Composizione di benzina e diesel
Sia la benzina che il gasolio sono costituiti da centinaia di diverse molecole di idrocarburi. Inoltre, diversi componenti di origine biologica, come l’etanolo nella miscelazione della benzina, sono comuni.
La benzina contiene principalmente alcani (paraffine), alcheni (olefine) e aromatici. Il gasolio è costituito principalmente da paraffine, aromatici e nafteni., Gli idrocarburi della benzina contengono tipicamente 4-12 atomi di carbonio con un intervallo di ebollizione compreso tra 30 e 210 °C, mentre il gasolio contiene idrocarburi con circa 12-20 atomi di carbonio e l’intervallo di ebollizione è compreso tra 170 e 360 °C. La benzina e il gasolio contengono circa l ‘ 86% in peso di carbonio e il 14% in peso di idrogeno, ma il rapporto idrogeno / carbonio cambia leggermente a seconda della composizione.
Gli idrocarburi paraffinici, in particolare le paraffine normali, migliorano la qualità di accensione del gasolio, ma le proprietà a bassa temperatura di queste paraffine tendono ad essere scarse., Gli aromatici nella benzina hanno numeri di ottano elevati. Tuttavia, gli aromatici e le olefine possono peggiorare la pulizia del motore e anche aumentare i depositi del motore, che è un fattore importante per i nuovi motori sofisticati e i dispositivi di post-trattamento. Gli aromatici possono portare a composti cancerogeni nei gas di scarico, come il benzene e i composti poliaromatici. Le olefine nella benzina possono portare ad un aumento della concentrazione di olefine reattive nei gas di scarico, alcune delle quali sono cancerogene, tossiche o possono aumentare il potenziale di formazione dell’ozono., Possono essere necessari additivi per garantire proprietà adeguate di benzina e gasolio.
La benzina e il gasolio tradizionali non sono ampiamente coperti nel “Sistema di informazione sul carburante AMF”. Invece, l’attenzione è data alle opzioni alternative di miscelazione o sostituzione di benzina e diesel. Tuttavia, la tecnologia del motore insieme alla legislazione e agli standard per benzina e diesel sono discussi brevemente.
Benzina-legislazione e standard
Il motore e la tecnologia di post-trattamento impongono requisiti sulla qualità del carburante., Sono state sviluppate analisi di base del carburante per valutare le prestazioni generali e l’operabilità dei carburanti nei motori a combustione interna. Successivamente sono state definite le proprietà del combustibile importanti in contesti ambientali, come la compatibilità del combustibile con i dispositivi di controllo delle emissioni. La funzionalità e le prestazioni generali della benzina possono essere definite, ad esempio, in termini di numero di ottano, volatilità, contenuto di olefine e additivi. Le prestazioni ambientali possono essere definite, ad esempio, in termini di aromatici, olefine, contenuto di benzene, ossigenati, volatilità e zolfo (il piombo non è consentito nella maggior parte dei paesi)., Le proprietà del carburante sono controllate dalla legislazione e dagli standard del carburante. Ci sono anche una serie di altre norme regionali e nazionali sui carburanti.
In Europa la direttiva sulla qualità del carburante, 2009/30/CE, definisce i requisiti per le proprietà di base del carburante per la benzina. La norma europea EN 228 include requisiti più estesi rispetto alla direttiva sulla qualità del carburante per garantire la corretta funzionalità della benzina sul mercato. Il CEN (Comitato Europeo di Normalizzazione) sviluppa norme in Europa.
Negli Stati Uniti, ASTM D 4814 è una specifica per la benzina., Lo standard ASTM include una serie di classi, deroghe ed eccezioni tenendo conto del clima, della regione e, ad esempio, del contenuto di etanolo della benzina. Nel 2011 l’EPA degli Stati Uniti ha accettato la rinuncia per uso della miscela dell’etanolo di 15 vol-% per 2001 e le più nuove automobili. Negli Stati Uniti le miscele benzina-ossigenate sono considerate “sostanzialmente simili” se contengono idrocarburi, eteri alifatici, alcoli alifatici diversi dal metanolo, fino a 0,3 vol-% metanolo, fino a 2,75 vol-% metanolo con un uguale volume di butanolo o alcol a peso molecolare superiore. Il carburante non deve contenere più di 2.,0% in peso di ossigeno ad eccezione dei combustibili contenenti eteri alifatici e / o alcoli (escluso il metanolo) che non devono contenere più di 2,7% in peso di ossigeno. Negli Stati Uniti, il cosiddetto combustibile della serie P costituito da butano, pentani, etanolo e il metiltetraidrofurano co-solvente derivato dalla biomassa (MTHF) è consentito per le auto FFV.
