Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Ing. Jan Hromádko, Ph.D. Témata přednášek.

Prezentace na téma: "Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Ing. Jan Hromádko, Ph.D. Témata přednášek."— Transkript prezentace:

1 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Ing. Jan Hromádko, Ph.D. Email: janhromadko@tf.czu.cz Témata přednášek 1. Spalovací motor jako zdroj energie. 2. Charakteristika automobilových paliv. 3. Pracovní oběhy zážehových a vznětových motorů. 4. Tepelná bilance a účinnosti spalovacího motoru. 5. Kinematika a dynamika klikového ústrojí. 6. Základy konstrukce pístových spalovacích motorů. 7. Palivové soustavy zážehových motorů - nepřímé vstřikování. 8. Palivové soustavy zážehových motorů - přímé vstřikování. 9. Palivové soustavy vznětových motorů. 10. Ekologické aspekty provozu spalovacích motorů. 11. Charakteristiky, regulace a měření spalovacích motorů. 12. Zapalovací soustavy zážehových motorů. 13. Elektrické příslušenství spalovacích motorů. 14. Chladicí a mazací soustavy spalovacích motorů.

2 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Základní požadavky na paliva Určení paliva pro pohon spalovacího motoru je jedním z prvních kroků, který se provádí při návrhu motoru. Je nutné zhodnotit cenu jednotlivých paliv, dostupnost na trhu (zejména u paliv vyráběných z biomasy), škodlivé emise jednotlivých druhů paliv, skladovatelnost atd. fosilní uhlovodíková paliva (získána převážně z ropy) kapalná (benzín, nafta, petrolej) plynná (propan - butan, zemní plyn) paliva získaná zpracováním biomasy bioetanol rostlinné oleje a jejich estery bioplyn vodík (pravděpodobně palivo budoucnosti pokud se odstraní problémy s jeho výrobou a distribucí)

3 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Uhlovodíková paliva Kapalná uhlovodíková paliva (viz obr.) jsou získávána frakční destilací ropy. Frakční destilace je založena na tom, že s rostoucí velikostí molekul jednotlivých uhlovodíků roste i bod jejich varu. Při nižších teplotách získáváme při destilaci ropy propan-butan a při vyšších teplotách těžké topné oleje, mazut a asfalty. Pro zvýšení podílu benzínu a nafty se používají složitější postupy výroby např. krakování nebo reformační procesy. Kapalná uhlovodíková paliva se dále získávají zpracováním olejnatých břidlic. Zemní plyn získáváme přímou těžbou. Takzvaný syntetický benzín se vyrábí zkapalňováním černého uhlí.

4 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Automobilový benzín Základní požadavky, které jsou kladeny na automobilový benzín: požadavek na dobré antidetonační vlastnosti požadavek na dobrou odpařivost za nízkých teplot pro zajištění startovatelnosti nesmí obsahovat těžší frakční podíly (nad 210°C), aby nedocházelo ke smývání olejového filmu na stěně válce a ředění oleje v motorové skříni malý obsah síry, která způsobuje korozi palivového systému, způsobuje pokles oktanového čísla benzínu a zvyšuje obsah škodlivin ve výfukových plynech motoru nesmí obsahovat pryskyřice, které způsobují zanášení trysek a usazují se v sacím potrubí a na sacím ventilu dlouhodobá stabilita zabezpečující nízké ztráty při skladování

5 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Automobilový benzín Z výše uvedeného vyplývá, že na automobilový benzín jsou kladeny vysoké požadavky. Automobilové benzíny lze hodnotit z pohledu motorářského, palivářského a chemického. Dále se budeme zabývat převážně motorářskými a palivářskými vlastnostmi. Dominantním kritériem prvořadového významu je oktanové číslo. Druhým dominantním parametrem je karburační schopnost a odpařivost benzínu, která je hodnocena zejména destilační zkouškou, dále pak tlakem par dle Riedla a výparným teplem.

6 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Oktanové číslo Oktanové číslo (OČ) charakterizuje antidetonační vlastnost automobilového benzínu tj odolnost proti detonačnímu hoření. Detonační spalování je charakterizováno místním vzplanutím části směsi paliva se vzduchem, které má charakter detonace. Tlaková vlna, se šíří spalovacím prostorem rychlostí zvuku a při dopadu na stěny spalovacího prostoru a dno pístu vyvolává rázy v pístní skupině.

