titKonferenciu Pohonné látky a mazivá pre moderné automobily usporiadala SLOVENSKÁ SPOLOČNOSŤ PRE TRIBOLÓGIU A TRIBOTECHNIKU (SSTT), člen ZSVTS, v spolupráci s INCHEBA EXPO Bratislava v rámci Sprievodného programu počas Autosalónu Bratislava 2017.

 

 

 

 


Konferencia bola zameraná na tieto témy:
- Stredná Európa v tretej dekáde 21.storočia – predpoklady pre ďalší rozvoj kvalitnej mobility (Ján Lešinský, SjF STU Bratislava)
- Moderné palivá pre spaľovacie motory (Peter Palkovič, František Čerňanský, Slovnaft, a. s., Bratislava)
- Hodnotenie kvality palív (Martina Slezáčková, Iveta Chovancová, VÚRUP, a. s., Bratislava)
- Automobilové mazivá – nové trendy (Jozef Stopka, SSTT Bratislava).

Podstatné state prvej prednášky Jána Lešinského boli venované týmto otázkam:

1. Globálne megatrendy – aktivity v rozvojových krajinách, hospodárenie s materiálmi a energiou i politika kontinentov a štátov (vplyvy na dane, dotácie, úľavy),
2. Riešenia pre budúcnosť – nové technológie a technické riešenia vo výrobe automobilov a v nich, elektronická „bezpečnosť“, energetická mnohorakosť v pohonoch, zdroje energie a jej hospodárne využívanie, využívanie osobných a úžitkových vozidiel, rôznorodosť palív.
3. Priority výrobcov, zákazníkov a verejnosti z hľadiska životného prostredia a noriem.
A. Slovensko vyrobilo do konca roka 2016 viac ako 9,67 milióna osobných automobilov, v ostatných dvoch rokoch viac ako 1 mil. ročne.
B. Pozícia Slovenska v strednej Európe a strednej Európy v Európe je významná – ekonomicky, s veľkým prínosom pre priemyselnú orientáciu.
C. Slovenské výrobné spoločnosti (hlavne dodávatelia pre výrobu automobilov a strojárenstvo) – je ich už viac ako 300 – tvoria rozhodujúcu časť aktívnej tvorby hrubého domáceho produktu a majú veľkú zásluhu na zamestnanosti.
D. Pre ďalší rozvoj je potrebné rozvíjať úroveň vzdelania obyvateľstva v technických odboroch.
E. Rozvoj parku automobilov (z 70 OA na 1000 obyvateľov v r. 1980 na dnešných 448 OA na 1000 obyvateľov) prináša problémy zaostávajúcej infraštruktúry – diaľnice, cesty, služby aj kultúry pohybu a využívania možností verejnej dopravy.
4. Pre realizáciu udržateľnej spoločnosti v oblasti mobility dnes máme dva základné smery rozvoja:
Smer nový: tzv. „zeroemission“ – vozidlá bez emisií v mieste prevádzky
Je to posilnenie alternatívy pohonu elektromotorom v niekoľkých usporiadaniach – tzv. hybridov (SM a EM) alebo pohon iba elektromotorom. Dlhá cesta elektrickej energie od zdroja minerálov, od výroby primárnej alebo sekundárnej elektrickej energie s veľkými stratami, po hnacie kolesá vozidla, závislá na portfóliu výrobných kapacít, zvyšuje negatívny dopad na pôdu, vodu, vzduch, zásahy do prírody, ...pri prenose. Výstavba dobíjacích staníc, infraštruktúra zabezpečeného prenosu dát do učtárne predajcu, i majiteľa, opakované čakanie pri dlhších trasách je riziko odstrániteľné. Vyžaduje si