Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Bakalářská práce Využití rostlinných olejů jako alternativních paliv
Vedoucí práce:
Vypracoval:
Ing. Martin Fajman, Ph.D.
Tomáš Hlavenka Brno 2007
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně
Agronomická fakulta
Ústav techniky a automobilové
2006/2007
dopravy
ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE
Řešitel:
Bc. Tomáš Hlavenka
Studijní program:
Zemědělská specializace
Obor:
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:
Termín odevzdání bakalářské práce:
prosinec 2005
duben 2007
Bc. Tomáš Hlavenka
Ing. Martin Fajman, Ph.D.
řešitel bakalářské práce
vedoucí bakalářské práce
doc. Ing. Miroslav Havlíček,
prof. Ing. Ladislav Zeman,
CSc.
CSc.
vedoucí ústavu
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
4.
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
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
5.
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
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 1,2·108 kg MEŘO se státní podporou 6,57 Kč/kg vyrobeného MEŘO. Z toho se přibližně 4·106 kg spotřebovalo v ČR. Výrazně využívanější byly v roce 2005 energetické nosiče z fosilních zdrojů, tedy nafta motorová (NM) (3,7·109 kg), benziny (2,1·109 kg), LPG (2·105 kg) a CNG (2·103 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:
103 kW při 4000 ot/min
Max. točivý moment:
290 Nm při 3200 ot/min
Vrtání:
81 mm
Zdvih:
91,5 mm
Kompresní poměr:
19,5 : 1
Chlazení motoru:
kapalinové
Mezichladič stlačeného vzduchu:
vzduch – vzduch
Přeplňování:
Turbokompresor s regulací plnícího tlaku
Vstřikovací systém:
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:
66 kW při 4020 ot/min
Max. točivý moment:
210 Nm při 1900 ot/min
Vrtání:
81 mm
Zdvih:
91,5 mm
Kompresní poměr:
19,5 : 1
Chlazení motoru:
kapalinové
Mezichladič stlačeného vzduchu:
vzduch – vzduch
Přeplňování:
Turbokompresor s regulací plnícího tlaku
Vstřikovací systém:
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.
4.1.3.1.
Měření opacity výfukových plynů
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.
CO2
0,00 - 18,00 % obj.
0,01 % obj.
HC
0 - 9999 ppm obj.
1 ppm obj.
O2
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
19
Rozlišení
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:
[W ]
P = M ⋅ω
kde:
P – výkon motoru přepočtený na klikový hřídel [W ] M – točivý moment motoru na klikovém hřídeli [Nm]
ω – úhlová rychlost klikového hřídele [rad ⋅ s −1 ]
4.1.8.
Výpočet měrné objemové spotřeby
Pro porovnání měrné spotřeby motoru na naftu motorovou a rostlinný olej byla záměrně zvolena metrologicky nesprávná jednotka
[dm
3
⋅ kWh =1
]
, 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:
Qs = Qh ÷ P kde
[dm
3
⋅ kWh =1
] [
Qh – hodinová spotřeba naměřená z datové sběrnice vozidla dm 3 ⋅ h =1
]
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:
[
Qsk = Qs − k ⋅ ∆T ⋅ Qs dm 3 ⋅ kWh =1 kde
[
]
Qs – Nekorigovaná měrná objemová spotřeba dm 3 ⋅ kWh =1
] [ ]
k – Koeficient teplotní objemové roztažnosti pro korigované palivo K −1
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
Točivý
moment
Variační
moment
Variační
RO/NM
koeficient
palivo RO
koeficient
[%]
palivo NM
[Nm]
Poměr
[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
Točivý moment [Nm]
280
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 Točivý
Točivý
moment
Variační
moment
Variační
Poměr
palivo NM
koeficient
palivo RO
koeficient
RO/NM
[Nm]
NM
[Nm]
RO
[%]
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
Otáčky motoru 1/ min
[
]
25
Graf číslo 2: Porovnání točivého momentu motoru na NM a RO VW Golf III, porov nání točiv ého momentu 205 195
Točivý moment [Nm]
185 175 165 155 145 135 125 115 1533
1953
2373
2793
3213
3612
4032
4431
Otáčky [1/min] Palivo: NM
5.2.
Palivo: RO
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 Výkon motoru
Variační
Výkon motoru
Variační
Poměr RO/NM
koeficient
Otáčky motoru 1/ min
palivo NM
koeficient
palivo RO
[kW ]
NM
[kW ]
RO
[%]
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
Výkon motoru [kW]
90 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 Výkon motoru
Variační
Výkon motoru
Variační
Poměr RO/NM
koeficient
[%]
Otáčky motoru 1/ min
palivo NM
koeficient
palivo RO
[kW ]
NM
[kW ]
RO
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
Výkon motoru [kW]
58 53 48 43 38 33 28 1533
1953
2373
2793
3213
3612
4032
4431
Otáčky [1/min]
Palivo: NM
5.3.
Palivo: RO
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 Kouřivost
Kouřivost
palivo NM
koeficient
RO
[%]
NM
[%]
RO
[%]
1801
90
1,409
64
1,404
89
[
]
28
palivo
Variační
Poměr
Otáčky motoru 1/ min
Variační
koeficient RO/NM
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
Kouřivost [%]
80 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
Kouřivost
Kouřivost
Poměr
Otáčky motoru 1/ min
palivo
Variační
NM
koeficient
RO
[%]
NM
[%]
RO
[%]
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
[
]
palivo
Variační
koeficient RO/NM
Graf číslo 6: Porovnání kouřivosti motoru na NM a RO VW Golf III, porovnání kouřivosti
Kouřivost [%]
30
25
20
15
10 1533
1953
2373
2793
3213
Otáčky [1/min] Palivo: NM
30
Palivo: RO
3612
4032
4431
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
korigovaná Otáčky motoru 1/ min
[
]
korigovaná
objemová
Variační
objemová
Variační
Poměr
spotřeba
koeficient
spotřeba
koeficient
RO/NM
palivo NM
NM
palivo RO
RO
[%]
[%]
[%]
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
Měrná korigovaná objemová spotřeba [dm³/kWh]
VW Golf III, porovnání měrné korigované objemové spotřeby
0,320 0,300 0,280 0,260 0,240 0,220 0,200 1533
1953
2373
2793
3213
Otáčky [1/min] Palivo: NM
32
Palivo: RO
3612
4032
4431
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 dm3·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
[10] Webová prezentace ústavu techniky a automobilové dopravy AF MZLU v Brně [online].
[cit.
2007-05-04].
z
36
Dostupné
