Wpływ mieszanin paliwa F-34 z biokomponentami na osiągi silnika z zasobnikowym układem wtryskowym

Transkrypt

1 BIULETYN WAT VOL. LIX, NR 1, 21 Wpływ mieszanin paliwa F-34 z biokomponentami na osiągi silnika z zasobnikowym układem wtryskowym MIROSŁAW KARCZEWSKI, JERZY WALENTYNOWICZ Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, Instytut Pojazdów Mechanicznych i Transportu, -98 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2 Streszczenie. Problemy zasilania silników pojazdó w wojskowych narastają wraz ze wzrostem liczby pojazdów w armiach. Kolejnym problemem przy zasilaniu współczesnych silników spalinowych jest stosowanie dodatków biokomponentów, które zmieniają właściwości paliw podstawowych. Dlatego też konieczne jest podejmowanie działań prowadzących do przystosowywania silników z nowoczesnymi wysokociśnieniowymi układami wtryskowymi do zasilania paliwami pochodzącymi ze źródeł odnawialnych. Celem badań było określenie wpływu paliwa na parametry użyteczne i skład spalin silnika o zapłonie samoczynnym Renault G9T. Badania przeprowadzono zasilając silnik sześcioma rodzajami paliwa: paliwem podstawowym, jakim był olej napędowy, paliwem lotniczym o kodzie NATO F-34, mieszaninami paliw: F-34 i estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że parametry silnika Renault G9T z wysokociśnieniowym układem wtrysku zasilanego paliwem F-34 i mieszanin uległy częściowo zmianie w stosunku do podstawowego paliwa, jakim był olej napędowy. Słowa kluczowe: silnik spalinowy, układ zasilania, estry oleju rzepakowego, paliwo F-34 Symbole UKD: Wprowadzenie Paliwa ciekłe są najważniejszym źródłem energii na współczesnym polu walki. Dysponowanie paliwami decyduje o ruchliwości wojsk, efektywności wykorzystania uzbrojenia i innego sprzętu pomocniczego oraz o dostawach odpowiedniej ilości zaopatrzenia. Spełnienie rosnącego zapotrzebowania walczących wojsk na materiały pędne jest jednym z najtrudniejszych problemów logistycznego zabezpieczenia pola