7 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Oktanové číslo Oktanové číslo vyjadřuje procentuální objemový podíl isooktanu (oktanové číslo 100) a n–heptanu (oktanové číslo 0) ve směsi, která má stejnou odolnost proti vzniku detonací při spalování, jako zkoušené palivo. Hodnoty oktanového čísla paliva získáváme měřením na zkušebním jednoválcovém motoru s proměnným kompresním poměrem. Pro definovaný režim práce zkušebního motoru (VM - výzkumná metoda, MM - motorová metoda.) určíme při postupném zvyšování kompresního poměru počátek klepání u hodnoceného benzínu. Ponecháme kompresní poměr a změnou objemového poměru isooktanu a n- heptanu v porovnávacím palivu vyhledáme takovou směs, která má z hlediska klepání stejné vlastnosti.

8 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Oktanové číslo Benzín vzniklý frakční destilací ropy má sám o sobě velmi nízké oktanové číslo. To se zvyšuje rafinérskými postupy a přidáváním antidetonátorů. Základní rafinérské postupy jsou: Reformování Katalytické krakování Izomerace Alkylace Reformování Principem procesu je přeměna uhlovodíků s malým oktanovým číslem na vysokooktanové aromáty. Již dlouhou dobu je považováno za základní proces (tzv. reforming) při výrobě vysokooktanových benzinů.

9 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Oktanové číslo Katalytické krakování Podstatou je tepelné štěpení výševroucích ropných frakcí za vzniku převážně nenasycených a aromatických uhlovodíků. Benzín z tohoto procesu je podstatně vyváženější po stránce rozložení OČ než směs primárního destilátu a reformátu. Produktem je benzin s poměrně vysokým OČ podél celé destilační křivky. Izomerace Podstatou je katalytický proces, při kterém vznikají z nízkooktanových n-alkanů s pěti a šesti uhlíky rozvětvené izomery s vysokým oktanovým číslem. Tento proces musely zavést v posledních letech všechny rafinérie, aby mohly vyrábět kvalitní benziny.

10 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Oktanové číslo Alkylace Podstatou je syntéza vysokooktanových izo-alkanů, tzv. alkylátů. Alkylát se vyrábí reakcí alkanů s alkeny. V praxi se vychází z uhlovodíků C4, tzn. z izobutanu a buténu. Tato technologie je z výše uvedených nejdražší a není ještě ve všech rafinériích zavedena. Základní používané antidetonátory: Dříve byly používány sloučeniny na bázi olova (tetraethylolovo či tetramethylolovo), které se kvůli zákazu olova již delší dobu nepoužívají. V současné době se používají tercamaylmetylether (TAME), metyltercbutylether (MTBE) nebo etyltercbutylether (ETBE).

11 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Destilační zkouška Destilační zkouškou je zjišťováno požadované frakční složení automobilového benzínu, při této zkoušce získáme destilační křivku viz obr. Nejmenší teplota počátku destilační křivky je určována požadavky na minimální ztráty odparem při skladování a hledisky požární bezpečnosti. V severských zemích bývá tato teplota 20 °C, v tropických 40 až 45 °C a v našich podmínkách 30 až 35 °C.

12 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Destilační zkouška Teplota při níž se předestilovalo 10 % benzínu, tzv. desetiprocentní bod, zásadně ovlivňuje startovatelnost motoru za nízkých teplot. V současné době se teplota desetiprocentního bodu nachází v rozmezí 45 až 60 °C. Teplota desetiprocentního bodu se sezóně upravuje. Pracovní část benzínových frakcí je charakterizována teplotou při níž se předestiluje 50 % vzorku. Čím vyšší je tato teplota tím pomaleji se při akceleraci zvyšují otáčky motoru a také spotřeba při jízdě na delších trasách je vyšší. Důvodem je skutečnost, že tato část benzínu se pomaleji odpařuje a dostává se nespálená do výfukového potrubí. U moderních benzínů se hodnota padesáti-procentního bodu pohybuje v okolí 100 °C. Aby za provozu motoru nenastávalo trvalé ředění olejové náplně motoru, kontroluje se teplota při níž se předestiluje 95 %, a teplota při níž se předestiluje všechen benzín. Devadesátiprocentní bod nemá být vyšší než 180 °C a konec destilace 210 °C.

