ČZU/FAPPZ

NAFTA

ČZU/FAPPZ

- směs kapalných uhlovodíků s 10 až 22 uhlíky v řetězci (n-alkany, izoalkany,

alkeny, naftaleny, aromáty);

- hlavní surovinou pro její výrobu je ropa, která se v rafinériích zpracovává

destilací ve dvou stupních;

- nejdříve probíhá destilace atmosférická, její zbytek (mazut) lze pak dále

zpracovávat destilací za sníženého tlaku (vakua);

- produkty destilace jsou uhlovodíkové směsi, lišící se rozmezím bodu varu;

- nejdříve se vydestilují nejlehčí nízkovroucí frakce s malou specifickou

hmotností, poté frakce střední a na ně navazují nejtěžší frakce

(vysokovroucí s vyšší specifickou hmotností).

[1]

ČZU/FAPPZ

VZNĚTOVÉ MOTORY

- pohonné jednotky těžších nákladních vozů, zemědělských traktorů,

stavebních a zemních strojů, výhradní pohonnou jednotkou v motorové

trakci kolejové;

- příčinou rozšíření vznětového motoru v dopravě je jeho větší tepelná

účinnost, zvláště při částečném zatížení a z toho plynoucí menší cestovní

spotřeba v porovnání s motorem zážehovým;

- v Evropě více než polovina nákladních vozidel s naftovým pohonem;

- v ČR veškerá nákladní doprava spotřebovává motorovou naftu;

- nevýhodný poměr ve spotřebě nafty vzhledem k benzinu (nepříznivé

důsledky jak pro jakost nafty, tak pro ekonomické zpracování ropy).

ČZU/FAPPZ

- vznětový motor (také Dieselův motor - Rudolf Diesel, nar. 18.3.1858, zemřel

30.9.1913) je spalovací motor charakterizovaný tím, že ke spálení paliva ve

spalovacím motoru dochází jeho vstříknutím do komprimovaného horkého

vzduchu, v němž palivo vzplane samo bez nutnosti cizího zdroje;

- užitečný výkon je řízen kvalitativně, tedy přes obsah paliva ve směsi palivo :

vzduch řízením vstřikované dávky paliva ve vstřikovacím zařízení.

[2]

ČZU/FAPPZ

- vznětové motory pracují obvykle s přebytkem vzduchu;

- stechiometrický směšovací poměr činí cca 14,5 kg vzduchu na 1 kg paliva (λ

=1), tedy k úplnému spálení 1 kg paliva je zapotřebí 14,5 kg vzduchu;

- pokud λ je okolo 1,4; tzv. mez kouření vznětových motorů; nastává

nerovnoměrné tvoření směsi teprve ve válci;

- během spalování tak existuje částečně nedostatek vzduchu a částečně

nedostatek paliva (nehomogenní směs). Při plném zatížení vznětového

motoru je směs obohacena až na mez kouření, při chodu naprázdno

s mimořádně chudou směsí je hodnota λ je okolo 3,4.

ČZU/FAPPZ

PRACOVNÍ FÁZE VZNĚTOVÉHO MOTORU

SÁNÍ:při pohybu pístu z horní úvratě (HÚ) do dolní (DÚ) při otevřeném sacím

ventilu a uzavřeném výfukovém ventilu, do válce se nasává čistý vzduch, který

prošel čističem vzduchu, aby se zbavil nečistot

KOMPRESE: začíná v DÚ, tedy při pohybu pístu vzhůru, a končí, když je píst v

(HÚ), oba ventily jsou přitom zavřeny. Nasátý vzduch se stlačuje v poměru 14:1

až 24:1, odpovídající tlaku na konci doby stlačování 3 až 6 MPa. Stlačením se

vzduch ohřeje na teplotu 600 až 800 °C.

[3]

ČZU/FAPPZ

EXPANZE: nastává krátce po vstříknutí přesné dávky paliva do válce těsně

před HÚ při zavřených ventilech. Vstřikuje se s přetlakem 11,5 až 19,5 MPa. U

některých vstřikovacích soustav dosahují tlaky až 180 MPa. Palivo rozprášené

v proudu horkého vzduchu vytvoří zápalnou směs, která se téměř okamžitě

začne vzněcovat. Hořením paliva prudce vzroste tlak plynů a píst je stlačován

do dolní úvratě. Proto je tato doba pracovní. Při hoření stoupne tlak ve válci na

6 až 9 MPa a teplota se zvýší až na 1 800 až 2 200 °C.

VÝFUK: začíná v DÚ a končí v HÚ. Při otevřeném výfukovém ventilu odcházejí

zplodiny hoření do výfukového potrubí a dále do ovzduší. Pracovní oběh

čtyřdobého vznětového motoru proběhne za dvě otáčky klikového hřídele a

potom se znovu opakuje.

ČZU/FAPPZ

FÁZE SPALOVACÍHO PROCESU

1) Fáze fyzikální

- čistý vzduch je komprimován ve spalovacím prostoru na tlak 3,0 až 5,5 MPa,

čemuž odpovídá kompresní teplota 700 - 900°C, částečky paliva vstříknuté

do kompresního prostoru hned odpaří;

- vznícení směsi vzduchu a paliva proběhne tím rychleji, čím jsou kapénky

paliva menší (mají větší povrch a snadněji se odpaří, záleží na paprsku

vstříknutého paliva);

- reakce je endotermická.

ČZU/FAPPZ

2) Fáze chemická

- odpařené podíly vstříknutého paliva se smísí s horkým komprimovaným

vzduchem a dochází k chemickým přeměnám, při níž probíhá řada reakcí -

nejprve destrukční (v podstatě se jedná o bleskové mikrokrakování) a na ně

bezprostředně navazující oxidační chemické reakce;

- reakční doba těchto reakcí je přibližně jedna milisekunda a jsou

endotermické.

Prodleva vznětu (nebo také průtah vznícení)

- doba, kterou potřebuje vstříknuté palivo k absolvování prvních dvou etap

(fyzikální a chemické);

- časový průběh prodlevy je velmi důležitý pro chod motoru, vstřikuje-li se

palivo příliš brzo (velký předvstřik), setkává se ještě s chladnějším

vzduchem málo komprimovaným, pak se prodleva nutně prodlužuje a je-li

příliš dlouhá (např. 2 milisekundy), nastává u vznětového motoru jevy

obdobné klepání zážehového motoru označované jako tzv. tvrdý chod.

