EKOLOGICZNA OCENA EKSPLOATACYJNA AUTOBUSÓW MIEJSKICH Z ZASTOSOWANIEM WYBRANYCH STABILIZATORÓW DO PALIW

Jacek PIELECHA, Agnieszka MAGDZIAK, Jarosław MARKOWSKI, Remigiusz JASIŃSKI EKOLOGICZNA OCENA EKSPLOATACYJNA AUTOBUSÓW MIEJSKICH Z ZASTOSOWANIEM WYBRANYCH STABILIZATORÓW DO PALIW W artykule przedstawiono rezultaty z badań emisyjnych autobusów miejskich spełniających normę Euro V (konwencjonalnego z silnikiem o zapłonie samoczynnym) w warunkach drogowych z zastosowaniem wybranych preparatów do paliw i olejów. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem mobilnej aparatury do pomiaru emisji spalin podczas ruchu pojazdów. Testy wykonywano na odcinku kilkudziesięciu kilometrów w warunkach jazdy miejskiej oraz pozamiejskiej podczas normalnej eksploatacji. Badania takie były wymuszone przez pojawiające się problemy eksploatacyjne (w wyniku pogorszonych właściwości operacyjnych jednostki napędowej), zgłaszane przez użytkowników takich pojazdów. Problemy dotyczą głównie zagadnień regeneracji filtrów cząstek stałych, a jednocześnie są związane ze zwiększonym przebiegowym zużyciem paliwa. Skutkuje to pogorszeniem również parametrów ekologicznych takich pojazdów, a w związku z tym, że są one wykorzystywane główne w aglomeracjach miejskich wpływają na jakość życia mieszkańców. Rozwiązaniem tych zagadnień według autorów artykułu może być zastosowanie preparatów do paliw i olejów silnikowych, które pozytywnie wpływają na proces spalania, a jednocześnie dodatkowo oddziałują na polepszenie pracy stosowanych w takich pojazdach systemów oczyszczania spalin. WSTĘP Obecnie w centrum zagadnień konstrukcji pojazdów znajdują się, oprócz komfortu oraz bezpieczeństwa, również problemy związane z ograniczeniem zużycia paliwa i emisji spalin. Dzięki przedsięwzięciu odpowiednich środków udało się w ciągu ostatnich lat zmniejszyć emisję z poziomu norm Euro I do Euro V [16], co oznacza redukcję zanieczyszczeń o więcej niż 9% [8, 15]. Coraz większy nacisk jest położony na pomiary emisji zanieczyszczeń, szczególnie w przypadku silników pojazdów ciężkich, w nieustalonych warunkach pracy [12 14]. Rzeczywiste warunki ruchu drogowego są bardziej pożądane niż testy niestacjonarne, co również jest unormowane prawnie [7 11]. Stało się to możliwe dzięki znacznemu rozwojowi technik pomiarowych, który nastąpił w ostatnich latach [1, 2]. Rozwój tych technik był także ukierunkowany na pomiar bardzo małych stężeń zanieczyszczeń w spalinach [6]. Dysponując mobilną aparaturą do pomiaru emisyjności pojazdów w warunkach drogowych w Instytucie Silników Spalinowych i Transportu Politechniki Poznańskiej w porozumieniu z dystrybutorem specjalistycznych preparatów stosowanych do zmniejszania uciążliwości ekologicznej silników, a jednocześnie stanowiących gwarancję długotrwałej i bezawaryjnej pracy silników spalinowych, wykonano ekologiczną ocenę eksploatacyjną autobusów miejskich z wykorzystaniem specjalistycznych preparatów do paliw i olejów. 1. METODY ZMNIEJSZENIA TOKSYCZNOŚCI SPALIN Emisja tlenku węgla i węglowodorów przez współczesne silniki ZS osiąga wartości zbliżone do wartości notowanych w silnikach ZI wyposażonych w trójfunkcyjny reaktor katalityczny, a jej dalsza redukcja dla tych ostatnich nie stwarza większych problemów. Najwięcej trudności sprawia natomiast ograniczenie emisji tlenków azotu i cząstek stałych. Silniki ZS są wyposażane w reaktory katalityczne spalin typu Oxicat (Oxidation Catalyst reaktor katalityczny utleniający tlenek węgla i węglowodory) i SCR (Selective Catalyst Reduction selektywnej redukcji katalitycznej do zmniejszania stężenia tlenków azotu) oraz filtry cząstek stałych, które bez stosowania regeneracji ulegają zapełnieniu cząstkami. Aby zapewnić skuteczną pracę tych urządzeń, ich efektywność musi być stale monitorowana, by w razie jej zmniejszenia uruchomić procedurę regeneracji. Postęp technologiczny w dziedzinie silników ZS doprowadził do znacznego wzrostu zainteresowania tego rodzaju napędem. W krajach Unii Europejskiej około 5% nowych samochodów osobowych i praktycznie wszystkie pojazdy ciężkie są zasilane olejem napędowym. Najnowsze konstrukcje różnią się bardzo od stereotypu hałaśliwych jednostek produkowanych według tradycyjnych rozwiązań konstrukcyjnych. Szczególnie turbodoładowane silniki o wtrysku bezpośrednim, wykorzystujące wtrysk Common Rail odznaczają się bardzo dużym momentem obrotowym, zapewniającym wyjątkowo dobre osiągi przy zachowaniu umiarkowanego zużycia paliwa. 