Ocena porównawcza wskaźników użytkowych pojazdów wyposażonych w silniki zasilane olejem napędowym i biopaliwem B10

Transkrypt

1 JAKÓBIEC Janusz 1 CIEŚLIKOWSKI Bogusław MAZANEK Aleksander 3 Ocena porównawcza wskaźnków użytkowych pojazdów wyposażonych w slnk zaslane olejem napędowym bopalwem B1 WSTĘP Obecne podstawowym rodzajem palwa do zaslana slnków o ZS są oleje napędowe jako meszanna cekłych węglowodorów o temperaturze wrzena C, uszlachetnone specjalnym dodatkam. Postępujący proces wyczerpywana sę zasobów ropy naftowej, nestablne ceny tego surowca oraz ogranczena efektu ceplarnanego wywołującego emsje CO zmuszają do poszukwana palw zastępczych z odnawalnych źródeł energ. Odmenna budowa chemczna oleju napędowego pozyskanego z ropy naftowej palw pochodzena roślnnego wskazuje na nne cechy samozapłonowe tych palw potrzebę korygowana wartośc LC, w przypadku bopalwa B1 różnce są mnmalne (wartośc LC) [3]. Jednym z kerunków zmerzających do zamany palw konwencjonalnych w slnkach spalnowych jest możlwość stosowana bopalw [1]. W strateg Europa na rzecz ntelgentnego, trwałego sprzyjającego społecznemu wzrostow gospodarczemu - wyznaczono 5 głównych celów określających etapy rozwoju jako kerunk dla Un Europejskej planowane na rok. Państwa członkowske zobowązały sę do roku ogranczyć emsje gazów ceplarnanych o %, zwększyć udzał energ odnawalnej w koszyku energetycznym do % oraz zrealzować na tym samym pozome efektywność energetyczną [7]. Zagrożene dla środowska wynka z emsj CO pochodzącej w znacznej merze z użytkowana środków transportu samochodowego maszyn rolnczych [6], [8]. Należy podkreślć, że bopalwa perwszej generacj pozyskane z źródeł spożywczych olestych osągnęły obecne próg ekonomcznego pozomu produkcj. Wobec tego ch produkcja konsumpcja będze kontynuowana, ale ch udzał w zaspokojenu popytu na energę w sektorze transportu rolnctwa pozostane ogranczony ze względu na konkurencję z produkcją żywnośc [4]. 1. OCENA ENEGETYCZNA SILNIKA ZS ZASILANEGO OLEJEM NAPĘDOWYM I BIOPALIWEM B1 W WAUNKACH TAKCYJNYCH Badana slnkowe oprócz właścwośc fzykochemcznych przedmotowych palw stanowły podstawowe narzędze ch oceny energetycznej oraz do oddzaływana na elementy układu palwowego wydechowego slnków [1] [11]. Podstawowe właścwośc fzykochemczne oleju napędowego Ekodesel Ultra B bopalwa B1 zameszczono w tabelach 1 [] [5]. Tab. 1. Wynk badań właścwośc oleju napędowego Ekodesel Ultra B [] [5] Lp. Właścwośc Jednostka 1.. Lczba cetanowa wg 5165 Indeks cetanowy wg 464 Wartość ozn. dla palwa Ekodesel Ultra B Wymagana wg ZN/OLEN-4:6 Mn. 5,1 51, 5,9 46, Maks. 1 AGH Akadema Górnczo-Hutncza Kraków, Wydzał Energetyk Palw, Al. Mckewcza 3, 3-59 Kraków, E-mal: jjakobe@agh.edu.pl Unwersytet olnczy w Krakowe, WIPE, Katedra Inżyner Mechancznej Agrofzyk; ul. Balcka 116B, Kraków, e-mal: bceslkowsk@ur.krakow.pl 3 Instytut Nafty Gazu PIB, ul. Lubcz 5A, Kraków, e-mal: Aleksander.mazanek@ng.pl 453

