Vadí E10? Při správném postupu nikoliv

Vadí E10? Při správném postupu nikoliv

Přechod na kategorii E10 se zvýšeným obsahem biosložek čeká v brzké době všechny automobilové benziny. Prodejce Orlen Benzina nabízí svoje prémiové palivo Verva 100 v této kategorii už dva roky. Změřili jsme, jaký dopad na spotřebu, a tudíž účinnost motoru zařazení Vervy do ekologičtější kategorie má.

Čistí okna i ventily

Již třicet let vyrábíme a na český trh dodáváme přísady do pohonných hmot, a to jak pro individuální aditivaci, tak pro procesní aditivaci v rafinériích či povýrobní na výdejních lávkách a terminálech. Pravidelně ověřujeme, zda naše přísady dosahují požadovaných výsledků právě s takovými palivy, jaká jsou vyráběna a prodávána v Česku. Máme tudíž značnou znalostní bázi o automobilových benzinech i naftách, které vyrábějí tuzemské rafinérie.

Čeští motoristé většinou vnímají přídavek biosložek jako něco čistě negativního a rádi by, aby jich zejména v lepších palivech bylo co nejméně. Naše měření tak jednoznačná zdaleka nejsou. Ano, líh přidávaný do benzinů má sice nižší výhřevnost  a váže vodu, zároveň však zvyšuje oktanové číslo a vylepšuje čisticí schopnosti paliva. Ve zkoušce čistoty sacího ventilu na motoru Mercedes-Benz M102 dle CEC F-05-93 nám systémově vychází, že benziny s lihem zanechávají na sání méně úsad než benziny bez lihu. Benzin, který by neobsahoval líh ani čisticí přísady, by tak v dlouhodobém horizontu nebyl pro motor výhodou - spíše naopak. To jen na okraj na ukázku, že máloco je tak jednoznačné jako místní motoristická "latina" reprezentovaná dnes diskusními internetovými fóry.

Pro výkon i zimní spánek

Prémiové benziny 98 až 100 oktanů jsou mnohými motoristy ceněny právě proto, že žádný líh neobsahují. Je už všeobecně známo, že místo něj používají látku zvanou ETBE (Etyl-Terc-Butyl-Éter), která se sice z lihu vyrábí a také zvyšuje oktanové číslo, ale chemické vlastnosti má zcela jiné. Odpadá jedna ze zmíněných aplikačních nevýhod lihu, a to je jeho mísitelnost s vodou. V palivu, které si koupíte, je voda na líh navázaná jen v takovém poměru, aby se udržela ve směsi s benzinem. Pokud však v nádrži vozidla při dlouhé odstávce zkondenzuje vzdušná pára, podíl vody se zvýší a z paliva se na dno odsadí vrstva lihu s vodou. Při prvním pokusu o start namočí svíčky, takže i když pak už začne do válců proudit benzin, motor se nerozběhne. Majitelé veteránů, sněžných skútrů či motocyklů správně vypozorovali, že když před odstávkou natankují prémiový benzin, následnému problematickému startu se vyhnou.

Oktanové číslo

Do roku 2021 platilo, že benziny kategorie Super Plus 98 (98 až 100 oktanů) se do České republiky kompletně dovážely z příhraničních rafinérií a jednotliví prodejci jim dávali svá obchodní jména a třeba i přidávali vlastní recepturu přísad. Ve zmíněném roce ale začala výroba stooktanového benzinu v kralupské rafinérii. Klíčem k oktanovému číslu 100 byl přídavek až 20 procent ETBE.

Molekula etyl terc butyl éteru však podobně jako líh obsahuje jeden atom kyslíku. Ten při spalování nevydá žádnou energii, a snižuje tak výhřevnost paliva. Maximální obsah kyslíku v benzinu E5 (do pěti procent lihu) je 2,7 % hmotnosti. Do toho se Verva 100 s dvaceti procenty ETBE nevešla. Využila proto limit 3,7 % platný v kategorii E10, byť žádný líh neobsahuje. Výhřevnost však teoreticky skutečně může být zhruba o to procento nižší. Z přesných měření, která jsme nechali na benzinu Verva 100 i konkurenčních prémiových palivech (všechna zatím E5) udělat, však překvapivě nic takového neplyne. Pro srovnání jsme změřili i benzin kategorie BA 95 Super, který je pro motoristy v našich krajích implicitní volbou. V našem případě šlo o palivo Efecta 95 od společnosti Orlen Benzina.

