Определяет виды топлива, рекомендуемые при проведении стендовых испытаний с целью измерения содержания вредных выбросов с отработавшими газами по испытательным циклам, регламентируемых стандартом ИСО 8178-4. Стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные двигатели внутреннего сгорания поршневые. Требования стандарта не распространяются на автомобильные двигатели.
Идентичен ISO 8178-5:2015
1 Область применения
2 Нормативные ссылки
3 Термины и определения
4 Обозначения и сокращения
5 Выбор топлива
5.1 Общие положения
5.2 Влияние свойств топлива на выбросы двигателей с самовоспламенением от сжатия
5.2.1 Содержание серы в топливе
5.2.2 Специфика судовых топлив
5.2.3 Другие свойства топлива
5.3 Влияние свойств топлива на выбросы двигателей с искровым зажиганием
6 Существующие топлива
6.1 Природный газ
6.1.1 Эталонный природный газ
6.1.2 Неэталонный природный газ
6.2 Сжиженный нефтяной газ
6.2.1 Эталонный сжиженный нефтяной газ
6.2.2 Неэталонный сжиженный нефтяной газ
6.3 Моторный бензин
6.3.1 Эталонный моторный бензин
6.3.2 Неэталонный моторный бензин
6.4 Дизельное топливо
6.4.1 Эталонное дизельное топливо
6.4.2 Неэталонное дизельное топливо
6.5 Дистиллятное топливо
6.6 Мазут
6.7 Сырая нефть
6.8 Альтернативные топлива
6.9 Требования и дополнительная информация
Приложение А (справочное) Расчет коэффициентов, зависящих от вида топлива
Приложение В (справочное) Эквивалентные методы испытаний (не ИСО)
Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов национальным и межгосударственным стандартам
Библиография
45 страниц
Дата введения | 01.01.2019 |
---|---|
Добавлен в базу | 01.01.2019 |
Актуализация | 01.01.2021 |
08.11.2017 | Утвержден | Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии | 1708-ст |
---|---|---|---|
Разработан | ООО ЦНИДИ | ||
Издан | Стандартинформ | 2017 г. |
Чтобы бесплатно скачать этот документ в формате PDF, поддержите наш сайт и нажмите кнопку:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ГОСТР ИСО 8178-5— 2017
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОРШНЕВЫЕ
Измерение выброса продуктов сгорания
Часть 5
Топливо для испытаний
(ISO 8178-5:2015, ЮТ)
Издание официальное
Москва
Стандартинформ
2017
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «Центральный научно-исследовательский дизельный институт» (ООО «ЦНИДИ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 235 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2017 г. № 1708-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 8178-5:2015 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 5. Топливо для испытаний» (ISO 8178-5:2015 «Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 5: Test fuels», IDT).
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие национальные и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
5 ВЗАМЕН ГОСТ Р ИСО 8178-5-2009
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
© Стандартинформ, 2017
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
И
6.1 Природный газ
6.1.1 Эталонный природный газ
Для целей сертификации рекомендуется использовать эталонный природный газ следующих видов:
a) эталонные топлива ЕС, перечень характеристик которых приведен в таблице 1;
b) топлива США для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 2;
c) топлива Японии для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 3.
Таблица 1 — Природный газ. Эталонные топлива ЕС | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Источник: Регламент ЕС 582/2011. |
Таблица 2 — Природный газ. Топливо США для сертификационных испытаний | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Источник: Раздел 40, Свод федеральных нормативных актов, 1065,715. |
Таблица 3 — Природный газ. Топливо Японии для сертификационных испытаний | |||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
а Показатель Воббе и показатель скорости горения рассчитываются, исходя из состава газа. Источник: Подробные правила безопасности для автотранспорта, приложения 41 и 42. |
6.1.2 Неэталонный природный газ
Эталонный газ не всегда может быть использован, поскольку такая возможность зависит от его наличия на месте установки двигателя. В этом случае свойства используемого газа, в том числе результаты химического анализа, должны быть известны и указаны в отчете об испытаниях.
Универсальный перечень анализов, результаты которых должны включаться в отчет об испытаниях, приведен в таблице 4.
Таблица 4 — Природный газ. Универсальный перечень анализов | ||||||||||||||||||||||||||||
|
6.2 Сжиженный нефтяной газ
6.2.1 Эталонный сжиженный нефтяной газ
Для целей сертификации рекомендуется использовать эталонный сжиженный нефтяной газ следующих видов:
a) эталонные топлива ЕС, перечень характеристик которых приведен в таблице 5;
b) топлива США для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 6;
c) топлива Японии для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 7.