13 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Motorová nafta Motorová nafta je směs uhlovodíků vroucích v rozmezí 150 až 360 °C. Vyrábí se míšením petroleje s ještě těžším destilačním produktem, který se nazývá plynový olej. Obsah lehkých podílů je dán požadavkem na bod vzplanutí, obsah těžkých podílů je omezen vznikem úsad ve spalovacím prostoru. Z principu práce vznětového motoru plyne požadavek na dobrou vznětlivost vstřikovaného paliva. Doba, která uplyne mezi vstřikem paliva do spalovacího prostoru a okamžikem vznícení, musí být přiměřená. Tato doba se nazývá průtah vznícení. Záleží nejen na chemickém složení a destilačních vlastnostech paliva, ale i na konstrukci vstřikovacího zařízení a provedení spalovacího prostoru. Z hlediska vlastností paliva je vyjádřena cetanovým číslem. Ke stanovení cetanového čísla slouží stejný jednoválcový motor, jako pro stanovení oktanového čísla, opatřený hlavou pro přímý vstřik paliva.

14 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Cetanové číslo Cetanové číslo je určeno objemovým podílem dvou látek. Cetanu (cetanové číslo 100 charakterizující velmi krátkou prodlevu vznícení) a heptametylnonanu (cetanové číslo 0 charakterizující velmi dlouhou prodlevu vznícení). Je však třeba upozornit, že na rozdíl od oktanového čísla paliv pro zážehové motory není cetanové číslo mezní hodnotou, protože vznětovému motoru nevyhovuje palivo s příliš vysokým ani příliš nízkým cetanovým číslem. Většina motorových naft používaných ve světě pro pohon pístových spalovacích motorů má cetanové číslo 50 ± 5.

15 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Cetanové číslo Vliv cetanového čísla na průběh hoření [1]

16 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Plynná uhlovodíková paliva Umožňují lepší promísení a snadnější dodržení směšovacího poměru paliva se vzduchem a tím i menší obsah škodlivin ve výfukových plynech. Nesmývají palivový film ze stěn válce a neředí olej v klikové skříni motoru. Nezpůsobují vznik karbonových úsad ve spalovacím prostoru. Mají i lepší antidetonační vlastnosti než kapalná paliva. Plynná paliva jsou z hlediska přípravy směsi výhodnější než paliva kapalná.

17 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Plynná uhlovodíková paliva Hlavní nevýhody plynných paliv jsou: nesnadné skladování, distribuce a malá energetická hustota vyžadující velký zastavěný objem pro umístění zásobníků paliva při jejich použití na vozidle. Zpřísňující se požadavky na čistotu výfukových plynů však působí na snahu o vyšší využití plynných paliv v provozu motorových vozidel.

18 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Propan – butan (LPG - Liquefied petroleum gas) LPG je směs zkapalněných uhlovodíkových plynů. Vzniká v rafineriích při procesu zpracování ropy a také se získává jako vedlejší produkt při těžbě zemního plynu a ropy. LPG se skládá z propanu a butanu. Propan i butan jsou v plynném skupenství těžší než vzduch. Jsou to vysoce výhřevné plyny, které se snadno zkapalňují při poměrně nízkém tlaku a běžné teplotě. Při 20 °C zkapalní propan při tlaku 0,85 MPa a butan při 0,23 MPa. Při zkapalňování propanu a butanu (PB) dochází ke zmenšení objemu v poměru 250 : 1 (z 250 l plynné fáze získáme 1 l kapaliny).

