Indice de cétane - Cetane number

L' indice de cétane ( indice de cétane ) est un indicateur de la vitesse de combustion du carburant diesel et de la compression nécessaire à l' allumage . Il joue le même rôle pour le diesel que l' indice d' octane pour l' essence . Le CN est un facteur important dans la détermination de la qualité du carburant diesel, mais pas le seul; d'autres mesures de la qualité du carburant diesel incluent (mais ne sont pas limitées à) la teneur en énergie, la densité , le pouvoir lubrifiant, les propriétés d'écoulement à froid et la teneur en soufre.

Définition

L' indice de cétane (ou CN) d'un carburant est défini en trouvant un mélange de cétane et d' heptaméthylnonane avec le même délai d'allumage. Le cétane a un indice de cétane défini à 100, tandis que l'indice de cétane mesuré pour l'isocétane est de 15, remplaçant l'ancien carburant de référence alpha-méthylnaphtalène , auquel a été attribué un indice de cétane de 0. Une fois le mélange connu, l'indice de cétane est calculé en volume -moyenne pondérée, arrondie au nombre entier le plus proche, du cétane 100 et de l'heptaméthylnonane 15.

indice de cétane = % n -cétane + 0,15 (% heptaméthylnonane)

L'indice de cétane est une fonction inverse du délai d'allumage d'un carburant, la période de temps entre le début de l'allumage et la première augmentation de pression identifiable pendant la combustion du carburant. Dans un moteur diesel particulier, les carburants à plus haute teneur en cétane auront des délais d'allumage plus courts que les carburants à plus faible teneur en cétane. Les indices de cétane ne sont utilisés que pour les diesels distillés relativement légers. Pour le fioul lourd (résiduel), deux autres échelles sont utilisées, CCAI et CII .

Les valeurs typiques

En général, les moteurs diesel fonctionnent bien avec un CN de 48 à 50. Les carburants avec un indice de cétane inférieur ont des délais d'allumage plus longs, ce qui nécessite plus de temps pour que le processus de combustion du carburant soit terminé. Par conséquent, les moteurs diesel à vitesse plus élevée fonctionnent plus efficacement avec des carburants à indice de cétane plus élevé.

En Europe, les indices de cétane du diesel ont été fixés à un minimum de 38 en 1994 et de 40 en 2000. La norme actuelle pour le diesel vendu dans l'Union européenne , en Islande , en Norvège et en Suisse est définie dans la norme EN 590 , avec un indice de cétane minimum de 46 et un indice de cétane minimum de 51. Le carburant diesel premium peut avoir un indice de cétane aussi élevé que 60.

En Finlande, les carburants diesel premium vendus par les chaînes de stations-service St1 (Diesel Plus), Shell (contenant GTL) et ABC (Smart Diesel) ont un indice de cétane minimum de 60 avec une valeur typique de 63. Neste MY Renewable Diesel vendu en Finlande a un indice de cétane minimum de 70.

En Amérique du Nord, la plupart des États adoptent la norme ASTM D975 pour le carburant diesel et l'indice de cétane minimum est fixé à 40, avec des valeurs typiques comprises entre 42 et 45. Le carburant diesel premium peut avoir ou non un indice de cétane plus élevé selon le fournisseur. Le diesel premium utilise souvent des additifs pour améliorer le CN et le pouvoir lubrifiant , des détergents pour nettoyer les injecteurs de carburant et minimiser les dépôts de carbone , des dispersants aqueux et d'autres additifs en fonction des besoins géographiques et saisonniers. Le carburant diesel californien a un cétane minimum de 53. Sous le Texas Low Programme d'émission diesel (TxLED), il existe 110 comtés où le carburant diesel doit avoir un indice de cétane de 48 ou plus, ou bien doit utiliser une formulation alternative approuvée ou se conformer aux limites alternatives désignées.

Neste MY Renewable Diesel vendu en Amérique du Nord a un indice de cétane de 75-85.

Additifs

Les nitrates d'alkyle (principalement le nitrate de 2-éthylhexyle) et le peroxyde de di- tert- butyle sont utilisés comme additifs pour augmenter l'indice de cétane.

Carburants alternatifs

Le biodiesel provenant de sources d'huile végétale a été enregistré comme ayant une plage d'indices de cétane de 46 à 52, et les indices de cétane des biodiesels à base de graisse animale vont de 56 à 60. L'éther diméthylique est un carburant diesel potentiel car il a un indice de cétane élevé (55- 60) et peut être produit comme biocarburant . La plupart des éthers simples, y compris les liquides, tels que l'éther diéthylique, peuvent être utilisés comme carburants diesel, bien que le pouvoir lubrifiant puisse être préoccupant.

