Nowoczesne paliwa B7/B10 z biokomponentami chłoną wodę i tworzą osady IDID. Zatykają wtryskiwacze, podnoszą spalanie o 0,9 l/100 km. Sprawdź badania INiG i WAT.

Zdarzyło Ci się, że po tankowaniu silnik zaczął głośniej pracować? Zaczął się trząść na luzie, a średnie spalanie nagle wzrosło o prawie litr? Większość kierowców wini za to jakość paliwa stacji. Jednak prawdziwym powodem są ekologiczne dodatki do współczesnego oleju napędowego.

Diesel jeszcze niedawno pracował równo, a teraz po odpaleniu z rana jakoś bardziej klekocze? Na wolnych obrotach mocniej się trzęsie, gorzej się zbiera, czasami trudniej odpala, a średnie spalanie wzrosło? Jednym z miejsc, które warto sprawdzić, są wtryskiwacze Common Rail. A winnym może być paliwo.

Common Rail to układ, w którym pompa spręża paliwo do bardzo wysokiego ciśnienia we wspólnej magistrali, a elektronicznie sterowane wtryskiwacze podają je do cylindrów. W jednym cyklu pracy silnika może dochodzić do kilku osobnych wtrysków. Pozwala to dokładniej kontrolować spalanie, ale jednocześnie sprawia, że układ jest wrażliwy na wodę, osady i zmiany właściwości paliwa.

Nowoczesne układy Common Rail potrafią robić potężne przebiegi. Ale są wrażliwe na parametry paliwa. Współczesny olej napędowy zawiera biokomponenty oraz dodatki poprawiające jego właściwości. Jednak podczas przechowywania, ma również kontakt z tlenem, zmianami temperatury i czasami niewielką ilością wody. Z czasem, gdy postoi w baku, mogą zachodzić w nim reakcje prowadzące do powstawania produktów utleniania i osadów.

I właśnie to badali polscy naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej oraz Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego. Ich wyniki pokazują, że stan paliwa w zbiorniku może mieć znaczenie dla precyzyjnego układu wtryskowego.

Technologie

Polski naukowiec projektuje silniki wielkości kilku atomów! Napędza je światło!

B7 i B10. Co właściwie trafia do baku?

Najczęściej spotykany na polskich stacjach olej napędowy to B7. Oznacza to, że paliwo może zawierać do 7 proc. FAME, czyli estrów metylowych kwasów tłuszczowych. W paliwie B10 ich udział może dochodzić do 10 proc. Estry są biokomponentem powstającym m.in. z olejów roślinnych.

FAME ma potężną zaletę: poprawia smarność oleju napędowego. Ma to znaczenie dla pompy wysokiego ciśnienia oraz innych metalowych elementów układu, ponieważ samo paliwo pełni tam również funkcję smarującą. Dlatego popularne twierdzenie, że współczesny diesel jest po prostu „za suchy”, to nieprawda.

Smarność paliwa bada się między innymi metodą HFRR, czyli testem ruchu posuwisto-zwrotnego o wysokiej częstotliwości. Stalową kulkę dociska się do metalowej płytki zanurzonej w badanym paliwie. Następnie kulka wykonuje tysiące krótkich ruchów tam i z powrotem. Po zakończeniu próby pod mikroskopem mierzy się ślad wytarcia.

Im mniejszy ślad, tym lepiej paliwo chroniło współpracujące powierzchnie przed tarciem. Badania mieszanek oleju napędowego z estrami pokazują, że FAME wyraźnie poprawia ten parametr. To jeden z powodów, dla których dolewanie do każdego współczesnego diesla oleju 2T tylko po to, żeby „dosmarować pompę” nie ma sensu.

Podróże

Ciężarówka uratowała życie kierowcy: Elektroniczny anioł stróż zapobiegł tragedii

FAME dobrze smaruje, ale podczas przechowywania się starzeje

Dobra smarność nie oznacza, że FAME ma same zalety. Estry są bardziej podatne na utlenianie niż typowa węglowodorowa część oleju napędowego. Im dłużej paliwo jest przechowywane, szczególnie w niekorzystnych warunkach, tym większe znaczenie mają reakcje zachodzące z udziałem tlenu.

