VLIV POUŽÍVÁNÍ BIOPALIV NA PROVOZNÍ PARAMETRY SPALOVACÍCH MOTORŮ TRAKTORŮ



Podobné dokumenty
Provoz traktoru Case IH PUMA CVX na směsné palivo B30

Ekonomika provozu traktorů - efektivnější provoz

EFFECT OF COMBUSTION OF ALTERNATIVE FUELS ON DIESEL ENGINE EXHAUST EMISSIONS

Palivová soustava Steyr 6195 CVT

Vliv paliv obsahujících bioložky na provozní parametry vznětových motorů

INFLUENCE OF CONSTRUCTION OF TRANSMISSION ON ECONOMIC PARAMETERS OF TRACTOR SET TRANSPORT

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY ZEMĚDĚLSKÉ A LESNICKÉ UNIVERZITY V BRNĚ

Výsledky měření traktoru Case IH 135 MXU na řepkový olej a motorovou naftu

Funkční vzorek průmyslového motoru pro provoz na rostlinný olej

Zkoušky paliva s vysokým obsahem HVO na motorech. Nová paliva pro vznětové motory, 8. června 2017

THE PREDICTION PHYSICAL AND MECHANICAL BEHAVIOR OF FLOWING LIQUID IN THE TECHNICAL ELEMENT

VLIV PODÍLU BIOSLOŽKY V PALIVU NA SPOTŘEBU A PALIVA EMISE TRAKTORU ZETOR FORTERRA 8641

Funkční vzorek průmyslového motoru pro provoz na rostlinný olej

19. a 20. PÍSTOVÉ SPALOVACÍ MOTORY ZÁŽEHOVÉ A VZNĚTOVÉ 19. and 20. PETROL AND DIESEL PISTONE COMBUSTION ENGINES

REDUCTION OF NO X EMISSIONS USING THE SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM SNÍŽENÍ EMISÍ NOX POMOCÍ SCR SYSTÉMU

ZVÝŠENÍ KONKURENCESCHOPNOSTI SPALOVACÍHO MOTORU NA STLAČENÝ ZEMNÍ PLYN COMPETITIVENESS INCREASE OF THE CNG ENGINE

POWER OF THE SELF-IGNITION MOTOR FOR PURE PLANT OIL VÝKON VZNĚTOVÉHO MOTORU NA ČISTÝ ROSTLINNÝ OLEJ

- AutoSympo a Kolokvium Božek 2014, Roztoky -

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek až , Roztoky -

Zpráva České republiky pro Evropskou komisi za rok 2005 o realizaci Směrnice Evropského Parlamentu a Rady 2003/30/ES z 8.

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - Kolokvium Božek 2012, Roztoky -

OPTIMALIZACE NAPLNĚNÍ VÁLCE SPALOVACÍHO MOTORU

Potenciál biopaliv ke snižování zátěže životního prostředí ze silniční dopravy

Možnosti snižování nákladů u traktorových souprav na zpracování půdy

Vstřikovací systém Common Rail

SMĚRNICE KOMISE 2014/44/EU

Digitální učební materiál

Vliv svahu na energetické a exploatační parametry zemědělské dopravy

PROBLEMATIKA MĚŘENÍ SPOTŘEBY PALIVA

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a , Roztoky-

WP09V011: Software pro rozšířené vyhodnocení obrazového záznamu průběhu výstřiku paliva - Evalin 2.0

Krok za krokem ke zlepšení výuky automobilních oborů. CZ.1.07/1.1.26/ Švehlova střední škola polytechnická Prostějov

BETON V ENVIRONMENTÁLNÍCH SOUVISLOSTECH

MALÝ LETECKÝ MOTOR Jakým způsobem byl motor vyvíjen

SMĚRNICE KOMISE / /EU. ze dne XXX,

Funkční vzorek vozidlového motoru EA111.03E-LPG

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek až , Roztoky -

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 2013, Roztoky -

MOTORY. Síla. Efektivita

KOMBINOVANÉ ZATĚŽOVÁNÍ TRAKTOROVÉHO MOTORU

Obecné cíle a řešené dílčí etapy

THE INFLUENCE OF AUTOMATIC SHIFTING ON TRACTOR ENGINE LOAD IN THE TRANSPORT VLIV AUTOMATICKÉHO ŘAZENÍ NA ZATÍŽENÍ TRAKTOROVÉHO MOTORU V DOPRAVĚ

Alternativní paliva. Připravenost ití biokomponent pro výrobu motorových paliv - biopaliv. Konference - Praha

Základní charakteristika

Compliance se směrnicemi EU o udržitelnosti výroby biopaliv do roku 2020 Splnění kritérií udržitelnosti, systém certifikace ISCC