2. PROBLEMATYKA ROZWOJU SILNIKÓW ZS Nowoczesny silnik ZS ma moc jednostkową ok. 6 8 kw/dm 3 pojemności skokowej i maksymalny moment obrotowy ok. 17-2 Nm/dm 3, wykazuje znacznie obniżone zużycie paliwa, przy minimalnej emisji toksycznych składników spalin. Pewnymi wadami są większy hałas i drgania, mniejszy zakres prędkości obrotowych oraz ciągle jeszcze większy koszt produkcji. Obecnie produkowane układy wtryskowe typu Common Rail, pozwalają na sprostanie wymaganiom stawianym silnikom o zapłonie samoczynnym. Możliwość kontrolowania sposobu doprowadzenia paliwa do komory spalania w celu optymalnego przebiegu procesu spalania, przy jednoczesnym zachowaniu małej emisji związków szkodliwych, a także zapewnienie wysokich parametrów eksploatacyjnych, tj. momentu obrotowego i mocy, wiąże się z koniecznością bezawaryjnej pracy całego układu w jak najdłuższym okresie jego eksploatacji. Elementy wchodzące w skład układu zasilania silnika o zapłonie samoczynnym należą do jednych z najbardziej wrażliwych i podatnych na uszkodzenia. Narażone są głównie na uszkodzenia pary precyzyjne, czyli sekcje tłoczące pompy wysokiego ciśnienia oraz rozpylacz. Mając na uwadze istotność pełnionych 12/216 AUTOBUSY 1289

funkcji w układzie zasilania najważniejszym elementem układu jest rozpylacz. Od poprawności jego działania zależy proces przygotowania paliwa, a także przebieg procesu spalania w cylindrze [18]. Pogorszenie stanu rozpylacza wpływa w negatywny sposób na proces spalania, a także powoduje pogorszenie parametrów eksploatacyjnych oraz ekologicznych silnika spalinowego. Zmniejsza to sprawność ogólną silnika, jak również powoduje zwiększenie emisji szkodliwych składników spalin [4]. Obecnie przewidywane kierunki rozwoju tłokowych silników spalinowych ZS zakładają dalsze optymalizowanie procesów spalania poprzez zmiany i modyfikacje konstrukcji wysokociśnieniowych układów wtrysku paliwa. W konsekwencji, większego znaczenia będzie nabierał rozwój coraz bardziej skutecznych dodatków detergentowych, warunkujących bezawaryjną pracę silnika i długotrwałe utrzymanie jego parametrów użytkowo-eksploatacyjnych deklarowanych przez producenta. Spowoduje to konieczność jeszcze szerszego wykorzystywania metod silnikowych do pełnej i wiarygodnej oceny właściwości użytkowych paliw oraz zagwarantowania ich bezpiecznego stosowania w silnikach. To z kolei będzie wymuszało dalszy rozwój zapewne coraz bardziej skomplikowanych i kosztownych metod badań silnikowych, jako że tylko tego rodzaju badania dają możliwość pełnej jakościowej oceny zmieniających się formulacji paliw w odniesieniu do dynamicznie rozwijających się konstrukcji silników. 5. METODYKA BADAŃ 5.1. Obiekt badań Obiektem badań był autobus miejski wyposażony w napęd konwencjonalny, charaktertyzujący się następującymi parametrami: autobus 18-metrowy (rys. 1), silnik spalinowy spełniający normę emisji spalin Euro V, układ oczyszczania spalin, w którym zainstalowano filtr cząstek stałych, pojazd o przebiegu ok. 2 km. 3. PROBLEMATYKA EKSPLOATACJI SILNIKÓW ZS Oleje napędowe przeznaczone do współczesnych silników z zapłonem samoczynnym (ZS) powinny spełniać szereg wymagań, z których te zamieszczone w normie EN 59 [5] stanowią jedynie zbiór podstawowych, podlegających ocenie właściwości. Obecne wymagania stawiane olejom napędowym są w dużym stopniu związane z przeciwdziałaniem niekorzystnym zjawiskom tworzenia się osadów koksowych, zwłaszcza w obszarze otworków wylotowych i w kanalikach paliwowych rozpylaczy układów wtrysku paliwa. Przykładowo, ograniczenie zawartości siarki do 35 mg/kg, PAH do 11% (m/m), stabilności oksydacyjnej do 25 g/m 3 czy zawartości FAME do 7% (V/V) [3] zmniejsza tendencję paliwa do tworzenia przedmiotowych osadów podczas eksploatacji silników. W miarę rozwoju silników ZS okazało się, że wymagania normy EN 59 nie są wystarczające. Organizacja ACEA, powołana w UE do uregulowania wymagań w zakresie właściwości użytkowo-eksploatacyjnych paliw węglowodorowych, doprowadziła do powstania Światowej Karty Paliw (Worldwide Fuel Charter WWFC) [17], która z powodzeniem, jak dotąd, systematyzuje i weryfikuje wymagania w zakresie jakości ustalonych kategorii olejów napędowych oraz benzyn silnikowych. Wprowadzono w niej, oprócz wymagań dotyczących właściwości fizykochemicznych wymienionych paliw, również testy laboratoryjne i silnikowe, łącznie z wymaganiami, których spełnienie gwarantuje bezpieczną i niezawodną eksploatację nowoczesnych silników. Spełnienie przez badane paliwa wymagań części testów laboratoryjnych i wszystkich silnikowych zależy od stosowania odpowiednich dodatków uszlachetniających. 