Výhody a nevýhody plynu, benzínu a nafty – jaký druh paliva je lepší zvolit?

Bustubaeva, S. M. Výhody a nevýhody hlavních druhů paliv pro vozidla / S. M. Bustubaeva, P. P. Trofimov. — Text: bezprostřední // Mladý vědec. — 2016. — č. 9.1 (113.1). – str. 14-16. — URL: https://moluch.ru/archive/113/29007/ (datum přístupu: 28.12.2024. XNUMX. XNUMX).

Jednou ze škodlivin je doprava. Všechny druhy moderní dopravy způsobují velké škody na biosféře, ale silniční doprava je pro ni nejnebezpečnější. Více než polovina škodlivých emisí pochází z výfukových plynů vozidel. Hlavní příčinou znečištění ovzduší je v tomto případě nedokonalé spalování paliva. Pouze 15 % paliva se spotřebuje na pohon a 85 % jde do odpadu. Kromě toho je spalovací komora automobilu jakýmsi reaktorem, který syntetizuje chemikálie a uvolňuje je do atmosféry. I nevinný dusík z atmosféry, vstupující do spalovací komory, se přeměňuje na toxické oxidy dusíku [1].

Primární a sekundární znečišťující látky ovlivňují nejen přírodu, ale i člověka. Většina škodlivin je karcinogenní. Jednou z hlavních příčin znečištění ovzduší jsou důsledky používání ropných produktů a ropy.

Účel studia: studovat složení automobilového paliva, identifikovat vliv kvality paliva na provoz spalovacího motoru a životní prostředí.

1. Prostudujte si princip činnosti spalovacího motoru.

2. Prostudujte fyzikální vlastnosti a složení benzinu a metanu, uveďte jejich srovnávací charakteristiky.

3. Identifikujte vztah mezi kvalitou motorového paliva a látkami, které znečišťují životní prostředí.

Relevance výzkumu je, že ve velkých městech se prvenství ve znečištění ovzduší přesouvá z průmyslu na dopravu, a to je nejdůležitější ekologický problém.

1. Spalovací motor.

Spalovací motor je druh motoru, tepelného motoru, ve kterém se chemická energie paliva (nejčastěji kapalného nebo plynného uhlovodíkového paliva) hořícího v pracovním prostoru přeměňuje na mechanickou práci. Navzdory tomu, že spalovací motory jsou poměrně nedokonalým typem tepelných motorů (vysoká hlučnost, toxické emise, krátká životnost), spalovací motory jsou díky své autonomii (používané palivo obsahuje mnohem více energie než nejlepší elektrické baterie) velmi rozšířené v dopravě.

U spalovacího motoru je spalovací komorou válec, kde se chemická energie paliva přeměňuje na mechanickou energii, která se pomocí klikového mechanismu přeměňuje z vratného pohybu pístu na pohyb rotační.

Podle druhu použitého paliva se dělí na: benzín; rotační; plyn; plynové dieselové motory.

1. Fyzikální vlastnosti a složení benzínu a metanu.

Benziny jsou směsí uhlovodíků různé struktury C4 – C12 (bylo identifikováno asi 200 uhlovodíků). Jedná se o kapaliny s bodem varu 35-195°C a hustotou 0,7-0,78 g/cm. 10 % hmoty benzínu by mělo být destilováno při teplotě 68-79°C. Jedná se o tzv. startovací zlomek, snadnost startování motoru závisí na jeho vlastnostech. Složení benzinu závisí na složení oleje, ze kterého se získává. Elementární analýza a pouze v těžkém dehtovém oleji je jejich obsah významnější. Přírodní oleje a produkty jejich destilace – benzín – obsahují parafinické (methan), cyklické (nasycené) a aromatické uhlovodíky. Nenasycené uhlovodíky se někdy vyskytují v malých množstvích. UHLÍK 82-87% VODÍK 11-15% KYSLÍK, DUSÍK, SÍRA ne více než 10%.

Nejdůležitější kvantitativní charakteristikou paliva, na základě které se určuje jeho jakost a použitelnost v motorech konkrétní konstrukce, je detonační odolnost. Odolnost proti klepání je parametr charakterizující schopnost uhlovodíkového (nebo jakéhokoli jiného) paliva odolávat samovznícení během komprese.

