Tribotechnické listy

 

 

Bionafta a provoz motorů

Používání biopaliv je dnes známou záležitostí i díky výrazné medializaci problematiky. Známé jsou přídavky bionafty, většinou metylesterů řepkového oleje, do uhlovodíkové nafty i přídavky biolihu do tradičního benzinu. K povinnému využití biopaliv se země EU zavázaly od r. 2007, a to formou přídavku do běžných ropných paliv v množství do 5 %.

Bionafta

Každá novinka s sebou přináší i určité obavy, zda příměsi biopaliv do ropných paliv nemohou způsobit provozní potíže. Uvažovány jsou přitom všechny možnosti, např. vliv na plastové součástky, korozívní působení biopaliv, zanášení vysokotlakých vstřikovačů a další aspekty.

Bionaftou se vždy rozumí čisté metylestery mastných kyselin. Nelze totiž očekávat, že se budeme vždy setkávat pouze s metylestery řepkového oleje.

Těkavost bionafty a pronikání do motorového oleje

Běžná uhlovodíková nafta má destilační rozmezí přibližně od 200 °C do 360 °C. Bod varu bionafty se pohybuje spíše v oblasti vyšších teplot tohoto rozmezí - kolem 330 °C.

Důsledkem poměrně vysokého bodu varu bionafty je horší odpařování paliva vstřikovaného do válce. Neodpařené kapky nafty se většinou dostávají na stěny válce a odtud mohou přes pístní kroužky proniknout do klikové skříně, kde naředí motorový olej a sníží jeho viskozitu. S přídavkem bionafty do ropné nafty intenzita pronikání paliva do motorového oleje vzrůstá. Důsledkem je snižování kinematické a HTHS viskozity motorového oleje a v extrémních případech může dojít ke zvýšenému tření a opotřebení motoru.

Dalším faktorem, který podporuje zvýšené pronikání nafty a bionafty do motorového oleje je zanesení vstřikovačů, které s přítomností bionafty v palivu ani nemusí nutně souviset. Zhoršená průchodnost vstřikovačů způsobí zhoršení rozprašování paliva, tvorbu větších kapek, které jsou vstřikovány do válce a vše pak podporuje další pronikání paliva do motorového oleje.

Problém ředění motorového oleje bionaftou bude zřetelnější u starších dieselových motorů, které mají větší vůli mezi pláštěm pístu a pístními kroužky. Některým novějším dieselovým motorům hrozí nebezpečí odjinud. Kamenem úrazu je určitý typ částicových filtrů (DPF), který využívá k regeneraci dodatečný vstřik paliva do válce ve fázi výfuku. Problémem je právě dodatečný vstřik nafty do válce, přičemž ne všechna nafta je odvedena do výfukového traktu. Určitá část nafty tak skončí opět v motorovém oleji. Uvádí se, že vybavení motoru DPF filtrem s regenerací vložky vstřikem paliva do spalovacího prostoru může zvýšit obsah nafty (bionafty) v motorovém oleji až na 10 %.

Oxidační stabilita bionafty

Nízká oxidační stabilita bionafty je obecně známá, což se odráží již při skladování bionafty i směsných naft. Paliva i s velmi nízkým obsahem bionafty (dnes běžně do 5 %) nelze dlouhodobě skladovat a k přimíchávání bionafty proto dochází těsně před výdejem nafty do přepravních cisteren.

Na obrázku 1 je znázorněn průběh oxidace MEŘO v porovnání s uhlovodíkovou naftou při zahřívání vzorku paliva. Díky přítomnosti oxidačně nestabilních vazeb dochází k oxidaci bionafty při výrazně nižší teplotě než v případě nafty. Z oxidace MEŘO je vidět, že již kolem 150 °C dochází k první fázi oxidace, tj. oxidačnímu napadení nestabilních dvojných vazeb. K oxidaci běžných vazeb dochází až kolem 200 °C stejně jako u ropné nafty.

vscht1

Obr. 1

Nízká oxidační stabilita bionafty může přispívat k zanášení palivových filtrů, zanášení vstřikovačů, k potížím s pryskyřičnatými a karbonovými úsadami na pístu a na pístních kroužcích. Přítomnost bionafty v motorovém oleji způsobuje zrychlenou degradaci a stárnutí motorového oleje. Rizikem je i ovlivnění detergentních schopností motorového oleje. Tento faktor může být kritický zejména u moderních motorových olejů s nízkou hodnotou TBN, které jsou využívané v osobních vozech s naftovým pohonem.