Ten proces badali Andrzej Jankowski i Krzysztof Baczewski z Wojskowej Akademii Technicznej w pracy „Procesy starzenia biodiesla i mieszanin biodiesla z olejem napędowym”. Naukowcy analizowali zmiany właściwości paliwa zachodzące podczas przechowywania. Wyniki pokazały, że FAME jest podatny na utlenianie, a wraz z postępem tego procesu zmieniają się parametry mieszaniny.

Najpierw powstają produkty wczesnego utleniania, później kolejne związki mogące tworzyć większe cząsteczki. Z czasem pojawiają się warunki sprzyjające powstawaniu laków, żywic i innych osadów. W zbiorniku niewielka ilość takich produktów może pozostać niezauważona. W precyzyjnym wtryskiwaczu ich znaczenie jest znacznie większe.

Tempo starzenia paliwa zależy od temperatury, dostępu tlenu, obecności wody, składu FAME i warunków magazynowania. Ale wniosek z badań WAT jest taki: paliwo zawierające estry zmienia swoje właściwości. Jak auto trochę stoi, nie tankujemy pod korek. Wtedy, gdy gdzieś się wybieramy, dolewamy świeże paliwo na stacji.

Woda i mikroorganizmy – dlaczego długi postój ma znaczenie?

FAME łatwiej wiąże wodę. To ważne, ponieważ dobowe różnice temperatur paliwa w zbiorniku mogą być naprawdę spore. W wilgoć z powietrza skrapla się i trafia do paliwa.

Nawet niewielka ilość wody może sprzyjać korozji i wpływać na reakcje zachodzące w paliwie. Co więcej, na granicy między warstwą wody a paliwem mogą rozwijać się mikroorganizmy.

Wpływ warunków przechowywania badał polski zespół Małgorzaty Hawrot-Paw, Arkadiusza Koniuszego, Pawła Sędłaka i Daniela Senia w pracy „Właściwości użytkowe i stabilność mikrobiologiczna estrów metylowych kwasów tłuszczowych w różnych warunkach przechowywania”. Naukowcy sprawdzali zarówno zmiany parametrów FAME, jak i rozwój mikroorganizmów. Wyniki potwierdziły, że sposób i czas przechowywania wpływają na stabilność mikrobiologiczną estrów.

Dla silnika i układu wtryskowego problemem nie są same bakterie, ale skutki ich obecności. Mikroorganizmy mogą tworzyć biomasę przypominającą lepki osad. Zanieczyszczenia obciążają filtr paliwa, a produkty metabolizmu mogą zwiększać kwasowość środowiska. Jeśli filtr zaczyna się zatykać, pompa wysokiego ciśnienia ma gorsze warunki pracy, a silnik może trudniej odpalać lub gorzej pracować.

Podróże / Technologie

SUV elektryczny kontra ciężarówka. Chiński test Li Auto i8

Dodatek poprawia zapłon, ale może wpływać na stabilność paliwa

W oleju napędowym znajdują się również dodatki poprawiające parametry. Jednym z nich jest 2-EHN, czyli azotan 2-etyloheksylu. Jego zadaniem jest zwiększenie liczby cetanowej paliwa.

Liczba cetanowa określa w uproszczeniu zdolność oleju napędowego do samozapłonu. Wyższa wartość oznacza krótsze opóźnienie między wtryskiem paliwa a rozpoczęciem spalania. Może to korzystnie wpływać na przebieg zapłonu i pracę silnika.

Wpływ tego dodatku badali Wojciech Stanik, Aleksandra Mazanek i Jan Jakóbiec z Instytutu Nafty i Gazu w pracy „Badania oleju napędowego zawierającego 7% FAME i dodatek cetanowy w zakresie oceny użytkowej i czystości wtryskiwaczy czopikowych”. Oceniali nie tylko właściwości zapłonowe, lecz także odporność paliwa na utlenianie i wpływ na czystość wtryskiwaczy.

Do badania wykorzystano m.in. test Rancimat. Próbkę podgrzewa się i przepuszcza przez nią powietrze, celowo przyspieszając utlenianie. Dzięki temu można porównać odporność różnych mieszanek. W wynikach czas stabilności jednej z mieszanek bazowych wynosił około 37,6 godziny, natomiast po zastosowaniu dodatku spadał do około 20,1 godziny. .

