OKLADKI JOK 2006 No 3 600

Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 13, No. 3
THE STUDY OF EXPLOITATION PROPERTIES OF MUNICIPAL
TRANSPORT SERVICES POWERED BY FUELS CONTAINING
ETHYLBIOCOMPONENTS
Andrzej PiĊtak*, Mieczysáaw StruĞ**, Grzegorz TrawiĔski***
*Politechnika Warszawska, Wydziaá Samochodów i Maszyn Roboczych, ul. Narbutta 84 tel./fax: 022-8390303 , e-mail: [email protected]
** Kompania Spirytusowa „Vratislawia”, ul. Monopolowa 4, 51-501 Wrocáaw,
tel./fax: 0-71- 3474160, e-mail: [email protected]
****Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa,
tel./fax: 0-22-6837602, , [email protected]
Abstract
The report includes chosen research results of engines of municipal transport buses powered by experi-mental
fuels containing mixture of diesel oil, ethyl ester rape oil and ethanol. Research contained complete diagnostics state
of torque of engine, measurements smokiness of exhaust gases, experts research and measurements in thermocontrolled chamber. Measurements of torque and power of engines were done with a usage of inertia method (free
acceleration). This method was used also while measuring smokiness of exhaust gases. Research results for
experimental powered engines were compared with results obtained from engines powered by diesel oil. Experimental
research included observation of a few buses in real exploitation conditions while powering with fuel containing
biocomponents.The aim of the research in thermo-controlled chamber was to check possibilities of diesel engine
starting powered with this fuel in extremely low temperature(-30ºC). Research results reassured the thesis about
comparative exploitation specifications of the buses powered by experimental fuel containing ethylbiocomponents.
Moreover they pointed at lower usage of this fuel comparing to diesel oil and the improvement of low temperature
properties of this particular fuel.
Keywords:, combustion engines, exploitation properties, fuels, biocomponents
BADANIA WàAĝCIWOĝCI EKSPLOATACYJNYCH POJAZDÓW
TRANSPORTU MIEJSKIEGO ZASILANYCH PALIWAMI
Z BIOKOMPONENTAMI
Streszczenie
Przedstawiono wybrane wyniki badaĔ silników autobusów komunikacji miejskiej zasilanych paliwem
eksperymentalnym, stanowiącym mieszaninĊ oleju napĊdowego, estru etylowego oleju rzepakowego i etanolu.
Wykonane badania obejmowaáy peáną diagnostyczną ocenĊ momentu obrotowego silnika, pomiary zadymienia spalin,
eksperckie badania eksploatacyjne oraz pomiary w komorze termoklimatycznej. Pomiary momentu obrotowego i
mocy efektywnej silników badanych autobusów dokonano z wykorzystaniem metody bezwáadnoĞciowej (swobodnego
przyspieszania). TĊ samą metodĊ zastosowano przy pomiarach zadymienia spalin. Uzyskane wyniki badaĔ dla
silników zasilanych paliwem badawczym porównano z wynikami uzyskanymi przy zasilaniu ich olejem napĊdowym.
Badania eksperckie obejmowaáy obserwacjĊ kilku autobusów w rzeczywistych warunkach eksploatacji przy zasilaniu
ich paliwem z biokomponentami. Celem badania w komorze termo-klimatycznej byáo sprawdzenie moĪliwoĞci
rozruchu silnika o zapáonie samoczynnym zasilanego tym paliwem w skrajnie niskich (-30ºC) temperaturach.
Uzyskane rezultaty badaĔ potwierdziáy tezĊ o porównywalnych parametrach eksploatacyjnych autobusów zasilanych
paliwem eksperymentalnym z udziaáem biokomponentów etylowych. Ponadto wskazaáy one na niĪsze zuĪycie tego
paliwa w porównaniu do oleju napĊdowego i na polepszenie wáaĞciwoĞci niskotemperaturowych tego paliwa.
