System zasilania paliwem gazowym i ciekłym w silniku o zapłonie samoczynnym jako alternatywa dla tradycyjnych systemów paliwowych

Podobne dokumenty
Rozwój koncepcji dwupaliwowego silnika o zapłonie samoczynnym będącego alternatywą dla transportu drogowego

Biogas buses of Scania

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

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

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

Właściwy silnik do każdego zastosowania _BlueEfficiencyPower_Polnisch_Schrift_in_Pfade.indd :55:33

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

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

Effect of dual fuelling on selected operating parameters and emission of a turbocharged compression ignition engine

Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

SŁAWOMIR LUFT, TOMASZ SKRZEK *

Dwupaliwowy silnik o zapłonie samoczynnym zasilany wtryskowo paliwem LPG w fazie ciekłej

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen and mixed n-butanol with iso-butanol

Keywords: compression ratio, dual-fuel engine, combustion process, natural gas

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

Wybrane wyniki badań dwupaliwowego silnika o zapłonie samoczynnym o różnych wartościach stopnia sprężania

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Effect of the compression ratio on operational parameters of a natural gas fuelled compression ignition engine operating in a dual-fuel mode

WPŁYW PODAWANIA WODORU NA POZIOM ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA SAMOCHODOWEGO

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

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

Mgr inŝ. Wojciech Kamela Mgr inŝ. Marcin Wojs

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

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

Perspektywy wykorzystania CNG w polskim transporcie

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

PROTOTYPOWY SILNIK DWUPALIWOWY ZASILANY GAZEM CNG I OLEJEM NAPĘDOWYM

Study of the emissions effects of hydrogen to the intake manifold on the stationary combustion engine with direct injection

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

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

Wydział Mechaniczny. INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN tel.

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

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

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

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

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

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

Czyszczenie silnika benzynowego w samochodzie marki Fiat Punto 1.2

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

Wpływ dodatku gazu ziemnego na zadymienie spalin samochodowego silnika ZS

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: STC TP-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Technologia Chemiczna Specjalność: Technologia paliw

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

ANDRZEJ RÓŻYCKI 1, TOMASZ SKRZEK 2. Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu. Streszczenie

ENGINE 6C107 FUELLED WITH LPG SILNIK 6C107 ZASILANY GAZEM PROPAN-BUTAN

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

INFLUENCE OF POWERING 1104C PERKINS WITH MIXTURE OF DIESEL WITH THE ADDITION OF THE ETHANOL TO HIS SIGNS OF THE WORK

Wpływ recyrkulacji spalin na stężenia spalin w silniku FIAT MultiJet 1.3

GAZOWE UKŁADY ZASILANIA DO SILNIKÓW Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

PROGRAM WDROŻENIA PALIW ALETERNATYWNYCH w MZK SŁUPSKS

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

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

Wykorzystanie LNG do zasilania pojazdów mechanicznych. Rafał Gralak

Równomierność dawkowania oleju napędowego w silnikach dwupaliwowych

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

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

BADANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W STATKACH POWIETRZNYCH

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

BADANIA POJAZDU EURO 5 PRZY PEŁNYM OBCIĄŻENIU SILNIKA

ZASTOSOWANIE GAZU ZIEMNEGO JAKO PALIWA DO ZASILANIA SILNIKÓW W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów Wprowadzenie... 13

MODEL SAMOCHODOWEGO SILNIKA ZASILANEGO WODOREM

CHARAKTERYSTYKA PRACY SILNIKA BENZYNOWEGO ZASILANEGO E85

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

SYSTEM EGR A ZMNIEJSZENIE EMISJI SUBSTANCJI SZKODLIWYCH EGR SYSTEM AND THE PROBLEM OF REDUCING POLLUTANT EMISSION

WSKAŹNIKI INDYKOWANE SILNIKA PERKINS 1104D-E44TA ZASILANEGO DWUPALIWOWO OLEJEM NAPĘDOWYM I GAZEM ZIEMNYM

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

Opportunity of application of the knock phenomenon and smoke emission for the control of common-rail injection parameters