2 Gęstość w 15 C wg 3675 Zawartość sark wg 846 Temperatura zapłonu wg 719 Pozostałość po koksowanu z 1% pozostałośc destylacyjnej wg 137 Pozostałość po spopelenu wg 645 Zawartość wody wg 1937 Zawartość zaneczyszczeń stałych PN-EN 166 Badane dzałana korod. na płytce medzanej (5 o C, 3 h) wg 16 Odporność na utlenane, całkowte osady nerozpuszcz. wg PN ISO 15 Smarność, skorygowana średnca śladu zużyca (WS1,4) w temperaturze 6 o C wg Lepkość knematyczna w 4 C wg 314 Skład frakcyjny: - do temp. 5 C destyluje - do temp. 35 C destyluje - 95%(v/v) dest. do temp. wg 345 Temp. zablokowana zmnego fltra wg PN-EN 116 Dzałane korodujące na stal wg ASTM D 665A (38 C,5 h) kg/m mg/kg 5,6 1, C 64,5 56 % (m/m),1 -,3 % (m/m),1 -,1 mg/kg 6 - mg/kg 1-4 Stopeń Korozj 1 1 g/m 3 5, - 5 m mm /s,59, 4,5 % (V/V) C 4, 94, 35, C st. korozj umarkowana korozja - - Tab.. Podstawowe właścwośc fzykochemczne bopalwa B1 [] [5] Oznaczene Jedn. Bopalwo B1 Specyfkacja 1) Metoda mn. max. badana Zawartość estrów metylowych kwasów PN-EN % (V/V) 1,3 1,1 1±,5 tłuszczowych 1413 (FAME) Lczba cetanowa 54,6 5,5 51, Indeks cetanowy 53,1 53,7 46, - Gęstość w temp. 15 C Skład frakcyjny, C kg/m początek wrzena 171, 173,5 5 % destyluje do, 1,5 1 % destyluje do 1,5 9,5 % destyluje do 4, 4,

3 3 % destyluje do 38,5 39,5 4 % destyluje do 53, 55, 5 % destyluje do 67,5 7, 6 % destyluje do 8, 84,5 7 % destyluje do 95,5 98,5 8 % destyluje do 31,5 313, 9 % destyluje do 35,5 37,5 95 % destyluje do 334,5 338, 36 konec destylacj 341,5 34,5 do 5 C przedestylowało, % (V/V) 37,7 37,9-65 do 35 C przedestylowało, % (V/V) Zawartość sark mg/kg 9,5 9, - 1 Zawartość zaneczyszczeń stałych Odporność na utlenane Lepkość knematyczna w temp. 4 C Lczba kwasowa Temperatura zablokowana zmnego fltru (CFPP) Temperatura mętnena Skłonność do penena 4) - objętość pany - czas zanku pany Właścwośc przecwkorozyjne 4) (na trzpenu stalowym) mg/kg 38, 54,8-4 g/m PN-EN 166 PN-EN 15 mm /s,4,54, 4,5 PN-EN 314 mg KOH/g,9,1 -, C C cm 3 s stopeń korozj 6 9, B + umarko wana B + umarko wana PN-EN ) - 3) PN-EN B ++ ślady PN ISO 315 NF M 7-75 ASTM D 665A, ocena wg NACE Według standardów europejskch badana drogowe (trakcyjne) są najbardzej obektywnym narzędzem w zakrese oceny energetycznej użytkowej palw slnkowych. Obektem badań były dwa slnk pojazdów samochodowych o pojemnośc skokowej,dm 3 - DUATO TDC z udokumentowanym procesem eksploatacj, przeglądów techncznych stosowanych rodzajów palw. Badane slnk wyposażone były w układ zaslana palwem typu Common al spełnający wymagana ochrony środowska EUO 4 [9]. Zakres badań obejmował: ntensywność rozpędzana przez beg wg PN-S-775, pomar kontrolnego zużyca palwa przy stałych prędkoścach 9 1 km/h wg egulamnu 84 EKG ONZ, pomar eksploatacyjnego zużyca palwa w ruchu mejskm, autostradowym jeźdze górskej wg nstrukcj Ośrodka Badawczo-ozwojowego BOSMAL /I-7-1/3, Badana drogowe dla procedury równoległych przejazdów przeprowadzono z wykorzystanem urządzena do pomarów parametrów ruchu pojazdu frmy Correvt EEP- (klasa przyrządu,5 %). Pomar zużyca palwa wykonano układem PLU 116H (klasa przyrządu pomarowego,5 %). 455

