The potential of current European light duty LPG-fuelled vehicles to meet Euro 6 requirements



Podobne dokumenty
Biogas buses of Scania

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

Wpływ stylu jazdy kierowców na niepewność pomiarów emisji spalin na hamowni podwoziowej

WYMOGI NORMY EMISJI SPALIN EURO 5 W ODNIESIENIU DO POJAZDÓW ZASILANYCH LPG

Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

OCENA WPŁYWU WSPÓŁCZYNNIKA ROZCIEŃCZENIA SPALIN NA NIEPEWNOŚĆ WYNIKÓW POMIARÓW EMISJI SPALIN NA HAMOWNI PODWOZIOWEJ

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

2. OPIS OBIEKTU BADAŃ ORAZ WARUNKÓW TECHNICZNYCH BADAŃ

Wpływ motoryzacji na jakość powietrza

Piotr Ignaciuk *, Leszek Gil **, Stefan Liśćak ***

PROGRAM WDROŻENIA PALIW ALETERNATYWNYCH w MZK SŁUPSKS

NAFTA-GAZ, ROK LXX, Nr 8 / 2014

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Aplikacyjne metody badań jednostek napędowych pojazdów samochodowych i pozadrogowych sektora rolnego

Emisja substancji zanieczyszczajcych z pojazdów wg Regulaminów Europejskiej Komisji Gospodarczej Organizacji Narodów Zjednoczonych (EKG ONZ) oraz

WPŁYW TEMPERATURY ROZRUCHU SILNIKA NA CZAS PRACY BEZ UWZGLĘDNIENIA W STEROWANIU SYGNAŁU Z CZUJNIKA STĘŻENIA TLENU

Mgr inŝ. Wojciech Kamela Mgr inŝ. Marcin Wojs

Analiza nieprzeźroczystości spalin podczas badań emisji związków szkodliwych spalin na hamowni podwoziowej

1. Wprowadzenie. 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych. 3. Paliwa stosowane do zasilania silników

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

Analiza emisji oraz wskaźników pracy autobusu miejskiego zasilanego CNG w rzeczywistych warunkach eksploatacji

Jednostkowe stawki opłaty za gazy lub pyły wprowadzane do powietrza z procesów spalania paliw w silnikach spalinowych 1)

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

BADANIA POJAZDU EURO 5 PRZY PEŁNYM OBCIĄŻENIU SILNIKA

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

CHARAKTERYSTYKA PRACY SILNIKA BENZYNOWEGO ZASILANEGO E85

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Niskoemisyjne, alternatywne paliwa w transporcie. Sławomir Nestorowicz Pełnomocnik Dyrektora ds. Paliw Metanowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Perspektywy wykorzystania CNG w polskim transporcie

Pojazdy Mercedes-Benz z napędem gazowym

WPŁYW PODAWANIA WODORU NA POZIOM ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA SAMOCHODOWEGO

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

Symulacja emisyjności silnika diesla dla testu "NEDC" z wykorzystaniem środowiska MATLAB

Comparison of the environmental effect of M1 category vehicles fed with traditional and alternative fuels

Engine testing during cold start and warming up phase with use of heat storage

Logistyka - nauka. Wpływ zastosowania paliwa z dodatkiem etanolu do zasilania silników spalinowych na skład spalin

The effect of mileage of the vehicle fueled with natural gas on the vehicle s ecological indices

DIESEL DUAL FUEL rozwiązanie dla czystego i taniego transportu

Rozwój krajowego rynku CNG na tle państw UE: szanse i zagrożenia

FUNCTIONAL AGRIMOTOR TESTING SUPPLIED BY THE VEGETABLE ORIGIN FUELS BADANIE FUNKCJONALNE SILNIKA ROLNICZEGO ZASILANEGO PALIWAMI POCHODZENIA ROŚLINNEGO

Analiza wpływu rodzaju instalacji gazowej LPG stosowanych do zasilania silników ZI na emisję substancji szkodliwych

NVG w Świecie i w Polsce

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

Badania porównawcze emisji toksycznych składników gazów wylotowych z silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego ON i B10

Wydział Mechaniczny. INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN tel.

