A gázolaj a kompressziógyújtású Diesel motorok hajtóanyaga. Hosszú éveken át a gázolajat másodrendű tüzelőanyagnak vélték sokan. Napjainkban az egyre dráguló üzemanyagárak miatt mindinkább előtérbe kerül a dízelmotorok jobb hatásfoka és ezáltal gazdaságosabb üzemeltethetősége okán.
Körülbelül a '80-as évek elejéig a gázolajjal szemben nem voltak szigorú követelmények. A dízelmotoros járművek gyors elterjedésével azonban a vele szemben támasztott igények is megnövekedtek, mind a motorgyártók, mind a környezetvédelem részéről. Már nem lehet azt mondani a jelenleg kapható gázolajra, hogy olajipari "melléktermék". Előállítása, összetétele, adalékolása sokat fejlődött az elmúlt közel 30 év során.
A gázolajat gázolaj-frakció alkotja, melyet a kőolaj desztillációja (mind atmoszférikus-, mind vákuumdesztilláció) során nyernek. Kéntartalmát hidrogénezéssel csökkentik. Összetételét, kémiai, fizikai jellemzőit formulázással, adalékolással a kívánalmaknak megfelelően módosítják.
-
megfelelő öngyulladási hajlammal rendelkezzen
-
alacsony hőmérsékleten is szivattyúzható legyen
-
ne okozzon lerakódást a motorban
-
ne legyen korrozív tulajdonsága
-
megfelelő kenőképességgel rendelkezzen
-
jól porlasztható legyen
Ezeken felül - a motor működése szempontjából lényegtelen - egyéb igények is vannak:
-
gazdaságossági igények (előállítás költsége, hatásfoka)
-
komfort igények (szállítás, infrastruktúra)
-
környezetvédelmi igények (szennyezőanyagok, adalékolás stb.)
Legfontosabb tulajdonságai
A gázolaj talán legfontosabb jellemzője a cetánszám, amely az öngyulladási hajlam legfőbb mutatója. Értéke a gázolaj kémiai összetételétől függ. Adott gázolaj cetánszámát egy etalon tüzelőanyaggal, szabványmotoron történő összehasonlítás alapján határozzák meg. Számszerűleg megadja, hogy a vizsgált gázolaj öngyulladási hajlama hány térfogatszázaléknyi cetánt tartalmazó etalon keverék (cetán-alfa-metil-naftalin) öngyulladási jellemzőjével egyezik meg szabványos körülmények között. Az etalon tüzelőanyag két ellentétes öngyulladási tulajdonságú tiszta szénhidrogén elegyéből készül. Az egyiknek alacsony a kémiai stabilitása, a másik igen nagy öngyulladási ellenállású. Nagy öngyulladási hajlamú vegyületként a cetánt (C16H34) használják, amely egyenes szénlánca miatt viszonylag kis hőmérsékleten, oxigén jelenlétében könnyen felbomlik. Kis öngyulladási hajlamú szénhidrogénként az alfa-metil-naftalint (C10H7CH3) alkalmazzák, amely aromás szénhidrogén. Az öngyulladással szembeni nagy ellenállása a molekula tömörebb voltával magyarázható, atomjai kettős kötésű zárt láncot képeznek. Megállapodás szerint a cetán cetánszáma 100, míg az alfa-metil-naftaliné 0.
Ha a vizsgált gázolaj cetánszáma 49, akkor öngyulladási hajlama azonos a 49 tf%-nyi cetánt tartalmazó etalon keverék öngyulladási hajlamával.
Az alacsony cetánszámú tüzelőanyagok (a kis gyulladási hajlamúak) az öngyulladási idő növekedése miatt a motor igen kemény járásához vezetnek. A cetánszám csökkenésének hatása erőteljesebben mutatkozik a motor hidegindításánál, az égéstérben keletkező nagyobb mértékű lerakódásban, valamint a füstölésben. A cetánszám túlzott növelése nem ajánlott. Szakértők által elvégzett vizsgálatok szerint a cetánszám 55-ről 77-re való növekedése a fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás növekedéséhez és az emisszió leromlásához vezet. Az 50-nél kisebb cetánszámnál a gyulladási késedelemmel összefüggő hátrányok már nem mutatkoznak, viszont az előállítási költség jelentősen növekszik. Így ésszerűnek mutatkozik a 45...60 közötti cetánszámérték betartása.