4 Wynk pomarów zużyca palwa przy stałych prędkoścach zostały skorygowane zgodne z wymaganam egulamnu nr 84 EKG ONZ z uwzględnenem: temperatury palwa, warunków atmosferycznych (temperatura otoczena, cśnene atmosferyczne), oporów toczena oporów aerodynamcznych. Skorygowane zużyce palwa wyznaczono z zależnośc: [1 ( t t )] [l/ km] (1) zr1 o p gdze: zr1 - zużyce palwa skorygowane [l/ km] - zużyce palwa zmerzone podczas badań [dm 3 / km] - współczynnk rozszerzalnośc objętoścowej benzyny:,1 [1/ºC] t - temperatura palwa odnesena: º C t p - temperatura palwa przy danej prędkośc pomarowej [ºC]. Ponadto wynk pomarów zużyca palwa zostały skorygowane do zewnętrznych warunków odnesena ( kpa o C): K [l/ km] () zr zr1 gdze: zr zużyce palwa w l/km K współczynnk korekcj zr1 zużyce palwa [l/km] zmerzone w warunkach otoczena występujących podczas badana (po zredukowanu ze względu na temperaturę palwa) gdze: AEO K 1 K o t to (3) AEO - opory toczena przy prędkośc badana - opory powetrza przy prędkośc badana AEO T - całkowte opory ruchu AEO t - temperatura otoczena w [ o C] t - temperatura otoczena odnesena ( o C) o K o - współczynnk korekcyjny uwzględnający wpływ temperatury na opory toczena 3,6 x 1-3 [1/ o C] - gęstość powetrza w warunkach badana - gęstość powetrza w warunkach odnesena Dokładność pomarów określono ze wzoru: T d k ( C C ) n C 1 ( V n ( V ref V ) V ) (4) 456

5 V [km/h] gdze: C - zużyce palwa zmerzone przy V [l/ km], C - zużyce palwa przy prędkośc km], C V wyznaczone za pomocą równana regresj [l/ - zużyce palwa przy prędkośc odnesena V wyznaczone za pomocą równana regresj [l/ km], V - prędkość odnesena [l/ km], V ref - rzeczywsta prędkość podczas -tego pomaru [l/ km], V - prędkość średna V V [l/ km], n n - lczba badań, k - współczynnk podany w tabel zameszczonej w egulamne nr 84. Wynk ntensywnośc rozpędzana przez beg samochodów badawczych napędzanych olejem napędowym bopalwem B1 przedstawono na rysunkach ozpędzane przez beg V = f (T) T [s] A B Ekodesel Bodesel B1 Parametr : km/h 1,3 s 1,8 s : 4 m 17,4 s 17,7 s : m 31,8 s 3,3 s 4 m 13,6 km/h 17,8 km/h m 166,7 km/h 163,8 km/h A Ekodesel B Bodesel B1 ys.1. Wynk pomarów rozpędzana przez beg - prędkość w funkcj czasu 457

6 V [km/h] V [km/h] ozpędzane przez beg V = f (S) A B Ekodesel Bodesel B1 Parametr : km/h 1,3 s 1,8 s : 4 m 17,4 s 17,7 s : m 31,8 s 3,3 s 4 m 13,6 km/h 17,8 km/h m 166,7 km/h 163,8 km/h S [m] A Ekodesel B Bodesel B1 ys.. Wynk pomarów rozpędzana przez beg - prędkość w funkcj drog ozpędzane na IV begu V = f (S) A B Ekodesel Bodesel B1 Parametr : km/h 1,4 s 13, s : m 3,5 s 33, s m 164,6 km/h 16, km/h S [m] A Ekodesel B Bodesel B1 ys. 3. Wynk pomarów rozpędzana na IV begu - prędkość w funkcj drog 458