ČZU/FAPPZ

3) Fáze plamenové oxidace

- nastává vznícení směsi a hoření, a sice detonační hoření probíhající v celém

prostoru najednou;

- reakce je exotermická, uvolní se celá tepelná energie paliva, která stačí

nejen „uživit“ předchozí dvě reakce, ale dát i do pohybu celý mechanismus

motoru.

U vznětového motoru se nasátý vzduch v průběhu komprese vtlačuje do

spalovacího prostoru a těsně před horní úvratí se do něho vstřikuje palivo.

Tvar spalovacího prostoru i způsob vstřikování paliva má rozhodující vliv na

chod motoru.

ČZU/FAPPZ

ROZDELENÍ VZNĚTOVÝCH MOTORŮ DLE ZPŮSOBU

VSTŘIKOVÁNÍ

Motory s přímým vstřikem paliva (DI - Direct Injection)

- palivo se tryskou vstřikuje do otevřeného spalovacího prostoru nad píst

válce (příp. do dutiny v hlavě válce) nebo do prostoru ve dnu pístu;

- motory s přímým vstřikem se vyznačují tvrdším chodem a všeobecně vyšší

hlučností.

Motory s nepřímým vstřikováním paliva (IDI - Indirect Injection)

- palivo je vstřikováno do zvláštní spalovací komůrky (komůrkové motory), kde

shoří jen část paliva, tím se v ní zvýší tlak a zbývající palivo je prudce

vytlačeno do pracovního prostoru válce, kde se spalování dokončí;

- spalování paliva je rozloženo na spalování v komůrce a spalování v prostoru

válce;

- pro tento typ motorů je charakteristický měkký a tišší chod.

ČZU/FAPPZ

ROZDELENÍ VZNĚTOVÝCH MOTORŮ DLE ZPŮSOBU

VSTŘIKOVÁNÍ

Podle stupně rozvíření vzduchu:

a) spalovací prostory s přímým vstřikem paliva s malým rozvířením vzduchu;

b) spalovací prostory s přímým vstřikem paliva a se silným rozvířením vzduchu.

a) polokulovitý, b) miskovitý, c) prstencovitý, d) kulovitý.

ČZU/FAPPZ

Přemístěním vzduchu z válce do komůrky a přechodem směsi v opačném

směru vzniká silné víření, které účinně napomáhá promísení paliva se

vzduchem, a tím i dokonalejšímu spalování.

Motory s tlakovou komůrkou

- vytvoření kvalitní směsi záleží na rozvíření vzduchu, který proudí spojovacím

kanálem mezi hlavním a vedlejším prostorem;

- po vstřiku paliva do komůrky a po promísení se vzduchem začne spalování;

- zvýšením tlaku se vytlačí část směsi do hlavního prostoru, v němž se

rozvířením dokončí příprava směsi v nadbytku vzduchu a rozvine se hoření;

- motory nejsou tolik náročné na vstřikovací zařízení.

ČZU/FAPPZ

Motory s vírovou komůrkou

- palivo se do vírové komůrky vstřikuje obyčejně shora;

- spojovací kanál je ke stěně vírové komůrky směrován tangenciálně, dochází

k dobrému rozvíření vzduchu (rotační vír) a rychlému promísení s palivem;

- za rychlého růstu tlaku se dostane do hlavního spalovacího prostoru, v němž

se dokonale promíchá se zbývajícím vzduchem a shoří.

Motory se vzduchovou komůrkou

- motory mají větší část spalovacího prostoru mimo válec ve vzduchové

komůrce, která je v hlavě válce a pojme téměř veškerý nasátý vzduch;

- s prostorem válce se spojuje jedním spojovacím kanálem či několika otvory;

- palivo se vstřikuje do spojovacího kanálu nebo do jeho blízkostí.

ČZU/FAPPZ

DRUHY MOTOROVÉ NAFTY

Nafty pro mírné klima

Nafty pro arktické klima

ČZU/FAPPZ

- v ČR se používají nafty pro mírné klima (výjimečně arktických používaných v

severských zemích;

- zimní nafty třídy F používané v ČR musejí mít TVP maximálně - 8 °C a

CFPP maximálně - 20 °C, k čerpacím stanicím jsou tyto nafty dodávány

od 16. listopadu do konce února

letní nafty třídy B mají CFPP maximálně 0 °C, u čerpacích stanic jsou

od 15. dubna do 30. září

přechodné nafty třídy D mají CFPP maximálně - 10 °C, u čerpacích

stanic jsou distribuovány ve zbylém období.

ČZU/FAPPZ

ČSN EN 590 (červenec 2010)

PARAMETRY NAFTY

Cetanové číslo - charakterizuje schopnost nafty ke vzněcování neboli její reaktivitu;

- projevuje se prodlevou mezi vstřikem paliva do válce a nárůstem tlaku ve

válci, po vznícení směsi, na maximální hodnotu;

- čím větší je reaktivita paliva, tím je pravidelnější a dokonalejší jeho

spalování a následně i chod motoru.

[4]

ČZU/FAPPZ

- nízké cetanové číslo má negativní vliv na emise zejména při studeném

startu, kdy se v motoru nevytvoří dostatečná teplota k prohoření celé dávky

paliva (výsledkem je zvýšený obsah CO a nespálených a částečně

zoxidovaných uhlovodíků, bílý kouř);

- nízké cetanové číslo znamená i tvrdý chod motoru a jím způsobený hluk;

- emise zahřátého nebo zatíženého motoru nejsou na cetanovém čísle příliš

závislé;

- zvýšením cetanového čísla se zkracuje délka okamžiku zpoždění zážehu;

- cetanové číslo bylo dříve opomíjeným parametrem motorové nafty, neboť

u pomaloběžných dieselových motorů se reaktivita nafty neměla možnost

nějak výrazně uplatnit.