Sáowa kluczowe: silniki spalinowe, wáaĞciwoĞci eksploatacyjne, paliwa, biokomponenty
A. PiĊtak, M. StruĞ, G. TrawiĔski
1. Wprowadzenie
Zmniejszenie zuĪycia paliw ropopochodnych w Polsce jest istotny nie tylko z punktu
uniezaleĪnienia od dostaw ropy naftowej (95 % ropy naftowej pochodzi z importu), ale takĪe z
uwagi na ograniczenie ich szkodliwego oddziaáywania na Ğrodowisko naturalne. Jednym
z kierunków prowadzonych w tym zakresie prac jest stosowanie biokomponetów, dodawanych do
benzyny czy oleju napĊdowego.
Polska jako jeden z pierwszych krajów w Europie rozpocząá dodawanie bioetanolu do benzyn.
W roku 1997 roku 38,1 % benzyn w Polsce zawieraáo dodatek powyĪej 4,5 % bioetanolu (norma
EN-PN 228). Wiele nieprzychylnych, czĊsto nieprawdziwych opinii o ich stosowaniu zahamowaáo
proces zwiĊkszania ich udziaáu w paliwie. Publikowane do tej pory wyniki badaĔ wskazują, Īe
stosowanie mieszanek zawierających estry i etanol przy zawartoĞci etanolu do okoáo 15 %
praktycznie nie wymaga regulacji silnika. Z uwagi na mniejszą wartoĞü opaáową etanolu
(27 MJ/kg) w porównaniu do oleju napĊdowego (43 MJ/kg) czy estrów (39 MJ/kg), wzrasta
naturalnie nieco zuĪycie paliwa. NiĪsza cena paliwa zawierającego etanol zmniejsza jednak koszty
eksploatacji. Stąd duĪe zainteresowanie i przepowiadany wzrost zastosowaĔ, takĪe z uwagi na
inne korzyĞci.
Silniki zasilane tymi mieszankami mają poprawione wáasnoĞci ekologiczne. Z uwagi na
obecnoĞü tlenu związanego zarówno w estrach jak i etanolu zmniejsza siĊ zadymienie spalin nawet
do 70 %, a zawartoĞü tlenku wĊgla, wĊglowodorów i cząstek staáych spada o okoáo 25÷30 %, a co
najwaĪniejsze spada takĪe zawartoĞü tlenków azotu do 10 %!. Zarówno ester jak i etanol nie
posiadają w swym chemicznym skáadzie siarki, co zmniejsza iloĞü cząstek staáych.
Dotychczas nie prowadzono w Polsce eksploatacji mieszanki skáadającej siĊ z oleju
napĊdowego, estrów etylowych i etanolu. Mamy nadziejĊ, ze doĞwiadczenia eksploatacyjne z
w/w paliwem bĊdą krokiem do szerszego jej stosowania i do strategicznego powiĊkszenia
paliwowej niezaleĪnoĞci Polski i Europy.
2. Badania eksploatacyjne autobusów zasilanych paliwem z biokomponentami
Badania eksploatacyjne wykonano na trzech pojazdach Miejskiego PrzedsiĊbiorstwa
Komunikacyjnego we Wrocáawiu: autobusów Volvo 7000A, nr ewidencyjny 8057 i 8059, których
jednostkĊ napĊdową stanowi silnik Volvo D7C275(290) oraz autobusu Jelcz 120MM, nr
ewidencyjny 9023, którego jednostkĊ napĊdową stanowi silnik Man D0826LUH05. Podstawowe
parametry badanych silników podano w tabeli 1.
Tab. 1. Podstawowe parametry silników autobusów podanych badaniom.
Tab. 1. The basic technical specifications of bus engines which are subject of the research.
Silnik
Parametr
Volvo D7C275(290)
Man D0826LUH05
Ukáad i liczba cylindrów
rzĊdowy, stojący, 6
rzĊdowy, leĪący, 6
7,284
6,871
Moment maksymalny [Nm] /
przy prĊdkoĞci [obr/min]
1200/1200
850/1300-1500
Moc maksymalna [kW] /
przy prĊdkoĞci [obr/min]
213/2200
169/2400
wtrysk bezpoĞredni
wtrysk bezpoĞredni
toroidalna w denku táoka
toroidalna w denku táoka
19,5:1
17:1
cieczowy, o wymuszonym
obiegu
cieczowy, o wymuszonym
obiegu
3
PojemnoĞü skokowa [dm ]
Rodzaj wtrysku
Rodzaj komory spalania
StopieĔ sprĊĪania
Rodzaj ukáadu cháodzenia
264
The Study of Exploitation Properties of Municipal Transport Services Powered by Fuels…
Badania eksploatacyjne obejmowaáy pomiary porównawcze parametrów efektywnych oraz
toksycznoĞci spalin badanych silników zasilanych oddzielnie olejem napĊdowym i paliwem z
biokomponentami, wyznaczenie eksploatacyjnego (drogowego) zuĪycia paliwa pojazdu (silnika)
zasilanego paliwem z biokomponentami oraz badania w komorze termo klimatycznej.
