A hidegindíthatóság

A dízel járművek száma jelentősen nőtt Európában az elmúlt évtizedekben és ez a folyamat még most is megfigyelhető, mint azt az újgépjármű-eladási statisztikák mutatják. A jelenség fő hajtóereje a fogyasztáselőny, az, hogy a dízelmotorok a hagyományos benzinmotorokhoz viszonyítva jobb termikus, illetve effektív hatásfokúak, ami természetesen a dízelmotorral szerelt gépjárművek fogyasztásában is jelentkezik.

Az újabb generációs, közvetlen befecskendezésű benzinmotorok (GDI – FSI, TFSI) már jobban megközelítik a gázolajos társaikat ebből a szempontból, de nem hoznak egyelőre áttörő fölényt. A kedvezőbb motorhajtóanyag-fogyasztásból következik, hogy a kibocsátott szén-dioxid-mennyiség kevesebb. A fent említett tényezők okán az EUA különböző adókedvezményekkel ösztönözte a számára kedvezőbb dízel gépjárművek elterjedését, ami jelenleg kezd átfordulni negatív hatásokba (megemlítve csak az apró koromszemcséket PM2.5, vagy a problémás NOx-emissziót).

Az európai téli időjárási viszonyok enyhülő tendenciát mutatnak, ami nem zárja ki, hogy olykor extrém körülmények adódjanak. Erre jó példa a 2012-es európai hideg hullám (január–február), amely meglepte az európai járműtulajdonosokat/üzemeltetőket. Az olajipar résztvevői a vevői igények kielégítése érdekében egyre jobb és jobb prémium tüzelőanyagokat fejlesztenek, amelyek rendkívül jó hideg tulajdonságokkal rendelkeznek. A vevői oldal elvárásain túl fontos követelmény, hogy az európai bio motorhajtó anyag szabályozásoknak is meg kell felelni, ami komoly kihívást jelent. Az európai uniós FQD (Fuel Quality Directive – motorhajtóanyag-specifikációk, szabványok) meghatározza a fosszilis üzemanyagokba bekeverhető biotartalom maximumát. A hagyományos biodízel (FAME – zsírsav metil észter) összetétel szempontjából jelentősen eltér a kőolaj alapú gázolaj­alkotóktól, míg a piacon az elmúlt években megjelenő második generációs hidrogénezett növényi olajok (HVO) rendkívül jó hidegindítási jellemzőkkel bírnak. A rendelkezésre álló, különböző finomítói komponensekből kikevert alapgázolaj paramétereit hozzáadott adalékokkal igényre szabottan be lehet állítani, persze bizonyos gazdaságossági kereteken belül.

ZAVAROSODÁS ÉS SZŰRHETŐSÉG

A dízelek hideg tulajdonságainak beállításához szükség van megfelelő mérési módszerekre, mérőberendezésekre. Az MSZ EN 590 gázolajszabvány e tekintetben csak a zavarosodási pontra (CP) és a szűrhetőségi határhőmérsékletre (CFPP) ír elő maximum határértéket és azt is éghajlati övre lebontva. Ezek a jellemzők °C mértékegységben megadott értékek és valamilyen módon reprezentálják a vizsgált gázolaj minőségét. Zavarosodási pontnak azt a hőmérsékletet értjük, ahol a hűtött gázolajból elkezdenek kiválni a paraffinkristályok, ezáltal a folyadék zavarossá válik. A CFPP az a hőmérséklet, amelynél a gázolajminta már nem szívható keresztül 45 mikron finomságú szűrőn, szabványban meghatározott peremfeltételek mellett (szívási depresszió, mintamennyiség, idő stb., fontos megjegyezni, hogy a CFPP értéke nem azonos a téli motorindíthatósági hőmérséklettel!). Ezek a szabványos módszerek relatív kis költséggel és időráfordítással tudják meghatározni a kívánt értékeket. Azonban felmerül a kérdés, hogy az alkalmazott eszközök, amelyek alapelve az 1980-as vagy még korábbi évekre nyúlik vissza, mennyire tükrözik a jelenkor motorhajtó anyagainak és járműkonstrukciós megoldásainak a valós hidegindítási tulajdonságait?

Analitikai és autóipari vizsgálatok összesítő táblázata [1]

EGY FELADAT, SOKFÉLE VIZSGÁLAT

Az autógyártók, olajipari termékfejlesztő központok, független mérőlaborok több autóipari mérést dolgoztak ki az elmúlt években. Ezzel párhuzamosan éppúgy fejlesztették a hagyományos CP, CFPP mérőberendezéseket főként annak érdekében, hogy az analitikai vizsgálatok minél jobban és precízebben modellezzék a tüzelőanyag viselkedését hideg szűrhetőség tekintetében. A táblázat összegzi az autóipari és az analitikai vizsgálatokat, módszereket.