ČZU/FAPPZ

- s příchodem rychloběžných naftových motorů došlo k nárůstu požadavků na

cetanové číslo;

- největší cetanové číslo mají n-alkany (parafíny), u nichž číslo dále roste s

délkou řetězce;

- cetanové číslo klesá od n-alkanů po aromáty, závisí na počtu substituentů,

jejich délce, rozvětvení, poloze dvojné vazby atd.;

- čím rozvětvenější jsou uhlovodíkové řetězce, tím mají nižší cetanové číslo;

- středně velké cetanové číslo představují cykloalkany a alkylbenzeny,

nejnižší cetanové číslo je u alkylnaftalenů.

ČZU/FAPPZ

- hodnota cetanového čísla motorové nafty se zjišťuje na zkušebním motoru

s proměnným kompresním poměrem při normalizovaných zkušebních

podmínkách;

- při zkoušce se postupně zvyšuje kompresní poměr a zjišťuje se nejmenší

kompresní poměr, při kterém nedochází k vynechávání motoru;

- zkoušený vzorek se pak porovnává s dvěma referenčními vzorky - cetanem

(n-hexadekan C16H34) s cetanovým číslem 100 (výbornou schopnost

vznícení) a 1-methylnaftalenem o cetanovém čísle 0 (velmi špatná

schopnost vznícení);

- cetanové číslo je bezrozměrné, jeho hodnota odpovídá procentuelnímu

objemovému zastoupení „stoprocentního“ vzorku v roztoku se vzorkem

„nulaprocentním“;

- udává objemové procento cetanu v takové jeho směsi s 1-methylnaftalenem,

která se chová ve zkušebním motoru za stejných podmínek stejně jako

zkoušené palivo;

- jelikož zkouška na motoru je poměrně náročná, byl později zaveden jako

charakteristika schopnosti vznícení cetanový index.

ČZU/FAPPZ

Cetanový index

- je možné stanovit na základě výpočtu z výsledků laboratorních zkoušek

hustoty a destilace (hodnoty teplot, při kterých se předestilovalo 10 %, 50 %

a 90 % zkoušeného paliva;

- cetanový index nevychází u téhož paliva stejný jako cetanové číslo,

prakticky je vždy o několik jednotek nižší;

- pro hodnocení schopnosti vznícení lze také použít Dieselův index, který je

možné vypočítat z hustoty a anilinového bodu. Jedná se o číslo, jímž se

především v SRN podobně jako cetanovým číslem označuje reaktivita nafty.

- mezi cetanovým číslem a dieselovým indexem je vztah:

CČ = 12,9 + 0,66.DI

- tvrdý chod naftového motoru je jev podobný klepání benzinového motoru,

vliv všech okolností je však protichůdný;

- alkany v palivu se vyznačují malým OČ a vynikají velkým CČ;

- mezi cetanovým číslem a oktanového čísla je vztah:

CČ = 60 – 0,5.OČ

ČZU/FAPPZ

- minimální hranice CČ pro studený start je 40 jednotek;

- pro snadný studený start nad 50 jednotek;

- výkon motoru cetanovým číslem není ovlivněn;

- palivo s menším cetanovým číslem má však zpravidla větší hustotu, a tedy

také větší objemovou výhřevnost;

- požadavky na zvyšování cetanového čísla rostou se zpřísňujícími se

emisními limity vznětových motorů;

- v budoucnu se počítá, že by hodnota cetanového čísla měla být minimálně

56 jednotek.

ČZU/FAPPZ

Hustota - dána především obsahem aromátů;

- ovlivňuje výhřevnost paliva, která souvisí s typem uhlovodíků;

- norma udává rozmezí pro hustotu nafty 820 až 845 kg/m3;

- hustota nafty je menší než hustota vody, proto se případná volná voda

shromažďuje na dně nádrže;

- má také komerční význam při dodávkách paliva, kde se používá k

přepočtům objem - hmotnost a naopak;

- slouží i k výpočtu cetanového indexu a dá se z něj také usuzovat přibližné

složení nafty;

- jestliže je hodnota hustoty příliš vysoká, může být nafta znečištěna

výševroucími složkami (např. topný olej);

- nafta s nízkou hustotou může obsahovat podíl nízkovroucích složek (např.

benzin);

- měření hustoty se provádí ponornými hustoměry nebo elektronickými

přístroji a dále se přepočítává na normou danou teplotu 15 °C, neboť s

rostoucí teplotou hustota nafty klesá.

ČZU/FAPPZ

Hustota odlišná od normy má vliv na:

1) Výkon motoru

- vliv hustoty nafty na výkon motoru vyplývá z faktu, že vstřikovací čerpadlo

pracuje objemově, a tedy i množství vstříknutého paliva roste s jeho měrnou

hmotností;

- udává se, že se vzrůstem hustoty o 0,01 g na 1 ml nafty vzroste výkon

motoru o 0,4 % až 1,6 %;

- měrná spotřeba paliva se vzrůstající hustotou klesá.

2) Poškození pohyblivých součástí palivové soustavy

- hrozí, pokud hustota nafty kolem spodní hranice dané normou, společně

s nízkou viskozitou;

- na pohyblivých součástech se pak nevytváří mazací vrstvička a dochází

k jejich nadměrnému opotřebení.

ČZU/FAPPZ

3) Zhoršení emisí motoru.

- při vysoké hustotě nafty se zhoršuje tvorba směsi kvůli nedostatečné

atomizaci paliva -kapičky paliva ohoří pouze na povrchu a dochází tak

k nedokonalému spalování;

- v emisích roste podíl nespálených uhlovodíků, sazí a oxidu uhelnatého, což

se navenek projevuje zejména při akceleračním režimu a režimu plného

výkonu jako zvýšená kouřivost motoru (černý kouř).

