Emise spalovacích motorů

Prezentace na téma: "Emise spalovacích motorů"— Transkript prezentace:

1 Emise spalovacích motorů
1

2 Výfukové plyny obsahují:
neškodné látky - dusík N2 kyslík O2 vodní páry H2O a inertní plyny např. Argon „oxid uhličitý CO2“ škodlivé látky - oxid uhelnatý CO oxidy dusíku NOx, nespálené uhlovodíky HC oxid siřičitý SO2 a pevné částice 2

3 Oxid uhličitý CO2 bezbarvý, málo reaktivní stabilní plyn
produktem dokonalé oxidace paliva – vzniká slučováním uhlíku s kyslíkem při koncentracích 8-10% ve vzduchu pro člověka nebezpečný řadí se k tzv. skleníkovým plynům není administrativně limitován slouží jako souhrnný diagnostický signál – slouží jako měřítko pro kvalitu spalování, vypovídá o těsnosti výfukové soustavy, činnosti katalyzátoru atd. 3 3

4 Oxid uhelnatý CO bezbarvý, bez chuti a zápachu
vysoce toxický – váže se rychle na hemoglobin a tím blokuje okysličování krve produktem nedokonalé oxidace paliva – vzniká při spalování s nedostatkem kyslíku vzniká i při spalování s vysokým přebytkem vzduchu díky zpožděnému nebo málo aktivnímu spalování s nízkou reakční rychlostí zejména na ochlazovaných stěnách a ve zhášecích zónách v atmosféře oxiduje na oxid uhličitý slouží jako souhrnný diagnostický signál 4 4

5 Nespálené uhlovodíky HC
vysoce toxické - karcinogenní a mutagenní jsou částmi nespáleného paliva tvořeny – nasycenými, nenasycenými a polycyklickými aromatickými uhlovodíky, dále např. aldehydy atd. podmínky vzniku jako u emisí CO (produktem nedokonalé oxidace paliva) vzniká i v oblasti chudých směsí (dochází k výpadkům zapalování a ke zpožděnému nebo málo aktivnímu spalování) vzniká i v místech kam se plamen nemůže dostat a při uhasínání plamene u chladných stěn SP vyšší podíl ve výfukových plynech poukazuje na energickou ztrátu 5 5

6 Oxidy dusíku NOX vznik: při vysokých teplotách v oblasti chudých směsí
při vysokých tlacích podmínky vzniku: A) vysoké teploty, které aktivují reakci pomalu reagujícího dusíku ze vzduchu B) volný kyslík, který už nemůže reagovat s uhlíkem a vodíkem tvoří je zejména - oxid dusnatý NO, oxid dusičitý NO2, oxid dusný N2O, oxid dusičný N2O5 podporují tvorbu smogu, ozónu a kyselých dešťů, u člověka omezují jeho plicní funkce 6 6

7 Pevné částice vznikají při nedokonalém spalování bohatých směsí, při lokálním nedostatku kyslíku nebo při rychlém ochlazování spalin tvoří je – saze – jádro tvořené uhlíkem uhlovodíky – které jsou kondenzované, či absorbované na saze sulfáty, produkty tepelné degradace oleje, prach, popel, části koroze a otěrové částice řazeny do rakovinotvorných látek u vznětových motorů 3x větší produkce než u zážehových – důvodem – krátká doba pro přípravu směsi - pro její homogenizaci – lokální nedostatek i přes vysokou hodnotu lambda) Pokud nemá studené palivo dostatek času pro smísení s horkým vzduchem, nedochází k reakci oxidační, nýbrž k reakci krakovací (rozklad řetězců uhlovodíku a odštěpení uhlíku). Čistý uhlík chemicky reaguje jen velmi pomalu a pro jeho spálení není dostatek času – důvod tvorby sazí 7 7

8 Součinitel přebytku vzduchu a škodlivé emise u zážehového motoru
8

9 Součinitel přebytku vzduchu a škodlivé emise u vznětového motoru
9

10 činitelé ovlivňující vznik škodlivých emisí
druh použitého paliva volba nastavení systému přípravy směsi předstih zapalování homogenita směsi konstrukce motoru způsob provozování motoru 10 10

11 Opatření ke snížení škodlivin
Zážehové motory ovlivnění směšovacího poměru a tvorba směsi, tzv. opatření před motorem ovlivnění průběhu spalování, tzv. opatření u motoru dodatečná redukce škodlivin, tzv. opatření za motorem Opatření ke snížení škodlivin Katalyzátor Oxidace 2CO + O2  2 CO2 HC + (m+n/4) O2  mCO2 + n/2 H2O 2 H2 + O2  2H2O Redukce 2 CO + 2 NO  2 CO2 + N2 2 NO + 2 H2  N2 + H2O HC + 2(m+n/4) NO  (m+n/4) N2 + n/2 H2O + m CO2