2 24 M. Karczewski, J. Walentynowicz walki. Przewiduje się, że średniodobowe potrzeby materiałów pędnych i smarów liczone na jednego żołnierza mogą sięgać do 3 kg. Dostarczenie tak dużych ilości tych materiałów wojskom w warunkach oddziaływania przeciwnika na system komunikacyjny i infrastrukturę zaopatrzeniową jest problemem niezwykle skomplikowanym. Dlatego dąży się do ujednolicenia asortymentu paliwa w wojsku, a przykładem tego jest wprowadzanie w NATO jednolitego paliwa pola walki F-34. Jest to paliwo do silników tłokowych i turbinowych pojazdów mechanicznych oraz samolotów stacjonujących na lądzie. Wprowadzone paliwo oznaczone symbolem F-34/35 ma identyczną bazę jak paliwo lotnicze JP8, a jego właściwości końcowe wynikają z dodatków wprowadzanych przed wlaniem paliwa do zbiornika pojazdu. Stosowanie tego paliwa do pojazdów lądowych i samolotów stacjonujących na lądzie wynika z uproszczenia logistycznego łańcucha dostaw, wśród których paliwa stanowią około 4% całej masy ładunku dostarczonego walczącym wojskom. Obecnie paliwo F-34/35 (kod NATO) przyjęto jako jednolite paliwo pola walki do wszystkich silników o zapłonie samoczynnym państw NATO. Paliwo F-34 zostało przez wiele lat wszechstronnie przebadane w silnikach z tłoczkowymi, rzędowymi i rozdzielaczowymi pompami wtryskowymi [2]. Od czasu prac prowadzonych nad wdrożeniem tego paliwa zmienił się osprzęt silników i zamiast tłoczkowych pomp wtryskowych obecnie stosowane są systemy wtrysku wysokociśnieniowego Common Rail (CR) i w dużo mniejszym stopniu pompowtryskiwacze. W układach tych ciśnienie paliwa wynosi 14-2 MPa i takie ciśnienie jest utrzymywane przez większość czasu pracy. Zmienia to istotnie warunki termiczne paliwa przed wtryskiem do komory spalania, a jego temperatura jest dużo wyższa w porównaniu z temperaturą paliwa w pompie tłoczkowej. Układy wtryskowe CR są już powszechnie stosowane w silnikach samochodów osobowych dostawczych, ciężarowych, lokomotyw i jednostek pływających, a także wozów bojowych. Na przykład obecnie produkowane silniki MTU serii MT 88 są wyposażone w te układy, zamiast układów wtryskowych z pompami tłoczkowymi, które były zastosowane w początkowych wersjach. Mimo przyjęcia przez państwa NATO paliwa F-34 jako paliwa podstawowego, rozważana jest bardzo poważnie sytuacja, w której konieczne będzie uzupełnianie tego paliwa o produkty niepochodzące z przeróbki ropy naftowej. Już zastosowanie samego paliwa F-34 do silnika z układem CR może spowodować istotne zmiany parametrów pracy silnika na skutek różnicy wielkości charakteryzujących to paliwo (tab. 1). Rozpoznawcze badania własne silnika G9T z układem CR [7] wykazały wyraźne zmniejszenie jego maksymalnego momentu obrotowego w zakresie średniej prędkości obrotowej, obniżenie udziału tlenków azotu w spalinach oraz zwiększenie jednostkowego zużycia paliwa. W porównaniu z olejem napędowym paliwo F-34 charakteryzuje się: lepszymi własnościami niskotemperaturowymi, mniejszą lepkością, mniejszą liczbą cetanową, mniejszą wartością opałową. Zalety techniczne jednolitego paliwa: zgodność z pa-

3 Wpływ mieszanin paliwa F-34 z biokomponentami na osiągi silnika Tabela 1 Wybrane własności fizykochemiczne paliw stosowanych podczas badań [2, 9] Parametr Jednostka miary ON IZ-4 RME Paliwo F-34 Gęstość w temp. 15 C g/cm 3,831,881,84 Wartość opałowa MJ/kg 43,2 38,3 42,8 Temperatura zapłonu C Temp. zablokowania zimnego filtru C Lepkość kinematyczna w 4 C mm 2 /s 2,35 4,6 1,27 Zawartość siarki mg/kg Liczba cetanowa Przebieg destylacji: początek 5% koniec C liwem cywilnym do samolotów, których produkcja będzie musiała być zwiększana o 1% rocznie ze względu na wzrastające przewozy, mniejsza podatność paliwa na zanieczyszczenia biologiczne, dostępność na lotniskach całego świata, lepsze własności niskotemperaturowe. Wadą jednolitego paliwa jest wzrost zapotrzebowania na paliwa oparte na bazie kerozyny i spadek popytu na inne paliwa, co może spowodować wzrost ceny paliwa, a także spadek mocy silników ze względu na zmniejszenie masy dawki paliwa. Inne właściwości ma paliwo składające się z estrów metylowych oleju rzepakowego, które oprócz węgla i wodoru zawiera również tlen (ok. 12%). Zawartość tlenu oraz wiązania nienasycone sprzyjają lepszemu samozapłonowi oraz zupełnemu i całkowitemu spalaniu [1]. Tlen cząsteczkowy zawarty w paliwie wykazuje większą aktywność niż tlen cząsteczkowy zawarty w powietrzu, co powoduje wyższą liczbę cetanową tego paliwa. Lepsze rozpalenie i spalenie paliwa powoduje zmniejszenie zadymienia. Wadą estrów metylowych oleju rzepakowego jest duża zawartość wody oraz agresywne oddziaływanie na elementy gumowe i powłoki [6]. Paliwo to ma większą gęstość i lepkość, dlatego jego dodanie do standardowego paliwa F-34 powinno spowodować zbliżenie właściwości paliwa F-34 do oleju napędowego. 2. Cel i zakres pracy W literaturze omawiającej zagadnienia związane ze stosowaniem paliwa F-34 oraz estrów metylowych do zasilania silników o zapłonie samoczynnym praktycz-

