Omylom som natankoval benzín

Bohužiaľ, stáva sa... Nezáleží na tom z akého dôvodu, no občas sa naozaj „podarí“ natankovať benzín do nádrže automobilu so vznetovým motorom. Ba čo viac, nájdu sa motoristi „starej školy" odchovaní na klasických radových vstrekovacích čerpadlách, ktorí zámerne dolievajú benzín do nafty v snahe znížiť jej bod filtrovateľnosti v zimnom období! V každom prípade platí, že benzín v nafte je problém...

Vážnym poškodením palivovej sústavy naftového motora sú ohrození všetci majitelia osobných vozidiel a ľahkých dodávok s rotačným palivovým čerpadlom, ktorým je v súčasnosti vybavená absolútna väčšina automobilov  vyrábaná po roku 1997.  Pritom vôbec nezáleží na tom či ide o rotačné vysokotlakové čerpadlo s rozdelovačom (napr. klasické VP44) alebo moderné rotačné čerpadlo systému Common rail. O čosi lepšie sú na tom majitelia áut vybavených systémom  čerpadlo- dýza  v podobe združenej vstrekovacej jednotky označovanej tiež nemeckou skratkou PDE - Pumpe Düse Enheit alebo anglickým akronymom EUI - Electronic Unit Injector. Systémy združenej vstrekovacej jednotky PDE/ EUI (typické pre vozidlá napr. koncernu VW- obrázok vpravo) sú vďaka svojmu konštrukčnému prevedeniu vychádzajúcemu z klasického princípu radových vstrekovacích čerpadiel odolnejšie pred poškodením benzínom. No ich Achylovov pätou stále zostáva riadiaci ventil a vstrekovacia dýza (po česky "tryska"), ktoré si s benzínom nijak zvlášť dobre "nerozumejú".

V praxi sa vyskytujú dva prípady nechceného natankovania benzínu. Prvým je natankovanie benzínu do takmer prázdnej nádrže a druhým je dotankovanie benzínu do čiastočne naplnenej palivovej nádrže s obsahom nafty. Prvý prípad prakticky znemožňuje akúkoľvek prevádzku vznetového motora a vždy vyžaduje vyprázdnenie nádrže, prípadne prepláchnutie palivovej sústavy, výmenu palivových filtrov a dotankovanie správneho paliva. To všetko za podmienky, že motorista prišiel na problém včas a namiesto toho, aby sa pokúšal s takýmto automobilom odísť, nechal sa z čerpacej stanice odtiahnuť do najbližšieho servisu. Viac škody si spôsobia majitelia, ktorí naštartujú a vďaka nafte v palivovom filtry prejdú s autom niekoľko kilometrov. Po jej vyčerpaní dôjde k zadretiu palivového čerpadla často spojené s ustrihnutím pera rozvodového kolesa alebo dokonca ukrútením celej hnacej hriadele čerpadla!
Zložitejším je druhý spôsob kontaminácie nafty benzínom, keď dôjde k čiastočnému zmiešaniu oboch palív v rôznych pomeroch. V závislosti od podielu benzínu v palive môžeme za určitých podmienok odísť s takýmto vozidlom bez toho, aby sme poškodili čerpadlo či vstrekovače. Základnou podmienkou je prísť na náš omyl čo najskôr a prerušiť tankovanie benzínu včas. Ak množstvo benzínu v palivovej zmesi s naftou neprekročí 20% pre moderné autá vyrobené po roku 2000 a až 25% pre vozidlá vyrobené pred uvedeným dátumom, čiže napr. 12 až 15 l benzínu v plnej 60-litrovej palivovej nádrži, je možné situáciu núdzovo riešiť okamžitým zakúpením a aplikovaním vhodného palivového aditíva s výrazným mazacím účinkom a zvyšovačom cetánového čísla priamo na čerpacej stanici. Pomôžu aj multifunkčné prípravky v dostatočnej koncentrácii. Dávka aplikovaného  aditíva však musí tri až päťkrát prekročiť dávku odporúčanú výrobcom pre jednu palivovú nádrž. Pozor na charakter výrobku! Je potrebné uistiť sa, že príslušné aditívum je určené pre vznetové motory a naozaj zvyšuje mazivosť a cetánové číslo a nejde v skutočnosti len o „čistič“ s detergentným účinkom alebo depresant úpravujúci iba zimné vlastnosti nafty. Preto je potrebné skutočne starostlivo čítať etiketu aditíva! Po aplikovaní aditíva doplníme nádrž naftou a po odjazdení cca 200-300 km rozvážnym spôsobom bez zbytočného vytáčania motora do vysokých otáčok, je vhodné opäť dotankovať doplna naftu a optimalizovať tak zloženie „nešťastnej“ palivovej zmesi. V žiadnom prípade sa neodporúča riešiť situáciu pridávaním motorového oleja typu 2T určeného ako mazivo do benzínu pre dvojtaktné motory! Aplikovanie akéhokoľvek motorového oleja do nafty vedie k nedokonalému spaľovaniu so zvýšenou tvorbou sadzí a popola. To má za následok urýchlené zanášanie spaľovacieho priestoru, vstrekovacích dýz, katalyzátora s možnosťou jeho zničenia, filtra pevných častíc, ale aj motorového oleja a pri preplňovaných motoroch s ventilom EGR (Exhaust Gas Recirculation- ventil recirkulácie výfukových plynov) aj zanášanie sacieho potrubia i ventilov. Samozrejmosťou je pokles výkonu motora v dôsledku nedokonalého spaľovania častíc oleja a zníženia hodnoty cetánového čísla nafty s negatívnym dopadom na prieťah vznietenia.