EMISJA CZĄSTEK STAŁYCH DWUPALIWOWEGO SILNIKA ZS ZASILANEGO GAZEM ZIEMNYM

PTNSS Wstęp. 2. Zakres modyfikacji silnika. Jerzy KAPARUK Sławomir LUFT

GRANICA SPALANIA STUKOWEGO W DWUPALIWOWYM SILNIKU O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM KNOCK COMBUSTION LIMIT IN A TWO-FUEL DIESEL ENGINE

KONCEPCJA WERYFIKACJI DOŚWIADCZALNEJ ZAMODELOWANYCH OBCIĄŻEŃ CIEPLNYCH WYBRANYCH ELEMENTÓW KOMORY SPALANIA DOŁADOWANEGO SILNIKA Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

Effect of intake hydrogen addition on the performance and emission characteristics of a spark-ignition gasoline engine

The CFD model of the mixture formation in the Diesel dual-fuel engine

Poprawa ekonomiki użytkowania silników z samoczynnym zapłonem poprzez dodatek LPG

AN ATTAUPT EXPLAIN IMPROVEMENT OVERALL EFFICIENCY OF DUAL CI ENGINE WITH MAINLY LPG

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

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

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

Porównanie własności użytkowych i ekologicznych silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego olejem napędowym i bioestrem

Transkrypt:

Article citation info: OLCZYK M. et al. CNG and diesel fuel supply system in the CI engine as an alternative for traditional fuel systems. Combustion Engines. 2015, 162(3), 858-867. ISSN 2300-9896. Michał OLCZYK Jerzy KORZEC Piotr BIELACZYC Adam SORDYL PTNSS 2015 3473 System zasilania paliwem gazowym i ciekłym w silniku o zapłonie samoczynnym jako alternatywa dla tradycyjnych systemów paliwowych Silnik z zapłonem samoczynnym, wyposażony w dwupaliwowy system zasilania, jest postrzegany jako odpowiedź na wymagające oczekiwania rynku motoryzacyjnego. Jako alternatywne paliwo użyto sprężonego gazu ziemnego (CNG), z racji na jego cechy i konkurencyjną cenę w porównaniu do innych paliw. Punktem wyjścia był silnik ZS (turbodoładowany, rzędowy, czterocylindrowy), z bezpośrednim wtryskiem i mechaniczną pompą paliwa. System zasilania paliwem alternatywnym składał się z czterech wtryskiwaczy CNG i specjalnej jednostki sterującej. Dla różnych wartości prędkości obrotowych silnika i obciążeń zostały przedstawione wyniki emisji gazowych składników spalin i cząstek stałych. Każdy punkt testu został powtórzony w dwóch trybach pracy, jednopaliwym i dwupaliwowym, z czterema różnymi udziałami CNG jako paliwa, w celu porównania jego wpływu na parametry pracy silnika. Słowa kluczowe: sprężony gaz ziemny; pojazdy użytkowe; parametry pracy silnika; emisja gazów spalinowych; silnik z zapłonem samoczynnym CNG and diesel fuel supply system in the CI engine as an alternative for traditional fuel systems The compressed ignition engine with a dual fuel system is presented as an answer to the changing and demanding market conditions. Compressed natural gas (CNG) was used as an alternative fuel, due to its features and its competitive price compared to the other types of fossil and alternative fuels. The point of departure was a compressed ignition engine (inline four cylinders with a turbocharger), direct ignition and a mechanical fuel pump. The alternative fuel system included four CNG injectors and a special control unit, which was adopted on the engine. Gaseous and particle emissions are presented together with engine operation parameters for different engine speeds and loads. Each load as well as speed points were performed in Diesel mode and in Dual Fuel mode, with four different factors of torque replacement by CNG, to compare the influence of CNG on the engine. Key words: CNG fuel; commercial engine; operation parameters; exhaust gas emission; compressed ignition engine 1. Wstęp Silniki spalinowe postrzegane są jako źródło emisji szkodliwych związków chemicznych, które zagrażają zdrowiu i życiu ludzi, a także środowisku naturalnemu. Z tego powodu, międzynarodowe organizacje ochrony środowiska zmuszają producentów silników do spełnienia coraz bardziej restrykcyjnych przepisów dotyczących emisji szkodliwych składników spalin. Dzięki temu agencje rządowe i pozarządowe wywierają nacisk na producentów silników wysokoprężnych do dalszego doskonalenia tego typu jednostek napędowych [2, 11, 13 15]. Obiecującym kierunkiem prac rozwojowych, które podejmowane są przez różne ośrodki badawcze, jak i producentów, jest próba przystosowania silnika ZS do zasilania paliwami gazowymi. Konstrukcja układu zasilania paliwem alternatywnym, znacząco różni się od systemu paliwowego tradycyjnego silnika ZS, w którym występuje standardowy układ paliwowy. Rozwiązania konstrukcje, umożliwiające wykorzystanie paliw gazowych, podzielono na dwie grupy: silniki jednopaliwowe zasilane CNG z zapłonem wymuszonym przez świecę oraz silniki dwupaliwowe, w których zapłon mieszanki następuje dopiero w wyniku wtrysku i samozapłonu określonej ilości oleju napędowego [3, 5, 19]. Ze względu na rodzaj układu wtryskowego, rozróżnia się dwa rodzaje systemów podwójnego zasilania: wtrysk pośredni gazu do kolektora dolotowego lub wtrysk bezpośredni gazu do cylindra. Błękitne paliwo, jak często nazywany bywa gaz ziemny, to mieszanina gazów - metanu (83 98 % obj.) z innymi gazami palnymi oraz związkami niepalnymi [6 12]. Jest to alternatywne paliwo, który charakteryzuje się czystym procesem spalania. W wyniku spalania tego paliwa nie tworzą się cząstki stałe [3]. Dzięki dużej odporność na spalanie stuko- 858