4) Vliv na reaktivitu motorové nafty

[5]

ČZU/FAPPZ

Bod vzplanutí - jedním z nejčastěji sledovaných jakostních parametrů a slouží obecně u

hořlavých kapalin k jejich zařazení do třídy nebezpečnosti minimální

hodnota bodu vzplanutí je výše než 55 °C a tím je i nafta zařazena jako

hořlaviny 3. třídy;

- hodnoty bodu vzplanutí motorové nafty se obvykle pohybují mezi 58 a 75 °C

- bod vzplanutí zimních naft je nižší než u tříd letních;

- jestliže je hodnota nižší než 55°C, znamená to většinou přítomnost

benzinu, jenž má bod vzplanutí již hluboko pod 0 °C;

- k výraznému snížení bodu vzplanutí u nafty postačí pouze jeho malá příměs

(1 % benzinu je nevyhovující);

- větší příměsi benzinu již znatelně ohrožují mazací schopnost nafty a nafta

se tak stává hořlavinou 2., nebo 1. třídy;

- k přimíchání benzinu dochází zpravidla při transportu pohonných hmot

(cisterna se zbytkem benzinu je použita na naftu).

ČZU/FAPPZ

ČZU/FAPPZ

Obsah síry

- obsah síry v motorových naftách je normou limitován na 10 mg/kg nafty;

- nafty s obsahem síry pod 10 mg síry na 1 kg nafty dříve označovány jako

„bezsirné“ (zkratka SF - sulphur free);

- hodnota je stejná jako u benzinů, důvod této regulace je snižování emisí

a odstranění korozivních účinků paliv obsahujících síru;

- hlavní příčinou škodlivosti síry je tvorba síranového jádra částic

produkovaných v emisích naftových motorů, které jsou nositeli

nejkancerogennějšího podílu kouřových částic: polyaromatických uhlovodíků

označovaných mezinárodně jako PAH;

- dále poškozuje katalyzátory a filtry pevných částic;

- v případě sírou způsobované koroze rozlišujeme dva typy: studenou a

teplou.

ČZU/FAPPZ

Studená koroze je způsobena aktivními sloučeninami síry (odstraňovány

v rafinériích).

Teplá koroze vzniká působením sirných produktů spalování, které po sloučení

s vodou vytvářejí korozivní kyseliny.

- negativní důsledky snižování obsahu síry, což je hlavně snižování mazacích

schopností nafty, jsou plnohodnotně kompenzovány přidáváním aditiv

zvyšující mazivost.

[6]

ČZU/FAPPZ

Destilační křivka

- dominantní test, který je nutné provézt vždy při posuzování kvality;

- aby palivo ve válci shořelo, je zapotřebí jeho vypaření a smísení se

vzduchem - dostatečně jemné rozprášení paliva při vstřiku (malé kapičky

mají větší celkový povrch a vyšší rychlost odpařování), ale také určitý podíl

lehce odpařitelných složek;

- palivo by mělo mít co nejlepší složení, a také by nemělo docházet k jeho

příliš rychlému vypaření po vstřiku do válce a tedy nepravidelnému chodu;

- nafta musí být tedy dostatečně lehká, aby se postupně vypařila všechna

(nebo téměř všechna) počínaje nejlehčími podíly a zároveň pravidelně, aby

spalování bylo rovnoměrné;

- současně by měla obsahovat těžší složky, které se odpaří postupně během

kompresního zdvihu, kdy ochlazují stěny spalovacího prostoru.

ČZU/FAPPZ

- uhlovodíky v naftách destilují od cca 150 °C do cca 360 °C.

Začátek destilace

- obvykle se nepředepisuje a řídí se požadavkem na bod vzplanutí.

Normou je dán objemový podíl nafty, který se musí předestilovat při 250 °C (<

65 % objemu), při 350 °C (> 85 % objemu) a maximální teplota (360 °C), při

které musí být předestilováno 95 % objemu vzorku. Tato hodnota představuje

prakticky konec destilace.

- sestrojením destilační křivky získáme obraz převládající frakce a lze již blíže

určit přítomnost výševroucích nebo níževroucích podílů.

Padesátiprocentní bod

- T50 (padesátiprocentní bod) představuje hodnotu teploty, při které

předestiluje 50 % paliva označovaná jako „teplota středního bodu varu“;

- u letní motorové nafty by neměl přesáhnout 300 °C, ideální je, když se tato

hodnota pohybuje mezi 275 až 290 °C.

ČZU/FAPPZ

Teplota konce destilace

- T95 nemá překročit teplotu 360 °C;

- vysoké teploty padesátiprocentního bodu a konce destilace vždy indikují

„těžké nafty“, se kterými je možné se setkat častěji u letních naft. Mají za

následek nepříjemně vysoké emise, tvorbu kouře při režimu akceleračním a

režimu plného kroutícího režimu.

- každé zvýšení středního bodu varu nafty o 30 °C má za následek zvýšení

množství vzduchu pro úplné spálení o 12 %, pokud tomu tak není, zvyšuje

se produkce škodlivých emisí a kouřivost, narůstá i obsah karbonu v

motorovém oleji a je příčinou buď dřívější výměny anebo při ignoraci této

skutečnosti vznik „bore-polishingu“ (leštění vývrtu válců v důsledku

abrazivního působení karbonového povlaku na pístové skupině);

- jestliže nafta naopak obsahuje příliš „lehkých složek“, hrozí poškození

pohyblivých součástí palivové soustavy. Taková nafta má výrazně zhoršené

mazací schopnosti. Na pohyblivých součástech se pak nevytvoří mazací

vrstvička a dochází k jejich nadměrnému opotřebení.

ČZU/FAPPZ

Chladové parametry motorové nafty

- chladové parametry se zjišťují definovaným chlazením vzorku nafty v

přístroji, kde nafta periodicky prochází soustavou sítek;

- vyloučené parafíny postupně sítka ucpávají a zvětšují rozdíl tlaků před a za

sítky - teplota, při které se dosáhne určitého daného rozdílu tlaků, je hledaná

teplota ztráty filtrovatelnosti;

- podle chladových parametrů se rozlišují druhy prodávaných naft a jsou

rozhodující pro použití a provozuschopnost nafty v zimním období;

- parafíny (n-alkany) jsou pevné látky za normálních podmínek rozpuštěné v

naftě, s klesající teplotou se však začínají vracet zpět do tuhého stavu a

znemožňují dopravu paliva k motoru.

