ZASILANIE BIOPALIWAMI SILNIKÓW POJAZDÓW ROLNICZYCH

Podobne dokumenty
ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII JAKO ALTERNATYWA PALIW KONWENCJONALNYCH W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH I CIĄGNIKACH

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

OCENA PORÓWNAWCZA ZUśYCIA PALIWA SILNIKA CIĄGNIKOWEGO ZASILANEGO BIOPALIWEM RZEPAKOWYM I OLEJEM NAPĘDOWYM

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

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

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

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

EKONOMICZNE I EKOLOGICZNE ASPEKTY ZASILANIA SILNIKA ZS OLEJAMI ROŚLINNYMI I ICH MIESZANINAMI Z OLEJEM NAPĘDOWYM

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

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

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

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

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI. z dnia 9 grudnia 2008 r. w sprawie wymagań jakościowych dla paliw ciekłych. (tekst jednolity)

Biogas buses of Scania

OCENA ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA 359. Janusz Mysłowski

PROBLEMY ZASILANIA SILNIKA G9T PALIWEM F-34 ORAZ JEGO MIESZANINAMI Z BIOKOMPONENTEM

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE KOMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Przy prawidłowej pracy silnika zapłon mieszaniny paliwowo-powietrznej następuje od iskry pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej.

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA PERKINS 1104C BIOETANOLEM NA EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE WSKAŹNIKI JEGO PRACY

OCENA ZUŻYCIA PALIWA PRZEZ SILNIK O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM PRZY ZASILANIU WYBRANYMI PALIWAMI

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI 1) z dnia 22 stycznia 2009 r. w sprawie wymagań jakościowych dla biopaliw ciekłych 2)

Perspektywy wykorzystania CNG w polskim transporcie

WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI PALIW MINERALNYCH I ROŚLINNYCH NA PRĘDKOŚĆ NARASTANIA CIŚNIENIA W PRZEWODZIE WTRYSKOWYM I EMISJĘ AKUSTYCZNĄ WTRYSKIWACZA

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

WPŁYW ZASTOSOWANIA DODATKU ETANOLU DO MIESZANINY OLEJU NAPĘDOWEGO Z ESTREM FAME NA EKONOMICZNE I EKOLOGICZNE WSKAŹNIKI PRACY SILNIKA PERKINS-1104C-44

WZÓR RAPORTU DLA RADY MINISTRÓW

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

MOśLIWOŚCI WYKORZYSTANIA MIESZANIN PALIW TRADYCYJNYCH I ALTERNATYWNYCH DO ZASILANIA SILNIKÓW ZS. Mirosław Uzdowski

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MIESZANINY OLEJU NAPĘDOWEGO Z ESTRAMI METYLOWYMI OLEJU RZEPAKOWEGO

Marlena Owczuk Biodiesel, a ochrona środowiska. Studia Ecologiae et Bioethicae 4,

Problemy z silnikami spowodowane zaklejonymi wtryskiwaczami Wprowadzenie dodatku do paliwa DEUTZ Clean-Diesel InSyPro.

NAUKA I TECHNIKA. Wiesław PIEKARSKI Grzegorz ZAJĄC. 1. Wprowadzenie

WZÓR RAPORTU DLA KOMISJI EUROPEJSKIEJ. 1. Informacje dotyczące instytucji sporządzającej raport.

PARAMETRY ENERGETYCZNE I ASPEKT EKOLOGICZNY ZASIALNIA SILNIKA ZS PALIWEM MINERALNYM POCHODZENIA ROŚLINNEGO

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

OCENA PORÓWNAWCZA CHARAKTERYSTYK OBCIĄśENIOWYCH SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM ZASILANEGO OLEJEM NAPĘDOWYM, PALIWEM ROŚLINNYM I ICH MIESZANINĄ

WYBRANE PARAMETRY PROCESU SPALANIA MIESZANIN OLEJU NAPĘDOWEGO Z ETEREM ETYLO-TERT-BUTYLOWYM W SILNIKU O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

WSKAŹNIKI PRACY SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM ZASILANEGO OLEJEM NAPĘDOWYM, PALIWEM FAME I ICH MIESZANINAMI. Andrzej Ambrozik*, Dariusz Kurczyński**

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

GAZOWE UKŁADY ZASILANIA DO SILNIKÓW Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

ESTRY METYLOWE POCHODZENIA ZWIERZĘCEGO JAKO PALIWO ROLNICZE. mgr inż. Renata Golimowska ITP Oddział Poznań

