KATEDRA VOZIDEL A MOTOR. Paliva pro PSM #3/14. Karel Páv

Transkript

1 KATEDRA OZIDEL A MOTOR Paliva pro PSM #3/14 Karel Páv

2 Obecné požadavky na paliva PSM 2 / 10 ysoká výhevnost na jednotku hmotnosti, resp. objemu (vetn obalu) Nízká cena o nejnižší zdravotní závadnost BA hemická asová stálost NM Nekorozivnost (jak paliva, tak i spalin: síra, vanad) Etanol Schopnost tvoit sms Metanol Schopnost úplného shoení LPG Minimální tvorba škodlivých produkt spalování LNG (oxidy síry, olovo, polycyklické uhlovodíky) ustota energie vztažená na 1 litr objemu paliva L2 NG 100% Rozdlení paliv pro PSM: Fosilní (z ropy, zemního plynu, uhlí) 2 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Obnovitelná (z vody, zemlských plodin) Uhlovodíková paliva odík Kapalná Plynná žko odpaitelná (nafta, metylestery, rostlinné oleje) Lehce odpaitelná (benzin) Alkoholy (etylalkohol, metylalkohol) (pro vzntové motory - M) (pro zážehové motory - ZM) Jsou možné kombinace rzných paliv (a to nejen smsí)

3 Stavba uhlovodíkových paliv 3 / 10 Nasycené uhlovodíky (s max. možným potem ): n-alkany: (n-parafiny) metan 4, etan 2 6, propan 3 8,, oktan 8 18 ímá vazba, vysoká výhevnost n 2n izoalkany: (izoparafiny) izobutan 4 10,, izooktan 8 18 (2,2,4-trimetylpentan) tvená vazba, nevzntlivé, vhodné pro ZM n 2n+2 cykloalkany: cyklopropan 3 6, cyklobutan 4 8, cyklohexan 6 12 (cykloparafiny, nafteny) kruhová pímá vazba, celkem stabilní n 2n metylová skupina Nenasycené uhlovodíky: - nestabilní v palivu (polymerují) vlivem dvojné nebo trojné vazby mezi n-alkeny: eten (etylen) 2 4, propen 3 6,, okten 8 16 (olefiny) ímá vazba s výskytem dvojné vazby n 2n izoalkeny: izobuten 4 8, izopenten 5 10 tvená vazba s výskytem dvojné vazby n 2n alkiny: etin (acetylen) 2 2 výskyt trojné vazby n 2n O cykloalkeny: kruhová vazba s výskytem dvojné vazby Mocnost atom:

4 Stavba uhlovodíkových paliv 4 / 10 Aromatické uhlovodíky: benzen 6 6, metylbenzen (toluen) 7 8 kruhová vazba 6-ti se stídající se dvojnou a jednoduchou vazbou velmi stabilní, vhodné pro ZM, karcinogenní n 2n-6 Monoaromáty (metylbenzen 7 8 ) 3 3 Diaromáty (1-metylnaftalen ) Polyaromáty (antracen ) Alkoholy: metanol (metylalkohol) 3 O, etanol (etylalkohol) 2 5 O náhradou atomu skupinou O nižší výhevnost vyšší výparné teplo n 2n+1 O O Étery: s kyslíkovou vazbou metyl-terc-butyléter (MTBE) ( 3 ) 3 O 3, ETBE ( 3 ) 3 O vzniká katalytickou reakcí izobutenu a matanolu, resp. etanolu Teplota varu [ ] O Poet atom v molekule x y 3

5 Kapalná paliva pro M 5 / 10 Lehká paliva (rychlobžné vozidlové motory): Stední paliva (stacionární, dráhové a lodní motory): žká paliva (topné oleje pro námoní motory) MN se vyrábí mísením petroleje a dalších frakních destilát ropy Dimetyléter lze vyrobit syntézou z fosilní suroviny (plynu) nebo z biologicky odbouratelných surovin (devo, sláma, odpady - biomasy) ležité parametry motorové nafty (NM): ustota paliva kg/m 3 i 15 (ovlivuje bohatost smsi) Obsah síry do 10 mg/kg Filtrovatelnost (odolnost proti vyluování krystalk parafínu) Typ B (do 0 ), typ D (do -10 ), typ F (do -20 ), typ A2 - arktická MN (do -32 ) iskozita (kinematická) 2 4,5 mm 2 s -1 i 40 Motorová nafta (NM) Smsná NM (Bionafta s min. 30% ídavkem metylester) MEO / FAME (Fatty Acid Methyl Ester) Dimetyléter (DME) Rostlinný olej (Pure Plant Oil) ydrogenované živoišné tuky ísady (aditiva): Zvyšovae Mazivostní písady Detergentní (istící) písady Protikorozní písady Protipnivostní písady ísady pro zlepšení nízkoteplotních vlastností (protichdn ovlivuje velikost kapek vstikovaného paliva a schopnost mazání erpadla)