4. CEL BADAŃ Artykuł jest częściowym efektem całościowych badań dotyczących zagadnień możliwości zastosowania stabilizatorów do paliw i olejów samochodowych oraz oceny ich wpływu na parametry pracy silników spalinowych w celu zmniejszenia emisji zanieczyszczeń i zużycia paliwa. Zaplanowane pomiary na obiektach rzeczywistych autobusów miejskich uwzględniają stosowanie pojedynczych stabilizatorów w pojazdach będących w eksploatacji. Rys. 1. Obiekt badawczy z widocznym obciążeniem zastępczym 129 AUTOBUSY 12/216

5.2. Warunki badań Badania emisji spalin i zużycia paliwa przeprowadzono w trzech etapach: etap I obejmował badania emisji spalin i zużycia paliwa pojazdu w stanie eksploatacyjnym, bez żadnej ingerencji w pojazd, etap II obejmował czyszczenie układu dolotowego, czyszczenie układu olejowego, czyszczenie układu paliwowego, wymianę oleju oraz dodatek stabilizatorów do paliwa, etap III obejmował normalną eksploatację autobusu na trasach komunikacyjnych przez minimum 2 km, etap IV obejmował badania emisji spalin i zużycia paliwa pojazdu po wykonanej procedurze czyszczenia. 5.3. Opis procedury czyszczenia oraz stosowane stabilizatory do paliwa Procedura czyszczenia Procedura czyszczenia obejmowała następujące czynności: rozgrzanie silnika do temperatury operacyjnej, przeprowadzenie czyszczenia układu paliwowego z wykorzystaniem urządzenia Inject-a-Flush wraz z preparatem Diesel Care Injection Cleaner oraz Diesel Fuel System Cleaner, przeprowadzenie procedury czyszczenia układu dolotowego oraz wylotowego z wykorzystaniem urządzenia Induction Service Set wraz z preparatem Diesel ISC Induction System Cleaner, po zakończeniu procedury czyszczenia układu dolotowego oraz wylotowego przeprowadzono procedurę czyszczenia układu olejowego z wykorzystaniem preparatu Engine Performance Restoration. Po wymianie oleju na nowy, dodanie stabilizatora do oleju silnikowego, dodanie do zbiornika paliwa stabilizatora All Season DFC Plus Diesel Fuel Conditioner, po zakończeniu procedury wykonanie jazdy próbnej oraz usunięcie komunikatów systemu diagnostycznego o usterkach z komputera pokładowego. Rys. 3. Miejsce podłączenia urządzenia Induction Service Set wykorzystywanego podczas czyszczenia układu dolotowego Stosowane preparaty oraz stabilizatory do paliw Preparat czyszczący układ wtryskowy z ciężkich depozytów węglowych; przywraca prawidłowy przepływ paliwa we wtryskiwaczach Diesel Care Injection Cleaner. Preparat usuwający nagromadzone depozyty z komory spalania, wtryskiwaczy paliwa oraz z całego układu paliwowego; przywraca prawidłowy przepływ paliwa we wtryskiwaczach; zmniejsza zużycie paliwa Diesel Fuel System Cleaner. Stabilizator do oleju napędowego, czyszczący układ paliwowy; zapobiega żelowaniu oleju napędowego w niskich temperaturach; zmniejsza emisję cząstek stałych oraz chroni układ paliwowy przed korozją; posiada składniki smarujące All Season DFC Plus Diesel Fuel Conditioner. Preparat rozpuszczający i usuwający osady oraz sadzę, odkładającą się w kolektorze dolotowym oraz zaworach dolotowych; preparat czyści również układ wylotowy Diesel ISC Induction System Cleaner. Preparat skutecznie usuwający nagromadzone depozyty z układu olejowego; przywraca prawidłową pozycję pierścieni tłokowych, co zwiększa ciśnienie sprężania Engine Performance Restoration. Stabilizator do oleju silnikowego; zwiększa wytrzymałość filmu smarnego i zapobiega powstawaniu ciężkich depozytów i sadzy DOC. 5.4. Trasa badawcza Pomiarów emisji zanieczyszczeń i zużycia paliwa dokonano w warunkach ruchu miejskiego w okolicach Poznania. Warunki tak dobrano, aby istniała możliwość jak największego odwzorowania rzeczywistych warunków ruchu: obciążenie linii autobusowej było zgodne ze średnim obciążeniem linii podpoznańskich (rys. 4). Rys. 2. Urządzenie Inject-a-Flush wraz z preparatem Diesel Care Injection Cleaner przed procedurą czyszczenia układu paliwowego ( oraz w trakcie procedury czyszczenia układu paliwowego preparatem Diesel Fuel System Cleaner ( Rys. 4. Mapa trasy badawczej wraz z wizualizacją terenu przejazdu 12/216 AUTOBUSY 1291

