A motorhajtóanyagok története I.

Átírás

1 Őskor ( ) Az első négyütemű Otto-motor 1876-ban gázmotor volt. Ezt Benz 1885-ben illesztette folyékony motorhajtóanyaghoz. Diesel szabadalma 1892 (de első dízelmotoros jármű 1925!) Autóklubok gondoskodtak a hajtóanyag terjesztéséről előtt az olajipar a petróleum eladásából élt, a benzin eladhatatlan melléktermék volt után kezdtek el bizonyos minimális követelményeket teljesítő benzineket előállítani, amelyeket szállodák, vendégfogadók, gyarmatáru-kereskedők, kerékpár-kereskedők, patikák stb. forgalmaztak. Németországban stellinnek nevezték az első autóbenzint, 5 és 10 literes kannákban árulták. Ezekből az évekből származnak az ESSO, a Shell és az Aral elődvállalatai. A motorhajtóanyagok története I. 5-1

2 őbontás (krakkolás) ( ) Az első világháború idején már kiderült, hogy a benzingyártásnak is korlátai vannak. A kőolaj-kitermelés %-a a benzinkihoztal. Termikus krakkolással hőbontással lehetett a hosszabb szénláncú vegyületekből u.n. krakkbenzint előállítani. A kopogás és az ólomtetraetil ( ) 1912-ben figyeltek fel a kopogás jelenségére ban alakult Amerikában Daytonban (Ohio állam) az első motorhajtóanyagokkal foglalkozó kutatóintézet, amelyet ben a General Motors vett át. Különböző vegyületekkel, anilinnal, majd dietil-tellurid-dal próbálkoztak, ez utóbbival már 4-ről 7-re lehetett emelni a sűrítési arányt végén végezték az első kísérletet ólom-tetraetillel ban árultak először ólmozott benzint Daytonban, melyhez már lerakódásgátló adalékot is kevertek között sokat vitattál az ólom-tetraetil hatását az emberi szervezetre. A motorhajtóanyagok története II. 5-2

3 Az első töltőállomások ( ) Már az első világháború előtt lehetett tartálykocsikból benzint vásárolni. A 20-as évek elejétől hátsóudvarokban, kapubejárókban egyedi gyártású töltőállomások működtek. Az első nyilvános töltőállomás Európában 1922/23 telén nyitott ki. Az USA-ból importált szivattyúkat telepítettek, ezek 2 m magas kovácsoltvas elemekből összeállított oszlopok voltak, amelyeket a népnyelv vasszűznek keresztelt el. Ötliteres mérőedénnyel ennek a mennyiségnek a többszöröseit lehetett vásárolni. Kopogáscsökkentő adalékok (1923-) Németországban a acéltermelés melléktermékeként kokszgázból előállított benzolt amellyel korábban nem igen tudtak mit kezdeni megfelelő tisztítás után a benzinhez keverve hozták forgalomba 1924-ben: az első szuperbenzint (Bi-Bokeverék, Aral) ban kezdte meg a munkáját az Aral elődvállalatánál egy, a motor és hajtóanyag egymásra hatását vizsgáló intézet ben helyezték üzembe egy mobil járművizsgáló állomást, amellyel a motort az aralbenzinhez lehetett beszabályozni. Az első világháború előtt már 10 stabil vizsgálóállomás működött, évi díjmentes beállítást végeztek. A háború után a 100-at is elérte a számuk ban szűnt meg ez a szolgáltatás. A szintetikus benzin újabb állomás volt a motorhajtóanyagok történetében. Ólom-tetrametil, vas-karbonil, stb. oktánszámemelő adalékok voltak ben kezdődött a benzin ólomtartalmának korlátozása, a század utolsó évtizedében szűntek meg az ólmozott benzinek. A motorhajtóanyagok története III. 5-3