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

WPŁYW SKŁADU MIESZANKI NA EMISJĘ SZKODLIWYCH SKŁADNIKÓW SPALIN PODCZAS ZASILANIA SILNIKA GAZEM ZIEMNYM

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

Opracował: Marcin Bąk

Transport I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) studia niestacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

Korelacja wyników nieprzeźroczystości spalin i emisji cząstek stałych PM w spalinach pojazdów z silnikami o zapłonie samoczynnym

Investigations of the fuel supply system of stationary combustion engine fed with natural gas

Rating occurrence of knock combustion in a dual fuel CI engine powered by addition of biogas

(Akty o charakterze nieustawodawczym) ROZPORZĄDZENIA

ZASTOSOWANIE GAZU ZIEMNEGO JAKO PALIWA DO ZASILANIA SILNIKÓW W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH

Euro Oil & Fuel. Biokomponenty w paliwach do silników Diesla. wplyw na emisje i starzenie oleju silnikowego. Bio-components in Diesel fuels impact

Wymagania gazu ziemnego stosowanego jako paliwo. do pojazdów

Ocena emisji składników spalin silnika wysokoprężnego zasilanego mieszaninami oleju napędowego z estrami metylowymi oleju rzepakowego

ZNACZENIE I MONITOROWANIE JAKOŚCI PALIW

Jacek Nowakowski Gas Business Development Manager

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

Kierunki i dobre praktyki wykorzystania biogazu

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

BADANIA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ I ZUŻYCIA PALIWA W TESTACH SYMULUJĄCYCH RZECZYWISTE WARUNKI UŻYTKOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO

EMISSION PROBLEMS OF THE CAR ENGINES FUELLED WITH LPG, CNG.

SŁAWOMIR LUFT, TOMASZ SKRZEK *

WŁAŚCIWOŚCI GAZU ZIEMNEGO JAKO PALIWA DO ZASILANIA TŁOKOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

Spełnienie wymagań EURO4 i EURO5 przez autobusy na ON i CNG analiza porównawcza, na przykładzie wybranej floty pojazdów

ROZPORZĄDZENIE KOMISJI (UE) NR

Badanie właściwości ekologicznych silnika samochodowego o zapłonie iskrowym zasilanego mieszanką propan-butan

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

Warszawa, dnia 30 czerwca 2017 r. Poz ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ENERGII 1) z dnia 12 czerwca 2017 r.

The analysis of efficiency vehicle s after treatments systems on the basis of annual technical inspection

Modern experimental set-up for investigations into strategies for the control and fuelling of spark ignition engines

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechanika i Budowa Maszyn Studia drugiego stopnia specjalność Samochody i Ciągniki

The potential of current european light duty CNG-fuelled vehicles to meet Euro 6 requirements

WPŁYW PRĘDKOŚCI POJAZDÓW NA WIELKOŚĆ EMISJI SPALIN NA MIEJSKIM ODCINKU DROGOWYM

Badania nad silnikami cieplnymi wewnętrznego spalania pracującymi na mieszance paliwowo-powietrznej wzbogaconej w tlen

BADANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W STATKACH POWIETRZNYCH

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

MAN Truck & Bus Ekologicznie i ekonomicznie w przyszłość. Napędy alternatywne, CNG, biogaz,hybryda

LOGITRANS - VII KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA LOGISTYKA, SYSTEMY TRANSPORTOWE, BEZPIECZEŃSTWO W TRANSPORCIE

Koszty zużycia energii i emisji zanieczyszczeń wynikające z użytkowania pojazdów transportu drogowego

Wykorzystanie LNG do zasilania pojazdów mechanicznych. Rafał Gralak

OCENA EMISJI SPALIN POJAZDÓW KATEGORII EURO 6 W TESTACH DROGOWYCH

UCHWAŁA Nr RADY MIEJSKIEJ W ŁODZI z dnia

Analiza trendów rozwojowych dotyczących zastosowania paliw gazowych w energetyce i motoryzacji

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

Silnik dwupaliwowy instalacja gazowa sekwencyjnego wtrysku gazu, a diagnostyka silnika benzynowego

PRAWNE ORAZ TECHNOLOGICZNE ASPEKTY ZASILANIA POJAZDÓW PALIWEM E85

Wpływ dodatku Panther na toksyczność spalin silnika ZI

Ocena emisji zanieczyszczeń z pojazdów w rzeczywistych warunkach ruchu

The investigations into the influence of ethanol additive to Jet A-1 fuel on the exhaust emissions from a GTM-120 turbine engine

Transkrypt:

Article citation info: BIELACZYC P. et al. The potential of current European light duty -fuelled vehicles to meet Euro 6 requirements. Combustion Engines. 215, 162(3), 874-88. ISSN 23-9896. Piotr BIELACZYC Andrzej SZCZOTKA Piotr PAJDOWSKI Joseph WOODBURN PTNSS 215 3477 The potential of current European light duty -fuelled vehicles to meet Euro 6 requirements This paper presents an analysis of THC, NMHC, CO, NO x and CO 2 emissions during testing of a vehicle on a chassis dynamometer, fuelled with, in the context of the new Euro 6 emissions requirements. The analyses were performed on a Euro 6 bi-fuel vehicle with an SI engine equipped with an MPI feeding system operating in closed-loop control, a typical three-way-catalyst, and a heated oxygen sensor. The vehicle had been adapted by its manufacturer for fuelling with by using additional special equipment mounted onto the existing petrol fuelling system. The vehicle tested featured a multipoint gas injection system. The tests subject to the analyses presented here were performed in the Engine Research Department of BOSMAL Automotive Research and Development Institute Ltd in Bielsko-Biala, Poland, within a research programme investigating the influence of alternative fuels on exhaust emissions from light duty vehicle vehicles with spark-ignition and compression-ignition engines. Key words: light duty vehicle, alternative fuels,, SI engine, exhaust emissions, Euro 6 Możliwości spełnienia norm emisji Euro 6 przez obecnie produkowane europejskie lekkie pojazdy samochodowe zasilane Tematem niniejszego artykułu jest analiza emisji THC, NMHC, CO, NO x i CO 2 podczas testów pojazdu zasilanego paliwem na hamowni podwoziowej w aspekcie spełnienia nowych standardów emisji spalin Euro 6. Próby przeprowadzono z wykorzystaniem pojazdu spełniającego limity normy Euro 6, wyposażonego w silnik o zapłonie iskrowym z wielopunktowym wtryskiem paliwa sterowanym ze sprzężeniem zwrotnym na podstawie sygnału z sondy lambda, typowym trójfunkcyjnym reaktorem katalitycznym i podgrzewanym czujnikiem zawartości tlenu w spalinach. Samochód używany w badaniach był dostosowany fabrycznie przez jego producenta do zasilania paliwem gazowym przez użycie dodatkowego osprzętu, oprócz istniejącego systemu zasilania benzyną. Badane samochody wyposażone były w system wielopunktowego wtrysku najnowszej generacji. Badania i analizy przeprowadzono w Zakładzie Badań Silników Instytutu Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL w Bielsku-Białej, w ramach programu badań mających na celu określenie wpływu zastosowania paliw alternatywnych na możliwość obniżenia poziomu emisji związków szkodliwych spalin z pojazdów samochodowych z silnikami o zapłonie iskrowym (ZI) i samoczynnym (ZS). Słowa kluczowe: lekki pojazd samochodowy, paliwa alternatywne,, silnik ZI, emisja spalin, Euro 6 1. Wprowadzenie Przyczyny coraz szerszego zastosowania w transporcie samochodowym paliw odnawialnych, a w tym również paliw gazowych, wynikają głównie z rosnących cen ropy naftowej, wprowadzanych globalnie ograniczeń w emisji gazów cieplarnianych oraz zapewnienia niezależności i pewności dostaw paliw dla transportu w przyszłości. Unia Europejska jest w dużym stopniu uzależniona od importu ropy naftowej do produkcji paliw dla transportu. Aż 94% całkowitej energii zużytej w 21 roku przez środki transportu pochodziło w UE z paliw ropopochodnych [11, 16]. Unia Europejska przyjęła strategię częściowego zastępowania paliw ropopochodnych przez paliwa alternatywne do roku 23 [11]. Zasilanie silników spalinowych, a szczególnie silników samochodowych paliwami gazowymi stosowane jest od początków motoryzacji. Paliwa te były i wciąż są traktowane jednak jako paliwa alternatywne. Do zasilania silników spalinowych mogą być stosowane następujące rodzaje paliw gazowych: skroplona mieszanina gazów propanu-butanu (), lub prawie czysty propan, który jest stosowany w USA, gaz ziemny (metan lub gaz wysokometanowy) w stanie sprężonym (CNG) lub skroplonym (LNG), 874