Trasa badawcza charakteryzowała się następującymi parametrami (rys. 5): długość: 31,2 km, maksymalna różnica wysokości: 33 m, maksymalne nachylenie: 1,4% (wzrost); 8,5% (spadek), średnie nachylenie: 1,3% (wzrost); 1,4% (spadek). Rys. 7. Aparatura badawcza do pomiaru stężenia związków gazowych oraz określania parametrów cząstek stałych(masy oraz liczby) zamontowana na obiekcie badawczym podczas testów drogowych Rys. 5. Charakterystyka trasy badawczej: prędkość pojazdu naniesiona na mapę terenu wraz ze zmianą wysokości względnej trasy 5.5. Aparatura badawcza Do pomiarów stężenia związków toksycznych wykorzystano mobilny analizator do badań stężenia związków gazowych Semtech DS [6] firmy Sensors Inc., analizator do pomiarów stężenia masowego cząstek stałych AVL oraz spektrometr masowy do pomiaru liczby cząstek stałych firmy TSI (rys. 6 i 7). Umożliwiał on zużycia paliwa oraz pomiar stężenia związków szkodliwych, mierząc jednocześnie masowe natężenie spalin. Gazy spalinowe wprowadzane do analizatora za pomocą sondy pomiarowej utrzymującej temperaturę 191 o C są filtrowane z cząstek stałych (w przypadku silników ZS) i następuje pomiar stężenia węglowodorów w analizatorze płomieniowo-jonizacyjnym. Następnie spaliny są schładzane do temperatury 4 o C i następuje kolejno pomiar stężenia tlenków azotu (metodą niedyspersyjną z wykorzystaniem promieniowania ultrafioletowego umożliwiającej jednoczesny pomiar tlenku azotu i dwutlenku azotu), tlenku węgla, dwutlenku węgla (metodą niedyspersyjną z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego) oraz tlenu (analizatorem elektrochemicznym). Do jednostki centralnej analizatora istnieje możliwość przesyłu danych bez-pośrednio z systemu diagnostycznego pojazdu oraz sygnału lokalizacji GPS. Rys. 6. Schemat systemu pomiarowego do oceny ekologicznej pojazdów podczas badań drogowych 6. WYNIKI BADAŃ Porównywanie wyników było możliwe dzięki pozytywnemu wynikowi weryfikacji tras przejazdów i ich dużej procentowej zgodności czasowej między etapami, w których wykonano testy badawcze (etap I badania przed zmianami oraz etap IV badania po procedurze czyszczenia wraz e stabilizatorami do paliw). Wykonano to na podstawie określenia udziału czasu faz pracy pojazdu w teście badawczym (wartości zaokrąglone do pełnych jednostek) (rys. 8), uzyskując następujące wartości: przyspieszania: 43% (etap I) i 46% (etap IV), prędkości stałej: 9% (etap I) i 9% (etap IV), hamowania pojazdem 36% (etap I) i 35% (etap IV), postoju pojazdu: 11% (etap I) i 1% (etap IV). 5.5 5. 4.5 4. 3.5 3. 2.5 V >, a 2. > V = const 1.5 V >, a 1. < Przebieg: 2 km 43% -25 9% -5 36% -75 V =, stop.5 11% -1 5 1 15 2 25 3 35 5.5 5. 4.5 4. 3.5 3. 2.5 V >, a 2. > V = const 1.5 V >, a 1. < Przebieg: 2 km 15 125 1 75 5 25 V [km/h] Udział w teście 46% -25 9% -5 35% -75 V =, stop.5 1% -1 5 1 15 2 25 3 35 15 125 1 75 5 25 V [km/h] Udział w teście Rys. 8. Charakterystyka pracy pojazdu w teście badawczym na tle prędkości pojazdu z wyznaczonymi wartościami charakterystycznymi: dla etapu I (stan wyjściowy), dla etapu IV (badania emisyjne po procedurze czyszczenia wraz ze stabilizatorami do paliw 1292 AUTOBUSY 12/216

Rozpatrując stężenie dwutlenku węgla dla pojazdu przed zmianami otrzymywano wartości wynoszące maksymalnie 1%, co skutkowało natężeniem emisji dwutlenku węgla o maksymalnych wartościach wynoszących 25 3 g/s (rys. 9. Najczęściej natomiast odczytywanymi wartościami natężenia dwutlenku węgla był przedział między 5 g/s a 15 g/s. W etapie IV badań (dla autobusu po procedurze czyszczenia wraz ze stabilizatorami do paliw) stężenie dwutlenku węgla zawierało się maksymalnie do wartości około 8%, natomiast najczęstszą wartość odczytywano z zakresu od 4% do 8%. Skutkowało to natężeniem emisji dwutlenku węgla w zakresie 5 g/s do 1 g/s (rys. 9. CO 2 [%] CO 2 [%] Q [dm 3 /1 km] Q średnie [dm 3 /1 km] 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Przebieg: 2 km 3 25 2 15 1 5-5 -1-15 -2-25 -3 5 1 15 2 25 3 35 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Przebieg: 2 km -3 5 1 15 2 25 3 35 3 25 2 15 1 5-5 -1-15 -2-25 Rys. 9. Charakterystyka stężenia i natężenia emisji dwutlenku węgla; odniesione do drogi: dla etapu I (stan wyjściowy), dla etapu IV (badania emisyjne po procedurze czyszczenia wraz ze stabilizatorami do paliw Charakterystyka chwilowego i średniego przebiegowego zużycia paliwa odniesiona do przebytej drogi dla obu etapów badań, charakteryzuje się zbliżonymi wynikami. Dla etapu I obserwowano chwilowe zużycie paliwa w granicach 5 dm 3 /1 km (linia czerwona na rys. 8, natomiast uzyskana wartość średnia z całego testu to wartość około 36 dm 3 /1 km (linia niebieska na rys. 1. Dla badania autobusu przeprowadzonego w etapie IV chwilowe zużycie paliwa osiągało również wartości do 5 dm 3 /1 km (linia czerwona na rys. 1, uzyskując wartość średnią w całym teście wynoszącą 35 dm 3 /1 km (linia niebieska na rys. 1. Porównując uzyskane wyniki przebiegowego zużycia paliw należy stwierdzić, że pojazd po procedurze czyszczenia zasilany paliwem ze stabilizatorami zużywa około 3% mniej paliwa niż pojazd przed zasilany standardowym olejem napędowym. CO 2 [mg/s] CO 2 [mg/s] Q [dm 3 /1 km] 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5-1 5 1 15 2 25 3 35 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Przebieg: 2 km Przebieg: 2 km -1 5 1 15 2 25 3 35 Rys. 1. Charakterystyka chwilowego i średniego przebiegowego zużycia paliwa: odniesione do drogi: dla etapu I (stan wyjściowy), dla etapu IV (badania emisyjne po procedurze czyszczenia wraz ze stabilizatorami do paliw Charakterystyka stężenia i natężenia emisji tlenków azotu, w związku ze zmniejszeniem zużycia paliwa co świadczy o zwiększeniu sprawności spalania w wyniku zwiększenia temperatury spalania i zmniejszeniu oporów, zgodnie z oczekiwaniami ma charakter odwrotny do uzyskanego przy porównywaniu emisji dwutlenku węgla. W etapie I uzyskano wyniki, które charakteryzowały się mniejszymi wartościami stężenia i natężenia emisji tlenków azotu, niż w IV etapie badań (rys. 11). Uzyskane przebiegi czasowe natężenia emisji związków szkodliwych spalin podczas badań, posłużyły do opracowania zależności charakteryzujących wpływ dynamicznych właściwości autobusów oraz zastosowanych dodatków do paliwa na emisję związków szkodliwych. Dynamiczne właściwości pojazdów uwzględniono w sposób pośredni, wykorzystując podział całego zakresu prędkości jazdy oraz zakresu obliczonego przyspieszenia w ruchu miejskim do wykonania macierzy natężenia emisji poszczególnych zanieczyszczeń. Dane uśredniono w ramach poszczególnych przedziałów prędkości i przyspieszenia autobusów, otrzymując charakterystykę udziału pracy w poszczególnych przedziałach oraz charakterystyki macierzy emisji poszczególnych związków szkodliwych. Zastosowanie stabilizatorów do paliwa miał zdecydowany wpływ na eksploatację urządzeń oczyszczających spaliny w tym przypadku filtr cząstek stałych. Podczas przeprowadzonych badań wprowadzenie dodatku do paliwa pozwoliły zmniejszyć natężenie emisji cząstek stałych (pod względem masowym). W etapie I uzyskano wyniki natężenia emisji cząstek stałych o wartościach około,3 mg/s (rys. 12 dla zakresu prędkości od 2 m/s (7,2 km/h) do 12 ms (43 km/h), natomiast dla tego samego zakresu prędkości jazdy pojazdu w etapie IV wartości natężenia emisji cząstek stałych wy- 1 8 6 4 2-2 -4-6 -8 1 8 6 4 2-2 -4-6 -8 Q średnie [dm 3 /1 km] 12/216 AUTOBUSY 1293

PM [mg/s] PN [szt/cm 3 ] PM [mg/s] PN [szt/s] I 3 2 5 2 Przebieg: 2 km 3 2 1 NO x [mg/s] Zwiększenie natężenia emisji tlenków azotu oraz zmniejszenie natężenia masowej emisji cząstek stałych, musiało powodować zwiększenie natężenia emisji liczby cząstek stałych (rys. 13), co było wynikiem lepszego rozdrobnienia paliwa, a jednocześnie zwiększenia temperatury wewnątrz komory spalania. 