Vysoká detonační odolnost benzínu zajišťuje jejich normální spalování ve všech provozních režimech motoru. Při stlačování pracovní směsi se zvyšuje teplota a tlak a začíná oxidace uhlovodíků, která po zapálení směsi zesílí. Pokud uhlovodíky nespálené části paliva mají nedostatečnou odolnost proti oxidaci, začíná intenzivní akumulace peroxidových sloučenin a následně jejich explozivní rozklad. Při vysoké koncentraci peroxidových sloučenin dochází k tepelné explozi, která způsobí samovznícení paliva.

1. Srovnávací analýza hlavních charakteristik benzinu a metanu.

Molekulová hmotnost, kg/mol

Hustota kapaliny (za normálních podmínek)

Nižší výhřevnost (hmotnost) MJ/kg

Metan neobsahuje olovo, díky čemuž jsou jeho spaliny šetrnější k životnímu prostředí než benzín.

Molekulová hmotnostmetan je nižší než u benzínu, proto bude plnění lahví hořlavou směsí, za jinak stejných podmínek, nižší než u benzínu. To je mínus, protože to vede ke snížení výkonu spalovacího motoru.

Hustota kapaliny – charakterizuje objem nádoby pro uložení kapalné fáze paliva. Vidíme, že pro stejnou hmotnost vyžaduje benzín menší objem než metan. To je mínus.

Kritická teplota. Uhlovodíkové plyny, které mají kritickou teplotu vysoko nad normálními okolními teplotami, se snadno zkapalňují a skladují ve zkapalněném stavu při relativně nízkém tlaku. Jsou uloženy v kontejnerech, které jsou dostatečně lehké na to, aby mohly být použity k pohonu motorů osobních a lehkých nákladních automobilů.

A metan, jehož kritická teplota je mnohem nižší (minus 82,1 °C), bude při jakémkoli tlaku v plynném stavu a pro použití jako plynné palivo je obsažen v lahvích pod tlakem 20 MPa.

Nižší výhřevnost všechny plyny mají víc než benzín. To je výhoda plynového paliva a kompenzuje to snížené plnění válců v důsledku nízké relativní hustoty plynu.

Oktanové číslo metanu je výrazně vyšší než u benzínu. To je velká výhoda plynu, který umožňuje zbavit motor detonace, zvýšit jeho výkon zvýšením kompresního poměru a snížit spotřebu paliva.

Teplota vznícení. Ne ve prospěch plynu. To zhorší kvalitu startování motoru.

Na základě uvažovaných fyzikálně-chemických vlastností plynových paliv lze tvrdit, že jsou určitě lepší než benzínová paliva v následujících parametrech:

– umožňují dosáhnout vyšších výkonových a úsporných ukazatelů než benzínové motory, podobně jako organizují pracovní proces;

– z hlediska emisí do životního prostředí jsou výrazně lepší než benzín.

Stačí poznamenat, že účinnost plynových motorů dosahuje 38–40 % v široké škále režimů. Pro srovnání uvádíme, že účinnost benzínového motoru je pouze 30–35 % a pouze v nejhospodárnějších provozních režimech.

Obzvláště obtížné je připravit směs pro benzínové motory při nízkých teplotách okolí, protože benzín se za těchto podmínek špatně odpařuje. U plynového paliva není příprava jednotné směsi obtížná.

Je třeba poznamenat, že toxicita výfukových plynů při provozu na zemní plyn je o 90 % nižší než toxicita výfukových plynů z benzínových motorů.

Přirozeně okamžitě vyvstává otázka: „Proč jsme ještě nepřešli na plyn pro automobily?

To je způsobeno především obtížností vytváření zásob paliva. Jak bylo uvedeno výše, teprve nyní dosáhl rozsah plynofikace u nás takových rozměrů, které umožňují vytvořit potřebnou síť čerpacích stanic pro automobily.