ČZU/FAPPZ

Pro posuzování chladových parametrů se sledují tři základní teploty:

Bod zákalu (Cloud Point), neboli teplota vylučování parafínu (TVP),

představuje teplotu, kdy nafta začíná bělet, ale stále je plně čerpatelná,

dopravitelná, filtrovatelná a vstřikovatelná. Množství tuhých parafinických

krystalů však s klesající teplotou postupně vzrůstá a hromadí se

v palivovém filtru.

Ztráta filtrovatelnosti, neboli teplota ucpání studeného čističe (CFPP

z anglického Cold Filter Plugging Point). Po dosažení této teploty je sice

nafta čerpatelná a je možné nastartování motoru, ten ovšem po chvíli

zhasne, neboť se na filtru vytvoří tak silná vrstva ztuhlých parafinů, jelikož

kapalný podíl nafty neprochází v dostatečné míře. Teplota ztráty

filtrovatelnosti je nejdůležitějším chladovým parametrem a zhruba určuje

teplotu, do které je nafta použitelná.

Bod tuhnutí. Při dosažení bodu tuhnutí motorové nafty již není nafta ani

dopravitelná, ani čerpatelná, ani vstřikovatelná, neboť ztuhne v gelovitou

hmotu.

ČZU/FAPPZ

Karbonizační zbytek - karbonizační zbytek vyjadřuje sklon nafty k tvoření úsad (karbonu) ve

spalovacím prostoru a přilehlých částech motoru;

- vzniká při karbonizaci (ohřívání nafty bez přístupu vzduchu);

- zásluhu na tvorbě karbonu mají především „těžké“ nafty, u kterých střední

bod varu dosahuje, nebo dokonce přesahuje, 300 °C. Mikrokapičky takové

nafty se nikdy zcela neodpaří a ohoří jen na povrchu. Vnitřek kapičky je

vystaven zvýšené teplotě, neshoří však dokonale kvůli nedostatku

vzdušného kyslíku. Uvnitř kapky se vytváří pyroreakcemi látky typu „SOF“

(solid organic fraction). Množství těchto látek záleží také na typu nafty a

velikosti kapky.

- větší sklon k tvorbě karbonu mají nafty s obsahem aromátů a olefinů -

zakarbonizováním trpí zejména přehřáté trysky, kde je palivo vystaveno v

tenké vrstvě vysokým teplotám.

ČZU/FAPPZ

- maximální množství udávané normou je 0,3 % karbonizačního zbytku

vztaženo na 10 % podíl po destilaci nafty;

- nepříznivé důsledky tvorby karbonu je zmenšování spalovacího prostoru

motoru spojené s růstem kompresního poměru způsobující nahromadění

úsad a nedokonalá tvorba směsi působená zakarbonovanou vstřikovací

tryskou;

- pyrorekcemi jsou postihovány zejména právě přehřáté trysky, kde je palivo

vystaveno v tenké vrstvě vysokým teplotám. Vzniká nejprve drobná

karbonová pecička, jejíž velikost postupně s provozní teplotou narůstá až

dosáhne velikosti, která znemožňuje tvorbu kužele s dokonale

dispergovaným palivem.

ČZU/FAPPZ

Obsah vody - vodu v motorové naftě rozdělujeme na takzvanou vodu volnou a vodu

vázanou;

- volná voda se odděluje od nafty jako nerozpustná, dobře viditelná vrstva

nebo kapky (je příčinou koroze a možného zadření pohyblivých částí v

palivových cestách);

- má větší hustotu, a proto se volná voda shromažďuje na dně nádrží;

- vázaná voda představuje menší množství, které je v naftě rozpuštěné a

pohledem je rozpoznatelné pouze jako mírný zákal;

- rozpustnost vody se dále podstatně snižuje s poklesem teplot;

- maximální normou povolený podíl vázané vody je 200 ppm v palivu

odebraném přímo z rafinérie;

- voda se do paliva dostává nejčastěji v palivových nádržích automobilů, které

není možné vzduchotěsně uzavřít, a proto obsah vody souvisí i s venkovní

atmosférou. Do nádrže se dostává vyprazdňováním paliva venkovní

vzdušná vlhkost, která střídáním nočních a denních teplot kondenzuje, tedy

denně přibude byť malé množství na dno nádrže.

ČZU/FAPPZ

Voda v palivu způsobuje:

1) Korozi palivové soustavy, její ucpávání a zanášení produkty koroze.

2) Může způsobit vysazení motoru v důsledku nasátí vody do palivového

systému.

3) Poškození pohyblivých částí palivového systému tím, že nejsou

dostatečně mazány.

- voda může do paliva proniknout i při přepravě, například netěsností

železničních cisteren;

- zejména u negarážovaných vozidel je vhodné udržovat plnou nádrž paliva;

- dalším vhodným opatřením je občasná aplikace odvodňovacího přípravku.

Tyto přípravky (například Velfobin) většinou osahují izopropylalkohol, který

vytvoří z volné vody a paliva homogenní směs.

ČZU/FAPPZ

Obsah mechanických nečistot

- nadměrná koncentrace mechanických nečistot také značně urychluje

opotřebení motoru a pohyblivých částí palivové soustavy;

- nečistoty se do paliva mohou dostávat například natankováním u čerpací

stanice či vlivem netěsnosti zátky nádrže;

- nevhodné je i skladování ve starých pozinkovaných sudech, jejichž zátky

nejsou hermeticky uzavřené;

- obsah nečistot se testuje membránovou filtrací. Při této zkoušce je možné

zachytit částice ve velikostech od 0,8 µm.

- před mechanickými nečistotami musí být účinně chráněny všechny typy

vstřikovacích soustav, což vyžaduje přítomnost palivových filtrů a jejich

pravidelnou výměnu.

ČZU/FAPPZ

- při skladování dochází někdy, hlavně u čerstvých naft, k tvorbě pryskyřic a

kalů, proto by měla být nafta při každém přečerpávání filtrována;

- normou povolené množství nečistot je 24 mg na 1 kg nafty;

- ačkoliv je celkový obsah přísně limitován, filtry paliva a filtrační vložky náleží

do příslušenství automobilu, které po určité době ztrácí funkční schopnost,

proto vyžaduje periodickou výměnu, aby nedocházelo ke ztrátám výkonu při

plném zatížení vlivem zanesení.

