Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Bakalářská práce Využití rostlinných olejů jako alternativních paliv Vedoucí práce: Ing. Martin Fajman, Ph.D. Vypracoval: Tomáš Hlavenka Brno 2007
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Ústav techniky a automobilové dopravy Agronomická fakulta 2006/2007 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Řešitel: Studijní program: Obor: Bc. Tomáš Hlavenka Zemědělská specializace Provoz techniky Název tématu: Využití rostlinných olejů jako alternativních paliv Zásady pro vypracování: 1. Na základě studia literárních a informačních zdrojů zpracujte přehled plodin pro získávání rostlinných olejů jako potenciální náhrady paliv pro vznětové spalovací motory. 2. Proveďte zhodnocení použitých technologií pro získávání oleje z olejnatých semen vybraných rostlin. 3. U olejů vybraných plodin zhodnoťte jejich využití jako náhrady paliv pro vznětové spalovací motory, a to jako surového oleje popř. jeho chemických derivátů. 2
Rozsah práce: 25-35 včetně příloh Seznam odborné literatury: 1. elektronické informační zdroje 2. odborná periodika a sborníky z vědeckých konferencí Datum zadání bakalářské práce: prosinec 2005 Termín odevzdání bakalářské práce: duben 2007 Bc. Tomáš Hlavenka řešitel bakalářské práce Ing. Martin Fajman, Ph.D. vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. vedoucí ústavu prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. děkan AF MZLU v Brně 3
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Využití rostlinných olejů jako alternativních paliv vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. dne 10. května 2007 Tomáš Hlavenka 4
Abstrakt Tato práce uvádí stručný přehled plodin pro získávání olejů vhodných jako alternativních paliv a v krátkosti popisuje technologie pro výrobu rostlinných olejů. Stěžejní část představuje hodnocení provozních parametrů testovaných vozidel (točivý moment, výkon, kouřivost, měrná spotřeba) získaných měřením na vozidlové zkušebně MZLU Brně. Naměřené hodnoty prokázaly, že vhodný tržně dostupný motor určený pro spalování nafty motorové je po příslušné úpravě schopen běžet na surový slunečnicový za studena lisovaný olej bez zásadních změn na provozních Klíčová slova rostlinný olej, biopaliva, výkon, točivý moment, kouřivost, spotřeba 5
Abstract This work shows unenlarged compendium of plants usable for obtaining plant oils suitable as an alternative fueling and describes technologies for making plant oil. The pivotal part is appreciation of functionary parameters of tested vehicles (torque, power, smokiness, fuel consumption) sewed up with a measurement on the vehicles testing room of MUAF Brno. Measured values documented, that a sortable on the market approachable motor for diesel fueling can be used with cold-pressed sunflower oil without any grand changes of functionary parameters. Keywords plant oil, bio fueling, power, torque, smokiness, fuel consumption 6
Poděkování: Chtěl bych poděkovat Ing. Martinu Fajmanovi, Ph.D. za obětavé vedení této bakalářské práce a svým blízkým a okolí za podporu, kterou mi při psaní této práce poskytli. 7
Obsah Seznam tabulek...2 Seznam grafů...2 Seznam obrázků...2 1. Úvod...1 2. Cíl práce...2 3. Současný stav řešené problematiky...2 3.1. Využívání rostlinného oleje jako paliva...2 3.2. Literární podklady...2 3.3. Plodiny pro výrobu olejů...2 3.4. Technologie pro výrobu olejů...2 4. Porovnání provozních parametrů motoru na NM a RO...2 4.1. Materiál a metody zpracování...2 4.1.1. Zkoušená vozidla...2 4.1.1.1. Volvo V70 2,5 TDI...2 4.1.1.2. Volkswagen Golf III 1,9 TDI...2 4.1.1.3. Dvoupalivový systém...2 4.1.2. Měření točivého momentu...2 4.1.2.1. Zkušební zařízení...2 4.1.2.2. Metodika měření...2 4.1.3. Měření opacity výfukových plynů...2 4.1.3.1. Zkušební zařízení...2 4.1.3.2. Metodika měření...2 4.1.4. Měření teploty a tlaku nasávaného vzduchu...2 8