12 - Lambda sonda snižuje emise až o 99%
-Řídí směs vzduchu a paliva, aby zajistila optimální práci katalyzátoru -Ušetří až 15 % nákladů na palivo ročně -Optimalizuje výkon motoru -Vyloučí nákladnou výměnu poškozeného katalyzátoru

13 Zásobníkový katalyzátor
13 13

14 Opatření ke snížení škodlivin
Vznětové motory přívod vzduchu a tvorba směsi, tzv. opatření před motorem ovlivnění průběhu spalování, tzv. opatření u motoru (dělený vstřik, EGR,…) dodatečná redukce škodlivin, tzv. opatření za motorem.(kat. oxidační, filtr,SCR)

15 15 15

16 16 16

17 Alternativní paliva

18 Rozdělení paliv pro spalovací motory

19 Ropný plyn LPG Směs propanu a butanu Za normálního klimatu plynný
Nízký tlak zkapalnění

20 Ropný plyn LPG Palivová soustava pro LPG a - tlaková nádrž
b - plnící koncovka c - multiventil 1 - řídící jednotka 2 – vstřikovací ventily 3 – elektromagnetický ventil LPG 4 – výparník 5 – chladící systém motoru 6 – sací potrubí 7 – přepínač 8 – snímač tlaku

21 Ropný plyn LPG Výhody LPG vyšší výhřevnost
vysoká antidetonační odolnost možnost dosažení lepší homogenity směsi nižší výfukové emise ve všech sledovaných složkách (zejména u karburátorových motorů) vyšší ekonomičnost nižší hlučnost a klidnější chod motoru větší akční rádius (kombinovaný pohon plyn a benzin)

22 Ropný plyn LPG Nevýhody řidší síť čerpacích stanic LPG
zvýšení hmotnosti automobilu (snížení užitečné hmotnosti automobilu) zmenšení zavazadlového nebo užitkového prostoru přísnější bezpečnostní podmínky např. při parkování, opravách atd. nutnost absolvovat pravidelné kontrolní prohlídky nižší výkon při přestavbě

23 Zemní plyn CNG a LNG CNG (Compressed Natural Gas)
Stlačený na 20 MPa Energetická hustota 4 -5 krát menší než kapalná paliva LNG (Liquified Natural Gas) Kryogenní nádrže tlak 0,15MPa, teplota -162°C, 600x menší objem, výhřevnost 22 MJ/l V ČR se nepoužívá

24 Zemní plyn CNG a LNG Palivový systém

25 Zemní plyn CNG a LNG Výhody CNG
NOx CO HC PT CH4 g/kWh Motor na naftu 13,4 4,6 5,9 0,3 - Motor na zemní plyn 2,9 0,03 0,06 2,7 Výhody CNG menší produkce nejen sledovaných složek výfukových plynů, ale i dalších škodlivých látek včetně oxidu uhličitého Vnitřní části nejsou zaneseny karbonovými úsadami menší náklady na pohonné hmoty lepší tvorba spalované směsi a s tím související rovnoměrnější chod motoru, provoz s přebytkem vzduchu tišší chod motoru snazší startovatelnost zejména za nízkých teplot u dvoupalivových systémů větší akční rádius vyšší bezpečnost díky vyšší zápalné teplotě oproti benzinu a velice odolným tlakovým nádržím jednoduchá distribuce k uživateli již existujícími plynovody  

26 Zemní plyn CNG a LNG Nevýhody CNG
nedostatečná infrastruktura, zejména malý počet čerpacích stanic vyšší pořizovací náklady na vozidlo (přestavba) zhoršení stávajícího komfortu v důsledku zmenšení zavazadlového prostoru zvýšení hmotnosti vozidla a tím snížení užitečného zatížení snížení výkonu motoru (u dodatečných přestaveb) zpřísněná bezpečnostní opatření při parkování a opravách při pohonu pouze na CNG menší akční rádiu

27

28 Bionafta 1.generace - MEŘO

29 Bionafta 1.generace - MEŘO
Výhody MEŘO obnovitelný zdroj energie snížení kouřivosti neobsahuje síru snížení obsahu CO a HC ve spalinách Nevýhody MEŘO pokles výkonu asi o 4% zvýšení měrné spotřeby mírné zvýšení emisí NOx zvýšená tvorba úsad v motoru – vznik látek polymerní povahy rychlejší znehodnocování motorového oleje agresivní chování vůči pryži