4 242 M. Karczewski, J. Walentynowicz nie brak jest informacji na temat wpływu mieszanin tych paliw na pracę silnika z wysokociśnieniowym układem wtryskowym typu Common Rail. Dlatego podstawowym celem pracy było eksperymentalne sprawdzenie wpływu paliwa F-34 i mieszaniny paliwa F-34 z biokomponentami w postaci estrów oleju rzepakowego na osiągi silnika z wysokociśnieniowym wtryskiem paliwa. Obiektem badań był czterocylindrowy silnik o zapłonie samoczynnym Renault G9T, o mocy 95 kw przy n = 25 obr/min i o momencie 26 Nm przy 175 obr/min, stosowany do napędu samochodów dostawczych tej firmy. Jest to czterocylindrowy silnik z bezpośrednim wtryskiem paliwa do toroidalnej komory spalania, wyposażony w wysokociśnieniowy wtrysk paliwa z podłużnego zasobnika. Silnik jest doładowany za pomocą turbosprężarki i chłodzeniem powietrza doładowującego (rys. 1). Zestaw dwóch wentylatorów za chłodnicą powietrza umożliwiał sterowanie temperaturą powietrza w układzie dolotowym silnika. Rys. 1. Silnik G9T na stanowisku badawczym Silnik był wyposażony w układ zasilania typu Common Rail, produkcji firmy Bosch, składający się z następujących zespołów: sterownika EDC 15A53, pompy zasilającej EKP3, pompy wysokiego ciśnienia CR/CP1S3/L7/1-1S. Zakres badań obejmował pomiary parametrów użytecznych procesu spalania oraz składu spalin w zależności od prędkości obrotowej i obciążenia silnika. Badania przeprowadzono przy zasilaniu silnika następującymi rodzajami paliwa: olejem napędowym ON, paliwem F-34,

5 Wpływ mieszanin paliwa F-34 z biokomponentami na osiągi silnika mieszaninami paliwa F-34 i estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego (RME) oznaczonymi jako B-2, B-4, B-6 i B-8, gdzie liczba po literze B oznacza masowy udział estrów metylowych w mieszaninie. Badania zostały przeprowadzone w ustalonych stanach pracy silnika, zmieniając jego obciążenie przy prędkości: 1, 15, 2, 25, 3 i 35 obr/min. Mierzono parametry użyteczne pracy silnika, temperaturę cieczy chłodzącej, oleju, spalin przed i za turbosprężarką, przed i za zaworem układu recyrkulacji spalin, powietrza przed i za chłodnicą powietrza oraz w kolektorze dolotowym, ciśnienie powietrza przed i za chłodnicą powietrza, udziały w spalinach: CO 2, O 2, CO, HC, NO x oraz zadymienie spalin. 3. Wyniki badań Na podstawie analizy charakterystyk zewnętrznych silnika G9T zasilanego poszczególnymi paliwami należy stwierdzić, że największą moc użyteczną N e silnik osiąga dla oleju napędowego (rys. 2a). Zastosowanie paliwa F-34 spowodowało nieznaczny spadek mocy o około 1-2%. Dodanie estrów do paliwa F-34 wywołało dalszy spadek mocy o około 7-8%, w zależności od udziału procentowego a) b) 28, 26, 24, 22, 2, 18, 16, 14, 12, c) d) Ne [kw] 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, Ge [kg/h] 2, 18, 16, 14, 12, 1, 8, 6, 4, 2, ge [g/kwh] 3, 25, 2, Rys. 2. Zewnętrzne charakterystyki prędkościowe silnika Renault G9T: a) moment obrotowy; b) moc użyteczna; c) godzinowe zużycie paliwa; d) jednostkowe zużycie paliwa