4.1.5. Měření spotřeby a dalších provozních hodnot...2 4.1.6. Měření otáček motoru...2 4.1.7. Výpočet výkonu motoru...2 4.1.8. Výpočet měrné objemové spotřeby...2 5. Výsledky...2 5.1. Porovnání točivého momentu motoru při provozu na rostlinný olej a naftu motorovou...2 5.2. Porovnání výkonu motoru při provozu na rostlinný olej a naftu motorovou...2 5.3. Porovnání kouřivosti motoru při provozu na rostlinný olej a naftu motorovou...2 5.4. Porovnání měrné korigované objemové spotřeby při provozu na rostlinný olej a naftu motorovou...2 6. Diskuse...2 7. Závěr...2 8. Literatura...2 9
Seznam tabulek Tabulka čísla 1: Charakteristika vozidlového dynamometru MEZ 4VDM E120-D Tabulka číslo 2: Charakteristika emisní systémové analýzy Bosch ESA 3.250 [10] Tabulka číslo 3: Porovnání točivého momentu motoru na NM a RO Tabulka číslo 4: Porovnání točivého momentu motoru na NM a RO Tabulka číslo 5: Porovnání výkonu motoru na NM a RO Tabulka číslo 6: Porovnání výkonu motoru na NM a RO Tabulka číslo 7: Porovnání kouřivosti motoru na NM a RO Tabulka číslo 8: Porovnání kouřivosti motoru na NM a RO Tabulka číslo 9: Porovnání měrné korigované objemové spotřeby na NM a RO Seznam grafů Graf číslo 1: Porovnání točivého momentu motoru na NM a RO Graf číslo 2: Porovnání točivého momentu motoru na NM a RO Graf číslo 3: Porovnání výkonu motoru na NM a RO Graf číslo 4: Porovnání výkonu motoru na NM a RO Graf číslo 5: Porovnání kouřivosti motoru na NM a RO Graf číslo 6: Porovnání kouřivosti motoru na NM a RO Graf číslo 7: Porovnání měrné korigované objemové spotřeby na NM a RO Seznam obrázků Obrázek číslo 1: Emisní systémová analýza Bosch ESA 3.250 Obrázek číslo 2 Umístění sondy opacimetru Obrázek číslo 3: Čidlo teploty vzduchu vstupujícího do čističe vzduchu Obrázek číslo 4: Sondy pro měření teploty a tlaku vzduchu v sání motoru 10
1. Úvod Využití rostlinného oleje jako paliva může být dnes nedůležité. Ale produkty tohoto druhu budou během času stejně důležité jako dnes petrolej a ty dehtové produkty z uhlí. Zmíněnou větu pronesl v roce 1912 vynálezce vznětového motoru Rudolf Diesel. Dosavadní vývoj mu nicméně nedal zapravdu, protože vznětové motory jsou v naprosto drtivé většině poháněny naftou motorovou, která je stále fosilního původu a současné vznětové motory jsou úzce přizpůsobeny pro spalování tohoto paliva. Dnes, v době hledání obnovitelných zdrojů energie nabylo téma náhrady fosilních paliv jiným energetickým nosičem na významu a právě rostlinný olej se z důvodů, které budou popsány níže, jeví jako alternativa, kterou má smysl se podrobněji zabývat. 11
2. Cíl práce Cílem této práce je stručný přehled plodin vhodných v současné době pro získávání rostlinných olejů jako potenciální náhrady paliv pro vznětové motory, provést krátké zhodnocení technologií pro získávání rostlinného oleje ze semen vybraných plodin a především u vybraného rostlinného oleje provést měření a zhodnocení některých provozních parametrů (točivý moment, výkon, kouřivost, spotřeba) v současné době tržně dostupného vznětového motoru provozovaného po příslušné úpravě na surový za studena lisovaný slunečnicový olej (RO). 12