we, sprężony gaz ziemny (Compressed Natural Gas) jest bardzo atrakcyjnym, niekonwencjonalnym paliwem, stosowanym w silnikach o zapłonie iskrowym. Wysoka liczba oktanowa (LO 130), stwarza możliwość stosowania gazu ziemnego do zasilania silników o zapłonie samoczynnym, przystosowanych do pracy w trybie dwupaliwowym [3, 17]. 2. Obiekt badań Do badań wykorzystano silnik spalinowy o zapłonie samoczynnym. Dokładny opis parametrów silnika zaprezentowano w tabeli 1. Użyty do badań silnik nie został wyposażony w reaktor katalityczny oraz filtr cząstek stałych (DPF). Tab. 1. Dane techniczne silnika / Tab. 1. Engine technical data Dane techniczne silnika dwupaliwowego Wysokoprężny, turbodoładowany z chłodnicą powietrza doładowującego, czterosuwowy, spełniający Rodzaj silnika normę emisji spalin EURO II Liczba i układ cylindrów 4, rzędowy, pionowy Układ zasilania olej Mechaniczna pompa paliwa napędowy Typ wtrysku olej Bezpośredni napędowy Objętość skokowa 2800 cm 3 Wtrysk gazu do kolektora dolotowego Układ zasilania CNG Moc znamionowa przy 90 kw przy 3600 obr./min prędkości obrotowej Maksymalny moment przy prędkości obrotowej 285 Nm przy 1800 obr./min Silnik został wyposażony w układ wtrysku gazu do kolektora dolotowego. Schemat silnika przedstawiono na rysunku 1. Układ zasilania paliwem gazowym składał się m.in. z czterech wtryskiwaczy, specjalnej jednostki sterującej, regulatora ciśnienia CNG oraz zbiorników CNG. 3. Stanowisko badawcze Badania przeprowadzono na hamownianym stanowisku badawczym, wyposażonym w hamulec elektrowirowy firmy Horiba W230. Zakres prędkości obrotowej hamulca to 0 7500 [obr./min], a zakres maksymalnego momentu obrotowego to 0 750 [Nm]. Stanowisko wyposażono w tory pomiarowe ciśnień i temperatur. Ilość potrzebnego oleju napędowego mierzono miernicą wagową AVL 733 (zakres pomiarowy 0 160 kg/h), natomiast zużycie gazu ziemnego określano za pomocą masowego przepływomierza firmy Micro Motion CMFS015 (zakres pomiarowy od 0... 330 kg/h). Rysunek 2. Silnik dwupaliwowy podczas badań na stanowisku badawczym w BOSMAL / Figure 2. Dual fuel engine during test at test bench at BOSMAL Analizę składu spalin wykonano przy użyciu zestawu analizatorów spalin AMA i60 firmy AVL. Zakres pomiarowy poszczególnych analizatorów przedstawiono w tabeli 2. Masową emisję cząstek stałych mierzono urządzeniem AVL Smart Sampler SPC472. Smart Sampler jest urządzeniem pomiarowym częściowego przepływu spalin, z mini tunelem rozcieńczającym. Masę filtrów wyznaczono za pomocą wagi Sartorius M5P 000V001 (zakres pomiarowy 0 5 g i dokładności ±0.001 mg). Kompleksowy schemat stanowiska badawczego wyposażonego w sprzęt pomiarowy przedstawiono na rysunku A1 w załączniku. Rysunek 1. Schemat silnika dwupaliwowego / Figure 1. Scheme of dual fuel engine 859