Таблица 5 — Сжиженный нефтяной газ. Эталонные топлива ЕС | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Таблица 6 — Сжиженный нефтяной газ. Топливо США для сертификационных испытаний | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Источник: Раздел 40, Свод федеральных нормативных актов, 1065,720. |
9
Таблица 7 — Сжиженный нефтяной газ. Эталонные топлива Японии | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
6.2.2 Неэталонный сжиженный нефтяной газ
Во многих случаях эталонный сжиженный нефтяной газ не может быть использован, поскольку такая возможность зависит от его наличия на месте установки двигателя. В этом случае свойства используемого газа, в том числе результаты химического анализа, должны быть известны и указаны в отчете об испытаниях.
Универсальный перечень анализов, результаты которых должны включаться в отчет об испытаниях, приведен в таблице 8.
Таблица 8 — Сжиженный нефтяной газ. Универсальный перечень анализов | ||||||||||||||||||||||||
|
6.3 Моторный бензин
6.3.1 Эталонный моторный бензин
Для целей сертификации рекомендуется использовать эталонный моторный бензин следующих видов:
a) эталонные топлива ЕС, перечень характеристик которых приведен в таблице 9;
b) топлива США для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблицах 10 и 11;
c) топлива Японии для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 12.
Таблица 9 — Моторный бензин. Эталонные топлива ЕЭС | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Характеристика |
Единица измере- |
Метод испытаний |
Директива 2002/88/EC |
Регламент 582/2011 (ЕЮ) | ||
ния |
МИН. |
макс. |
МИН. |
макс. | ||
Давление паров (dry vapor pressure equivalent — DVPE) |
кПа |
EN-ИСО 13016-1 |
— |
— |
56 |
60 |
Содержание воды в топливе |
% V/V |
ASTM Е 1064 |
0,015 | |||
Фракционный состав |
EN-ИСО 3405 | |||||
Температура начала перегонки |
°С |
24 |
40 |
24 |
44 | |
Перегоняется при 70 °С |
% V/V | |||||
Перегоняется при 100 °С |
% V/V |
49 |
57 |
56 |
60 | |
Перегоняется при 150 °С |
% V/V |
81 |
87 |
88 |
90 | |
Температура конца перегонки |
°с |
190 |
215 |
190 |
210 | |
Остаток |
% V/V |
— |
2 |
— |
2 | |
Состав углеводородов | ||||||
Объемная доля олефиновых |
% V/V |
ASTM D 1319/ EN 14517 |
— |
10 |
3 |
18 |
Объемная доля ароматических |
% V/V |
ASTM D 1319/ EN 14517 |
28 |
40 |
25 |
35 |
Объемная доля бензола |
% V/V |
EN 12177 |
— |
1 |
0,4 |
1,0 |
Объемная доля насыщенных продуктов |
% V/V |
ASTM D1319 |
Баланс |
Про токол испыта ний | ||
Соотношение «углерод/водород» |
Про токол испыта ний |
Про токол испыта ний | ||||
Соотношение «углерод/кислород» |
Про токол испыта ний | |||||
Массовая доля серы |
(мг/кг) |
EN-ИСО 14596 EN-ИСО 20846 |
100 |
10 | ||
Содержание кислорода |
% м/м |
EN 1601 |
— |
2,3 |
— |
3,7 |
Содержание свинца |
мг/л |
EN 237 |
5 |
— |
5 | |
Содержание фосфора Стойкость к окислению |
мг/л |
ASTM D 3231 |
— |
1,3 |
— |
1,3 |
Индукционный период |
МИН |
EN-ИСО 7536 |
480 |
— |
480 |
— |
Смолистые нерастворимые вещества |
мг/л |
EN-ИСО 6246 |
— |
0,04 |
— |
0,04 |
Коррозия медной пластинки при 50 °С |
— |
EN-ИСО 2160 |
— |
Класс 1 |
— |
Класс 1 |
Окончание таблицы 9 | |||||||||||||||||||||||||
|
Таблица 10 — Моторный бензин (без этанола). Топлива США для сертификационных испытаний общего характера | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Примечание — Бензин, применяемый при испытаниях, должен иметь октановое число, характерное для коммерческих топлив, используемых в данном виде установок.
а Для испытаний, проводимых на высоте, превышающей 1219 м, допустимый диапазон испаряемости должен составлять от 52,0 до 55,2 кПа, а диапазон точки начала кипения — от 23,9 до 40,6 °С.
ь Для испытаний, не связанных с определением выбросов при испарении, диапазон давления должен составлять от 55,2 до 63,4 кПа.