rozsiahle inovácie v technológiách a budovaní verejnej infraštruktúry – hlavne ďalšie zdroje výroby elektrickej energie, denný i nočný chod podstatne väčších zdrojov elektrickej energie a budovanie siete rýchlych dobíjacích staníc (u nás by ich bolo pri minimalistickej predstave a rozumnom počte automobilov viac ako 10 000). „Zeroemission“ sa nebude dať dosiahnuť v Európe iba používaním e_MV. Bude potrebné zvládnuť rozsiahlejšie využitie slnečnej energie a energie vetra. Dnes nie sú primerané riešenia k dispozícii. Zaostávajú práce na prehodnotení „manipulovaného“ negatívneho postoja k atómovej energii a ďalšej výstavbe veľmi efektívnych zdrojov energie.
• vďaka dokonale zvládnutým procesom s vysokou účinnosťou sú podstatne úspešnejšie zvládnuté pohony so spaľovacím motorom.
a) sú univerzálnejšie používané – od výkonov niekoľko watov až po viac ako 80 MW (lodné, stacionárne),
b) v prevádzke je viac ako 1 miliarda cestných motorových vozidiel a viac ako 1,6 miliardy motocyklov,
c) rozsiahle výskumno–vývojové práce v oblasti procesov (cesta k perfektným motorom – s účinnosťou 55 a viac %), nové poznatky a materiály prinášajú denne nové pokroky.
Porovnanie dnes: Z hľadiska používateľov sú diskutované hlavne
- Hustota energie na „palube“ automobilu
o Benzín automobilový – 12 000 Wh/kg
o Lítiová batéria – dnes 100 Wh/kg, predpoklad 200 Wh/kg
o Vodík pre palivový článok (PČ)
     Stlačený vodík (300 bar) 1 100 Wh/kg
     Skvapalnený vodík (-253°C) 5 000 Wh/kg
     PČ – cena 300 – 500 USD (2000)
- Prejazd pre možné alternatívy – 2010 do 200 km, 2015 do 235 km, 2020 – do 500 km je náročný a (ešte) drahý.
Poznámka: na súčasnej úrovni techniky na prejazd 500 km potrebujeme 45 kg nafty + nádrž, 125 kg vodíka + nádrž, 850 kg lítiových batérií.
Záver: ako po 2020
Rozvoj automobilizácie na kontinentoch zaznamenal veľké kroky v pohybe ľudí i premiestňovaní surovín a tovarov. Miera ohrozenia výfukovými plynmi, zaberaním pôdy i spotrebou materiálov sa najviacej zdôrazňuje po roku 1980. Zníženie spotreby uhľovodíkových palív na zníženie emisií (hlavne CO2 a NOx), náhrada alternatívnymi palivami a dnes už rozšírením využívania alternatívnych pohonov (od kombinácie spaľovacieho motora a elektromotora v podobe hybridov až po iba e-motory) sa usilovne študujú. Spolu s tým je však použiteľná aj cesta, ktorú riešia už priveľké mestá vo veľmi obývaných oblastiach. Napríklad v nemeckom meste Stuttgart, vo Washingtone (USA) 30 % obyvateľov ide do práce peši alebo bicyklom, 20 % verejnou dopravou a iba 50 % osobným motorovým vozidlom.
Pripomínam úspešné riešenia SM pre cestné motorové vozidlá po roku 1980:
x) zníženie spotreby palív
xx) zníženie produkcie škodlivých emisií
xxx) zníženie produkcie CO2
y) zníženie obsahu síry v palivách (hlavne nafta motorová)
yy) redukcia obsahu NOx vo výfukových plynoch
yyy) zníženie obsahu tuhých častíc vo výfukových plynoch