6 244 M. Karczewski, J. Walentynowicz estrów. Przyczyną tego jest zwiększenie gęstości mieszaniny paliwa F-34 z RME oraz zmniejszenie jego wartości opałowej. Różnice w osiąganej mocy rosną wraz z prędkością obrotową osiąganą przez silnik. Najmniejsze godzinowe zużycie paliwa występuje dla oleju napędowego (rys. 2d), który jest paliwem podstawowym stosowanym dla badanego silnika, chociaż wartości dla paliwa F-34 są podobne. Zastosowanie estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych w mieszaninach powoduje wzrost zużycia godzinowego paliwa G e o około 3-5% w zależności od składu mieszaniny i zakresu prędkości obrotowej. Jest to spowodowane mniejszą wartością opałową mieszanin z estrami. Najniższą wartość jednostkowego zużycia paliwa G e zaobserwowano dla paliwa F-34 (podobne wartości dla ON, rys. 2c), wynosi ona 232,7 g/kwh (235,9 g/kwh) przy prędkości n = 15 obr/min. Dodanie estrów do paliwa F-34 powoduje wzrost jednostkowego zużycia paliwa i tak dla B-2 wynosi ono 252,7 g/kwh, a dla B-8 wynosi 253,1 g/kwh (wzrost do 1%). Większe jednostkowe zużycie paliwa spowodowane jest mniejszą wartością opałową i większą lepkością RME. Większa lepkość powoduje gorsze rozpylenie strugi paliwa, co pogarsza dokładność spalania mieszanki. Korzystny jest wpływ mieszanin paliwa F-34 z estrami oleju rzepakowego na zadymienie spalin (rys. 3a). Największe zadymienie zaobserwowano dla silnika zasilanego paliwem F-34 (podobne dla ON), następnie, pod wpływem zwiększania udziału estrów w mieszaninach, zadymienie jest blisko 2-3 razy mniejsze. Tendencja a) b) D [1/m] 1,,8,6,4,2, c) d) lambda 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1, T o 3 [C] Rys. 3. Zewnętrzne charakterystyki prędkościowe silnika Renault G9T: a) zadymienie spalin; b) temperatura spalin za sprężarką; c) współczynnik nadmiaru powietrza; d) udział tlenków azotu w spalinach NOx [ppm]

7 Wpływ mieszanin paliwa F-34 z biokomponentami na osiągi silnika taka utrzymuje się w całym zakresie prędkości obrotowej. Małe wartości zadymienia spalin silnika zasilanego RME stwarzają możliwość zmniejszenia stwierdzonej na tym paliwie większej emisji tlenków azotu dzięki zmniejszeniu kąta początku tłoczenia paliwa. Temperatura spalin na wyjściu silnika jest najwyższa dla ON i wynosi 622 C przy n = 15 obr/min (rys. 3b). Najniższą temperaturę spalin ma mieszanina B-8, która wynosi 592 C przy n = 15 obr/min. Widoczny jest również spadek temperatury spalin wraz ze wzrostem udziałów RME w paliwie. Najniższą wartość współczynnika nadmiaru powietrza, wyznaczonego na podstawie składu spalin, stwierdzono przy zasilaniu paliwem F-34 (rys. 3c). Dodanie estrów wyraźnie zwiększa współczynnik nadmiaru powietrza, w przypadku mieszaniny B-8 wzrost ten wynosi około 25%. Fakt ten spowodowany jest zawartością tlenu w cząsteczkach estrów metylowych wyższych kwasów oleju rzepakowego, a co za tym idzie mniejszym zapotrzebowaniem na tlen podczas spalania w silniku. Udział tlenków azotu w spalinach jest najniższy dla paliw F-34 i ON w całym zakresie prędkości obrotowej (rys. 4c). Przy zasilaniu mieszaninami z dodatkiem RME zaobserwować można wzrost emisji tlenków azotu o około 1-15%. Jest to spowodowane m.in. zawartością tlenu w estrach metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego. Dodatkowo paliwo to ma większą skłonność do samozapłonu (wyższa liczba cetanowa), co sprawia, że większa część paliwa zostanie spalona a) b) CO [ppm] c) d) THCx [ppm] , Rys. 4. Zewnętrzne charakterystyki prędkościowe silnika Renault G9T: a) udział tlenku węgla w spalinach; b) udział tlenu w spalinach; c) udział węglowodorów w spalinach; d) udział dwutlenku węgla w spalinach O [%] 2 1, 8, 6, 4, 2, CO [%] 2 13, 12,5 12, 11,5 11, 1,5 1, 9,5 9, 8,5 8,