Pro měření jsme nabrali 50 litrů od každého z pěti hodnocených paliv a zvolené postupy hodnocení benzinů jsme konzultovali s Vladimírem Matějovským, žijící legendou oblasti motorových paliv a maziv. Nad rámec množství pro zkušební motory (oktanové číslo, úplná charakteristika) jsme odebrali do půllitrových vzorkovnic paliva pro měření výhřevnosti.

Nejen čtenářům Petrol magazínu je asi poměrně známá věc, že stooktanové benziny plní parametry kategorie BA 98 super plus. Legislativa tudíž vyžaduje jen 98 oktanů a zákazník se logicky ptá, zda platí tato hodnota, či obchodní označení.

Neexistuje žádný vyšší požadavek normy na oktanové číslo než 98. Kdyby tak například ČOI při svých pravidelných kontrolách naměřila třeba u Vervy 100 jen 98 oktanů, nečekal by za to prodejce žádný postih. Je tedy namístě si nezávisle ověřit, zda oktanové číslo skutečně odpovídá obchodní deklaraci, nebo jen požadavku normy.

Oktanové číslo, které je obchodně deklarováno, se stanovuje takzvanou výzkumnou metodou. Pro laiky je matoucí, že stejně jako oktanové číslo stanovené motorovou metodou (které běžně uváděno není, ale měří se též) se získává na zkušebním motoru (jednoválec Waukesha). Nám jej změřila společnost SGS ve své motorové laboratoři v Kolíně dle předepsané metodiky EN ISO 5164.  Norma ČSN EN 228 stanovuje povinnou korekci pro zápis -0,2 jednotky. Znamená to, že od naměřené hodnoty se musí dvě desetiny odečíst, asi aby byla jistota, že oktanové číslo bude vždy takové, jaké bylo naměřeno, nebo lepší.

Získané hodnoty se skutečně po započtení nejistoty měření (také 0,2) velmi blíží obchodní deklaraci a lze říci, že sto oktanů měly všechny vzorky. Rozdíly mezi nimi pak zásadně nevystoupily z nejistoty stanovení výsledku, nelze tudíž dělat žádné tvrdé závěry.

TABULKA 1:

Měření výhřevnosti- dohnala to hustota

Norma ČSN EN 228 stanovuje celou řadu parametrů automobilových benzinů. Ten, který je u každého paliva z principu nejdůležitější, tedy výhřevnost, však nikoliv. Při obvyklém uhlovodíkovém složení má každý kilogram benzinu výhřevnost 42,0 až 43,5 MJ. Už to je relativně velký rozptyl, neboť i složení benzinů je v rámci normy poměrně variabilní. Po přepočtu na litr je ten rozptyl ještě větší: 31,0 až 32,9 MJ. Přípustný je totiž i velký rozsah hustoty - 0,720 až 0,775 g/cm³.

Norma ČSN EN 228 se snaží definovat složení benzinu maximálním podílem olefinů, aromátů, stanovením limitů destilační křivky či právě maximálním obsahem kyslíku. Z toho pak výhřevnost do značné míry vyplývá, ale už jen samotný rozptyl hustoty umožňuje, aby energie zakoupená s jedním litrem kolísala o sedm procent. To si lze snadno představit tak, že cena na litr může být stejná a jednou ujedete za 250 Kč sto kilometrů, jindy jen 93.

V protokolu, který nám z Ústavu energetiky při pražské VŠCHT poslali, se vyskytují obě hodnoty: spalné teplo i výhřevnost. Spalné teplo je celková energie v palivu. Výhřevnost je po odečtení tepla pro změnu skupenství vody. Voda je totiž jeden ze dvou hlavních produktů dokonalého spálení benzinu a z motoru vyjde jako pára, toto teplo tak je ztraceno. Pro motor s vnitřním spalováním je tak důležitá výhřevnost.

V ní se projevila zákonitá věc: vyšší obsah kyslíku daný dvacetiprocentní příměsí ETBE se pojí s nižší výhřevností. Verva 100 od společnosti Orlen Benzina v kategorii E10 měla výhřevnost 41,14 MJ/kg a byla ze všech nakoupených vzorků nejhorší, nejlepší byl MOL Evo 100 Plus s hodnotou 41,82 MJ/kg. Teď však pozor na předčasné soudy.

Za palivo motoristé neplatí v hmotnostních jednotkách jako třeba uhlí, ale v objemových. Proto jsme nechali změřit i hustotu a výhřevnost přepočetli na litr. A jelikož Verva 100 měla hustotu ze všech vzorků nejvyšší (0,7599 g/cm³), i její výhřevnost na litr poskočila na hodnotu 31,26 MJ/l, už jen nepodstatně nižší proti benzinům Efecta 95 (31,27 MJ/l) či Shell V-Power Racing 100 (31,28 MJ/l). Na nejvýhřevnější MOL ztrácí prémiové palivo od Orlenu Benziny ve výhřevnosti na litr 1,42 %. Nanejvýš takový by tedy teoreticky mohl být rozdíl ve spotřebě paliva v neprospěch typu E10, ale do toho mohou vstoupit další parametry. Klíčové sdělení je, že Orlen Benzina kompenzoval nižší výhřevnost ETBE vyšší hustotou svého paliva, takže v přepočtu nákladů na ujetý kilometr by motorista neměl být znevýhodněn.

