Węglowodorowe

paliwa silnikowe

Prezentacja Michała

Mikulskiego i Marka

Dąbrowskiego

1

Benzyny silnikowe

• Paliwo przeznaczone do zasilania

silników ZI (dominujące wśród
samochodów osobowych, motocykli
oraz małych jednostek pływających)

• Mieszanina węglowodorów (o liczbie

atomów węgla od 5 do 12) i innych
związków organicznych o
temperaturze wrzenia od 40 do 200°C

2

Najważniejsze parametry

• Skład frakcyjny – zależność między

temperaturą paliwa a udziałem w
produkcie składników
oddestylowanych w tej temperaturze

• Znając skład frakcyjny można określić

łatwość rozruchu silnika, skłonność do
tworzenia korków parowych czy
wykraplanie się paliwa na ściankach
cylindra

3

Skład frakcyjny

• Musi być taki, aby ilość odparowanej

benzyny umożliwiała przy różnych
temperaturach zasysanego powietrza i
silnika: jego rozruch, jazdę z różnymi
prędkościami i przyspieszanie, a
jednocześnie nie występowały objawy
nieprawidłowej pracy silnika

• Niemożliwe jest spełnienie tych zadań w

różnych temperaturach przez benzynę o
jednym składzie frakcyjnym (dobiera się
go zależnie od temperatury)

4

Skład frakcyjny

• Wymagania jakościowe (dla benzyny

95):

Parametr Jednos

tka

Okres

letni

(01.05 –

30.09)

Okres

przejści

owy

Okres

zimowy

(01.11 –

28.02)

Stacja

„Bliska”

1

Stacja

„Bliska”

2

Do temp.

70°C

destyluje

%

(v/v)

20 – 48

20 – 50

22 - 50

38,4

42,6

Do temp.

100°C

destyluje

%

(v/v)

46 - 71

52,5

55,4

Do temp.

150°C

destyluje

%(v/v) min. 75

81,0

80,6

5

Najważniejsze parametry

• Liczba oktanowa – charakteryzuje

odporność paliwa na spalanie
stukowe

• Wymagania jakościowe (dla benzyny

95):

Parametr

Jednostka

PN-EN

228:2008

Dz U 2004,

192, 1970

Przykładowa

wartość

Badawcza

liczba

oktanowa

-

min. 95

min. 95

95,8

96,3

Motorowa

liczba

oktanowa

-

min. 85

min. 85

85,2

85,3

6

Najważniejsze parametry

• Gęstość – informuje o masie określonej

objętości benzyny. Ponieważ jej wartość zależy
od temperatury, zawsze podajemy ją wraz z
informacją o temperaturze wykonania pomiaru

• Gęstość benzyny maleje, gdy temperatura

rośnie

• Benzyny mają gęstość w zakresie od 720 do

775 kg/m³, w temperaturze 15°C (wg normy
europejskiej PN-EN 228:2005), a na stacji
„Bliska” ok. 750 kg/m³

7

Oleje napędowe

• Źródło energii silników o zapłonie

samoczynnym

• Mieszanina węglowodorów (o liczbie

atomów węgla od 11 do 18) i innych

związków organicznych o temperaturze

wrzenia od 150 do 350°C

• Skład jest uzupełniany dodatkami

uszlachetniającymi (depresatorami,

detergentami, antyutleniaczami)

8

Najważniejsze parametry

• Liczba cetanowa – zdolność oleju

napędowego do samozapłonu pod

wpływem ciśnienia i temperatury,

odpowiada za jakość spalania

• Indeks cetanowy – wyznaczany ze wzorów

na podstawie składu frakcyjnego oleju

napędowego i jego gęstości (wartości

podobne do LC lub trochę niższe)

• Liczba cetanowa poniżej 40 powoduje tzw.

twardą pracę (stuki, wysokie obciążenia)