8 246 M. Karczewski, J. Walentynowicz jeszcze w suwie sprężania. Powoduje to miejscowy wzrost temperatury wewnątrz cylindra, co z kolei sprzyja powstawaniu tlenków azotu w spalinach. Duża emisja tlenku węgla występuje przy małej prędkości obrotowej. Wzrost prędkości powoduje znaczne zmniejszenie zawartości tlenku węgla w spalinach. Największa jego emisja występuje przy zasilaniu olejem napędowym oraz paliwem F-34, dodanie estrów do paliwa powoduje obniżenie emisji CO o około 1-15% (rys. 4a) w zakresie dużej prędkości obrotowej. Dodatek RME wpływa korzystnie na emisję tlenku węgla w zakresie małej prędkości obrotowej. Dla prędkości większej od 15 obr/min udział CO w spalinach utrzymuje się praktycznie na stałym poziomie, niezależnie od zastosowanego paliwa. Zawartość tlenu w spalinach kształtuje się w sposób podobny jak współczynnik nadmiaru powietrza. Najniższa wartość występuje przy zasilaniu paliwem F-34 i ON, a największa przy zasilaniu mieszaniną B-8 (wzrost o około 2-25%) (rys. 4b). Udział węglowodorów w spalinach jest niższy do 5% przy zasilaniu silnika paliwem B8 w całym zakresie prędkości obrotowej (rys. 4c). Podobnie jak w przypadku tlenku węgla, niższy udział węglowodorów w spalinach przy zasilaniu silnika paliwem B8 jest wynikiem jego lepszego spalania oraz większej zawartości tlenu w mieszance paliwowo-powietrznej. Zawartość dwutlenku węgla kształtuje się w sposób odwrotny jak w przypadku tlenu. Najniższe wartości stwierdzić można dla F-34, a najwyższe (o około 6-1%) dla mieszanin z RME (rys. 4d). Przyrost temperatury paliwa wychodzącego z silnika znacznie się zmienia wraz z przyrostem prędkości obrotowej silnika i składem mieszanin. Przy prędkości n = 35 obr/min różnica pomiędzy temperaturą paliwa F-34 i paliwa B8 wynosi 3 C. Z charakterystyki przedstawionej na rysunku 5 wynika, że paliwo F-34 nagrzewa się najbardziej, powodują to jego najmniejsza lepkość i słabe własności smarnościowe. Nie można jednak określić jednoznacznie wpływu rodzaju paliwa na przyrost temperatury w układzie zasilania ze względu na brak dokładnej stabilizacji temperatury na wejściu do silnika. T1- T9 [ C] o Rys. 5. Wpływ prędkości obrotowej silnika na przyrost temperatury paliwa w układzie zasilania