Источник: Раздел 40, Свод федеральных нормативных актов, 1065,710.
Таблица 11 — Моторный бензин (без этанола). Топлива США для сертификационных испытаний при низких температурах | |||||||||||||||||||
|
Характеристика |
Единица |
Метод |
Значение | |
измерения |
испытаний |
МИН. |
макс. | |
Температура начала перегонки |
°с |
24 |
36 | |
Перегоняется 10 % об. |
°с |
37 |
48 | |
Перегоняется 50 % об. |
°с |
82 |
101 | |
Перегоняется 90 % об. |
°с |
158 |
174 | |
Конечная точка перегонки |
°с |
— |
212 | |
Состав углеводородов |
ASTM D 1319 | |||
Олефиновые |
% об. |
— |
17,5 | |
Ароматические |
% об. |
— |
30,4 | |
Насыщенные продукты |
% об. |
Остаток | ||
Массовая доля серы |
мг/кг |
— |
80 | |
Массовая концентрация свинца |
г/л |
ASTM D3237 |
— |
0,013 |
Массовая концентрация фосфора |
г/л |
ASTM D 3231 |
— |
0,005 |
Примечание — Бензин, применяемый при испытаниях, должен иметь октановое число, характерное для коммерческих топлив, используемых в данном виде установок.
Источник: Раздел 40, Свод федеральных нормативных актов, 1065,710.
Таблица 12 — Моторный бензин. Топливо Японии для сертификационных испытаний | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
13 |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
а ND — не нормируется. Источник: Подробные правила безопасности для автотранспорта, приложения 41 и 42. |
6.3.2 Неэталонный моторный бензин
В случае необходимости использования неэталонного моторного бензина свойства такого бензина должны включаться в отчет об испытаниях.
В таблице 13 приведен универсальный перечень анализов используемого топлива, результаты которых должны включаться в отчет.
Таблица 13 — Моторный бензин. Универсальный перечень анализов | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Характеристика |
Единица измерения |
Метод испытаний3 |
Результат измерения |
Объемная доля ароматических |
% | ||
Объемная доля бензола |
% |
ASTM D 3606 ASTM D 5580 EN 238 | |
Массовая доля серы |
% |
ИСО 4260 ИСО 8754 | |
Массовая концентрация фосфора |
г/л |
ASTM D 3231 | |
Массовая концентрация свинца |
г/л |
ИСО 3830 | |
Стойкость к окислению |
мин |
ИСО 7536 | |
Массовое содержание смол на 100 мл |
мг |
ИСО 6246 | |
Коррозия медной пластинки при 50 °С |
— |
ИСО 2160 | |
Оксигенаты | |||
Элементный анализь | |||
Массовая доля углерода |
% | ||
Массовая доля водорода |
% |
ASTM D 3343 | |
Массовая доля азота |
% | ||
Массовая доля кислорода |
% | ||
а Укажите использованный метод. ь См. пункт 5. |
6.4 Дизельное топливо
6.4.1 Эталонное дизельное топливо
Для целей сертификации рекомендуется использовать эталонные дизельные топлива следующих видов:
a) эталонные топлива ЕС, перечень характеристик которых приведен в таблице 14;
b) топлива США для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 15;
c) топлива Японии для сертификационных испытаний, перечень характеристик которых приведен в таблице 16.
Таблица 14 — Дизельное топливо. Эталонные топлива ЕС | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Характеристика |
Единица измере- |
Методы испытаний |
Малосернистые |
Ультра- малосернистые |
В7 (Euro VI) | |||
ния |
МИН. |
макс. |
мин. |
макс. |
МИН. |
макс. | ||
Температура вспышки |
°с |
ИСО 2719 |
55 |
— |
55 |
— |
55 |
— |
Предельная температура фильтруемости |
°с |
EN 116 |
— |
Минус 5 |
— |
Минус 5 |
— |
Минус 5 |
Кинематическая вязкость при 40 °С |
мм2/с |
ИСО 3104 |
2,5 |
3,5 |
2,3 |
3,3 |
2,3 |
3,3 |
Полициклические ароматические углеводороды |
% м/м |
EN12916 |
3,0 |
6,0 |
3,0 |
6,0 |
2,0 |
4,0 |
Массовая доля серы |
мг/кг |
EN-ИСО 14596 EN-ИСО 20846 |
300 |
— |
10 |
— |
10 | |
Коррозия медной пластинки |
— |
ИСО 2160 |
Класс 1 |
— |
Класс 1 |
— |
Класс 1 | |
Массовая доля коксового остатка методом Конрадсо-на (10 % DR) |
% |
ИСО 10370 |
0,2 |
— |
0,2 |
— |
0,2 | |
Массовая доля золы |
% |
EN-ИСО 6245 |
0,01 |
— |
0,01 |
— |
0,01 | |
Массовая доля воды |
% |
EN-ИСО 12937 |
0,05 |
— |
0,02 |
— |
0,02 | |
Общее загрязнение |
мг/кг |
EN 12662 |
— |
24 | ||||
Смазывающая способность (HFRR 60 °С) |
мкм |
EN ИСО 12156 |
— |
400 |
— |
400 | ||
Кислотное число |
мгКОН/г |
ASTM D 974 |
— |
0,02 |
— |
0,02 |
— |
0,10 |
Стойкость к окислению |
мг/мл |
EN-ИСО 12205 |
— |
0,025 |
— |
0,025 |
— |
0,025 |
Стойкость к окислению при 110 °С |
Ч |
EN 15751 |
20,0 |
— | ||||
FAME |
% V/V |
EN 14078 |
Отс. |
6,0 |
7,0 |
Источник: Регламент ЕС 582/2011. Источник: Регламент ЕС 2004/26.