Emisja CO, THC, NMHC, NOx, PM [g/km], PN [#/km x 1 12 ] biogaz (gaz fermentacyjny), zawierający głównie metan i tlenek węgla (CO), otrzymywany wskutek rozkładu związków organicznych, syngaz (gaz syntezowy gaz wodny), który jest mieszaniną tlenku węgla (CO) i wodoru (H 2 ), może zawierać też znaczne ilości azotu. wodór (H 2 ), znajdujący się jeszcze w fazie eksperymentalnych badań w zastosowaniu do silników spalinowych i ogniw paliwowych [1, 3, 7]. Zwiększające się skażenie środowiska, wyczerpywanie się zapasów paliw kopalnych, wysokie ceny paliw konwencjonalnych oraz potrzeba obniżenia antropogenicznej emisji CO 2 przyczyniły się w ostatnich latach do stosowania na coraz większą skalę paliw alternatywnych do zasilania silników samochodowych. Paliwa alternatywne takie jak skroplony gaz propan (C 3 H 8 )-butan (C 4 H 1 ) i gaz ziemny metan (NG), o zbliżonej wartości opałowej do benzyny (wartość opałowa: ~ 46 MJ/kg; NG ~ 49 MJ/kg; ~ 42 MJ/kg), pomimo wyższej ceny pojazdu z instalacją zasilania paliwem gazowym (w Europie średnio o około 1%), mogą w znaczny sposób obniżyć koszty eksploatacji samochodów (z uwagi na niższe obciążenie podatkiem akcyzowym tych paliw w większości krajów europejskich w porównaniu do paliw konwencjonalnych), przy równoczesnym obniżeniu emisji niektórych substancji szkodliwych [2, 3, 5, 13]. jako paliwo samochodowe stosowane jest zarówno w wielu krajach europejskich jak i w Azji (Korea Południowa, Indie) [9, 14], zainteresowanie tym paliwem zwiększa się również w USA (na rynku tym składa się ono głównie z propanu [14]), a nawet w Australii [12, 15]. jest powszechnie używane w Europie jako paliwo samochodowe około 9 mln samochodów jest przystosowanych do zasilania tym paliwem. Paliwo ma około 3% udział we wszystkich paliwach użytych w transporcie samochodowym w 213 r. [11]. Silniki o zapłonie iskrowym zasilane paliwami lub NG emitują mniej szkodliwych składników spalin do środowiska, ponieważ nie zawierają one benzenu i wielu węglowodorów aromatycznych (charakterystycznych dla benzyn bezołowiowych), a także mniej związków siarki. Charakteryzują się niższą emisją dwutlenku węgla i cząstek stałych (PM). Poziom emisji tlenku węgla (CO), węglowodorów (HC) i tlenków azotu (NO x ) z samochodów zasilanych paliwem gazowym lub NG w dużym stopniu zależy od rodzaju zastosowanego w samochodzie układu zasilania oraz od jego regulacji. może być również stosowane jako paliwo do silników typu HD i silników dual-fuel zasilanych mieszaniną oleju napędowego i [1]. Negatywną cechą zasilania silnika ZI wyposażonego w reaktor katalityczny paliwem może być podwyższona emisja amoniaku NH 3 [6]. Innym ważnym czynnikiem, który wpływa na zwiększenie zainteresowania paliwami alternatywnymi, w tym CNG i, jest powszechny nacisk, szczególnie w krajach rozwiniętych, ale także w Chinach i Indiach, na redukcję globalnej emisji gazów cieplarnianych (GHG), przede wszystkim emisji CO 2. Nowe europejskie wymagania dotyczące limitów emisji związków szkodliwych spalin dla samochodów osobowych i lekkich pojazdów użytkowych określane jako Euro 6 zostały wprowadzone w 214 r. dla nowo homologowanych pojazdów i od 1 września 215 r. będą dotyczyły wszystkich nowych pojazdów (rys. 1). Dla samochodów osobowych i lekkich pojazdów dostawczych limity gazowych związków szkodliwych są takie same w normie Euro 6 jak w Euro 5; wprowadzono dodatkowo limit na liczbę cząstek stałych dla samochodów z bezpośrednim wtryskiem paliwa oraz zwiększono wymaganie w zakresie spełniania norm emisji ze 16 km dla normy Euro 5 i do 2 km dla normy Euro 6. 2,5 2, 1,5 1,,5, 2,3,2 (* 1 ) PM, PN - samochody z silnikami ZI z bezpośrednim wtryskiem benzyny (* 2 ) PN - na życzenie producenta, nowo produkowane samochody (do trzech lat od homologacji) mogą mieć podwyższony limit do 6 x 1 12 CO THC NMHC NOx PM PN 1, 1, 1,,15,1,8 6 x111(*1,2),6,6,1,5 ( * 1),1,45 ( * 1),68 (,45),68 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6b/c Rys. 1. Zmiany europejskich limitów emisji związków szkodliwych spalin dla samochodów osobowych z silnikami o zapłonie iskrowym (ZI) 2. Metodyka badań emisji związków szkodliwych na hamowni podwoziowej Emisję związków szkodliwych spalin w pojazdach samochodowych bada się w specjalnych laboratoriach (rys. 2 3, rys. A1) na hamowni podwoziowej (rolkowym stanowisku dynamometrycznym), odwzorowującej rzeczywiste opory ruchu (toczenia i aerodynamiczne) oraz bezwładność pojazdu. Hamownia podwoziowa jest urządzeniem, które imituje warunki ruchu na drodze rzeczywistej dla układu napędowego badanego pojazdu w warunkach laboratoryjnych. Próbka mieszaniny spalin z powietrzem (w celu określenia emisji CO, THC, NMHC, NO x i CO 2 ), w ilości proporcjonalnej do strumienia tej mieszaniny, jest w sposób ciągły pobierana i gromadzona w worku pomiarowym, w czasie realizacji na hamowni podwoziowej ustalonego cyklu jezdnego. Ponadto dla samochodów z silnikami ZS oraz ZI z bezpośrednim wtryskiem benzyny pobiera się podczas testu próbkę cząstek stałych na filtrach pomiarowych dla określenia masowej emisji cząstek stałych PM oraz mierzy się liczbę cząstek stałych (PN) za pomocą licznika 875