Systém skladování zásob plynu nezbytných pro nepřetržitý provoz dopravy se ukazuje jako extrémně těžkopádný a vyžaduje značné kapitálové investice. Stačí říci, že náklady na zásobníky pro uskladnění hodinové zásoby stlačeného plynu jsou několikanásobně vyšší než náklady na kompresor se stejným hodinovým výkonem. Náklady na nádoby pro dlouhodobé skladování zkapalněného plynu jsou ještě vyšší z důvodu použití drahých materiálů.

A nyní, při určování ziskovosti, či dokonce smyslu přechodu na plynové zařízení, je třeba vzít v úvahu dostupnost čerpacích stanic plynu v regionech, kde je automobil používán.

Tento problém částečně řeší použití dvoupalivových motorů, schopných pracovat stejně spolehlivě na plynná i kapalná paliva. Takové motory mohou běžet jak na benzín, tak na plyn, nebo na naftu a plyn. To však zanechává stopy na využití vlastností plynu jako paliva pro spalovací motory, což znemožňuje plně realizovat jeho vážné výhody, jako je zvýšený výkon a zlepšená palivová účinnost zvýšením kompresního poměru.

Pro plné využití výhod plynového paliva oproti benzínu je nutné konstruovat motory speciálně pro plynné palivo, což vyžaduje zásadní restrukturalizaci automobilového průmyslu.

Je nutné vytvořit lehké, vysokopevnostní a levné lahve, které by obsahovaly plynné palivo v množství, které poskytuje mezináplňový dojezd pro automobil minimálně 400 km s minimální velikostí a hmotností.

Závěr: Použití plynového paliva výrazně snižuje celkovou toxicitu výfukových plynů – oxid uhelnatý CO, oxid dusičitý NO₂, uhlovodíky CH. Palivo z odpadních plynů neobsahuje žádné škodlivé sloučeniny olova.

Kouř z výfuku v režimu volné akcelerace při provozu na plynné palivo je 3krát nižší než při provozu na benzín. Při správném provozním režimu motoru se také snižuje hladina hluku, což je důležité zejména v městských podmínkách. A konečně, náklady na požadované plynové palivo jsou nižší než náklady na benzín o částku, která vám umožní získat zpět náklady na nákup a instalaci plynového zařízení nad 25–30 tisíc kilometrů, s přihlédnutím k jeho vyšší spotřebě na jednotku cestovat.

1. Aksenov, I.Ya., Aksenov, V.I. Doprava a ochrana životního prostředí. – M.: Doprava, 1986.
2. Golubev, I.R., Novikov, Yu.V. Životní prostředí a doprava. – M.: Doprava, 1987.
3. Yakubovsky, Yu. Automobilová doprava a ochrana životního prostředí. – M.: Doprava, 1979.

Základní pojmy (vygenerováno automaticky): plynné palivo, vnitřní spalování, benzín, motor, kritická teplota, plyn, metan, prostředí, složení benzínu, plynová zařízení.

Při výběru motoru se objevuje spousta otázek: benzínový, naftový nebo plynový? Nasávaný nebo přeplňovaný? Každá možnost má své pro a proti.

Síla kotevního řetězu se rovná síle jeho nejslabšího článku.

Rčení starých anglických kapitánů

Plynový motor

Správnější je nazývat to zážehový motor. Proč? Už jen proto, že výrobci paliv v některých zemích přidávají do benzínu až 20–24 % etylalkoholu. Motor lze tedy nazvat benzín-líh.

Přibližně do poloviny minulého století dominoval v systému napájení takových motorů karburátor a výkon závisel především na pracovním objemu. V současné době jsou karburátory zaniklé a současníky bych podmíněně rozdělil do několika skupin:

• atmosférické motory se vstřikováním do sacího potrubí (také se jim říká atmosférické motory)
• motory s přímým vstřikováním
• přeplňované motory
• motory s přímým vstřikováním a přeplňováním turbodmychadlem.

Přibližně ve stejném pořadí se technické vlastnosti těchto motorů zvyšují, ale zároveň klesá jejich spolehlivost.

Starý dobrý sací motor od Renaultu. Jeden z nejspolehlivějších a bezporuchových motorů na našem trhu. Srdce mnoha Loganů, Sanderos, Largusů a Dusterů.