SOUVISLOSTI MEZI OMEZOVÁNÍM EMISÍ, ZMĚNAMI V KONSTRUKCI AUTOMOBILOVÝCH MOTORŮ A ZMĚNAMI VE SLOŽENÍ AUTOMOBILOVÝCH MOTOROVÝCH OLEJŮ

NEGATIVNÍ PŮSOBENÍ PROVOZU AUTOMOBILOVÝCH PSM NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ - ENERGETICKÝ ÚSTAV ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY

IVECO BUS CNG technologie autobusech emisní normy Euro VI

Audi A4 limuzína A4 Avant A4 allroad quattro Audi S4 limuzína S4 Avant Audi Náskok díky technice

Univerzita Pardubice Dopravní fakulta Jana Pernera

5.1.1 Nestacionární režim motoru

Zážehové motory: nová technická řešení, způsoby zvyšování parametrů

Ústav automobilního a dopravního inženýrství PODPORA CVIČENÍ. Ing. Jan Vančura Ústav automobilního a dopravního inženýrství FSI VUTBR

SMĚRNICE KOMISE 2014/43/EU

SMĚRNICE KOMISE / /EU. ze dne XXX,

VLIV ZATÍŽENÍ HNACÍCH NÁPRAV A VÝŠKY ZÁVĚSU NA TAHOVÉ VLASTNOSTI TRAKTORU

Agronomická fakulta. Ústav techniky a automobilové dopravy. Bakalářská práce

COMPARISON OF TENSILE CHARACTERISTICS OF TRACTOR CHALLENGER MT 875B

P. Verner, V. Chrást

Tisková informace. Autopříslušenství Čisté motory díky nové technice:jak budou vozidla se vznětovým motorem do budoucna moci splnit emisní limity

Kombinovaná výroba elektrické a tepelné energie

ČTYŘDOBÝ VÍCEVÁLCOVÝ SPALOVACÍ MOTOR S VYUŽITÍM TLAKOVÝCH PULZŮ VÝFUKOVÝCH PLYNŮ KE ZVÝŠENÍ NAPLNĚNÍ VÁLCŮ

P. Sedlák, F. Bauer, T. Kopa

Mendelova univerzita v Brně

Palivová soustava

TENSION RESISTANCE MEASURING DEVICE FOR MEANS OF MECHANIZATION ZAŘÍZENÍ PRO MĚŘENÍ TAHOVÉHO ODPORU MECHANIZAČNÍCH PROSTŘEDKŮ

Charakteristiky PSM, provozní oblasti

ZELENÁ ZPRÁVA 2016 o ochraně životního prostředí.

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 2. a , Roztoky -

Technická data Platná pro modelový rok Nový Transporter

Efektivní využití kogeneračních jednotek v sítích SMART HEATING AND COOLING NETWORKS

Palivové soustavy vznětového motoru

Efektivita a výkon. MAN TGX s novými motory D38. MAN kann.

Profesor Ing. Aleš Komár, CSc. Aplikace palivového aditiva v provozu vojenské techniky AČR

Technická univerzita v Liberci

Konstrukce motorů pro alternativní paliva

Zvyšování kvality výuky technických oborů

CONTRIBUTION TO UNDERSTANDING OF CORRELATIVE ROLE OF COTYLEDON IN PEA (Pisum sativum L.)

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 2014, Roztoky -

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - Kolokvium Božek 2016, , Roztoky -

Scénáře rozvoje alternativních

Elektrochemické články v elektrické trakci železniční (Rail Electromobility)

Směšovací poměr a emise

VYUŽITÍ FERMENTAČNÍCH ZBYTKŮ ANAEROBNÍ DIGESCE JAKO PALIVA APPLICATION OF FERMENTED ANAEROBIC DIGESTION REMAINDERS AS FUEL

UPLATNĚNÍ ADITIVNÍHO INDEXOVÉHO ROZKLADU PŘI HODNOCENÍ FINANČNÍ VÝKONNOSTI ODVĚTVÍ ČESKÝCH STAVEBNÍCH SPOŘITELEN

DOPRAVA JAKO SOUČÁST LOGISTIKY ENERGETICKÝCH SUROVIN V ZEMĚDĚLSTVÍ TRANSPORT AS PAR T OF ENERGY RAW MATERIALS LOGISTIC IN AGRICULTURE