cząstek stałych, pobierającego próbkę spalin na końcu tunelu rozcieńczającego [4,5]. Rys. 2. Laboratorium Badania Emisji Spalin z hamownią podwoziową typu 4WD w Instytucie Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Analiza emisji spalin z pojazdu dwupaliwowego z silnikiem ZI zasilanego i benzyną podczas cyklu jezdnego przeprowadzona była na hamowni podwoziowej w laboratorium badania emisji spalin Instytutu Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL w Bielsku-Białej. Badania prowadzono w ramach programu badawczego oceniającego wpływ zastosowania alternatywnych paliw silnikowych na możliwość ograniczenia emisji związków szkodliwych spalin z pojazdów samochodowych z silnikami ZI i ZS. Celem tych badań było określenie wpływu użycia paliwa na poziom emisji spalin w aspekcie nowych limitów emisji związków szkodliwych zawartych w normach Euro 6, które obowiązują obecnie we wszystkich krajach Unii Europejskiej. Badania prowadzono na samochodzie osobowym europejskiej produkcji, spełniającym wymagania norm emisji Euro 6 przystosowanym do zasilania dwupaliwowego ( ), napędzanym silnikiem ZI, zasilanym zarówno z benzynowego wielopunktowego układu wtryskowego, jak i z wielopunktowego, sekwencyjnego układu wtrysku. Główne dane samochodu zamieszczono w tabeli 1. Tabela 1. Dane samochodu wykorzystanego do badań Typ samochodu. PC Typ silnika ZI MPI Paliwo Poj. silnika [dm 3 ] Poziom emisji 1.2 Euro 6 Rys. 3. Laboratorium Emisji Spalin w Instytucie Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL komora klimatyczna W Europie badania emisji związków szkodliwych w spalinach dla pojazdów typu PC (samochody osobowe) kategorii M1 i LDV (lekkie samochody użytkowe o masie maksymalnej do 3,5 t) kategorii N1 wykonuje się obecnie na hamowni podwoziowej realizując testy jezdne według testu ( + ) (rys. 4), odpowiadającego typowym warunkom ruchu w dużych miastach (cykl ) oraz w ruchu poza miejskim (cykl ). Prędkość jazdy [km/h] 14 12 1 8 6 4 2 Faza miejska (Urban Driving Cycle) V śr = 18,7 km/h Bieg jałowy = 3,8% 2 4 6 8 1 12 Czas [s] Faza pozamiejska (Extra Urban Driving Cycle) V śr = 62,6 km/h Bieg jałowy = 1,% Rys. 4. Nowy europejski cykl jezdny () Badany pojazd był przystosowany fabrycznie do zasilania. Silnik zawsze był uruchamiany z wykorzystaniem benzyny i po paru sekundach automatycznie przełączany na pracę przy zasilaniu (jeśli pojazd był w trybie pracy na ). Układ wylotowy w testowym pojeździe składał się z trójfunkcyjnego reaktora katalitycznego (TWC) przystosowanego dla pojazdów dwupaliwowych (zasilanych benzyną i ). 3. Analiza wyników badań własnych Seria testów badawczych emisji prowadzonych w cyklu z wykorzystaniem opisanego wyżej pojazdu, zasilanego kolejno benzyną i gazem, została przeprowadzona na hamowni podwoziowej laboratorium badania emisji spalin instytutu BOS- MAL. Testy zrealizowano w celu określenia wpływu zasilania pojazdu na emisję spalin w kontekście limitów Euro 6, a także dla porównania ze standardową benzyną. Na rysunkach 5 9 przedstawiono emisję (w g/km) THC, NMHC, CO, NO x i CO 2 dla obu faz, tj. i oraz dla kompletnego cyklu ( + ) dla pojazdu zasilanego zarówno gazem, jak i benzyną. 876