2.1. Badania parametrów efektywnych
Oceny parametrów efektywnych badanych silników dokonano z wykorzystaniem metody
wykorzystującej bezwáadnoĞü silnika. Polega ona na okreĞlaniu momentu obrotowego w cza-sie
akceleracji i deceleracji silnika, bĊdącego skutkiem zadanego wymuszenia o charakterze „skoku
jednostkowego” - wzrostu natĊĪenia doprowadzenia paliwa (akceleracja) lub zmniejszenia
natĊĪenia doprowadzenia paliwa (deceleracja). W metodzie tej, moment obrotowy silnika Mo
wyznacza siĊ z zaleĪnoĞci:
Mo = Io ·H
(1)
gdzie:̓̓ H - przyspieszenie kątowe waáu korbowego silnika;
Io - moment bezwáadnoĞci silnika.
Ten sposób wyznaczania momentu obrotowego silnika, zakáadający staáoĞü wartoĞci momentu
bezwáadnoĞci Io, umoĪliwiá w toku prowadzonych badaĔ porównanie parametrów efektywnych
silnika zasilanego róĪnymi rodzajami paliwa – olejem napĊdowym i paliwem
z biokomponentami.
Do precyzyjnego pomiaru przebiegu prĊdkoĞci obrotowej (przyspieszenia kątowego waáu
korbowego) podczas badaĔ eksploatacyjnych zastosowano tor pomiarowy prĊdkoĞci obrotowej
(rys. 1), skáadający siĊ z nadajnika prĊdkoĞci obrotowej (czujnik indukcyjny), umieszczanego
podczas badaĔ naprzeciwko koáa zamachowego badanego silnika wspóápracującego z karta
pomiarową. Szczegóáowy opis stosowanego ukáadu rejestrującego podano w [6, 7, 10].
impulsator (koáo sygnaáowe)
komputer
karta pomiarowa
badany silnik
sygnaá z czujnika
czujnik indukcyjny
indukcyjnego
ukáad ksztaátujący
Rys. 1. Schemat funkcjonalny toru pomiarowego chwilowej prĊdkoĞci obrotowej
waáu korbowego silnika stosowanego podczas badaĔ.
Fig. 1. Functional diagram represents slotted line of momentary rotary speed
crankshaft of the engine during the research.
Zastosowana metoda okreĞlania prĊdkoĞci obrotowej (przyspieszenia kątowego) opiera siĊ o
bardzo dokáadny pomiar czasu Ti pomiĊdzy „przejĞciem” kolejnych zĊbów, czyli pomiĊdzy
kolejnymi impulsami pomiarowymi. DokáadnoĞü pomiaru prĊdkoĞci obrotowej i wielkoĞci
pochodnych (przyspieszenia kątowego, momentu obrotowego, mocy efektywnej) jest zaleĪna
przede wszystkim od dokáadnoĞci wyznaczenia przedziaáów czasu Ti. Dla opisanego ukáadu
pomiarowego z uĪyciem wysokowydajnej, odpowiednio oprogramowanej kary pomiarowej, báąd
pomiaru chwilowej prĊdkoĞci obrotowej jest mniejszy niĪ 0,05 %, a przyspieszenia kątowego
(momentu obrotowego silnika) wynosi okoáo 2 % [6, 7, 10].
265
A. PiĊtak, M. StruĞ, G. TrawiĔski
Pomiary wykonano oddzielnie przy zasilaniu silników badanych autobusów olejem
napĊdowym i paliwem z biokomponentami, dla silników rozgrzanych do temperatur
eksploatacyjnych (temperatury: cieczy cháodzącej i oleju silnikowego > 80ºC). Dla kaĪdego
autobusu (silnika) wykonano 20 pomiarów, z których wyznaczono uĞredniony przebieg momentu
efektywnego, momentu oporów wáasnych oraz mocy efektywnej badanego silnika. Porównanie
przebiegu wymienionych wielkoĞci (przy zasilaniu oddzielnie olejem napĊdowym i paliwem z
biokomponentami) dla poszczególnych badanych silników pokazano na rys. 2 i 3.