VÝVOJ PLYNOVÉHO MOTORU PRO OSOBNÍ AUTOMOBIL PASSENGER CAR GAS ENGINE DEVELOPMENT

VLIV SLOŽENÍ KRMNÝCH SMĚSÍ NA PRŮBĚH SNÁŠKOVÉ KŘIVKY SLEPIC

Užití biopaliv v dopravě - legislativa a realita

Stav, vývoj a trendy prodeje biopaliv a bionafty ve světě a na trhu v ČR

Seminář Ekonomika provozu traktorů a inovace v mechanizaci,

S TR A T E G I E D E S I G N U N O V É T Ř Í D Y SE Z A M Ě Ř I L A NA VYUŽITÍ ŠPIČKOVÝCH TECHNOLOGIÍ ŘÍZENÍ SPALOVACÍHO

ASSESSMENT OF ENERGY-BIOGAS PROCESS AT STATIONS USING THERMOGRAPHY METHODS

Úvod do problematiky. Možnosti energetického využití biomasy

POTENCIÁLNÍ OHROŽENOST PŮD JIŽNÍ MORAVY VĚTRNOU EROZÍ

DIESEL PRÉMIOVÁ PALIVA ALL IN AGENCY výkon ekologie rychlost vytrvalost akcelerace

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek až , Roztoky -

D. Klecker, L. Zeman

Transkript:

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS Ročník LVIII 26 Číslo 2, 21 VLIV POUŽÍVÁNÍ BIOPALIV NA PROVOZNÍ PARAMETRY SPALOVACÍCH MOTORŮ TRAKTORŮ T. Šmerda, J. Čupera Došlo: 7. ledna 21 Abstract ŠMERDA, T., ČUPERA, J.: Influence of biofuels usage in internal combustion engines of agricultural tractors on output parametrs. Acta univ. agric. et silvic. Mendel. Brun., 21, LVIII, No. 2, pp. 219 228 Application of alternative fuels brings the social benefits in terms of reducing dependence on oil industry and its products as well as decreasing of damage of the environment together with using of natu ral resources, especially in field of renewable energy resources. The use of biofuels is the most important part of energy strategy in European Union, whose member states have agreed the content of biofuels will achieve 5.75% of the total energy sum of fuel for transport purposes in 21. Operation of internal combustion engine fueled by RME brings environmental benefits as described several authors in analysis of the life cycle. The contribution deals with technical difficulties of the RME usage in internal combustion engine used in agricultural tractors. Different fuel causes different process of combustion which means changes in output power and pollution. The aim of this experiment was to determine these effects. Experimental work was divided into two parts according to various fuel systems. The first tractor was equipped with mechanical injection system, the second one was provided with common-rail fuel system. The test procedures consisted of measurement of power- torque curves where the engine load was created by Eddy current dynamometer. Exhaust gas analyzer sampled the pollution of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrocarbons as the most important indicators of combustion process. biofuels, RME, pollution, tractor s engine Moderní koncepce zemědělské výroby je spjata se spotřebou energie, která pochází z fosilních zdrojů a je dále transformována ve vhodné formě, například kapalného paliva. Značná část spotřebované energie je spojena s provozem zemědělské techniky, kde se jako prostředek transformace chemické energie obsažené v palivu využívají převážně čtyřdobé, přeplňované vznětové motory, které svým maximálním výkonem dosahují i více než 44 kw. V podmínkách České republiky se spotřebuje v sektoru zemědělství 7 1 % z celkové spotřeby motorové nafty. Vzhledem ke známým negativním projevům činnosti spalovacího motoru na životní prostředí a zdraví člověka je vyvíjen tlak i v tomto sektoru na snižování spotřeby paliva a vybraných emisních složek. Množství a druh těchto složek jsou mimo technických vlastností motoru a pracovního zatížení ovlivněno používaným palivem, které svým chemickým složením ovlivňuje celkovou energetickou bilanci. Do popředí zájmu se proto dostávají bio pa li va, která svými vlastnostmi umožní zčásti nebo zcela nahradit stávající zdroje, jejichž kapacita je konečná a soustředěná v nestabilních regionech světa. Podle (Gnansounou E. et al., 29) lze technicky zajistit úplnou náhradu automobilových benzínů a motorové nafty pomocí biopaliv, ale v dlouhodobém měřítku lze uvažovat s 1% až 15% podílem biopaliv na celkové spotřebě uhlovodíkových paliv. Uplatňování biopaliv má z celospolečenského hlediska přínosy v omezování závislosti na ropných produktech, snižování zátěže životního prostředí, využití domácích zdrojů a průmyslové výroby a udržování krajiny. Jak vyplývá ze závěrů technicko-ekonomické analýzy vhodných biopaliv v dopravě, paliva z obnovitelných zdrojů mohou přinést výrazné snížení GHG (Green House Gas) emisí, ale za cenu větší energetické náročnosti jejich výroby a distribuce. 219

