Emise spalovacích motorů

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

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

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

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

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

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

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

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

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. 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 • Palivová soustava pro LPG

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 • 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

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 • 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 - 425°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

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)

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 • 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!