1 5 NO x [ppm] NO x [ppm] 1 5 3 2 5 2 1 5 1-1 -2-3 5 1 15 2 25 3 35 5 Przebieg: 2 km -1-2 -3 5 1 15 2 25 3 35 Rys. 11. Charakterystyka stężenia i natężenia emisji tlenków azotu odniesione do drogi: dla etapu I (stan wyjściowy), dla etapu IV (badania emisyjne po procedurze czyszczenia wraz ze stabilizatorami do paliw nosiły około,2 mg/s (rys. 12. Około 3-procentowa różnica w natężeniu emisji przełożyła się również na wynik w całym teście badawczym, a jednocześnie nie występowały żadne problemy z regeneracją filtra cząstek stałych, które były cechą charakterystyczną pojazdu podczas I etapu badań.,6,5,4,3,2,1,,6,5,4,3,2,1,,175,296,334,32,34,355,325,449,46,443,42 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 V średnia [m/s],18,249,231,23,234,263,269 3 2 1 Przebieg: 2 km,423,365,547,487 Przebieg: 2 km 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 V średnia [m/s] Rys. 12. Charakterystyka natężenia emisji cząstek stałych (pod względem masy) w zakresach średniej prędkości pojazdu: dla etapu I (stan wyjściowy), dla etapu IV (badania emisyjne po procedurze czyszczenia wraz ze stabilizatorami do paliw NO x [mg/s] PN [szt/s] 6,E+11 5,E+11 4,E+11 3,E+11 2,E+11 1,E+11,E+ 6,E+11 5,E+11 4,E+11 3,E+11 2,E+11 1,E+11,E+ 7,8E+1 2,1E+112,E+11 2,1E+11 4,3E+11 4,7E+11 3,8E+11 4,E+11 3,4E+11 3,2E+11 4,6E+11 Przebieg: 2 km 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 V średnia [m/s] 1,5E+11 2,2E+11 1,9E+11 2,3E+112,4E+11 3,3E+11 3,7E+113,8E+11 5,8E+11 4,3E+11 4,7E+11 Przebieg: 2 km 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 V średnia [m/s] Rys. 13. Charakterystyka natężenia liczby cząstek stałych w zakresach średniej prędkości pojazdu: dla etapu I (stan wyjściowy), dla etapu IV (badania emisyjne po procedurze czyszczenia wraz ze stabilizatorami do paliw PN [szt/cm 3 ] 4 35 3 25 2 15 1 5 4 35 3 25 2 15 1 5 Przebieg: 2 km 19,1 25,5 34 45,3 6,4 8,6 17,5 143,3 191,1 254,8 339,8 453,2 D [nm] Przebieg: 2 km 19,1 25,5 34 45,3 6,4 8,6 17,5 143,3 191,1 254,8 339,8 453,2 D [nm] Rys. 14. Charakterystyka natężenia objętościowego liczby cząstek stałych w zależności od ich średnicy: dla etapu I (stan wyjściowy), dla etapu IV (badania emisyjne po procedurze czyszczenia wraz ze stabilizatorami do paliw 1 75 5 25 1 75 5 25 1294 AUTOBUSY 12/216

Uwzględniając porównanie rozkładu wymiarowego cząstek stałych (średniego dla całego testu badawczego), można stwierdzić, że nie zmienił się charakter wymiarowy cząstek stałych (rys. 14), jednakże daje się zauważyć, że zwiększył się liczba cząstek stałych o wymiarze charakterystycznym do 8 nm. Jednakże uwzględniając mniejsze objętościowe natężenie spalin, całościowy wynik końcowy należy szacować, ze również będzie mniejszy. Q [dm 3 /1 km], CO, HC, NO x, CO 2 [g/km], PM [mg/km], PN [szt/km] 7. OCENA EKOLOGICZNA UZYSKANYCH WYNIKÓW Z wykonanych badań (z etapu I i II) w rzeczywistych warunkach ruchu drogowego wnioski są następujące (rys. 15): przebiegowe zużycie paliwa: 35,98 dm 3 /1 km (I etap) oraz 35,5 dm 3 /1 km (IV etap) zmniejszenie o 2,6%, drogowa emisja tlenku węgla: 2,46 g/km (I etap) oraz,68 g/km (IV etap) zmniejszenie o 72%, drogowa emisja węglowodorów: 1,15 g/km (I etap) oraz 1,32 g/km (IV etap) zwiększenie o 14%, drogowa emisja tlenków azotu: 8,67 g/km (I etap) oraz 1,99 g/km (IV etap) zwiększenie o 27%, drogowa emisja dwutlenku węgla: 954 g/km (I etap) oraz 932 g/km (IV etap) zmniejszenie o 2,4%, drogowa emisja masy cząstek stałych: 42 mg/km (I etap) oraz 39 mg/km (IV etap) zmniejszenie o 6,9%, drogowa emisja liczby cząstek stałych: 3,21 1 13 1/km (I etap) oraz 4,54 1 13 1/km (IV etap) zwiększenie o 41%. Q [dm 3 /1 km], CO, HC, NO x, CO 2 [g/km], PM [mg/km], PN [szt/km] 1,E+14 1,E+12 1,E+1 1,E+8 1,E+6 1,E+4 1,E+2 1,E+ 1,E+15 1,E+13 1,E+11 1,E+9 1,E+7 1,E+5 1,E+3 1,E+1 1,E-1 Przebieg: 2 km 35,98 2,46 1,15 8,67 954,62 3,21E+13 42,15 Q CO HC NOx CO2 PM PN 35,5 Zużycie paliwa, związek szkodliwy Przebieg: 2 km,68 1,32 11, 931,78 39,22 4,54E+13 Q CO HC NOx CO2 PM PN Zużycie paliwa, związek szkodliwy Rys. 15. Wyniki przebiegowego zużycia paliwa i emisji drogowej zanieczyszczeń uzyskane podczas badań: dla etapu I (stan wyjściowy), dla etapu IV (badania emisyjne po procedurze czyszczenia wraz ze stabilizatorami do paliw Natomiast w przypadku jednostkowej emisji zanieczyszczeń (z etapu I i IV) w rzeczywistych warunkach ruchu drogowego wnioski są następujące: jednostkowa emisja tlenku węgla: 1,63 g/kwh (I etap) oraz,52 g/kwh (IV etap) zmniejszenie o 68%, jednostkowa emisja węglowodorów:,77 g/kwh (I etap) oraz 1, g/kwh (IV etap) zwiększenie o 3%, jednostkowa emisja tlenków azotu: 5,77 g/kwh (I etap) oraz 8,36 g/kwh (IV etap) zwiększenie o 45%, jednostkowa emisja dwutlenku