Velmi podstatným předpokladem chodu vznětového motoru je dostupnost a kvalita motorové nafty. Palivo a motory musí být kvůli umožnění bezporuchového chodu technicky navzájem sladěny. Palivo by mělo být vždy a všude cenově a bez problémů dostupné.
Vznětové motory MB jsou dimenzovány na motorové nafty, které odpovídají současným národním a mezinárodním požadavkům (v Evropě EN 590).
Běžné motorové nafty
U běžných motorových naft, které se už mnoho let celosvětově používají pro rychloběžné vznětové motory, se jedná o uhlovodíkové sloučeniny, které vznikají v rozsahu 180 °C až 360 °C při frakční destilaci ropy v rafinériích. Tyto uhlovodíkové sloučeniny mohou mít výrazně odlišné molekulární struktury, které vykazují přirozeně odlišné vlastnosti.
Chemické složení motorové nafty
Vazebních možností čtyřmocného uhlíku C s jednomocným vodíkem H je mnoho. Vznikají lineární a různě rozvětvené řetězce a také různé cyklické systémy, které mohou být nasycené nebo nenasycené, počet několikanásobných vazeb se také liší.
Alkany jsou řetězcové nasycené uhlovodíky se sumárním vzorcem CnH2n+2. Nazývají se také parafiny a tvoří velký podíl motorové nafty. Normální parafiny (lineární) disponují dobrou vznětlivostí a příznivou kouřivostí, ale špatnou tekutostí při nízkých teplotách. Nízká hustota je také příčinou nízké měrné výhřevnosti. Isoparafiny (rozvětvené) mají oproti tomu nepříznivou vznětlivost a lepší vlastnosti při nízkých teplotách.
Alkeny jsou nenasycené řetězcové (lineární nebo rozvětvené) uhlovodíky s minimálně jednou dvojnou vazbou. Při jedné dvojné vazbě je lze popsat sumárním vzorcem CnH2n. Vlastnosti těchto sloučenin, také zvaných olefiny, se podobají isoparafinům, nicméně mohou vést k vytváření polymerových pevných látek v důsledku stárnutí.
Cykloalkany jsou cyklické nasycené uhlovodíky se sumárním vzorcem CnH2n. Tyto sloučeniny, známé také jako cykloparafiny nebo spíše jako nafteny, mají průměrnou vznětlivost, ale příznivou tekutost při nízkých teplotách. Hustota a měrná výhřevnost jsou průměrné.
Aromáty, cyklické uhlovodíky s cyklicky konjugovanými dvojnými vazbami, mají nízkou vznětlivost, špatnou kouřivost a průměrnou tekutost při nízkých teplotách. Hustota a měrná výhřevnost jsou vysoké.
Požadavky, vlastnosti, parametry (DIN EN 590)
Vlastnosti motorové nafty nutné pro chod motoru lze popsat anebo blíže určit pomocí parametrů. Tyto parametry, které jsou zpravidla dány normovanými zkušebními postupy, sice lze využít, ne vždy ale umožňují zcela uspokojivě definovat kvalitativní kritéria, důležitá pro manipulaci s motorovou naftou a pro spalování v motoru. Při určitém počtu takových parametrů, stanovených pro mezní hodnoty, jsou vytvářeny normy pro minimální požadavky.
Aditivace motorové nafty je pro zvýšení kvality bezpodmínečně nutná, za což v plné míře odpovídá výrobce paliva (k tomu viz list 119.0 „Aditiva a sekundární přísady do paliv“).
Vznětlivost
Vznětlivost je jedna ze zásadních vlastností motorové nafty. Přesto je svým významem pouze omezeně srovnatelná s odolností proti klepání u benzínu. Technicky vzato je vznětlivost protikladem odolnosti proti klepání.