3. Současný stav řešené problematiky 3.1. Využívání rostlinného oleje jako paliva V současné době je rostlinný olej využíván jako palivo především v podobě svého chemického derivátu, methylesteru řepkového oleje (MEŘO). V české republice bylo v roce 2005 vyrobeno 1,2 10 8 kg MEŘO se státní podporou 6,57 Kč/kg vyrobeného MEŘO. Z toho se přibližně 4 10 6 kg spotřebovalo v ČR. Výrazně využívanější byly v roce 2005 energetické nosiče z fosilních zdrojů, tedy nafta motorová (NM) (3,7 10 9 kg), benziny (2,1 10 9 kg), LPG (2 10 5 kg) a CNG (2 10 3 kg). O využití surového rostlinného oleje lze hovořit pouze sporadicky. 3.2. Literární podklady Autorovi této práce není známa žádná v ČR vydaná ucelená publikace, která by se zabývala využitím surových rostlinných olejů jako paliv pro motory. V monografii Doc. Kameše Alternativní pohony automobilů vydané v roce 2004 [1] se sice hovoří o biogenních palivech, nikoliv o surovém rostlinném oleji. Rovněž Matějovský v knize Automobilová paliva [2] popisuje detailně vlastnosti a úzká místa exploatace MEŘO, nikoliv ovšem rostlinného oleje. Publikace Energetické plodiny [3], která prezentuje mimo jiné výnosy některých plodin z pohledu zisku ethanolu pro energetické využití, nehovoří ani o, v publikaci zpracované, olejnině světlici barvířské (Carthamus Tinctorius L) jako o možné plodině pro výrobu energetického rostlinného oleje. Hodnocením některých provozních parametrů motorů na rostlinný olej se zabývaly jednotlivé studie. Například Maurer [4] prováděl rozbor moderního rostlinnému oleji neuzpůsobeného vznětového motoru při provozu na směsi rostlinného oleje a nafty motorové (NM). Výkon a spotřeba traktoru provozovaného na rostlinný olej byl měřen na MZLU kolektivem autorů v roce 2006. [5] 13
3.3. Plodiny pro výrobu olejů Plodin pro výrobu olejů je celá řada. Z ekonomických a technických aspektů připadá v současné době pro pěstování v ČR pouze řepka olejka (Brassica Napus) a slunečnice roční (Helianthus annus L). Olej z produkce těchto rostlin je možné po úpravě vhodných motorů využívat jako palivo. Využití palmového oleje je z technického hlediska možné, nicméně se nejedná o plodinu, kterou by bylo reálné v klimatických podmínkách ČR pěstovat. Použití sójového oleje s sebou nese zvýšené uhlíkaté úsady ve spalovacích prostorách motoru [6], a proto nebývá jeho využití jako paliva doporučováno. Další plodiny mírného klimatického pásma (světlice barvířská, len olejný, ) se nabízí jako vhodné, ale cena olejů těchto plodin je v současné době výrazně vyšší než cena oleje řepkového či slunečnicového. 3.4. Technologie pro výrobu olejů V současné době se jako jediná perspektivní metoda jeví získávání olejů lisováním za studena na šnekových lisech olejnin, zejména kvůli požadavku na nízký obsah fosforu v oleji, který bude využit jako palivo (do 15 ppm). [7] Výhodou tohoto postupu je nízká investiční náročnost, nároky na obsluhu a údržbu a minimální energetické vstupy výroby. Lisováním za tepla se uvolňuje z biomembrán olejnin příliš velké množství fosfolipidů (až 300 ppm), které by pro energetické využití bylo nutné poměrně náročně odstraňovat superdegumingem a bělením. [8] Také investiční a energetická náročnost této technologie je oproti lisování za studena výrazně vyšší. Obdobné argumenty hovoří proti využití extrakce olejů ze šrotů olejnin pro jejich získávání v palivové kvalitě. Protože není primárním cílem této práce popisovat výrobní technologie rostlinných olejů, nebude již tato problematika vzhledem k možnému rozsahu práce nadále diskutována. 14