9 Wpływ mieszanin paliwa F-34 z biokomponentami na osiągi silnika Charakterystyki obciążeniowe wykonano przy prędkości obrotowej n = 15 obr/ /min (odpowiada M o max ) i n = 3 obr/min (odpowiada N e max ). Najmniejsze jednostkowe zużycie paliwa w funkcji obciążenia występuje przy zasilaniu silnika paliwem F-34 oraz olejem napędowym. Przy prędkości 15 obr/min wynosi ono 225 g/kwh (dla ON 227,4 g/kwh) przy obciążeniu 18 Nm. Najmniejsze jednostkowe zużycie paliwa przy n = 3 obr/min wynosi 274,4 g/kwh przy 9 Nm. Dodanie estrów metylowych do paliwa F-34 powoduje wzrost jednostkowego zużycia paliwa. W zależności od zawartości estrów wzrost ten oscyluje pomiędzy 8-16% dla mieszaniny B8 (rys. 6a). Jest to spowodowane mniejszą wartością opałową przy większej gęstości RME. Przy mniejszym obciążeniu silnika, jednostkowe zużycie przy zasilaniu silnika F-34 i ON było mniejsze niż zużycie paliwa przy zasilaniu go mieszaninami RME. Zostało to prawdopodobnie spowodowane także niską temperaturą panującą wówczas w komorze spalania, co utrudniało odparowywanie kropel RME. Odwrotnie jest przy dużym obcią- a) b) ge [g/kwh] Ge [g k/h]] F-34 B c) d) D [1/m],7,6,5 F-34 B2 B-4 B T3[ oc] F-34 B2 B-4 B-6,4,3,2, Rys. 6. Charakterystyki obciążeniowe silnika Renault G9T, n = 15 obr/min: a) jednostkowe zużycie paliwa; b) godzinowe zużycie paliwa; c) zadymienie spalin; d) temperatura spalin przed turbosprężarką

10 248 M. Karczewski, J. Walentynowicz żeniu, gdyż spalanie jest wtedy intensyfikowane za pomocą dodatkowego tlenu zawartego w cząsteczkach estrów metylowych oleju rzepakowego. Wartości godzinowego zużycia paliwa kształtują się w sposób podobny do jednostkowego zużycia paliwa. Pomiary wykonano przy tych samych wartościach M o. Najniższe wartości odnotowano dla paliwa F-34 i ON 3,66 kg/h i 3,76 kg/h (dla n = 15 obr/min) oraz 7,77 kg/h i 8, kg/h (dla n = 3 obr/min). Godzinowe zużycie paliwa wzrasta o około 1-12% (rys. 6b) pod wpływem dodawania estrów do mieszaniny. Może to być spowodowane większą lepkością paliwa, co wiąże się z gorszym rozpyleniem, odparowaniem i spaleniem paliwa w silniku, a także jego mniejszą wartością opałową. Dodanie RME do paliwa F-34 spowodowało znaczne obniżenie zadymienia spalin, co bardzo korzystnie wpływa na właściwości ekologiczne silnika. Przy n = 15 obr/min zadymienie spalin jest dwukrotnie mniejsze (rys. 6c) niż przy zasilaniu silnika mieszaniną B8. Najniższą temperaturę spalin, przy małym obciążeniu 357 C (n = 15 obr/min), zanotowano przy spalaniu mieszaniny B8, a najwyższą dla oleju napędowego 367 C, co oznacza wzrost o 1 C (rys. 6d). Współczynnik nadmiaru powietrza przyjmuje najmniejsze wartości przy maksymalnym obciążeniu zarówno przy n = 15 obr/min jak i n = 3 obr/min. Mniejsze wartości uzyskano przy zasilaniu paliwem F-34 i ON, a największe przy zasilaniu mieszaniną B8 (wzrost o około 5%). Fakt ten spowodowany jest większą zawartością tlenu w estrach metylowych, a co za tym idzie mniejszym zapotrzebowaniem na tlen podczas spalania w komorze silnika. Najmniejszy udział tlenków azotu w spalinach występuje dla paliwa podstawowego, jakim jest ON i paliwa F-34 w całym zakresie obciążenia (rys. 7b). Przy zasilaniu mieszaninami z dodatkiem RME zaobserwować można wzrost emisji tlenków azotu o około 1-15%. Jest to spowodowane m.in. zawartością tlenu w estrach metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego. Dodatkowo paliwo to ma większą skłonność do samozapłonu (wyższa liczba cetanowa), co powoduje wcześniejszy zapłon paliwa. Wpływa to na wzrost chwilowej temperatury wewnątrz cylindra, co z kolei sprzyja powstawaniu tlenków azotu. Duża emisja tlenku węgla występuje przy małym i dużym obciążeniu silnika, zarówno dla prędkości n = 15 obr/min, jak i n = 3 obr/min. W zakresie średniego momentu obrotowego tlenek węgla utrzymuje się na niskim poziomie. Największa jego emisja występuje przy zasilaniu olejem napędowym oraz paliwem F-34, dodanie estrów do paliwa powoduje znaczne obniżenie emisji tlenku węgla przy prędkości n = 15 obr/min, około dwukrotnie (rys. 7c). Mniejszy udział tlenku węgla w spalinach przy zasilaniu silnika paliwem z udziałem biokomponentu świadczy o jego zupełniejszym spalaniu w stosunku do paliwa F-34 i ON. Najmniejsza zawartość tlenu w spalinach występuje podczas zasilania silnika olejem napędowym i przy n = 15 obr/min i momencie 9 Nm wynosi 8,46%, gdy