19 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Propan – butan (LPG - Liquefied petroleum gas) ParametrPropanButanBenzin hustota při 15 °C [g·cm -3 ]0,5080,5840,73 – 0,78 tlak par při 37 °C [kPa]121026050 - 90 teplota varu [°C]-42,6-0,630 - 225 oktanové číslo978985 - 87 výhřevnost hmotnostní [MJ·kg -1 ]46,3745,7844,03 výhřevnost objemová [MJ·l -1 ]23,2826,5132,3 Vlastnosti propanu, butanu a benzínu [1]

20 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Zemní plyn (compressed natural gas – CNG a liquefied natural gas - LNG) Zemní plyn zajišťuje podstatné snížení škodlivin ve výfukových plynech zážehových motorů. V současné době dochází k rozšíření jeho použití v motorech automobilů používaných v rámci městské dopravy (autobusy, vozy taxislužby, policie). Vznětové motory jsou speciálních konstrukcí na rozdíl od dřívějška, kdy byly vznětové motory autobusů přestavovány na motory zážehové. Zemní plyn je více jak z 90-ti % tvořen methanem dále je přítomen etan 1 – 6 % a nehořlavé složky jako dusík a oxid uhličitý. Nehořlavé složky snižují kvalitu zemního plynu.

21 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Zemní plyn (compressed natural gas – CNG a liquefied natural gas - LNG) Nevýhodou použití zemního plynu v porovnání s LPG je velký zástavbový objem a velká hmotnost palivových zásobníků. Zemní plyn se používá v převážné míře stlačený v tlakových láhvích s plnícím tlakem 20 MPa. Při tomto tlaku se objem plynu zmenší v poměru 200 : 1. Množství energie v jednotce objemu je 4 až 5 krát menší než u kapalných uhlovodíkových paliv. Ocelová láhev pro zemní plyn o objemu 20 l má hmotnost 21 kg a vnější průměr 316 mm při délce 975 mm.

22 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Zemní plyn (compressed natural gas – CNG a liquefied natural gas - LNG) Další možností je zkapalnění zemního plynu. Podchlazením a jeho uchovávání ve vozidle v kryogenních nádržích při přetlaku 0,15 MPa. Při tomto způsobu se objem plynu zmenší přibližně 600 krát. Nevýhodou jsou však značné ztráty odparem, protože při nárůstu tlaku v kryogenní nádrži je nutno plyn odpouštět. Při spalování chudých směsí, zabezpečujících požadované snížení exhalací, dochází u benzínových motorů k poklesu výkonu o 10 až 15 %.

23 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Zemní plyn (compressed natural gas – CNG a liquefied natural gas - LNG) Při provozu motoru pouze na plyn je možno dosáhnout zvýšení výkonu na původní úroveň benzinového motoru (někdy i vyšší) zvýšením kompresního poměru. Umožňuje to oktanové číslo zemního plynu, které je podle složení 100 až 130.

24 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Biopaliva Na rozdíl od fosilních uhlovodíkových paliv se jedná o zdroje obnovitelné. Při jejich spalování nedochází k nárůstu oxidu uhličitého v atmosféře planety (skleníkový efekt), protože nově rostoucí rostliny jej znovu zabudují do svých tkání. Problém je ovšem v jejich výrobě, která je energeticky náročná a při LCA analýze (analýza životního cyklu výrobku) lze zjistit, že některé biopaliva přinášejí pouze mírnou úsporu v produkci oxidu uhličitého (biopaliva první generace). Do budoucna je nutné se zaměřit na technologie výroby biopaliv druhé generace, které přinášejí více jak 90 % úsporu v produkci CO 2 viz obr.

25 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Biopaliva Úspora v produkci CO 2 pro biopaliva první a druhé generace [2]

26 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Biopaliva Biopaliva II. generace se od biopaliv I. generace odlišují především druhem biomasy jako suroviny pro jejich výrobu. Biopaliva II. generace jsou vyráběna z nepotravinářských surovin obsahujících lignocelulózu (dřevo, dřevěné štěpky, sláma, tráva atd.). Biopaliva I. generace jsou vyráběna z „potravinářské“ biomasy (cukrová třtina, cukrová řepa, kukuřice a téměř všechny druhy obilí), což v současné době přináší další výrazný problém a to zdražování potravin.