Tab. 2. Zakres pomiarowy analizatorów spalin AMA i60 / Tab. 2. Measurement range of AMA i60 emission bench Typ analizatora Grupa związku chemicznego Zakres pomiarowy Dokładność FID Węglowodory HC 0 1000 ppm ±1 % CLD Tlenki azotu NO X 0 1000 ppm ±1 % IRD IRD Tlenek węgla (II) CO Tlenek węgla (IV) CO 2 4. Przebieg badań 0 1000 ppm ±1 % 0 18 % ±1 % Badania przeprowadzono w dwóch fazach. W pierwszej fazie wykonano test według cyklu badawczego ESC (rysunek A2, załącznik). W pierwszej części tej fazy silnik zasilany był jedynie olejem napędowym, w drugiej części, gaz ziemny wtryskiwano w szóstym punkcie cyklu. W punkcie tym osiągano maksymalną moc silnika dla pośredniej prędkości obrotowej. Na podstawie charakterystyki zewnętrznej wyznaczono pośrednią prędkość obrotowa, równą n A = 2160 obr./min. Masowy udział gazu ziemnego w paliwie był stały i wynosił 7 [%]. W drugiej fazie badań wykonano pomiary emisji szkodliwych składników spalin. Wykonano serię pomiarów punktów stacjonarnych pracy silnika (tzw. mapę pracy silnika ). W drugim etapie badań, udział masowy CNG w paliwie był zmienny z racji na różne właściwości oleju napędowego i gazu ziemnego. Utrzymanie stałych wartości udziału masowego CNG dla wszystkich punktów pomiarowych uniemożliwiało uzyskanie osiągów silnika ZS w trybie jednopaliwowym. Założeniem badań było zachowanie jednakowych osiągów silnika w trybie jedno- i dwupaliwowym, z tego powodu zdecydowano się na określenie stałych, procentowych udziałów momentu obrotowego generowanego przez CNG. Wybrano grupę czterech udziałów procentowych: a) 70 [%] momentu obrotowego uzyskano spalając olej napędowy, 30 [%] momentu obrotowego uzyskano z CNG; b) 50 [%] olej napędowy / 50 [%] CNG; c) 40 [%] olej napędowy / 60 [%] CNG; d) 30 [%] olej napędowy / 70 [%] CNG. Dla każdego punktu pomiarowego zmierzono moment obrotowy w trybie jednopaliwowym, a następnie wyznaczono 70 [%], 50 [%], 40 [%] i 30 [%] wartości momentu w trybie pracy DIESEL MODE (tryb jednopaliwowy). Za pomocą jednostki sterującej i specjalistycznego oprogramowania, zmniejszano ilość wtryskiwanego oleju napędowego w celu uzyskania odpowiednio niższych wartości momentu obrotowego silnika. W trybie DUAL FUEL MODE (tryb dwupaliwowy) bazowe wartości momentu obrotowego uzyskiwano poprzez wtryśnięcie odpowiedniej ilości CNG do kolektora dolotowego. Wyniki porównano z wartościami emisji gazowych składników spalin, a także zadymienia, które otrzymano dla silnika pracującego w trybie jednopaliwowym. 5. Wyniki badań Wyniki emisji związków szkodliwych spalin podczas pierwszej fazy testu przedstawiono na rysunkach 3, 4, 5. Zauważono niewielki 4 [%] wzrost emisji tlenków azotu (rys. 3). Wzrost emisji NO X dla całego cyklu jest mało istotny, ponieważ silnik w trybie dwupaliwowym pracował tylko w jednym punkcie cyklu badawczego. Rysunek 3. Emisja NO X w cyklu badawczym ESC / Figure 3. NO X emission in ESC test cycle Wtrysk CNG znacząco wpływał na ilość tlenku węgla (II) oraz węglowodorów. Emisja produktów niecałkowitego spalania, w przypadku zasilania silnika olejem napędowym i CNG była dwukrotnie wyższa, niż w trybie jednopaliwowym (rys. 4). Analogicznie, ilość węglowodorów w spalinach wzrosła. Odnotowany poziom emisji HC był czterokrotnie wyższy w porównaniu do zasilania jedynie olejem napędowym (rys. 5). W pracach [1,16] otrzymane wyniki emisji związków węgla były zbliżone, a odnotowany poziom emisji wyraźnie wyższy. Rysunek 4. Emisja HC w cyklu badawczym ESC / Figure 4. HC emission in ESC test cycle 860