Vznětlivost je vyjádřena cetanovým číslem, naměřeným podle ISO 5165 (motor CFR) nebo DIN 51773 (zkušební motor BASF) u normovaného zkušebního motoru za definovaných zkušebních podmínek. Cetanové číslo motorové nafty udává, že za těchto podmínek odpovídá vznětlivost této motorové nafty vznětlivosti směsi cetanu (hexadekanu) a heptamethylnonanu (DIN 51773 v tomto případě používá 1-methylnaftalen). Tato metoda se osvědčila u běžných motorových naft. Často používané „cetanové číslo“ oproti tomu znamená početně určenou hodnotu, odvozenou z fyzikálních veličin (např. hustota, varná charakteristika). Jeho vypovídací schopnost je omezená.
Zpožděný zážeh, jinak prodleva mezi vstřikem a samozápalem motorové nafty, je měřítkem vznětlivosti. Dobrá vznětlivost, a tedy vysoké cetanové číslo, znamenají nepatrně zpožděný zážeh. To je obzvláště důležité při spouštění motoru, především při spouštění za studena. Hlučnost motoru a rovnoměrný chod také závisí na vznětlivosti. DIN EN 590 stanovuje minimální cetanové číslo 51. Kvalitní běžně dostupná paliva jej ale mají vyšší.
Průběh destilace
Průběh destilace motorové nafty probíhá při cca 180 °C až 360 °C, přičemž celosvětově existují značné rozdíly. Jízdní vlastnosti vznětového motoru nicméně tolik nezávisí na průběhu destilace používaného paliva jako u zážehového motoru. Pokud se ale začne větší část motorové nafty odpařovat až nad teplotou cca 350 °C, resp. pokud se bod varu přiblíží teplotě 380 °C nebo ještě vyšší, dojde ke zvýšené kouřivosti. Teplotní výkyv průběhu destilace směrem dolů není kritický, ale má také své meze.
Evropská norma pro motorovou naftu operuje se třemi následujícími mezními hodnotami
Maximální odpaření 65 objemových % do 250 °C
Minimální odpaření 85 objemových % do 350 °C
95 objemových % při maximálně 360 °C
Obsah síry
Obsah síry motorové nafty závisí na původu ropy, možnostech odsíření v rafinériích a je stanoven normami/zákony.
Z hlediska použití se jedná o jeden z nejdůležitějších technických parametrů motorové nafty a z těchto důvodů je zpracován na samostatném listě 136.0 „Síra v motorových naftách“. Obecně platí, že by obsah síry měl být co nejnižší.
Zde diskutované snižování obsahu síry, probíhající v posledních letech nejen v evropském, ale i v severoamerickém ekonomickém prostoru, vynáší do popředí problematiku mazacích vlastností motorové nafty (viz část Mazací vlastnosti). To lze vysvětlit tím, že při procesu odsíření dochází také k redukci složek paliva s příznivými mazacími vlastnostmi. Mazací vlastnosti paliva ale lze dostatečně zlepšit přidáním vhodného aditiva.
Vlastnosti při nízkých teplotách
Při nízkých venkovních teplotách může být tekutost motorové nafty omezena v důsledku vytváření krystalů parafinu.
Obecně vzato mají nejpříznivější uhlovodíkové sloučeniny pro chod vznětového motoru velkou nevýhodu v nedostatečné odolnosti vůči chladu, tzn. že vytvářejí už při mírně snížených teplotách pod bodem mrazu krystalické struktury. Tyto parafinové krystaly „se spojují“ a ucpávají palivový filtr, palivová vedení a vstřikovací systém vznětového motoru, čímž znemožňují chod motoru. Často je sice ještě možné spuštění motoru, následně se ale motor zastaví. Na motoru tím nevzniknou žádná poškození, po příslušném zahřátí se palivo uvede opět do tekutého stavu.
Kvůli zamezení těmto poruchám jsou v zimních měsících k dispozici na trhu motorové nafty s lepší tekutostí při nízkých teplotách. Příznivé vlastnosti při nízkých teplotách vyplývají z kvalitního základního paliva a z odborné aditivace s prostředkem pro zvyšování tekutosti ze strany výrobců. Tyto motorové nafty jsou ve většině případů vhodné pro obvyklé venkovní teploty.
Doporučujeme používat pouze zimní motorové nafty, které jsou upraveny na lokální klimatické podmínky.