Nečistoty v bionaftě

Kvalita bionafty je předepsaná normou EN 14214. Norma obsahuje několik kvalitativních parametrů, z nichž mnohé mají velký vliv na chování bionafty v motoru. Mezi nejdůležitější patří obsah volných kyselin (číslo kyselosti) a obsah vody. Tyto faktory mají vliv na korozi palivového čerpadla, vstřikovacího systému a ložiskových materiálů, zejména mědi a olova. Ukázka z korozního testu je uvedena na obrázku 2.

vscht2

Obr. 2 Zkouška korozivního pusobení bionafty v motorovém oleji

A - nová testovací destička

B - motorový olej čistý

C - motorový olej + uhlovodíková nafta

D - motorový olej + 5% nafty B20 (20% bionafty)

E - motorový olej + 5%bionafty

Přítomnost glycerolu a viskózních glyceridů zvyšuje pravděpodobnost zakarbonování vstřikovačů. Na vstřikovače má negativní vliv také tvorba pryskyřičnatých úsad díky oxidaci bionafty při dlouhodobém skladování. K tvorbě oxidačních úsad může dojít i při zazimování automobilu přes zimní období.

Výrobní kontaminace bionafty kovy (sodík nebo draslík) může ovlivňovat životnost DPF filtrů. Zvýšená tvorba popelnatých částic přispívá k rychlejšímu zanesení keramické vložky částicového filtru. Uvádí se, že 1 ppm kovu v palivu vyprodukuje průměrně 14 g popela každých 100 tis. km, který se usadí v DPF filtru.

Ke znečištění paliva přispívá i zvýšená rozpouštěcí schopnost bionafty a směsných naft. Je známým faktem, že na dně skladovacích nádrží i v palivových nádržích automobilů se postupně usazují různé nečistoty, které se do nádrže dostaly buďto s palivem nebo z ovzduší. Bionafta má oproti ropné naftě mnohem větší rozpouštěcí schopnost a díky tomu může dojít k uvolnění usazenin v nádržích i v potrubních cestách. Důsledkem jsou potom zanesené palivové filtry v automobilech a možné problémy se vstřikovači. K zanášení palivových filtrů také může dojít i na čerpacích stanicích u výdejních stojanů.

Doporučení výrobců aut

Popsaný vliv bionafty na provoz motoru a funkci motorového oleje vypadá hrozivě. Nic však není tak horké, jak zprvu vypadá. Základní informací je vždy koncentrace bionafty, která je v motorových naftách použita. Kvalitativní norma pro nafty EN 590 připouští obsah 5 % bionafty (metylesterů mastných kyselin) a také všichni výrobci automobilů a originálních součástek potvrdili, že použití bionafty v běžném palivu v množství do 5% vyhovuje všem jejich výrobkům. Pokud se výhledově jedná o zvýšení koncentrace bionafty v motorové naftě, pak už je většina výrobců v prognózách velmi opatrná. Důvodem jsou sofistikovanější vstřikovací systémy dnešních dieselových motorů a jejich citlivost ke kvalitě paliva.

V USA byly provedeny provozní testy s 20% bionafty u několika flotil nákladních automobilů a autobusů a nebyly zjištěny žádné systematické závady na motorech. V několika případech byly zaznamenány častější závady na vstřikovačích a zanesené palivové filtry. Také u nás byla omezeně používána motorová nafta s 31 % MEŘO a výrazné změny v četnosti a závažnosti poruch motorů nebyly zaznamenány, alespoň ne v mediálně významném měřítku. Otázkou však může být, zda případné závady způsobené směsnou naftou byly vždy správně diagnostikovány a připsány na úkor palivu.

Výběrové použití směsné nafty (31 % MEŘO) je však úplně něco jiného než plošné použití povinných přídavků bionafty do paliva. Zde se již mohou projevit některé systematické závady i při nízkých koncentracích bionafty. Proto opatrnost s použitím koncentrací bionafty nad 5% stále přetrvává. Případné problémy se závadami motorů a se servisními odstávkami automobilů by při plošném používání takové motorové nafty již mohly být statisticky významné a tedy problematické. Je také potřeba si uvědomit, že v reálném provozu se s novým a plošně používaným palivem setkávají motory různého stáří a technického stavu, s různým vybavením.

Závěr

Problematický vliv bionafty na provoz a spolehlivost motorů je neoddiskutovatelný. Nahodilé závady motorů, které by mohly být připsány vlivu bionafty, se budou vyskytovat vždy i při nízkých koncentracích bionafty. Je jen otázkou, při jaké koncentraci bionafty v motorové naftě budou závady motorů již statisticky významné a jaká opatření budou přijata k minimalizaci negativního vlivu bionafty na provoz motorů. Velmi důležitá je také disciplína výrobců bionafty a dodržování jejích normovaných kvalitativních parametrů.

Významný úkol také stojí před formulátory motorových olejů. Současné motorové oleje nejsou systematicky formulovány pro použití s bionaftou a různé motorové oleje si s kontaminací bionaftou poradí různým způsobem. V nejbližším období proto je třeba, aby se formulace nově vyvíjených aditivačních balíků a motorových olejů zaměřily na možnost kontaminace oleje bionaftou a byly tak připraveny zmírnit negativní působení bionafty na výkon motorového oleje a na čistotu motoru.

Práce vznikla díky podpoře MŠMT ČR v rámci projektu MSM 604 613 7304.

Jaroslav ČERNÝ, Ústav technologie ropy a alternativních paliv, VŠCHT Praha

Späť

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd