Szakdolgozat. Feladat témája: Egyhengeres dízelmotor emissziós értékeinek laboratóriumi vizsgálata. Készítette: Böszörményi Szebasztián G-4BMR

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Robert Bosch Mechatronikai Tanszék

Szakdolgozat

Feladat témája: Egyhengeres dízelmotor emissziós értékeinek laboratóriumi vizsgálata

Készítette: Böszörményi Szebasztián G-4BMR

Konzulens: Mátrai Zsolt doktorandusz Áramlás- és Hőtechnikai Gépek Tanszék

Egyhengeres dízelmotor emissziós értékeinek laboratóriumi vizsgálata

II


Tartalomjegyzék 1.

Bevezetés ................................................................................................................... 1 1.1

Történelmi áttekintés.................................................................................................... 2

1.2

Dízelmotorok ................................................................................................................. 3

1.2.1

Dízelmotorok működése ....................................................................................... 3

1.2.2

A dízelmotor égéstermékei ................................................................................... 7

1.2.3

Tüzelőanyag .......................................................................................................... 9

1.3

Motor fékpadok .......................................................................................................... 13

1.3.1 1.4

2.

3.

4.

Elektromos fékpadok .......................................................................................... 13

Belső–égésű motorok környezetre gyakorolt hatása ................................................. 15

Vizsgálati eszközök ............................................................................................. 18 2.1

G.U.N.T.® CT 151 Dízelmotor ...................................................................................... 18

2.2

G.U.N.T.® CT159 mérőállomás..................................................................................... 19

2.3

G.U.N.T.® HT 365 ......................................................................................................... 20

2.4

Testo® 330-2 Füstgázelemző műszer ........................................................................... 22

A mérés menete és mérési eredmények.................................................................. 25 3.1

OMV Diesel.................................................................................................................. 32

3.2

OMV MaxxMotion Diesel ............................................................................................ 39

3.3

Standard gázolaj .......................................................................................................... 45

Mérési eredmények összehasonlítása és kiértékelés ............................................... 50 4.1

Összegzés .................................................................................................................... 56

5. Összefoglalás .............................................................................................................. 57 6. Summary ..................................................................................................................... 58 Irodalomjegyzék ............................................................................................................. 59

III


Rövidítések és fogalmak jegyzéke − SME: szójaolaj-metilészter − RME: repce-metilészter − FAME: zsírsav-metil-észter − BTL: biomassza cseppfolyósítása − tf% - térfogat-százalék − ppm – part per million, milliomodrész − λ – lambda, légviszony tényező − Formulázás: formulázáson azt értjük, mikor az üzemanyag kémiai/fizikai jellemzőit az emisszió csökkentése érdekében módosítják. Legelőnyösebb ilyen irányú változtatás a cetánszám (gyulladáskészség értéke) növelése. − CFPP (Cold filter plugging point): kristályosodási pont, avagy szűrhetőségi határérték. Az a hőmérsékleti érték Celsius fokban, amelynél a gázolaj a sztenderd üzemanyag szűrő egységen dugulás nélkül át tud áramlani.

IV


1.

Bevezetés

Szakdolgozatom célja a Miskolci Egyetem Áramlás- és Hőtechnikai tanszékén található G.U.N.T Hamburg cég által gyártott CT 151 típusú, egy hengeres, 4 ütemű, léghűtéses dízelmotor emissziós értékeinek laborvizsgálata különböző terhelések használatával, majd az adatok kiértékelése, és az abból adódó következtetések összegzése. Mivel manapság a motor gyártók komoly összegeket fordítanak modelljeik káros anyag kibocsájtásának csökkentésére, így szinte minden területen felmerül a fejleszthetőség kérdése. A belső égésű motorok több csoportra is oszthatók, a befecskendezett üzemanyag, a hengerek száma, a hengerek elrendezési módja és a működési elvük szerint, de még ezen csoportokon belül is vannak további eltérések. Szakdolgozatomban a motorok működéséhez nélkülözhetetlen üzemanyagok minőségéből származó emissziós és fogyasztási értékek változásának vizsgálatára teszek kísérletet. A következőkben, egy rövid történelmi áttekintés után feltérképezem a manapság elfogadott emissziós szabályokat, bemutatom a mérőeszközök, a motorfékpadok fajtáit. Ezt követően összefoglalom az általam a szakdolgozat készítése folyamán használt G.U.N.T® és Testo® eszközök specifikációit, hogy milyen módszerek álltak rendelkezésemre az emissziós értékek mérésére, és hogy milyen megfontolások alapján végeztem el a mérést. A vizsgálatok végeztével egy összegzést készítek, és summázom a kapott adatokból levont következtetéseket.

1


1.1

Történelmi áttekintés

Belsőégésű motor először 1878-ban a párizsi világkiállításon keltette fel a mérnökök érdeklődését, amikor feltalálója Nikolaus August Otto bemutatta működőképes 4 ütemű, gázüzemű belső égésű motorját. A kiállításon bemutatott motor szabadalmát ezek után sok támadás érte, mivel Beau de Rochas francia mérnök, már 1861-ben leírta a 4 ütemű belső-égésű motor működési elvét, és többen is jelentkeztek, akik – bevallásuk szerint – már

építettek

belső

égésű

motort,

viszont

ezt

bizonyítani

nem

tudták.

Pár évvel később, 1884-ben jelent meg Benz találmánya, a kétütemű keveréksűrítéses gázmotor, amely fekvő henger elrendezésű volt, vezérelt szívó- és kipufogószeleppel. 1873-tól jelentek meg olyan fejlesztések szabadalmai, amelyeknél a tüzelőanyag-levegő keverék befecskendezése az égéstérbe, az égésfolyamat közben történt meg. Ezek a motorok

a

dízelmotor

közvetlen

elődeinek

tekinthetők.

A dízelmotor fejlesztését Rudolf Diesel kezdte el, amikor a Carnot-körfolyamat megvalósítását tűzte ki céljául, szénpor üzemanyaggal. Hosszas próbálkozás után először 1897-ben sikerült gyakorlati értékű dízelmotort építenie és piacra hoznia. A motor végül a Carnot-körfolyamatot nem valósította meg, de addig elérhetetlennek tűnő hatásfokot ért el, a szikragyújtásnál jóval egyszerűbb kompressziógyújtással. Az

1960-as

és

70-es

években a belsőégésű motorokkal

hajtott

járművek

kipufogógázainak környezetszennyező hatása egyes országokban elérte a kritikus határértéket, melynek felismerése fellendítette a motorok fejlesztését. Ennek hatása mind a mai napig megfigyelhető, mivel a motorok ugyanazon teljesítmény leadása mellett ma már fele akkora emisszióval és fogyasztással képesek dolgozni. [1] Mivel méréseimet négy–ütemű dízelmotoron végzem, így ettől a ponttól a többi belsőégésű motorfajtától – ahol nem feltétlenül szükséges – eltekintek.

2


1.2

Dízelmotorok

1.2.1 Dízelmotorok működése

A dízelmotor szerkezetében (1.2.1.1 ábra) nagyon hasonlít az ismertebb benzinbefecskendezéses társára, viszont működésében és a működését kiszolgáló részegységekben jelentős eltérések vannak. Az egyik legnagyobb különbség, hogy a dízelmotorban a befecskendezett gázolaj gyújtószikra segítsége nélkül, a dugattyú keltette kompresszió által felhevült levegő hatására robban be. Az üzemanyag ezen okokból kis porlasztófuratokon át ( ≥ 0,12 mm), és nagy nyomáson (15…60 MPa, de egyes esetekben 200MPa-nál is nagyobb) jut az égéstérbe. [1]

1.2.1.1. ábra: négyütemű dízelmotor szerkezete

3


A működés négy jól elkülöníthető ütemre osztható: 1. szívás: A dugattyú felső holtpontjából az alsó felé mozdul (1.2.1.2. ábra), ennek hatására a nyomáscsökkenés a nyitott szívószelepen keresztül beszívja a tiszta levegőt az égéstérbe. A dízelmotorok mindig levegőfelesleggel dolgoznak, hogy az üzemanyag tökéletesen füstmentesen égjen el.

1.2.1.2. ábra: beszívási ütem

2. sűrítés: A szelepek zárt állása mellett a dugattyú emelkedik, ezzel összepréselve az első ütemben beszívott tiszta levegőt, amely a nyomás hatására felforrósodik (1.2.1.3 ábra). A szokásos sűrítési arány ɛ = 12… 23, a sűrítési ütem végén a levegő hőmérséklete 500… 900 °C között van. A befecskendezés kis késéssel történik a rendszer mozgó elemeinek, a hő tágulásnak és a mozgó alkatrészek tehetetlensége miatt, ezt nevezzük befecskendezési késedelemnek, amely értéke 3…5° (forgattyús tengely elfordulása). A dízelmotor egyik sajátossága, hogy az üzemanyag folyamatosan melegedő levegőbe

1.2.1.3. ábra: sűrítési ütem

kerül be, így a befecskendezés és a tényleges égés között ún. gyulladási késedelem figyelhető meg. Motorikus körülmények között ez az érték 0,0007… 0,003 sec. Jelentősen befolyásolja a gyulladási késedelem értékét a tüzelőanyag minősége, így adalékozással az csökkenthető. 4


3. munkavégzés: A dízelmotorok égésfolyamata egymástól jól elkülöníthető részekre bontható. Az égés első, ún. kinetikai vagy szabályozatlan fázisában a gyulladási késedelem alatt befecskendezett tüzelőanyag ég el (1.2.1.4 ábra). A kinetikai fázik 5… 7° forgattyús-tengely- elfordulás alatt játszódik le. Az ezt követő diffúziós vagy szabályozott szakaszban az égés sebességét a befecskendezési karakterisztika és a tüzelőanyaglevegő keveredési sebessége határozza meg. A két fázis együttesen körülbelül 40°

1.2.1.4. ábra: munkavégzési ütem

forgattyús-tengely- elfordulás alatt játszódik le. Az égés általában a kipufogószelep nyitásáig elhúzódik, ezt nevezzük utóégésnek. Ilyen módon a hőenergia 10… 20%-a szabadul fel.

4. kipufogás: A dugattyú a még mindig forró (500… 700 °C) égésterméket a kipufogórendszerbe tolja, ahol a részecskeszűrő rendszeren keresztül hagyja el a rendszert (1.2.1.5 ábra).

1.2.1.5. ábra: kipufogás üteme

A dízel üzemű körfolyamat a benzinestől csak annyiban tér el, hogy a levegőüzemanyag keverék helyett, a gázolaj a komprimált levegőbe kerül befecskendezésre, amely hatására begyullad. Ennek eredményeképp egy közelítőleg izobár – az égés

5


megközelítőleg

állandó

nyomáson

történik

–

munkafolyamattal

történik

a

forgatónyomaték előállítása. Ideális dízelmotor égése (1.2.1.6 ábra) esetén a körfolyamat egy izentrópikus kompresszióval kezdődik, amely alatt a levegő sűrítése zajlik, majd egy izobár állapotváltozás során az elégő üzemanyag energiát szabadít fel. Ezt követően végbemegy az izentrópikus expanzió, melyet egy izochor hőelvonás követ, és a folyamat visszatér a kezdeti állapotába. A dízelmotorok azért tudtak főképp a teherszállításban és ipari területeken (pl. generátorok, kompresszorok stb.) előretörni, mert alacsonyabb a fajlagos üzemanyag fogyasztásuk. Ez a szerkezeti sajátosságokból adódik: a nagyobb (~1:20; ~12-30 bar) kompresszió jobb termodinamikai hatásfokot tesz lehetővé, jobb hatásfoka és az üzemanyag magasabb hőértéke miatt – kevesebbet fogyaszt.

1.2.1.6. ábra: ideális dízel körfolyamat p-V és T-s diagramja [1]

Ezt az idealizált állapotot azonban még a mai motorok sem tudják teljes egészében megvalósítani, csak egy olyan körfolyamatot, amely átmenetet képez az Ottó motor és a dízelmotor körfolyamata között (1.2.1.7 ábra).

6


1.2.1.7. ábra: valós dízel körfolyamat p-V diagramja

1.2.2 A dízelmotor égéstermékei

A 1.2.2.2 ábrán a dízel üzemű belső-égésű motor égéstermék-képződésének folyamata látható. Még az ideális dízelmotor járásakor sem tökéletes az égés, a kémiai oxidációs folyamathoz rendelkezésre álló rövid idő, és a keverékben heterogénen eloszló hőmérséklet miatt, így a kipufogógáz összetevői a következők: 0,07… 0,1 % nitrogén oxidok (NOx), 10… 12 % széndioxid (CO2), 5 % vízgőz és kb. 0,03 % hidrogén (H2). CO-tartalom 0,04… 0,2 %, amely lényegesen kevesebb, mint benzin üzemű motorok esetében; 0,03… 0,1 % nagyságrendben a nem teljes oxidáció miatt szénhidrogénmaradványok, amelyek nagy része alifás szénhidrogén és 0,004…0,009 % koncentrációban kimutatható aldehidek (R––COH), valamint kis mennyiségben (0,5…4 mg/m3) különböző policiklikus szénhidrogének. A belsőégésű motor működése során jelentős mennyiségű levegőt használ fel, dízelmotornál 1 kg gázolajhoz 16-24 kg (13-20 m3) levegő szükséges. [1]

7


elemi szén, korom | 43% SO3+H2O | 2% oldható szerves részek a tüzelőanyagból | 20% oldható szerves részek a kenőolajból | 35%

1.2.2.1. ábra: dízelmotorban képződő részecskék alkotói

A dízelmotor kipufogógázának sajátos komponense a 100…500 mg/m3 korom, amely nem más, mint az égés után megmaradó szénszemcsék (1.2.2.1 ábra). A dízelfüstöt előidéző korom, az egyetlen látható emisszió, amelynek keletkezése bonyolult átalakulások következménye.

Gázolaj Nem

Gyulladás

Gyulladási késedelem Levegő

Igen

Égésfolyamat Hőbomlás

Oxidáció

Mellékreakció

R-

CO

CO2

O2

NOx

CHO

C

H2O

N2

SO2

CH

P-CH

1.2.2.2 ábra: dízelmotor égéstermék képződésének folyamatábrája [1]

A kipufogógáz-kocentrációt a következő mértékegységekkel jellemzik: mg/m3; térfogatszázalék (tf.%) vagy térfogatezrelék (tf. ‰) és ppm.

8


Számításuk a következők szerint történik:

. % / 100 22,41

. %

22,41

ő 100 . % !"#$"ó á

ő 10'( . % !"#$"ó á Nem normál állapotban:

273 22,41 + 1,013

,ahol c a koncentráció; M a moltérfogat; p a gáznyomás és T a gázhőmérséklet. 1.2.3 Tüzelőanyag

A gázolajat a földből kitermelt fosszilis tüzelőanyagokból – az előállítás hatásfoka miatt legnagyobb mennyiségben nyersolajból – állítják elő, amelyek a földkéreg kialakulás és változása során jöttek létre szerves anyagokból. Az előállítási folyamat során ún. gázolaj-frakciók jönnek létre. Ezeket a desztilláció (mind atmoszférikus-,

mind

vákuumdesztilláció) során bizonyos hőmérséklet-tartományokban elgőzölő,

majd

frakcióként

lekondenzált

különböztet

meg

1.2.3.1 ábra: nyersolaj lepárlása: repülőgép-benzin (A); járműmotor benzin (B); gázolaj (C); kerozin (Jet Petroleum)[3]

(1.2.3.1 ábra).

9


Ezt követően az összetételét formulázással, adalékozással az igényeknek megfelelően módosítják. A dízelüzemű motorokhoz használt üzemanyagot többféle adalékkal látják el. Ezek feladata az égésjavítás, folyékonyságjavítás – ezáltal a fagypont alatti hőmérséklet értékek tűrése –, füstöléscsökkentés, tisztítás, tisztántartás. Az általános gázolaj tulajdonságait a 1.2.3.1 táblázat tartalmazza. A dolgozat céljából legfontosabb követelmény a környezetvédelmi igények (szennyezőanyagok, adalékozás stb.). Felhasználás szempontjából fontos tulajdonságai, amelyek adott gázolajoknál eltérőek lehetnek: •

viszkozitás;

•

sűrűség;

•

felületi feszültség;

•

kenőképesség;

•

égéshő, fűtőérték;

•

molekulastruktúra;

•

illékonyság és párolgáshő;

Alapvető követelmények: •

megfelelő öngyulladási hajlam;

•

alacsony hőmérsékleten is szivattyúzható legyen;

•

ne okozzon lerakódást a motorban;

•

ne legyen korrozív tulajdonsága;

•

megfelelő kenőképességgel rendelkezzen;

•

jól porlasztás.

Alternatív tüzelőanyagokként felhasználhatóak dízel üzemű motorokhoz növényi olajok, ezek közül legmegfelelőbb a repceolaj (RME,repce-metilészter) vagy a szójababból készült biodízel (SME, szójaolaj-metilészter). Ezek a EN14214 szabványnak megfelelő zsírsav-metil-észter (FAME) családba tartozó üzemanyagok. Jellemzőik majdnem megegyeznek a gázolajjal, így szabadon keverhetőek. Emissziós értékeit nézve egyes káros anyag kibocsájtási mutatójuk kisebb, másik nagyobb, mint a dízelé, így érdemleges különbség nem figyelhető meg az emissziós értékekben.

10


Léteznek

szintetikus

üzemanyagok,

amelyek

előállítását már az 1920-30-as évek

alatt

kifejlesztették,

viszont a háborút követően, az olcsó

olajár

miatt

ez

a

technológia feledésbe merült. Napjainkban került

újra

előtérbe

ezeknek

az

üzemanyagoknak a gyártása, mivel káros anyag kibocsájtási

1.2.3.2. ábra: Környezetvédelmi szempontok prioritásának alakulása

jellemzői jobbak. A szintetikus gázolaj rendkívül jó égési tulajdonságokkal rendelkezik, és megújuló, valamint fosszilis anyagokból is elő lehet állítani. Egyik fajtája a biomasszából, BTL (biomass-to-liquid, biomassza cseppfolyósítása) technológiával előállított alternatív üzemanyag. A bioanyagokból létrehozott szintetikus gázolaj akár 80%-kal csökkentheti a szén-dioxid kibocsátást. A következő 10-15 évben főleg a tüzelőanyag előállítására fordított energia csökkentése, és az üvegházhatású gázok kibocsájtásának csökkentése lesz döntő fontosságú (1.2.3.2 ábra). DízelEgység

gázolaj

Benzin

hidrogén-

-

0,1350

0,15

szén-

-

0,8645

0,85

oxigén-

-

0,0000

0

kénhányad-

-

0,0005

0

Moltömeg

kg/kmol

170

98

170

30

360

190

Forráspont

°C

544 Párolgáshő

kJ/kg

785

419

11


Sűrűség

kg/m3

A keverék fűtőértéke

MJ/m3

Gyulladási határ

815…855 730…780 3,865

3,75

0,48

0,4

-

1,35

1,4

-

45…60

97,4

kg/kg

14,5

14,7

MJ/kg

43

43,9

MJ/dm3

35,8

32,0

Cetánszám/ oktánszám Elm. levegő szükséglet

Fűtőérték

1.2.3.1. táblázat: gázolaj és benzin üzemanyagok tulajdonságai[3]

A MSZ 1627/93 szabvány szerinti gázolajminőségek: A szabvány három féle gázolajfajtát különböztet meg, kéntartalmuk alapján: •

normálgázolaj (gázolaj 0,2)

•

kis kéntartalmú gázolaj (gázolaj 0.05)

•

kis aromástartalmú gázolaj (gázolaj 0,01 AM)

•

katonai gázolaj F-54

•

téliesített katonai gázolaj F-65

Mind a három fajta téli és nyári felhasználásra is készül, de az üzemanyag gyártók általában készítenek növelt cetánszámú és alacsonyabb dermedéspontú (lsd. OMV MaxxMotion – 39. oldal) prémium besorolású gázolajokat is. A kereskedelemben forgalmazott gázolajok irányadó minőségi előírásai a következőek (1.2.3.2 táblázat). [2]

12


Minőségi jellemzők

gázolaj 0,2 gázolaj 0,05 gázolaj 0,01 AM

Kéntartalom, % (m/m), max.

0,2

0,05

0,01

Sűrűség 15 C, g/cm3

0,820 – 0,860

0,800 – 0,860

Viszkozítás, 20 C, mm2/s

3-8

2-6

Cetánszám, min.

48

CFPP nyáron, °C max.

5

CFPP télen, °C max.

-12

Lobbanáspont, °C min.

55

1.2.3.2. táblázat: gázolaj minőségi előírások [2]

1.3

Motor fékpadok

A fékpad a motor különböző tulajdonságainak/jellemzőinek mérésére szolgál, a motor terhelésének, esetlegesen fordulatszámának növelése és csökkentése mellett. A motor nyomatéka egy kardántengelyen, szíjhajtáson vagy tengelykapcsolón keresztül hajtja meg a fékpad forgórészét, amely ezek

után vagy folyadékközegre, vagy

elektromágneses mezőre, vagy a levegőre származtatja azt. A motor fékpadok elektromos és hidraulikus módon működnek. Az általam a diplomamunka készítése során használt HM 365 fékpad elektromos működésű, így a továbbiakban részletesen csak ezeknek a működésére térek ki. 1.3.1 Elektromos fékpadok

Az elektromos fékpadok 3 típusra oszthatóak: •

egyenáramú fékpadok;

•

váltakozó áramú mérleggépek;

•

örvényáramú fékpadok;

13


1.3.1.1. ábra: motorfékpad felépítése

A villamos fékpadok között működés és felépítés (1.3.1.1 ábra) szempontjából legegyszerűbb az örvényáramú fékpad, előnye hogy a fékezőnyomaték-fordulatszám görbe tetszőlegesen szabályozható, ezen kívül jól automatizálható. A villamos motor állórészében örvényáram indukálódik, és a forgó- és állórész közötti mágneses erő hozza létre a fékezőnyomatékot, amellyel a motort terheljük. Ez a folyamat a motor munkáját hőenergiává alakítja, így az állórész hűtését általában vízzel oldják meg. A villamos motorral hajtott fékpadok pontosak, e–mellett kezelésük, vezérlésük és automatizálásuk egyszerű, így ezek a legelterjedtebbek mind motor fékpadok, mind görgős fékpadok (személyautók már hajtáslánccal ellátott belső égésű motor teljesítményének vizsgálatára) esetén. Az egyen- és váltakozó áramú mérleggépek általában drágábbak, viszont előnyös tulajdonságuk, hogy bizonyos vezérlési beállításokkal, motorüzemben a belsőégésű motor indítására és külső hajtásra is képes. Alkalmazási területei: •

motorok és motoralkatrészek fejlesztése;

•

kipufogó berendezések vizsgálata;

•

menetciklusok szimulációja;

14


A 1.3.1.2 ábrán látható az elektromotor 4 hajtási fázisa. S forgás irányától, és az elektromos motor vezérlési jellegétől függően lehet generátor- (G) és motorüzemben (M), és lehet óramutató járásával megegyező és ellentétes a nyomaték leadás/felvétel.

1.3.1.2. ábra: elektromos motorfékpad fordulatszám-nyomaték diagramja

1.4

Belső–égésű motorok környezetre gyakorolt hatása

A környezetszennyezés kérdésével, és a környezetre gyakorolt hatások korlátozására az Európai unió és az ACEA (European Automobile Manufacturer's Association) kibocsájtási normái, előírásai és vállalásai szolgálnak. Az európai unió által személygépjárművekre meghatározott kibocsájtási normáit az 1.4.1 táblázat és az 1.4.1 ábra tartalmazza, bevezetésétől napjainkig g/kg-ban.

1.4.1. ábra: európai kibocsájtási normák

15


Szint

Dátum

CO

NOx

HC+NOx

PM

Euro 1

1992. július

2,72 (3,16)

-

0,97 (1,13)

0,14 (0,18)

Euro 2

1996. január

1,0

-

0,7

0,08

Euro 3

2000. január

0,64

0,5

0,56

0,05

Euro 4

2005. január

0,5

0,25

0,3

0,025

0,5

0,18

0,23

0,005

0,5

0,8

0,17

0,005

2009.

Euro 5

szeptember 2014.

Euro 6

szeptember

1.4.1. táblázat: Európai unió által meghatározott kibocsájtási normák értékei g/km-ben

A dízelmotor által kibocsájtott károsanyagok emberre és környezetre gyakorolt hatásait összegzi az 1.4.2 táblázat. [3] 1000 liter Szennyező anyag

üzemanyagból

Hatások

(kg) A szén-monoxid színtelen , szagtalan, nagyon mérgező Szén-monoxid; CO

10…25

gáz. Belélegezve a CO megakadályozza az oxigén vérbe jutását, ezzel veszélyezteti a szívet és a keringési rendszert.

Szinhidrogének; CH

A kipufogógázzal távozó szénhidrogének körülbelül 4…8

200 komponenst tartalmaznak, köztük erősen mérgező és rákkeltő anyagokat is, mint például a benzpyrének. A nitrogénmonoxid színtelen gáz. Súlyos vérmérgező,

Nitrogénoxidok; NOx

25…36

és hatására gyorsan bénulási tünetek jelentkeznek. Az NO levegőben erős, szúrós szagú NO2 nitrogéndioxiddá oxidálódik.

16


Kéndioxid; SOx

15…30

Légúti érzékenységnél brochitis tünetei. A savas esők okozója. A korom (elemi szén) önmagában ártalmatlan, de a

Korom

3

rajta megtapadó nehéz szénhidrogének egy része rákkeltő hatású.

Aldehidek

0,7

Szúrós szagú, narkotikus hatású komponensek. Néhány vegyületüknél lehetséges rákkeltő hatás.

1.4.2. táblázat: 1000 liter üzemanyagból keletkező károsanyag kg-ban [1]

17


2.

Vizsgálati eszközök

2.1

G.U.N.T.® CT 151 Dízelmotor

Az Áramlás- és Hőtechnikai gépek tanszék egy egy-hengeres, 1,5 kW teljesítményű, 4 ütemű,

léghűtéses,

befecskendezéses

közvetlen

G.U.N.T

üzemanyag-

CT151-es

típusú

dízelmotornak áll birtokában. Ezen a motoron végeztem vizsgálataimat a szakdolgozathoz. A motor már gyárilag, beépítve tartalmazta a kipufogógáz hőmérő szenzort, az üzemanyag ellátásért és a gyújtás leválasztásért a későbbiekben bemutatandó CT159 mérőállomás és HT 365 motorfékpad lesz majd hivatott

felelni.

A

motor

rezgésszigetelt

alátámasztással rendelkezik.

Specifikációk: Léghűtéses egy hengeres dízelmotor:

2.1.1. ábra: CT 151 dízelmotor

•

maximális leadott teljesítmény: 1,5 kW ( 3000 1/min fordulatszámnál)

•

lökettérfogat Vl=232 cm3;

•

hengerfurat: 69 mm;

•

lökethossz: 62 mm;

•

ékszíjtárcsa átmérő: D=125 mm;

•

méretek:

•

hossz: 485 mm;

szélesség: 355 mm;

magasság: 520 mm;

tömeg: kb. 30kg;

18


2.2

G.U.N.T.® CT159 mérőállomás

2.2.1 ábra:

2.2.2. ábra: CT 159

1:kijelző;2:légtömlő;3:rezgéscsillapító; 4:légszűrő;5:zajszűrő;6:tank és üzemanyagpumpa;7:üzemanyagtömlő;8:csatlakozók és kezelőegységek;9:mérőcső üzemanyag fogyasztáshoz

A G.U.N.T. CT159 (2.2.1 és 2.2.2 ábrák) típusszámú mérőállomás felelős a 4 hengeres dízelmotor felfogatásáért, az üzemanyag ellátásért, a fordulatszám, levegőfogyasztás és a hőmérsékleti értékek szenzorált adatainak kijelzéséért, és az összes elérhető mérendő érték valós idejű kijelzéséért a célszoftveren keresztül. Ezen a berendezésen át fut a rendszer eredeti gázolaj visszavezetése, és itt található az üzemanyag fogyasztást jelző üzemanyag cső, valamint az üzemanyag feltöltéséhez, leeresztéséhez szükséges kezelőeszközök. A motor üzemanyag visszavezető rendszere a pontosabb mérések érdekében átalakításra került, de ez érdemben nem befolyásolja a kipufogógáz vizsgálatát, az átalakításra részletesebben később térek ki. Specifikációk: Méréstartományok: •

környezeti hőmérséklet: 0…100 °C;

•

üzemanyag hőmérséklet: 0…100 °C;

•

kipufogógáz hőmérs.: 0…1000°C;

•

levegő fogyasztás: 30…333 L/min;

•

üzemanyag fogyasztás: 0…50 cm3/min;

•

méretek:

hossz: 900 mm;

szélesség: 900 mm; 19


magasság: 1900 mm;

tömeg: kb. 135 kg;

A cég, külön ehhez a műszeregységhez készített szoftvert is mellékelt, amely egy LabVIEW alapú, Windows környezet alá írt program, melyben a mért, és az azokból a program által számolt értékek, vizuálisan is megjelentethetőek valós időben, akár négy egymás mellett futó grafikonon is. A programban szabadon változtathatóak az adott grafikon tengelyeinek léptékei és az azokon mutatott értékek. •

2.3

Program által számított értékek:

specifikus üzemanyag fogyasztás;

beszívott levegő térfogatárama;

mechanikai teljesítmény;

hatásfok;

fajlagos hatásfok;

Lambda érték (üzemanyag-levegő arány);

G.U.N.T.® HT 365 A HT 365 (2.3.1 ábra) motorfékpad biztosítja vizsgálataim során, hogy a fentebb bemutatott CT 151 dízelmotor működése közben a rá adott terhelés változtatható legyen, valamint a motor beindítását is ez a berendezés végezte. A fékpad meghajtásra és fékezésre – terhelés szimulálására – is képes, változtatható

forgásirány

mellett.

Aszinkron

frekvenciaváltóval – amely a 4 negyedes működést teszi lehetővé – és önbeálló csapágyazással szerelték, a nyomaték méréséért egy emelőkar és egy erő

2.3.1. ábra: HT 365 terhelő és fékező egység

átalakító felel.

20


Specifikációk: aszinkron motor frekvenciaváltóval: •

teljesítmény: 2200 W;

•

max. sebesség: 3000 1/min;

•

max. nyomaték: 7 Nm;

ékszíj hajtás: •

ékszíj hossza: 1157mm, 1180mm, 1250mm;

•

ékszíj típusa: SPA;

•

szíjtárcsa átmérő: 125 mm;

•

terhelés ellenállás: 72 Ω, 2400 W;

2.3.2. ábra: SPA ékszíj km.

A fentiekben felsorolt G.U.N.T. Hamburg cég által gyártott berendezések mind oktatáshoz fejlesztett és épített laborvizsgálati eszközök, így tökéletesen megfelelnek a szakdolgozatom témájának kitűzött emissziós méréshez. A különböző gázolajok károsanyag kibocsájtásának méréséhez és annak terhelés és fordulatszám változásra jelentkező

változásainak

megfigyeléséhez

nincs

szükség

egy több

hengeres

dízelmotormotorra, elegendő egy kis lökettérfogatú, kis teljesítményű, alacsony fogyasztású dízelmotor is, mert a mérendő gázolajok minőségén van a hangsúly.

21


2.4

Testo® 330-2 Füstgázelemző műszer

2.4.1. ábra: Testo 330-2

A tanszék birtokában lévő Testo® típusú hordozható füstgázelemző az egyik legjobb minőségű a piacon. A cég több méréstechnikai területen vezető helyet képvisel termékeivel. Több

hasonló

kategóriájú

műszerrel

összehasonlítva, mind a mérési pontossága és tartománya, mind a mérhető értékek fajtái alapján

a

ma

berendezések

elérhető

emisszió

középkategóriájának

mérő csúcsát

képviseli, hordozható méretben.

2.3.2. ábra: Testo 330-2 mérőpálca

Méréseim

során

a

Testo

330-2

típusú

füstgázelemző műszert használtam, amelynek a CO2, füstgázveszteség, lambda érték, O2, CO, hígítatlan CO, hatásfok, NO és NOx adatainak

összehasonlításából

fogom

levonni

következtetéseimet.