[7]

ČZU/FAPPZ

Viskozita

- představuje míru tekutosti motorové nafty a má určitý vliv na její mazivost;

- nafta s nízkou viskozitou neulpívá na pohyblivých součástech palivového

systému, snižuje se mazivost a zvyšuje tak jejich opotřebení a hrozí zadření;

- má významný vliv na velikost kapiček paliva vstřikovaného do válce

- nízká viskozita má pozitivní vliv na tvorbu aerosolu při vstřikování nafty do

spalovacího prostoru;

- vysoká viskozita nedosahuje dokonalého rozptýlení, může vést i ke

zhoršení čerpatelnosti nafty a zhoršenému průchodu filtry;

- příliš viskózní nafta je také příčinou tvorby karbonu, jelikož se ve válci

nevytvoří dostatečně jemný aerosol;

- větší odchylka viskozity od vyšších hodnot může v nízkotlakých systémech

vstřikování způsobovat horší spalování s následkem ztráty výkonu, zvýšení

spotřeby paliva a nárůstu škodlivých emisí.

ČZU/FAPPZ

MEZNÍ VISKOZITA je viskozita, při níž již čerpadlo nestačí dodávat dostatek

paliva a výkon motoru poklesne pod normální hodnotu. Dosažení mezní

viskozity je neobvyklé. Zpravidla se ještě před jejím dosažením začne nafta

zakalovat vyloučenými pevnými podíly, čili dosáhne bodu zákalu. Mezní

viskozita je závislá na konstrukcí vstřikovacího čerpadla. Normou dané rozmezí

viskozity je 2 až 4,5 mm2/s při 40 °C.

[8]

ČZU/FAPPZ

Oxidační stálost

- vyjadřuje odolnost nafty proti chemickým změnám doprovázeným tvorbou

úsad při dlouhodobém skladování a při vystavení zvýšeným teplotám;

- v souvislosti s ohřevem nafty v částech vstřikovací soustavy situovaných

uvnitř motoru, konkrétně systémy Common Rail a Pumpe – Düse, až na

teploty okolo 100 °C, je nutné, aby nevznikaly úsady či pryskyřičné lepivé

látky, které by mohly omezovat pohyb mechanických částí palivové

soustavy, pístů, zpětných ventilů a jehel trysek;

- zkouška oxidační stability se zjišťuje normovaným způsobem, kdy je vzorek

nafty vystaven po určitou dobu za zvýšené teploty působení kyslíku. Při

zkoušce se měří množství pevných nerozpustných oxidačních produktů,

které se během zkoušky vytvoří.

- požadavek je, aby po oxidaci při 95 °C nevniklo více než 25 mg úsad na litr

motorové nafty.

ČZU/FAPPZ

Mazivost

- představuje důležitou vlastnost motorové nafty nutnou z hlediska

zabezpečení bezchybné funkce palivových čerpadel a vstřikovačů;

- značně závisí na obsahu síry a tedy v tomto případě se projevuje

ekologizace nafty v negativním důsledku;

- její zhoršování je dáno vlivem postupného snižování obsahu síry až do

téměř nulových hodnot;

- u moderních bezsirných naft se zvyšuje aditivací (jednodušší než

materiálovým a konstrukčním řešením). Takto upravená nafta má častěji

lepší mazivost než původní nafta obsahující vyšší množství síry.

- norma předepisuje minimální mazivost nafty prostřednictvím průměru

otěrové plochy, která vzniká třením vibrující kuličky na kovové ploše.

Zkouška (v Evropě známá jako HFRR High Frequency Reciprocating Rig)

probíhá ve speciálním přístroji v prostředí zkoušené nafty při 60 °C. Čím má

nafta lepší mazivost, tím menší otěrová plocha vzniká. Maximální povolený

průměr plochy činí 460 µm.

ČZU/FAPPZ

Obsah methylesterů mastných kyselin

- maximální obsah methylesterů mastných kyselin v naftě je dle normy 7,0 %

objemových;

- od června 2010 nafta obsahuje 6,0 % methylesteru mastných kyselin;

- zákon však stanovuje podíl biosložky za určité období. Může se tedy stát, že

v některém období je koncentrace vyšší, v některém období zase nemusí

nafta obsahovat methylester vůbec, jelikož se jedná o celkový objem nafty

dodávané na trh.

- obsah methylesterů mastných kyselin je zjišťován infračervenou

spektroskopií.

Popel

- množství popela je ukazatelem množství nespalitelných minerálních látek

obsaženýchv naftě;

- látky tvoří úsady kolem vstřikovacích trysek a ve spalovacím prostoru.

ČZU/FAPPZ

PŘÍSADY DO MOTOROVÉ NAFTY

Antioxidanty a zlepšovače stability

- u ropné motorové nafty není zapotřebí stabilizace (aditivace antioxidantem),

jestliže neobsahuje olefiny, či pokud není dlouhodobě skladována;

- jelikož se jako výchozí proces při výrobě motorové nafty používá plynový

olej po předchozím krakovacím procesu, vyprodukovaná motorová nafta

vykazuje velký podíl olefinických uhlovodíků, které jak známo mají značný

sklon k tvorbě kyslíkatých sloučenin. To je doprovázeno vždy změnou barvy

a tvorbou pryskyřic, kalů a laků blokujících palivové filtry. Navíc tyto frakce

obsahují více dusíkatých derivátů, což opět narušuje stabilitu produktu.

- z těchto důvodu je nutná aplikace antioxidačních a stabilizujících aditiv.

ČZU/FAPPZ

- používají se stejné typy látek jakými jsou antioxidanty u benzinů a jsou

účinné ve stejně malém množství;

- pro nafty vyrobené z krakovaného plynového oleje jsou určeny dva druhy

aditiv: antioxidační a stabilizační;

- během dlouhodobého skladování, ale i v nádržích vozidel a palivové

soustavě motoru, kde je motorová nafta vystavena poměrně vysoké teplotě

při cirkulaci, nastávají chemické reakce, při kterých vznikají v naftě

nerozpustné látky, vznikají pryskyřice (podobné v benzinu), zejména pokud

jsou přítomny olefiny, diolefiny nebo polyolefiny.