4. Porovnání provozních parametrů motoru na NM a RO 4.1. Materiál a metody zpracování 4.1.1. Zkoušená vozidla 4.1.1.1. Volvo V70 2,5 TDI Charakteristika motoru zkoušeného vozidla Volvo V70 2,5 TDI Výrobce: VW, Wolfsburg, SRN Rok výroby: 1998 Proběh: 230 000 km Počet válců: 5 Jmenovitý výkon: Max. točivý moment: Vrtání: Zdvih: 103 kw při 4000 ot/min 290 Nm při 3200 ot/min 81 mm 91,5 mm Kompresní poměr: 19,5 : 1 Chlazení motoru: Mezichladič stlačeného vzduchu: Přeplňování: Vstřikovací systém: kapalinové vzduch vzduch Turbokompresor s regulací plnícího tlaku Rotační vstřikovací čerpadlo Bosch, přímý vstřik paliva do válce, dvoupalivový systém 15
4.1.1.2. Volkswagen Golf III 1,9 TDI Charakteristika motoru zkoušeného vozidla Volkswagen Golf 1,9 TDI Výrobce: VW, Wolfsburg, SRN Rok výroby: 1996 Proběh: 250 000 km Počet válců: 4 Jmenovitý výkon: Max. točivý moment: Vrtání: Zdvih: 66 kw při 4020 ot/min 210 Nm při 1900 ot/min 81 mm 91,5 mm Kompresní poměr: 19,5 : 1 Chlazení motoru: Mezichladič stlačeného vzduchu: Přeplňování: Vstřikovací systém: kapalinové vzduch vzduch Turbokompresor s regulací plnícího tlaku Rotační vstřikovací čerpadlo Bosch, přímý vstřik paliva do válce, dvoupalivový systém 4.1.1.3. Dvoupalivový systém Zkoušená vozidla byla vybavena dvoupalivovým systémem pro provoz na rostlinný olej. Jeho princip spočívá v dodatečném vybavení vozidla o přídavnou nádrž na naftu a systém pro ohřev rostlinného oleje přiváděného ke vstřikovacímu čerpadlu. Nafta motorová slouží k nastartování a ohřátí motoru na provozní teplotu. Po jejím dosažení je motor přepnut do režimu provozu na rostlinný olej, který proudí až ke vstřikovacímu čerpadlu odděleným palivovým systémem, který zaručuje ohřev paliva na cca 80 C, čímž je dosaženo 16
výrazného snížení viskozity rostlinného oleje a tím umožněno bezproblémové vstřikování a rozprášení paliva ve spalovacím prostoru. 4.1.2. Měření točivého momentu 4.1.2.1. Zkušební zařízení Pro měření točivého momentu na kolech byl využit vozidlový dynamometr Ústavu techniky a automobilové dopravy Agronomické fakulty Mendlovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně MEZ 4VDM E120-D jehož charakteristiku prezentuje tabulka číslo 1 Tabulka čísla 1: Charakteristika vozidlového dynamometru MEZ 4VDM E120-D [8] Max. zkušební rychlost [km.h -1 ] 200 Max. výkon na nápravu [kw] 240 Max. hmotnost na nápravu [kg] 2000 Průměr válců [m] 1,2 Šířka válců [mm] 600 Mezera mezi válci [mm] 900 Povrch válců zdrsnění RAA 1,6 Setrvačná hmotnost válců (každá náprava) [kg] 1130 Min. rozvor [mm] 2000 Max. rozvor [mm] 3500 v místě jízdy [kg] 2000 v místě chůze [kg] 500 17
Tlakový vzduch [bar] min. 4 Rozsah měření rychlosti [km.h -1 ] 0 200 Rozsah měření sil [kn] 4x ± 5 Přesnost měření rychlosti [km.h -1 ] ± 0,01 Přesnost měření sil [%] ± 0,25 Přesnost regulace rychlosti [%] ± 0,1 Přesnost regulace síly [%] ± 0,5 4.1.2.2. Metodika měření Měření točivého momentu bylo provedeno statickou metodou při plné dávce paliva na kolech vozidla s předcházejícím měřením pasivních odporů, což umožnilo získat výsledný točivý moment na klikové hřídeli motoru. Točivý moment byl měřen třikrát pro režim provozu na naftu motorovou odpovídající normě ČSN EN 590 v režimu provozu na naftu motorovou a třikrát pro režim provozu na rostlinný olej, tedy s ohřevem paliva pomocí vestavěného systému. S naměřených hodnot byl vypočítán aritmetický průměr a variační koeficient. 4.1.3. Měření opacity výfukových plynů 4.1.3.1. Zkušební zařízení Pro měření opacity výfukových plynů, respektive kouřivosti byl použit přístroj Bosch ESA 3.250 (Emisní Systémová Analýza) (obrázek číslo 1) vybavený opacimetrem RTM 430. Jedná se o zařízení vyvinuté zejména pro pracoviště zabývající se měřením emisí současně umožňující diagnostiku a základní seřízení motoru. Charakteristiku přístroje prezentuje tabulka číslo 2 18