9

Najważniejsze parametry

• Dokumentami określającymi jakość

ON są: norma PN-EN 590:2005 oraz
Rozporządzenie Ministra Gospodarki i
Pracy

Parametr

Jednostka

PN-EN

590:2005

Dz U 2004,

192, 1970

Przykładowa

wartość

Liczba

cetanowa

-

min. 52

min. 52

53,6

10

Najważniejsze parametry

• Lepkość i gęstość – odpowiadają za jakość

rozpylania paliwa przez wtryskiwacze

• Temperatura: blokowania zimnego filtra,

krzepnięcia – określają jakość pracy

silnika w niskich temperaturach

• Zawartość zanieczyszczeń

mechanicznych jest również ściśle

kontrolowana ze względu na możliwość

uszkodzenia elementów pompy

wtryskowej i wtryskiwaczy

11

Paliwa alternatywne

• LPG (Liquefied Petroleum Gas) –

skroplona postać propanu i butanu

(izobutanu). Propan i butan uzyskuje się

przy okazji wydobycia ropy naftowej,

jeśli złożu ropy towarzyszy gaz.

• CNG (Compressed Natural Gas), gaz

ziemny, wartość energetyczna 1m³

gazu w warunkach normalnych jest

równa 1 litrowi benzyny, masa 1m³

wynosi 0,7kg

12

Paliwo LPG

• W warunkach normalnych mieszanina

propanu i butanu ma gęstość 1,5 do 2,0

większa od powietrza. Ten fakt powoduje

iż ściele się ona przy ziemi. Mieszaninę tę

można skroplić w temperaturze

pokojowej pod niewielkim ciśnieniem. W

naczyniach zamkniętych, w których

przechowywany jest LPG występuje

równowaga pomiędzy fazą ciekłą i

gazową. Ciśnienie w zbiorniku z LPG

wynosi od 250 do 2400 kPa.

13

Skład LPG

14

Porównanie właściwości pali

wa

15

Właściwości gazu LPG – wymagania i normy określające

metody badań

Właściwości

Jednostka

Zakres
Minimum Maksimum

Norma

Liczba oktanowa MON

-

89

-

wg zał. B

Całkowita zawartość dienów

% mol.

-

0,5

EN 27941

Całkowita zawartość siarki

mg/kg

-

50

EN24260
ASTM D 3246
ASTM D 6667

Badanie działania korodującego

ocena

-

klasa1

EN ISO 6251

Pozostałość po odparowaniu

mg/kg

-

100

EN ISO 13757

Względna prężność par w temp. 40 °C

kPa

1550

EN ISO 4256
EN ISO 8973

Temperatura w której względna
prężność par jest nie mniejsza
niż 150 Kpa

°C

-

-

EN ISO 8973

- dla gatunku A

-

-

-10

-

- dla gatunku B

-

-

-5

-

- dla gatunku C

-

-

0

-

- dla gatunku D

-

-

+10

-

- dla gatunku E

-

-

+20

-

16

• Norma przewiduje ograniczenia minimalnej prężności

par dla pięciu gatunków LPG, oznaczonych jako A, B, C,
D, E , które powinny być stosowane odpowiednio dla
każdego okresu roku typowego dla danego kraju.
Według polskiego załącznika NB do normy, wyróżnia
się dwa okresy klimatyczne:
- okres zimowy: od 1listopada do 31 marca, gatunek A
- okres letni: od 1 kwietnia do 31 października,
gatunek D

• Istotną częścią normy jest załącznik B podający

metodę obliczania liczby oktanowej MON na podstawie
składu LPG. Przewiduje się wyznaczanie cząstkowych
liczb oktanowych jako iloczynów M x C, gdzie:
M – liczba oktanowa dla danego składnika
C – udział składnika gazu w mieszaninie, podany jako
ułamek molowy, wyrażony w procentach

17

Współczynniki do oznaczania

motorowej liczby oktanowej LPG

Składnik

Współczynnik do oznaczenia liczby oktanowej, M

Ułamek molowy, %

Ułamek masowy, %

Ułamek
objętościowy, %

Propan (+C2)

95,4

95,9

95,6

Propen

83,9

82,8

83,1

Butan (+C5)

89,0

88,9

88,9

2-Metylopropan

97,2

97,1

97,1

Buteny

75,8

76,8

75,7

18

Graniczne sezonowe wartości

prężności par

Gatunek

Minimum kPa

Temperatura odpowiadająca ciśnieniu 150

kPa

°C

A

950

-10

B

800

-5

C

700

0

D

500

+10

E

275

+20

19

Co to jest gaz ziemny?