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

SŁAWOMIR LUFT, TOMASZ SKRZEK *

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

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI PALIW NATURALNYCH I ROŚLINNYCH NA WSKAŹNIKI EKONOMICZNE, ENERGETYCZNE I EKOLOGICZNE SILNIKA ROLNICZEGO O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

TECHNICZNE ASPEKTY STOSOWANIA BIOPALIW W TRANSPORCIE

Konwersja biomasy do paliw płynnych. Andrzej Myczko. Instytut Technologiczno Przyrodniczy

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

DIESEL ENGINES FED BY MIXTURE CONTAIN PLANT AND MINERAL HYDROCARBONS

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

Planowanie Projektów Odnawialnych Źródeł Energii Oleje resztkowe

WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI PALIW NATURALNYCH I ROŚLINNYCH NA WSKAŹNIKI EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

Pakiet cetanowo-detergentowy do uszlachetniania olejów napędowych przyjaznych środowisku

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

WYBRANE PROBLEMY STOSOWANIA BIOPALIW DO ZASILANIA SILNIKÓW Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

Analiza możliwości wykorzystania heksanu w mieszaninie z olejem rzepakowym do zasilania silnika o zapłonie samoczynnym

ANALIZA PROCESU WSTĘPNEJ OBRÓBKI PALIW WE WTRYSKIWACZACH SILNIKÓW POLSKIEJ FLOTY RYBACKIEJ

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA ROLNICZEGO MIESZANINĄ OLEJU NAPĘDOWEGO Z BIOBUTANOLEM NA JEGO EFEKTYWNE WSKAŹNIKI PRACY

PROGRAM WDROŻENIA PALIW ALETERNATYWNYCH w MZK SŁUPSKS

NIEKTÓRE ASPEKTY ZASILANIA PALIWAMI ALKOHOLOWYMI SILNIKÓW O ZAPŁONIE ISKROWYM

WPŁYW ZASILANIA PALIWEM MIKROEMULSYJNYM NA PROCES JEGO WTRYSKU W SILNIKU O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

WPŁYW ZASTOSOWANIA WYBRANYCH PALIW ZASTĘPCZYCH NA DAWKOWANIE PALIWA W ZASOBNIKOWYM UKŁADZIE WTRYSKOWYM SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

OCENA POZIOMU ZUŻYCIA PALIWA PRZEZ SILNIK O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM PRZY ZASILANIU FAME I FAEE

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

TECHNICZNE ASPEKTY WYTWARZANIA BIOPALIW ROLNICZYCH Z UWZGLĘDNIENIEM ZAGOSPODAROWANIA TŁUSZCZÓW ODPADOWYCH

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

WPŁYW PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ NA WŁAŚCIWOŚCI ROZRUCHOWE SILNIKÓW Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM. Karol Franciszek Abramek

Warszawa, dnia 29 grudnia 2017 r. Poz ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ENERGII 1) z dnia 20 grudnia 2017 r.

The influence of physicochemical fuel properties on operating parameters in diesel engine

dr inż. Piotr Pasyniuk Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach, Oddział w Warszawie 1

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W NOWYM SĄCZU SYLABUS PRZEDMIOTU. Obowiązuje od roku akademickiego: 2009/2010

Wybrane aspekty zastosowania biopaliw do zasilania silników spalinowych używanych w transporcie samochodowym

DZIENNIK USTAW RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

Badania procesów wtrysku i spalania paliwa rzepakowego w silniku o zapłonie samoczynnym

WINCENTY LOTKO, KRZYSZTOF GÓRSKI

WPŁYW PODZIAŁU DAWKI PALIWA NA WSKAŹNIKI PRACY SILNIKA SPALINOWEGO O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM Z WTRYSKIEM BEZPOŚREDNIM

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 170

EKSPLOATACYJNE ASPEKTY ZASILANIA SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM OLEJEM NAPĘDOWYM Z DODATKIEM FAME

THE CONTROLLING OF THE FUEL AUTOIGNITION PROCESS DURING DIESEL ENGINE START-UP

Ocena właściwości tribologicznych paliw roślinnych w aspekcie wpływu na proces zużycia aparatury wtryskowej silników o zapłonie samoczynnym

BADANIA WPŁYWU ZMIANY KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU I STOPNIA RECYRKULACJI SPALIN NA TOKSYCZNOŚĆ SPALIN I ZUśYCIE PALIWA SILNIKA Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

OCENA ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA CIĄGNIKOWEGO ZASILANEGO WYBRANYMI PALIWAMI W EKSPLOATACJI POLOWEJ

TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

PRÓBA POPRAWY WSKAŹNIKÓW EKONOMICZNYCH SILNIKA TURBODOŁADOWANEGO

Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

Wpływ zmiany kąta wyprzedzenia wtrysku na parametry pracy silnika turbodoładowanego z komorą wirową spalania zasilanego paliwem rzepakowym

OTRZYMYWANIE BIODIESLA W PROCESIE TRANSESTRYFIKACJI OLEJU ROŚLINNEGO

Transkrypt:

Zygmunt SZLACHTA 1 Sławomir DUDEK ZASILANIE BIOPALIWAMI SILNIKÓW POJAZDÓW ROLNICZYCH The biofuelling agricultural vehicle engines Wstęp Biopaliwami lub paliwami zielonymi nazywane są paliwa pochodzące z surowców rolnych, a więc alkohole, naturalne oleje roślinne i oleje roślinne przetworzone chemicznie dla uzyskania własności fizykochemicznych zbliŝonych do oleju napędowego. Szczególnie cenną cechą takich paliw w porównaniu z paliwami kopalnymi jest to, Ŝe ich uŝytkowanie prawie nie przyczynia się do wzrostu zawartości w atmosferze dwutlenku węgla, wywołującego efekt cieplarniany. Zainteresowanie biopaliwami wynika nie tylko z ograniczonych zasobów naturalnych źródeł energetycznych i coraz ostrzejszych norm dotyczących emisji związków toksycznych ze spalinami. Ma ono równieŝ związek z nadprodukcją Ŝywności i rosnącym bezrobociem na wsi. Specyfiką rolnictwa jest powszechne stosowanie do napędu pojazdów, maszyn i urządzeń silników wysokopręŝnych. Biopaliwa muszą więc mieć zdolność wytwarzania mieszaniny palnej i samozapłonu oraz moŝliwie całkowitego i zupełnego spalania się w warunkach istniejących w komorze spalania. Charakterystyka alkoholi Wśród alkoholi największe znaczenie jako paliwa silnikowe mają alkohole metylowy i etylowy. Alkohol metylowy CH 3 OH metanol najprostszy alkohol alifatyczny, bezbarwny i silnie trujący. Dawniej otrzymywany był w procesie suchej destylacji drewna (stąd nazwa spirytus drzewny ), obecnie otrzymywany jest z gazu ziemnego lub w wyniku syntezy tlenku węgla i wodoru CO + 2H CH 3 OH. Dr hab. inŝ. Zygmunt Szlachta, prof. PK, mgr inŝ. Sławomir Dudek, Instytut Pojazdów Samochodowych i Silników Spalinowych Politechniki Krakowskej.

ZASILANIE BIOPALIWAMI SILNIKÓW POJAZDÓW ROLNICZYCH 193 Alkohol etylowy C 2 H 5 OH etanol alkohol alifatyczny, bezbarwny o piekącym smaku i charakterystycznym zapachu. Otrzymywany jest w procesie fermentacji alkoholowej surowców zawierających cukry (owoce, buraki, ziemniaki, pszenice, Ŝyta itp.), a takŝe syntetycznie przez katalityczną lub kwaśną hydratację etylenu oraz przez uwodornienie aldehydu octowego. Alkohole sprawiają duŝe trudności w zastosowaniu jako paliwo do silników wysokopręŝnych, głównie z powodu: niskiej liczby cetanowej, a więc słabej zdolności do samozapłonu, duŝej wartości utajonego ciepła parowania, co jest powodem trudności odparowywania paliwa i rozruchu zimnego silnika, małej wartości opałowej, co skutkuje wzrostem zuŝycia paliwa i koniecznością stosowania większych wydatków pomp wtryskowych, nie mieszają się z olejem napędowym i przejmują wilgoć z otoczenia, a więc dla uzyskania stabilnych mieszanin oleju napędowego i alkoholu trzeba stosować odpowiedni emulgator, słabych własności smarnych, co powoduje, Ŝe dla zapewnienia prawidłowej pracy układu wtryskowego konieczne byłoby dodawanie środków smarnych, np. oleju silnikowego, mają własności korozyjne (zwłaszcza metanol) i działają niszcząco na gumę i niektóre tworzywa sztuczne. Jednocześnie zawierają duŝo tlenu, co korzystnie wpływa na obniŝenie emisji toksycznych składników spalin. W tabeli 1 zawarto niektóre własności alkoholi w porównaniu z olejem napędowym i benzyną. NaleŜy podkreślić, Ŝe więcej korzystnych cech wykazują alkohole w zastosowaniu do silnika z zapłonem iskrowym. Zwraca uwagę przewaga alkoholu etylowego nad metylowym w zakresie wartości opałowej i liczby oktanowej. Zmieszany z benzyną trudniej się rozwarstwia takŝe w niŝszych temperaturach. Jednak do mieszania z benzyną nadaje się wyłącznie odwodniony alkohol etylowy. Tabela 1. Wybrane właściwości alkoholi i paliw tradycyjnych [7], [9] Właściwość Jednostka miary Metanol CH 3OH Etanol C 2H 5OH Benzyna Olej napędowy Gęstość (20 C) kg/m 3 791 789 740 840 Lepkość kinematyczna cst 0,8 0,9 0,6 4,0 Wartość opałowa paliwa MJ/kg MJ/dm 3 19,8 15,6 27,0 21,3 44,0 32,5 42,5 35,7 Wartość opałowa mieszanki λ = 1 kj/m 3 3175 3650 3439 3475 Stała stechiometryczna kg /kg 6,4 9,4 14,9 14,6 Liczba oktanowa MON - 92 95 84 - RON - 110 92 - Liczba cetanowa - 3 8 14 45 55 Skład elementarny c h o kg C/kg pal kg H/kg pal kg O/kg pal 0,375 0,125 0,5 0,521739 0,130435 0,341782 0,864865 0,135135 0 0,870 0.125 0.005