Technicky to znamenalo: vstrekovanie palív (3 až 5 vstrekov na cyklus), kombináciu aj štyroch katalyzátorov (VM), software a hardware v osobitnom počítači len pre motor, sondy a pod.
Skúsenosti z práce so spaľovacím motorom a ich ďalšie používanie iste posilní iná alternatíva – spaľovanie zmesi vodíka a vzduchu (poznamenal Ján Lešinský).

obr1

Druhá prednáška : Moderné palivá pre spaľovacie motory (autori: Peter Palkovič, František Čerňanský), bola zameraná na tieto otázky:

- Požiadavky na kvalitu palív pre spaľovacie motory, a to benzínu, motorovej nafty a LPG.
- Globálne požiadavky na kvalitu palív
- Biozložky v motorových palivách
- Kvalita palív vyrábaných v rafinérii Slovnaft Bratislava
- Najmodernejšie prísady do motorových palív
- Faktory ovplyvňujúce kvalitu palív.
Pre všetky palivá používané v súčasnosti platia technické normy, ktoré sú harmonizované na úrovni EÚ, a to:
- STN EN 228 – pre automobilové benzíny
- STN EN 589 - pre LPG
- STN EN 590 – pre motorové nafty.

Moderné palivá musia vyhovovať tzv. Globálnym požiadavkám na kvalitu palív- Worldwide Fuel Charter (9/2013). Je to spoločný dokument vydaný asociáciami výrobcov automobilov v EÚ, USA a Japonsku a zahrňuje:
- Program globálnej harmonizácie požiadaviek na kvalitu palív
- Požiadavky na kvalitu palív obsahujú až 5 kategórií
- Rozdelenie kategórií na základe emisných požiadaviek
- Obsahuje požiadavky nad rámec definícií noriem EN 228 a EN 590.

Pri porovnaní s požiadavkami EN 228 a EN 590 sa kvalita palív vyrábaných v EÚ približuje kategórii 5, pričom kľúčové požiadavky sú identické.
Zákonné požiadavky na kvalitu palív EÚ sa riadia európskymi normami EN 228 a EN 590.

Požiadavky a skúšobné metódy pre bioetanol (denaturovaný ETBE -etyl-tercbutyléterom) sa riadia podľa STN EN 15 376.
Pri výrobe motorových palív v rafinérii Slovnaft sa ropné frakcie spracovávajú rôznymi technologickými procesmi s cieľom zlepšenia kvality fosílnych zložiek, zvyšovania OČ a cetánového čísla, zlepšovania nízkoteplotných vlastností, znižovania obsahu síry a množstva škodlivých látok vo výfukových plynoch.
Na zlepšenie kvality a úžitkových vlastností finálnych motorových palív sa pri ich výrobe pridávajú vybraté vhodné prísady, ako sú:
- Detergentná prísada – zabraňuje tvorbe usadenín v spaľovacom priestore motorov a zároveň účinne rozpúšťa a odstraňuje usadeniny už vytvorené
- Antikorózna prísada – ochrana palivového a spaľovacieho systému motora voči korózii
- Deemulgátor – zlepšenie odolnosti paliva voči vode
- Antioxidačná prísada – zabraňuje starnutiu paliva a vytváraniu makromolekulových látok
- Zvyšovač cetánového čísla – u motorovej nafty (alkylnitráty) zlepšenie spaľovania –efektivita
- Protipenivostná prísada – na zníženie penivosti paliva počas jeho tankovania do nádrže
- Mazivostná prísada – zníženie trenia a opotrebovania najviac namáhaných súčiastok palivových systémov.
Okrem týchto prísad sa používa tzv. Performance package – balíček prísad obsahujúci ideálny mix pre zlepšenie úžitkových vlastností paliva.
Špeciálny typ prísad – zlepšujúce nízkoteplotné vlastnosti motorovej nafty:
- Middle Distilate Flow Improver (MDFI) – tzv.depresant
- Wax Anti Settling Aditive (WASA) – tzv. disperzant.

Nízkoteplotné prísady MDFI (tzv. depresanty) pomáhajú vytvárať ihličkové kryštáliky.
Nízkoteplotné prísady WASA (tzv. disperzanty) zabraňujú kryštálikom v raste a v usadzovaní, nastáva homogenizácia kryštálov v celom objeme paliva (kryštály sa nekumulujú na dne nádrže).

Dodržiavanie týchto technologických postupov a technických noriem pri výrobe palív pre motorové palivá je zárukou ich kvality počas jazdy ako i pri ich dlhodobom skladovaní.
Napriek týmto opatreniam však dochádza ku kontaminácii palív napr. vodou, ktorá znižuje výkon motora, spôsobuje koróziu súčiastok palivového systému, zhoršenie nízkoteplotných vlastností apod.
Treba dbať, aby nedochádzalo ku krížovej kontaminácii, a to k zmiešaniu rôznych produktov.
V praxi často dochádza k nesprávnemu načerpaniu pohonných látok do nádrže automobilu – namiesto benzínu sa načerpá motorová nafta alebo opačne. Má to potom fatálne následky, keď sa dôjde na chybu neskoro. Motoristi by mali byť opatrnejší a pozorní pri čerpaní pohonných látok do svojho automobilu, najmä po zavedení nového označovania pohonných látok v druhej polovici roku 2017, nielen doma, ale najmä v zahraničí.