A szabvány 3 féle gázolajminőséget különböztet meg:
- Normálgázolaj (gázolaj 0,2)*
- Kis kéntartalmú gázolaj (gázolaj 0,05)
- Kis aromástartalmú gázolaj (gázolaj 0,01 AM)
* magas kéntartalma miatt már nem használatos
Mindhárom gázolaj téli és nyári minőségben készül. Ezek mellett az egyes olajfinomító társaságok polgári célú használatra készíthetnek eltérő besorolású, jellemzőjű (pl. csökkentett dermedéspontú, növelt cetánszámú stb.) gázolajokat is. A kereskedelemben forgalmazott gázolajok irányadó minőségi előírásai:
Minőségi jellemzők |
Gázolaj 0,2 |
Gázolaj 0,05 |
Gázolaj 0,01 AM |
| Kéntartalom, % (m/m), max |
0,2 |
0,05 |
0,01 |
| Sűrűség 15 °C-on, g/cm3 |
0,820-0,860 |
0,800-0,860 |
| Viszkozitás, 20 °C-on, mm2/s |
3,0-8,0 |
2,0-6,0 |
| Cetánszám, min |
48 |
| CFPP nyáron, °C, max |
+5 |
| CFPP télen, °C, max |
-12 |
| Lobbanáspont, °C, min |
55 |
A polgári felhasználású gázolajok mellett léteznek katonai felhasználásra szánt gázolajok is: F-54 (katonai gázolaj), F-65 (téliesített katonai gázolaj)
A gázolaj egyik fontos jellemzője. A gyulladási késedelemre van jelentős hatással. Ha a gyulladási készség alacsony, akkor a gyulladási késedelem nagy, azaz a befecskendezés kezdete és az égés megkezdése között túl hosszú idő telik el, az expanzióra kevesebb főtengelyfordulat áll rendelkezésre, a motor kisebb teljesítményt ad le.
A gázolaj kéntartalmától nagymértékben függ a dízelmotor élettartama. A gázolajban jelenlevő kénvegyületek korróziót okoznak, valamint hozzájárulnak a lerakódások megszilárdulásához. E korrodáló hatásnak legjobban kitett alkatrészek az adagolószivattyú és a porlasztó fúvókája. A nagy kéntartalmú gázolaj a porlasztó üzembiztonságát veszélyezteti. A gázolaj kénvegyületei a motorba jutva nagyrészt kén-dioxiddá és kén-trioxiddá égnek el, amelyek erősen környezetszennyezőek, a megmaradó hányad szulfátként a részecske-emissziót növeli. Kialakulásuk főleg hideg motor esetén, a bemelegedés időszakában jelentős. Ezzel (is) indokolható napjainkban az a törekvés, amely szerint a motor melegítési üzemidejét minél nagyobb mértékben csökkenteni kell. A gázolajban levő kéntartalom káros hatását érzékelteti: ha a kéntartalmat 0,4 %-ról 1 %-ra emelik, akkor a motor elhasználódása 33%-kal növekszik.
A gázolajban jelenlevő kénvegyületek káros hatását adalékokkal lehet csökkenteni; teljesen kiszűrni nem lehet. A nyersolaj 0,2%-1% közötti kéntartalommal rendelkezik, az Európában jelenleg kapható gázolajok maximum 0,05% ként tartalmazhatnak.
Ennek jellemzésére a CFPP-t definiálják (Cold Filter Plugging Point). A gázolaj felhasználhatóságának alsó hőmérséklet-határát jellemzi. Javarészt a dízelolaj paraffinos szénhidrogéntartalmától függ. A paraffinok hasznosak a gyulladáskészség szemszögéből, de a csökkenő hőmérséklet esetén bekövetkező kristályképződésük előnytelen, mivel lerontja a gázolaj szivattyúzhatóságát, eltömítheti a tüzelőanyagellátó-rendszer szűrőit.
A szűrhetőségi határhőmérséklet megállapításakor a vizsgált gázolajmintát fokozatosan hűtik, miközben egy meghatározott áteresztőképességű szűrőn szivattyúzzák át. A hűtés hatására a tüzelőanyagból - az alacsony hőmérséklet hatására - kiváló paraffinok a szűrőt fokozatosan eltömik. A szivattyúzhatósági határhőmérsékletnek azt a hőfokot tüntetik fel, melyen, illetve mely alatt egy megadott értéknél kevesebb gázolaj áramlik át a szűrőn. Minél alacsonyabb a CFPP értéke, annál hidegebb környezeti hőmérséklet melletti üzemelést tesz lehetővé.
A viszkozitás a folyadékokban a belső folyadékrétegek egymáshoz képest való elcsúsztatásánál fellépő - súrlódás jellegű - mozgást gátló ellenállás.