194 ZYGMUNT SZLACHTA, SŁAWOMIR DUDEK Układy zasilania silników wysokopręŝnych paliwami alkoholowymi W tabeli 2 zaprezentowano róŝne moŝliwości zastosowania alkoholi jako paliwa w silnikach wysokopręŝnych. Jak widać, wiąŝą się one z uŝyciem samego alkoholu lub mieszanin alkoholu z olejem napędowym. Stosownie do rozwa- Ŝanego wariantu wymagane są zmiany w konstrukcji i regulacji silnika, a niekiedy równieŝ w systemie zapłonu. Tabela 2. Układy zasilania silników wysokopręŝnych paliwami alkoholowymi Paliwo Układ zasilania Zapłon Roztwór alkoholu w oleju napędowym Emulsja (alkohol, olej napędowy + emulgator) Alkohol + dodatek zwiększający skłonność do samozapłonu Alkohol + olej napędowy Alkohol Alkohol Standardowy układ zasilania silnika wysokopręŝnego Standardowy układ zasilania silnika wysokopręŝnego Standardowy układ zasilania silnika: wtrysk alkoholu z dodatkami poprawiającymi samozapłon do komory spalania lub wtrysk czystego alkoholu do powietrza spręŝonego w komorze spalania, zmieszanego z dodatkami poprawiającymi samozapłon Pilotująca dawka oleju napędowego jest dostarczana standardowym układem zasilania silnika, a zasadnicza dawka alkoholu dodatkowym układem wtryskowym do cylindra lub kolektora dolotowego, albo mieszalnikiem Standardowy układ zasilania silnika wysokopręŝnego Wtrysk alkoholu do kolektora dolotowego lub przygotowanie mieszaniny alkohol-powietrze w mieszalniku Samoczynny Samoczynny Samoczynny Samoczynny, inicjowany pilotującą dawką oleju napędowego Samoczynny, wspomagany świecą Ŝarową lub gorącą wkładką Iskrowy Zmiany w konstrukcji i regulacji silnika ZS Zwiększenie dawkowania pompy wtryskowej Zwiększenie dawkowania pompy wtryskowej PodwyŜszenie stopnia spręŝania WyposaŜenie silnika w system dozujący dodatki Konieczność smarowania aparatury wtryskowej Zwiększenie dawkowania pompy wtryskowej Zwiększenie średnic otworów rozpylaczy Dodatkowa instalacja paliwowa Zwiększenie dawkowania pompy wtryskowej Zwiększenie średnic otworów rozpylaczy Konieczność smarowania aparatury wtryskowej Dodatkowa instalacja elektryczna dla grzania świecy Zmniejszenie stopnia spręŝania i komory spalania WyposaŜenie silnika w układ zapłonowy Układ zasilania paliwem alkoholowym Ze względu na dostępność surowca moŝna by rozwaŝać uŝycie alkoholu etylowego w silnikach wysokopręŝnych stosowanych w rolnictwie. Z tabeli 2 wynika, Ŝe sam etanol mógłby być stosowany jedynie w silnikach w pełni do