Obrázek číslo 1: Emisní systémová analýza Bosch ESA 3.250 [10] 1 Monitor 2 Dálkové ovládání 3 Inkoustová tiskárna 4 Měřící modul MTM Plus 5 Modul opacimetru RTM 430 6 Klávesnice 7 PC modul 8 Modul analyzátoru ETT 008.70-1 9 Dílenský vozík Tabulka číslo 2: Charakteristika emisní systémové analýzy Bosch ESA 3.250 [10] Modul analyzátoru ETT 008.70 Měřící rozsah Rozlišení CO 0,000-10,00 % obj. 0,001 % obj. CO 2 0,00-18,00 % obj. 0,01 % obj. HC 0-9999 ppm obj. 1 ppm obj. O 2 0,00-22 % obj. 0,01 % obj. Lambda 0,500-1,800 0,001 Splňuje požadavky normy OIML třídy 1 Modul opacimetru RTM 430 Měřící rozsah Rozlišení 19
Kouřivost 0-100 % 0,1 % Opacita 0-10 1/m 0,01 1/m 4.1.3.2. Metodika měření Sonda opacimetru byly zasunuta v ústí neupraveného výfukového potrubí, tedy za oxidačním katalyzátorem, jak je patrno z obrázku číslo 2 Obrázek číslo 2: Umístění sondy opacimetru 4.1.4. Měření teploty a tlaku nasávaného vzduchu Teplota vzduchu před vstupem do čističe vzduchu motoru byly měřena pomocí vhodně umístěného termočlánku (obrázek číslo 3) připojeného k počítači zkušebny, který zaznamenával naměřené údaje. 20
Obrázek číslo 3: Čidlo teploty vzduchu vstupujícího do čističe vzduchu Tlak vzduchu vstupujícího do čističe vzduchu motoru byl barometrický a tento údaj byl výstupem zařízení použitého vozidlového dynamometru. Teplota a tlak vzduchu v sání motoru byly měřeny pomocí termočlánku a tlakového čidla umístěných ve vhodných sondách v části sacího potrubí mezi chladičem stlačeného vzduchu a sacími ventily motoru (obrázek číslo 4). Obě čidla byla připojena k počítači zkušebny, který zaznamenával naměřené údaje. 21
Obrázek číslo 4: Sondy pro měření teploty a tlaku vzduchu v sání motoru 4.1.5. Měření spotřeby a dalších provozních hodnot Údaje o spotřebě byly získány pomocí datové sběrnice, kterou byla vozidla vybavena. Spojení se nicméně podařilo pouze ve druhém zkoušeném vozidle, VW Golf III. Data byla v průběhu měření točivého momentu zaznamenávána počítačem, čímž bylo možné vypočítat měrnou spotřebu. Tato metoda umožnila také snímání dalších hodnot jako počátek vstřiku paliva, teplotu paliva, či teplotu chladící kapaliny. 4.1.6. Měření otáček motoru Otáčky motoru byly měřeny ze zvlnění elektrické soustavy vozidla pomocí svorek připojených k akumulátoru a počítači zkušebny. 22
4.1.7. Výpočet výkonu motoru Výkon motoru byl vypočítán ze vztahu: P = M ω [ W ] kde: P výkon motoru přepočtený na klikový hřídel [ W ] M točivý moment motoru na klikovém hřídeli [ Nm ] 1 ω úhlová rychlost klikového hřídele [ rad s ] 4.1.8. Výpočet měrné objemové spotřeby Pro porovnání měrné spotřeby motoru na naftu motorovou a rostlinný olej byla záměrně 3 =1 zvolena metrologicky nesprávná jednotka [ dm kwh ], protože rostlinný olej má rozdílnou hodnotu specifické hmotnosti v porovnání s naftou motorovou a také proto, že cenu obou paliv je v distribuční síti zvykem udávat za jednotku objemu. Měrná objemová spotřeba byla vypočtena ze vztahu: kde h Q 3 =1 = Q P [ dm kwh ] s h 3 =1 Q hodinová spotřeba naměřená z datové sběrnice vozidla [ dm h ] P naměřený výkon přepočtený na klikový hřídel [ kw ] Pro smysluplné vzájemné porovnání spotřeb na obě paliva bylo ještě nutné zavést korekci teplotní objemové roztažnosti jednoho z paliv na jeho objem při teplotě paliva druhého. Byla zvolena korekce objemu rostlinného oleje na jeho objem při teplotě vstřikované nafty. Údaje o teplotách obou paliv byly získány z datové sběrnice vozidla. Vztah pro výpočet teplotně korigované měrné objemové spotřeby: kde s Q sk 3 =1 = Q k T Q [ dm kwh ] s 3 =1 Q Nekorigovaná měrná objemová spotřeba [ dm kwh ] 1 k Koeficient teplotní objemové roztažnosti pro korigované palivo [ K ] s 23