Emisja NO x [mg/km] Emisja NMHC [mg/km] Emisja THC [mg/km] Emisja CO [mg/km] 9 6 8 7 6 5 4 5 4 3 2 1 Rys. 5. Emisja THC w trakcie faz i, a także całego cyklu jezdnego dla pojazdu zasilanego alternatywnie i benzyną 3 2 1 Rys. 7. Emisja CO w trakcie faz i, a także całego cyklu jezdnego dla pojazdu zasilanego alternatywnie i benzyną 9 8 7 6 5 4 W przypadku emisji tlenku węgla (rys. 7) stwierdzono, że emisja ta w całym teście była o około 55% niższa dla silnika samochodu zasilanego niż dla silnika zasilanego benzyną, co wynika z lepszego mieszania się paliwa gazowego z powietrzem. 3 45 2 1 Rys. 6. Emisja NMHC w trakcie faz i, a także całego cyklu jezdnego dla pojazdu zasilanego alternatywnie i benzyną 4 35 3 25 2 15 Tlenek węgla (CO) i niespalone węglowodory (THC) są związkami gazów spalinowych, które mogą być efektywnie usunięte (utlenione) przez trójfunkcyjny reaktor katalityczny. Efektywność reaktorów TWC po osiągnięciu ich temperatury pracy jest wysoka i wynosi około 98 99%. Jednakże istnieje problem związany z wysoką emisją CO i THC podczas rozruchu zimnego silnika i w czasie jego nagrzewania się (podczas pierwszej fazy testu, czyli fazy ) [6]. Oznacza to, iż emisja THC i NMHC podczas cyklu ( + ) zależy od poziomu emisji podczas fazy (rys. 5 i 6). Dla obu testowanych paliw faza charakteryzowała się emisją THC i NMHC na bardzo niskim poziomie, potwierdzając wysoką efektywność usuwania przez reaktor katalityczny węglowodorów po osiągnięciu właściwej temperatury pracy. Podczas fazy i całego cyklu emisja THC i NMHC była o około 2% niższa dla silnika samochodu zasilanego niż dla silnika zasilanego benzyną. 1 5 Rys. 8. Emisja NO x w trakcie faz i, a także całego cyklu jezdnego dla pojazdu zasilanego alternatywnie i benzyną Emisja tlenków azotu (rys. 8) w całym teście była dwukrotnie wyższa dla silnika samochodu zasilanego niż dla silnika zasilanego benzyną. Różnica ta wynika z wyższej emisji NO x w fazie, gdyż w fazie emisja ta była zbliżona dla obu paliw. Zasilanie silnika ZI paliwem wymaga bardzo dokładnej regulacji stosunku paliwa do powietrza, bo to ma wpływ na redukcję NO x przez reaktor katalityczny [18], w celu dalszego obniżenia tej emisji byłoby również wskazane zastosowanie w badanym samochodzie bardziej wydajnego reaktora TWC. Z kolei emisja dwutlenku węgla (rys. 9) zarówno w całym teście, jak i w poszczególnych fazach była o około 12% mniejsza dla silnika samochodu zasilanego niż dla silnika zasilanego benzyną. Różnica ta wynika z mniejszej zawartości węgla (C) w cząsteczkach propanu (,82) i butanu (,83) niż w benzynie (,87). 877