ZASILANIE BIOPALIWAMI SILNIKÓW POJAZDÓW ROLNICZYCH 195 tego celu przystosowanych. Tylko wtedy, jak wykazują np. doświadczenia [1, 2], moŝna uzyskać znaczne korzystne efekty obniŝenia emisji toksycznych składników spalin, zwłaszcza emisji tlenków azotu i cząstek stałych. Natomiast w silnikach nie przystosowanych do tego paliwa istnieje ryzyko wzrostu emisji nie tylko aldehydów, ale i tlenku węgla. PoniewaŜ emisja CO w silnikach wysokopręŝnych jest niewielka, to problemem mogą być aldehydy, które trzeba wtedy neutralizować w konwertorze katalitycznym. Jednym z często spotykanych rozwiązań jest przystosowanie silnika wysokopręŝnego do spalania paliw alkoholowych poprzez zmianę zapłonu samoczynnego na zapłon iskrowy (podobnie jak to ma miejsce w przypadku zasilania paliwem gazowym). Realizowane jest to poprzez wyposaŝenie silnika w instalację zapłonową i zmianę stopnia spręŝania oraz kształtu komory spalania. Pomimo duŝego stopnia modyfikacji silnika, moŝna osiągnąć wzrost mocy silnika dzięki utajonemu ciepłu parowania alkoholu, które schładzając ładunek, zwiększa jego gęstość i pozwala na spalanie większych ilości paliwa. Charakterystyka olejów roślinnych W polskich warunkach dobre efekty ekonomiczne uzyskuje się z uprawy rzepaku i ta roślina moŝe stanowić główne źródło paliw do silnika wysokopręŝnego. Naturalny olej rzepakowy ma tylko nieco większą gęstość od oleju napędowego, ale aŝ kilkunastokrotnie większą lepkość i znacznie gorszą lotność, co uniemoŝliwia jego bezpośrednie uŝycie jako paliwa do silnika wysokopręŝnego. Dlatego naturalny olej rzepakowy w czystej postaci moŝe być stosowany tylko w specjalnie do tego celu skonstruowanych silnikach. Natomiast powszechnie przyjęto inne rozwiązanie problemu duŝej lepkości oleju naturalnego. Polega ono na chemicznym przetworzeniu naturalnego oleju rzepakowego będącego mieszaniną estrów gliceryny i kwasów tłuszczowych do postaci estrów metylowych kwasów tłuszczowych. Uzyskuje się wówczas paliwo, które przy niewielkich ograniczeniach moŝe być traktowane jako całkowicie zamienne z olejem napędowym, gdyŝ jego własności są bardzo zbliŝone do własności oleju napędowego. Paliwo takie, będące mieszaniną estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego, w literaturze zachodniej nazywane jest biodiesel i przewaŝnie ogólnie oznaczane jest jako RME rape methyl ester (rzepakowy ester metylowy), rzadziej jako FAME fatty acid methyl esters (estry metylowe kwasów tłuszczowych). W Czechach i na Słowacji uŝywana jest nazwa bionafta, a we Francji diester. Natomiast w projekcie polskiej normy uŝywany jest skrót EMKOR estry metylowe kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego. Stosowanie EMKOR nie wymaga wprowadzania zmian w układzie zasilania i systemie spalania klasycznego silnika wysokopręŝnego, tj. zasilanego normalnie olejem