Kétféle viszkozitást különböztet meg a szakirodalom: dinamikai és kinematikai viszkozitást. A dinamikai viszkozitás a folyadék belső súrlódását, áramlása ellen dolgozó hatást számszerűsíti, míg a kinematikai viszkozitás a folyadék folyósságáról ad tájékoztatást. A gázolaj viszkozitása a kenőképesség és a befecskendezés pontos mennyiségének szabályozhatósága miatt fontos jellemző. Ha a gázolaj "melegviszkozitása" alacsony, akkor a nyári kánikulában a gázolaj olyannyira felhígulhat, hogy a résveszteségek fokozódása miatt (könnyen átfolyik az apró réseken) indítási problémák léphetnek fel üzemmeleg motor esetén. Ha a viszkozitása nagy, akkor porlasztási és tüzelőanyag-szállítási gondok jelentkezhetnek alacsonyabb hőmérsékleten.
Fontos megjegyezni, hogy a gázolaj higroszkóp, azaz "vízszívó" hatású, a levegőből megköti a vízmolekulákat. A tüzelőanyagellátó-rendszerbe kerülő víz korróziót okozhat. Ezért minden dízel tüzelőanyag-rendszer részét képezi egy olyan lecsapató berendezés, amely segítségével eltávolítható a rendszerben felhalmozódott víz. De a korrózió mellett egyéb kellemetlen hatása is lehet a gázolajba kerülő víznek: fagypont alatti hőmérséklet esetén a tüzelőanyag-ellátó rendszerben megfagyó víz a gázolaj szállítását akár lehetetlenné is teheti.
Szükséges, hogy a gázolaj rendelkezzen bizonyos mértékű kenőképességgel, különben a befecskendező-rendszer mozgó elemei gyorsan elkopnának. A kenés feladatát részben a gázolaj természetes eredetű összetevői - pl. poláris felületaktív anyagok, heteroatomot tartalmazó vegyületek (kén, nitrogén, oxigén) és heterociklikus aromás vegyületek - látják el. Az elmúlt évek során elfogadott szigorú környezetvédelmi szabályok a gázolaj kéntartalmának csökkentését írják elő. Ez magában foglalja a gázolaj kenőképességének leromlását is - kevesebb a gázolajban a kenőképességet biztosító heteroatom vegyület -. A probléma kiküszöbölésére ezért a gázolajat mesterséges, kenőképességét fokozó adalékokkal szükséges ellátni.
A gázolaj energiatartalmát jellemzi. Beszélhetünk alsó és felső fűtőértékről. A felső fűtőérték (égéshő) a tüzelőanyag tömeg-, illetve térfogategységének tökéletes elégésekor felszabaduló energiamennyiség, ha:
-
a tüzelőanyag és a levegő hőmérséklete az elégés előtt és az égéstermékek hőmérséklete az elégés után egyaránt 20 °C
-
a tüzelőanyag szén- és kéntartalma szén-dioxid, kén-dioxid alakjában van jelen az égéstermékekben
-
a tüzelőanyag és a levegő eredeti nedvességtartalma és a hidrogéntartalom elégéséből keletkezett víz az elégés után cseppfolyós halmazállapotban van jelen
Az alsó fűtőérték esetén a víz gőz állapotban van jelen (mint a kipufogógáz esetén). Vagyis az alsó fűtőérték és a felső fűtőérték (égéshő) a víz kondenzációs hőjében tér el egymástól. Minél nagyobb az értéke, elméletileg annál több teljesítményt (energiát) lehet az adott energiahordozóból kinyerni. A gázolaj égéshője kb. 46 MJ/kg, (alsó) fűtőértéke kb. 41,7 MJ/kg.
A folyadékok sűrűsége és viszkozitása két különböző tulajdonságot takar. A sűrűség az egységnyi térfogatú anyag tömegét számszerűsíti. A gázolaj sűrűsége a hőmérsékletétől jelentős mértékben függ, vagyis adott térfogatot eltérő tömegű gázolaj tölt ki különböző hőmérsékleteken. Ennek a hengerbe juttatott gázolaj (energia) szempontjából van jelentősége. Mivel a (régebbi) dízelmotorok adagolószivattyúi adott térfogatot fecskendeznek be az égéstérbe, ezért ha nagyobb a tüzelőanyag sűrűsége, nagyobb a bevitt energia is. Azonban a sűrűség növelésével romlik a porlasztás tulajdonsága, növekszik az autó emissziója. A gázolaj 15 °C-on mért sűrűségét szabvány rögzíti.
A dízelmotorokhoz használt gázolajat többféle adalékkal látják el. Ezek legfőbb feladata az égésjavítás, folyékonyságjavítás, füstöléscsökkentés, tisztítás, tisztántartás.