Osady IDID powstają wewnątrz wtryskiwacza

Największy problem zaczyna się wtedy, gdy osady pojawiają się w samym mechanizmie wtryskiwacza. Określa się je skrótem IDID, czyli wewnętrzne osady wtryskiwaczy Diesla. Chodzi tu o zanieczyszczenia powstające wewnątrz samego układu.

Problem szczegółowo badał Zbigniew Stępień z Instytutu Nafty i Gazu – PIB. W pracy „Przyczyny i negatywne skutki powstawania wewnętrznych osadów we wtryskiwaczach silników Diesla” analizował skład osadów oraz ich wpływ na mechanizm wtryskiwacza.

Badania obejmowały również długotrwałe testy silnikowe na hamowni. Wtryskiwacze pracowały więc pod obciążeniem, przy wysokiej temperaturze i ciśnieniu, wykonując ogromną liczbę cykli otwarcia i zamknięcia. W analizowanych osadach znajdowano m.in. związki o charakterze karboksylanów metali oraz osady organiczne.

Najważniejszy był jednak wpływ zanieczyszczeń na działanie mechanizmu.

Osady mogą ograniczać ruch elementów wtryskiwacza, a w skrajnych warunkach prowadzić nawet do zakleszczania iglicy.

Wyniki pokazały, że osady mogą pogarszać dawkowanie paliwa i pracę wtryskiwacza. Dla kierowcy oznacza to, że: silnik po zimnym rozruchu może głośniej klekotać, na wolnych obrotach pojawiają się drgania, rozruch trwa dłużej albo samochód gorzej reaguje na gaz.

News / Podróże

Kierowca imigrant zawsze winny. USA zaostrzają przepisy po tragicznym wypadku na autostradzie

Gorszy wtrysk to również więcej sadzy

Wtryskiwacz rozpyla paliwo w postaci ogromnej liczby małych kropelek. Im drobniejsze są krople, tym większa powierzchnia ich kontaktu z powietrzem i lepsze warunki do przygotowania mieszanki.

Jeżeli zabrudzenia zmienią moment podania paliwa, wielkość dawki albo sposób rozpylania, spalanie może przebiegać mniej korzystnie. Jednym ze skutków może być wzrost ilości sadzy.

W nowoczesnym dieslu sadza trafia do DPF, czyli filtra cząstek stałych. Kiedy filtr się zapełni, sterownik uruchamia jego regenerację. Aby wypalić nagromadzoną sadzę, trzeba podnieść temperaturę spalin. W wielu silnikach wykorzystuje się do tego dodatkowe dawki paliwa.

Dlatego problem może się nakręcać: gorsza praca wtrysku → więcej sadzy → szybsze zapełnienie DPF → częstsze wypalanie → większe zużycie paliwa. Nie jest to jedyny możliwy powód wzrostu spalania, ale dobrze pokazuje, dlaczego stan wtryskiwaczy wpływa również na koszt jazdy.

Złe paliwo i zabrudzone wtryskiwacze: nawet 0,9 l/100 km więcej

Osady powstające w układzie paliwowym nie muszą od razu doprowadzić do awarii. Wcześniej mogą stopniowo pogarszać pracę wtryskiwaczy Common Rail. Iglica porusza się z większym oporem, dawka paliwa może odbiegać od wartości założonej przez sterownik, a sam wtryskiwacz może gorzej rozpylać olej napędowy. W efekcie silnik pracuje mniej efektywnie i do uzyskania tej samej mocy może potrzebować więcej paliwa.

Skalę takiej różnicy pokazują dane z ciągnika siodłowego Volvo należącego do firmy Lontex. Porównano raporty telematyczne z przejazdów przed i po zastosowaniu preparatu TEC 2000 do czyszczenia układu wtryskowego. Porównywano przejazdy na tych samych trasach, przy podobnym obciążeniu i średniej prędkości.

Przed czyszczeniem ciężarówka zużywała średnio 27,85 l/100 km. Po zastosowaniu preparatu spalanie wyniosło 26,95 l/100 km. Różnica to 0,9 l/100 km. Przy rocznym przebiegu 120 tys. km oznacza to około 1080 litrów oleju napędowego.