Nepriaznivý dopad prítomnosti benzínu v palive pre vznetové motory spočíva v niekoľkých problémoch. Medzi tie najvýznamnejšie možno zaradiť:
- zníženie bodu vzplanutia nafty
- pokles mazacej schopnosti nafty
- degradovanie cetánového čísla paliva
- vytvorenie podmienok pre nadmerné kavitačné opotrebenie

Zníženie bodu vzplanutia nafty má za následok pokles požiarnej bezpečnosti dôležitej pri manipulácii, skladovaní, prečerpávaní a preprave paliva či dokonca havárii vozidla. Bod vzplanutia predstavuje teplotu, pri ktorej sa nad hladinou kvapalného paliva pri normálnom atmosferickom tlaku vytvorí taká koncentrácia pár paliva so vzduchom, že po priblížení plameňa vzplanie. Norma STN EN 590 stanovuje jej hodnotu na minimálne 55 °C, čo za normálnych okolností radí naftu medzi horľaviny III. triedy nebezpečnosti. V reálnej praxi táto hodnota bežne dosahuje priaznivej úrovne 60 až 75 °C.  Pre porovnanie: bod vzplanutia automobilového benzínu ako horľaviny I. triedy je pod -30 °C, zatiaľ čo u esterov mastných kyselín  ("bionafty") minimálne 120  °C (horľavina IV. triedy). Kontaminácia nafty benzínom už pri koncentrácii okolo 1 % však dramaticky zníži bod vzplanutia nafty pod dovolenú hranicu. V závislosti od druhu benzínu a počiatočnej hodnoty vzplanutia nafty klesne jej hodnota na cca 40 °C prípadne i nižšie. Z kontaminovaného paliva sa tak stáva horľavina II. triedy. V tejto súvislosti je dobré vedieť, že prebytočná časť objemu nafty vracajúca sa bez využitia z vysokotlakového čerpadla, rampy CR a vstrekovačov späť do nádrže má bežne teplotu 40 až 65 °C. U opotrebovaných  alebo poškodených vstrekovačoch teplota vracajúceho sa paliva môže dosiahnuť úroveň 80 °C či dokonca až 110  °C! Znamená to, že po dlhšej jazde vozidlom sa v palivovej nádrži vytvorí dostatok pár kontaminovaného paliva s možnosťou vznietenia! Zvýšené riziko z toho plynúce netreba v žiadnom prípade podceňovať.