I produttori di automobili e motori hanno definito le raccomandazioni per i carburanti nella” World Wide Fuel Charter ” (WWFC)., La categoria 4 è la categoria WWFC più rigorosa per ” mercati con ulteriori requisiti avanzati per il controllo delle emissioni per consentire sofisticate tecnologie di post-trattamento di NOx e particolato”.
I requisiti selezionati e le proprietà del carburante sono riportati nelle tabelle 1 e 2 di seguito.
Tabella 1. Requisiti selezionati per le proprietà di benzina in Europa e negli Stati Uniti, insieme alle raccomandazioni di automanufacturer (WWFC). Requisiti e standard completi sono disponibili presso le rispettive organizzazioni.
Tabella 2., Esempi di alcune proprietà della benzina non limitate.
Diesel – legislazione e norme
Motore e tecnologia di post-trattamento impongono requisiti per la qualità del carburante. Sono state sviluppate analisi di base del carburante per valutare le prestazioni generali e l’operabilità dei carburanti nei motori a combustione interna. Successivamente sono state definite le proprietà del combustibile importanti in contesti ambientali, come la compatibilità del combustibile con i dispositivi di controllo delle emissioni., La funzionalità e le prestazioni generali del gasolio possono essere definite, ad esempio, in termini di qualità di accensione, distillazione, viscosità e additivi. Le prestazioni ambientali possono essere definite in termini di aromatici e contenuto di zolfo.
Le proprietà del carburante sono controllate dalla legislazione e dagli standard del carburante. In Europa, la direttiva sulla qualità del carburante 2009/30 / CE definisce i requisiti per le proprietà di base del carburante per il gasolio. La norma europea EN 590 include requisiti più estesi rispetto alla direttiva sulla qualità del carburante per garantire la corretta funzionalità del gasolio sul mercato., In Europa, il CEN (Comitato Europeo di Normalizzazione) sviluppa standard.
Negli Stati Uniti, ASTM D 975 è una specifica per il gasolio. ASTM standard comprende diverse classi. Ci sono anche una serie di altre norme regionali e nazionali sui carburanti.
I produttori di automobili e motori hanno definito le raccomandazioni per i carburanti nella” World Wide Fuel Charter ” (WWFC). La categoria 4 è la categoria WWFC più rigorosa per ” mercati con ulteriori requisiti avanzati per il controllo delle emissioni per consentire sofisticate tecnologie di post-trattamento di NOx e particolato”.,
I requisiti selezionati e le proprietà del carburante sono riportati nelle tabelle 3 e 4 di seguito.
Tabella 3. Requisiti selezionati per le proprietà del carburante diesel in Europa e negli Stati Uniti, insieme alle raccomandazioni di automanufacturer (WWFC). Requisiti e standard completi sono disponibili presso le rispettive organizzazioni.
Tabella 4. Esempi di alcune proprietà non limitate del combustibile diesel. a, b
Tecnologia del motore
BENZINA – Accensione a scintilla, i motori alimentati a benzina sono la principale fonte di energia delle autovetture., I motori ad accensione comandata sono semplici ed economici rispetto ai motori diesel ad accensione spontanea. Inoltre, il rapporto aria-carburante stechiometrico consente l’utilizzo di un catalizzatore a tre vie (TWC), che è in grado di ridurre simultaneamente ed efficientemente le emissioni di monossido di carbonio (CO), idrocarburi (HC) e ossidi di azoto (NOx). Uno svantaggio dei motori ad accensione comandata è la loro minore efficienza rispetto ai motori ad accensione spontanea. Pertanto, il consumo di carburante dei motori ad accensione comandata è superiore a quello dei motori diesel sia in termini energetici che volumetrici.,
Le auto a benzina equipaggiate con motori a carburatore erano disponibili fino alla fine degli anni ‘ 80. Oggi, i motori ad accensione comandata sono motori a iniezione, per lo più dotati di iniezione di carburante multipunto (MPFI, carburante iniettato nella porta di aspirazione). Negli anni ‘ 90, i motori ad accensione diretta ad iniezione diretta con maggiore efficienza e minor consumo di carburante apparvero sul mercato. Anche i modelli che utilizzano la combustione magra con aria in eccesso sono stati introdotti negli anni ‘ 90, ma presto sono scomparsi dal mercato., I motori con accensione a scintilla, sia a iniezione diretta che a iniezione diretta, sono ora basati su un rapporto stechiometrico aria/carburante e sono dotati di catalizzatore TWC.
