6.2.2. Combustibili pentru m.a.c. Motorine

Combustibilii convenţionali pentru motoarele cu aprindere prin compresie sunt motorinele sau combustibilii Diesel. Motorinele sunt fracţiuni petroliere formate din amestecuri de hidrocarburi cu 12…20 atomi de carbon în moleculă obţinute din distilarea primară a petrolului în domeniul de temperatură de 220 – 360^oC.

În compoziţia motorinelor se întâlnesc:

a)       hidrocarburi saturate:

-         cu catenă liniară (n-parafine), C_nH_2n+2

-         cu catenă ramificată (izo-parafine) ), C_nH_2n+2

-         cu catenă ciclică (naftene), C_nH_2n

b)       hidrocarburi aromatice (arene)

-         cu un singur nucleu aromatic (mononucleare)

-         mixte, conţinând mai multe nuclee aromatice legate de atomi de carbon saturaţi.

c)       cantităţi foarte mici de hidrocarburi nesaturate(olefine), C_nH_2n; acestea  uneori pot lipsi din compoziţia motorinelor.

d)       cantităţi mici de compuşi organici cu S, N, O etc.

Pentru a putea fi utilizate drept combustibili, motorinele obţinute din distilarea primară se supun tratamentelor de neutralizare sau de hidrofinare (aplicat motorinelor cu conţinut nepermis de mare de olefine, provenite din ţiţeiurile sulfuroase). Calitatea unei motorine, determinată de compoziţie, se alege în funcţie de tipul de motor alimentat şi se evaluează pe baza câtorva mărimi caracteristice.

Volatilitate şi viscozitate. Volatilitatea unei motorine este reflectată de curba ei de distilare şi de punctul de inflamabilitate.

Temperatura punctului de inflamabilitate reprezintă temperatura minimă la care vaporii unei motorine se aprind în contact cu o flacără. Ea corespunde unei presiuni de vapori de cca. 10 torr la temperatura camerei. Motorinele cu prea mică volatilitate creează dificultăţi la pornirea la rece. Dacă volatilitatea motorinelor este prea mare, penetraţia jetului de motorină lichidă în injectoare este redusă ceea ce determină formarea unui amestec sărac motorină-aer.

Pornirea uşoară a motorului este condiţionată şi de viscozitatea combustibilului. O valoare scăzută a acesteia determină uzura în sistemele de injecţie şi în circuitele de alimentare. Creşterea viscozităţii favorizează mărirea presiunii în sistemul de injecţie şi degajarea de fum în gazele de eşapare. Viscozitatea motorinei se poate corela cu punctul de curgere (temperatura limită de filtrabilitate) şi cu punctul de tulburare (care este cu cca. 6^oC mai mare decât punctul de curgere). La temperaturi mai mici decât valoarea acestuia se poate produce înfundarea (colmatarea) sitelor şi a filtrelor aflate pe traseul de alimentare al motorului. Temperatura la care se formează primele cristale de parafină în motorină se numeşte punct de cristalizare iar temperatura la care solidificarea se produce în toată masa motorinei se numeşte punct de solidificare.

Comportarea la autoaprindere este determinată de compoziţia motorinelor şi se apreciază prin temperatura de autoaprindere, cifra cetanică şi indicele Diesel.

Temperatura de autoaprindere este temperatura minimă la care motorina se aprinde fără intervenţia unei flăcări. Hidrocarburile aromatice au temperatura de autoaprindere cea mai ridicată, urmând, în ordine descrescătoare, naftenele, izoparafinele şi n-parafinele. Temperatura de autoaprindere scade cu creşterea presiunii.

Cifra cetanică (CC) indică conţinutul în procente volumice de n-cetan, dintr-un amestec etalon de n-cetan şi a-metilnaftalină care se comportă la autoaprindere similar cu motorina testată în condiţii identice de încercare.

Convenţional, s-a atribuit n-cetanului cifra cetanică 100 şi a-metilnaftalinei cifra cetanică 0 (zero).

Cifra cetanică a motorinelor creşte cu creşterea conţinutului de hidrocarburi cu stabilitate termică redusă, în ordinea: arene < naftene < izoalcani < n-alcani. În aceeaşi clasă de hidrocarburi, CC creşte cu creşterea masei moleculare. Pentru motorinele auto cifra cetanică este cuprinsă între 28 – 60. Cifra cetanică se determină pe un motor experimental, la un banc de probe dar se poate determina şi în laborator. În acest scop trebuie măsurate densitatea motorinei şi punctul ei de anilină.

Punctul de anilină reprezintă temperatura minimă la care un volum de anilină (C₆H₅-NH₂) se amestecă complet cu un volum egal de motorină. Valoarea punctului de anilină este cu atât mai mare cu cât motorina este mai bogată în hidrocarburi aromatice.

Densitatea motorinei scade cu scăderea conţinutului de hidrocarburi aromatice şi cu creşterea conţinutului de n-parafine. Folosind aceşti indici de comparaţie, s-a stabilit un criteriu de apreciere a sensibilităţii la autoaprindere a motorinei, denumit indice Diesel (I.D.) Indicele Diesel se stabileşte cunoscând valoarea densităţii motorinei, exprimată în grade API (American Petroleum Institute) şi a punctului de anilină, exprimat în ^oF prin nomograme sau prin calcul:

                                            (6.4)

Relaţia între densitatea API şi densitatea relativă măsurată la 15^oC, d¹⁵, este:

d [^oAPI] = (141,5 : d¹⁵) – 131,5                                                                            (6.5)

Cifra de cocs. Prin ardere, combustibilii Diesel au tendinţa de a forma depozite de cocs care îngreunează pulverizarea, măresc uzura motorului şi emisia de fum negru la ardere. Cifra de cocs reprezintă reziduul de cocsificare care se obţine la distilarea în absenţa aerului şi la piroliza unei cantităţi bine determinată de motorină.

Conţinutul de sulf şi de cenuşă conduce la formarea în timpul arderii a SO₂ sau a SO₃, substanţe poluante şi corozive iar cenuşa rezultată din arderea substanţelor minerale din combustibil se depune în sistemul de ardere şi determină uzura fizico-mecanică a acelor zone.

Conţinutul de apă trebuie să fie extrem de redus şi mult mai riguros controlat decât la benzine întrucât el influenţează mult caracteristicile de ardere ale motorinei. Pentru motorinele auto valoarea acestuia nu trebuie să depăşească 0,05% din volumul combustibilului.

Puritatea (lipsa suspensiilor solide) este o altă caracteristică esenţială a unei motorine care dacă nu este respectată duce la disfuncţionalităţi în modul normal de operare a pompei de injecţie.

Aditivii pentru motorine urmăresc asigurarea performanţelor impuse acestora în utilizarea lor specifică. În Tabelul 6.5 sunt prezentate tipurile frecvent întâlnite de aditivi pentru motorine.

Tabel 6.5. Aditivi pentru motorine