International research journal

Keywords: oxygenate, automobile diesel fuel, ethanol, fuel-alcohol emulsion. 
Автомобильный транспорт является одним из главных загрязнителей атмосферного воздуха городов. Так, в городе 
Набережные Челны на автомобильный транспорт приходится более 62 % от общего объема выбросов загрязняющих 
веществ в атмосферу, что составляет 37,4 тыс. т в год. В среднем автомобильным транспортом выбрасывается примерно 
по 74 кг загрязняющих веществ на каждого жителя нашего города, в то время как выбросы промышленных предприятий 
примерно вдвое меньше [1]. При этом более опасным является транспорт предприятий, парк личного автотранспорта 
обновляется регулярно и меньше загрязняет окружающую среду. 
Одним из способов уменьшения вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду, наряду с поиском 
оптимальных конструкторских решений, является применение экологически чистых топлив и масел. В настоящее время 
ежегодное потребление автомобильных бензинов в нашей стране превысило 40 млн. т, дизельных топлив – 78 млн. т, и 
рост производства и потребления автомобильных топлив в обозримом будущем будет продолжаться [2], поэтому 
улучшение их свойств является приоритетной задачей. Для совершенствования экологических свойств автомобильных 
топлив в мировой химмотологической практике, наряду с другими методами, используются оксигенаты – 
высокооктановые синтетические добавки, вырабатываемые из альтернативного сырья. Введение оксигенатов 
увеличивает полноту сгорания углеводородов топлива и уменьшает токсичность отработавших газов. В частности, 
оксигенаты позволяют уменьшить стехиометрическое соотношение топлива и воздуха в зоне сгорания, что приводит к 
уменьшению образования оксида углерода (II) и суммарных углеводородов. Однако применение оксигенатов в 
избыточных количествах может привести к ухудшению мощностных и экономических характеристик двигателя, а 
также к несовместимости их с материалами топливной системы автомобиля. Введение оксигенатов более актуально для 
бензинов, так как повышает их детонационную стойкость [3], [6], [7]. В качестве оксигенатов могут применяться 
диалкиловые эфиры: метил-трет-бутиловый (МТБЭ), этил-трет-бутиловый (ЭТБЭ), диизопропиловый (ДИИПЭ), – а 
также моноспирты с температурой кипения, соответствующей фракционному составу бензинов: этанол, изо-пропанол, 
трет-бутанол. Применение метанола, который привлекает внимание исследователей своей обширной сырьевой базой, 
ограничивается его высокой токсичностью, летучестью, гигроскопичностью. Одним из наиболее распространенных 
оксигенатов является этанол, в настоящее время все ведущие автомобилестроительные фирмы допускают применение 
в своих двигателях бензинов с содержанием этанола до 10%. В то же время добавки оксигенатов к дизельным топливам 
изучены недостаточно, что связано, прежде всего, с низкими цетановыми числами этих соединений. Изучалось влияние 

---

Международный научно-исследовательский журнал ▪ № 1 (103) ▪ Часть 1 ▪Январь 
136 
добавок некоторых гидроксильных соединений и диалкиловых эфиров на токсичность отработавших газов дизельных 
двигателей и выбросы суммарных углеводородов, оксида углерода (II), сажи [8], [10], [11]. 
В данной работе исследованы физико-химические свойства эмульсий на основе автомобильного дизельного 
топлива и этанола. В качестве исходного было взять товарное дизельное топливо сорта Е с величиной предельной 
температуры фильтруемости t
f
= минус 15 
0
С. Путем интенсивного механического перемешивания были приготовлены 
смеси указанного топлива с этанолом, в которых содержание оксигената составляло от 3 до 10 % об. Для повышения 
устойчивости полученных эмульсий использовались добавки изопропанола в количестве 1 % об. Смеси с более высокой 
концентрацией этанола оказались нестабильными в условиях эксперимента, и их свойства не изучались. 
Было исследовано влияние содержания этанола на основные физико-химические свойства полученных эмульсий. 
Процессы распыла и смесеобразования в дизельном двигателе зависят в значительной степени от вязкости и плотности 
топлива. В соответствии с требованиями стандарта [12], плотность при 15 
0
С должна находиться в пределах 820-845 
кг/м
3
, и уменьшение её ниже минимального значения, установленного стандартом, может вызвать искажение геометрии 
факела распыла и негативно сказаться на процессах смесеобразования и сгорания. Плотность топлива и топливно-
спиртовых смесей была определена пикнометрическим методом после длительного термостатирования при указанной 
температуре. Показано, что повышение содержания этанола в топливных эмульсиях от 3 до 10 % об. приводит к 
снижению плотности, но в допустимых пределах (см. таблицу 1). 
Таблица 1 – Характеристики топливно-этанольных эмульсий 
Образец 
Вязкость кинемати-
ческая, при 40
0
С, 
мм
2
/с, 
Плотность при 
15
0
С, кг/м
3
Плотность в 
градусах API 
Цетановое 
число 
ДТ товарное 
2,65 
831 
38,8 
51,0 
ДТ + 3% этанола 
2,59 
830 
39,0 
49,8 
ДТ + 5% этанола 
2,54 
829 
39,2 
48,9 
ДТ + 7% этанола 
2,48 
828 
39,4 
48,1 
ДТ + 10% этанола 
2,39 
826 
39,8 
46,9 
Плотность в градусах API (American Petroleum Institute), специальная функция относительной плотности, 
определялась при температуре 15
0
С (60 
0
F) и рассчитывалась по формуле: 
0
141,5
API
131, 5
удельный вес, 60 F
Плотность в градусах