węgla: 634 g/kwh (I etap) oraz 78 g/kwh (IV etap) zwiększenie o 12%, jednostkowa emisja masy cząstek stałych: 28 mg/kwh (I etap) oraz 29 mg/kwh (IV etap) zwiększenie o 4%, jednostkowa emisja liczby cząstek stałych: 2,12 1 13 1/kWh (I etap) oraz 3,46 1 13 1/kWh (IV etap) zwiększenie o 63%. Należy przy tym zauważyć, że praca wykonana przez jednostkę napędową w etapie I wyniosła 47 kwh, natomiast w etapie IV była to wartość tylko 41 kwh. Spowodowane to było głównie mniejszymi oporami przepływu mediów (paliwa, oleju smarującego) i w związku z tym mniejszymi nakładami energetycznymi, a jednocześnie większą sprawnością silnika, objawiającą się wyższą temperaturą spalania w komorze spalania. PODSUMOWANIE W badaniach w rzeczywistych warunkach ruchu autobusu miejskiego uzyskano 2,6-procentowe zmniejszenie przebiegowego zużycia paliwa, co również zostało potwierdzone przez 2,4- -procentowe obniżenie emisji drogowej dwutlenku węgla. Zastosowanie stabilizatorów do paliwa zwiększyło emisję drogową i jednostkową tlenków azotu, odpowiednio o 27% i 45%, co jest spowodowane wyższą temperaturą spalania, i prawdopodobnie pracą silnika z większą sprawnością w tych samych punktach pracy. Konsekwencją zwiększenia emisji tlenków azotu jest zmniejszenie emisji cząstek stałych (lepsza atomizacja paliw, zarówno pod względem masowym, jak i liczbowym. Zaobserwowano zmianę stężenia cząstek stałych w zależności od ich średnicy przesunięcie w kierunku mniejszych średnic cząstek stałych. Jest to potwierdzeniem lepszego rozdrobnienia paliwa i większej efektywności spalania. Potwierdzeniem zmniejszonego zużycia paliwa i mniejszej emisji dwutlenku węgla jest również mniejsza wykonana praca na tym samym odcinku pomiarowym, wynosząca odpowiednio 47 kwh (stan wyjściowy) oraz 41 kwh (po procedurze czyszczenia oraz zastosowaniu stabilizatorów do paliw. W celu potwierdzenia uzyskanych wyników będą przeprowadzone badania stanowiskowe. Badanie te będą stanowiły podstawową informację o pożądanych cechach preparatów do paliw i olejów smarujących, mogących wspomagać zmniejszenie zużycia paliwa i zmniejszenie emisji wybranych składników spalin (zwiększenie sprawności silnika skutkuje zwiększeniem emisji tlenków azotu). BIBLIOGRAFIA 1. Bonnel P., Kubelt J., Provenza A., Heavy-Duty Engines Conformity Testing Based on PEMS, Lessons Learned from the European Pilot Program, JRC Scientific and Technical Reports, Publications Office of the European Union, European Union, 211. 2. Chen Y., Borken-Kleefeld J., Real-driving Emissions from Cars and Light Commercial Vehicles Results from 13 Years Remote Sensing at Zurich, Atmospheric Environment 214, no. 88. 12/216 AUTOBUSY 1295

3. Mazanek A., Ocena parametrów pracy aparatury wtryskowej typu Common Rail przy zasilaniu paliwami o różnej zawartości biokomponentu, Nafta-Gaz 212, nr 8. 4. Merkisz J., Pielecha J., Radzimirski S., New Trends in Emission Control in the European Union, Springer Tracts on Transportation and Traffic, Springer Verlag 214, Vol. 4. 5. Norma europejska PN-EN 59 Olej napędowy. Paliwa do pojazdów samochodowych, Oleje napędowe, Wymagania i metody badań. Poprawka do Normy Europejskiej EN 59:213/AC:214; Automotive fuels Diesel Requirements and test methods. 6. Shahinian V. D., SENSOR tech-ct Update Application Software for SEMTECH Mobile Emission Analyzers, Sensors 4th Annual SUN (SEMTECH User Network) Conference, 22.1.27. 7. Regulation (EC) No. 595/29 of the European Parliament and of the Council of 2 June 27 on type approval of motor vehicles with respect to emissions from heavy duty vehicles (Euro VI) and on access to vehicle repair and maintenance information and amending Regulation (EC) No 715/27 and Directive 27/ 46/EC and repealing Directives 8/1269/EEC, 25/55/EC and 25/78/EC. OJ L 188/1, 18.7.29. 8. Regulation No. 49 Revision 5. Uniform provisions concerning the measures to be taken against the emission of gaseous and particulate pollutants form compression ignitions engines for use in vehicles, and the emission of gaseous pollutants from positive ignition engines fuelled with natural gas or liquefied petroleum gas for use in vehicles. E/ECE/324/Rev.1/Add.48/ Rev.5-E/ECE/TRANS/ 55/Rev.1/Add.48/Rev.5. 