Při cestách do chladnějších oblastí by měla být buď při příjezdu v místě nebo už v předstihu načerpána mrazuvzdorná motorová nafta, celoročně dostupná na určených obchodních trzích. Informace o celoročně mrazuvzdorné motorové naftě lze zjistit u provozovatelů čerpacích stanic.
U vozidel Mercedes-Benz jsou přijata taková opatření, která vedou k rychlému zahřátí paliva. U nevhodných kvalit paliva ve spojení s velmi nízkými teplotami může přesto dojít k ucpání filtru.
Z hlediska technického měření existovaly pokusy definovat vlastnosti motorových naft při nízkých teplotách mimo jiné jako problém bodu zákalu (Cloud Point), bodu tuhnutí (Pour Point) a filtrovatelnosti (Cold Filter Plugging Point). Na základě těchto parametrů ale nelze jednoznačně určit, do jaké teploty ještě lze vozidlo spolehlivě používat.
Dnes se obecně pro posouzení vlastností při nízkých teplotách používá „Mezní hodnota filtrovatelnosti“ podle „Cold Filter Plugging Point“ (EN 116). Při této metodě, označované CFPP, je zjišťována nejnižší teplota, při které ještě stanovené množství paliva proteče, resp. může být nasáto za určitý časový interval definovaným sítem. Podle německé normy platí pro CFPP následující hodnoty:
Období, poznámka | Tekutost – CFPP – hodnota | Poznámka |
15. dubna až 30. září | 0 °C | Letní nafta |
01. března až 14. dubna, resp. 01. října až 15. listopadu | -10 °C | Zboží pro přechodné období |
16. listopadu až 28. února (v přestupných letech 29. února) | -20 °C | Zimní nafta |
Cloud Point se nachází nad CFPP a definuje teplotu na začátku vytváření krystalů. Principiálně je také proto možné omezení jízdních vlastností při nízkých teplotách nad CFPP – zejména při delším vlivu nízkých teplot.
U všech osobních automobilů Mercedes-Benz a užitkových vozidel už není dovoleno přidávat petrolej ani palivo pro letecké turbíny pro zlepšení odolnosti proti chladu kvůli možným negativním vlivům na vstřikovací systém vznětového motoru z důvodu nedostatečných mazacích vlastností. Použití benzínu není přípustné z důvodu zhoršení mazacích vlastností paliva a z bezpečnostních důvodů (snížení bodu vznícení).
Na obchodním trhu jsou už delší dobu k dispozici prostředky pro zlepšení tekutosti jako aditiva (sekundární aditiva). Při dodatečném přidání obecně nemají požadovaný účinek. Čerpání motorové nafty s dostatečnou odolností proti chladu je proto základním předpokladem spolehlivého zimního provozu vozidla.
Pro arktické klimatické oblasti je k dispozici polární motorová nafta s extrémní odolností proti chladu. Motorová nafta pro mírné klimatické podmínky se od ní liší kromě vlastností při nízkých teplotách hlavně svou hustotou, viskozitou a frakčním složením.
Hustota
V Evropě je pro hustotu motorové nafty stanovena hodnota mezi 820 a 845 kg/m3 při 15 °C. Do konce roku 1999 byla přípustná horní mezní hodnota 860 kg/m3. Na světě se stále vyskytují obchodní trhy s podobně vysokými hodnotami, někde dokonce zcela bez předpisů pro hustotu.
Výrobci a dodavatelé paliv kladou důraz na co největší rozsah přípustné hustoty.
Co nejpřesněji specifikovaný interval je potřebný s ohledem na to, že se palivo kupuje sice na objem a vstřikovací čerpadlo provádí vstřikování v objemových hodnotách, ale na druhou stranu výhřevnost obvykle stoupá s rostoucí hustotou. Při stávajícím konstrukčním nastavení vstřikovacích čerpadel není možné s velmi lehkým palivem (nízká hustota) dosáhnout požadovaného výkonu a s velmi těžkým palivem (vysoká hustota) dodržet požadované hodnoty emisí.
Viskozita
Viskozita, vazkost motorové nafty, zodpovídá za průtok a ochranu před opotřebením ve vstřikovacím systému vznětového motoru a ovlivňuje rozprašování paliva ve spalovacím prostoru. Podle normy EN může mít při 40 °C hodnotu mezi 2,0 a 4,5 mm2/s. Výhody tohoto velkého rozsahu tolerance nejsou zcela využity.
Aditiva
Pro životnost a čistotu motorů a palivových systémů, zachování příznivých hodnot emisí a pro dosažení celkově dobrých provozních vlastností znamená použití kvalitně aditivované motorové nafty nezbytné opatření, efektivní z dlouhodobého hlediska také kvůli ekonomickým nákladům.
V souvislosti se zásobováním těmito palivy je u navštívených čerpacích stanic každý zákazník upozorňován na prodej aditivovaných produktů; podle nám sdělených vyjádření je to běžné všude u velkých firem, u „nezávislých“ čerpacích stanic bez vazby na velké dodavatele tomu tak většinou není. Velcí odběratelé by měli při dvoustranných jednáních dbát na dodávku aditivovaných paliv.
Výslovně upozorňujeme na to, že se podle našeho odhadu procentuálně zanedbatelné vyšší náklady na palivo vyplatí díky úspoře na opravách a při údržbě a také díky nižší četnosti oprav. Typickými reklamacemi, kterým lze zabránit čerpáním kvalitně aditivovaného paliva, jsou např. karbonizace vstřikovacích trysek, opotřebení a koroze v celém palivovém systému. Kromě toho mají trvale příznivé hodnoty emisí nepatrný vliv na životní prostředí.
Ještě větší význam má aditivace paliv ve vztahu k problematice mazacích vlastností u paliv s nízkým obsahem síry (viz část „Mazací vlastnosti“). V těchto souvislostech není optimální aditivace možností, ale nutností.
Aditivaci by měli provádět dodavatelé paliv, kteří jsou v zásadě zodpovědní za jejich kvalitu. Za přidávání sekundárních aditiv (k tomu viz list 119.0) vždy odpovídá sám provozovatel vozidla, protože jejich použití může omezit záruku, poskytovanou dodavatelem vozidla i dodavatelem paliv.
Uskladnění a přečerpávání
Následující pokyny jsou určeny v první řadě těm našim zákazníkům, kteří disponují vlastními čerpacími stanicemi.
Motorová nafta je cenný zdroj energie. Kvůli jejímu bezproblémovému používání ve vozidle podle očekávání zákazníka je nutné dodržovat určitá základní technická pravidla.
Palivové nádrže by se nikdy neměly používat střídavě. Z toho důvodu je nutné zamezit střídavému plnění motorovou naftou a benzínem. V případě potřeby musí být pro oba druhy paliva instalovány dvě (minimálně) zcela oddělené palivové nádrže. V případě nedodržení nelze zabránit projevům vzájemné kontaminace.
Zejména zákazníci, kteří nečerpají motorovou naftu příliš často, by měli podle možností kompletně spotřebovat své zásoby paliva na léto a přechodné období před dodávkou paliva v zimní kvalitě.
Na dně nádrže nesmí být žádná voda ani jiné nečistoty. To platí zejména před plněním zimní motorovou naftou. Při výskytu nečistot je nutné nechat provést vyčistění nádrže. Dna nádrží musí být kontrolována v pravidelných intervalech!
V případě změny dodávek z neaditivovaných paliv na aditivovaná je předtím nutné dbát zvýšenou měrou na čistotu skladovací nádrže. Detergenty, obsažené v aditivovaném palivu, které slouží pro udržování čistoty palivových systémů vozidla, také mohou do palivového systému zanášet částečky nečistot ze skladovací nádrže, což přispívá k rychlejšímu ucpání filtrů.
Nedodržení těchto pravidel může způsobit předčasné ucpání palivového filtru a jízdní problémy v zimě.
Bod vzplanutí/třída nebezpečnosti
Bod vzplanutí motorové nafty být podle normy ISO 2719 nad 55 °C. Bod vzplanutí je teplota, při níž lze zapálit páry motorové nafty pomocí zdroje vznícení. To sice nemá význam pro spalování v motoru, ale je to důležité pro bezpečnou manipulaci s motorovou naftou. Kvůli této skutečnosti platí zjednodušené podmínky přepravy motorové nafty.