11 Wpływ mieszanin paliwa F-34 z biokomponentami na osiągi silnika a) b) lambda 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 F-34 B2 B-4 B c) d) COh [ppm] F-34 B NOx [ppm] Rys. 7. Charakterystyki obciążeniowe silnika Renault G9T, n = 15 obr/min: a) współczynnik nadmiaru powietrza; b) udział tlenków azotu w spalinach; c) udział tlenku węgla w spalinach; d) udział tlenu w spalinach O [%] F-34 B2 B-4 B-6 F-34 B2 B-4 B przy zasilaniu mieszaniną B8 wynosi 9,57% (wzrost o 13%) (rys. 7d). Największa emisja tlenu podczas procesu spalania, występująca w mieszaninach z dodatkiem RME, spowodowana jest dużą zawartością tlenu w cząsteczkach oleju rzepakowego. Udział węglowodorów w spalinach jest mniejszy o 5-6% przy zasilaniu silnika mieszaninami z RME w stosunku do zasilania paliwem F-34 (dla n = 15 obr/min i n = 3 obr/min) w całym zakresie obciążeń. Podobnie jak w przypadku tlenku węgla, mniejszy udział węglowodorów w spalinach przy zasilaniu silnika paliwem z dodatkiem estrów jest wynikiem jego lepszego spalania. 4. Podsumowanie 1. Przeprowadzone badania wykazały istotny wpływ rodzaju paliwa na właściwości eksploatacyjne silnika Renault G9T z wysokociśnieniowym układem wtrysku,