7 zużyce palwa [l/km] V [km/h] ozpędzane na IV begu V = f (T) A B Ekodesel Bodesel B1 Parametr : km/h 1,4 s 13, s : m 3,5 s 33, s T [s] m 164,6 km/h 16, km/h A Ekodesel B Bodesel B1 ys. 4. Wynk pomarów rozpędzana na IV begu - prędkość w funkcj czasu Wynk pomarów kontrolnego zużyca palwa na V begu eksploatacyjnego przedstawono na rysunkach 5 6. A Ekodesel B Bodesel B ,68 4,73 6, prędkość pomarowa [km/h] 6,61 ys.5. Wynk pomarów kontrolnego zużyca palwa na V begu (masa własna+1 kg) 459

8 zużyce palwa [l/km] A Ekodesel B Bodesel B ,81 8,8 7,57 7,4 8,54 8,95 trasa mejska trasa górska trasa autostradowa ys. 6. Wynk pomarów eksploatacyjnego zużyca palwa WNIOSKI Na podstawe przeprowadzonych badań stwerdzono, że samochód (B) zaslany bopalwem B1 w stosunku do samochodu (A) zaslanego olejem napędowym Ekodesel Ultra charakteryzował sę: a) porównywalnym zużycem palwa przy stałych prędkoścach jazdy (9 1 km/h) oraz na trase mejskej górskej oraz neco wyższym zużycem palwa na trase autostradowej (o około 4,8 %), b) neco gorszą dynamką jazdy: 1,6 4,9 % przy rozpędzanu przez beg ze startu zatrzymanego, 1,5 8,6 % przy rozpędzanu na IV begu od prędkośc 4 km/h 6 km/h, 1,6 7,4 % przy rozpędzanu na V begu od prędkośc 6 km/h 8 km/h, c) ocena subektywna płynnośc jazdy na trase mejskej, górskej autostradowej kształtowała sę na porównywalnym pozome. Ocena energetyczna slnka samochodów badawczych napędzanych olejem napędowym bopalwem B1 wyrażona wartoścą zużyca palwa podczas pomaru na V begu oraz w warunkach eksploatacyjnych (jazda mejska autostradowa) była porównywalna ze wskazanem dla ON. Należy podkreślć, że bopalwa mogą zdobywać rynek nośnków energetycznych pojazdów samochodowych, tylko wtedy, gdy będą szeroko dostępne konkurencyjne w stosunku do palw węglowodorowych. Streszczene W artykule przedstawono najważnejsze nformacje dotyczące oceny energetycznej oleju napędowego bopalwa B1 w kształtowanu wskaźnków trakcyjnych pojazdów wyposażonych w slnk Desla. Ważnym segmentem tej oceny są testy drogowe dotyczące dynamk, kontrolnego eksploatacyjnego zużyca palwa w pojazdach. Oprócz wymenonych właścwośc fzykochemcznych palw, slnk był podstawowym narzędzem oceny energetycznej podstawowych właścwośc fzykochemcznych Ekodesel Ultra B B1 oleju napędowego bopalwa. Przeprowadzono testy drogowe EEP za pomocą urządzena do badana parametrów ruchu pojazdu Correvt -, pomar zużyca palwa wykonano przy stałych prędkoścach skorygowanych zgodne z wymogam regulamnu EKG ONZ nr. 84. Na podstawe przeprowadzonych testów można wywnoskować, że w porównanu do pojazdu (A), zaslanego olejem napędowym Ekodesel Ultra, pojazd (B) zaslany bopalwem B1 charakteryzował sę następującym właścwoścam: podobnym zużycem palwa przy stałych prędkoścach (9 1 klometrów na godznę ) podczas jazdy mejskej górskej oraz neco wyższym zużycem palwa podczas jazdy autostradą (ok. 4,8% ) neco gorszym przyspeszenem. 46