Le emissioni di scarico dei motori ad accensione comandata con un rapporto stechiometrico aria/carburante possono essere controllate in modo efficiente con un catalizzatore a tre vie (TWC). In TWC che monossido di carbonio e idrocarburi incombusti sono ossidati contemporaneamente con la riduzione degli ossidi di azoto. Con TWC si ottiene anche una riduzione di oltre il 90% delle emissioni di CO, HC e NOx fuori motore, e le emissioni si verificano principalmente all’avviamento a freddo o all’accelerazione pesante., Tuttavia, in alcune condizioni il catalizzatore TWC può generare emissioni di ammoniaca e protossido di azoto. I TWC funzionano in modo efficiente solo in una finestra lambda molto stretta vicino al rapporto stechiometrico aria / carburante e quindi i TWC non possono essere utilizzati in motori con una miscela magra, come i motori diesel. Il vantaggio di una miscela magra sarebbe un miglioramento del consumo di carburante, ma a costo di un aumento delle emissioni di NOx. Il ricircolo dei gas di scarico (Exhaust) è una delle tecnologie comuni utilizzate per ridurre le emissioni di NOx dei motori diesel e viene utilizzato anche nei motori ad accensione comandata., Per le auto con accensione a scintilla ad iniezione diretta, le emissioni di particolato sono elevate e pertanto potrebbero rendersi necessari filtri antiparticolato.
I motori con accensione a scintilla oggi sono meno sensibili al carburante rispetto alle generazioni precedenti e le emissioni di massa assolute sono basse. Tuttavia, con partenze a freddo, condizioni di guida pesanti e a basse temperature, ci possono essere grandi differenze, assolute e relative, tra i carburanti per tutte le auto. In passato, i motori a carburatore erano particolarmente sensibili al carburante, ad esempio, sono stati riscontrati problemi di guidabilità e blocco del vapore., La maggior parte delle auto alimentate a benzina oggi può tollerare almeno fino al 10 vol-% di etanolo in Europa e negli Stati Uniti
DIESEL-Grazie alla loro alta efficienza i motori diesel ad accensione spontanea sono la principale fonte di energia nei veicoli pesanti, a causa della loro alta efficienza. Oggi i motori diesel stanno diventando più popolari anche nelle auto leggere. I dispositivi di controllo delle emissioni e le soluzioni interne del motore hanno effetti cruciali sulle emissioni di scarico. I motori diesel funzionano su una miscela magra, che migliora il consumo di carburante, ma a costo di un aumento delle emissioni di ossido di azoto (NOx)., Le emissioni di NOx sono formate dall’azoto presente nell’aria ad alte temperature. Le emissioni di particolato elevato (PM) sono un altro problema dei motori diesel.
La riduzione catalitica selettiva (SCR) e il ricircolo dei gas di scarico (exhaust) sono le tecnologie comuni utilizzate per ridurre le emissioni di NOx dei motori diesel. L’SC è una tecnologia interna del motore, mentre l’SCR è un dispositivo di post-trattamento dei gas di scarico che utilizza un agente riducente, come ammoniaca o urea. Con EG parte del gas di scarico viene restituito ai cilindri del motore, che abbassa la temperatura di combustione e di conseguenza le emissioni di NOx., Un elevato rapporto EG può causare problemi di pulizia del motore e le emissioni di particolato possono aumentare. Il catalizzatore di ossidazione riduce le emissioni organiche volatili. I filtri antiparticolato riducono in modo efficiente le emissioni di particolato.
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