A

műszer 22


méréstartományai, és hibahatárai a 2.4.1 táblázatban láthatóak. Méréseim során törekedtem arra, hogy a mérések körülményei a lehető legnagyobb mértékben megegyezzenek, ezzel a véletlenszerű hibák kiküszöbölése volt a cél, tehát a mért értékek pontatlansága a lehető legközelebb legyen egymáshoz. Ebből kifolyólag, az adatokat egymáshoz hasonlítva kellően pontos megfigyeléseket lehet végezni, és ez által az adott dízelmotorban lezajló égésből származó károsanyag kibocsájtásból meg lehet határozni a gázolaj tulajdonságait, jóságát.

2.4.3. ábra: Testo 330-2: 1: akkumlátor; 2: mérő gázpumpa; 3: CO szenzor; 4: O2 szenzor; 5: NO szenzor; 6: szűrő

á

23


Paraméter

Méréstartomány Érzékenység Pontosság ±0.2 térf.

O2

0…21 térf. %

0.1 térf. %

%

CO

0...4000 ppm

1 ppm

±5%

higítatlan CO

0...8000 ppm

1 ppm

±20 ppm

NO

0...3000 ppm

1 ppm

±5 %

Hatásfok

0...120 %

0,1 %

-

Füstgázveszteség

0...99.9 %

0,1%

-

2.4.1. táblázat: Testo 330-2 műszer méréstartományai

24


3.

A mérés menete és mérési eredmények

A G.U.N.T. dízelmotor emisszió mérését a Miskolci Egyetem C/2 (3.1 ábra) épületének, Áramlás- és Hőtechnikai gépek tanszékének műhelycsarnokában végeztem a fentebb bemutatott eszközök (3.2 ábra) segítségével. A mérőegységet, a motorfékpadot és a belső-égésű motort már teljesen összeszerelt állapotában kaptam meg a vizsgálathoz, így csak a legalapvetőbb ellenőrzéseket kellett elvégeznem a berendezéseken.

3.1 ábra: Miskolci Egyetem C/2 épület

A motor olajszintjét ellenőrizve mindent rendben találtam. Az olajteknőben megfelelő mennyiségű, minőségű és tisztaságú olaj volt. A levegő és üzemanyagszűrők szintén megfelelő állapotban voltak a mérés megkezdéséhez. A motorfékpad és a motor ékszíj kapcsolatát is ellenőriztem. Az SPA típusú ékszíj minőségét szemrevételezés után megfelelőnek és kellően előfeszítettnek találtam, így terhelés alatt csak csekély mértékben léphetett fel csúszás (slip) amely a méréseket a motor egyenetlen terheléséből

fakadóan

nagymértékben

pontatlanná

tehette

volna.

Ezek

után

megvizsgáltam az átalakított üzemanyag rendszer légmentességét, amely a motor zavartalan járása és a gázolaj folyamatos áramlása miatt volt fontos. A CT159 mérőpad rendszerét USB aljzattal hozzákötöttem a műhelycsarnok laptopjához, amelyre már telepítve volt a cég által mellékelt szoftver. Ezt követően felkapcsoltam a szerkezet 25


főkapcsolóját, és ellenőriztem a kijelzők megfelelő működését. A HM 365 fékpadot indító üzembe kapcsolva beindítottam a dízelmotort, járás közben ellenőriztem a berendezés érzékelői által küldött értékeket, amelyeket megfelelőnek – a várt értékekhez közelinek – találtam. A motor pár perc járás után elérte üzemi hőfokát és stabil értékeket mutattak az érzékelők. Ezek után megnéztem a motor hogy reagál a fékpad terhelésére különböző nyomatékok mellett, de ekkor sem tapasztaltam semmi rendelleneset az értékekben, így a motorindító lekapcsolása után elkezdhettem az vizsgálat érdemi részét. A CT151 motorba gyárilag beépített fordulatszám szabályzó rendszer került, ezáltal a nyomaték változtatására a fordulatszámnak nem lett volna szabad változnia, viszont a szerkezet pontatlanságából kifolyólag már kismértékű terhelésváltozásra is fordulatszám különbség figyelhető meg, de a mérésre gyakorolt hatása elhanyagolható értékű volt.

3.2 ábra: vizsgálati G.U.N.T. eszközök

Az üzemanyag rendszer teljes leeresztésével kezdtem, mivel nem volt pontos információm a motorba addig töltött gázolaj származását illetően. Ezek után feltöltöttem az OMV adalékolatlan dízel üzemanyagával és teljes mértékben légtelenítettem azt. 26


A mérési hibák elkerülése érdekében a méréseket 3x végeztem el, és a táblázatok már az átlagolt értékeket tartalmazzák. Első lépésben a lehető legkisebb terhelés mellett mértem meg a motor károsanyag kibocsájtását, hogy kapjak egy képet a fordulatszám változás emisszióra gyakorolt hatásáról. Az ebből a mérésből származó adatokat az alábbi (3.1 és 3.2 táblázat) táblázatok tartalmazzák. A mért értékeket torzíthatják a nem tökéletesen megegyező mérési körülmények, eltérő környezeti hatások, a műszerek pontatlanságából adódó rendszeres és véletlen hibák, és a szenzorok elhasználódásának mértéke. Ennek fényében az eredmények csak közelítő pontossággal bírnak, viszont a különbségek még ennek ellenére is jól szemléltethetőek. 1750

2000

2250

2500

2750

3000

ford./p

ford./p

ford. /p

ford. /p

ford. /p

ford./p

Nyomaték

0,6006

0,5908

0,6055

0,6348

0,6982

0,6995

Fordulatszám [1/p]

1746,41

2001,13

2257,48

2500

2750,6

3001,5

Kipufogógáz hőm.