Pertinence chimique

Le cétane est l'hydrocarbure de formules chimiques C 16 H 34 et CH 3 (CH 2 ) 14 CH 3 . Nommé n-hexadécane, c'est un alcane saturé non ramifié . Le cétane s'enflamme avec un court délai sous compression et se voit attribuer un indice de cétane de 100. L' alpha-méthylnaphtalène , qui a un long délai, a reçu un indice de cétane de 0, mais a été remplacé comme carburant de référence par 2,3, 4,5,6,7,8-heptaméthylnonane , dont l'indice de cétane est de 15. Tous les autres hydrocarbures contenus dans le carburant diesel sont indexés sur le cétane en fonction de la vitesse à laquelle ils s'enflamment sous compression, c'est-à-dire dans des conditions de moteur diesel . Étant donné que des centaines de composants constituent du carburant diesel, l'indice de cétane global de ce carburant est la qualité moyenne de cétane de tous les composants. Les composants à haute teneur en cétane ont une influence disproportionnée, d'où l'utilisation d'additifs à haute teneur en cétane.

Mesure de l'indice de cétane

Les indices de cétane sont assez difficiles à mesurer avec précision, car ils nécessitent un moteur diesel spécial appelé moteur Cooperative Fuel Research (CFR). Dans des conditions d'essai standard, l'opérateur du moteur CFR utilise un volant pour augmenter le taux de compression (et donc la pression maximale dans le cylindre) du moteur jusqu'à ce que le temps entre l'injection de carburant et l'allumage soit de 2,407 ms. L'indice de cétane résultant est ensuite calculé en déterminant quel mélange de cétane ( hexadécane ) et d' isocétane (2,2,4,4,6,8,8-heptaméthylnonane) entraînera le même retard d'allumage.

Testeur de qualité d'allumage (IQT)

Une autre méthode fiable de mesure de l'indice de cétane dérivé (DCN) du carburant diesel est le testeur de qualité d'allumage (IQT). Cet instrument applique une approche plus simple et plus robuste à la mesure du CN que le CFR. Le carburant est injecté dans une chambre de combustion à volume constant à environ 575 °C et 310 psi (21 bar). Le temps entre le début de l'injection et le retour de la pression de la chambre de combustion à 310 psi (21 bar) est défini comme le délai d'allumage. Ce délai d'allumage mesuré est ensuite utilisé pour calculer le DCN du carburant. Le DCN du carburant est ensuite calculé à l'aide d'une relation empirique inverse au délai d'allumage. En raison de la reproductibilité, du coût des matériaux et de la vitesse de l'IQT, il s'agit de la source définitive des mesures DCN des carburants depuis la fin des années 2000.

Testeur d'allumage de carburant

Une autre méthode fiable de mesure de l'indice de cétane dérivé du carburant diesel est le Fuel Ignition Tester (FIT). Cet instrument applique une approche plus simple et plus robuste à la mesure du CN que le CFR. Le carburant est injecté dans une chambre de combustion à volume constant dans laquelle la température ambiante est d'environ 575 °C. Le carburant brûle et le taux élevé de changement de pression dans la chambre définit le début de la combustion. Le retard à l'allumage du carburant peut alors être calculé comme le temps écoulé entre le début de l'injection du carburant et le début de la combustion. L'indice de cétane dérivé du carburant peut ensuite être calculé en utilisant une relation inverse empirique au retard d'allumage.

Indice de cétane

Une autre méthode permettant aux utilisateurs de carburant de contrôler la qualité consiste à utiliser l'indice de cétane (IC), qui est un nombre calculé en fonction de la densité et de la plage de distillation du carburant. Il existe différentes versions de ceci, selon que les unités métriques ou impériales sont utilisées et combien de points de distillation sont utilisés. De nos jours, la plupart des compagnies pétrolières utilisent la « méthode en 4 points », ASTM D4737, basée sur la densité, 10 % 50 % et 90 % des températures de récupération. La « méthode en 2 points » est définie dans la norme ASTM D976 et utilise uniquement la densité et la température de récupération de 50 %. Cette méthode en 2 points a tendance à surestimer l'indice de cétane et n'est pas recommandée. Les calculs de l'indice de cétane ne peuvent pas tenir compte des additifs améliorant le cétane et ne mesurent donc pas l'indice de cétane total pour les carburants diesel additionnés. Le fonctionnement du moteur diesel est principalement lié à l'indice de cétane réel et l'indice de cétane est simplement une estimation de l'indice de cétane de base (non additionné).

Normes de l'industrie

Les normes de l'industrie pour mesurer l'indice de cétane sont ASTM D613 (ISO 5165) pour le moteur CFR, D6890 pour l'IQT et D7170 pour le FIT.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes