EMISNÍ LIMITY EURO 4
V roce 2005 byly uvedeny v platnost
nové emisní limity výfukových plynů
automobilů Euro 4. Zahrnují všechny
sledované škodliviny v emisích, tj.
oxid uhelnatý, oxidy dusíku, množství
nespálených uhlovodíků a množství
částic (sazí) ve výfukových plynech.
Oproti dřívějšímu souboru limitů Euro
3 došlo ke zpřísnění a nové limity Euro
4 jsou posazeny přibližně na 50 % limitu
Euro 3. Plnění těchto limitů u nově
produkovaných automobilů je povinné
od ledna 2007.
Přísnější limity Euro 4 byly vyvolány
potřebou zabezpečit kvalitnější čištění
výfukových plynů. Zatímco u benzínových
motorů téměř vše vyřeší trojcestný
katalyzátor, u dieselových motorů
je problematické snížení koncentrace
oxidů dusíků a pevných částic ve výfukových
emisích. Z těchto důvodů se do
praxe začaly uvádět některé systémy,
které u dieselových motorů efektivně
snižují obsahy sledovaných škodlivin.
Již delší dobu jsou v běžném provozu
tzv. EGR systémy, které při malém až
průměrném zatížení motoru recirkulují
část výfukových spalin zpět do motoru.
Jako inert tak zmenšují efektivní objem
válců a díky řízení procesu vstřikování
i spotřebu paliva, a tím i množství emitovaných
škodlivin. Jedním z dalších
způsobů úpravy výfukových plynů je
tzv. SCR katalyzátor (selektivně katalytická
redukce), který velmi efektivně
likviduje oxidy dusíku ve výfukových
plynech, jejich redukcí roztokem močoviny
na inertní dusík.
Snižování obsahu pevných částic ve
výfukových plynech je úkolem různých
záchytových zařízení ve výfukovém
traktu. Nejznámější jsou tzv. DPF zařízení
(Diesel Particulate Filter), tj. filtr
pevných částic, nebo kontinuální regenerativní
záchyt částic (CRT). Tyto filtry
zachytávají pevné částice ze spalin.
Sazemi zanesené filtry se pak regenerují
jejich vypálením podporovaným katalytickou
oxidací.
Účinnost a efektivita těchto zařízení
ve výfukovém traktu je ovlivněna jejich
citlivostí k některým prvkům, které
mohou působit jako katalyzátorové jedy
(popel, síra a fosfor. Filtry pevných částic
jsou velmi citlivé k zanášení malými
částečkami popela ze spáleného paliva
a především ze spáleného motorového
oleje (obr. 1). Také další katalyzátory
a filtry výfukových plynů jsou více či
méně citlivé k některým katalyzátorovým
jedům, jejich přehled je uveden
v tab 1. Aby tato zařízení zůstala co
nejdéle efektivní, je nutné tomu přizpůsobit
i podmínky jejich práce. Zpřísněné
limity emisních limitů Euro 4 se proto
dotkly i složení motorových olejů. Formulace
motorových olejů nové generace
jsou uzpůsobeny pro práci v motorech,
které jsou vybaveny citlivou filtrací
pevných částic a dalšími katalyzátory.
Nová generace motorových olejů má
sníženou hladinu sulfátového popela (SA
- sulphate ash) a snížený obsah fosforu
(P) a síry (S), které mohou působit jako
katalyzátorové jedy a snižovat tak účinnost
a životnost těchto zařízení (tab 1).
Pro tyto oleje se vžil název převzatý
z angličtiny - low SAPS oleje. Novější
údaje však poukazují na to, že vliv kritických
prvků motorového oleje není
tak významný jako jejich přítomnost
a obsah v palivu. Neoddiskutovatelný
je však negativní vliv popelotvorných
látek v motorovém oleji na DPF a CRT
zařízení (obr. 1).
LIMITNÍ HODNOTY KRITICKÝCH PRVKŮ
V OLEJÍCH
Motorové oleje, jejich výkonnost
a kvalita podléhají systému klasifikace.
Během několika let bylo vyvinuto
několik klasifikačních systémů.
Podívejme se nyní, jak se požadavky
na oleje nové generace promítly do
požadavků jednotlivých specifikací.
Stručný přehled je uveden v tab. 2
pro dvě nejběžnější klasifikace
Z tab. 1 je vidět, že dochází k omezení
obsahu síry, jejíž obsah dříve
nebyl nijak limitován a pohyboval
se od přibližně 0,5 % hm. do 1 % hm.
a více v závislosti na typu použitého
základového oleje. Závažné je snížení
obsahu fosforu a množství sulfátového
popela. Fosfor a popelotvorné
látky jsou obsaženy v aditivaci motorových
olejů, snížení jejich obsahu
proto zasahuje přímo do formulace
motorových olejů, tj. do složení
a množství použitých aditiv.
V následujícím textu jsou probírány
otázky týkající se složení motorových
olejů nové generace, kritických prvků
s limitovaným obsahem, změn ve
formulaci olejů a důsledky používání
motorových tzv. low SAPS olejů.
SLOŽENÍ MOTOROVÝCH OLEJŮ
Motorový olej je složen ze základového
oleje a aditiv. Základový olej je
většinou vyroben mícháním různých
destilačních olejových řezů s cílem
dosažení požadované viskozity základového
oleje. Protože v nových motorových
olejích je limitován obsah síry,
pro jejich výrobu nepřipadají v úvahu
tradiční rozpouštědlové rafináty, které
obsahují 0,5-1,0 %hm. síry. Základový
olej musí být vyroben z hydrokrakových
olejů nejméně skupiny II nebo ze
syntetických polyalfaolefinů, v nichž je
obsah síry pod 300 ppm nebo dokonce
nulový.
V základovém oleji jsou při výrobě
rozpouštěny modifikátory viskozity
a aditivační balík výkonových přísad
(obr. 2). Aditivační balík obsahuje
všechny přísady nutné ke správné funkci
oleje v motoru a zaručují také dostatečnou
životnost oleje. Na obr. 2 je uvedeno
také přibližné složení aditivačního
balíku. Přibližně 60 % všech aditiv tvoří
dispersanty, přibližně 25 % aditivace
tvoří detergenty. Tyto dva typy přísad
pomáhají udržovat motor v náležité čistotě.
Zbylých asi 15 % aditivace tvoří
všechny ostatní typy přísad - protioděrové
přísady, modifikátory tření, antioxidanty,
depresanty, antikorodanty, protipěnivostní
přísady a další.
Na obr. 3 je uvedena bilance kritických
prvků a jejich přítomnost v konkrétních
aditivech. Z obr. 3 vyplývá, že
pokud je třeba snížit obsah sledovaných
prvků v olejích, musí se snížit obsah
antioxidantů, protioděrových přísad
a detergentů. Všechno jsou to aditiva
důležitá pro každý motorový olej. Sledované
prvky, tedy fosfor, síry a organokovy,
zajišťují výkon motorového oleje,
délku výměnného intervalu a životnost
oleje. Pokud je jejich obsah snížen až
na polovinu, nutně dochází ke zhoršení
užitných vlastností nových motorových
olejů. Obsah síry vyplývající pouze z běžné
aditivace je přibližně 0,35 - 0,40 % hm.
Pro splnění limitního obsahu síry v low
SAPS olejích je proto kromě použití
hydrokrakových základových olejů nutné
změnit i obsah či kvalitu aditiv, které
obsahují síru.
Kvalitu olejů je ale nutné udržet alespoň
na dosavadní úrovni, a proto je
potřeba chybějící množství kritických
aditiv nahradit jinými typy aditiv, které
neobsahují sledované prvky. Problém
ale je, že nové, stejně účinné přísady
nejsou k dispozici. Běžné antioxidanty
a protioděrově působící dithiofosfáty
zinku lze nahradit dithiokarbamáty,
které neobsahují fosfor, ale obsahují
síru a popelotvorný kov. Vysokoteplotní
antioxidační účinky dithiofosfátů lze
do určité míry nahradit nízkoteplotními
antioxidanty fenolového a aminového
typu. S náhradou protioděrových
a mazivostních vlastností je to už horší,
uvažuje se o použití bezpopelného glycerol
monooleátu.
Náhrada organokovových detergentů
zatím není. Detergenty jsou nositeli
alkalické rezervy motorového oleje,
která neutralizuje kyselé zplodiny spalování
paliva a produkty oxidace oleje.
Chrání tím motor proti korozívnímu
opotřebení. Důsledkem snížení obsahu
detergentů jsou nižší hodnoty alkalické
rezervy (TBN) nové generace olejů, což
pravděpodobně negativně ovlivní životnost
low SAPS olejů. Hodnoty TBN
současných motorových olejů se pohybují
v rozmezí 8-12 mg KOH/g, průměrně
kolem 10 mg KOH/g. TBN olejů
nové generace se pohybuje kolem 6 mg
KOH/g. Tato hodnota TBN je evidentně
příliš nízká na to, aby efektivně chránila
motor před účinky kyselých látek po
celou dobu předpokládané životnosti
oleje.
V současné době probíhá intenzivní
výzkum v oblasti aditiv motorových
olejů. Zatím známé náhrady aditiv
s kritickými prvky nedosahují účinnosti
tradičních aditiv. Naděje se vkládají do
výzkumu vzájemné kombinace různých
aditiv a jejich synergického působení.
V poslední době tak bylo nalezeno, že
kombinace fenolických a aminových
antioxidantů je mnohem účinnější než
efekt jednotlivých složek. Podobné
efekty se hledají i mezi dalšími aditivy.
DŮSLEDKY PRO PROVOZ OLEJŮ
Současný evropský trend automobilismu
spočívá ve snaze:
. zvyšovat jednotkové výkony současných
motorů
. prodlužovat servisní intervaly,
a s tím i výměnné intervaly motorových
olejů
. snižovat emisní zatížení ovzduší
. současně se pomalu mění charakter
provozu, průměrná délka ujetá na jedno
nastartování motoru se zkracuje.
Je zcela evidentní, že tyto trendy
nejsou navzájem kompatibilní a mají
zásadní vliv na kvalitu motorových olejů.
Měnící se charakter provozu, zvyšování
výkonu motorů a prodlužování
servisních intervalů olejů vyžadují zvýšenou
kvalitu motorových olejů a tedy
také zvýšenou koncentraci výkonových
aditiv.
Ekologické aspekty vyžadují změnu
složení motorových olejů ve smyslu
snižování kritických prvků - sulfátového
popela, fosforu a síry. Snížení
koncentrace těchto prvků naopak vede
ke snižování úrovně koncentrace aditiv
a neslučuje se tak s většími nároky
na motorový olej popsanými výše.
Požadavky na motorový olej jsou tak
navzájem neslučitelné a bude pravděpodobně
nutné zvážit další vývoj v oblasti
výměnných intervalů motorových olejů.
V současné době se např. nedoporučuje
používání nových low SAPS olejů tam,
kde to není výslovně nařízeno. Použití
low SAPS olejů by tedy mělo být omezeno
pouze na případy, kde je dieselový
motor vybaven filtrem pevných částic.
Pokud výrobce motoru nabízí volbu
mezi low SAPS olejem a běžným olejem,
je z hlediska životnosti motoru
žádoucí použití běžných motorových
olejů.
Jaroslav Černý
Ústav technologie ropy
a petrochemie, VŠCHT Praha