195030, г. Санкт-Петербург, ул. Электропультовцев, дом 7, литер М, помещение
16-Н, офис 308
Дизельное топливо выполняет в топливной системе не только роль источника энергии. Оно соприкасается с прецизионными деталями топливной аппаратуры и участвует в снижении трения между отдельными рабочими поверхностями. Поэтому среди нормируемых характеристик современного ДТ присутствует смазывающая способность. Она показывает, насколько топливо способно уменьшать износ взаимодействующих металлических деталей в условиях граничного трения.
Для оценки этого свойства широко используется метод HFRR. В результате лабораторного испытания получают значение в микрометрах, характеризующее размер пятна износа на контрольной поверхности. Здесь действует необычная для неспециалиста логика: чем меньше полученное значение HFRR, тем лучше смазывающие свойства исследованного топлива.
Показатель нельзя заменять вязкостью или другими характеристиками ДТ. Топливо может соответствовать требованиям по вязкости, плотности, содержанию серы и цетановому числу, но его смазывающая способность при этом оценивается отдельно. Именно поэтому HFRR стал самостоятельным параметром нормативного контроля дизельного топлива.
В топливной системе дизельного двигателя имеются детали, работающие с очень небольшими зазорами и испытывающие значительные механические нагрузки. В частности, это относится к отдельным элементам топливных насосов и форсунок. Для их нормальной работы важно уменьшать непосредственный контакт металлических поверхностей.
Эту функцию частично выполняет само дизельное топливо. Между взаимодействующими поверхностями формируется тонкий слой, который способствует снижению трения и интенсивности изнашивания. Способность топлива обеспечивать такое действие и характеризуют термином «смазывающая способность».
При этом дизельное топливо нельзя считать смазочным материалом в обычном понимании. Его основная функция совершенно другая, а условия работы отличаются от условий, для которых предназначены моторные или трансмиссионные масла. Речь идёт именно о способности топлива обеспечивать необходимый уровень защиты отдельных элементов топливной аппаратуры в процессе их работы.
Смазывающие свойства особенно важны для современных систем впрыска, в которых используется высокоточная аппаратура. Поверхности деталей изготовлены с небольшими технологическими зазорами, а нагрузки могут быть значительными. Поэтому характеристика топлива должна быть не только достаточной для образования горючей смеси и последующего сгорания, но и соответствовать требованиям, связанным с работой самой системы подачи.
Иногда смазывающую способность пытаются определить через вязкость: считается, что более вязкая жидкость обязательно должна лучше защищать поверхности. На практике такой зависимости недостаточно для объективной оценки.
Вязкость характеризует сопротивление жидкости течению и внутреннему перемещению её слоёв. Смазывающая способность показывает другое свойство — поведение топлива непосредственно в зоне контакта металлических поверхностей. На него влияют химический состав продукта, присутствие определённых соединений и их взаимодействие с металлом. Именно поэтому два топлива с близкой вязкостью могут демонстрировать различный результат при испытании на смазывающую способность.
По той же причине нельзя делать вывод о смазывающих свойствах по плотности или цетановому числу. Каждый из этих параметров имеет самостоятельный физический смысл.
Вопрос смазывающих свойств приобрёл особое значение по мере изменения требований к составу моторных топлив. Одним из основных направлений развития стандартов стало значительное сокращение содержания серы в дизельном топливе. Для этого нефтеперерабатывающие предприятия используют процессы глубокой очистки.
На первый взгляд может показаться, что ухудшение смазывающей способности связано исключительно с удалением соединений серы. Такое объяснение слишком упрощённое.
В процессе глубокой гидроочистки изменяется состав топлива в целом. Вместе с нежелательными соединениями уменьшается содержание ряда компонентов, которые способны взаимодействовать с металлическими поверхностями и участвовать в формировании защитного слоя. В результате высокоочищенный нефтепродукт при определённом составе может демонстрировать худшую естественную смазывающую способность.
Поэтому корректнее говорить не о прямой формуле «меньше серы — хуже смазка», а о влиянии технологических процессов очистки на комплексный химический состав продукта. Содержание серы и HFRR являются самостоятельными параметрами и должны контролироваться независимо друг от друга.
Изменения в технологии производства совпали с развитием топливной аппаратуры. Системы впрыска стали точнее, рабочие давления повысились, а требования к стабильности характеристик топлива выросли. В результате появилась необходимость не предполагать наличие достаточных смазывающих свойств, а подтверждать их стандартизированным испытанием.
Сегодня показатель входит в перечень характеристик дизельного топлива, нормируемых техническими требованиями. Для экологических классов К3, К4 и К5 технический регламент устанавливает смазывающую способность не более 460 мкм.
Формулировка «не более» здесь принципиальна. Число представляет собой размер следа износа, полученного во время стандартизированного испытания. Поэтому увеличение результата означает более выраженный износ контрольной поверхности, а уменьшение — лучшую способность топлива ограничивать его.
Именно эта обратная зависимость часто становится причиной неправильного толкования показателя. Например, результат 400 мкм по своей логике лучше, чем 500 мкм, хотя второе число больше. HFRR в данном случае не является условным «баллом качества». Это физический размер измеряемого пятна износа.
Аббревиатура HFRR происходит от английского High Frequency Reciprocating Rig — так называют лабораторный аппарат с высокочастотным возвратно-поступательным движением, применяемый для оценки смазывающей способности дизельного топлива.
Принцип исследования основан на воспроизведении контролируемого контакта металлических поверхностей в присутствии образца топлива. В стандартной испытательной системе металлический шарик взаимодействует с неподвижной металлической поверхностью и совершает повторяющиеся возвратно-поступательные движения. Исследуемое топливо находится в зоне контакта.