Rysunek 5. Emisja CO w cyklu badawczym ESC / Figure 5. CO emission in ESC test cycle Masową emisję cząstek stałych przedstawiono na rysunku 6. Odnotowano warty uwagi spadek masowej emisji cząstek stałych, który wyniósł 6 [%]. Również w pracy [4] zaobserwowano zmniejszenie poziomu emisji PM podczas testu NEDC. Różnice emisji PM w [4], pomiędzy trybem pracy jednopaliwowym a dwupaliwowym były zdecydowanie wyższe. Powodem było wykorzystanie wtrysku CNG w większej liczbie punktów pomiarowych testu ESC. Rysunek 6. Emisja PM w cyklu badawczym ESC / Figure 6. PM emission in ESC test cycle Rezultaty otrzymane w drugiej fazie badań zostały przedstawione na rysunkach w załączniku. Odpowiednio rysunki A3, A4, A5 i A6 odpowiadają wynikom otrzymanym dla następujących procentowych udziałów momentu generowanego przez sprężony gaz ziemny: a) 70 [%] momentu obrotowego uzyskano z oleju napędowego, 30 [%] momentu obrotowego uzyskano z CNG; b) 50 [%] momentu obrotowego uzyskano z oleju napędowego, 50 [%] momentu obrotowego uzyskano z CNG; c) 40 [%] momentu obrotowego uzyskano z oleju napędowego, 60 [%] momentu obrotowego uzyskano z CNG; d) 30 [%] momentu obrotowego uzyskano z oleju napędowego, 70 [%] momentu obrotowego uzyskano z CNG. Zaobserwowano znaczący wzrost emisji tlenku węgla (II) w przypadku 30 [%] udziału momentu obrotowego generowanego przez CNG w porównaniu do silnika zasilanego jedynie olejem napędowym. Wraz ze wzrostem procentowego udziału momentu obrotowego generowanego przez CNG poziom emisji CO wzrastał systematycznie. W przypadku 70 [%] udziału momentu uzyskanego z CNG, emisja tlenku węgla była dwukrotnie wyższa niż dla udziału a) (rysunek A3 i A6). Analogiczne zmiany emisji odnotowano w przypadku węglowodorów. W tym wypadku również zaobserwowano dwukrotny wzrost poziomu węglowodorów w spalinach dla udziału procentowego d), w porównaniu do 30 [%] udziału momentu obrotowego generowanego z sprężonego gazu ziemnego (rysunek A3 i A6). Dla obu związków chemicznych stopniowy wzrost emisji odnotowano przy wyższych prędkościach obrotowych silnika (powyżej 2000 obr./min), a także małych i średnich obciążeniach (rysunek A3, A4, A5 i A6). Ilość wtryśniętego gazu nie wpływała znacząco na koncentrację tlenków azotu NO X w spalinach wytwarzanych przez silnik. Godny zauważenia okazał się stały poziom emisji NO X dla wyższych prędkości obrotowych silnika i częściowych obciążeń (około 60 % poziomu dla silnika zasilanego jedynie olejem napędowym). Wzrost emisji zanotowano jedynie w przypadku dużych obciążeń i niskich prędkości obrotowych silnika (rysunek A3, A4, A5 i A6). Wyraźny wzrost zaobserwowano w przypadku udziału 70 [%] procent momentu obrotowego uzyskanego z CNG (rysunek A6). Odnotowany wzrost poziomu NO X dla dużych obciążeń i niskich prędkości obrotowych ogranicza możliwość stosowania tego typu silników w pojazdach poza drogowych. Analizując wyniki zadymienia spalin, zauważono korzystny wpływ większego udziału CNG w dostarczanym paliwie. Poziom zadymienia spalin systematycznie malał wraz ze wzrostem udziału momentu generowanego przez CNG. Dla wszystkich udziałów procentowych, otrzymano wyniki niższe, niż w przypadku silnika zasilanego jedynie paliwem ciekłym (rysunek A3). W ostatnim przypadku, dla najwyższego udziału procentowego, zaobserwowano ponad dwukrotny spadek zadymienia spalin w porównaniu z bazowym silnikiem (rysunek A6). Z racji na istnienie współzależności poziomu zadymienia spalin z poziomem emisji cząstek stałych, otrzymane wyniki sugerują korzystny wpływ CNG na emisję cząstek stałych, co znajduje potwierdzenie w uzyskanych wynikach podczas pierwszej fazy badań i w [1,16,17]. 6. Podsumowanie Koncepcja zasilania silnika ZS sprężonym gazem ziemnym jest alternatywą dla tradycyjnych silników wykorzystujących konwencjonalne paliwa. 861