Emisja CO 2 [g/km] 225 18 135 9 45 Rys. 9. Emisja CO 2 w trakcie faz i, a także całego cyklu jezdnego dla pojazdu zasilanego alternatywnie i benzyną 4. Wnioski i podsumowanie Głównym celem niniejszego artykułu było określenie wpływu zastosowania paliwa gazowego na emisję szkodliwych składników spalin silnikowych w aspekcie nowych przepisów emisyjnych Euro 6. Analizę przeprowadzono z wykorzystaniem samochodu osobowego zasilanego, spełniającego wymagania normy Euro 6, odnosząc uzyskane wyniki badań do poziomu emisji pojazdu zasilanego alternatywnie benzyną. Na podstawie przeprowadzonej analizy wyników uzyskanych podczas cyklu stwierdzono, iż testowy pojazd z wielopunktowym wtryskiem gazu i dodatkowym układem sterującym ECU spełnia limity emisji zawarte w normie Euro 6, bez dalszych modyfikacji, w szczególności: 1. Emisja THC, NMHC, CO i NO x spełnia limity normy Euro 6 dla kategorii lekkich pojazdów samochodowych. 2. Emisja THC i NMHC podczas cyklu była większa dla pojazdu napędzanego benzyną niż dla pojazdu zasilanego jednak ten wzrost był niewielki i nie sprawiał problemów ze spełnieniem normy Euro 6. 3. Emisja CO podczas cyklu zmniejszyła się o 55%, gdy pojazd zasilany był gazem, jednak emisja z obu typów silników była znacznie poniżej limitu Euro 6. 4. Emisja NO x z pojazdu zasilanego spełniała limity normy Euro 6, mimo iż w porównaniu do pojazdu zasilanego benzyną była dwukrotnie większa. 5. Emisja CO 2 była mniejsza o 12% przy zasilaniu pojazdu gazem. Trzeba jednak dodać, że poziom emisji związków szkodliwych spalin w przypadku pojazdów zasilanych może się różnić w zależności od składu mieszaniny propanu i butanu i zawartości innych składników. W czasie badań homologacyjnych stosuje się w tym przypadku mieszanki wzorcowe typu A i B, przygotowanych przez specjalistyczne firmy wykonujące gazy kalibracyjne. 3. Paliwa A i B () są komponowane z propanu i butanu, mogą zawierać też około 8% domieszkę olefin (propenu, izobutenu, 1-butenu i 2-butenu), która jest uwzględniona w całkowitym bilansie C3 i C4. Obecne w lekkich pojazdach samochodowych z silnikami ZI zasilanymi rozwiązania układu zasilania silnika gazem (wykorzystujące układ paliwowy najnowszej generacji), są bardzo zaawansowane technicznie, a osiągi pojazdów zasilanych są porównywalne z ich odpowiednikami zasilanymi benzyną. Biorąc jednak pod uwagę wyniki emisji NO x w odniesieniu do benzyny wydaje się, iż można jeszcze bardziej ograniczyć emisję tych szkodliwych składników spalin. Jest to możliwe przez dalszy rozwój zintegrowanych układów sterowania ECU, przez dokładniejszą regulację systemu zasilania i poprawę procesu spalania [8] oraz rozwój katalitycznych układów oczyszczania spalin TWC (specjalnie przystosowanych do paliw gazowych CNG i oraz paliw etanolowych). Nomenclature/Skróty i oznaczenia CNG Compressed Natural Gas/sprężony gaz ziemny DI direct injection/wtrysk bezpośredni EU European Union/Unia Europejska extra urban driving cycle/pozamiejski cykl jezdny LDD light duty Diesel/silnik ZS dla pojazdu LDV LDV light duty vehicle/lekki pojazd użytkowy Liquid Petroleum Gas/skroplony gaz propan-butan MPI multi point injection/wtrysk wielopunktowy New European Driving Cycle/nowy europejski cykl jezdny PC passenger car/samochód osobowy PM particulate matter/cząstki stałe PN particle number/liczba cząstek stałych TWC Three-way-catalyst/reaktor katalityczny potrójnego działania urban driving cycle/miejski cykl jezdny UE European Union/Unia Europejska ZI silnik o zapłonie iskrowym ZS silnik o zapłonie iskrowym 878