12 25 M. Karczewski, J. Walentynowicz zasilanego mieszaninami paliwa F-34 z estrami metylowymi wyższych kwasów tłuszczowych. 2. Odnotowano spadek mocy o około 8% podczas zasilania mieszaninami F-34 z dodatkiem RME w stosunku do ON, który jest paliwem podstawowym dla tego typu silników. 3. Jednostkowe zużycie paliwa jest o około 16% większe dla paliwa z dodatkiem estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych, zwłaszcza w zakresie dużej prędkości obrotowej i dużego obciążenia silnika na skutek mniejszej wartości opałowej RME w stosunku do zasilania silnika ON. 4. Dodanie RME do paliwa F-34 spowodowało niemal trzykrotne zmniejszenie zadymienia spalin w stosunku do zasilania silnika ON. 5. Stwierdzono wzrost współczynnika nadmiaru powietrza o około 25%, spowodowanego większą zawartością tlenu w cząsteczkach estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego. 6. Udział tlenków azotu w spalinach zwiększył się o około 1-15% przy zasilaniu silnika mieszaninami B6 i B8, spowodowane jest to większą skłonnością do samozapłonu tych paliw na skutek większej liczby cetanowej. 7. Celowe jest prowadzenie dalszych badań nad zastosowaniem paliw z udziałem RME, gdyż właściwości takich mieszanin zmieniają się w sposób korzystny. Należałoby zbadać także właściwości niskotemperaturowe tych mieszanin. Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach jako projekt badawczy. Artykuł wpłynął do redakcji r. Zweryfikowaną wersję po recenzji otrzymano w październiku 29 r. LITERATURA [1] A. Ambrozik, S. Kruczyński, J. Jakubiec, S. Orliński, Wpływ zasilania silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym paliwem mineralnym i roślinnym na proces wtrysku oraz rozpad strugi paliwa, Journal of KONES Powertrain and Transport. European Science Society of Powertrain and Transport Publications, 13, 3, Warsaw, 26. [2] K. Baczewski, T. Kałdoński, J. Walentynowicz, Sprawozdanie z realizacji pracy n-b Opracowanie koncepcji wdrożenia jednolitego paliwa do lotniczych silników turbinowych i silników wysokoprężnych, WAT, Warszawa, 21. [3] K. Baczewski, T. Kałdoński, Paliwa do silników o zapłonie samoczynnym, WKŁ, Warszawa, 24. [4] F. Boecking, U. Dohle, J. Hammer, S. Kampmann, PKw-Common-Rail-Systeme für künftige Emissionsanforderungen, MTZ, 7-8, 25. [5] K. Daisuke, I. Hajime, G. Yuichi, N. Akira, A. Yuzo, Application of Biodiesel Fuel to Modern Diesel Engine, SAE Technical Papers, [6] U. Horn, R. Egnell, B. Johansson, O. Andersson, Detailed Heat Release Analyses With Regard To Combustion of RME and Oxygenated Fuels in an HSDI Diesel Engine, SAE Technical Papers,

13 Wpływ mieszanin paliwa F-34 z biokomponentami na osiągi silnika [7] M. Karczewski, M. Wilk, Problemy zasilania silnika G9T paliwem F-34 oraz jego mieszaninami z biokomponentem, Międzynarodowa Konferencja Motoryzacyjna, Motoryzacja w dobie zrównoważonego rozwoju świata, Szczawnica, [8] A. Mayer, J. Czerwiński, M. Wyser, P. Mattrel, A. Heitzer, Impact of RME/Diesel Blends on Particle Formation, Particle Filtration and PAH Emissions, SAE Technical Papers, [9] Z. Szlachta, Zasilanie silników wysokoprężnych paliwami rzepakowymi, WKŁ, Warszawa, 22. [1] J. Walentynowicz, M. Karczewski, M. Rajewski, L. Szczęch, Dobór paliw zastępczych do silników pojazdów wojskowych, Raport z realizacji pracy badawczej, WAT, Warszawa, 2. M. KARCZEWSKI, J. WALENTYNOWICZ Influence of mixtures of fuel F-34 including biocomponents on parameters of an engine with high pressure injection system Abstract. The problems of power supply of engines of military vehicles are growing with increasing number of vehicles. Application of biocomponent additions which change properties of basic fuels is another problem of fuelling the present combustion engines. Thus, it is necessary to adapt engines to supply them with fuels from renewable sources. The assessment of influence of a kind of fuel supplying a diesel engine Renault G9T on its useful parameters and exhaust gas composition was the aim of investigations. The investigations were made while the engine was fed with six kinds of fuel: diesel fuel as a basic fuel, single fuel of NATO code F-34, mixture of fuels: F-34 and methyl esters of higher acids rape oil of rapeseed. As a result of investigations it was stated that the parameters of Renault G9T engine with high pressure injection system supplied with F-34 fuel and fuels mixture were partly changed in relation to basic fuel, i.e., diesel oil. Keywords: combustion engine, fuel system, F-34 fuel, rape methyl ester Universal Decimal Classification:

14