Analizując wyniki obu faz badań, jednostka o zapłonie samoczynnym, przystosowana do pracy w trybie dwupaliwowym, nawet przy niewielkim udziale sprężonego gazu ziemnego w paliwie, charakteryzuje się wyższym poziomem koncentracji CO i HC w spalinach. Największą ilość tych związków chemicznych zaobserwowano przy niewielkich obciążeniach silnika i prędkości obrotowej powyżej 2000 [obr./min]. Charakterystyczne dla doładowanych jednostek ZS duże przekrycie zaworów dolotowych i wylotowych może powodować zwiększoną emisję HC [17,20]. Poziom emisji HC i CO [19] jest zależny od typu układu zasilania paliwem gazowym, zdecydowanie wyższa emisja charakteryzuje silniki z pośrednim wtryskiem gazu do kolektora dolotowego. Kolejnymi czynnikami, które mogą być przyczyną zwiększenia emisji węglowodorów są: niedostateczna szybkość spalania gazu ziemnego oraz większa zwłoka samozapłonu oleju napędowego w mieszance gazowo powietrznej [21]. Wyższe poziomy emisji wymienionych związków chemicznych mogą również świadczyć o procesie niecałkowitego spalania. Koncepcja zasilania paliwem gazowym oraz ciekłym cechuje się niższą masową emisją cząstek stałych, a także mniejszym zadymieniem spalin [4,16]. CNG jest paliwem posiadającym krótsze łańcuchy węglowe w porównaniu do frakcji oleju napędowego. Zasilanie dwupaliwowe silnika ZS nie wymaga znacznych nakładów finansowych, a także istotnych zmian w konstrukcji samego silnika. Dodatkowym atutem jest możliwość wyboru trybu pracy silnika. Jednostka może pracować, zarówno z wykorzystaniem tylko oleju napędowego, jak i zasilania paliwem gazowym i ciekłym. Użycie tańszego gazu ziemnego, jako dodatkowego paliwa pozwala na obniżenie kosztów eksploatacji floty pojazdów. Analizując wyniki emisji szkodliwych związków chemiczny, rozwiązanie to jest ciekawą i obiecującą alternatywą dla tradycyjnych silników o zapłonie samoczynnym. Na rynku są już dostępne odpowiednie rozwiązania techniczne. Niestety, dość istotnym problem, m.in. w Polsce, jest niewystarczająca sieć stacji paliw, na których dostępny jest gaz CNG. Niewielka sieć tych stacji skutecznie ogranicza wykorzystanie potencjału dwupaliwowych silników ZS, jak i silników spalinowych zasilanych jedynie gazem ziemnym, a poniesione koszty na przystosowanie tych jednostek do spalania CNG nie znajdują uzasadnienia ekonomicznego. Nomenclature/Skróty i oznaczenia Silnik ZS CNG DPF ESC n A FID Silnik o Zapłonie Samoczynnym / Compressed Ignition Engine Sprężony Gaz Ziemny / Compressed Natural Gas Filtr Cząstek Stałych / Diesel Particulate Filter Europejski Cykl Stacjonarny / European Stationary Cycle Prędkość Pośrednia w Cyklu ESC / Middle Speed in ESC Test Cycle Detektor płomieniowo-jonizacyjny / Flame Ionization Detector CLD IRD CO 2 CO HC NO X PM SMOKE Detektor chemiluminescencyjny / Chemiluminescence Detector Detektor podczerwieni / Infrared Detector Tlenek węgla (IV) / Carbon Dioxide Tlenek węgla (II) / Carbon Monoxide Węglowodory / Hydrocarbons Tlenki azotu / Nitrogen Oxides Cząstki stałe / Particulate Matter Zadymienie spalin / Smoke Bibliography/Literatura 1. Attia1 M.S., Abdel-Rehim A.A., Badr O.A., El Emam1 S.H.: An experimental investigation on performance and emissions of a single cylinder dual fuel Diesel-CNG engine combined with EGR. International Journal of Automotive Engineering and Technologies 2014 Vol. 3, Issue 3, 91 102, 2014. 2. Ahivik P. Alternative Diesel Fuels. http://dieselnet.com/tech/fuel_alt.php, 3. Baczewski K., Kałdoński T., Paliwa do silników o zapłonie samoczynnym. WKiŁ, 157-173, Warszawa 2008. 4. Barroso P.: Study of dual-fuel (diesel+natural gas) particle matter and CO2 emissions of a heavy-duty diesel engine during transient operation. Combustion Engines 2013 nr 2 (153), 3-11, ISSN 0138-0346, 2013. 5. Bielaczyc P., Korzec J., Olczyk M., Sordyl A.: Rozwój silników spalinowych dwupaliwowych ZS-CNG. Paliwa Gazowe w Energetyce i Mo- 862