Bibliography/Literatura [1] Anderson L.G.: Effects of using renewable fuels on vehicle emissions. Renewable and Sustainable Energy Reviews 47 (215), 162 172. [2] Bielaczyc P., Brodziński H., Szczotka A.: O emisji związków szkodliwych spalin z samochodów zasilanych paliwem gazowym lub NG analiza wymagań homologacyjnych. Archiwum Spalania 3, (1) 23, 72 93. [3] Bielaczyc P., Szczotka A., Brodziński H.: The Influence of fuel composition on the exhaust emissions from vehicles fuelled by. Journal of KONES Internal Combustion Engines 9, 3-4, Warsaw-Gdansk 22. [4] Bielaczyc, P., Pajdowski, P., Szczotka A., Woodburn J.: Development of vehicle exhaust emission testing methods BOS- MAL s new emission testing laboratory. Combustion Engines 1, (144), 211, 3 12. [5] Bielaczyc, P., Szczotka, A., Pajdowski, P., Woodburn, J.: Development of automotive emissions testing equipment and test methods in response to legislative, technical and commercial requirements. Combustion Engines/Silniki Spalinowe 1/213 (152), paper PTNSS-213-13. [6] Bielaczyc, P., Szczotka, A., Swiatek, A. and Woodburn J.: "A Comparison of Ammonia Emission Factors from Light-Duty Vehicles Operating on Gasoline, Liquefied Petroleum Gas () and Compressed Natural Gas (CNG)," SAE Int. J. Fuels Lubr, 5(2):212, doi:1.4271/212-1-195 [7] Brown K.: Advanced Motor Fuels IEA Energy Technology Network, Annual Report 213. [8] Campbell M., Wyszyński Ł., Stone R.: Combustion of in a Spark-Ignition Engine. SAE Technical Paper 24-1- 974, 24. doi:1.4271/24-1-974. [9] Dheeraj K., Veeresh B., Vijay K.: Effects of on the Performance and Emission Characteristic of SI Engine An overview. IJEDR, Vol. 2, Issue 3, 214. [1] Elnajjar E., Hamdan M. O., Selim M.Y. E.: Experimental Investigation of Dual Engine Performance Using Variable Composition Fuel, Renewable Energy (212), 1-7. [11] European Commission. Clean Power for Transport: A European alternative fuels strategy. Brussels, 24.1.213. [12] Khan M. A., Watson H., Baker P.: Optimization of Throttle-Body Injection System for Improved Efficiency, Emissions and Air-Fuel Mixing. Department of Mechanical & manufacturing Engineering. The University of Melbourne, Australia. [13] Merkisz J., Pielecha J., Gis W.: Gasoline and Vehicle Emission Factors in a Road Test. SAE Technical Paper 29-1- 937, 29, doi:1.4271/29-1-937. [14] Pundkar A., Lawankar S., Deshmukh S.: Performance and Emissions of Fueled Internal Combustion Engine: A Review. International Journal of Scientific & Engineering Research, Vol. 3, Issue 3, 212. [15] Ristovski Z. D., Jayaratne E. R., Morawska L., Ayoko G. A., Lim M.: Particle and Carbon Dioxide Emissions from Passenger Vehicles Operating on Unleaded Petrol and Fuel, International Laboratory of Air Quality and Health, Queensland University of Technology, Brisbane. Australia. [16] Rouveirolles P.: Well to Wheel Analysis of Future Automotive Fuels and Powertrains in the European Context: A General Overview, Renault Research Division, France. [17] Russell R., Johnson K., Durbin T., Davis N., i in.: Regulated Emissions from Liquefied Petroleum Gas () Powered Vehicles. SAE Technical Paper 214-1-1455, 214, doi:1.4271/214-1-1455. [18] Saraf R., Thipse S., Saxena P.: Emission Analysis and Lambda Characterization of Automotive Engines. SAE Technical Paper, 28-1-2753, 28, doi: 1.4271/ 28-1-2753. 879

Appendix/Załącznik Rys. A1. Schemat Laboratorium Emisji Spalin w Instytucie Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Mr Piotr Bielaczyc Ph. D. - Head of the Engine Research Department at the BOSMAL Automotive Research & Development Institute Ltd in Bielsko-Biała. Dr inż. Piotr Bielaczyc - kierownik Zakładu Badań Silników, Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o., Bielsko-Biała Mr Andrzej Szczotka Ph. D. - doctor in the Engine Research Department, BOS- MAL Automotive Research & Development Institute Ltd in Bielsko-Biała. Dr inż. Andrzej Szczotka - adiunkt w Zakładzie Badań Silników, Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o., Bielsko-Biała Mr Joseph Woodburn MSci - researcher in the Engine Research Department, BOS- MAL Automotive Research & Development Institute Ltd in Bielsko-Biała. Mgr inż. Joseph Woodburn inżynier ds. badań w Zakładzie Badań Silników, Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o., Bielsko-Biała Mr Piotr Pajdowski Ph. D. - doctor in the Engine Research Department, BOSMAL Automotive Research & Development Institute Ltd in Bielsko- Biała. Dr inż. Piotr Pajdowski - adiunkt w Zakładzie Badań Silników, Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o., Bielsko-Biała 88