A fejlesztési törekvések arra irányultak, hogy a bázisként szolgáló CFPP mérési eljárás paraméterein változtattak. Így alakultak ki az úgynevezett LTFT (Kis hőmérsékletű folyásteszt), SFPP (Szimulált szűrőeltömődés) és CSFT (Hidegáztatásos szűrési teszt) módszerek, utóbbi mozgatórugója kifejezetten a biodízelek megjelenése volt. Az alkalmazott szűrőfinomságok kb. a felére csökkentek a 45 mikronos CFPP-teszthez képest, és mérések alapján annál jobb szelektivitással szolgáltak, mégsem váltották fel a tüzelőanyag-specifikációkban meghatározott szabványos vizsgálatokat. Ha megvizsgáljuk a jármű oldalt, azt látjuk, hogy a környezetvédelmi határértékeknek megfelelve az autógyártóknak az emissziót fokozatosan csökkenteniük kellett, amit újabb és újabb konstrukciókkal, precízebb gáz­olaj-befecskendező rendszerekkel és motorszabályozási filozófiával tudtak biztosítani (common rail rendszerek, többszörös befecskendezés, kipufogógáz-utókezelő rendszerek stb.).

Az ilyen irányú fejlesztések természetesen megkövetelték a gázolajellátó rendszerek fejlődését is. Példaképpen a common rail rendszerek nagynyomású szivattyúi és a precíz porlasztók sokkal érzékenyebbek a soros adagolós, illetve elosztó rendszerű befecskendezőszivattyús rendszerekhez képest a tüzelőanyagban található szilárd részecskékre. A finomabb szűrési igény miatt kisebb és kisebb pórusméretű gázolajszűrők jelentek meg a piacon, amelyek a paraffinkiválás szempontjából kritikusabbak.

Az ábrán a szükséges szűrési hatásfok alakulása látszik a különböző adagolórendszerek függvényében. Kb. 20–30 éve a soros adagolók esetében a 3–5 mikronra vonatkoztatott szűrési hatásfok épphogy elérte a 25%-ot, ami egy mai korszerű rendszer esetén végzetes lehet a mechanikai egységekre nézve.

Megkövetelt szűrési hatásfok [2]

LABORMÉRÉS KONTRA JÁRMŰVIZSGÁLAT

Az analitikai vizsgálatokkal az a legfőbb probléma, hogy gyakran nem korrelálnak a valós járműves hidegindítási/operabilitási tapasztalatokkal, mivel alapvetően mindegyik csak a szűrő körül végbemenő jelenségeket vizsgálja járműkörnyezet nélkül és az alkalmazott szűrőelem geometriájában, felületében, térfogatában teljesen más, mint egy valós gázolajszűrő. Az említett tényezőkből egyértelműen látszik, hogy az autóipari környezetben végzett hideg tulajdonságok felderítésére irányuló teszteknek, illetve azok fejlesztésének van létjogosultságuk.

Több alkalmazástechnikai mérési módszer különíthető el. Lehet vizsgálni komplett járművet hideg kamrában, illetve tesztpályán. A következő csoport, mikor kiszerelt motort tesztelünk motorféktermi körülmények között, ahol a tesztcella ugyanúgy klimatizálható. Ezek a vizsgálatok jelentős anyagi ráfordítással működnek csak, leginkább a hatalmas hűtési igény miatt, de 100%-ban fedik a valóságot és reális teszteredményeket közvetítenek a hidegindításról és a hideg operabilitásról. A vizsgálatok másik nagy csoportja a szűrhetőségi tesztek, amelyek hasonlóak az analitikai módszerekhez, de a tesztberendezések valós járműalkatrészekből épülnek fel, és általában csak a kisnyomású motorhajtóanyag-ellátó rendszert szimulálják.

EGYETLEN JÁRHATÓ ÚT

Összességében elmondható, hogy az autóipari hidegtesztek egy vizsgált jármű/motor – tüzelőanyag kombináció esetében sokkal pontosabb eredményeket biztosítanak mint az analitikai vizsgálatok, viszont a tesztköltségek jelentősen nagyobbak. Habár több publikáció, konferenciaanyag elérhető a kidolgozott mérési módszerekről, teszteredményekről, és szinte minden autógyár, olajcég foglalkozik ilyen irányú fejlesztésekkel, egyik eljárás sem nőtte ki magát valódi szabvánnyá. Manapság az egyetlen járható útnak az tűnik, hogy mindenki próbálja saját technológiával támogatni a fejlesztéseket. A mérések eredményeiből a cél egy adatbázis felállítása, ami alapján valós összefüggés található a szabványos CP- és CFPP-módszerekkel, nem teljesen megbízva az általuk szolgáltatott számokban.

A MOL Csoport is jelentős erőfeszítéseket végez a gázolaj hideg tulajdonságainak a fejlesztésében. Az autóipari tesztlaborunkban több korszerű, akár egyedinek számító tesztberendezéssel támogatjuk a termékreceptúrák fejlesztését és a végső célunk, hogy problémamentes mobilitást biztosítsunk vevőink számára a téli időszakban is.

Forrás:
[1] MOL belső anyagok (DS Akadémia, 2015)
[2] Dr. Nagyszokolyai Iván: A gázolajszűrés, Autótechnika, 2006/8.