22 T. Šmerda, J. Čupera Využívání biopaliv je cílem také Evropské unie, jejíž členské státy se dohodly, že v roce 21 bude tvořit podíl biopaliv 5,75 % z celkového energetického obsahu spotřeby pohonných hmot pro dopravní účely a v roce 22 to bude činit 1 %. Předpoklady Evropské unie (EU-27) jsou takové, že v roce 22 bude pokrývat vlastními zdroji čtyři pětiny celkové spotřeby biopaliv pro splnění stanovených cílů. K tomu bude potřeba 15 % orné půdy (17,5 mil. ha) s předpokládaným průměrným energetickým výnosem 1,6 toe (tuna olejového ekvivalentu = 41,87 GJ). Z pohledu surovin pro výrobu biopaliv se uvažuje pro rok 22 s využitím 19 % produkce obilovin a 47 % produkce olejnin s cenovým růstem 3 6 % u obilovin a 8 15 % u olejnin. V současné době se využívá pro produkci biodieselu v EU přibližně 3 mil. ha orné půdy, z toho pro pěstování řepky olejné 2,18 mil. ha (Gelder, J. W. et al.; 28). V současné době se používání biopaliv u zemědělské techniky soustředí na spalování MEŘO (metylester řepkového oleje) a jeho případných směsí s motorovou naftou. Provoz spalovacího motoru na MEŘO má environmentální přínos, jak popisuje ve své analýze životního cyklu několik autorů (Batchelor et al., 1995; Jevič, 25), ale z pohledu technického vzniká několik problémů s biologickou povahou samotného paliva a jeho chemickým složením. V řadě publikací je zmiňována nižší výhřevnost, vysoké povrchové napětí, nevhodný průběh destilační křivky a také chemická agresivita vůči některým materiálům palivové soustavy. Uvedené nedostatky lze úspěšně řešit přizpůsobením řídicí jednotky palivové soustavy a použitím vhodných materiálů. Vzhledem k tomu, že je snaha uvedené palivo používat u spalovacích motorů, které na MEŘO nebyly koncipovány, dochází ke změnám parametrů spalovacího motoru, především velikosti točivého momentu a spotřeby paliva. Cílem bylo provést analýzu výstupních parametrů při používání alternativních paliv u spalovacího motoru s řadovým vstřikovacím čerpadlem a spalovacího motoru s palivovou soustavou Common Rail. MATERIÁL A METODY Pro analýzu vlivu používání alternativních paliv na výstupní parametry spalovacího motoru bylo provedeno měření s dvojicí traktorů v laboratorních podmínkách Ústavu techniky a automobilové dopravy na Mendelově univerzitě v Brně. (rok výroby 28) byl vybaven řadovým vstřikovacím čerpadlem a traktor II. (rok výroby 29) palivovou soustavou Common Rail. Nízkotlaká část palivové soustavy spalovacího motoru traktoru I. byla doplněna o podávací čerpadlo, filtry, výměník tepla pro předehřev paliva a dvojici třícestných ventilů. Charakteristika spalovacích motorů obou traktorů je uvedena v Tab. I. I: Charakteristika spalovacích motorů zkoušených traktorů I: Engine specification of tested tractors Max. výkon (kw) 66 64 (97/68 EC) Max. točivý moment (N.m) 391 334 Počet válců (-) 4 4 Zdvihový objem (cm 3 ) 4 156 4 525 Počet ventilů na válec (-) 2 2 Palivová soustava Přeplňování Řadové vstřikovací čerpadlo, Doplnění pal. soustavy o filtry, čerpadlo a předehřev paliva, dvojici třícestných ventilů pro provoz motoru s řepkovým olejem Turbodmychadlo bez regulace plnícího tlaku Common Rail, bez úpravy Turbodmychadlo bez regulace plnícího tlaku II: Přehled základních parametrů použitých paliv II: Overview of main parameters of used fuels Palivo Výhřevnost (MJ/kg) Hustota při 15 o C Norma určující kvalitu paliva Použití u traktoru 42,69 837 EN 59 Řepkový olej 36,72 915 DIN V 5165 Metylester řepkového oleje (MEŘO) Směs I. (3 % MEŘO a 7 % motorová nafta) Směs II. (5 % motorová nafta a 5 % řepkový olej) 37,21 883 EN 14214 41,21 85,8 ČSN 65 658 39,71 876 -