T Rozdíl teplot obou paliv[ K ] 5. Výsledky 5.1. Porovnání točivého momentu motoru při provozu na rostlinný olej a naftu motorovou Tabulka číslo 3 a graf číslo 1 ukazují porovnání průměrných hodnot točivého momentu motoru vozidla Volvo V70 2,5 TDI na naftu motorovou a na rostlinný olej. Tabulka číslo 3: Porovnání točivého momentu motoru na NM a RO Otáčky motoru 1 /min [ ] Točivý moment palivo NM [ Nm ] Variační koeficient Točivý moment palivo RO [ Nm ] Variační koeficient Poměr RO/NM [%] 1387 189 0,020 186 0,002 98 1801 259 0,042 260 0,001 100 2213 276 0,021 282 0,001 102 2627 276 0,006 274 0,001 99 3038 275 0,004 274 0,001 100 3452 261 0,009 263 0,001 101 3865 235 0,005 235 0,002 100 4277 202 0,024 198 0,005 98 24
Graf číslo 1: Porovnání točivého momentu motoru na NM a RO Volvo V70, porovnání točivého momentu 280 Točivý moment [Nm] 260 240 220 200 180 1387 1801 2213 2627 3039 3452 3866 4277 Otáčky [1/min] Palivo: NM Palivo: RO Tabulka číslo 4 a graf číslo 2 ukazují porovnání průměrných hodnot točivého momentu vozidla VW Golf III 1,9 TDI na naftu motorovou a na rostlinný olej. Tabulka číslo 4: Porovnání točivého momentu motoru na NM a RO Otáčky motoru 1 /min [ ] Točivý moment palivo NM [ Nm ] Variační koeficient NM Točivý moment palivo RO [ Nm ] Variační koeficient RO Poměr RO/NM [%] 1953 203 0,054 205 0,007 101 2373 192 0,012 194 0,003 101 2793 184 0,016 186 0,002 101 3213 174 0,019 176 0,001 101 3612 165 0,015 167 0,002 101 4032 148 0,016 152 0,002 103 4431 117 0,032 121 0,005 103 25
Graf číslo 2: Porovnání točivého momentu motoru na NM a RO VW Golf III, porov nání točiv ého momentu 205 195 185 Točivý moment [Nm] 175 165 155 145 135 125 115 1533 1953 2373 2793 3213 3612 4032 4431 Otáčky [1/min] Palivo: NM Palivo: RO 5.2. Porovnání výkonu motoru při provozu na rostlinný olej a naftu motorovou Tabulka číslo 5 a graf číslo 3 ukazují porovnání průměrných hodnot výkonu motoru vozidla Volvo V70 2,5 TDI na naftu motorovou a na rostlinný olej. Tabulka číslo 5: Porovnání výkonu motoru na NM a RO Otáčky motoru 1 /min [ ] Výkon motoru palivo NM [ kw ] Variační koeficient NM Výkon motoru palivo RO [ kw ] Variační koeficient RO Poměr RO/NM [%] 1387 27 0,009 27 0,003 98 1801 49 0,047 50 0,002 100 2213 64 0,038 66 0,002 102 2627 76 0,011 77 0,001 99 3038 87 0,013 88 0,001 100 26
3452 94 0,022 96 0,001 101 3865 95 0,011 96 0,002 100 4277 91 0,014 89 0,006 98 Graf číslo 3: Porovnání výkonu motoru na NM a RO Volvo V70, porovnání výkonu motoru 100 90 Výkon motoru [kw] 80 70 60 50 40 30 20 1387 1801 2213 2627 3039 3452 3866 4277 Otáčky [1/min] Palivo: NM Palivo: RO Tabulka číslo 6 a graf číslo 4 ukazují porovnání průměrných hodnot výkonu motoru vozidla VW Golf1,9 TDI na naftu motorovou a na rostlinný olej. Tabulka číslo 6: Porovnání výkonu motoru na NM a RO Otáčky motoru 1 /min [ ] Výkon motoru palivo NM [ kw ] Variační koeficient NM Výkon motoru palivo RO [ kw ] Variační koeficient RO Poměr RO/NM [%] 1953 42 0,054 42 0,007 101 2373 48 0,012 48 0,003 101 2793 54 0,016 55 0,002 101 3224 59 0,019 59 0,001 101 27
3613 62 0,018 63 0,006 101 4032 62 0,016 64 0,002 103 4431 54 0,032 56 0,005 103 Graf číslo 4: Porovnání výkonu motoru na NM a RO VW Golf III, porovnání výkonu motoru 63 58 Výkon motoru [kw] 53 48 43 38 33 28 1533 1953 2373 2793 3213 3612 4032 4431 Otáčky [1/min] Palivo: NM Palivo: RO 5.3. Porovnání kouřivosti motoru při provozu na rostlinný olej a naftu motorovou Tabulka číslo 7 a graf číslo 5 ukazují porovnání průměrných hodnot kouřivosti motoru vozidla Volvo V70 2,5 TDI na naftu motorovou a na rostlinný olej. Tabulka číslo 7: Porovnání kouřivosti motoru na NM a RO Otáčky motoru 1 /min [ ] Kouřivost palivo NM [%] Variační koeficient NM Kouřivost palivo RO [%] Variační koeficient RO Poměr RO/NM [%] 1801 90 1,409 64 1,404 89 28