• Gaz ziemny jest naturalną mieszaniną węglowodorów powstałą w ciągu

milionów lat z rozkładu materii organicznej, takiej jak drzewa i zwierzęta

• Zgromadzony jest on typowo pod ziemią w zbiornikach - kieszeniach gazowych

lub uwięziony w podłożu, takim jak piasek lub ropa naftowa i jest ekstrahowany

bądź jako produkt uboczny ekstrakcji ropy naftowej lub odrębnie jako gaz

surowy

• Głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan, który zazwyczaj stanowi

ponad 90% gazu przesyłanego rurociągiem. Inne węglowodory występujące w

niewielkich ilościach w gazie ziemnym, to etan, propan i butan

• Większość zużywanego gazu ziemnego w Wielkiej Brytanii pochodzi z własnych

odwiertów na Morzu Północnym. Gaz wytwarzany ze zbiorników zawiera gaz

ziemny, ciecze i inne materiały. Konieczne jest oczyszczenie gazu z cieczy i

zanieczyszczeń. Najpierw gaz oddziela się od cieczy, takich jak ropa naftowa,

kondensat węglowodorów, woda i od porwanych cząstek stałych. Następnie

wydzielony gaz podlega dalszej obróbce w celu spełnienia określonych

wymagań. Instalacja odwadniająca kontroluje zawartość wody; instalacja

obróbki gazu usuwa pewne węglowodory odpowiednie do specyfikacji punktu

rosy oraz instalacja odsiarczania gazu usuwa siarczki i inne występujące

związki siarki. Gaz ziemny jest bez zapachu, dlatego jest nawaniany, aby

posiadał charakterystyczny zapach gazu.

20

CNG - skład

• Gaz ziemny to kopalina występująca w przyrodzie. Ze złoża

czerpany jest z odwiertu. Główne składniki gazu ziemnego to

Metan 96-98%, Azot 1%, Etan 0,5-1%, Propan 0,5%. Symbol

chemiczny CH4. Procentowa zawartość poszczególnych

składników zależy od złoża gazu. Są konstrukcje silników

zasilane gazem ziemnym, stosujące czysty metan, ale i

pojazdy dla których paliwem jest biometan. Metan

uzyskujemy po dokładnym oczyszczeniu gazu ziemnego.

Biometan to paliwo pozyskiwane z procesu fermentacyjnego

w czasie którego powstaje biogaz. Jego głównym składnikiem

jest metan stanowiący ok. 67% zawartości gazu

wydobywającego się ze składowiska komunalnego śmieci,

odpadów biodegradowalnych, podczas fermentacji wywaru

gorzelnianego, oczyszczalni ścieków,  itp. Może być do niego

przystosowany kształt komory spalania silnika, bądź

biometan można zmieszać w odpowiednich proporcjach z

gazem ziemnym – otrzymamy o nieco gorszych parametrach

CNG.

21

Gaz CNG

• Pierwsze silnik spalinowe były

zasilane gazem świetlnym więc
zasilanie gazowe to powrót do
pierwotnych koncepcji. Już w 1860r.
E.Lenoir uzyskał patent na silnik
zasilany gazem. Później do rozwoju
tychże silników przyczyniła się firma
Deutz z Niemiec.

22

CNG – rys historyczny

• W latach pięćdziesiątych XX wieku

stosowano zasilanie wyłącznie gazem
ziemnym samochodów ciężarowych
wyposażonych w gaźnik. Masa kompletnej
instalacji wynosiła 300kg, ciśnienie robocze
w instalacji 20 MPa. Dziś jednym ze
sposobów jest zasilanie dwupaliwowe.
Część producentów oferuje auta
wyposażone w fabryczne instalacje
dwupaliwowe – NGV ( Natural Gas Vehicles)

23

Podstawowe właściwości

CNG

Gęstość energii

Niska gęstość energii sprawia, iż paliwo te posiada małą zdolność magazynowania w porównaniu do np.

benzyny. Sprężony gaz ziemny posiada gęstość energii będącą jedynie ¼ gęstości energii zgromadzonej w

benzynie. Gaz ziemny można również przechowywać w postaci ciekłej (LNG) posiadającej gęstość zbliżoną

do ok. 70% energii benzyny. Ten niski parametr wpływa, wiec istotnie na sposób magazynowania tego

paliwa pojeździe. Aby uzyskać porównywalny zasięg należy zastosować kilkukrotnie większe zbiorniki z

paliwem zazwyczaj kosztem zmniejszenia przestrzeni bagażowej.

Wartość opałowa

Wartość opałowa jest to ilość ciepła, która można uzyskać z jednostkowej objętości gazu (MJ/m3) podczas

jego całkowitego spalania w warunkach normalnych przy założeniu, że powstająca woda jest

odprowadzona w składzie gazów spalinowych w postaci pary. Porównując wartość tego parametru w dla

mieszanki stechiometrycznej gazu (3,36 MJ/m3 ) i benzyny (3,7 MJ/m3) można stwierdzić, iż pojazd

zasilany takim paliwem odznaczać się będzie zmniejszoną mocą jednostkową silnika, przez co należy

również oczekiwać zwiększonego zużycia CNG.

Temperatura zapłonu

Na poziom bezpieczeństwa wykorzystania gazu ziemnego wpływa niewątpliwie jego wysoka temperatura

zapłonu, która jest prawie 3 razy większa do benzyny. Właściwość ta sprawia, iż paliwo te dedykowany jest

głównie silnikom o zapłonie iskrowym. Wykorzystanie CNG w przypadku silnika o zapłonie samoczynnym

jest możliwe, wymaga jednak większych modyfikacji jednostki napędowej (zastosowanie obcego źródła

zapłonu w postaci iskry elektrycznej lub tzw. dawki pilotującej-zapłonowej oleju napędowego).

Liczba oktanowa

Liczba oktanowa określa odporność na niekontrolowany samozapłon paliwa w przypadku silników o

zapłonie iskrowym, co może powodować tzw. spalanie stukowe. Liczba ta dla gazu ziemnego wynosi 127 i

jest o wiele wyższa od benzyny, przez co paliwo te odznacza się dużą odporności na ten rodzaj spalania.

Tak duża liczba oktanowa wpływa również na łagodniejsze spalania, a co za tym idzie cichszą pracę silnika

(szczególnie istotne w przypadku użytkowania pojazdu na terenie dużych aglomeracji miejskich).

Adaptując, bądź projektując silnik przystosowane do zasilnia tym paliwem można więc zastosować duże

stopnie sprężania, co jest szczególnie ważne ze względu na wysoką temperaturę zapłonu oraz niską

gęstość sprężonego gazu ziemnego.

24

Emisja substancji

szkodliwych

25

Redukcja emisji:

• Dwutlenek węgla – redukcja o 22-24% w porównaniu z benzyną,

10% w porównaniu z dieslem.

• Tlenek węgla – redukcja o 76% w porównaniu z benzyną, CNG i

diesel obydwa niskie poziomy

• Tlenki azotu – redukcja o 83% w porównaniu z benzyną, 80% w

porównaniu z dieslem

• Węglowodory – redukcja o 88% w porównaniu z benzyną, 80% w

porównaniu z dieslem

• Benzen – redukcja o 99% w porównaniu z benzyną, 97% w

porównaniu z dieslem

• Ołów – redukcja o 100% w porównaniu z benzyną, nie dotyczy

diesla

• Zanieczyszczenia stałe – nie dotyczy benzyny, wyeliminowane

dla diesla

• Siarka – prawie 100% redukcja w porównaniu z benzyną, prawie

100% redukcja w porównaniu z dieslem

26

Fakty o CNG

• Główną różnicą pomiędzy gazem ziemnym a resztą omawianych tu

paliw jest fakt iż jest on odporniejszy na spalanie stukowe. Co pozwala
na zastosowanie CNG jako pierwotnego paliwa w silnikach o
specjalnie zwiększonym stopniu sprężania.