toryzacji, Seminarium Techniczne, ISBN 978-83-931383-4-0, 2012. 6. Bielaczyc P. Sutkowski M.: Paliwa Gazowe w Energetyce i Motoryzacji. Mat. Konferencyjne, Bielsko-Biała, 2012. 7. Bielaczyc, P.: An analysis of CNG fuelling influence on the reduction of exhaust emissions from motor vehicles. Proceedings of the 3rd IMechE Conference on Total Vehicle Technology, University of Sussex, (Brighton, UK), 26-27 April 2004. 8. Bielaczyc, P., Szczotka, A.: The potential of current European light duty CNG-fuelled vehicles to meet Euro 6 requirements. Paper 2012- SS4-403. Combustion Engines 4/2012 (151), 2012. 9. Bielaczyc P., Szczotka A., Woodburn J.: Exhaust Emissions of Modern CNG Vehicles Produced by Different Manufacturers. Konferencja Motoryzacyjna KONMOT 2014, 25-26.09.2014. Silniki spalinowe i ekologia, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, ISBN 978-83-7242-763-2, Kraków 2014. 10. Bielaczyc, P., Szczotka, A., Wojnarowicz, M.: Analysis of the Exhaust Emissions and Performance of a Modern Vehicle Fuelled with Petrol and CNG in Turn. FISITA paper F2010- A-133, FISITA 2010 World Automotive Congress, Budapest 2010. 11. Bielaczyc, P., Światek, A.: Clean and energy efficient vehicle powertrains and fuels from today to 2030 vision. Environment Friendly Surface Transport PolSCA Meeting, Brussels, 10.04.2008. 12. Bielaczyc, P., Woodburn, J., Szczotka, A.: An Assessment of Regulated Emissions and CO2 Emissions from a European Light-Duty CNG- Fuelled Vehicle in the Context of Euro 6 Emissions Regulations. Applied Energy 117 (2014) 134-141. doi:10.1016/j.apenergy.2013.12.003, 2014. 13. Bielaczyc, P., Woodburn, J.: Global trends in emissions regulation and reduction. Combustion Engines 2012 nr 2 (149), 94-116, 2012. 14. Bielaczyc, P. (editor) and 21 co-authors: Current and future trends in automotive emissions, fuels, lubricants and test methods 2012. Proceedings of the 3rd International Exhaust Emissions Symposium, 24-25 May 2012, Combustion Engines 2012 nr 2 (149), ISBN 978-83-931383-2-6, 2012. 15. Bielaczyc, P.: IC Engine Test Method Development Regarding Emissions, Alternative Fuels, Lubricants and Future Trends. Proceedings of the 2nd International Exhaust Emissions Symposium on CDRom, 26-27 May, 2011, Combustion Engines 2011 nr 2 (147), ISBN 978-83-931383-1-9, 2011. 16. Papagiannakis R.G., Rakopoulos C.D., Hountalas D.T., Rakopoulos D.C.: Emission characteristics of high speed, dual fuel, compression ignition engine operating in a wide range of natural gas/diesel fuel proportions. Fuel 2010 nr 89, 1397 1406, 2010. 17. Różycki A.: Effect of dual fuelling on selected operating parameters and emission of a turbocharged compression ignition engine. Combustion Engines 2013 nr 3 (154), 1121-1128, ISSN 0138-0346, 2013. 18. Worldwide Emissions Standards Heavy Duty and Off-Highway Vehicles. Delphi 2014/2015, www.delphi.com/emissions-hd, 19. Gazodiesel inaczej, http://gazeo.pl/lpg/dieselna-gaz-lpg/gazodiesel-inaczej,artykul, 6362.html, 20. Wajand J.A.: Tłokowe silniki spalinowe średnio- i szybkoobrotowe, WNT, 641, Warszawa 2005. 21. Zabłocki M., Dwupaliwowe silniki z zapłonem samoczynnym napędzane paliwem ciekłym i gazowym, Warszawa 1969. 863

