|
TYTUŁ: Stosowanie paliw etanolowych do silników o zapłonie iskrowym / The use of ethanol fuels to spark ignition engines
Autorzy: Zbigniew Stępień, Magdalena Żółty
Recenzenci:
Prof. Jan Czerwiński, Ph.D.
Prof. dr hab. inż. Dariusz Ozimina
|
|
|
Streszczenie
Od wielu lat podejmowane są na całym świecie coraz bardziej intensywne działania zmierzające do ochrony środowiska naturalnego człowieka. Unia Europejska pełni wiodącą rolę w międzynarodowej walce ze zmianami klimatycznymi, w związku z tym dąży do zmniejszenia poziomu emisji gazów cieplarnianych, do którego zobowiązała się w protokole z Kioto. Dla krajów, które są jego sygnatariuszami, priorytetem jest ograniczenie zużycia energii pozyskanej z ropy naftowej i węgla kamiennego poprzez zastępowanie jej energią pochodzącą ze źródeł odnawialnych, które mogą przyczynić się do globalnej poprawy stanu powietrza.
W Unii Europejskiej drugim co do wielkości sektorem gospodarki, odpowiedzialnym za 20% emisji szkodliwych substancji, w tym gazów cieplarnianych do atmosfery, jest transport drogowy. Pozostaje on jednym z niewielu sektorów, z których emisja stale wzrasta, co niweczy postęp osiągnięty przez inne obszary gospodarki.
Wprowadzone w 2009 r. dyrektywy europejskie Renewable Energy Directive i Fuel Quality Directive umożliwiają zwiększenie zawartości etanolu w tradycyjnej benzynie silnikowej do 10% (V/V), a także sprzyjają budowie samochodów typu flex-fuel vehicle, przystosowanych do zasilania paliwem zawierającym do 85% (V/V) etanolu.
Paliwa do tłokowych silników spalinowych charakteryzują się właściwościami użytkowymi, które spełniają wysokie wymagania współczesnych silników spalinowych, realizujących skomplikowane strategie procesów spalania i wyposażonych między innymi w wielopunktowe, bardzo zaawansowane technicznie systemy wtrysku paliwa, innowacyjne systemy doładowania oraz katalityczne, wielofunkcyjne układy oczyszczania spalin.
Formuła chemiczna paliw ulega nieustannej ewolucji, głównie na skutek działań ekologów w zakresie ograniczania emisji substancji szkodliwych pochodzących ze spalania ropopochodnych paliw do powietrza atmosferycznego oraz nieustannego rozwoju silników. Działania te wymuszają na projektantach samochodów zmiany w konstrukcji układów zasilania, komór spalania, układów oczyszczania spalin, a na producentach paliw dostosowywanie ich formuły chemicznej w celu zminimalizowania emisji szkodliwych substancji powstających podczas spalania takiego paliwa. Dlatego też coraz większego znaczenia nabiera stosowanie biopaliw i biokomponentów jako dodatku do paliw konwencjonalnych.
W części teoretycznej niniejszej publikacji opisano zalety i wady stosowania etanolu jako komponentu benzyny silnikowej i paliw etanolowych. Na podstawie rozeznania dostępnej literatury branżowej przedstawiono wyniki badań wpływu etanolu na wielkość emisji szkodliwych składników do atmosfery. Skupiono się również na wyzwaniach, przed jakimi stanęli konstruktorzy silników spalinowych, aby przystosować je do eksploatacji na paliwach zawierających zwiększony udział etanolu w paliwie.
W części doświadczalnej zaprezentowano wyniki badań prowadzonych w ramach projektów badawczych i prac statutowych w Instytucie Nafty i Gazu – Państwowym Instytucie Badawczym. Wyniki te dotyczą:
• określenia oddziaływania paliw etanolowych na parametry użytkowo-eksploatacyjne silników ZI;
• oceny regulowanych i nieregulowanych emisji szkodliwych składników gazów wylotowych silników zasilanych paliwami etanolowymi;
• badań wpływu paliw etanolowych na tworzenie szkodliwych osadów na elementach silników testowych;
• wielokierunkowych badań oddziaływania paliw etanolowych na procesy degradacji smarowego oleju silnikowego.
|
Abstract
For many years, activities aimed at protecting man’s natural environment have been getting more and more intensive around the world. The European Union is playing a leading role in the international fight against climate change, therefore it is striving to achieve the reduction of greenhouse gas emissions to which it has committed itself in the Kyoto Protocol. For the countries that are its signatories, the priority is to reduce energy consumption obtained from crude oil and hard coal, by replacing it with energy from renewable sources that can contribute to the global improvement of the air condition.
In the European Union, the second largest sector of the economy, responsible for 20% of emissions of harmful substances, including greenhouse gases into the atmosphere, is road transport. It remains one of the few sectors whose emissions are constantly growing, thus negating the progress made by other sectors of the economy.
Introduced in 2009 the European directives: Renewable Energy Directive and Fuel Quality Directive, allow the increase of ethanol content in traditional gasoline to 10% (V/V), and also support the construction of Flex Fuel Vehicles adapted to fuel supply containing up to 85% (V/V) of ethanol.
The fuels for piston combustion engines are characterized by functional properties that meet the high requirements of modern internal combustion engines, implementing complicated combustion processes and equipped with, among others, multi-point, very technically advanced fuel injection systems, innovative supercharging systems and catalytic multifunctional exhaust gas cleaning systems.
The chemical composition of fuels is constantly evolving, mainly due to the action of environmentalists in the scope of limiting emissions of harmful substances from the combustion of fuels into the atmosphere and continuous development of engines. These activities force car designers to change the design of power systems, combustion chambers, exhaust gas treatment systems, and fuel manufacturers to adapt their chemical composition to minimize the emission of harmful substances generated during the combustion of such fuels. Therefore, the use of biofuel and biocomponents as an admixture to conventional fuels becomes increasingly important.
The theoretical part of this publication describes the advantages and disadvantages of using ethanol as a component of gasoline and ethanol fuels. Based on the knowledge of available industry literature, the results of studies of ethanol impact on the emission of harmful components into the atmosphere are presented. The focus was also on the challenges faced by the engineers of internal combustion engines to adapt them to operating with fuels containing an increased share of ethanol in the fuel.
The experimental part presents the results of research carried out as part of research projects and statutory work at the Oil and Gas Institute – National Research Institute. These results concern:
• determination of the impact of ethanol fuels on spark ignition engine performance and their operational parameters;
• assessment of regulated and unregulated emissions of harmful components of exhaust gases from spark ignition engines;
• studies on the influence of ethanol fuels on the formation of harmful deposits on test engines;
• multidirectional studies on the impact of ethanol fuels on the degradation processes of engine lubricating oil. |