2213 71 0,413 65 0,702 84 2627 63 0,104 46 0,025 61 3038 68 0,388 53 0,033 66 3452 77 0,286 52 0,045 51 3865 79 0,469 49 0,013 43 4277 78 0,620 44 0,020 39 Graf číslo 5: Porovnání kouřivosti motoru na NM a RO Volvo V70, porovnání kouřivosti 90 80 Kouřivost [%] 70 60 50 40 30 1387 1801 2213 2627 3039 3452 3866 4277 Otáčky [1/min] Palivo: NM Palivo: RO Tabulka číslo 8 a graf číslo 6 ukazují porovnání průměrných hodnot kouřivosti vozidla VW Golf III 1,9 TDI na naftu motorovou a na rostlinný olej. Tabulka číslo 8: Porovnání kouřivosti motoru na NM a RO 29
Otáčky motoru 1 /min [ ] Kouřivost palivo NM [%] Variační koeficient NM Kouřivost palivo RO [%] Variační koeficient RO Poměr RO/NM [%] 1953 17 0,301 18 0,081 107 2373 18 0,054 19 0,033 109 2793 21 0,089 21 0,172 99 3224 20 0,049 17 0,152 84 3613 24 0,172 18 0,026 71 4032 30 0,365 22 0,081 69 4431 23 0,443 17 0,112 74 Graf číslo 6: Porovnání kouřivosti motoru na NM a RO VW Golf III, porovnání kouřivosti 30 Kouřivost [%] 25 20 15 10 1533 1953 2373 2793 3213 3612 4032 4431 Otáčky [1/min] Palivo: NM Palivo: RO 30
5.4. Porovnání měrné korigované objemové spotřeby při provozu na rostlinný olej a naftu motorovou U vozidla Volvo V 70 2,5 TDI nebylo možné přečíst z datové sběrnice vozidla informace o hodinové spotřebě, a proto výše uvedený údaj v tomto případě chybí. Tabulka číslo 9 a graf číslo 7 ukazují porovnání průměrných hodnot měrné korigované objemové spotřeby vozidla VW Golf III 1,9 TDI na naftu motorovou a na rostlinný olej. Tabulka číslo 9: Porovnání měrné korigované objemové spotřeby na NM a RO Měrná Měrná Otáčky motoru 1 /min [ ] korigovaná objemová spotřeba palivo NM Variační koeficient NM korigovaná objemová spotřeba palivo RO Variační koeficient RO Poměr RO/NM [%] [%] [%] 1953 0,227 0,000 0,222 0,000 98 2373 0,238 0,007 0,229 0,015 96 2793 0,246 0,006 0,238 0,000 97 3213 0,253 0,005 0,246 0,000 97 3612 0,269 0,003 0,261 0,008 97 4032 0,284 0,000 0,270 0,004 95 b4431 0,310 0,005 0,297 0,006 96 31
Graf číslo 7: Porovnání měrné korigované objemové spotřeby na NM a RO VW Golf III, porovnání měrné korigované objemové spotřeby Měrná korigovaná objemová spotřeba [dm³/kwh] 0,320 0,300 0,280 0,260 0,240 0,220 0,200 1533 1953 2373 2793 3213 3612 4032 4431 Otáčky [1/min] Palivo: NM Palivo: RO 32
6. Diskuse Naměřené střední hodnoty točivého momentu se v případě testovaného vozidla Volvo V70 2,5 TDI při provozu na rostlinný olej lišily od hodnot naměřených při provozu na naftu motorovou o ±2 % dle aktuálních otáček motoru (tabulka číslo 3, graf číslo 1). Vzhledem k nízké hodnotě variačního koeficientu dat (řádově setiny a tisíciny) lze usuzovat na jejich statistickou hodnověrnost. Naměřené střední hodnoty točivého momentu byly v případě testovaného vozidla VW Golf III 1,9 TDI při provozu na rostlinný olej vyšší o 1 3 % než při provozu na naftu motorovou dle aktuálních otáček motoru (tabulka číslo 4, graf číslo 2). Vzhledem k nízké hodnotě variačního koeficientu dat (řádově setiny a tisíciny) lze usuzovat na jejich statistickou hodnověrnost. Získané hodnoty výkonu motoru jsou pouze funkcí naměřených otáček a točivého momentu, a proto pro ně platí obdobné závěry jako pro točivý moment. Přesto jsou pro informaci uvedeny v tabulkách číslo 5 a 6 