Analiza otrzymanych wyników wskazuje, Īe w chwili wykonywania pomiarów silniki byáy w
przybliĪeniu w tym samym stanie termicznym. ĝwiadczą o tym praktycznie takie same przebiegi
momentu oporów wáasnych przy zasilaniu tego samego silnika róĪnymi paliwami. Uzyskane
parametry efektywne (w stanach nieustalonych) róĪnią siĊ od wartoĞci maksymalnych momentu i
mocy efektywnej (warunki ustalone), podanych w tab. 1. Wynika to z róĪnic w przebiegu
momentu obrotowego i mocy efektywnej silnika wyznaczonych w wymienionych wyĪej
warunkach (ustalone {hamownia silnikowa} – nieustalone {metoda bezwáadnoĞciowa}), co
spowodowane jest róĪnicami w przebiegu procesu spalania (zasilanie paliwem, zasilanie
powietrzem, sterowanie pracą silnika).
Parametry efektywne badanych silników zasilanych paliwem z biokomponentami byáy
zbliĪone do parametrów uzyskanych przy ich zasilaniu olejem napĊdowym. W zakresie prĊdkoĞci
obrotowych odpowiadających maksymalnemu momentowi obrotowemu silnika byáy one
porównywalne, natomiast dla wyĪszych prĊdkoĞci obrotowych zaobserwowano niewielki ich
spadek w przypadku zasilania badanych silników paliwem z biokomponentami w porównaniu do
zasilania olejem napĊdowym.
2.2. Badania toksycznoĞci (zadymienia) spalin
Pomiary toksycznoĞci spalin wykonywano na pojazdach w bieĪącej eksploatacji z
wykorzystaniem metody pomiaru zadymienia (wspóáczynnika ekstynkcji kmax) podczas swobodnego przyspieszania silnika. Tego rodzaju pomiary są wskaĨnikiem zawartoĞci sadzy w spa-linach
(jej iloĞü zaleĪy od przebiegu {jakoĞci} procesu spalania paliwa) i stosowane są ze wzglĊdu na
prostotĊ wykonania i duĪą dostĊpnoĞü urządzeĔ pomiarowych (dymomierzy) zarówno podczas
badaĔ homologacyjnych (EOBD), jak przede wszystkim podczas badaĔ kontrolnych pojazdów.
Pomiary wykonano przy zastosowaniu dymomierza optycznego, przy zasilaniu badanych silników
oddzielnie olejem napĊdowymi i paliwem z biokomponentami. Dla kaĪdego badanego autobusu
(silnika) wykonywano 11 rozpĊdzeĔ dla silnika rozgrzanego do temperatur eksploatacyjnych
(temperatury: cieczy cháodzącej i oleju wyĪsze niĪ 80ºC). Wynik pierwszego pomiaru pomijano.
UĞrednione (z 10-ciu przyspieszeĔ) wartoĞci wspóá- czynnika ekstynkcji kmax oraz parametry
oceny
statystycznej
(odchylenie
standardowe
V k max
i wspóáczynnik zmiennoĞci V k max / k max ) uzyskanych wyników pomiarów podano w tabeli 2.
Badania potwierdziáy, Īe poziom konstrukcji silnika i jego stan techniczny wpáywają na
wartoĞü zadymienia spalin. Dla silnika Man D0826LUH05 uzyskano Ğrednie wartoĞci wspóáczynnika ekstynkcji odpowiednio 2,55 m-1 (dla zasilania olejem napĊdowym) i 1,10 m-1 (dla
zasilania silnika paliwem z biokomponentami), które są mniejsze niĪ wartoĞü maksymalna
dopuszczalna tego wspóáczynnika (3 m-1) obowiązująca podczas badaĔ technicznych pojazdów dla
silnika turbodoáadowanego. MoĪna przypuszczaü, Īe na tak wysoką wartoĞü tego parametru
(zwáaszcza dla oleju napĊdowego) wpáyw miaá przede wszystkim nie najlepszy stan aparatury
wtryskowej tego silnika. Dla pozostaáych dwóch badanych silników (Volvo D7275) uzyskane
wartoĞci wspóáczynnika ekstynkcji są znacznie mniejsze i nie przekraczają 0,8 m-1.