Vliv používání biopaliv na provozní parametry spalovacích motorů traktorů 221 Nádrž Průtokoměr Podávací čerpadlo Hrubý a jemný čistič paliva a Vysokotlaké čerpadlo Vysokotlaké potrubí Vstřikovač Chladič paliva Nádrž Průtokoměr č.1 Hrubý čistič Podávací čerpadlo Jemný filtr b Vysokotlaké čerpadlo Tlakový zásobník Vstřikovače Chladič paliva Průtokoměr č.2 1: Schéma zapojení průtokoměrů do palivových soustav zkoušených traktorů; a palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem, b palivová soustava Common Rail 1: Fuel flow diagram and mass flowmeters connections of tested tractors; a in-line fuel injection pump, b Common Rail fuel injection system Zatěžování spalovacího motoru probíhalo přes zadní vývodový hřídel pomocí vířivého dynamometru. Měřenými parametry byly otáčky motoru (indukční snímač), spotřeba paliva (dvojice Co rioli so vých průtokoměrů), teplota paliva (termočlánek), teploty (termočlánek) a tlaky (piezo-resistivní snímač) plnícího vzduchu před a za turbodmychadlem, teplota výfukových plynů (termočlánek). Schéma zapojení průtokoměrů do palivových soustav je uvedeno na obr. 1. Na konci výfukového potrubí byla umístěna sonda pro odběr vzorků k měření emisí CO, CO 2 a HC pomocí infraanalyzátoru Infralyt CL. Pro vyjádření hmotnosti produkovaných emisí byla měřena hmotnost nasávaného vzduchu průtokoměrem v sání motoru. Frekvence snímaní měřených parametrů byla 2 Hz. Měření se uskutečnilo při plné dodávce paliva se statickým zatěžováním. Spalovací motor traktoru I. pracoval postupně s pěticí různých paliv: motorová nafta, směs I. (3 MEŘO a 7 % motorová nafta), směs II. (5 % motorová nafta a 5 % řepkový olej), MEŘO a řepkový olej. byl provozován na motorovou naftu, MEŘO a směs I. Dolní výhřevnost použitých paliv je uvedena v Tab. II. VÝSLEDKY A DISKUSE Z naměřených hodnot byl dopočítán výkon motoru, měrná spotřeba paliva, měrná produkce emisí CO a HC a cyklová dávka paliva. Uvedené parametry byly vyjádřeny graficky v závislosti na otáčkách spalovacího motoru pro jednotlivá zkoušená paliva, viz obr. 2 až 7. Z výsledků je zřejmé, že nejvyšší výkony motorů obou traktorů byly v celém rozsahu otáčkové charakteristiky dosaženy s motorovou naftou. Pro přehlednost jsou hodnoty max. výkonů obou traktorů uvedeny v Tab. III. U traktoru I. byl naměřen max. výkon motoru s motorovou naftou 63,8 kw a nejnižší s řepkovým olejem 57,2 kw. To znamená 1,2% snížení výkonu motoru. V případě směsi I. (3 % MEŘO a 7 % Motorová nafta) dosáhl max. výkon 63,1 kw, což znamenalo 1% snížení výkonu. V případě provozu na řepkový olej a směs II. byl využit předehřev paliva na teplotu 55 až 74 o C, viz obr. 3. V grafu na obr. 3 a 6 jsou znázorněny průběhy cyklové dávky paliva na jeden válec. Z jejich průběhu je patrné, že nejnižších hodnot je dosaženo při provozu na motorovou naftu a nejvyšších při provozu na řepkový olej a směs I. Při max. výkonu motoru tak došlo ke zvýšení cyklové dávky v případě řepkového oleje o 8,2 % ve srovnání s motorovou naftou. I přes zvýšení cyklové dávky byl průběh výkonu motoru nejnižší. Nastavení vysokotlakého řadového čerpadla se během měření neměnilo a vytlačovaný objem tak zůstával stále stejný. Velkou roli zde sehrála viskozita a vyšší měrná hmotnost použitých alternativních paliv. Odlišné výsledky přinášejí (Emberger