Ako rýchla a veľmi citlivá skúška na prítomnosť benzínu v palive je často využívaná skúška bodu vzplanutia paliva.
Pokles mazacej schopnosti nafty je prirodzeným dôsledkom jej kontaminácie ľahkoodpariteľnými uhľovodíkmi benzínu s menšou viskozitou a s nedostatočným obsahom mazacích prísad pre potreby vznetovej palivovej sústavy. Odmasťovacia schopnosť benzínu je známa už celé desaťročia. Ešte aj dnes sa stretávame s prípadmi odmasťovania súčiastok technickým, ale aj motorovým benzínom. Príkladom nedostatočnej mazacej schopnosti benzínu je aj potreba jeho miešania s motorovým olejom typu 2T pre mazanie dvojtaktných motorov. Zníženie schopnosti nafty mazať v dôsledku kontaminácie benzínom, má fatálne následky najmä pre palivové systémy moderných vozidiel vyrobených po roku 1997 vybavených rotačnými vysokotlakovými čerpadlami. Extrémne vstrekovacie tlaky 135 až 200 MPa ojedinele až 250 MPa (!) v palivových sústavách najmä osobných vozidiel, sú totiž vytvárané rotačnými vysokotlakovými čerpadlami s mimoriadne presne opracovanými plochami s minimálnymi vôľami. Pritom, konštrukcia rotačných čerpadiel sa okrem množstva rôznych konštrukčných a prevádzkových odlišností, vyznačuje jednou skutočne zásadnou zmenou oproti klasickým radovým čerpadlám: "rotačky" nie sú mazané žiadnym olejom, ale samotným palivom- naftou!!! Mazacie schopnosti nafty teda ovplyvňujú životnosť rotačných čerpadiel podstatne dramatickejším spôsobom ako je tomu pri radových čerpadlách.  Prípadné zadieranie rotačného čerpadla v dôsledku nedostatočného mazania  je vždy spojené s tvorbou mechanických oterových častíc, ktoré poškodia nielen samotné čerpadlo, ale skôr či neskôr úplne zničia vstrekovače!! Okrem toho aj v samotných vstrekovačoch dochádza k zadieraniu mechanických pohyblivých dielov a k tvorbe oceľových pilín. Ďalším nemenej dôležitým faktom sú otáčky rotačných vysokotlakových čerpadiel. Zatiaľ čo maximálne otáčky klasických radových čerpadiel spravidla neprekračujú cca 1 300 min-1 (výnimočne 1 740 min-1) , najvyššie otáčky dnešných rotačných čerpadiel systému Common rail dosahujú v závislosti od použitého prevodu medzi čerpadlom a motorom až 5 000 min-1! Zlyhanie mazania pri tak vysokých otáčkach vyvolá prudký nárast teploty exponovaných dielov a  ich okamžité zadieranie. Samotné výtlačné elementy všetkých objemových palivových čerpadiel (obzvlášť klasických rotačných či Common rail) pracujúcich na princípe piest/ valec, nepoužívajú žiadne tesnenia medzi  výtlačným plunžrom a valcom, a sú tesnené len systémom kov na kov. Z dôvodu potreby dokonalej tesnosti kľúčových pohyblivých dielov ako základu pre dosiahnutie maximálnej hydraulickej účinnosti sústavy sa veľkosť prevádzkových vôlí  a geometrická presnosť opracovania trecích dvojíc pohybuje na úrovni od 0,000 5 až 0,004 mm (pre porovnanie priemer ľudského vlasu dosahuje hodnoty 0,045 až 0,09 mm). Ak má však trecí pár spoľahlivo fungovať musí byť takáto dvojica nepretržite mazaná a chladená samotným palivom potrebnej viskozity a chemického zloženia so schopnosťou vytvoriť síce veľmi tenký, no dostatočne pevný mazací film. Inak dôjde k okamžitému zadieraniu čerpadla či vstrekovačov alebo k drastickému zníženiu ich životnosti o niekoľko desaťtisíc kilometrov!
Degradovanie cetánového čísla kontaminovanej nafty je spôsobené zložením benzínu. Prirodzene, skladba benzínu zohľadňuje v prvom rade požiadavky konštruktérov benzínových motorov na ľahkoodpariteľné palivo s vysokým oktánovým číslom (OČ).  Oktánové číslo benzínu vyjadruje jeho odolnosť proti detonačnému spaľovaniu v dôsledku jeho nekontrolovaného samovznietenia. Vďaka prídavku antidetonátorov sa teplota samovznietenia benzínu zámerne zvyšuje na minimálne 450 - 500 °C. Naopak u nafty sa teplota samovznietenia (nezamieňať s teplotou vzplanutia!) pohybuje na úrovni 250 - 300 °C. Táto protikladná požiadavka sa naplno negatívne prejaví najmä vo fáze studeného štartu vznetového motora s kontaminovanou  naftou. Okrem toho, uhľovodíky s veľkým OČ sa vyznačujú len malým až nepatrným cetánovým číslom. Bezrozmerné cetánové číslo je mierou reaktivity nafty. Vyjadruje schopnosť paliva sa rýchlo vznietiť. Norma STN EN 590 vyžaduje minimálne cetánové číslo 51. Ak je menšie, predlžuje sa prieťah vznietenia, motor má preto tvrdý chod, znížený výkon („motor neťahá“), zvýšenú dymivosť a emisie, je hlučný a zle štartuje za znížených teplôt. Navyše v dôsledku neefektívnej premeny paliva na tlakovú energiu rastie spotreba paliva a mechanické zaťaženie motora. V extrémnom prípade v dôsledku zmien v tepelných pomeroch spaľovania motora pri nekontrolovateľnom horení kontaminovanej zmesi paliva s benzínom hrozí tepelné preťaženie vstrekovacej dýzy a prepálenie piesta!