27 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Biopaliva Nejběžněji používaná biopaliva první generace jsou: MEŘO (metylester řepkového oleje) bioetanol vyráběný z výchozích produktů, které obsahují cukr nebo škrob (cukrová třtina, cukrová řepa, kukuřice a téměř všechny druhy obilí) bioETBE (Etyltercbutyléter) vyráběn adiční reakcí bioetanolu s isobutenem rostlinný olej v našich klimatických podmínkách se jedná zejména o řepkový olej

28 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Biopaliva Nejběžněji používaná biopaliva druhé generace jsou: bioetanol z lignocelulózové biomasy syntetická motorová nafta jako produkt Fischer-Tropschovy syntézy methanol jako produkt katalytické konverze syntézního plynu di-methyl-éter jako produkt katalytické konverze syntézního plynu

29 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Biopaliva Způsoby technologie výroby nejpoužívanějších biopaliv [3]

30 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Bioetanol Ve 20 letech minulého století se v ČR vyráběla dvojsměs autobenzín/bioetanol nebo trojsměsi autobenzín/bioetanol/benzen z kamenouhelného dehtu (70/10- 20/10-15%) pod označením dynol nebo dynakol. V současné době lze bioetanol využít jako příměs do automobilového benzínu v několika možných koncentracích. Jednak je možné jej v souladu s ČSN EN 228 přidávat do benzínu do 10 obj.% a tuto směs spalovat v běžných zážehových motorech. Jednak jej lze používat ve speciálně upravených motorech v podobě vysokoprocentních směsí E85 (85 % bioetanolu, 15 % benzínu). Tzv. Flexi-fuel vozidla (FFV) umožňují uživateli míchat benzín s biopalivy na vysokoprocentní směsi v libovolném poměru. Další možné využití bioetanolu je ve směsi E95 (95 % bioetanolu, 5 % aditiv) používané pro pohon dieselových motorů.

31 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Bioetanol Etanol má vysoké oktanové číslo (107) a jeho použití v zážehových motorech nepředstavuje velký problém. Hlavní úprava spočívá ve zvětšení dávky paliva z důvodu jeho nízké výhřevnosti (např. nárůst spotřeby paliva při použití E85 je přibližně 40 %). Vozidlo je pak možné provozovat na libovolnou směs benzínu a E85. Na druhou stranu má etanol nízké cetanové číslo (5 - 7) a jeho použití ve vznětových motorech vyžaduje úpravu motoru. Pro vznícení etanolu je nutné zvýšit kompresní poměr na hodnotu 23 případně více a zvýšit dávku paliva. Další úprava spočívá v adetivaci etanolu o složky podporující vznícení paliva. Vozidlo spalující E95 už není možné provozovat na motorovou naftu.

32 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Rostliné oleje a jejich estery Získávají se lisováním semen olejnin. V Evropě je to především řepkový olej a v tropickém a subtropickém pásmu palmový olej. Srovnání základních fyzikálních vlastností rostlinných olejů s motorovou naftou je provedeno v tab. Spalné teplo 40,6 MJ·kg -1 je poněkud nižší, ale v zásadě srovnatelné s naftou. Další parametry viskozita, bod vzplanutí však ukazují, že přímé použití v běžném naftovém motoru není možné.

33 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Rostliné oleje a jejich estery [4] Parametr Olej Motorová nafta řepkový sluneč- nicový lněnýsójový podzem- nicový měrná hmotnost [g·cm­ -3 ] 0,9200,9270,9350,9340,9250,855 bod vzplanutí [ºC]317316-330333> 55 bod tuhnutí (zákalu) [ºC] 0 - -2-16 - -18-18 - -27-8 - -18-2 - -30 - -2 kinematická visk. (20ºC) [mm 2 ·s -1 ] 97,765,85163,584,33 - 8 spalné teplo [MJ·kg -1 ] 40,5639,81 39,7339,9945,02

34 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Rostliné oleje a jejich estery Čistý rostlinný olej se v současnosti v dopravě používá jen minimálně, a to ve speciálních motorech. Dnes už existuje řada firem nejen v Německu, ale také i u nás, které nabízejí možnost přestavby na řepkový olej. Jedná se většinou o dvoupalivové systémy, používající na rozběh a doběh klasickou motorovou naftu, či použití neupravených rostlinných olejů jako palivo v Elsbettově duotermickém motoru. Elsbethův duotermický motor je motor chlazený pouze motorovým olejem jehož píst má korunu vytvořenou z litiny. V litinovém dně pístu je vytvořena kulová spalovací komora jejíž stěna dosahuje teploty 550 až 650 °C, což zabezpečuje odpaření kapiček vstřiknutého oleje. Podrobnosti na http://www.elsbett.com.http://www.elsbett.com