222 T. Šmerda, J. Čupera III: Maximální výkon motoru a jeho změna v závislosti na použitém palivu III: Maximal engine power and its changes depending on used fuel Palivo Maximální výkon motoru (kw) Snížení výkonu při porovnání s motorovou naftou v (%) Maximální výkon motoru (kw) Snížení výkonu při porovnání s motorovou naftou v (%) 63,75-53,21 - Řepkový olej 57,24 1,21 - - Metylester řepkového oleje (MEŘO) 59,66 6,42 49,32 7,55 Směs I. (3 % MEŘO a 7 % motorová nafta) 63,12 1 52,48 1,89 Směs II. (5 % motorová nafta a 5 % řepkový olej) 59,79 6,21 - - et al., 29), kteří naměřili až 1% zvýšení výkonu motoru při použití řadového čerpadla a řepkového oleje. Zvýšení cyklové dávky lze vysvětlit u mechanických vstřikovacích čerpadel dřívější dobou otevření trysek a větším nárůstem vstřikovacích tlaků v důsledku rozdílů fyzikálních vlastností paliv, především viskozitou a stlačitelností (Emberger et al., 29). Podle zákonů vstřikování závisí průtah vstřikování na hydraulických odporech, tzn. změnách průřezů, tření o povrch, vzájemném tření kapaliny, statickém tlaku ve výtlačném potrubí, tlaku ve spalovacím prostoru, otáčkách vysokotlakého čerpadla, stlačitelnosti paliva, pružnosti materiálů atd. Z pohledu analýzy velikosti výkonu při použití několika druhů paliv je nutné brát v úvahu množství energie obsažené v dávce. Vezmeme-li pro porovnání např. cyklovou dávku při maximálním výkonu motoru, pak je z Tab. IV zřejmé, že motorová nafta díky nejnižší měrné hmotnosti a nejvyšší dolní výhřevnosti ze zkoušených paliv umožňuje při nižší cyklové dávce dosáhnout nejvyššího energetického obsahu, což lze pozorovat u obou traktorů. Dalším hodnoceným parametrem byla měrná spotřeba paliva, kterou lze považovat za míru efektivity přeměny energie paliva na mechanickou práci, viz obr. 2 a 5. U obou palivových soustav byla naměřena nejnižší měrná spotřeba na motorovou naftu 235 g / kw.h (traktor I) a 253 g / kw.h (traktor II) a nejvyšší při provozu na řepkový olej 276 g / kw.h (traktor I), resp. MEŘO 33 g / kw.h (traktor II). Je tedy zřejmé, že se pro hodnocení použila paliva s různou hustotou a výhřevností, je proto vhodnější využít parametr MJ / kw.h. Teprve potom lze účelně porovnat efektivitu práce spalovacího motoru při provozu na paliva s rozdílným energetickým obsahem. Pro srovnání efektivity práce spalovacího motoru byl vybrán režim při jmenovitých otáčkách, viz tab. V. Z výsledků je zřejmé, že množství energie spotřebované na kw.h je přibližně stejné a vykazuje jen malé rozdíly, které lze přisuzovat tomu, že spalovací motory jsou optimalizovány a konstrukčně řešeny pro provoz s motorovou naftou. Velký vliv zde mají jak fyzikálně-chemické vlastnosti paliv jako jsou např. viskozita, povrchové napětí, destilační křivka, počet dvojných vazeb atd., také uspořádání spalovacího prostoru, intenzita víření, teplota nasávaného vzduchu. S používáním bio pa liv je spojeno sledování produkce vybraných složek emisí HC, CO a PM, které se podle dostupných výsledků snižují až na obsah NO x. V našem měření jsme sledovali produkci HC a CO, obr. 4 a 7. Z uvedených grafů je zřejmé, že nejvyšších hodnot bylo dosaženo při provozu na směs I. (traktor I.) a motorovou naftu (traktor II.). Naopak nejnižší hodnoty byly zjištěny při provozu na metylester řepkového oleje u obou traktorů. Srovnáme-li opět IV: Energetický obsah v cyklové dávce při maximálním výkonu IV: Energy content in one injection rate at maximum power Palivo Energetický obsah v cyklové dávce (J/válec) Porovnání s motorovou naftou (%) Energetický obsah v cyklové dávce (J/válec) Porovnání s motorovou naftou (%) 2 855,22 1, 2 647,9 1, Řepkový olej 2 571,33 9,6 - - Metylester řepkového oleje (MEŘO) 2 74, 95,96 2 451,2 92,56 Směs I. (3 % MEŘO + 7 % motorová nafta) 2 849,16 99,79 2 593,27 97,94 Směs II. (5 % motorová nafta + 5 % řepkový olej) 2 715,65 95,11 - -