TABULKA 2:

Výhřevnost se měří v kalorimetru umístěním vzorku paliva do speciální kapsle, jejíž spalné teplo známe. Podobně známé je teplo zápalné šňůrky. Vše se pak umístí do hermeticky uzavřeného kontejneru naplněného čistým kyslíkem. Jeho tepelná kapacita je známa, a tak ze změny teploty lze vypočítat, jaké spalné teplo a výhřevnost má dané palivo.

Měrná spotřeba na motoru VW EA 211

Nižší či vyšší výhřevnost paliva ještě nemusí přímo souviset s provozní spotřebou vozidla. Automobilové benziny mají řadu dalších parametrů, které mohou ovlivnit účinnost motoru a jeho měrnou spotřebu. Účinnost motoru stanoví, kolik procent energie do něj přivedené s palivem se změní na mechanickou práci. Účinnost spalovacího motoru se ve zkušebnictví stanovuje tak, že při zatížení motoru dynamometrem měříme spotřebu paliva. Česky se výsledkům takového mření říká úplná charakteristika motoru, anglicky Brake Specific Fuel Consumption (BSFC). Vědci z pražského ČVUT v technologickém parku Roztoky pro měření použili průtokoměr AVL 735.

Pro měření byl použit moderní přeplňovaný motor Volkswagen řady EA 211, který známe pod obchodním označením 1.4 TSI. Má přímé vstřikování, chlazené výfukové svody, vodní chlazení stlačeného vzduchu a vypínání dvou prostředních válců při nízké zátěži. Největší výkon je 103 kW a točivý moment 250 Nm.

Když víme, jaký výkon motor po určitý čas odevzdával, známe i vykonanou práci. Zde ji vyjadřujeme v kilowatthodinách. Když víme, kolik gramů paliva do motoru za daný čas přiteklo, známe i spotřebovanou energii. Energie a práce jsou fyzikálně to samé - jeden Joule je jedna Wattsekunda. Když známe i výhřevnost daného paliva a vykonanou práci, můžeme je vzájemně podělit a stanovit účinnost. Hodnota třeba 36 procent pak znamená, že například do motoru přiteklo 100 MJ energie a on za to vytvořil 36 MJ práce, po přepočtu na kWh je to 9,97.

Měrná spotřeba byla vždy klíčovým parametrem motoru a první věcí, na které se odborný recenzent konstruktéra zeptal. V posledních desetiletích se ji automobilky odnaučily udávat, aby unikly přímému srovnání. Pro přepočet na účinnost v procentech se používala střední výhřevnost benzinu. Při našem měření jsme však výhřevnost jednotlivých paliv znali, a použili tedy právě tu. Tím je dáno, proč v následující tabulce u Vervy 100 i OMV Max Motion najdete stejnou nejvyšší hodnotu účinnosti 36,26 %, ale odpovídající měrnou spotřebu jednou 241,3 a podruhé 238,0 g/kWh. Obě paliva mají totiž mírně jinou výhřevnost.

Na každé palivo nám technici z ČVUT ve zkušebně VTP Roztoky změřili 60 bodů, vždy šest pozic škrticí klapky od minima po maximum a vždy po 500 otáčkách od 1500 do 6000 min-1. Výsledkem strojního hodnocení jsou takzvané isočáry, kde čára spojuje body stejné měrné spotřeby a stejné účinnosti. Barevně jsou pak odlišeny oblasti od nízké účinnosti (červená) až po vysokou (přes žlutou, zelenou po nejlepší modrou). Zařízení umí vygenerovat také srovnání jednotlivých paliv. Ve výsledku se ukázaly minimální rozdíly.

V tabulce jsme pak vynesli konkrétní hodnoty z deseti bodů. Nejvyšší hodnota účinnosti 36,57 byla zaznamenána na palivo Shell V-Power Racing 100. Spotřebu vyjádřenou v g/kWh měla zhruba o procento vyšší Verva 100. Po přepočtu na litry se však rozdíly zcela smazávají. Verva 100 tak vyšší hustotou zcela smazala nižší výhřevnost ETBE, kterého má zatím víc než ostatní stooktanové benziny.

TABULKA 3: