Ograniczanie emisji NO

x

ze

źródeł spalania w transporcie

• tradycyjne silniki spalinowe – działanie katalizatora, normy
emisji EURO

• silniki elektryczne

• silniki hybrydowe

• ogniwa paliwowe

Nazwa wydziału: GGiOŚ
Nazwa kierunku: Inżynieria Środowiska
Grupa: VI
Miejsce i data prezentacji: Kraków, 25.05.2012r.

*

Tradycyjne silniki spalinowe

Definicja, zasada działania

Silnik spalinowy – silnik wykorzystujący sprężanie i rozprężanie

czynnika termodynamicznego (gazu) do wytworzenia momentu
obrotowego lub siły.

Powszechnie są stosowane silniki spalinowe tłokowe o

posuwisto-zwrotnym ruchu tłoka (suwowe).

Źródło: Internet

*

Podział silników spalinowych

Silniki spalinowe tłokowe klasyfikuje się ze względu na:

a) sposób tworzenia mieszanki paliwowo-powietrznej
b) rodzaj paliwa
c) liczbę i układ cylindrów

Źródło: Internet

*

Katalizatory

•

Istnieją 2 typy katalizatorów

unieszkodliwiających tlenki azotu:

•

Utleniająco-redukujący w

którym stosuje się elektronicznie
sterowany wtrysk paliwa oraz układ
regulacji składu mieszanki za
pomocą sondy lambda. Sonda
lambada określa bezpośrednio
przed katalizatorem, skład
mieszanki palnej na podstawie
zawartości tlenu w spalinach
metodą elektrochemiczną

•

Podwójny którego budowa polega

na umieszczeniu dwóch
katalizatorów w jednej obudowie

Sonda lambda

Źródło:

Internet

*

Normy emisji EURO

Norma

Rok
wprowadzenia

NOx
(g/kWh)

HC
(g/kWh)

CO
(g/kWh)

R49

1982

18

3,50

14

EURO 0

1990

14,4

2,4

11,2

EURO I

1992

8

1,1

4,5

EURO II

1995

Ograniczenie ilości sadzy

EURO III

2000

5

0,66

2,1

EURO IV

2005

3,5

0,46

1,5

EURO V

2009

2

Bez zmian

Normy emisji EURO to normy dopuszczalnych emisji

spalin w nowych pojazdach sprzedawanych na terenie Unii
Europejskiej.

*

*

Redukcja katalityczna (SCR) i płyn AdBlue

Zastosowanie w normach EURO IV i EURO V

Źródło:
Internet

Silniki elektryczne

Definicja, podział

Silnik elektryczny - maszyna przetwarzająca energię elektryczną
na energię mechaniczną w postaci energii ruchu obrotowego.

(Merkisz, Pielecha, 2004)

*

Wyposażenie pojazdów elektrycznych

•jednostka napędowa (silnik)

•baterie litowo – jonowe

•prostownik

•inwerter

•konwerter DC-DC

•transformator

•kontroler silnika elektrycznego

•system kontroli

Źródło: Internet

*

Źródła energii silników elektrycznych

- zmagazynowana w akumulatorach
- uzyskiwana z naturalnych źródeł
- z silnika spalinowego
- z reakcji zachodzących w ogniwie paliwowym
- z połączenia z siecią energetyczną (np. kolej, tramwaje, trolejbusy)

Źródło: Internet

*

Klasyfikacja pojazdów elektrycznych

*

(Merkisz, Pielecha, 2004)

Źródło:
Internet

Wady i zalety napędów elektrycznych

•Zalety:

- łatwość zamontowania w pojeździe
- prostota sterowania
- cichobieżność
- brak emitowania zanieczyszczeń
- brak obiegu oleju
- odzyskiwanie energii podczas hamowania
- zmniejszenie prawdopodobieństwa
wybuchu pojazdu
- chłodzenie powietrzem
- niższe koszty eksploatacji

•Wady:

- cena
- zasięg
- masa i mała pojemność akumulatorów
- czas ładowania akumulatorów
- mniejsze prędkości maksymalne
- koszt zakupu nowych akumulatorów
- utrata wartości samochodu
- zużywanie się akumulatorów
- ładowność pojazdu

*

Samochód elektryczny, a ochrona środowiska

•Samochody elektryczne uważa się za pojazdy w pełni ekologiczne.

•Samochody elektryczne i hybrydowe z pewnością można
uznać za przyszłość motoryzacji.

•Mniejsza emisja substancji szkodliwych (np. CO

2

, NO

x

).

*

Źródło:
Internet

Samochód elektryczny na przykładzie Citroena C-Zero

•Zasięg – 150 km
•Cel – samochód miejski
•Cena – 145 386 zł
•Zasilanie – 88 akumulatorów litowo-jonowych
•Moc – 66 KM
•Test EuroNCAP – 4 gwiazdki
•V – max – 130 km/h

Porównanie cen:
Cena nowego Citroena C1 z silnikiem
benzynowym 1.0i wynosi ok. 50 tys. Zł,
natomiast jego elektrycznego „odpowiednika”
C-Zero aż 145 tys. Zł.

*

Źródło:
Internet

Silniki hybrydowe

•Silnik hybrydowy jest połączeniem dwóch rodzajów napędu
użytych w jednym urządzeniu lub środku lokomocji.

*

Źródło:
Internet

Rodzaje układów napędów hybrydowych

1) szeregowy
- rozwiązanie proste konstrukcyjnie
- umożliwia zmienny pobór mocy
- sprawność zaledwie porównywalna z napędem spalinowym
- ekonomiczny
- mniejsza moc od konfiguracji równoległej

*

Źródło:
Internet

Rodzaje układów napędów hybrydowych

2) równoległy
- moc przekazywana z silnika spalinowego do kół poprzez układ
mechaniczny
- silnik spalinowy i elektryczny mogą pracować równocześnie
•większa moc od silnika spalinowego

3) szeregowo – równoległy (kombinacja dwóch poprzednich)

*

Rodzaje akumulatorów w silnikach hybrydowych:

1) Kinetyczne

2) Hydropneumatyczne
- akumulator pęcherzowy
- akumulator tłokowy

3) Elektrochemiczne
- baterie kwasowo – ołowiowe
- baterie niklowo – kadmowe
- baterie nikiel – wodorotlenek metali
- baterie sodowo – siarkowe, sód – chlorek niklu
- baterie lit – stały polimeryczny elektrolit
- baterie litowo – węglowe (ciekły elektrolit)

*

Przekładnie w silnikach hybrydowych

1) Stopniowe
2) Bezstopniowe
 
W zależności od struktury można wyróżnić także:

1) Mechaniczne
2) Elektryczne
3) Hydrauliczne

*

Źródło:
Internet

Wady i zalety silników hybrydowych

Wady:

•wysoka cena
•bardziej złożony proces
produkcyjny
- większa masa układu
hybrydowego

*

Zalety:

- redukcja użytkowania paliw kopalnych
- zmniejszanie zanieczyszczania środowiska
- możliwość odzysku energii podczas
hamowania
- stosunkowo cicha praca
- spełnia wymagania norm toksyczności
spalin ULEV i SULEV
- duży zasięg

Samochód z silnikiem hybrydowym na przykładzie
Toyoty Prius

- pierwszy masowo produkowany samochód z silnikiem hybrydowym
- start produkcji – 1997r.
- najpopularniejszy samochód z napędem hybrydowym na rynku
- średnie spalanie – 4l/100km
- emisja CO

2

– 89 g/km (najniższa emisja na rynku)

- zasięg prawie 1150km
- tryb EV, dystans 2km, prędkość do 50km/h – zerowa emisja CO

2

i NO

x

*

Źródło:
Internet

*

Ogniwa paliwowe – zasada działania i podział

Paliwo: czysty wodór, gaz ziemny,

propan, metanol, węglowodory.

Utleniacz: tlen.
Sprawność przemiany energii

chemicznej w elektryczną: od 45 do
60%.

Uzyskane napięcie: od 0,6 do 1V.
Podział: niskotemperaturowe i

wysokotemperaturowe

Zasada działania ogniwa
paliwowego (Merkisz, Pielecha,
2004)

Stosy ogniw paliwowych
o mocy:
1,5 kW, 3 kW i 6 kW.

Źródło: Internet

Ogniwo paliwowe z membraną do wymiany
protonów (PEMFC)

1 - absorpcja cząsteczki tlenu na katodzie i 2 cząsteczek wodoru na

anodzie,

2 - jonizacja 2 atomów tlenu i 4 atomów wodoru,
3 - migracja 4 protonów przez elektrolit,
4 - rekombinacja jonów do 2 cząsteczek wody na katodzie.

Zastosowanie: przemysł transportowy (pojazdy mechaniczne)
Zalety: niska temperatura eksploatacji, łatwy rozruch, bezpieczna praca.
Wady: wrażliwość na zanieczyszczenie gazów wlotowych tlenkiem węgla

(CO).

Źródło:
Internet

Charakterystyka paliw oraz zalety i wady ogniw
paliwowych

•Zalety: brak

zanieczyszczeń, większa
efektywność w stosunku
do silników spalinowych,
cichość i bezawaryjność
pracy.

•Wady:

magazynowanie paliwa,
starzenie się ogniw,
mała wydajność.

Charakterystyka paliw ogniw paliwowych (Merkisz, Pielecha,
2004)

Honda
FCX

Źródło:
Internet

Podsumowanie

•

Można z pewnością stwierdzić, iż przyszłością motoryzacji jest

wykorzystywanie techniki silników elektrycznych. Poprzez coraz większe
ograniczenia dotyczące emisji CO

2

, NO

x

. Silnik elektryczny jest

najlepszym rozwiązaniem. Stworzenie pojazdów elektrycznych, które
będą miały osiągi porównywalne z samochodami spalinowymi,
szczególnie dotyczące zasięgu i czasu ładowania, będzie ogromnym
sukcesem.

•

Ekologiczna opłacalność stosowania takich pojazdów w Polsce, gdzie

ponad 90% energii elektrycznej wytwarzają elektrownie węglowe, jest na
razie wątpliwa. Pojazdy elektryczne można uznać za zeroemisyjne tylko
pod warunkiem zastosowania energii elektrycznej pochodzącej z
odnawialnych źródeł energii. Najprawdopodobniej silniki elektryczne
znajdą największe zastosowanie w pojazdach hybrydowych.

*

Bibliografia

Spis literatury
1. Merkisz J., Pielecha I., 2004: Alternatywne paliwa i układy napędowe pojazdów. Wydawnictwo
Politechniki Poznańskiej, Poznań.
2. Kassedorf J.,1998: Układy wtryskowe i katalizatory. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, wyd. II,
Warszawa.
3. Lewandowski W., 2006: Proekologiczne odnawialne źródła energii. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne,
Warszawa.
4. Węglarz A., Pleśniak M., 2011: Z energetyką przyjazną środowisku za pan brat - samochód elektryczny.
Fundacja instytut na rzecz ekorozwoju przy współpracy Krajowej Agencji Poszanowania Energii S.A.,
Warszawa.
5. Kołodziejczyk L.M., Zając P., 2001: Silniki spalinowe. Warszawa.
 
Spis stron internetowych
1. Strona internetowa komunikacji miejskiej w Szczecinie na podstawie: DieselNet, Infobus, Mielec Diesel -
http://www.mkm.szczecin.pl/
2. Strona internetowa motoryzacyjno - informatyczna -

http://www.szymkrzysztof.republika.pl/

3. Giełda pojazdów elektrycznych: EvMobile -

http://www.evmobile.eu/pl_FAQ.html

4. Polski portal edukacyjny: Interklasa -

http://www.interklasa.pl/

5. Strona internetowa Ecology Group: Innowacyjne technologie środowiskowe -

http://www.ecologygroup.eu/reviews.html

*

Dziękujemy za uwagę !

Prezentacje przygotowali:

Szymon Skwarczek
Sebastian Solak
Szymon Raszczyk

*