Dlaczego spalanie mogło spaść? Jeżeli osady ograniczały ruch elementów wtryskiwacza, ich usunięcie mogło poprawić dawkowanie i rozpylanie paliwa. Drobniejsze i bardziej równomierne krople łatwiej mieszają się z powietrzem, dzięki czemu paliwo może spalać się efektywniej. Jednocześnie może powstawać mniej sadzy, co zmniejsza obciążenie DPF, czyli filtra cząstek stałych, i może ograniczyć częstotliwość regeneracji wymagających dodatkowych dawek paliwa.

Pokazujeto, że pogorszona praca układu wtryskowego może mieć mierzalny wpływ na zużycie paliwa.

Podróże

Czy legendarne kanciaste amerykańskie ciężarówki przetrwają? Nowe przepisy w USA

Silnik Diesla nie psuje się bez powodu. Kluczem jest znalezienie przyczyny

Wokół nowoczesnych diesli narosło wiele mitów, jednak awarie rzadko bywają dziełem przypadku. Doskonale obrazują to polskie badania naukowe. Eksperci z Wojskowej Akademii Technicznej wykazali, że biokomponenty FAME (estry metylowe kwasów tłuszczowych) dodawane do paliw ulegają procesom starzenia i utleniania podczas przechowywania. Z kolei badacze z Instytutu Nafty i Gazu udowodnili, że dodatki uszlachetniające poprawiające jeden parametr paliwa mogą jednocześnie negatywnie wpływać na jego ogólną stabilność. Dopełnieniem tych analiz są prace Zbigniewa Stępnia, które potwierdziły, że powstające osady typu IDID (wewnętrzne osady wtryskiwaczy) potrafią skutecznie ograniczyć ruchomość elementów wtryskiwacza i drastycznie pogorszyć parametry samego wtrysku.

Nie oznacza to jednak, że FAME po prostu „niszczy diesla”. Ten sam biokomponent ma też ogromną zaletę – wyraźnie poprawia smarność paliwa. Problem jest po prostu znacznie bardziej złożony. Kondycja układu zależy od stabilności chemicznej oleju napędowego, obecności wody w baku, wahań temperatur, czasu przechowywania paliwa oraz ogólnego stanu technicznego pojazdu.

Gdy silnik zaczyna głośno klekotać, trząść się na biegu jałowym, ma problemy z rozruchem lub nagle zużywa znacznie więcej paliwa, w pierwszej kolejności warto przyjrzeć się wtryskiwaczom. Należy jednak pamiętać, że niemal identyczne symptomy mogą dawać inne podzespoły: zawór EGR, zapchany filtr DPF, nieszczelny dolot, uszkodzona turbosprężarka, spadek ciśnienia w układzie paliwowym czy po prostu mechaniczne zużycie jednostki.

Podstawą skutecznej naprawy jest więc rzetelna diagnostyka. Jeśli winę ponoszą wyłącznie osady, rozwiązaniem może okazać się profesjonalne czyszczenie wtryskiwaczy. Jeżeli jednak doszło do uszkodzenia komponentów, konieczna będzie ich regeneracja lub wymiana na nowe.

Źródła:

• Wojskowa Akademia Techniczna (WAT) – Badania nad higroskopijnością estrów (FAME) i ich wpływem na korozję wżerową; prof. K. Baczewski.
• Instytut Nafty i Gazu (INiG) – Państwowy Instytut Badawczy – Analiza zjawiska „Paradoksu Rafineryjnego” oraz mechanizmów powstawania osadów IDID (Internal Diesel Injector Deposits); Testy metodą Rancimat.
• Przemysłowy Instytut Motoryzacji (PIMOT) – Stabilność paliw B7/B10 w warunkach długotrwałego magazynowania w zbiornikach pojazdów.
• Politechnika Warszawska – Analiza mikrobiologiczna paliw z zawartością biokomponentów – rozwój bakterii Pseudomonas i grzybów.
• Batko & Dobek (Publikacje naukowe) – Badania smarności paliw na aparacie HFRR (High Frequency Reciprocating Rig).

Rafał Bernasiński