Atmosférické motory s distribuovaným vstřikováním paliva do sacího potrubí mají jednoduchou konstrukci. Mají spolehlivý řídicí systém. Úpravy s fázovým řízením na sání a výfuku poskytují dobrý výkon z hlediska litrového výkonu (jedná se o poměr výkonu motoru k jeho pracovnímu objemu v litrech). Moderní motory o zdvihovém objemu 1,6 litru produkují výkon asi 125-130 koní. Specifický výkon (stejný výkon získaný z jednotky zdvihového objemu) lze zlepšit pouze zvýšením otáček klikového hřídele na 7–8 tisíc ot./min, ale to vyžaduje vytvoření zcela jiného, ​​„téměř sportovního“ motoru a také vylepšený přenos. Například na začátku 1990. let Honda vyvinula motor o objemu 1,6 litru, který produkoval 160 koní. Ale s moderními ekologickými standardy je lepší na to ani nemyslet.

GDI – Gasoline Direct Injection – vstřikování benzínu přímo do spalovacího prostoru. Jedním z průkopníků při zavádění systému bylo Mitsubishi, ale Kia (jejich motor na fotografii) tento výzkum kreativně rozvinula.

Přímé vstřikování mírně zlepšuje výkon motoru a šetrnost k životnímu prostředí. Je to ale podstatně složitější, protože vyžaduje použití vysokotlakého palivového čerpadla (HPF) a speciálních vstřikovačů. Rozšíření těchto motorů navíc brání potřeba vysoce kvalitního paliva. Ne nadarmo mnoho firem takové motory do naší země dlouho nedodávalo. U nás už na benzinku dojedete, jako byste se blížili k ruletovému stolu a motor je pak náročnější.

Tento motor s elektronicky řízeným systémem přeplňování turbodmychadlem je instalován ve vozech Lexus.

Přeplňování umožňuje výrazně zvýšit výkon nebo snížit zdvihový objem při zachování stejného výkonu. Jeden a půl litrový motor se vyvíjí od 150 koní. a další. Maximálního točivého momentu kompresoru je na rozdíl od točivého momentu sacího motoru dosaženo mnohem dříve, již při otáčkách klikového hřídele 1600-1800 ot./min, a „police“ vysokého točivého momentu se může rozšířit až na 4000-4500 ot./min. To vše díky optimálnímu přívodu vzduchu do pístové části motoru prostřednictvím elektronicky řízeného turbodmychadla. Výsledkem je, že přeplňovaný motor při lehkém a středním zatížení je o něco úspornější ve srovnání s atmosférickým protějškem, všechny ostatní věci jsou stejné. Takový motor dobře táhne odspodu a v nízkých otáčkách dochází k menším ztrátám energie třením díky kratším drahám, kterými procházejí všechny části motoru, a tím i k vyšší účinnosti.

Statistiky však ukazují, že přeplňovaných motorů se prodává výrazně méně než atmosférických. Proč?

Prvním důvodem je, že takové motory jsou složitější a poněkud dražší na výrobu. A na malé zdvihové objemy motorů u nás na rozdíl třeba od Evropy nemáme daňové výhody.

Druhým důvodem je omezený zdroj turbodmychadla, obvykle nepřesahující 150 000 km. Pístová část u přeplňovaných motorů je také více zatěžována a tam, kde je zatížení, dochází ke zvýšenému opotřebení.

Třetím důvodem je, že přeplňování turbodmychadlem zahrnuje rozsáhlou síť potrubí, senzorů, ovladačů a kabelových svazků, které se mohou odtrhnout, zrezivět a stát se netěsnými. A jakákoli porucha v řídicím systému může poškodit samotný motor nebo přeplňovací jednotku. Je také nežádoucí vypínat přeplňované motory ihned po provozu v intenzivních podmínkách. Nejvíce trpí horké turbodmychadlo, protože cirkulace oleje se okamžitě zastaví a rotor se dále otáčí vysokou rychlostí. Mimochodem, turbo časovač, který má tento nedostatek kompenzovat, se rozšířil pouze jako možnost pro nouzové alarmy. Čistokrevní příznivci zvuku konečně přiznávají, že výfuk z turbomotorů nezní dostatečně atraktivně.