Испытание проводится в строго установленных лабораторных условиях. Это необходимо потому, что интенсивность изнашивания зависит не только от свойств жидкости, но также от нагрузки, температуры, состояния поверхностей, продолжительности контакта и других факторов. Если эти условия постоянно менять, результаты различных образцов невозможно будет корректно сравнивать.
После окончания испытания оценивают след износа, образовавшийся на контрольном элементе. Его размер выражается в микрометрах. Один микрометр составляет одну тысячную миллиметра.
Именно этот результат обычно и подразумевают, когда в паспорте качества или технической документации встречается показатель смазывающей способности HFRR.
Логика интерпретации достаточно проста. Если топливо хорошо уменьшает трение и препятствует непосредственному взаимодействию поверхностей, след износа оказывается меньше. Если защитное действие выражено слабее, размер пятна увеличивается.
При этом HFRR не следует воспринимать как прямую имитацию всех процессов, происходящих внутри реальной топливной системы. Лабораторное исследование создаёт стандартизированную модель контакта, благодаря которой разные образцы можно оценивать по одной методике. Фактический ресурс топливного насоса или форсунки зависит от значительно большего количества факторов, чем один лабораторный показатель.
Именно поэтому результат HFRR отвечает на достаточно конкретный вопрос: какую смазывающую способность показывает исследуемое топливо при заданных условиях стандартного испытания.
Для определения этого свойства применяется специальный нормативный метод. В российской системе стандартизации действует ГОСТ ISO 12156-1, посвящённый определению смазывающей способности дизельного топлива на аппарате HFRR. Международная система ISO также предусматривает соответствующий метод исследования дизельных топлив, включая нефтяные средние дистилляты, парафиновые дизельные топлива и смеси с биокомпонентами.
Дизельное топливо представляет собой сложную смесь множества соединений, поэтому его способность уменьшать трение нельзя связать только с одним компонентом.
Важную роль играют вещества, молекулы которых способны взаимодействовать с металлической поверхностью. Некоторые полярные соединения обладают большей склонностью закрепляться на металле и формировать тонкий пограничный слой. Он уменьшает непосредственный контакт поверхностей и тем самым способствует снижению износа.
Глубина переработки и очистки нефтепродукта влияет на количество и состав таких компонентов. Поэтому две партии топлива, близкие по основным эксплуатационным показателям, теоретически могут различаться по естественной смазывающей способности.
Именно эта особенность объясняет, зачем свойство измеряют непосредственно, а не пытаются вычислить его по содержанию серы, плотности или вязкости.
На стадии промышленного производства состав товарного топлива формируется таким образом, чтобы готовый продукт соответствовал всему комплексу нормативных требований, включая смазывающую способность. В нефтепереработке существуют технологические способы корректировки этого свойства, однако для конечной оценки важен не сам способ получения нужной характеристики, а лабораторно подтверждённый результат.
На смазывающие свойства может влиять и присутствие биокомпонентов. Определённые кислородсодержащие соединения способны обладать выраженными поверхностно-активными свойствами, поэтому изменение компонентного состава отражается на HFRR. Но наличие конкретного компонента само по себе не является достаточным основанием для оценки готового продукта: решающее значение имеет фактическое соответствие топлива установленным требованиям.
Необходимо также разделять смазывающую способность и загрязнённость ДТ. Наличие воды или механических частиц представляет отдельную проблему и контролируется другими методами. Низкое значение HFRR не означает автоматически, что образец соответствует требованиям по чистоте, содержанию воды или другим характеристикам.
Дизельное топливо оценивается сразу по целому комплексу показателей, поскольку каждый из них описывает свою сторону свойств продукта.
Цетановое число связано с воспламеняемостью топлива в дизельном двигателе. Вязкость характеризует особенности его течения и имеет значение для работы системы подачи и распыления. Плотность показывает соотношение массы и объёма. Низкотемпературные характеристики позволяют оценивать поведение ДТ при охлаждении. Температура вспышки относится прежде всего к характеристикам пожароопасности.
HFRR занимает в этом наборе собственное место. Он характеризует способность топлива уменьшать износ при контакте металлических поверхностей в стандартизированных условиях.
Из этого следует важный практический вывод: соответствие по одному показателю ничего не говорит об остальных. Дизельное топливо с хорошей смазывающей способностью не обязательно автоматически обладает оптимальными низкотемпературными характеристиками или нужным цетановым числом. И наоборот, соответствие требованиям по содержанию серы не позволяет заранее определить результат испытания HFRR.
Нельзя использовать и формулу «чем ниже HFRR, тем качественнее топливо вообще». Меньший диаметр пятна износа действительно свидетельствует о более высокой смазывающей способности в рамках данного метода, но качество товарного дизельного топлива оценивают по совокупности нормируемых характеристик.
При работе с нефтепродуктами «Магма-Дизель» учитывает именно комплекс параметров продукта. Такой подход позволяет не подменять полноценную оценку топлива одним числом из паспорта качества.
Таким образом, смазывающая способность показывает, насколько дизельное топливо способно снижать изнашивание взаимодействующих металлических поверхностей. Для количественной оценки применяется метод HFRR, при котором результат выражается через размер пятна износа в микрометрах. Чем меньше полученное значение, тем лучше смазывающая способность образца в условиях стандартного испытания.
Появление этого параметра среди нормируемых характеристик связано одновременно с развитием современных топливных систем и изменением состава дизельного топлива вследствие глубокой очистки. При этом HFRR нельзя выводить непосредственно из содержания серы, вязкости или другого отдельного показателя.
Это самостоятельная характеристика ДТ, которая дополняет остальные результаты лабораторного контроля. Только их совокупность позволяет объективно оценить соответствие дизельного топлива установленным требованиям.