1

Emise spalovacích motorů

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

3

Oxid uhličitý CO2

bezbarvý, málo reaktivní stabilní plynproduktem 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 limitovánslouží jako souhrnný diagnostický signál – slouží jako měřítko pro kvalitu spalování, vypovídá o těsnosti výfukové soustavy, činnosti katalyzátoru atd.

4

Oxid uhelnatý CO

bezbarvý, bez chuti a zápachuvysoce toxický – váže se rychle na hemoglobin a tím blokuje okysličování krveproduktem 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 zónáchv atmosféře oxiduje na oxid uhličitýslouží jako souhrnný diagnostický signál

5

Nespálené uhlovodíky HC

vysoce toxické - karcinogenní a mutagenní jsou částmi nespáleného palivatvořeny – 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 SPvyšší podíl ve výfukových plynech poukazuje na energickou ztrátu

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

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 částiceřazeny 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

8

Součinitel přebytku vzduchu a škodlivé Součinitel přebytku vzduchu a škodlivé emise u zážehového motoruemise u zážehového motoru

9

Součinitel přebytku vzduchu a škodlivé emise u vznětového motoru

10

činitelé ovlivňující vznik škodlivých emisí

druh použitého palivavolba nastavení systému přípravy směsipředstih zapalováníhomogenita směsikonstrukce motoruzpůsob provozování motoru

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 KatalyzátorOxidace2CO + O2 2 CO2

HC + (m+n/4) O2 mCO2 + n/2 H2O2 H2 + O2 2H2O

Redukce2 CO + 2 NO 2 CO2 + N2

2 NO + 2 H2 N2 + H2OHC + 2(m+n/4) NO (m+n/4) N2 + n/2 H2O + m CO2

- 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

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

16

Alternativní paliva

Rozdělení paliv pro spalovací motory

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

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

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)

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

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

Zemní plyn CNG a LNG

• Palivový systém

Zemní plyn CNG a LNG

• 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  

  NOxCO HC PT CH4

  g/kWh g/kWh g/kWh g/kWh g/kWh

Motor na naftu 13,4 4,6 5,9 0,3 -

Motor na zemní plyn 2,9 0,3 0,03 0,06 2,7

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

Bionafta 1.generace - MEŘO

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

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

Bionafta 2. generace

• Výhody – 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

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)

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

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 -

425°C)– zvýšení emisí aldehydů ve spalinách– nutnost použití aditiv zlepšující mazací vlastnosti– vyšší spotřeba z důsledku nižší výhřevnosti

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 95%

PT 100%

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)

Metanol

• Nevýhody– formaldehydový zápach při studeném startu (odstraněno

katalyzátorem)– nižší energetická hustota – vysoká spotřeba– toxický– vyšší výrobní cena (oproti benzinu)

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

Vodík

• Výhody– 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

Děkuji za pozornost!