266
The Study of Exploitation Properties of Municipal Transport Services Powered by Fuels…
a) 800
a) 200
Mo [Nm]
Ne [kW]
180
600
160
400
140
200
120
100
0
80
n [obr/min]
60
-200
-400
40
20
M ow [Nm]
-600
600
1100
b) 800
1600
2100
n [obr/min]
0
600
2600
b) 200
Mo [Nm]
1100
1600
2100
2600
Ne [kW]
180
600
160
400
140
200
120
100
0
80
n [obr/min]
60
-200
-400
40
20
M ow [Nm]
-600
600
c) 1000
1100
1600
2100
2600
c) 240
Mo [Nm]
n [obr/min]
0
600
800
1100
1600
2100
2600
Ne [kW]
200
600
160
400
200
120
0
-200
-400
-600
700
80
n [obr/min]
40
M ow [Nm]
1200
n [obr/min]
1700
2200
0
700
2700
Rys. 2. Porównanie momentu efektywnego i oporów
wáasnych przy zasilaniu olejem napĊdowym (linia czarna)
i paliwem z biokomponentami (linia szara): a) b) silniki
Volvo D7C275(290) autobusów Volvo 7000A nr 8057 i nr
8059, c) silnik Man D0826LUH05 auto-busu Jelcz 120MM
nr 9023.
Fig. 2. Value comparison of effective moment to the resistance moment powered by petroleum (black line) and
fuel containing biocomponents (grey line): a) b) engi-nes
Volvo D7C275 buses Volvo 7000A nr 8057 and 8059, c)
engine Man D0826LUH05 bus Jelcz 120M 9023.
267
1200
1700
2200
2700
Rys. 3. Porównanie mocy efektywnej przy zasilaniu olejem napĊdowym (linia czarna) i paliwem z biokomponentami (linia szara): a) b) silniki Volvo D7C275(290)
autobusów Volvo 7000A nr 8057 i nr 8059, c) silnik
Man D0826LUH05 autobusu Jelcz 120MM nr 9023.
Fig. 3. Value comparison of effective power powered
by petroleum (black line) and fuel containing biocomponents (grey line): a) b) engines Volvo D7C275(290)
buses Volvo 7000A nr 8057 and 8059, c) engine Man
D0826LUH05 bus Jelcz 120MM nr 9023.
A. PiĊtak, M. StruĞ, G. TrawiĔski
Tab. 2. Wyniki pomiarów zadymienia spalin silników badanych
autobusów zasilanych róĪnymi rodzajami paliwa (metoda swobodnego rozpĊdzania)
Tab. 2. Measurement results of smokiness of exhaust gases
from examined engines that are powered by different fuels (free accelerating method)
Rodzaj paliwa
Olej napĊdowy
Paliwo z biokomponentami
Nr ewidencyjny
autobusu
8057
9023
8059
8057
9023
8059
Silnik
Volvo
D7C275
Man
D0826LUH05
Volvo
D7C275
Volvo
D7C275
Man
D0826LUH05
Volvo
D7C275
kmax [m-1]
0,52
2,55
0,76
0,25
1,10
0,33
V k max [m-1]
0,05
0,34
0,05
0,02
0,06
0,03
V k max / k max [%]
10
13
7
8
5
10
Analiza wyników badaĔ wskazuje równieĪ na duĪą niepowtarzalnoĞü uzyskiwanych pod-czas
kolejnych procesów rozpĊdzania wartoĞci wspóáczynnika kmax, co jest charakterystyczne dla tego
rodzaju badaĔ i wynika z niepowtarzalnoĞci stosowanego wymuszenia o charakterze skoku
jednostkowego, a tym samym kolejnych procesów rozpĊdzania. Wspóáczynnik zmiennoĞci mieĞci
siĊ w przedziale od 5 % (silnik Man zasilany paliwem z biokomponentami) do 13 % (silnik Man
zasilany olejem napĊdowym). Dla wszystkich badanych autobusów, przy zasilaniu ich silników
paliwem z biokomponentami, uzyskano ponad dwukrotnie mniejsze wartoĞci zadymienia spalin
(wspóáczynnika ekstynkcji kmax) niĪ przy ich zasilaniu olejem napĊdowym.