35 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Rostliné oleje a jejich estery Řešení pro běžné naftové motory se našlo v úpravě vylisovaného a vyčištěného oleje esterifikací. Procesem při němž jsou pomocí alkoholu štěpeny velké molekuly oleje na menší. To vede k podstatnému snížení viskozity a tvorbě směsi paliva se vzduchem, která odpovídá použití motorové nafty.

36 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Dominantní parametry paliv na bázi rostliných olejů [5] ParametrMotorová naftaMethylesterŘepkový olej kinematická viskozita [mm -2 ·s -1 ] -25°C5 – 30300 0°C3 – 1410180 - 220 20°C2 – 86,3 - 8,165 -100 100°C0,7 – 21,76 – 8 výhřevnost hmotnostní [MJ·kg -1 ]42,537,1 - 40,737,4 Výhřevnost objemová [MJ·l -1 ]35,232,734,4 cetanové číslo4554 – 5535 – 50 měrná hmotnost [g.cm -3 ]0,8 - 0,860,87 - 0,880,91 - 0,94 bod vzplanutí [ºC]min. 55130300 - 330 bod tuhnutí [ºC]-12 – 0-7-18 – 0 molekulová hmotnost200850 – 900300

37 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Dominantní parametry paliv na bázi rostliných olejů Při použití metylesteru řepkového oleje v naftovém motoru s přímým vstřikem paliva dochází k následujícím změnám: změna parametrů motoru pokles výkonu o cca 5 % snížení kouřivosti o cca 50 % zvýšení spotřeby paliva o cca 4 % změny v emisích výfukových plynů obsah CO a HC je prakticky stejný, dochází však k nárůstu NOX nepříjemný je tzv. „ fritovací zápach“ a skutečnost, že výfukové plyny se obtížně rozptylují

38 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Dominantní parametry paliv na bázi rostliných olejů Při použití metylesteru řepkového oleje v naftovém motoru s přímým vstřikem paliva dochází k následujícím změnám: podmínky dlouhodobého provozu v důsledku „ředění“, tj. průniku paliva do motorového oleje dochází při použití metylesteru ke značnému zhoršování vlastností oleje; proto všichni výrobci motorů doporučují snížení výměnných lhůt motorového oleje na polovinu, přičemž je nutno používat vysoce kvalitní oleje startovatelnost motoru za nízkých teplot do -3 °C je srovnatelná se startovatelností motoru s naftou NM - 22 (zimní) pod touto teplotou je startovatelnost špatná

39 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Dominantní parametry paliv na bázi rostliných olejů Esterifikací různých olejů je vyráběna bionafta I. generace. Podle použitého oleje je označována následujícími zkratkami: RME (Raps - Methyl – Ester) metylester řepkového oleje MEŘO SME (Sunflower - Methyl – Ester) metylester slunečnicového oleje SOME (Soya – Methyl - Ester) metylester ze sojových bobů FAME (Falty – acid – Methyl – Ester) metylester mastných kyselin VUOME (Vaste Used Oil – Methyl – Ester) metylester z použitých fritovacích olejů

40 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Dominantní parametry paliv na bázi rostliných olejů V současné době je methylester řepkového oleje přimícháván do motorové nafty v hodnotách 6 %, Dále jsou na náš trh dodávány tzv. „ směsné bionafty „ tvořené směsí normální motorové nafty a metylesteru řepkového oleje. Obsah metylesteru ve směsi musí být minimálně 30 %. Všichni výrobci garantují stupeň biologické rozložitelnosti, při kontaminaci půdy, 90 % do 21 dnů. Další možnoste je používání 100 % methylesteru řepkového oleje