Vytvorenie podmienok pre zvýšené kavitačné opotrebenie je spôsobené najmä chemickým zložením benzínu pozostávajúceho z množstva ľahkoodpariteľných uhľovodíkov s veľkým tlakom nasýtených pár 45-90 kPa (u nafty menej ako 5 kPa) a nízkym bodom varu začínajúcim už pri teplote 30 °C. Prímes benzínu v nafte zväčší jej chemickú a fyzikálnu heterogenitu na úrovni mikroobjemov a vytvorí lokality so zvýšenou koncentráciou molekúl benzínu. Tieto následne v miestach palivového systému s prudkým poklesom tlaku kvapaliny až na úroveň tlaku jej nasýtených pár pri danej teplote, sa stávajú iniciačnými zárodkami pre vznik kavitačných bublín. Ku kavitačnému opotrebeniu (alebo tiež erózii) dochádza ako výsledok cyklického (opakovaného) pôsobenia zanikajúcich kavitačných bublín v blízkosti exponovaného povrchu. Pri prudkom zániku (implózii) týchto bublín zrútením sa smerom dnu teda „do seba“ (opak explózie), kvapalina vyplní  v okamihu dutý priestor rýchlosťou výstrelu, čím vznikne hydrodynamická vlna s extrémnym tlakovým účinkom (až 1000 MPa). Toto akési „tekuté kladivo“ tlčie do blízkeho povrchu ocele tak dlho až sa mikroobjem ocele v danom mieste unaví a v dôsledku postupne sa šíriacich trhlín, nakoniec úplne oddelí. Vznikajú pritom charakteristické polguľové priehlbiny.  Ak tieto  útvary vzniknú na tesniacej ploche  či hrane, tieto strácajú schopnosť tesniť.  To má za následok prudký pokles hydraulickej účinnosti sústavy a neefektívny únik kvapaliny spojený s jej nadmerným zohrievaním. V prípade, že je takýmto miestom tesniace sedlo vstrekovacej dýzy, resp. ihly (pozri obrázok) výsledkom je zvýšená spotreba paliva a čo je horšie - prepálený piest! Problémom sú aj samotné uvoľnené čiastočky oddelené z exponovaného povrchu unášané palivom ďalej do systému. Ich veľkosť je podstatne väčšia ako je vôľa trecích dvojíc takmer všetkých aktívnych mechanických dielov, čo má za následok abrazívne opotrebenie povrchu (najčastejšie ryhovaním) a stratu tesnosti poškodeného trecieho uzla.

...alebo jednoducho povedané benzín v nafte nemá čo hľadať!