Už nepatrná příměs benzínu výrazně snižuje bod vzplanutí motorové nafty. Zatímco je bod vzplanutí motorové nafty výše než u benzínu, bod samozápalu je u motorové nafty níže než u benzínu.
Čistota
Motorová nafta musí být bez příměsí organických kyselin a tuhých cizích látek a při pokojové teplotě musí být čirá.
Kvůli zamezení korozi nesmí podíl vody přesáhnout 200 mg/kg. Kvůli zamezení výskytu organokovových sloučenin v motorové naftě, které podporují opotřebení, byl stanoven přípustný obsah popela na maximální hodnotu 0,01 hmotnostního %.
Složky motorové nafty, náchylné ke karbonizaci, mohou způsobit značné problémy s motorem, např. karbonizaci trysek a nadměrnou tvorbu usazenin ve spalovacím prostoru. Z toho důvodu je koksový zbytek omezen na destilační zbytek 10 %.
Mazací vlastnosti
Pokles obsahu síry, realizovaný v posledních letech z důvodů ochrany životního prostředí, obrátil pozornost na problematiku mazacích vlastností motorové nafty, protože pro tento účel nezbytná hydrogenace středního destilátu současně odstraňuje přirozené mazací vlastnosti paliva.
Přidávání aditiv, zlepšujících mazací vlastnosti, bylo po poklesu obsahu síry v motorové naftě nezbytně nutné kvůli zamezení opotřebení vstřikovacího systému, známému z minulosti. V současnosti už není nutné přidávání těchto aditiv na zlepšení mazacích vlastností do motorové nafty, která obsahuje metylester mastné kyseliny („FAME“), protože samotný FAME má zlepšující vliv na mazací vlastnosti.
V normě EN 590 jsou mazací vlastnosti upraveny pomocí požadavků v „Testu HFRR“ („High Frequency Reciprocating Rig Test“), při kterém je kulička pod zatížením na desce uvedena do nucené oscilace, přičemž kontrolovaná motorová nafta slouží jako mazací médium. Tento test je popsán ve zkušební metodě ISO 12156-1. Maximální přípustná mezní hodnota pro mazací vlastnosti v testu HFRR pro Evropu je stanovena na 460 µm při 60 °C.
Přestože je metoda v oboru obecně akceptována, stále existují kritické body v přesnosti a vypovídací schopnosti testu (tzn. korelace s praxí).
Obsah FAME
Norma EN 590 od vydání v roce 2009 výslovně připouští maximální podíl 7 objemových % příměsi methylesteru mastné kyseliny („FAME“). Nesmí to mít žádný negativní vliv na kvalitu motorové nafty, tzn. že musí být jako dosud dodržovány požadavky normy EN 590. Zejména musí být dodržováno ustanovení, že je FAME v Evropě přípustný jako příměs pouze v kvalitě, která splňuje předpisy normy EN 14214 pro FAME. Další informace k tomuto tématu viz list 135.0 („Methylester mastné kyseliny (FAME) jako motorová nafta“).
Mikroorganismy v motorové naftě
Při vysokém obsahu vody, spojeném s vytvářením samostatné vodní vrstvou v palivové nádrži, může dojít k mikrobiologickému růstu v palivové nádrži (naftová plíseň). Dlouhé doby odstavení podporují mikrobiologické napadení. Kromě vylučování sekretu mikroorganismů, který způsobuje korozi, přitom vzniká také biologický kal, který může ucpat palivový systém.
Následující symptomy svědčí o napadení palivové nádrže vozidla nebo podlahové nádrže mikroorganismy:
Nutnost časté výměny palivového filtru kvůli ztrátě výkonu, gelovitá substance ve filtru
Zvýšený výskyt vnitřní koroze nádrže
Různé
Téměř všechny uvedené vlastnosti, resp. parametry na sobě vzájemně závisí. To platí zejména pro hustotu, průběh destilace, viskozitu, bod vzplanutí, vlastnosti při nízkých teplotách a vznětlivost. Při změně jedné vlastnosti se nutně změní také ostatní vlastnosti.