寒冷時のディーゼルの損傷

汚れ以外も捕捉するフィルター 

寒冷時の流動性が大きな問題になることがあります。 午前中には機器が起動しなかったり、起動したとしても、作業中に突然停止してしまったりすることがあります。 これらの問題は通常、温度の低下により燃料内に生成される固体によって引き起こされます。 

エンジンとフィルターでは粒子を区別することはできません。 硬いものであれ柔らかいものであれ、汚染物質であれ純粋な炭化水素であれ、燃料中の固体はトラブルの原因になります。 新時代の燃料、最新式エンジンの感度、それらを保護するために設計されたフィルターに高い効率性が求められることから、こうした問題は悪化の一途をたどっています。 

氷

気温が下がると、燃料中の遊離水が凍結します。 氷の結晶は、他の固形粒子と同じような挙動を示し、フィルターに捕集されたり、燃料システムに摩耗を引き起こしたりします。 氷が大量になると、フィルターやパイプが完全に塞がれ、燃料の流れが妨げられてしまいます。 氷結防止剤は緊急時の運転に役立つかもしれませんが、ディーゼルにアルコールを添加することは一般的には推奨されていません。 燃料に遊離水を入れないことが最善の解決策です。水問題のソリューションを見直して、詳細を確認してください。 

ゲル化

水のように、「凝固」点に達した炭化水素は固体になります。 ただし、水とは異なり、氷にはならず、 フィルターを通過できない、厚い、ろう状の物質に変わります。 これが「ゲル化」と呼ばれるものです。 石油系ディーゼルとバイオディーゼルの両方でこうした特徴が見られます。 ディーゼル燃料は1つの「物質」ではなく、 それぞれが異なる化学的・物理的特性を持つ、数千もの化合物が複雑に混ざりあったものです。 それぞれの製法は、製造時に精油所によって決定されます。 通常は、炭化水素を主として、約250種類の化学薬品で構成されます。 正確な凍結温度は炭化水素ごとに大きく異なり、冬季の流動性の問題に直接関係してきます。 「冬季用のディーゼル」には、「夏季用のディーゼル」よりも一般的に凍結点が低い炭化水素の混合物が含まれます。 

代表的な炭化水素の凝固点

一部の国では、-40°F/C以下の非常に厳しい条件向けに「北極ディーゼル」と呼ばれる燃料の分類があります。 燃料の「凍結」は、植物性ショートニングや植物油と比較としてみると、わかりやすくなります。 どちらも本質的に同じものですが、室温で固体となるのがショートニングであり、液体となるのが油です。 同じことが炭化水素にも当てはまります。 特定の温度で、液体になるものもあれば、炭化水素の固相、いわゆる「凍結」し、柔らかいろう状になるものもあります。 これは一般にゲル化と呼ばれます。 

冬季の燃料

寒冷地域の場合、製油所と販売業者は、いくつかの方法でディーゼルの寒冷時の流動性を改善できます。 たとえば、次のような方法があります。 

• 製油所の上流工程でろうが少ない原油を選択する
• 精製プロセスを拡張して、溶融温度が高い（つまり、低温で凍結する）ろう成分を除去する
• ろうの含有量が少ない1Dディーゼルまたは灯油で燃料を希釈する
• ディーゼルを低温流動性添加剤（低温流動性向上剤）で処理する 

燃料サプライヤーは、販売の時間と場所で炭化水素の混合物を管理しますが、天候の異常な変動や、保管されている燃料、より寒冷な場所に輸送する燃料を管理することはできません。 曇り点を下げるために燃料に灯油を追加しないでください。 この方法はほとんどの機器メーカーで厳重に禁止されており、保証が無効になる場合もあります。 

寒冷時の流動性の予測

特定の燃料に対して、寒冷時の性能を予測するためのテストは多数存在しており、 テストの相対的なメリットが議論の対象となっています。 HPCR燃料システム、高効率燃料フィルター、ULSD、広範なバイオディーゼルの登場以来、それらの有用性に関して第三者による試験データは公開されていません。 

曇り点： ディーゼルが冷却されると、ろうの結晶が形成され始め、白いもや（または「雲」）が見えるようになります。 ろうは溶液から離脱し、燃料フィルターとリフトポンプに引っかかるようになります。 実際の雲の温度は、燃料の特性によって異なります。 低品質燃料には曇り点が40°F/4°Cに達するものもありますが、ほとんどの高品質燃料の曇り点は約32°F/0°C（未処理時）になります。 一般に、低温流動性向上剤によって曇り点が下がることはほとんどありません。 燃料の曇り点を大幅に下げることができる曇り点抑制剤もいくつかありますが、燃料の流れを維持するためのゲル化防止剤に対して作用する可能性があるため、一般的に使用は推奨されません。 曇り点を下げる最良の方法は、1Dディーゼルなどのろう含有量の少ない炭化水素を添加することです。 