41 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Bioplyn Bioplyn je získáván metanogením kvašením organických látek. Nejčastěji jsou těmito látkami chlévská mrva, prasečí kejda nebo odpady v městských čistírnách (kalový plyn). Bioplyn je tvořen směsí plynů: 55 - 75 % metan, 25 - 40 % oxid uhličitý a 1 - 3 % dalších plynů (vodík, dusík, sirovodík). Používá se ve většině případů pro pohon stabilních motorů využívaných pro výrobu elektrické energie s plným využitím odpadního tepla (kogenerační jednotky). Nevýhodou je nestabilní produkce plynu, protože anaerobní fermentační procesy probíhají nejlépe při teplotě 40 °C, takže v zimních měsících je nutno část vyrobeného plynu použít na vyhřívání fermetoru. V zimě, kdy potřebujeme více elektrické a tepelné energie máme bioplynu nedostatek a v létě přebytek.

42 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Bioplyn Po vyčištění bioplynu jsou jeho parametry shodné se zemním plynem a lze ho použít k pohonu vozidel na zemní plyn. Tento způsob využití bioplynu je běžný ve Švédsku, kde je prodáván pod názvem komposgas. Čistota bioplynu má podstatný vliv na životnost motoru, která se špatnou kvalitou čistění rychle klesá. Čistění bioplynu je nákladný proces a proto snahy vedou k nahrazení klasického spalovacího motoru, který pohání kogenerační jednotky Stirlingovým motorem. Výhoda Stirlingova motoru spočívá ve vnějším spalování. Produkty spalování nepřicházejí do kontaktu s pracovním prostředím válce (válec je poháněn pracovním plynem, v současné době nejčastěji hélium) tudíž příliš nezáleží na čistotě bioplynu. Podrobnosti o Stirlingově motoru naleznete na http://www.stirling.cz/. http://www.stirling.cz/

43 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Vodík Z hlediska dlouhodobé perspektivy se vodík jeví jako jediná možná náhrada uhlovodíkových paliv pro pístové spalovací motory. Vodík představuje ve své podstatě akumulátor energie, kterou je možno v této podobě skladovat, případně dopravovat na velké vzdálenosti. Problémem zůstává nízká účinnost transformace jiných druhů energie na vodík tj. náklady na výrobu vodíku. Předpokladem rozšíření používání vodíku je snížení jeho ceny. Z hlediska spalování vodíku v pístových motorech je velkou výhodou možnost spalování velmi chudých směsí, což se projeví výrazným snížením spotřeby paliva při částečných zatíženích motoru. Ve výfukových plynech vodíkového motoru se ze škodlivin nachází pouze NOX, který je možno potlačit recirkulací spalin.

44 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Vodík

45 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Vodík Kromě spalování vodíku v běžných motorech lze vodík využít jako palivo v palivových článcích. Využití vodíku v palivových článcích je výrazně perspektivnější, protože účinnost palivových článků je dvojnásobná oproti spalovacím motorům. V palivových článcích dochází k přímé přeměně chemické energie obsažené v palivu na elektrickou energii. Účinnost této přeměny dosahuje 60 % v závislosti na typu palivového článku. Proces probíhající v palivových článcích je ve své podstatě inverzní proces k elektrolýze vody. Nevýhoda automobilů využívající palivové články je, kromě ceny palivových článků, potřeba akumulátoru elektrické energie. Akumulátory elektrické energie zvyšují cenu pohonné jednotky a snižují její účinnost.

46 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spalovací motory Vodík

47 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Literatura: Spalovací motory [1] RAUSCHER, J.: Spalovací motory, Studijní opory, VUT FSI Brno, 2004 [2] DOORNBOSCH, R., STEENBLIK, R.: Biofuels: Is the Cure Worse than the Disease. Round Table on Sustanainable Development-Organasation for Economic Co-operation and Development. Paris, 11-12.9. 2007 [3] CRACKNER R.: Biofuels for Road transport. Shell Global Solutions. 19 September 2006 [online] [cit.2008-03-10]. Dostupný z WWW: [4] MATĚJOVSKÝ, V.: Automobilová paliva. Nakladatelství GRADA, Praha, 2005. ISBN 80-247-0350-5 [5] HÖNIG, V.: Technicko-ekonomické parametry biopaliv pro aplikace ve spalovacích motorech, disertační práce.