196 ZYGMUNT SZLACHTA, SŁAWOMIR DUDEK napędowym. Proces chemicznej przeróbki oleju rzepakowego, tzw. transestryfikacja, zwiększa jednak znacznie koszty paliwa, przez co maleje jego konkurencyjność w stosunku do oleju napędowego. MoŜna stosować zarówno czyste EMKOR, jak i mieszaniny tego paliwa z olejem napędowym, zawierające najczęściej do 5% EMKOR w oleju napędowym. Specyfika polskiego rolnictwa przejawiająca się w duŝej liczbie właścicieli niewielkich gospodarstw rolnych powoduje, Ŝe istnieje duŝa grupa uŝytkowników ciągników rolniczych i pojazdów napędzanych silnikami wysokopręŝnymi. Dlatego dla tej grupy producentów rzepaku i uŝytkowników silników wysokopręŝnych bardziej atrakcyjne mogłoby być rozwiązanie pośrednie, polegające na zastosowaniu do zasilania silników mieszanin naturalnego oleju rzepakowego z olejem napędowym. Badania w tym zakresie wskazują, Ŝe mieszaniny oleju rzepakowego z olejem napędowym pozwalają w znacznym stopniu ograniczyć, a nawet wyeliminować podstawowe wady uŝycia samego oleju rzepakowego (wysoka lepkość i wytwarzanie osadów w komorze spalania) [11]. Przy niewielkich ilościach naturalnego oleju rzepakowego w mieszaninie z olejem napędowym moŝna uzyskać parametry silnika wysokopręŝnego zbliŝone do stwierdzanych przy zasilaniu olejem napędowym. Jednak upowszechnienie tej koncepcji wymagałoby bardziej szczegółowych badań dla uściślenia warunków stosowania takich mieszanin (warunki eksploatacji silnika, wymagane własności oleju rzepakowego, zawartość oleju rzepakowego w mieszaninie, przechowywanie paliwa, itd.). W tabeli 3 zawarto niektóre własności paliw rzepakowych w porównaniu z olejem napędowym. Tabela 3. Wybrane właściwości paliw rzepakowych i oleju napędowego [7, 9] Właściwość Jednostka miary Olej rzepakowy EMKOR Olej napędowy zimowy Gęstość (20 C) kg/m 3 915 880 825 Lepkość kinematyczna w 20 o C mm 2 /s 76 7,5 4,2 Wartość opałowa paliwa MJ/kg 37,2 37 43 Liczba cetanowa - 34-51 55 min 45 Skład elementarny c h o s kg C/kg pal kg H/kg pal kg O/kg pal kg S/kg pal 0,775 0,11 0,11 0,003 0,76 0,125 0,11 0,001 0,860 0.140 0.000 0,300 Temperatura mętnienia o C -4-5 - 26 Temperatura zablokowania zimnego filtru o C +14-11 - 30 Temperatura krzepnięcia o C -5-15 - 40 Zwraca uwagę duŝa zawartość tlenu w paliwach rzepakowych, co jest korzystne ze względu na spalanie, gdyŝ tlen ten cechuje się większą aktywnością niŝ tlen cząsteczkowy zawarty w powietrzu. Winien więc on sprzyjać intensyfikacji spalania i obniŝać zadymienie spalin. Bardzo waŝną zaletą tych paliw jest praktycznie zerowa zawartość siarki, co jest korzystną cechą zarówno ze względów ekologicznych, jak i ze względu na korozyjne zuŝycie elementów silnika.

ZASILANIE BIOPALIWAMI SILNIKÓW POJAZDÓW ROLNICZYCH 197 Wpływ paliw rzepakowych na własności silnika Na rys. 1 pokazano przykładową charakterystykę szybkościową silnika o bezpośrednim wtrysku paliwa, zasilanego olejem napędowym i naturalnym olejem rzepakowym. Zwraca uwagę, Ŝe mimo mniejszej o 7% wartości opałowej oleju rzepakowego, moc i moment silnika zasilanego tym paliwem były tylko o ok. 2% niŝsze niŝ w przypadku stosowania oleju napędowego. Uzasadniono to wyŝszą lepkością oleju rzepakowego i dobrymi parametrami wtrysku paliwa dzięki rozdzielaczowej pompie wtryskowej. Sprawność ogólna silnika była o ok. 2% wyŝsza przy zasilaniu silnika olejem rzepakowym, nie tylko przy pełnym obciąŝeniu (jak na rys. 1), ale równieŝ przy obciąŝeniach częściowych. Podobne rezultaty stwierdzano na wszystkich badanych silnikach (poprawa sprawności ogólnej do 3%) [5]. NaleŜy jednak uwzględnić, Ŝe w warunkach charakterystyki szybkościowej sprawność ogólna jest zdeterminowana w duŝym stopniu charakterystyką pompy wtryskowej. ON OR 45 42 N e 39 36 η o [ ] M o [Nm] 140 130 0,38 0,36 η ο M o 33 30 27 24 N e [kw] 0,34 21 0,32 1500 2000 2500 3000 Prędkość obrotowa silnika [obr/min] 18 Rys. 1. Charakterystyka szybkościowa silnika o bezpośrednim wtrysku przy zasilaniu silnika olejem napędowym i naturalnym olejem rzepakowym [5] Dla poprawy warunków spalania oleju rzepakowego badane są moŝliwości stosowania mieszanin oleju rzepakowego z wodą lub alkoholem. Celem dodawania wody jest powodowanie wybuchowego jej parowania w gorącej komorze spalania, co powinno polepszać proces rozpylania paliwa. Wskazuje się, Ŝe korzyści z dodawania wody do oleju roślinnego dla obniŝenia zadymienia i tlenków azotu są większe niŝ przy dodawaniu wody do oleju napędowego. Dodatek alkoholu etylowego do oleju rzepakowego oddziałuje korzystnie na zadymienie spalin, powodując jego obniŝenie wskutek dostarczenia do strefy spalania dodatkowego tlenu zawartego w cząsteczce alkoholu. Jednak z powodu wzrostu opóźnienia samozapłonu takiej mieszaniny paliw (mniejsza wartość LC etanolu) zwiększa się ilość ciepła wywią-

198 ZYGMUNT SZLACHTA, SŁAWOMIR DUDEK zywanego w płomieniu kinetycznym, co skutkuje większym przyrostem ciśnienia spalania, a więc i większym hałasem silnika. Prawdopodobnie łączy się to teŝ ze wzrostem emisji tlenków azotu. Wpływ zawartości alkoholu etylowego na zuŝycie energii zaleŝy od obciąŝenia silnika. Wyraźna tendencja spadku jednostkowego zuŝycia energii (wzrostu sprawności ogólnej) silnika ze zwiększaniem zawartości alkoholu etylowego obserwowana jest w warunkach mniejszych obciąŝeń. Gdy zawartość alkoholu etylowego przekracza 30%, proces spalania ulega zakłóceniu. Dlatego ze względu na utrzymywanie hałasu silnika na określonym poziomie zawartość alkoholu etylowego w oleju rzepakowym nie powinna przekraczać 20%. CO [ppm] ( p/ α) max [MPa/ o OWK] hałas [dba] d [ o B] e [MJ/kWh] 800 600 400 1.3 1.1 0.9 106 104 102 6 4 2 0 16 15 14 p e = 0,55 MPa p e = 0,4 MPa 0 10 20 30 Zawartość etanolu w oleju rzepakowym [%] Rys. 2. Wpływ zawartości alkoholu etylowego w oleju rzepakowym na własności silnika o bezpośrednim wtrysku paliwa; n = 2500 obr/min [10] Zasilanie silnika wysokopręŝnego estrami metylowymi oleju rzepakowego powoduje duŝe korzystne obniŝenie emisji praktycznie wszystkich toksycznych składników spalin (z wyjątkiem tlenków azotu), co widać wyraźnie w tabeli 4. Zwraca w niej uwagę duŝy rozrzut wyników dotyczących emisji aldehydów przy zasilaniu silnika estrami metylowymi oleju rzepakowego. Wynika stąd, Ŝe emisja tych związków jest wyŝsza w porównaniu z olejem napędowym. Tak moŝe być podczas pracy silnika z pełnym obciąŝeniem. MoŜe to być teŝ związane z systemem spalania i warunkami pracy silnika, a takŝe z dokładnością pomiarów tych związków. DuŜy wpływ moŝe wywierać system wtrysku, gdyŝ wyŝsze ciśnienia wtrysku poprawiają rozpylanie paliwa i jego rozprowadzenie w komorze spalania, co prowadzi do pełniejszego spalania wytwarzanych związków.

ZASILANIE BIOPALIWAMI SILNIKÓW POJAZDÓW ROLNICZYCH 199 Z duŝą pewnością moŝna natomiast przyjąć, Ŝe emisja aldehydów jest większa przy zasilaniu silnika naturalnym olejem rzepakowym niŝ przy zasilaniu estrami metylowymi tego oleju. Emisja aldehydów z silnika wysokopręŝnego zasilanego estrami metylowymi kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego jest znacznie mniejsza niŝ z silnika benzynowego, a przy częściowym obciąŝeniu równieŝ mniejsza w porównaniu z olejem napędowym. Charakterystyczny zapach pojawiający się ze spalania paliw rzepakowych i związany z obecnością aldehydów w spalinach jest ogólnie odczuwany jako nieprzyjemny, moŝe on być prawie całkowicie eliminowany za pomocą konwertora utleniającego. Tabela 4. Procentowe zmiany emisji róŝnych składników spalin silników zasilanych naturalnym olejem rzepakowym lub jego metylowymi estrami w stosunku do zasilania olejem napędowym (ON = 100%) [8] Składnik spalin Olej rzepakowy EMKOR Niespalone węglowodory (HC) 210 % 110% I 70% 80% Tlenek węgla 180% I 70-90% (CO) 115% 100% Tlenki azotu (NO x) 100% 110% 320% I (niest.) 100% Cząstki stałe 90% I (stac.) 60-80% (PM) 80% Zadymienie spalin 55% 60% PAH 10-75% 240% FTP/13/5 ECE 75% 75% Aldehydy I I niest. test 13 faz. test 5 faz. 15% 280% 120% 400% FTP-15 Aromaty 135% 60% 160% 70% Benzen 135% I silnik z komorą dzieloną, silnik z wtryskiem bezpośrednim, niest. test niestacjonarny, stac. test stacjonarny, testy 5 i 8 fazowe dotyczą silników ciągników rolniczych Podsumowanie Zaprezentowane wyniki wskazują, Ŝe spośród biopaliw moŝliwych do zastosowania w silnikach pojazdów rolniczych najkorzystniejsze własności wykazują estry metylowe kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego oraz mieszaniny tych estrów z olejem napędowym. Dalszym krokiem w kierunku wykorzystania surowców rolniczych winno być rozwijanie technologii produkcji estrów etylowych oleju rzepakowego. Zastąpienie metanolu etanolem sprzyjałoby dalszemu obniŝeniu zanieczyszczenia środowiska. Takie paliwo moŝna by uznać za całkowicie odnawialne i jednocześnie zielone. Równolegle naleŝałoby prowadzić badania nad wdraŝaniem mieszanin naturalnego oleju rzepakowego z olejem napędowym, jako wariantu korzystniejszego z ekonomicznego punktu widzenia.