4 További adalékok 1920 oktánszámnövelők 1925 színezékek 1932 fémdezaktivátorok oxidációs katalizátorként ható fémfelületek dezaktiválása 1946 lerakódásgátlók (égéstér) lerakódások által okozott oktánszámigény-növekedés megakadályozása 1948 korróziógátlók 1950 jegesedésgátlók 1961 feltöltődésgátlók vezetőképesség növelése, szivattyúzáskor szikraképződés megelőzése 1961 detergensdiszpergensek (I. generáció, karburátorok) tisztántartás, tisztítás 1967 emulzióbontók vízkiválás segítése 1980 detergensdiszpergensek (II. generáció. szelepek, befecskendező) 1986 kopáscsökkentők (szelepülék kopásgátlók) az ólom kenő tulajdonságait helyettesítő adalékok Aktuális trendek A korszerű motorhajtóanyag jóminőségű összetevőkből tudatosan összeállított alapanyagból és ehhez illeszkedő adalékcsomagból áll. A motorhajtóanyagok története IV. 5-4

5 C0 C5 C10 C15 C20 C25 C30 C35 C40 gázok benzin kerozin gázolaj tüzelőolajok kenőolajok nehézolajok bitumenek Ásványolaj-termékek szénatomszám szerint 5-5

6 SZÉNIDROGÉNEK telitettek telitetlenek nyílt láncúak (paraaffinok) zárt láncúak (cikloparaffinok) zárt láncúak (cikloolefinek,stb.) nyilt láncúak (olfinek, acetilének, diolefinek stb.) cikloalifás szénhidrogének aromás szénhidrogének Szénhidrogének rendszere 5-6

7 Atmoszferikus desztilláció 5-7

8 Termék Fűtőgáz PB gáz Benzin Kerozin Petróleum Gázolaj Fűtőolaj kenőolaj Forrpont [ C] < > 343 gépolaj motorolaj hengerolaj Kőolajfeldolgozás 5-8

9 oktánszám illékonyság stabilitás korroziv hatás gyantatartalom kémiai összetétel (szénhidrogének, kén-, ólom-, hakogén, oxigéntartalom sűrűség egyéb tulajdonságok energiatartalom lobbanáspont, gyulladáspont elektromos vezetőképesség víztartalom stb. Benzinek legfontosabb jellemzői 5-9

10 C 7 16 C 8 17 C C C C C C C C C C C C C C C normál heptán nyílt, egyenes láncú (nem elágazó), telitett (csak egyes kötés) oktánszám: 0 i-oktán (2,2,4 trimetil-pentán) nyílt, elágazó láncú, telitett (csak egyes kötés) oktánszám: 100 (normál oktán [C 8 18 ] oktánszám: -18) Két jellegzetes szénhidrogén 5-10

11 normál kopogó égés gyújtás FP gyújtás FP normál lángfrontsebesség: kb. 30 m/s kopogó égés: egy nagyságrenddel nagyobb sebesség nagyobb nyomások, meredekebb nyomásemelkedés (dp/dα), nyomáslengések, magasabb égéstérhőmérséklet Rendellenes (kopogó) égés 5-11

12 Az oktánszám a benzin kompressziótűrésére jellemző mutatószám. Mérése úgy történik, hogy a minősítendő benzint i-oktánból (i-oktán, C 8 18 ) és n- heptánból (normál heptán, C 7 16 ) készített keverékkel hasonlítják össze. Az i-oktán kompressziótűrése jó (100), az n-heptán viszont erősen hajlamos kopogásra (0). A minősítendő benzinnel kopogás szempontjából azonosan viselkedő keverék térfogatszázalékban kifejezett i- oktán tartalmát nevezik a benzin oktánszámának (OZ, Oktanzahl vagy ON, octane number). a pl. az azonos viselkedésű összehasonlító keverék 92 % i- oktánból és 8 % n-heptánból áll, akkor a benzin oktánszáma 92. Oktánszám 5-12

13 Fordulatszám Előgyújtás a forgattyús tengelyen mérve Keverékhőmérséklet, C Beszívott levegőhőmérséklet, C Motorikus OZ 900 1/min ε= 5,0-nél 26 ε= 5,5-nél 24 ε= 6,0-nál 22 ε= 7,0-nél a CFR-motornál 165 a BASF-motornál Kísérleti OZ* 600 1/min 13 állandó 52 * A töltőállomásokon feltüntetett oktánszám Motorikus és kísérleti oktánszám 5-13

14 hűtő szelephimba csőkígyó keverőtér úszóház tűszelep úszó kopogásadó laposmenetes henger csiga csigakerék himbatengelyrudazat BASF oktánszámvizsgáló motor ε=4...12, d=65, s=100 P=0,6/600 vagy 0,9/900 kw/1/min 5-14

15 Kopogás Kísérleti/motorikus oktánszám 90 OZ (90% izooktán + 10 % normál heptán) vizsgált benzin 92 OZ (92% izooktán + 8 % normál heptán) úszóház benzinszint, mm oktánszám 1. A vizsgálandó benzint betöltik a tüzelőanyag-tartályba. 2. A karburátor úszószintjét (a légviszonyt) addig változtatják, amíg a kopogás legerősebben nem jelentkezik. 3. Ez után a motor sűrítési arányát úgy állítják be, hogy a kopogásérzékelő műszer közepes értéket mutasson. A továbbiakban a sűrítési viszonyt nem változtatják. 4. Kimérik a kopogás-benzinszint összefüggésre jellemző görbét a minősítendő benzinnel, 5. majd két, a minősítendő benzint villába fogó ismert összetételű i- oktán/n-heptán keverékkel. 6. A benzin oktánszámát interpolációval határozzák meg. Oktánszám meghatározása 5-15

16 Felműszerezett gépkocsiban (vagy motorfékpadon) határozható meg. 1. A vizsgálat során az autót kis sebességről teljes gázzal végsebességig gyorsítják. 2. Különböző i-oktán/n-heptán keverékekkel megismételve a gyorsítást az előgyújtást fokozatosan addig növelik, ameddig un. nyomkopogást (kismértékű, füllel még nem érzékelhető kopogást) nem tapasztalnak. 3. Ennek alapján kalibrációs görbét rajzolnak, majd 4. meghatározzák a vizsgálandó tüzelőanyag nyomkopogását. 5. A kalibrációs diagramból kiolvassák az adott gépkocsira vonatkozó úti oktánszámot ,5 kalibrációs görbe előgyújtás nyomkopogásnál Országúti oktánszám 5-16

17 Motorkonstrukció sűrítési arány hengerméret s/d viszony égéstér alak gyertya helye örvénylés hűtés Üzemeltetési feltételek beszívott levegő légviszony fordulatszám előgyújtás töltési fok hűtőközeg hőmérséklet lerakódások az égéstérben A motor oktánszámigénye 5-17

18 kisebb párolgási veszteség, jobb melegindítás, gőzdugóképződés válószinűségének csökkenése t C jobb hidegindítás karburátorjegesedés kisebb csökkenése illékonyság nagyobb illékonyság gyorsabb felmelegedés, simább gyorsulás, gazdaságosabb rövidtávú közlekedés gazdaságosabb hosszútávú közlekedés kisebb olajhigulás, kevesebb égéstér-lerakódás elpárolgás, v/v % a 100 C alatt elpárolgó hányad nagy: egyenletes hidegüzem a 70 C alatt elpárolgott hányad nem túl nagy: gőzképződés a 20 %-hoz tartozó hőmérséklet nagy: jégképződés elkerülése a 98 %-hoz tartozó hőmérséklet nem túl nagy:olajhígulás kis hőmérsékleten is van bizonyos gőzhányad: hidegindítás a nagyobb hőmérsékleten elpárolgott hányad nagy: melegüzem, fogyasztás Illékonyság: a lepárlási görbe 5-18

19 az adalék által elérhető tulajdonságnak az alaptermékben való megléte szerint már meglévő tulajdonságok erősítése új tulajdonságok hatás szerint oktánszámnövelés korroziógátlás tisztító és tisztántartó jegesedésgátló hatások száma szerint: egy- vagy többfunkciós hatáskifejtés időpontja szerint égés előtt ható égést befolyásoló Adalékok csoportosítása 5-19

20 Oktánszám javító oktánszámnövelés Detergens/diszpergens tisztántartás és tisztítás Korróziós inhibitor a tüzelőanyag-rendszer korrózióvédelme Jegesedésgátló jégképződés megakadályozása Maradékátalakító égéstéri lerakodások okozta öngyulladás megakadályozása Fémdeaktivátor oxidációs katalizátorként ható fémfelületek dezaktivitása Öregedés-stabilizátor tárolási stabilitás javítása Égésjavító az égéslefutás javítása Ólomhelyettesítők (kopáscsökkentők) ólomvegyületek nem oktánszám-növelő hatásának pótlása Oktánszámigény-növekedés gátló lerakódások okozta oktánszámigénynövekedés megakadályozása Sztatikus feltöltődésgátló vezetőképesség növelése Zavarosodásgátló vízkiválás segítése Szinezékek eltérő benzinek megkülönböztetése Adalékok és hatásaik 5-20

21 Olajiszap kenőképesség kopás motorsérülés Tüa. rendszer korrozió anyagok menettulajdonságok működés Szívószelep-beragadás hidegindítás működőképesség motorsérülés Befecskendező-szelep lerakódás menettulajdonságok teljesítmény fogyasztás károsanyag-kibocsátás Égéstér-lerakódások oktánszámigény motorsérülés Lerakódások a motorban 5-21

22 A adalék nélkül B I. generációs adalékkal C II. generációs adalékkal Lerakódások a befecskendező szelepen Lerakodásgátló adalékok 5-22

23 Súlyosabb esetekben az olajszivattyú szűrője és az olajcsatornák eltömődnek. A motor tönkremehet. A jelenség kiváltó okai: nem megfelelő olajminőség, elmulasztott olajcsere a motorolaj-fogyasztás jelentős csökkenése a tüzelőanyag és az égéstérbe került olaj égéstermékei a dugattyú mellett átfujt gázokkal az olajba kerülnek, és további terhelést okoznak (nem megfelelő motorhajtóanyag-minőség) vegyes hosszabb üresjáratokat és ezt követő teljes gázos üzemet tartalmazó menetkörülmények. Olajiszap a szelepfedélen, hengerfejen és az olajteknőben 5-23

24 MSZ11793 En-91 Esz-95 Esz-98 Oktánszám, kísérleti módszer szerint, legalább Oktánszám, motor módszer szerint, legalább 82, Ólomtartalom, g/dm 3, legfeljebb 0,013 0,013 0,013 Benzoltartalom, % (v/v), legfeljebb 2,0 2,0 2,0 Kéntartalom, % (m/m), legfeljebb 0,05 0,05 0,05 Elpárolgási maradék, mg/100 cm 3, legfeljebb Korróziós hatás rézlemezen, korróziós fokozat, legfeljebb Sűrűség 15 C-on, g/cm 3 0,720-0,780 Desztillációs jellemzők: Átdesztillált mennyiség, % (v/v) 70 C-ig, nyáron/télen / C-ig, nyáron/télen 40-65/ C-ig, nyáron/télen, legalább 85 Végforrpont, C, legfeljebb 215 Desztillációs maradék, C (v/v), legfeljebb 2 Gőznyomás, bar, nyáron/télen 0,45-0,70/0,60-0,90 Szín zöld színezetlen színezetlen Benzinek minőségi alapkövetelményei 5-24