Załącznik 1 Rysunek A1. Stanowisko badawcze z wykorzystanym sprzętem pomiarowym / Figure A1. Test bench with measurement equipment Załącznik 2 Rysunek A2. Cykl badawczy ESC tabela z punktami pracy silnika i charakterystyka zewnętrzna silnika / Figure A2. ESC test cycle table with engine operating points and engine full load curve 864

Załącznik 3 Rysunek A3. Mapa emisji poszczególnych składników spalin w zależności od obciążenia i prędkości obrotowej silnika (70 % ON / 30 % CNG) / Figure A3. Exhaust emission map in function of engine speed and load (70 % ON / 30 % CNG) Załącznik 4 Rysunek A4. Mapa emisji poszczególnych składników spalin w zależności od obciążenia i prędkości obrotowej silnika (50 % ON / 50 % CNG) / Figure A4. Exhaust emission map in function of engine speed and load (50 % ON / 50 % CNG) 865

Załącznik 5 Rysunek A5. Mapa emisji poszczególnych składników spalin w zależności od obciążenia i prędkości obrotowej silnika (40 % ON / 60 % CNG) / Figure A5. Exhaust emission map in function of engine speed and load (40 % ON / 60 % CNG) Załącznik 6 Rysunek A6. Mapa emisji poszczególnych składników spalin w zależności od obciążenia i prędkości obrotowej silnika (30 % ON / 70 % CNG) / Figure A6. Exhaust emission map in function of engine speed and load (30 % ON / 70 % CNG) 866

Mr Michał Olczyk MEng. Test Engineer in the Engine Research Department at BOSMAL Automotive Research & Development Institute Ltd in Bielsko-Biała. Mgr inż. Michał Olczyk Samodzielny pracownik ds. badań w Zakładzie Badań Silników, Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o., Bielsko- Biała Mr Piotr Bielaczyc Ph. D. - Head of the Engine Research Department at 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 Jerzy Korzec MEng. Test Engineer in the Engine Research Department at BOS- MAL Automotive Research & Development Institute Ltd in Bielsko-Biała. Mgr inż. Jerzy Korzec Specjalista ds. badań w Zakładzie Badań Silników, Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o., Bielsko-Biała Mr Adam Sordyl MEng. Senior Test Engineer in the Engine Research Department at BOSMAL Automotive Research & Development Institute Ltd in Bielsko- Biała. Mgr inż. Adam Sordyl Starszy Specialista ds. badań w Zakładzie Badań Silników, Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o., Bielsko-Biała 867