[9]

ČZU/FAPPZ

Přísady zvyšující cetanové číslo

- procesně lze zvýšení cetanového čísla dosáhnout hlavně dearomatizací,

což je ale velmi náročný proces, a proto se budou do budoucna více než

dříve používat právě přísady;

- působení těchto aditiv spočívá ve zkrácení prodlevy vznětu, tedy době od

vstřiku paliva přes fázi fyzikální a chemickou. Jelikož se jedná o radikálovou

reakci, pak se zde uplatňují určité typy dusíkatých sloučenin snadno

uvolňujících volné radikály, které urychlují oxidaci paliv. Nastartují oxidační

reakce, které předcházejí vznícení, a tím se zkrátí prodleva vznětu.

- cetanové číslo je možné zvyšovat přídavkem některých přísad ve dvou

základních typech: nitráty a peroxidy (např. 2,2-dinitropropan,

tetranitromhetan, n-butylnitrát, tetralinhydroperoxid, kumenhydroperoxid

apod.);

- nejznámějším představitelem nitrátů je 2-ethylhexylnitrát (dodecylnitrát)

zvyšující CČ za relativně přijatelnou cenu. Účinnost však velmi závisí na

velikosti CČ základního paliva.

ČZU/FAPPZ

- jestliže motorová nafta obsahuje větší podíl aromátů a její cetanové číslo je

malé, je velmi malá i účinnost;

- využití peroxidů naráží má komerční bariéru, jelikož jsou ve směsi s naftou

nestálé a vzhledem k účinnosti je jejich uplatnění finančně náročné. Jsou

však kompatibilní s nitráty, což vytváří možnost způsobu jejich využití.

Baktericidní přísady

- používají se pro zahubení mikroorganismů rozkládajících palivo;

- tyto látky je buď hubí (baktericidní), nebo zabraňují jejich reprodukci

(bakteriostatické);

- aplikace je možná do nafty (chinolín, imidazolín, cyklické aminy), či do

oddělené vodní vrstvy (látky na bázi formaldehydu);

- přísady rozpustné ve vodě nesmí být přidány do motorové nafty, v opačném

případě by mohlo dojít ke vzniku suspenze zanášející filtry a čerpadla

palivových soustav.

ČZU/FAPPZ

Antistatické přísady

- z bezpečnostních důvodů se přidává přísada pro zlepšení vodivosti, kterou

se předchází vzniku elektrostatického výboje;

- při čerpání, dopravě, tankování či veškerých manipulacích s palivem může

nastat exploze vlivem výboje statické elektřiny, jestliže se směs par paliva se

vzduchem pohybuje v hodnotách mezi dolní a horní mezí výbušnosti;

- k elektrickému výboji však může docházet i v plastových nádržích vozidel,

proto vedle přísad se jako ochrana používá i materiál se zvýšenou

elektrickou vodivostí;

- statická elektřina vzniká při pohybu produktu s nízkou elektrickou vodivostí,

jakým je např. letecký petrolej a motorová nafta. K předcházení nebezpečí

exploze je žádoucí, aby vodivost byla zvýšena na hodnoty 50-0 pS/m.

- jako antistatické přísady se běžně používají látky typu nitrátů polymerů

a dříve i sirné sloučeniny, které s ohledem na snožování obsahu síry v palivu

již nejsou vhodné.

ČZU/FAPPZ

Deemulgátory a odvodňovače

- účel i složení deemulgátorů je na podobném principu jako u automobilových

benzinů. a podobný účel ještě zmnohonásobený častou přítomností vody ve

velkých nádržích např. nákladních vozidel, které nezřídka dosahují několika

set litrů;

- vytvoření vodní emulze, které navíc obsahují spoustu drobných

mechanických nečistot (korozních produktů, vláken a zbytků barvy), je

nejčastější příčinou úsad na filtru a výpadků v chodu motoru v důsledku

ucpání palivového filtru;

- stabilitu disperze zvyšuje přítomnost detergentních aditiv, Jako

deemulgátory se používají alkyloxypolyglykoly nebo arylsulfonáty.

Inhibitory koroze

- obdobně jako u benzínových inhibitorů se jedná o polární látky mající dipól,

tvořící na kovovém povrchu hustý koberec bránící přístupu korozních látek;

- dávkování je celkem nízké a pohybuje se okolo 5 ppm, což by mělo být

dostačující pro ochranu kovových nádrží a palivových trubek.

ČZU/FAPPZ

Detergenty a dispersanty

- detergenty jsou látky čistící (stejně jako v případě benzinů);

- dipól molekuly detergentu přisedne k opačně nabité části nečistoty a

přetáhne ji do roztoku, přesněji do disperse;

- udržují povrch kovových součástí stále čistý, což má stále větší důležitost

pro součásti vstřikovacího systému jako je Common Rail nebo Pumpe-Düse;

- tyto sloučeniny tvoří na kovovém povrchu bariérový film bránící usazování

karbonových zbytků;

- chemicky jsou ty samé typy sloučenin jmenovaných již u benzínových

detergentů: aminy, amidy, imidazoly apod.

Dispersanty (také i disperganty)

- látky vyznačující se jako rozptylovadla (nepoužívá se český název);

- působí v souladu s činností detergentů, uvolněná částice okamžitě dostane

totožný náboj jako všechny ostatní uvolněné částice, ty se navzájem

odpuzují a vykonávají Brownův pohyb bez možnosti usazování.

ČZU/FAPPZ

Mazivostní přísady

- trend ve snižování obsahu síry, snížení konce destilace a vysoký obsah

petrolejové frakce má nepříznivý důsledek na mazivost motorové nafty;

- nafty produkované v současné době musí být proto aditivovány přísadami

na zvýšení maznosti a to hlavně z toho důvodu, že v předchozím výrobním

procesu, zejména hydrogenačními procesy, se zbavují svých přirozených

složek na bázi síry, dusíku a některých aromatických komponent;

- nová aditiva na zvýšení maznosti fungují buď na principu inhibice

(zabránění) peroxidových radikálů nebo na principu přídavku silně polárních

sloučenin. Z tohoto důvodu se u nových druhů naft zkouší peroxidové číslo.