Таблица 15 — Дизельное топливо. Топлива США для сертификационных испытаний | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Содержание
1 Область применения..................................................................1
2 Нормативные ссылки..................................................................1
3 Термины и определения...............................................................1
4 Обозначения и сокращения............................................................2
5 Выбор топлива.......................................................................3
5.1 Общие положения................................................................3
5.2 Влияние свойств топлива на выбросы двигателей с самовоспламенением от сжатия.........3
5.2.1 Содержание серы в топливе....................................................4
5.2.2 Специфика судовых топлив.....................................................5
5.2.3 Другие свойства топлива.......................................................5
5.3 Влияние свойств топлива на выбросы двигателей с искровым зажиганием..................6
6 Существующие топлива...............................................................7
6.1 Природный газ...................................................................7
6.1.1 Эталонный природный газ......................................................7
6.1.2 Неэталонный природный газ....................................................8
6.2 Сжиженный нефтяной газ..........................................................8
6.2.1 Эталонный сжиженный нефтяной газ.............................................8
6.2.2 Неэталонный сжиженный нефтяной газ..........................................10
6.3 Моторный бензин................................................................10
6.3.1 Эталонный моторный бензин...................................................10
6.3.2 Неэталонный моторный бензин.................................................10
6.4 Дизельное топливо...............................................................15
6.4.1 Эталонное дизельное топливо..................................................15
6.4.2 Неэталонное дизельное топливо................................................18
6.5 Дистиллятное топливо............................................................19
6.6 Мазут..........................................................................21
6.7 Сырая нефть....................................................................23
6.8 Альтернативные топлива..........................................................24
6.9 Требования и дополнительная информация..........................................24
Приложение А (справочное) Расчет коэффициентов, зависящих от вида топлива................25
Приложение В (справочное) Эквивалентные методы испытаний (не ИСО)......................30
Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов
национальным и межгосударственным стандартам...........................32
Библиография........................................................................33
Окончание таблицы 15 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Источник: Раздел 40, Свод федеральных нормативных актов, 1065,703. |
Таблица 16 —Дизельное топливо. Топлива Японии для сертификационных испытаний | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
17 |
Поскольку свойства топлив в разных странах мира могут очень сильно отличаться, в настоящий стандарт включен обширный список как эталонных, так и коммерческих видов топлива.
Хотя эталонные топлива обычно являются репрезентативными по отношению к тем или иным группам коммерческих топлив, однако требования к их качеству значительно выше. Именно эталонные топлива рекомендуются для преимущественного использования при сертификационных испытаниях по ИСО 8178-1.
В тех случаях, когда при испытаниях на содержание вредных выбросов отработавших газов используются коммерческие топлива (что характерно для испытаний, проводимых на местах установки), независимо от того, включены ли эти топлива в списки, приводимые в настоящем стандарте, в отчет об испытаниях рекомендуется включать информацию о свойствах использованного топлива в виде таблиц стандартной формы, приведенных в разделе 5 настоящего стандарта.
IV
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОРШНЕВЫЕ
Измерение выброса продуктов сгорания
Часть 5
Топливо для испытаний
Reciprocating internal combustion engines. Exhaust emission measurement. Part 5. Test fuels
Дата введения — 2019—01—01
1 Область применения
Настоящий стандарт определяет виды топлива, рекомендуемые при проведении стендовых испытаний с целью измерения содержания вредных выбросов с отработавшими газами по испытательным циклам, регламентируемых стандартом ИСО 8178-4.
Настоящий стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные двигатели внутреннего сгорания поршневые (далее — двигатели).
Требования настоящего стандарта не распространяются на автомобильные двигатели.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие международные стандарты:
ISO 4264, Petroleum products — Calculation of cetane index of middle-distillate fuels by the four-variable equation (Нефтепродукты. Расчет цетанового индекса среднедистиллятных топлив с помощью уравнения с четырьмя переменными)
ISO 8178-1:2006, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 1: Test-bed measurement of gaseous and particulate exhaust emissions (Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 1. Измерение выбросов газов и частиц на испытательных стендах)
ISO 8216-1, Petroleum products — Fuels (class F) classification — Part 1: Categories of marine fuels [Нефтепродукты. Топлива (класс F). Классификация. Часть 1. Категории топлива, применяемого на судах]
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 коксовый остаток (коксуемость) (carbon residue): Остаток, образовавшийся после выпаривания и термической деструкции углеродосодержащего вещества.
Примечание — В настоящее время традиционные методы анализа — Конрадсона и Рамсботтома — применяются относительно редко, уступив место методу (микро)коксового остатка [Источник: ИСО 1998-2:1998, 2.50.001].
Издание официальное
3.2 цетановый индекс (cetane index): Показатель, приближенно характеризующий цетановое число продукта, рассчитываемый по плотности топлива и его фракционному составу.
Примечание — Расчет производится по формуле, выведенной на основании статистического анализа обширной и представительной выборки по наиболее популярным в мире дизельным топливам, цетановое число и фракционный состав которых известны, поэтому данная формула каждые 5—10 лет обновляется. Формула, используемая в настоящее время, приведена в ИСО 4264. Она не применима к топливам с присадками, повышающими воспламеняемость [Источник: ИСО 1998-2:1998, 2.30.111].
3.3 цетановое число (cetane number): Число, характеризующее воспламеняемость дизельного топлива при стандартных условиях.
Примечание — Цетановое число соответствует объемному содержанию гексадекана (цетана) в эталонной смеси, характеризуемой тем же периодом задержки самовоспламенения, что и анализируемое топливо. Чем выше цетановое число, тем меньше период задержки самовоспламенения [Источник: ИСО 1998-2:1998, 2.30.110].
3.4 сырая нефть (crude oil): Форма нефти, встречающаяся в природных условиях, по большей части залегающая в составе пористых подземных формаций типа песчаника.
Примечание — Смесь углеводородов естественного происхождения, чаще всего в жидком состоянии, которая может также включать в себя примеси в виде серы, азота, кислорода, металлов и других элементов [Источник: ИСО 1998-1:1998, 1.05.005].
3.5 дизельное топливо (diesel fuel): Газойль, состав которого оптимизирован для использования в качестве топлива средне- и высокооборотных дизелей, используемых преимущественно в транспортных средствах.
Примечание — Его другое распространенное название — «автомобильное дизельное топливо» [Источник: ИСО 1998-1:1998, 1.20.131].
3.6 дизельный индекс (diesel index): Число, характеризующее воспламеняемость дизельного топлива и мазута, рассчитанное по известным значениям плотности топлива и анилиновой точки.
Примечание — Точность упомянутого метода невелика, поэтому данный показатель в настоящее время применяется редко; иногда он используется для оценки свойств некоторых композитных тяжелых топлив (см. также 3.2, цетановый индекс).
3.7 сжиженный нефтяной газ [liquefied petroleum gas (LPG)]: Смесь легких углеводородов, состоящая преимущественно из пропана, пропилена, бутанов и бутенов, которую удобно хранить и транспортировать в жидком состоянии при умеренных значениях давления и температуры внешней среды [Источник: ИСО 1998-1:1998, 1.15.080].
3.8 октановое число (octane number): Число, которое характеризует антидетонационные свойства топлива, используемого в двигателях с искровым зажиганием.
Примечание — Этот показатель определяется при испытаниях двигателя путем сравнения испытываемого топлива с эталонным. Поскольку существуют различные методы измерения октанового числа, его значение, приводимое в отчете об испытаниях, должно сопровождаться указанием использованного метода [Источник: ИСО 1998-2:1998, 2.30.100].
3.9 оксигенат (oxygenate): Кислородосодержащее органическое соединение, которое может быть использовано в качестве топлива или добавки к топливу; оксигенатами являются, например, различные спирты и эфиры.