• W tradycyjnych silnikach ZI zastosowanie paliwa CNG skutkuje

spadkiem mocy od kilku do nawet dwudziestu kilku procent, jednakże
przy znacznym obniżeniu emisji dwutlenku węgla o ~25%. Relacja
ceny benzyny i CNG to nawet 1:4. Dziś cena 1m³ CNG to ok.. 2,5zł.

• Zwiastunem nowej ery w zasilaniu CNG jest VW Fox z silnikiem ZI

1400ccm z kompresorem i turbosprężarką uzyskujący lepsze
parametry jezdne na CNG niż na benzynie. Wynik ten osiągnięto
dzięki możliwości zastosowania większych ciśnień w komorze spalania
przy zasilaniu gazem ziemnym.

27

Fakty o CNG

• Gaz ziemny spala się wolniej niż benzyna lub olej napędowy,

co zmniejsza zużycie i zwiększa trwałość silnika.

W gazie ziemnym nie ma ołowiu, więc nie zanieczyszcza

świec zapłonowych, a ich trwałość zwiększona jest 2 -3

krotnie.

• W dużych stacjach tankowania CNG uzasadnione są wydatki

na infrastrukturę rurociągów.

Polepszone wykorzystanie zasobów – ulgi fiskalne dla

posiadaczy pojazdów NGV ze względów ekonomicznych i

zastąpienia oleju napędowego lokalnym paliwem.

• Gazu ziemnego sprężonego jest o 30% do 60% mniej niż

paliw konwencjonalnych.

• Bezpieczeństwo dostaw – zależność państwa od

importowanej ropy może stanowić pewną ochronę w

przypadku międzynarodowych kryzysów paliwowych, gdyż

możliwe jest zastosowanie do celów transportowych

lokalnego gazu ziemnego.

28

Stacje tankowania CNG w

Polsce

29

Co składa się na cenę paliw?

• Obecnie cena ropy to ok. 110 dolarów

za baryłkę. Baryłka to niespełna 159
litrów, przy kursie dolara 3,20 cena
ropy to ok. 2,21 zł/l. Marże na stacjach
to ok. 5% ceny hurtowej paliwa.

• Do ceny dochodzą podatki:

– VAT – zależny od końcowej ceny

netto (od stycznia wynosi 23%)

30

Co składa się na cenę paliw?

– Akcyza – podatek wprowadzony w celu

ograniczenie konsumpcji niektórych
dóbr ze względu na ich szkodliwość lub
ograniczoną ilość rezerw. Jej stawka jest
stała, niezależna od cen hurtowych
paliw, zgodnie z dyrektywą unijną jej
minimalna wysokość za 1000 litrów to:
359 euro dla benzyny, 302 euro dla
oleju napędowego oraz 125 euro  dla
gazu LPG.

31

Co składa się na cenę paliw?

– Podatek paliwowy – opłata

wprowadzona w 2005r. Z założenia
wpływy z tego podatku miały iść w
całości na bieżącą poprawę stanu
dróg. W praktyce duża część idzie
na poprawę stanu polskich kolei
(np. spłacanie długu PKP)

32

Co składa

się na cenę

paliw?

33

Co składa się na cenę paliw?

Rodzaj paliwa

Akcyza

Podatek

paliwowy

Benzyna

1565

PLN/1000l

92,87

PLN/1000l

Olej napędowy

1048

PLN/1000l

233,99

PLN/1000l

Autogaz LPG

695

PLN/1000kg

119,82

PLN/1000kg

E95

ON

LPG

53%

40%

46%

34

Bibliografia

1. Wykłady prof. Z. Chłopka z przedmiotu

„Silniki spalinowe”

2. Praca zbiorowa pod redakcją Wiesława

Olszewskiego „Paliwa i materiały
smarowe”

3. Kazimierz Golec, Zbigniew Stępień

„Paliwa i oleje silnikowe”

4. Strony internetowe:

-

www.wikipedia.org

-

www.epetrol.pl

-

www.cng.pl

35