2.3. Badania trakcyjne autobusów zasilanych paliwem z biokomponentami
Podstawowym celem badaĔ trakcyjnych byáa ekspercka ocena charakteru pracy silników
autobusów zasilanych paliwem eksperymentalnym oraz ocena ich ekonomii zuĪycia paliwa
w normalnych, nie symulowanych warunkach eksploatacji.
Przed przystąpieniem do badaĔ trakcyjnych autobusów zasilanych paliwem z biokomponentami wykonano prace przygotowawcze, które obejmowaáy umycie i osuszenie prze-dziaáu
silnikowego, wykonanie obsáugiwania systemów wspomagających rozruch silnika, naáadowanie
akumulatorów rozruchowych do pojemnoĞci nie mniejszej niĪ 75 % pojemnoĞci znamionowej,
mycie zbiorników paliwa i filtrów wstĊpnego oczyszczania (osadników) oraz wymianĊ
papierowych przegród filtracyjnych w ukáadzie zasilania powietrzem.
Badaniu podlegaáy trzy autobusy, których silniki zasilano paliwem z biokomponentami.
Autobusy te poruszaáy siĊ przez kilka miesiĊcy po normalnych trasach tych autobusów we
Wrocáawiu. Kierowcy badanych pojazdów zostali wyposaĪeni w specjalne karty badaĔ,
w których kaĪdego dnia eksploatacji dokonywali odpowiednich wpisów, na przykáad o warunkach
pogodowych i dostrzeĪonych podczas uĪytkowania (jazdy) anomaliach w pracy silnika (w
porównaniu do pracy na oleju napĊdowym). àącznie badane autobusy przejechaáy prawie
18000 km w okresie zimowym (luty i marzec 2006 rok). W tym czasie podczas uĪytkowania i
obsáugiwania pojazdów nie stwierdzono istotnych usterek w pracy silnika wynikających lub
przypisywanych ukáadowi zasilania paliwem.
Analiza ww. kart wykazaáa, Īe badane autobusy eksploatowane byáy w tym okresie przy
ujemnych temperaturach otoczenia w zakresie od -7ºC do okoáo 0ºC. Podczas wiĊkszoĞci okresu
268
The Study of Exploitation Properties of Municipal Transport Services Powered by Fuels…
eksploatacji jezdnie, po których poruszaáy siĊ autobusy byáy mokre, a w ciągu kilku dni jazd
wystąpiáy opady deszczu i Ğniegu z deszczem.
Podczas badaĔ nie zaobserwowano trudnoĞci w uruchamianiu silników zasilanych paliwem z
biokomponentami. Uruchamianie zarówno „zimnych” silników jak i rozgrzanych do temperatur
eksploatacyjnych w wyĪej wymienionych warunkach klimatycznych przebiegaáo analogicznie jak
przy zasilaniu tych silników olejem napĊdowym i nie sprawiaáo Īadnych trudnoĞci. Silniki
uruchamiaáy siĊ przy „pierwszym zaáączeniu rozrusznika” w czasie okoáo 2÷3 s. TakĪe zachowanie
siĊ silników przy ruszaniu z miejsca, przy przyspieszaniu, przy zmianie biegów czy przy rozbiegu
i redukcji zostaáo ocenione przez kierowców na poziomie takim samym jak dla oleju napĊdowego.
Badania obejmowaáy równieĪ porównanie zuĪycia paliwa z biokomponentami w porównaniu
do zuĪycia oleju napĊdowego.