Обозначения и сокращения, используемые в настоящем стандарте, аналогичны тем, которые используются в ИСО 8178-1:2006, пункт 4, и в приложении А.
Для удобства пользователей приведены обозначения и сокращения, наиболее существенные для настоящего стандарта.
2
Обозначение
Единица
измерения
кг/кг
Определение
X коэффициент избытка воздуха (в килограммах сухого воздуха
на килограмм топлива) kf коэффициент для расчета расхода отработавших газов для влажного
кг/ч
кг/ч
кг/ч
%
%
%
%
%
состояния (зависит от вида топлива) ксв коэффициент для расчета углеродного баланса (зависит от вида топлива) qmaw массовый расход воздуха на всасывании по влажному весу qmew массовый расход отработавших газов по влажному весу3 qmf массовый расход топлива
wALF массовая доля водорода в топливе
wBET массовая доля углерода в топливе
wGAM массовая доля серы в топливе
wDEL массовая доля азота в топливе
wEPS массовая доля кислорода в топливе z коэффициент вида топлива для расчета l/l/ALF
а При нормальных условиях (Т = 273,15 К и р = 101,3 кПа).
5 Выбор топлива
5.1 Общие положения
При сертификации двигателей рекомендуется использовать эталонные топлива.
Эталонные топлива отражают характеристики промышленных топлив, которые используются в различных странах, и, соответственно, их свойства могут различаться. Характеристики вредных выбросов, полученные при работе на различных эталонных топливах, обычно несопоставимы, поскольку они зависят от состава топлива. При сравнении результатов, полученных в различных лабораториях, рекомендуется, чтобы свойства эталонных топлив, применявшихся при испытаниях, были как можно ближе друг к другу. Для выполнения этого требования предпочтительно брать топлива из одной партии.
Для всех топлив (включая эталонные) результаты их анализа должны приводиться в отчете об испытаниях наряду с результатами измерений характеристик выбросов.
Для топлив, не входящих в число эталонных, должны быть определены данные, указанные в следующих таблицах:
- таблица 4 Природный газ. Универсальный перечень анализов;
- таблица 8 Сжиженный нефтяной газ. Универсальный перечень анализов;
- таблица 13 Моторный бензин. Универсальный перечень анализов;
- таблица 17 Дизельное топливо. Универсальный перечень анализов;
- таблица 19 Дистиллятное топливо. Универсальный перечень анализов;
- таблица 21 Мазут. Универсальный перечень анализов;
- таблица 22 Сырая нефть. Универсальный перечень анализов.
Элементный анализ топлива должен выполняться в тех случаях, когда нет возможности произвести одновременное измерение массового расхода отработавших газов или расхода воздуха на впуске и расхода топлива.
В этих случаях массовый расход отработавших газов может быть рассчитан по измеренным значениям концентрации выбросов с помощью методов расчета, приведенных в ИСО 8178-1:2006, приложение А. В случаях, когда нет возможности провести анализ топлива, массовые доли водорода и углерода можно определять расчетным путем. Рекомендуемые методы расчета приведены в А.2.1, А.2.2 и А.2.3.
Методы расчета выбросов и расхода отработавших газов зависят от состава топлива.
Вычисление факторов, зависящих от состава топлива, там, где оно необходимо, должно выполняться в соответствии с ИСО 8178-1:2006, приложение А (приложение А к настоящему стандарту).
Примечание — Документы, регламентирующие методы определения свойств топлив, но не входящие в число стандартов ИСО, упомянутых в настоящем стандарте, приведены в приложении В.
5.2 Влияние свойств топлива на выбросы двигателей с самовоспламенением от сжатия
Выбросы двигателей существенно зависят от свойств применяемого топлива. Отдельные параметры топлива оказывают на уровень выбросов более или менее сильное влияние. В разделах 5.2.1 —5.2.3 приведен краткий обзор наиболее важных параметров.
3
5.2.1 Содержание серы в топливе
Содержание серы в сырой нефти обычно бывает достаточно велико. Сера, остающаяся в топливе после нефтепереработки, при сгорании в цилиндре двигателя окисляется до сернистого ангидрида S02, являющегося основным источником загрязнения атмосферы серой от двигателей. Часть S02, попадая в выпускной тракт двигателя, в смесительный канал или в систему очистки выпуска, подвергается дальнейшему окислению, превращаясь в оксид серы (VI) S03. Реагируя с присутствующей в отработавших газах водой, оксид серы образует серную кислоту, которая может образовывать различные сульфаты, а также менять агрегатное состояние и при измерении фигурировать как один из компонентов выброса частиц (РМ).