Čím je větší je jeho hodnota, tím více se tvoří peroxidů a nafta ztrácí nejen

svoji maznost, ale i svoji odolnost vůči oxidaci;

- v rámci normy ČSN EN 590 byl zaveden i požadavek na minimální úroveň

mazivosti založený na měření průměru otěrové stopy (max. 460 mm);

- mimořádně citlivá na mazivost jsou již zmíněná vstřikovací čerpadla

vznětových motorů, ale hlavně vysokotlaká čerpadla systémů Common Raill

- jako přísady se používají estery mastných a karboxylových kyselin.

ČZU/FAPPZ

Modifikátory krystalické struktury parafínů

- pro zajištění potřebné úrovně chladových parametrů motorových naft

v zimním období;

- N-alkany s bodem varu nad 250 °C jsou při teplotách pod 0 °C tuhé, alkany

s bodem varu vyšším než 350 °C mají obvykle bod tuhnutí nad 30 °C. Tyto

uhlovodíky obsažené v motorové naftě se vylučují při ochlazování jako

krystalky parafínů plochého tvaru.

- řešením je jednak snižování konce destilace, přidáváním petrolejové frakce,

či přidáváním aditiv ovlivňující krystalickou strukturu parafínu;

- přísady snižují hodnotu CFPP a bodu tuhnutí (nikoliv TVP teplotu vylučování

parafínů), jejichž účinnost závisí na uhlovodíkovém složení paliva.

ČZU/FAPPZ

Protipěnivostní přísady

- problémem při doplňování nádrží automobilů či jiných samochodných strojů

je pěnění hladiny paliva při doplňování plnící pistolí;

- nádrž, ačkoliv není plná, přetéká následkem velkého množství stabilní pěny,

která znesnadňuje úplné natankování (především je-li přítomen MEŘO);

- účinným odpěňovačem je ether, ale jeho využití je z bezpečnostních

hledisek nepřípustné;

- jako protipěnící aditiva se běžně používají polysiloxany ve formě methyl-

fenyl-silikonových přípravků s kosolventem (IBA).

Odmrazovače a odledňovače

- v souvislosti se skladováním nafty (nebo skladování bionafty) v zimních

podmínkách, se v nádrži či cisterně vyskytuje vždy volná forma vody

v podobě souvislé vrstvičky nebo jednotlivých kapek, které snadno v zimě

zmrznou a způsobí tím potíže při odčerpávání paliva;

- jako přísad je možno použít alkoholů vytvářející homogenní trojsměs nafta-

voda-alkohol, např. přípravek na bázi isopropylalkoholu.

ČZU/FAPPZ

Zlepšovače hoření

- působí příznivě na zmenšení kouřivosti dieselových motorů tím, že průměr

kapiček vstřikovaného paliva klesá a tím dojde k lepšímu prohoření

vstřikovaného paliva;

- působí na principu fyzikálně-chemickém ve zmenšením povrchového napětí

paliva;

- dnes ztrácejí na aktuálnosti v důsledku zavádění Common Rail nebo

systému Pumpe-Düse.

Deodoranty

- parfémy, nebo speciální sloučeniny, které neutralizují pachy;

- jako deodoranty se používají syntetické estery, ketony či látky s přirozenými

vůněmi;

- k přidávání aditiv toho typu se postupně začíná ustupovat, jelikož nafty

z Fisher Tropshovy syntézy či hluboce hydrogenované toto obvyklé aroma

nemají tolik výrazné.

ČZU/FAPPZ

Barviva

- k odlišení druhů paliva, nebo upozornění na nadstandardní paliva;

- chemické koncerny vyrábějí také speciální značkovače pro střední destliláty

určené pro výrobu tepla se sníženou sazbou spotřební daně z důvodu

minimalizace daňových úniků;

- k barvení se dávkuje přibližně 3-5 mg barviva na litr nafty i benzinu, pro

značkování min. 6 mg na litr.

Přísady regenerující filtry částic

- při postupném zachycování sazí z výfuku a jejich ucpání může nastat

snížení výkonu;

- jednou z metod regenerace filtrů je vypálení sazí aplikací přísad se

schopností katalytické regenerace. Základem je přídavek vhodného kovu do

paliva ve formě rozpustné organokovové sloučeniny, která svým účinkem

jednak snižuje teplotu vznícení sazí (vypálení), ale také urychluje oxidační

proces.

ČZU/FAPPZ

Aditivaci můžeme dle aplikace rozdělit na tři okruhy: Aditivace u výrobce

- modifikátory struktury parafínů;

- antioxidanty a přípravky potlačující tvorbu úsad při skladování;

- přísady pro zlepšení mazivosti;

- antistatické přísady;

- přísady zvyšující cetanové číslo

Aditivace v distribuční etapě

- většina značkových firem nabízí paliva v nadstandardní kvalitě;

- firmy používají své vlastní směsi přísad a jimi upravená paliva prodávají pod

svou obchodní značkou;

- rozlišují se aditiva pro paliva zimní a letní.

Individuální aditivace

- přísady pro individuální aditivaci jsou v prodeji na čerpacích stanicích;

- uživatel si je nadávkuje do nádrže před tankováním paliva.

ČZU/FAPPZ

Zdroj obrázků:

[1] http://cs.wikipedia.org/wiki/Motorov%C3%A1_nafta

[2] http://www.auto.cz/nove-motory-fiatu-1-4-16v-turbo-a-1-6-jtd-14153

[3] http://jirkovodoupje.wz.cz/spalovaci-motor.html

[4] http://cs.autolexicon.net/articles/cetanove-cislo

[5] http://sk.wikipedia.org/wiki/Motorov%C3%A1_nafta

[6] http://www.ceskatelevize.cz/ct24/ekonomika/174593-coi-10-ceskych-

benzinek-melo-ve-sve-nafte-vysoke-mnozstvi-siry

[7] http://www.agat.sk/post/nekvalita-nafty-30/

[8] http://www.mvoil.cz

[9] http://www.super-aditiv.cz/super-diesel-aditiv-letni.html