9 Comparatve evaluaton of performance ndcators vehcles wth engnes powered by desel and bofuel B1 Abstract The artcle presents the most mportant nformaton concernng energetc evaluaton of desel fuel and bofuel B1 n vrtue of the tracton ndcators of vehcles equpped wth desel engnes. An mportant segment of ths evaluaton are road tests on vehcle dynamcs and control and operatonal fuel consumpton. Apart from physcochemcal propertes of mentoned fuels, engne nvestgaton was the basc tool for energy assessment basc physcochemcal propertes of Ekodesel Ultra B desel fuel and B1 bofuel. oad tests were conducted usng Correvt EEP- devce for vehcle movement parameters nvestgaton, measurements of fuel consumpton at stable speeds were corrected accordng to requrements of ules of UNECE no. 84. On the bass of conducted test t could be concluded that n comparson to the vehcle (A) fed wth Ekodesel Ultra desel fuel, the vehcle (B) fed wth the B1 bofuel was characterzed wth followng propertes smlar fuel consumpton at stable speeds (9 and 1 km/h) and durng urban and mountanous drvng and slghtly hgher fuel consumpton durng motorway drvng (by ca. 4.8 %) and slghtly poorer acceleraton performance. BIBLIOGAFIA 1. Ceślkowsk B., Jakóbec J., Montor the status of a malfuncton EG the TDC engnes powered Ekodesel Ultra desel ol and B1 fuel. COMBUSTION ENGINES, No /13, (153), PTNSS 13 SC 67, s Jakóbec J.: Estry metylowe kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego jako komponent olejów napędowych; II Mędzynarodowa Konferencja Naukowo Technczna BIOPALIWA 3 Uprawy technologa zastosowane; SGGW Warszawa 3 3. Jakóbec J; Barank M; Duda A., Wysoka jakość estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego to promocja transportu samochodowego. Archwum Motoryzacj Nr1/8, s Jakóbec J. Mazanek A., Magazynowane dystrybucja bopalw. Nowoczesny Warsztat Nr/8, s Jakóbec J.; Urzędowska W.; Mazanek A.; Lubowcz J.: Badana eksploatacyjne bopalwa B1 zawerającego 1% (V/V) FAME w nowoczesnych slnkach o zapłone samoczynnym z bezpośrednm, wysokocśnenowym wtryskem palwa w układze Common al, uwzględnając aspekt współdzałana z olejem slnkowym. Dokumentacja ING nepublkowana 8 6. Jung S. Ishda M., Yamamoto S., Uek H., Sakaguch D., Enhancement of NOx-PM trade off a desel engne adoptng bo-ethanol and EG. Intenatonal Journal of Automotve Technology, Vol. 11, No.5 pp , Komunkat Komsj Europa, Stratega na rzecz ntelgentnego zrównoważonego rozwoju sprzyjającego włączenu społecznemu. Bruksela 3.3.1, kom (1) wersja ostateczna. 8. Mazanek A., Badana porównawcze emsj toksycznych składnków gazów wylotowych z slnka o zapłone samoczynnym zaslanego ON B1. NAFTA-GAZ, 1/9, s Mazanek A., Ocena parametrów pracy aparatury wtryskowej typu Common al przy zaslanu palwam o różnej zawartośc bokomponentu. NAFTA-GAZ, 1/8, s Stank W; Jakóbec J., Proekologczny rozwój technolog slnków o zapłone samoczynnym. Autobusy Technka Eksploatacja Systemy Transportowe; Nr 7-8, s Yokomura H., Kohketsu S., Mor K., EG Systems In a Turbocharged and Intercooled Heavy- Duty Desel Engne Expanson of EG Area wth Ventur EG System. Techncal evew