Ďalším kontaminantom sú mechanické nečistoty, ktoré spôsobujú upchávanie filtrov, odieranie pohyblivých časti palivového systému abráziou.

Pri používaní motorovej nafty je veľmi dôležitá jej čistota z mnohých dôvodov, ako sú tieto:
- Moderné naftové motory používajú vysokotlakové vstrekovacie systémy (Common Rail)
- Tolerancia vstrekovacích systémov je na úrovni mikro metrov
- Požiadavky na čistotu motorovej nafty sa stále zvyšujú, aby sa predišlo k upchatiu a opotrebovaniu palivovej sústavy, usadzovaniu kalov a tuhých látok apod. Sú na to normy a predpisy, ktoré treba dodržiavať z hľadiska údržby, ekonómie prevádzky a ekológie – emisií.

obr2

Tretia prednáška: Hodnotenie kvality motorových palív v skúšobných zariadeniach (autori Martina Slezáčková, Iveta Chovancová)

Medzi súčasné automobilové palivá patria:
- bezolovnatý a bezsírny benzín s biozložkami (ETBE, MTBE, metanol, etanol...)
- bezsírna nafta s biozložkami (MERO=FAME)
- zmesná motorová nafta
- petrolej
- LPG, LNG, CNG
- H2
- Bioplyn.

Súčasné automobilové palivá prešli výraznými zmenami:
- pridávanie biozložky, ktorej obsah sa zvyšuje (európska legislatíva)
- rapídne zníženie obsahu síry, ktorá je z ekologického hľadiska nežiaduca.

Síra v nafte – história v skratke
- v 70. rokoch 0,50 % m/m (5 000 mg/kg)
- 0,5 % → 0,25 % → 0,15 % m/m (r. 1987)
- od roku 1995 – max. 0,05 % m/m
- od 1.1. 2009 – max.10 mg/kg

Skúšky automobilových benzínov a motorovej nafty
Motorové benzíny sa skúšajú na (v zátvorke ich negatívny dopad na kvalitu):
- obsah olova (Pb) (ťažký toxický prvok, v našich benzínoch sa už dlhšie nesmie používať)
- obsah mangánu (Mn) (ako zvyšovač OČ do 2 mg/l, tvorí usadeniny v palivovom systéme)
- obsah síry (S) (od 1.1. 2009 max.10 mg/kg)
- termicko-oxidačnú stabilitu (náchylnosť paliva k degradácii, rýchlosť závisí od konc.rozp.O2, teploty, UV žiarenia a prítomnosti kovov)
- obsah živicových látok (vytvárajú usadeniny na sacích ventiloch)
- vzhľad (slovné hodnotenie podľa normy „jasný a číry“)
- obsah benzénu (negatívny vplyv na spaľovanie, emisie, karcinogén)
- obsah aromátov (vysoké OČ, škodí rovnako ako benzén)
- obsah olefínov (nestabilná zložka v benzíne so sklonom k tvorbe živíc, max.18 %V/V)
- obsah kyslíka (žiaduci z hľadiska spaľovania, nežiaduci z hľadiska výhrevnosti)
- obsah kyslíkatých látok (zlepšujú OČ a spaľovanie benzínu)
- koróziu na medi (či benzín neobsahuje sírne zlúčeniny)
- hustotu
- prchavosť (prchavé látky ovplyvňujú prevádzku motora, štart a chod, dokonalé spaľovanie paliva)