Следовательно, содержание серы в топливе оказывает существенное влияние на уровень выброса частиц.
Массовая доля сульфатов в отработавших газах двигателя зависит от следующих параметров:
- расхода топлива (BSFC);
- содержания серы в топливе (FSC);
- степени преобразования S в S04 (CR);
- приращение массы из-за абсорбции воды, приведенное к H2S04 ■ 6,651 Н20.
Расход топлива и содержание серы в топливе являются измеряемыми параметрами, тогда как степень преобразования может быть оценена только приближенно, поскольку меняется от двигателя к двигателю. Как правило, в двигателях, не имеющих системы очистки выпуска, степень преобразования составляет порядка 2 %. Влияние серы на уровень РМ рассчитывают по формуле
где SulfurPM —удельный вклад серы из топлива в уровень РМ в граммах на киловатт-час (г/кВт ч) эффективной мощности;
BSFC — удельный расход топлива в граммах на киловатт-час (г/кВт ч) эффективной мощности; FSC — содержание серы в топливе в миллиграммах на килограмм (мг/кг);
CR — степень преобразования S в S04 в процентах (%);
6,795296 — степень преобразования S в H2S04 ■ 6,651 Н20.
Данная величина основана на предположении, что с каждым граммом H2S04 связывается 1,2216 грамма воды, поскольку в атмосфере, где производится взвешивание, точка росы равна 9,5 °С. Это соответствует 6,651 Н20.
Соотношение между содержанием серы в топливе и уровнем выброса сульфатов для двигателя без системы очистки отработавших газов и степенью преобразования S в S04 2 % показано на рисунке 1.
FSC
PR
---6,795296,
(1)
SulfurpM = BSFC •
1.000,000 100
X — содержание серы в топливе, мг/кг; Y — содержание РМ в отработавших газах, г/кВт ч Рисунок 1 — Соотношение между содержанием серы в топливе и выбросами сульфатов в двигателях без системы каталитической очистки отработавших газов |
4
В состав многих систем очистки выпуска входит катализатор окисления. Его роль состоит в интенсификации химических реакций, необходимых для правильного функционирования системы очистки выпуска. Поскольку катализатор окисления интенсифицирует также преобразование S02 в S04, то при наличии серы в топливе наличие такой системы очистки существенно усиливает выброс частиц. При использовании подобного рода систем очистки степень преобразования может резко возрасти (рост может составлять от 30 до 70 % в зависимости от эффективности каталитического преобразователя). Как следует из рисунка 2, это может оказать значительное влияние на выбросы РМ.
X — содержание серы в топливе, мг/кг; Y — содержание РМ в отработавших газах, г/кВт ч; 1 — степень преобразования 70 %; 2 — степень преобразования 30 % Рисунок 2 — Соотношение между содержанием серы в топливе и выбросами сульфатов в двигателях с системой каталитической очистки отработавших газов |
5.2.2 Специфика судовых топлив
Для судовых топлив (дистиллятных и тяжелых) содержание серы и азота оказывают существенное влияние на уровень выбросов соответственно РМ и NOx (оксиды азота).
Как правило, содержание серы в топливах для судовых двигателей примерно на порядок больше, чем в топливах для двигателей автомобильной и внедорожной техники (см. таблицу 21). Даже в отсутствие системы очистки отработавших газов при содержании серы в топливе 2 % уровень выбросов РМ, обусловленный наличием серы, будет составлять порядка 0,4 г/кВт ч. Кроме того, заметный вклад в общий выброс РМ вносят такие компоненты, как зола, ванадий и частицы отложений. Таким образом, частицы, образовавшиеся внутри двигателя (а это в основном сажа), составляют лишь небольшую часть общего объема выбросов РМ. Принимая решение об использовании системы очистки отработавших газов, необходимо учесть положения, изложенные в 5.2.1.
Среднее содержание азота в мазуте в настоящее время составляет около 0,4 %, но эта цифра постоянно растет. Известны случаи, когда содержание азота в мазуте доходило до 0,8—1,0 %. Увеличение содержания азота до 0,8 % при степени преобразования 55 % увеличит уровень выбросов NOx двигателем более чем на 2 г/кВт ч. Такое увеличение весьма существенно и в расчетах должно учитываться.
5.2.3 Другие свойства топлива
Существуют и другие параметры топлива, сильно влияющие на уровни выбросов и расход топлива двигателей. В отличие от серы, диапазон их изменения мало предсказуем и может быть разнонаправленным, тем не менее есть общие тенденции, применимые ко всем двигателям. Важнейшими из этих параметров являются: цетановое число, плотность, содержание полиароматических углеводородов, общее содержание соединений ароматического ряда и фракционный состав. Влияние этих параметров кратко описано ниже.