W przypadku autobusu Volvo (nr ewidencyjny 8057) Ğrednie zuĪycie paliwa z biokomponentami wynosiáo w okresie badaĔ 53,8 dm3/100km, podczas gdy norma jego zuĪycia w Ruchu
miejskim wynosi 59,0 dm3/100km. Natomiast autobus Jelcz (nr ewidencyjny 9023) którego norma
w ruchu miejskim wynosi 36,0 dm3/100km, w okresie badaĔ zuĪyá Ğrednio 33,6 dm3 paliwa na
100 km przebiegu. MoĪna wiĊc sformuáowaü wniosek, Īe w obu badanych pojazdach zuĪycie
paliwa z biokomponentami jest w przybliĪeniu o 6,7÷8,8% mniejsze niĪ zuĪycie oleju
napĊdowego. Dla trzeciego badanego autobusu (Volvo nr ewidencyjny 8059) stwierdzono
zróĪnicowane zuĪycie paliwa z biokomponentami, zaleĪne od kierowcy prowadzącego pojazd i
okresu jego eksploatacji. Z danych zawartych w zdecydowanej czĊĞci kart pracy tego autobusu
wynika,
Īe
statystycznie
zuĪycie
paliwa
z
biokomponentami
byáo
o 14,2 % mniejsze od normatywnego zuĪycia oleju napĊdowego, chociaĪ zdarzaáy siĊ okresy pracy
(karty pracy), podczas których zuĪycie to byáo wiĊksze.
2.4. Badania w komorze termoklimatycznej
Celem przeprowadzonych w komorze termoklimartycznej badaĔ byáo sprawdzenie moĪliwoĞci
rozruchu silnika D08 MAN autobusu Jelcz 121M zasilanego paliwem z biokompo-nentami w
ujemnych temperaturach otoczenia zgodnie z wymaganiami normy BN-74/1345-09. Badania
wykonano w wielkogabarytowej komorze termoklimatycznej o wysokich para-metrach
eksploatacyjnych (Politechnika Krakowska). Na podstawie przeprowadzonych prób rozruchu
badanego silnika autobusu Jelcz M121M w warunkach obniĪonej temperatury otoczenia do –
31°C±1°C, przy równoczesnym wstĊpnym podgrzaniu badanego silnika (temperatura zasysanego
powietrza do cylindrów silnika oraz temperatura paliwa miaáy speánione warunek przemroĪenia do
temperatury)
z
zachowaniem
wybranych
kryteriów
wymaganej
z procedury badawczej okreĞlonej w normie BN-74/1345-09, stwierdzono, Īe moĪliwy byá rozruch
silnika i jego dalsza praca w badanych warunkach temperaturowych. Wykonany test badawczy
powtarzano kilkakrotnie, przy czym w ostatniej, trzeciej fazie praca silnika utrzy-mywana byáa na
tzw. „biegu jaáowym” przez okres ponad 5 minut. NaleĪy zaznaczyü, Īe
podczas caáego okresu prowadzonych prób w tej fazie badaĔ, temperatura testowanego paliwa, a
takĪe zasysanego przez silnik powietrza byáy ustabilizowane na wymaganym poziomie (–
31°C±1°C). Na tej podstawie moĪna uznaü, iĪ poddane badaniom paliwo z dodatkiem
biokomponentów moĪe byü wykorzystywanie w warunkach zimowych jako alternatywne paliwo
do silników napĊdowych o zapáonie samoczynnym.
Podczas badaĔ autobusu w komorze termoklimatycznej umieszczono pobrane przed przystąpieniem do badania próbki paliwa z biokomponentami. Zaobserwowano, Īe paliwo
umieszczone w szklanych pojemnikach zachowaáo páynnoĞü nawet w warunkach przemroĪenia do
–32°C, co moĪe Ğwiadczyü, iĪ speánia ono kryterium przepompowalnoĞci i nie bĊdzie powodowaü
zjawiska zablokowania zimnego filtra paliwa.
269
A. PiĊtak, M. StruĞ, G. TrawiĔski
3. Wnioski koĔcowe
1. Parametry efektywne (moc, moment obrotowy) silników badanych pojazdów zasilanych
paliwem z biokomponentami są porównywalne (Ğrednio o 5,1 % mniejsze) niĪ przy ich zasilaniu
olejem napĊdowym, przy znacznie mniejszym (ponad 50 %) zadymieniu spalin (Ğredniej wartoĞci
wspóáczynnika ekstynkcji kmax dla metody swobodnego przyspieszania).
2. ĝrednie eksploatacyjne (drogowe) zuĪycie paliwa z biokomponentami dla badanych auto-busów
jest od 6,7÷14,2 % mniejsze od zuĪycia oleju napĊdowego. W okresie, w którym prowadzono
badania drogowe silników zasilanych paliwem z biokomponentami nie stwierdzono Īadnych
usterek w ich pracy silników wynikających lub przypisywanych ukáadowi zasilania paliwem.