Motorová nafta sa skúša na:
- Cetánové číslo (CČ) a cetánový index (CI) (ovplyvňuje charakteristiky schopnosti vznietenia, veľkosť CČ závisí od chem. zloženia, čo ovplyvňuje napr. ľahký studený štart motora, hluk, zníženie emisií CO,HC a častíc)
- Destilačná skúška (vznetový motor nie je príliš citlivý na zmeny frakčného zloženia, zníženie konca destilácie má vplyv na zhoršenie mazivosti)
- Karbonizačný zvyšok (prítomnosť vyššie vrúcich aromatických podielov)
- Obsah popola (prítomnosť rozpustených organických zlúčenín kovov - tvorba usadenín v spaľovacom priestore, spôsobujú odieranie a leštenie valcovej vložky)
- Bod zákalu (teplota začiatku vylučovania parafínov)
- Filtrovateľnosť (CFPP) (teplota začiatku upchávania filtra, strata prevádzkovej schopnosti vozidla pre upchatie palivového filtra)
- Bod tuhnutia (teplota, pri ktorej práve stuhne palivo)
- Obsah síry (od 1.1. 2009 max.10 mg/kg)
- Mazivosť (HFFR) (podľa šírky oterovej stopy)
- Viskozita pri 40°C (malá viskozita – horšia mazivosť, vysoká viskozita –nedokonalé rozptýlenie paliva)
- Hustota (pri 15°C) (malá hustota - horšia mazivosť, veľká hustota – horšie spaľovanie)
- Čistota (celkový obsah nečistôt max. 24 mg/kg, vody max. 200mg/kg)
- Oxidačná stabilita (pridávanie bio zložky – zhoršenie oxidačnej stability)
- Bod vzplanutia (citlivý ukazovateľ kontaminácie nafty benzínom )
- Korózia na medi (50°C/3 hod.) (či nafta neobsahuje sírne zlúčeniny)
- Polycyklické aromatické uhľovodíky (zlé spaľovanie, tuhé látky v emisiách).

Ako vidno, uvedených skúšobných parametrov pre benzíny a motorovú naftu je veľký počet, pričom všetky musia vyhovovať kvalitatívnym požiadavkám pohonných látok pre moderné automobily.

obr3

Štvrtá prednáška: NOVÉ DRUHY MOTOROVÝCH OLEJOV (autor Jozef Stopka)

V motoristickej praxi pri výbere automobilových motorových olejov platia medzinárodné klasifikačné hodnotenia, sústavy, podľa ktorých môžeme charakterizovať každý druh automobilového motorového a prevodového oleja. Ide o viskozitnú klasifikáciu SAE (Society of Automotive Enginners), SAE J 300. Výkonovú charakteristiku popisujú najmä klasifikácie, asociácie európskych konštruktérov automobilov ACEA (Association des Constructeurs Europeens d'Automobiles) a americká (USA) klasifikácia API (American Petroleum Institute).Občas sa môžeme stretnúť aj s klasifikáciou ILSAC (International Lubricant Specification and Approval Committee), napr. označenie GF– 5. Veľmi často sa stretávame aj s klasifikačnými systémami výrobcov automobilov, motorových vozidiel, napr. GM, Ford, BMW, VW a iní výrobcovia v označení, ako OEM (Original Engine Manufactures). Pozornosť sa venovala novým druhom motorových olejov, najmä nízko viskóznym motorovým olejom.

V nedávnej minulosti sa za štandardné motorové oleje pre naše klimatické pásmo odporúčali motorové oleje viskozitnej triedy SAE 15W-40. Pre nižšie vonkajšie teploty sa neskoršie začali odporúčať motorové oleje viskozitnej triedy SAE 10W – 40. Začiatkom 90. rokov minulého storočia sa začali používať motorové oleje viskozitnej triedy SAE 5W – 40.

Potom nastala určitá zmena, zameraná na predĺžené výmenné intervaly motorových olejov. Bola to najmä spoločnosť VW, ktorá prišla s koncepciou motorových olejov viskozitnej triedy SAE 0W – 30, ktoré mali aj uvedenú zníženú vysokoteplotnú HTHS viskozitu. Začiatkom nového storočia vznikli ďalšie požiadavky, ktoré boli zamerané na ekologické a ekonomické požiadavky, t. j. na ochranu životného prostredia a zníženie spotreby paliva. Boli predpisované emisné limity, normy EURO, ktoré každý výrobca musel a musí dodržiavať a rešpektovať. Vysporiadať sa s týmito požiadavkami je stále veľmi náročné a výrobcovia automobilov z toho dôvodu zvolili nový smer, aby splnili tieto požiadavky na zníženie množstva emisií a spotreby paliva, a to cestou, znižovaním viskozity motorového oleja. Nižšia viskozita znamená menší odpor, menšie trecie straty a zároveň úsporu paliva. Čo sa týka emisií, treba spomenúť najnovšiu normu EURO VI (1. 9. 2014), ktorá rieši najmä povinnosť na zníženie oxidu dusíka NOx, napr. pre naftové motory na maximálnu hranicu 80 mg/km, čo je o 100 mg/km menej, ako predpisovala prísna norma EURO V, ako sa to uvádza v tabuľke č.1.