(1) 
Максимальное значение плотности, равное 39,8 
0
API, имеет топливно-спиртовая эмульсия с содержанием этанола 
10% об. 
Одной из важнейших характеристик дизельного топлива, в значительной степени определяющей возможности его 
практического использования, является вязкость, а также её зависимость от температуры. Кинематическая вязкость 
исходного дизельного топлива и полученных на его основе этанолосодержащих эмульсий была определена 
капиллярным вискозиметром после термостатирования при 40 
0
С. По стандарту [12] и ЕН 590 диапазон изменения 
кинематической вязкости дизельных топлив при 40 
0
С составляет 2,00-4,50 мм
2 
/с. Значительное уменьшение вязкости 
приводит к увеличению просачивания топлива через форсунки и плунжерные пары, ухудшению смазывающих свойств 
и возрастанию износа, изменению геометрии факела распыла и формированию укороченного факела, ухудшению 
смесеобразования и сгорания. При заметном увеличении вязкости ухудшается прокачиваемость топлива, особенно в 
условиях зимней эксплуатации, формируется грубый распыл, что так же приводит к ухудшению смесеобразованию и 
уменьшению полноты сгорания топлива. Введение этанола в испытуемое дизельное топливо приводит к некоторому 
понижению кинематической вязкости топливно-спиртовых эмульсий, минимальное значение имеет композиция, 
содержащая 10% оксигената (см. таблицу 1). Полученные значения вязкости соответствуют требованиям стандарта, и 
введение этанола не приведет к ухудшению вязкостных и смазывающих свойств топливно-спиртовых смесей. 
Так как в ДВС с воспламенением от сжатия полнота сгорания и, следовательно, экологические характеристики 
топлива, зависят в значительной степени от его самовоспламеняемости, было исследовано влияние добавок этанола на 
цетановое число и дизельный индекс. Цетановое число товарного дизельного топлива определялось расчетным методом 
на основании эмпирических характеристик топлива, цетановые числа этаноло-топливных эмульсий определялись 
расчетным методом [13]. Результаты представлены в таблице. Уменьшение ЦЧ ниже 40 приводит к жесткой работе 
двигателя, нарушению процессов смесеобразования и сгорания, увеличению выбросов вредных веществ с 
отработавшими газами, поэтому недопустимо. Для всех рассмотренных топливно-спиртовых смесей ЦЧ превышает 46. 
Повысить ЦЧ можно путем введения присадок, уменьшающих период задержки воспламенения, к которым относятся, 
например, органические производные азотной кислоты, диалкиловые эфиры. 
График зависимости величины дизельного индекса от объёмной доли этанола оксигената в топливно-этанольных 
смесях представлен на рисунке 1. 

---

Международный научно-исследовательский журнал ▪ № 1 (103) ▪ Часть 1 ▪Январь 
137 
Рис. 1 – Зависимость дизельного индекса этаноло-топливных эмульсий от содержания этанола 
Величина дизельного индекса для всех образцов составляет не менее 52.