Vliv používání biopaliv na provozní parametry spalovacích motorů traktorů 223 V: V: Vyjádření měrné spotřeby paliva v hmotnostním a energetickém vyjádření při jmenovitých otáčkách Enumeration of specific fuel consumption in terms of mass and energy at rated engine speed Palivo Měrná spotřeba paliva (g/kw.h) Měrná spotřeba paliva (MJ/kW.h) Měrná spotřeba paliva (g/kw.h) Měrná spotřeba paliva (MJ/kW.h) 289,7 12,34 324,42 13,85 Řepkový olej 311,61 11,44 - - Metylester řepkového oleje (MEŘO) 34,64 12,68 375,84 13,99 Směs I. (3 % MEŘO a 7 % motorová nafta) 295,57 12,18 333,54 13,75 Směs II. (5 % motorová nafta a 5 % řepkový olej) 323,73 12,86 - - Porovnání relativních hodnot měrných spotřeb při jmenovitých otáčkách*. 1, 1, 1, 1, Řepkový olej 17,8 92,71 Metylester řepkového oleje (MEŘO) 117,84 12,76 115,85 11,1 Směs I. (3 % MEŘO a 7 % motorová nafta) 12,25 98,7 12,81 99,28 Směs II. (5 % motorová nafta a 5 % řepkový olej) 111,99 14,21 * Paliva jsou porovnávána s motorovou naftou (1%) 7 4 6 38 Výkon motoru P [kw] 5 4 3 2 1 M rná spot eba paliva mp [g.kw 1.h 1 ] 36 34 32 3 28 26 24 22 11 13 15 17 19 21 23 25 2 11 13 15 17 19 21 23 25 2: Průběh výkonů a měrných spotřeb paliv u traktoru s řadovým vysokotlakým čerpadlem 2: Curves of engine power and specific fuel consumption of a tractor equipped with in-line fuel injection pump

224 T. Šmerda, J. Čupera Cyklová dávka c d [g/cykl],1,9,8,7,6,5,4,3,2,1, 11 13 15 17 19 21 23 25 Teplota paliva t p [ C] 8 75 7 65 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 11 13 15 17 19 21 23 25 3: 3: Průběh cyklových dávek a teplot paliv u traktoru s řadovým čerpadlem Curves of cycle injection quantity and fuel temperature of a tractor equipped with in-line fuel injection pump,9 35 Produkce HC [g.kw 1.h 1 ],8,7,6,5,4,3,2,1 Produkce CO [g.kw. 1 h 1 ] 3 25 2 15 1 5, 11 13 15 17 19 21 23 25 11 13 15 17 19 21 23 25 4: Průběh produkce HC a CO u traktoru s řadovým vstřikovacím čerpadlem 4: Curves of Hydrocarbons and Carbon monooxide of a tractor equipped with in-line fuel injection pump

Vliv používání biopaliv na provozní parametry spalovacích motorů traktorů 225 Výkon motoru P [kw] 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 M rná spot eba paliva mpe [g/kw.h] 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 1 1 5 5 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 5: 5: Průběh výkonů a měrných spotřeb u traktoru s palivovou soustavou Common Rail Curves of engine power and specific fuel consumption of a tractor equipped with Common Rail fuel injection system,8 1,7 9,6 8 Cyklová dávka c d [g/cykl],5,4,3 Teplota paliva Tp [ o C] 7 6 5 4,2 3,1 2 1, 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 Otá ky motoru n [min 1 ] Motorová naf ta 6: Průběh cyklových dávek a teplot paliv u traktoru s palivovou soustavou Common Rail 6: Curves of cycle injection quantity and fuel temperature of a tractor equipped with Common Rail fuel injection system

226 T. Šmerda, J. Čupera,24,22,2,18 9 8 7 Produkce HC [g/kw.h],16,14,12,1,8,6,4,2 Produkce CO [g/kw.h] 6 5 4 3 2 1, 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 7: 7: Průběh produkce HC a CO u traktoru s palivovou soustavou Common Rail Curves of Hydrocarbons and Carbon monooxide of a tractor equipped with Common Rail fuel injection system hodnoty HC a CO např. při maximálním výkonu motoru, pak použitím metylesteru řepkového oleje došlo ke snížení HC o 63 % a CO o 45 % (traktor I) a v případě traktoru II o 58 % HC a 25 % CO v porovnání s provozem na směs I, resp. motorovou naftu. Tyto výsledky se nacházejí v rozmezí uváděné i jinými autory (Demirbas, 29, EPA, 22). Snížení měřených emisí je přikládáno většímu obsahu kyslíku, který zabraňuje jeho lokálnímu nedostatku ve spalovacím prostoru, neboť jak CO, tak i HC vznikají mimo jiné za nepříznivých oxidačních podmínek. ZÁVĚR Z provedených měření vyplývají následující závěry: 1. Použitím alternativních paliv založených na rostlinné bázi u spalovacího motoru s řadovým čer- 2. 3. 4. padlem a palivovou soustavou Common Rail bylo zjištěno zvýšení cyklové dávky v porovnání s motorovou naftou o,5 až 15 %. Vyšší cyklová dávka u alternativních paliv nevedla k nárůstu výkonu motoru, což je dáno nižším energetickým obsahem paliva v cyklové dávce. Provoz spalovacích motorů na alternativní paliva vykazoval podobnou míru efektivity práce jako na motorovou naftu, což je zřejmé z měrné spotřeby paliva v MJ/kW.h. Rozdíly lze přisuzovat optimalizaci spalovacího motoru pro provoz s motorovou naftou. Použitím alternativních paliv došlo k poklesu měřených plynných emisí HC a CO od 25 do 63 % v porovnání s motorovou naftou. SUMMARY The aim of experimental work was to determine effects caused by using biofuels in conventional internal combustion engines without any changes in fuel injection system. Mechanical injection system and Common-Rail fuel system were tested under power test procedures. Rated power curve was measured via PTO loaded with Eddy current dynamometer. The measurement consisted of following parameters: engine speed, fuel consumption, intake temperature and pressure, fuel temperature and exhaust temperature. Pollution of carbon monooxide and hydrocarbons were sampled within the test procedures. The results of emission measurement clearly show advantages on condition that alternative biofuel is used. Decrease of hydrocarbons and carbon monooxide ranged between 25% and 63% in comparison with diesel fuel. However, lower heating value reduces engine power up to