200 ZYGMUNT SZLACHTA, SŁAWOMIR DUDEK Piśmiennictwo 1. Egebäck E-K., Pettersson E.: Research and development of a compression ignition engine fuelled with ethanol. 11 th International Symposium on Alcohol Fuels, S. Africa, 14-17 April 96. 2. Ekelund M.: SVENOL Swedish test with ethanol powered delivery trucks. Status report as of October 25, 1995. Proceedings of the 11 th International Symposium on Alcohol Fuels. 14-17 April 96, Sun City, S. Africa. 3. Hansen A. C., Harpe E. R., Dilmitis MM. P.: Ignition-improved ethanol as a fuel for diesel engines. 11 th International Symposium on Alcohol Fuels, South Africa, 14-17 April 1996. 4. Hansen A. C., Harpe E. R., Dilmitis MM. P.: Ignition-improved ethanol as a fuel for diesel engines. 11 th International Symposium on Alcohol Fuels, South Africa, 14-17 April 1996. 5. Hemmerlein N., Korte V., Richtter H., Schroeder G.: Performance, Exhaust Emissions and Durability of Modern Diesel Engines Running on Rapeseed Oil. SAE Trans. 91 0848 6. Kawambwa S. J. M., Henham A. W. E.: A comparison of spark-ignition and auto-ignition in a small alcohol-fuelled diesel engine. Proceedings of the 11 th International Symposium on Alcohol Fuels. 11-17 April 1996, Sun City, South Africa. 7. Kowalewicz A.: Methanol as a fuel for spark ignition engines: a review and analysis. Proc. Instn. Mech. Engrs, 207, 1993. 8. Krahl J., Munack A., Bahadir M., Schumacher L., Elser N.: Review: Utilization of Rapeseed Oil, Rapeseed Oil Methyl Ester or Diesel Fuel: Exhaust Gas Emissions and Estimation of Environmental Effects. SAE Transactions,1996, nr. 96 2096. 9. Merkisz J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych. Wyd. Politechniki Poznańskiej. Poznań 1999. Tom 2. 10. Murayama T., Oh.Y., Miyamoto N., Chikahisa T., TakagiN., Itow K.: Low Carbon Flower Buildup, Low Smoke, and Efficient Diesel Operation with Vegetable Oils by Conversion to Mono-Ester and Blending with Diesel Oil or Alcohols. SAE Trans. 84 1161. 11. Szlachta Z.: Zasilanie silników wysokopręŝnych paliwami rzepakowymi. WKiŁ, Warszawa 2002. 12. Verweij J., Weide J., Nie L.h., Bruin A.: Demonstration of 3 buses fuelled with ethanol with ignition improver in the Netherlands. Proceedings of the 11 th International Symposium on Alcohol Fuels. 14-17 April 1996, Sun City, South Africa. 13. Alcohols in diesel engines: a review. Automotive Engineering, 6, 92, 1984. Streszczenie Omówiono niektóre aspekty stosowania biopaliw w silnikach pojazdów rolniczych i wybrane własności alkoholi oraz paliw rzepakowych. Zaprezentowano wpływ takich paliw na wybrane własności silników wysokopręŝnych. Summary Some aspects the use of biofuel in agricultural vehicle engines as well as chosen properties of alcohols and rapeseed fuels were analyzed. Influence these fuels on selected parameters of diesel engines was presented. Recenzent: Prof. dr hab. inŝ. Wiesław Piekarski