tab1

Nové motorové oleje
V súčasnej dobe takmer všetci výrobcovia automobilov predpisujú viskozitnú triedu 5W – 30, a to najmä vtedy, ak ide o prvé náplne vo výrobe. Treba však uviesť, že sa vyskytujú aj motorové oleje so zníženou vysokoteplotnou HTHS (High Temperature and High Shear) viskozitou. Pre pochopenie treba uviesť, že pre bežnú HTHS dynamickú viskozitu sú to hodnoty nad 3,5 mPa.s a oleje so zníženou viskozitou HTHS majú hodnoty tesne nad 2,9 mPa.s. Tieto oleje so zníženou HTHS viskozitou vzbudzujú podozrenie, či takto upravený motorový olej je schopný zabezpečiť správne mazanie motora. V nasledovnej tabuľke č. 2 sú uvedené viskozitné triedy motorových olejov, ktoré sú odporúčané výrobcami automobilov.

tab2

Ako vidieť z tabuľky č.2, niektorí výrobcovia automobilov vzhľadom na ekologické požiadavky začali odporúčať a používať motorové oleje nižších viskozitných tried, a to SAE 5W – 20, resp. SAE 0W – 20. Ide najmä o japonské automobilky, a to Honda, Toyota, Subaru, a z ďalších výrobcov napr. Ford, Hyundai a ďalší. V tomto prípade ide o motorové oleje, ktoré majú hodnotu HTHS viskozity nad 2,6 mPa.s. Treba pripomenúť, že veľmi dôležitou otázkou nových viskozitných tried motorových olejov je vysokoteplotná HTHS viskozita, ktorá je kontrolovaná, meraná pri 150 °C a je preto v určitej relácií k hrúbke olejového mazacieho filmu. Po mnohých laboratórnych a motorových skúškach, ktoré vykonali výrobcovia automobilov bolo zistené, že v súčasných spaľovacích motoroch je možno ísť s viskozitou HTHS až na hodnotu 2,3 mPa.s, a to bez obáv, žeby mazací systém motora zlyhal z dôvodu nedostatočného mazania.

NÍZKO VISKÓZNE MOTOROVÉ OLEJE
Výrobcovia automobilov si v súčasnosti zvolili nový smer, a to znižovanie viskozity motorového oleja, aby mohli splniť požiadavky na zníženie množstva emisií a spotreby paliva. Avšak nevýhodou zníženej viskozity oleja je jeho vyššia spotreba (odparovanie), a zase naopak jeho výhodou je nižšia spotreba paliva, a tým aj tvorba menšieho množstva emisií, najmä CO2.
Tieto typy motorových olejov sa už bežne používajú v moderných automobiloch. Tieto typy motorových olejov (GF5 a GF 6A) sa hodnotili aj podľa ILSAC (Japonsko a USA).V prípade výkonovej normy triedy podľa ILSAC GF 6A, viskozitnej triedy SAE 5W-30 sa dosiahne úspora paliva o viac ako 3 %.
Medzi odborníkmi v tejto oblasti sa vedú diskusie, že ako to ovplyvní označovanie výkonovej normy podľa API, kde sa pripravuje výkonová norma API CK-4 pre viskozitné triedy SAE XW-40 a XW – 30,ktorá bude vlastne pokračovateľom triedy API CJ – 4.
Okrem toho bude nová ekonomická trieda API FA – 4 pre viskozitnú triedu SAE XW - 30 zameraná na úsporu paliva (označenie F –fuel economy, A - predstavuje prvé písmeno v sérii úsporných ekonomických olejov).

V budúcnosti sa počíta s motorovými olejmi s ešte nižšou viskozitnou triedou SAE 0W – 12, 0W – 8 a 0W - 4 pre automobily s hybridným pohonom.
Výskum a vývoj nových typov úsporných motorových olejov pre súčasné a budúce moderné automobily intenzívne pokračuje. Intenzívne sa hľadajú nové technologické postupy s využitím doterajších poznatkov v oblasti tribológie a tribotechniky a nových zdrojov východiskových surovín na výrobu pohonných látok a mazív pre moderné automobily.

TEXT/FOTO Dr. Pavol Klucho, SSTT Bratislava FOTO archív redakcie