6 ležité parametry NM: Kapalná paliva pro M Destilaní kivka SN EN ISO 3405 Poátek destilace: dáno bezpeností proti požáru 1. ple: kouivost studeného motoru 2. ple: kouivost teplého motoru, úsady, ední oleje Uhlovodíky v NM: 9 23 Ekvivalentní složení NM: etanové íslo SN EN ISO 5165, cetanový index schopnost samovznícení paliva - Stanovení na zkušebním jednoválci: n=900 min -1, =6 28 srovnáním s referenním palivem 100 n 16 n žné hodnoty pro MN: = Zastoupení [%] < >23 Poet atom n 16 n izo - Laboratorní empirické stanovení pomocí hustoty a destilaní kivky nejsou zohlednna aditiva I<, více aditiv I<< Nízké : orší startovatelnost Delší prtah vznícení delší as na pípravu holavé smsi tší podíl kinetického hoení vyšší tvrdost chodu a emise NO x tší kouivost Nižší indikovaná úinnost (hoení se pesouvá do pozdjší expanze) t [ ] max.65% - mní se kompresní pomr tak, aby byla zachována doba prtahu vznícení 13 K (2,407ms) E250 i 95% max Obj. % =100 krátký prtah vznícení 95% E350 min.85% Pomr mezi cetanem (=100) a 1-metylnaftalenem (=0), resp. izocetanem (=15) s pepotem. Kompresní pomr / 10

7 Automobilový benzín Alkoholy (etylalkohol, metylalkohol) Smsi Flexi Fuel Benzín pro motory starší konstrukce: Kapalná paliva pro ZM - roce 2001 zrušení olovnatých benzín (tetraetyl olova Pb( 2 5 ) 4 ) - Do roku 2010 benzín s obsahem draslíku - Nyní je možná pouze dodatená individuální aditivace ležité parametry automobilového benzínu (BA): ustota paliva kg/m 3 i 15 (ovlivuje bohatost smsi) Obsah síry do 10 mg/kg Minimální obsah aromatických uhlovodík a alken Minimální obsah tžkých frakcí Odpaitelnost Destilaní kivka SN EN ISO 3405 Poátek destilace: ztráty pi manipulaci s palivem E70: startovatelnost studeného motoru E100: akceleraní schopnosti motoru E150: úinnost vyhoení paliva, ední oleje Konec destilace, destilaní zbytek <2% Tlak par DPE (Dry apour Pressure Equivalent) i 37,8 - Schopnost tvorby smsi pi studeném startu motoru - Letní benzín: kpa - Zimní benzín: kpa - Pro jeho zvýšení se pidává butan ísady (aditiva): Zvyšovae O Mazivostní písady t [ ] Detergentní (istící) písady Protikorozní písady Protipnivostní písady 7 / 10 Konec destilace (min.98%) max E70 E % 46 71% E150 min.75% Obj. % Uhlovodíky v BA: 4 11 Ekvivalentní složení BA: 7,76 14,67 O 0,12

8 Kapalná paliva pro ZM 8 / 10 ležité parametry BA: Oktanové íslo - antidetonaní odolnost paliva (odolnost proti klepání) - Stanovení na zkušebním jednoválci s =5 15 srovnáním s referenním palivem: Intenzita klepání (lineární interpolace mezi dvma vzorky paliva) 1 2 a) ýzkumná metoda (M): n=600 min -1, t vzd =52, z =13, dle klepání, SN EN ISO 5164 b) Motorová metoda (MM): n=900 min -1, t sms =149, z =19 26 pi =7 5, SN EN ISO 5163 Pomr mezi izooktanem 8 18 (O=100) a n-heptanem 7 16 (O=0) =100 vysoká antidetonaní odolnost M > O MM - Rozdíl ukazuje na citlivost paliva na zmnu provozních podmínek (nejvyšší rozdíly vykazují aromaty). Smsné oktanové íslo: Jednotlivá paliva ve smsi neovlivují výsledné O smsi pesn podle jejich množství a vlastních O. - Laboratorní stanovení O pomocí složení paliva a empirických vztah (ke složení paliva se využívá IR spektrometrie) Antidetonanty: - Ukonují nkteré vtve etzových reakcí - Tetraetyl olova nahrazen MTBE nebo ETBE - Metanol, etanol, voda Palivo - M - MM Benzín Metanol Etanol MTBE

9 Plynná paliva 9 / 10 - LPG (zkapalnný propan/butan, složení podle období letní/zimní) - NG (zemní plyn: metan (98%), etan (1%), propan (0,5%), O 2, 2 O) - LNG (zkapalnný zemní plyn pi -162 ) - Bioplyny (smsi rzných plyn, hlavním palivem je metan, vysoký obsah O 2, N 2 ) - 2 (stlaený vodík) - L 2 (zkapalnný vodík pi -253 ) 1600 ýhody plynných paliv: Snadná tvorba smsi ( 2 má nejvyšší difuzivitu) Široké meze zápalnosti ysoká antidetonaní odolnost Nízké emise pevných ástic Nižší emise polycyklických aromatických uhlovodík (zvlášt po startu) ležité parametry plynných paliv: Tlak nasycených par pro LPG Wobbeho index W Metanové íslo u Pomr mezi metanem 4 (M=100) a vodíkem 2 (M=0) u [MJ/m ] ( p, T ) ( p, T ) 4 svzd 2 Rauoltv + Daltonv zákon: i1 - Antidetonaní odolnost roste s podílem O 2 a N 2 p sm liq x i N x liq i Tlak par [kpa] p molární podíly v kapalin i Teplota paliva [ ] p atm

10 Meze zápalnosti paliv 10 / 10 Meze zápalnosti homogenních palivových smsí: BA Požár vozu po 3 sek. 2 BA NM Alkoholy LPG NG [-] Energie jiskry nutná pro zážeh palivové smsi: 2 NM Metanol Etanol BA Propan Butan NG 0,02 mj Zvyšující se požadavek na množství energie 0,35 mj Požár vozu po 1 min. 2 BA