Что касается выбросов NOx, то на их уровень влияет в основном общее содержание соединений ароматического ряда, тогда как влияние полиароматических соединений и плотности не столь зна-
5
чительно. Это может быть объяснено тем, что при увеличении содержания ароматических соединений растет температура пламени при сгорании топлива, что приводит к росту выбросов NOx.
Что же касается образования РМ, то наиболее важными параметрами топлива с этой точки зрения являются плотность топлива и содержание полиароматических соединений. По приближенной оценке снижение содержания в топливе полиароматических соединений с 30 до 10 % дает уменьшение выбросов РМ на 4 %. Аналогичный результат по выбросам РМ дает снижение содержания полиароматических соединений с 9 до 1 %.
Увеличение цетанового числа (CN) улучшает условия холодного пуска двигателя, что приводит к снижению выбросов белого дыма. Увеличение цетанового числа приводит также к снижению выбросов NOx на величину до 9 %, особенно на малых нагрузках. В этом случае увеличение цетанового числа с 50 до 58 может снизить расход топлива на величину до 3 %.
5.3 Влияние свойств топлива на выбросы двигателей с искровым зажиганием
Параметры топлива, существенно влияющие на уровни выбросов и расход топлива двигателя с искровым зажиганием: октановое число, содержание серы, количество металлосодержащих присадок, оксигенатов, олефинов и бензола.
Каждый двигатель рассчитывают и настраивают на определенное октановое число. Когда октановое число используемого топлива оказывается ниже требуемого, это может привести к возникновению детонации, возможным следствием которой является серьезное повреждение двигателя. Топливо с пониженным октановым числом может использоваться в двигателе, оборудованном датчиком детонации, срабатывание которого инициирует увеличение задержки зажигания.
Как уже говорилось выше, содержание серы в сырой нефти обычно бывает достаточно велико. Если эта сера не удалена в процессе очистке нефти, она будет загрязнять топливо. Наличие серы в топливе значительно увеличивает уровень выбросов, поскольку сера отравляет катализатор. Кроме того, сера отрицательно влияет на работу датчиков содержания кислорода в отработавших газах. Следствием этого является существенный рост выбросов НС и NOx. К тому же технологии использования обедненной рабочей смеси (применение которой влечет за собой необходимость очистки отработавших газов от NOx) чрезвычайно чувствительны к присутствию серы.
Металлосодержащие присадки, как правило, приводят к образованию золы. Это необратимо ухудшает условия работы катализатора и других компонентов системы очистки, в частности датчиков содержания кислорода, результатом чего является рост выбросов NOx. Так, например, для повышения октанового числа бензина иногда используется присадка ММТ (метилциклопентадиенил-марганец-трикарбонил). Продукты сгорания ММТ образуют налет на внутренних компонентах двигателя, в частности на свечах зажигания, что приводит к росту вредных выбросов и расхода топлива. Кроме того, они оседают на катализаторе и частично забивают его структуру, что ведет к росту не только вредных выбросов, но и расхода топлива.
Нередко в бензин добавляют органические соединения, обогащенные кислородом, с целью либо повышения октанового числа, либо увеличения объема горючего, либо обеднения смеси для снижения выбросов окиси углерода. В последнем случае выбросы окиси углерода снижаются, особенно в карбюраторных двигателях, не имеющих электронных систем управления топливоподачей с обратной связью. Однако повышение уровня 02 сверх расчетного предела, на который настроен двигатель без замкнутой системы управления топливоподачей, ведет, как правило, к увеличению выбросов NOx и температуры сгорания, что может, в свою очередь, вызвать преждевременный отказ двигателя.
Олефины, являющиеся ненасыщенными углеводородами, в ряде случаев также повышают октановое число бензина. Однако наличие олефинов в бензине может вести к выделению и осаждению смол и других отложений, а также к росту вредных выбросов, в том числе химически активных (то есть способствующих образованию озона) углеводородов.
Бензол входит в состав природной сырой нефти и, кроме того, является продуктом каталитического риформинга, в ходе которого образуется высокооктановый бензин. Он, как известно, является канцерогеном. Наиболее очевидным способом сократить выбросы бензола двигателями с искровым зажиганием является ограничение его содержания в бензине.
Испаряемость бензина является одним из критических параметров, от которых зависят рабочие показатели двигателя, в том числе уровень вредных выбросов. Испаряемость, в свою очередь, определяется двумя параметрами —давлением паров бензина и фракционным составом.