目詰まり点（CFPP：Cold Filter Plugging Point）： これは、ろうの結晶が燃料フィルターをすぐに目詰まりさせて、エンジンの燃料を枯渇させ、低温時のエンジンの始動を妨げたり、停止させたりする温度です（通常は、最も状況が悪い場合に停止します）。 低温流動性向上剤は、CFPPを数度下げることができます。 実際には、ろう化の温度を下げるのではなく、ろうの結晶自体に作用します。 結晶のサイズと形状を変えることにより、燃料の流れをよくし、より低い温度でもフィルターの細孔を通過できるようにします。 

*注意事項： ほとんどの低温流動性向上剤は、ULSDでは高硫黄燃料の場合ほど機能しません。 ULSDを使用した試験結果に基づいた性能表示になっていることを確認してください。 そうでない場合、関連性はありません。 CFPPを測定するための一般的な試験方法は、ASTM D6371です。 1965年に開発された方法であり、急速冷却法を使用して、20 ccのディーゼルが60秒以内に45ミクロンのワイヤーメッシュを通過しなくなる温度を特定します。 1981年の研究調整評議会（CRC：Coordinating Research Council）の調査では、CFPPは実際の性能を正確に予測するものではないと判断されました。 最低動作温度は誇張される傾向にあります（つまり、寒冷時の実際の性能は、試験で表示されるほど良くありません）。

低温流動性試験（LTFT：Low Temperature Flow Test）： この試験（ASTM D4539）は、添加燃料の性能を予測する上である程度正確であると考えられており、北米の大型トラックでよく推奨されています。 非現実的な急速冷却方法を使用する代わりに、この試験方法では、ディーゼルをゆっくりと冷却しており（1時間あたり1°C）、実際の状況をより正確に反映しています。 この試験では、20 kPaの真空を使用して17ミクロンのメッシュスクリーンから200 ccのサンプルを吸引します。 LTFTポイントは、サンプルの90%が60秒以内にスクリーンを通過しなくなった時の温度です。 北米の寒冷時の性能を予測する上でCFPP試験よりも正確であると見なされていますが、LTFTは許容可能な流量を決定するために17ミクロンのメッシュスクリーンを使用しています。 これはCFPPに使用される45ミクロンのメッシュよりも細かいものですが、今日のHPCRエンジンを保護するために使用される高効率の2ミクロンフィルターを通る燃料の流れを予測できるかどうかは疑問視されています。 

流動点： ディーゼルが凍結する温度は、流動点と呼ばれます。 この温度では、燃料がすべて凍結してしまいます。 流動点は、目詰まり点よりも低温であるため、寒冷時の流動性の予測には関係ありません。 燃料がフィルターを通過してエンジンに到達できない場合、車両は動きません。 他の要因がないのであれば、ゲル化したディーゼル、つまり曇ったディーゼルは、温度が上昇することによって透明になります。 ろうの結晶は溶解して溶液に戻り、燃料は再び完全な液体になります。 暖めても燃料が透明にならない場合は、低温以外に別の要因が働いています。 ほとんどの場合、他の化学的性質が存在することにより反応が起こって、通常の動作温度では溶融しない柔らかい固体が生成されています。 

グリセリン

ゲル化した燃料とグリセリンの固体は、しばしば互いに混同されます。 燃料のゲル化は寒さだけで引き起こされる自然現象ですが、グリセリンはバイオディーゼルにのみ存在するまったく異なる化学物質です。 グリセリンおよびその他の関連物質（グリセロール）は、バイオディーゼル生産の副産物であり、石油系ディーゼルには含まれていません。 規制により、これらの物質を事実上すべて除去することが義務付けられていおり、わずかな量が含まれているだけで車両が動かなくなってしまいます。 一般に、グリセリンの温度が保たれて液体のままである限り、すぐに問題を引き起こすことはありませんが、 温度が下がると、グリセリンはろう状の固体になります。 タンクの底にたまり、燃料フィルターに捕捉され、粘着性のある腐食性のエンジン堆積物を形成します。 

柔らかい固体の影響

柔らかいろう状の固体は、フィルターの使用期間に関係なく、フィルターの機能を急速に低下させます。 これらの固体はどこで形成されるのでしょうか。 燃料が冷えた状態で供給される場合、サプライヤーから固体がタンクに送り込まれる場合があります。 燃料が貯蔵タンクで冷えると、その時点で固体がたまる場合もあります。 オンボード燃料タンクに入るまでにディーゼルが冷却されていない場合は、タンク内で凝固している可能性があります。 形成される場所に関係なく、柔らかい固体は最初に接触するフィルターをすぐに詰まらせてしまいます。 

右（下）の画像は、グリセリンでフィルターが詰まっている極端なケースです。 通常は、これほどひどい状態のものを目にすることはなく、 フィルターは一見クリーンな状態で、メディアにかすかなろう状の光沢があるか、フィルター缶の底にわずかな堆積物がある程度です。 下の画像は、走査型電子顕微鏡で見た、平均的な効率のセルロースメディアのフィルターを示した画像です。