滤清器中存在胶状物质而必须频繁更换燃油滤清器
•
油箱内部出现腐蚀的情况增加
其它
之前提到的所有特性或参数几乎都彼此相关. 密度, 沸点, 粘度, 点火点, 低温特性和点火性尤其如此. 如果这些特性中有一项改变, 则其它特性也不可避免地要随之改变.