Vliv používání biopaliv na provozní parametry spalovacích motorů traktorů 227 1% even the cycle duty growth up to 115% of nominal value. Efficiency of refueled engines fell down in all cases of testing. SOUHRN Naším cílem bylo provést analýzu výstupních parametrů spalovacího motoru s řadovým vstřikovacím čerpadlem a spalovacího motoru s palivovou soustavou Common Rail při použití alternativních paliv. Měřenými parametry byly otáčky motoru, spotřeba paliva, teplota paliva, teploty a tlaky plnícího vzduchu před a za turbodmychadlem, teplota výfukových plynů. Během měření byly sledovány vybrané plynné složky emisí CO a HC. Provoz spalovacích motorů na alternativní paliva vykazoval podobnou míru efektivity práce jako na motorovou naftu, což je zřejmé z měrné spotřeby paliva v MJ / kw.h. Rozdíly lze přisuzovat optimalizaci spalovacího motoru pro provoz s motorovou naftou. Použitím alternativních paliv došlo k poklesu měřených plynných emisí HC a CO od 25% do 63 % v porovnání s motorovou naftou. Využitím alternativních paliv založených na rostlinné bázi u spalovacího motoru s řadovým čerpadlem a palivovou soustavou Common Rail bylo zjištěno zvýšení cyklové dávky v porovnání s motorovou naftou o,5 % až 15 %. Vyšší cyklová dávka u alternativních paliv nevedla k nárůstu výkonu motoru, což je dáno nižším energetickým obsahem v cyklové dávce paliva. biopaliva, metylester řepkového oleje, emise, traktorový motor Poděkování Příspěvek vznikl s podporou projektu COST 356 OC191 Doprava v zemědělství a její dopad na životní prostředí uděleného MŠMT ČR a výzkumného záměru č. MSM621564895 Biologické a technologické aspekty udržitelnosti řízených ekosystémů a jejich adaptace na změnu klimatu uděleného MŠMT ČR. LITERATURA DEMIRBAS, A.: Political, economic and environmental impacts of biofuels, Applied Energy 86 (29) str. 18 117. BATCHELOR, S. E., BOOTH, E. J., WALKER, K. C.: Energy analysis of rape methyl ester (RME) production from winter oilseed rape, Industrial Crops and Products 4 (1995) 193-22 44. EMBERGER, P., THUNEKE, K., GASSNER, T.: Betriebsverhalten von Rapsöl-Traktoren im Praxisbetrieb, Landtechnik 64 (29), No. 1, str. 37 39. EPA 22 A comprihensive analysis of biodiesel impacts on exhaust emissions EPA, 42-P-2-1, Washington DC, 26 63 GELDER, J. W., KAMMERAAT, K., KROES, H.: Soy consumption for feed and fuel in the European Union, A research paper prepared for Milieudefensie (Friends of the Earth Netherlands, 28, 34. GNANSOUNOU, E., DAURIAT, A., VILLEGAS, J., PANICHELLI, L.: Life cycle assessment of biofuels: Energy and greenhouse gas balances, Bioresource Technology 1 (29) 4919 493 144. JEVIČ, P., MALAŤÁK, J., PŘIKRYL, M., BRADNA, J.: Důsledky výroby bioethanolu a methylesteru mastných kyselin z biosurovin pro bilanci energie a skleníkových plynů. In: 6. Biogenní pohonné hmoty 25. VZÚT Praha, VÚZT SVB MZČR 25 ČZU v Praze, s. 79 92, ISBN 8-86884-8-2 196. Adresa Ing. Tomáš Šmerda, Ph.D., Ing. Jiří Čupera, Ph.D., Ústav techniky a automobilové dopravy, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 Brno, Česká republika, e-mail: tomas.smerda@mendelu.cz, xcupera@ node.mendelu.cz

228