30 Bionafta 2. generace Směsné palivo 31% MEŘO Aditiva
detergenty s označením FIC (Fuel Injector Cleanliness) výrazně ovlivňují čistotu trysek a tím dokonalost úhlu rozstřiku paliva a tím i emise stabilizátory paliva – antioxidační aditiva – působí proti tvorbě pryskyřic a úsad na stěnách nádrže, na sítkách čerpadla, proti tvorbě sedimentů protikorozní aditiva působí proti korozi jak nádrží, tak přívodních cest ale zejména vstřikovacího čerpadla zlepšovače maznosti ovlivňují zejména vibrační opotřebení u rotačních čerpadel rychloběžných vznětových motorů zlepšovače tekutosti paliva MDFI zlepšují zejména nízkoteplotní vlastnosti a bod tuhnutí protipěnící aditiva - ANTIFOAM aditiva – zabraňují pěnění paliva při plnění nádrže nebo cisterny a tím urychlují plnění bez čekání na opad pěny

31 Bionafta 2. generace Výhody Nevýhody obnovitelný zdroj energie
snížení kouřivosti motorů snížení obsahu pevných částic ve spalinách lepší biologická odbouratelnost (oproti motorové naftě) Nevýhody mírné snížení výkonu motoru mírné zvýšení měrné spotřeby problémy s dlouhodobějším skladováním agresivní chování vůči pryži

32 Etanol Výroba fermentací – kvašení cukernatých roztoků a následnou destilací Na 1 l asi 2,8 kg obilí, z 1kg cukru – 0,65 l Směšovací poměr 9 : 1 Vyšší oktanové číslo (106)– vyšší kompresní poměr Výhřevnost 26,9 MJ/kg Velké výparné teplo (příznivé ovlivnění naplnění válce motoru – odpaření v průběhu plnícího a kompresního zdvihu – snížení teploty)

33 Etanol Výhody Dokonalejší a rychlejší spalování (jednodušší struktura)
dosažení vyššího výkonu snížení emisí CO, HC, PM a NOx snížení závislosti na ropě tvorba pracovních příležitostí v zemědělství možnost tvorby směsných paliv s benzínem a naftou

34 Etanol Nevýhody korozní účinky na palivovou soustavu
agresivní chování vůči plastickým hmotám výpary negativně ovlivňují schopnost řízení vozidla zhoršení startovatelnosti při nízkých teplotách (zápalná teplota °C) zvýšení emisí aldehydů ve spalinách nutnost použití aditiv zlepšující mazací vlastnosti vyšší spotřeba z důsledku nižší výhřevnosti

35 Metanol Výroba ze zemního plynu, zplyněním uhlí, z biomasy (destilací z dřevního odpadu) Vznětové motory doplněny pomocným zapalováním Vysoké oktanové číslo (105) Snížení emisí ve srovnání se vznětovým motorem Stechiometrická směs 6,5 : 1 Použití jako směsné nebo čisté palivo Výhřevnost 19,7 MJ/kg Snížení emisí NOx 65% CO 95% HC PT 100%

36 Metanol Výhody spolehlivé a široce využívané výrobní technologie
širší potenciál vstupních surovin nižší výrobní náklady (oproti etanolu) vyšší oktanové číslo (vyšší účinnost motoru) vyšší účinnost spalování nižší emise škodlivých látek vyšší bezpečnost při nehodě (nižší teplota hoření)

37 Metanol Nevýhody formaldehydový zápach při studeném startu (odstraněno katalyzátorem) nižší energetická hustota – vysoká spotřeba toxický vyšší výrobní cena (oproti benzinu)

38

39 Vodík Akumulátor energie Uchování kryogenních nádržích (-253°C)
Energetická hustota 5 kWh/kg X benzín 10kWh/kg Výroba Štěpení uhlovodíků (ropa, zemní plyn) Elektrolýza vody Opel Zafira, 200 palivových článků, trvalý výkon 80 kW/109 k a maximální výkon 120 W/163 k

40 Vodík Výhody Nevýhody jediným škodlivým produktem spalování jsou NOx
nízká spotřeba při částečném zatížení obnovitelný zdroj energie Nevýhody nákladná výroba menší měrný výkon motoru těžká a objemná palivová nádrž vodík ve směsi se vzduchem silně výbušný

41 Děkuji za pozornost!