a grafech číslo 3 a 4. Porovnání kouřivosti motoru při provozu na rostlinný olej a naftu motorovou je v případě Vozidla Volvo V70 2,5 TDI problematické vzhledem k vysoké hodnotě variačního koeficientu a to především v nízkých otáčkách. Výsledky prezentuje tabulka číslo 7 a graf číslo 5. V případě testovaného vozidla VW Golf III 1,9 TDI jsou již hodnoty variačního koeficientu uspokojivější, nicméně i tak dosti vysoké. Výsledky jsou uvedeny v tabulce číslo 8 a grafu číslo 6. Z obou měření tedy vyplývá, že pro hodnověrné stanovení kouřivosti motoru by bylo vhodné měření opakovat víckrát než třikrát. Vzhledem k charakteru výfukových plynů motoru poháněného rostlinným olejem by také bylo vhodné využít pro stanovení emisí částic jinou metodu než měření opacity výfukových plynů, protože motor při provozu na rostlinný olej produkuje méně sazí a více organických látek, které pohlcují světlo méně, než černé saze emitované při spalování nafty. Zajisté by bylo vhodné využít vážkové metody stanovení pevných emisí. 33
Střední hodnota měrné korigované objemové spotřeby byla při provozu na rostlinný olej naměřena o 2 5 % nižší než na naftu motorovou. Protože byl tento údaj získán z datové sítě vozidla, a tedy ze zdvihu jehly vstřikovače, je vzhledem k odlišným vlastnostem obou paliv jen těžce zodpověditelná otázka přesnosti měření. Pro přesné zjištění okamžité měrné spotřeby by bylo vhodné použití dostatečně citlivých a přesných průtokových vah. Ze statistického hlediska lze naměřená data vzhledem k hodnotám variačního koeficientu považovat za hodnověrná. 34
7. Závěr Tato práce dokázala, že vhodný tržně dostupný motor určený pro spalování nafty motorové je po příslušné úpravě schopen běžet na surový slunečnicový za studena lisovaný olej bez zásadních změn na výkonu motoru, respektive točivém momentu motoru. Práce nastínila, že kouřivost motoru je při provozu na rostlinný olej nižší, nicméně je pro její statistickou hodnověrnost ji třeba měřit při velkém počtu opakování. Vzhledem k odlišnému složení emisí při spalování RO od emisí vzniklých spálením NM se nejeví porovnávání kouřivosti pomocí měření opacity výfukových plynů vhodnou metodou měření. Dle údajů z datové sítě vozidla bylo zjištěno, že spotřeba rostlinného oleje v dm 3 kwh -1 je o 2 5 % nižší než při provozu na naftu motorovou. 35
8. Literatura [1] KAMEŠ, J. Alternativní pohony automobilů. 1. vyd.: BEN technická literatura, Praha, 2004, ISBN 80-7300-127-6 [2] MATĚJOVSKÝ, M. Automobilová paliva. 1. vyd.: Grada Publishing, Praha, 2005, ISBN 80-247-0350-5 [3] PETŔÍKOVÁ V. et. al., Energetické plodiny. 1. vyd.: Profi Press, Praha, 2006, ISBN 80-86726-13-4 [4] MAURER K. Motorprüflauf mit Rapsöl-Diesel-Mischungen. Schlussbericht, Universität Hohenheim, 2003 [5] BAUER F., SEDLÁK P., ŠMERDA T. Výsledky měření traktoru Case IH 135 MXU na řepkový olej, zpráva z měření MZLU Brno 2006 [6] WILHARM T., Einsatz von Sojaoel als Kraftstoff, Infobirief 09/06, ASG Neusaeß, 2006 [7] Qualitaetstandard fuer Rapsoel als Kraftstoff, Universtaet Hohenheim, ASG Neusaeß, 2000 [8] RUŽBÁRSKÝ J., GRODA B., JECH J., SOSNOWSKI S. et al., Potravinářská technika, 1. vyd.: Fakulta výrobnách technológií so sídlom v Prešove, Prešov, 2005, ISBN 80-8073-410-0 [9] Webová prezentace ústavu techniky a automobilové dopravy AF MZLU v Brně [online]. [cit. 2007-05-04]. Dostupné z <http://old.mendelu.cz/~agro/af/technika/html/dynamos.htm#dyn> [10] Webová prezentace ústavu techniky a automobilové dopravy AF MZLU v Brně [online]. [cit. 2007-05-04]. Dostupné z <http://old.mendelu.cz/~agro/af/technika/html/dynamos.htm#dyn> 36