9. Regulation No. 49 Revision 6. Uniform provisions concerning the measures to be taken against the emission for gaseous and particulate pollutants from compression ignition engines and positive ignition engines for use in vehicles. E/ECE/ 324/Rev.1/Add.48/Rev.6-E/ECE/TRANS/55/Rev.1/Add.48/ Rev.6. 1. Rozporządzenie Komisji (UE) Nr 582/211 wykonujące i zmieniające rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 595/29 w odniesieniu do emisji zanieczyszczeń pochodzących z pojazdów ciężarowych o dużej ładowności (Euro VI) oraz mieniające załączniki I i III do dyrektywy 27/46/WE Parlamentu Europejskiego i Rady. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej L167/1. 11. Rozporządzenie Komisji (UE) Nr 64/212 zmieniające rozporządzenie (UE) nr 582/211 Parlamentu Europejskiego w odniesieniu do emisji zanieczyszczeń pochodzących z pojazdów ciężarowych o dużej ładowności (Euro VI). 12. UITP 29: UITP Project SORT Standardised On-Road Test Cycles. UITP International Association of Public Transport, Bruksela 29. 13. United Nations Economic Commission for Europe: Consolidated Resolution on the Construction of Vehicles (R.E.3): Classification and Definition of Vehicles. ECE/TRANS/WP.29/78/Rev3, 214. 14. United Nations Economic Commission for Europe: Global technical regulation No. 4: Test procedure for compressionignition (C.I.) engines and positive ignition (P.I.) engines fuelled with natural gas (NG) or liquefied petroleum gas (LPG) with regard to the emission of pollutants. ECE/TRANS/18/Add.4, 27. 15. World Health Organization: Fact Sheets. Ambient (Outdoor) Air Quality and Health, Geneva 214. 16. Worldwide Emissions Standards, Heavy Duty and Off-Highway Vehicles. Delphi Innovation for the Real World 215/216. 17. Worldwide Fuel Charter (WWFC), European Automobile Manufacturers Association, Alliance of Automobile Manufacturers, Truck and Engine Manufacturers Association, Japan Automobile Manufacturers Association, September 213. 18. Zellbeck H., Reuss H., Kammer A., Schulze T., Stelter M., A New Lift-controlled Piezoinjector for the Next Generation of Common Rail Diesel Injection Systems, Internationales Wiener Motorensymposium, Wien 21. Ecological assessment of city buses operation with selected fuel stabilizers The article presents the results of emission research of city buses that meet the Euro V standard (conventional with a compression ignition engine) in road conditions with selected additives for fuels and oils. Tests were carried out using the mobile equipment for measuring the exhaust emissions of vehicles. The research was performed on a stretch of several kilometers in urban and rural driving conditions during normal operation. Such studies were forced by emerging operational problems (as a result of degraded operating characteristics of the drive unit), reported by users of such vehicles. The problem are mainly associated with regeneration of particulate filters and also increased fuel consumption. This results in the deterioration of ecological parameters of the vehicles, and consequently, because they are used in a major urban agglomerations, affects the quality of people life. The solution of these issues according to the authors of the article can be application of preparations for fuels and oils, which improve the combustion process, while also affect the improvement of aftertreatment systems operation used in such vehicles. Autorzy: dr hab. inż. Jacek Pielecha, profesor nadzwyczajny na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej, Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Zakład Silników Spalinowych, e-mail: jacek.pielecha@put.poznan.pl mgr Agnieszka Magdziak, doktorantka na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej, Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Zakład Silników Spalinowych, e-mail: agnieszka.magdziak@bgpoland.pl dr hab. inż. Jarosław Markowski, profesor nadzwyczajny na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej, Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Zakład Silników Spalinowych, e-mail: jaroslaw.markowski@put.poznan.pl mgr inż. Remigiusz Jasiński, doktorant na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej, Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Zakład Silników Spalinowych, e-mail: remigiusz.w.jasinski@doctorate.put.poznan.pl 1296 AUTOBUSY 12/216