3. Paliwo z biokomponentami, umieszczone w szklanych pojemnikach razem z autobusem
w komorze termoklimatycznej, zachowaáo páynnoĞü w warunkach przemroĪenia do –32°C.
4. Stwierdza siĊ, Īe rozruch silnika i jego dalsza praca byáy moĪliwa przy temperaturze
testowanego paliwa (a takĪe zasysanego powietrza) ustabilizowanego na poziomie –31°C.
5. Wyniki wykonanych badaĔ eksploatacyjnych pozwalają na wstĊpne postawienie tezy, Īe paliwo
z dodatkiem biokomponentów etylowych rokuje szansĊ na szerokie przyszáe wykorzystywanie
jako alternatywnego Ĩródáa zasilania silników o zapáonie samoczynnym. Jego stosowanie jest
celowe ekonomicznie (mniejsze zuĪycie paliwa) i ekologicznie (mniejsza toksycznoĞü spalin).
Powinno ono stanowiü przedmiot dalszych analiz i szerszych badaĔ stanowiskowych i drogowych
oraz eksperymentów w warunkach rzeczywistej eksploatacji.
Literatura
[1] BocheĔski, C., Biodiesel – paliwo rolnicze. Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2003.
[2] Chwieduk, D., Analiza moĪliwoĞci stosowania noĞników energii produkowanych w opar-ciu o
surowce ze Ĩródeá odnawialnych. Warszawa 2005.
[3] KolczyĔski, J., Wybrane aspekty technologiczne i eksploatacyjne stosowania Biodiesla
FAME. SáuĪby materiaáów pĊdnych i smarów, Warszawa 2005.
[4] Lewandowski, W.: Proekologiczne odnawialne Ĩródáa energii. Wydawnictwa NaukowoTechniczne, Warszawa 2006.
[5] Olchowik, W., Pietak, A., TrawiĔski, G., OkreĞlenie dokáadnoĞci pomiaru przyspieszenia
kątowego silników spalinowych. Materiaáy V Krajowej Konferencji „Diagnostyka techniczna
urządzeĔ i systemów DIAG’2003”, UstroĔ, 13-17.10.2003, skrót str. 361y362, wersja peána
wydanie na CDROM-ie.
[7] Olchowik, W., Pietak A., TrawiĔski, G., Redukcja zakáóceĔ i báĊdów pomiaru chwilowej
prĊdkoĞci obrotowej waáu korbowego z wykorzystaniem cyfrowej filtracji sygnaáu. Materiaáy
V Krajowej Konferencji „Diagnostyka techniczna urządzeĔ i systemów DIAG’2003”, UstroĔ,
13-17.10.2003r, skrót str. 363y364, wersja peána wydanie na CDROM-ie.
[8] Podkówka W., Biopaliwo, gliceryna, pasza z rzepaku. Wydawnictwo Uczelniane Akade-mii
Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy, Bydgoszcz 2004.
[9] Szlachta S., Zasilanie silników wysokoprĊĪnych paliwem rzepakowym. Wydawnictwo
Komunikacji i àącznoĞci, Warszawa 2002.
[10] TrawiĔski G., Analiza moĪliwoĞci wykorzystania pomiarów chwilowej prĊdkoĞci obroto-wej i
przyspieszenia waáu korbowego do oceny stanu technicznego silnika o zapáonie
samoczynnym. Rozprawa doktorska, WAT, Warszawa 2004.
[11] Oxidation stability of fatty acid methyl esters. http://btgs.ct.utwente.nl/eeci/archive/biobase/B10376.html.
[12] Biodiesel, SoyGold Biodiesel. http://www.soygold.com/biodiesel.html.
[13] Caterpillar position on the use of biodiesel fuel. Dokument PELE0805.
270
The Study of Exploitation Properties of Municipal Transport Services Powered by Fuels…
[14] Dyrektywa 2003/30/WE parlamentu europejskiego z dnia 8 maja 2003 roku w sprawie
wspierania uĪycia w transporcie biopaliw lub innych paliw odnawialnych.
271