Égésjavító adalékként a propil-nitrátot használják. Alkalmazható még a metil-nitrát és az etil-nitrát, de ezek tűzveszélyességük és illékonyságuk miatt nem terjedtek el széles körben. Azoknál a gázolajoknál, ahol az aromás vegyületek csak kismértékben vannak jelen, az adalékok hatása jelentős lehet. Így pl. 0,5 % izopropil-nitráttal 6...10 cetánszámegységet lehet emelni. A hazánkban forgalmazott gázolajok ilyen adalékanyagot nem tartalmaznak.
A füstöléscsökkentő adalékokkal a nagy motorterhelések esetén tapasztalható fekete füst csökkentése érhető el. A motor hidegindításával képződő kékes füstre nincs hatással. A füstöléscsökkentő adalékok a koromszemcsék oxidációját gyorsítják, hatásmechanizmusuk más és más. Az adalékok koncentrációját a gyártó cégek kísérletezték ki. Viszonylag szűk határok között van füstcsökkentő hatásuk, néha előfordul, hogy a túladagolás füstölést idéz elő. Természetesen a motoroknak az előírások által megadott füsthatárokat adalék nélküli gázolajjal kell teljesíteniük, így a füstöléscsökkentő adalékok általános bevezetése megkérdőjelezhető.
Az üzemeltetés szempontjából a legnagyobb jelentőségű adalékok a folyékonyságjavító adalékok. Ezek az additívok a dermedéspontot csökkentik, így a gázolaj az eredeti dermedéspont alatt is szűrhető, adagolható és porlasztható marad. A folyékonyságjavító adalékok csak bizonyos megadott arányban keverhetők a gázolajhoz. Pl. 0,03%-nyi folyékonyságjavító additív a gázolajhoz keverve annak alkalmazhatósági határát közel 10 °C fokkal alacsonyabb hőmérsékletre tolja ki. Ezek az adalékok nagy molekulatömegű polimer anyagok, 0,02...0,04% koncentrációban használhatók. A gázolajban levő parafinkristályok összeállásának megelőzésével hatnak - miközben azokat mikroszkopikus arányokon belül tartják -, tehát csak a kristályosodás bekövetkezése előtt. A parafinkristály-növekedést gátló adalékokat WASA adalékoknak nevezik (Wax Anti Setting Additive). A gázolaj szűrő előtti melegítésével az adalék hatása nagymértékben növelhető úgy, hogy a működőképes hőmérséklete közelebb vihető a dermedésponthoz.
A detergens és diszpergens adalékok a motorolajok DD adalékaihoz hasonlóan fejtik ki hatásukat: szétoszlatják és lebegtetik a szennyeződéseket, gátolják például a porlasztócsúcson, dugattyúgyűrűn a lerakódás kiülését, képződését.
2018. október 12-től kezdve az Európai Unióban egységes üzemanyagcímkével kell ellátni a benzinkutak töltőoszlopait és töltőpisztolyait, illetőleg az új járműveket ennek megfelelően kell a gyártóknak felmatricázniuk. Minden tagországban egységes az üzemanyag-jelölő címke, de megmaradnak a benzinkutakon az üzemanyagok megszokott helyi jelölései is. Az alábbi ábra az egységes, törvényileg meghatározott jelöléseket mutatja:
 |
| 1. ábra - Az új, egységes európai üzemanyag-jelölések - forrás: MTI |
Az "E" az etanol rövidítése, az "E5" pedig azt jelzi, hogy az üzemanyag legfeljebb 5 térfogatszázalék etanolt tartalmaz. A dízelt a "B7" matrica mutatja, a "B" a bio-komponens tartalomra utal. A benzint a kör, a gázolajat a négyzet, a gáz halmazállapotú tüzelőanyagokat pedig a rombusz formájú matrica szimbolizálja.
Észrevételed, javaslatod, kérdésed van a cikkel kapcsolatban? Ide kattintva megírhatod!
Felhasznált irodalom:
1, BME - Közlekedésmérnőki Kar - Gépjárműmotorok üzeme - Előadás vázlat
2, BME - Közlekedésmérnőki Kar - Gépjárműmotor I - Előadás vázlat
3, BME - Közlekedésmérnőki Kar - Műszaki kémia - Előadás vázlat
4, BME - Közlekedésmérnőki Kar - Gépjárműmotorok vizsgálata - Laboratóriumi segédlet
5, dr. Dezsényi - dr. Emőd - dr. Finichiu: Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata, Nemzeti Tankönyvkiadó
6, dr. Emőd - Tölgyesi - Zöldy: Alternatív járműhajtások, Maróti Kiadó |