132,324

140,136

152,832

161,621

174,316

186,54

Üzemanyag hőm.

20,3125

20,3613

20,5078

20,2148

20,5566

20,458

213,856

232,087

249,485

271,822

297,777

305,26

16,5234

17,3437

15,6152

18,8672

14,0332

18,465

0,1098

0,1238

0,1431

0,1662

0,2011

0,2356

0,1809

0,155

0,155

0,2584

0,2842

0,3568

üzemanyag

1677,81

1246,28

1090,62

1551,27

1421,51

1625,5

fogyasztás [g/kWh]

3

3

8

2

3

1

Hatásfok [%]

4,9325

6,6404

7,5882

5,334

5,8219

5,9821

Levegőáramlás [l/h] Üzemanyagnyomá s Mechanikus teljesítmény [kW] Üzemanyag fogyasztás [kg/h] Specifikus

27


Fajlagos hatásfok [%]

0,9779

0,9268

0,8824

0,87

0,8688

0,8415

λ (lambda)

5,7418

7,2604

7,8213

5,1192

5,0972

5,5654

3.1. táblázat: CT159 mérőegység méréseredményei

1750

2000

2250

2500

2750

3000

ford./p

ford./p

ford. /p

ford. /p

ford. /p

ford./p

Füstgáz hőm. °C

43,3

45,4

46,4

52,3

53,7

58,5

CO2 [tf%]

2,49

2,57

2,71

2,86

2,79

2,93

Füstgázveszteség

4,5

4,9

4,7

5,5

5,9

6,5

λ (lambda)

6,18

6,00

5,68

5,38

5,53

5,25

O2 [tf%]

17,6

17,5

17,3

17,1

17,2

17,0

CO [ppm]

424

467

512

627

636

722

2619

2802

2906

3376

3515

3791

hőmérséklet

21,5

21,2

21,6

21,9

22,0

21,8

Hatásfok [%]

95,5

95,1

95,3

94,5

94,1

93,5

NO [ppm]

68

40

22

12

-

-

NOx[ppm]

72

43

22

12

-

-

Hígítatlan CO [ppm] Levegő

3.2. táblázat: Testo 330-2 méréseredményei

28


Mint az a táblázatban szereplő értékekből jól látszik, a motor által kibocsájtott kipufogógázban a széndioxid – amely a környezetre nézve a kipufogógáz egyik legkárosabb összetevője – értéke a fordulatszámmal arányosan, szinte lineárisan növekszik, míg a O2 értéke kis mértékű csökkenést mutat (3.4 ábra). A szén-monoxid és a hígítatlan szén-monoxid értékénél is nagy ütemű lineáris növekedés figyelhető meg.(3.3 ábra). A nitrogénoxid és a NOx értékek csökkenést mutatnak. Viszont a fordulatszám hatása az emisszióra nem mindig egyértelmű. 800 3376

700

ppm

600

2619

2802

3791

3515

4000 ppm

3500

2906

722 627

3000

636

2500

500 512

400 424

2000

467

300

1500

200

1000

100

500

CO hígítatlan CO

0

0 1746,41 2001,13 2257,48

2500

2750,6

3001,5

1/min

3.3. ábra: CO és higítatlan szén-monoxid változása a fordulatszám függvényében

3

17,6

17,5

17,3

17,1

17,2

2,93

2,9 17

2,8

2,86 2,79

tf%

2,7 2,6

2,71 2,49

2,5 2,4

2,57 6,18

6

5,68

5,38

5,53

5,25

1746,41

2001,13

2257,48

2500

2750,6

3001,5

2,3 2,2

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

CO2 O2 λ (lambda)

1/min

3.4. ábra: O2 és CO2 értékének változása a fordulatszám függvényében

29


Mivel a nitrogénoxidok kibocsájtása a hőmérséklettel van összefüggésben – amely az adatokból megfigyelhetően nem, vagy csak elhanyagolható mértékben változott – míg az átáramló levegőmennyiség értéke nőtt – ezért van lehetőség arra, hogy a NO és NOx értékek csökkenést mutatnak (3.5 - 3.6 ábra). 80 70 60

ppm

50 NO

40

NOx

30

Üzema. Hőm. 20 10 0 1746,41

2001,13

2257,48

2500

1/min

3.5 ábra: NO és NOx változása a fordulatszám függvényében

300 250 l/h

200 150 100

Levegőáramlás

50 0 1746,41

2001,13

2257,48

2500

1/min

3.6. ábra: levegőáramlás változása a fordulatszám függvényében

A fogyasztás a fordulatszám változás hatására először kismértékű csökkenést mutatott, ami a motor égés hatásfokának javulására vezethető vissza, majd az elvárásoknak megfelelően egyre nagyobb értékek figyelhetőek meg A legjobb fogyasztási érték és ezzel megegyezően a legjobb hatásfok 2000 és 2300-as fordulatok között adódott. (3.7 ábra).

30

l/h


0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

6,6404

7,5882

0,3568 5,334

4,9325

0,2584 0,1809

1746,41

0,155

0,155

2001,13

2257,48

2500

5,8219 0,2842

2750,6

5,9821

8 % 7 6 5 4 3 2 1 0

Fogyasztás Hatásfok

3001,5

1/min

3.7. ábra: fogyasztás és hatásfok változása a fordulatszám változásának hatására

További vizsgálataim során 3 fajta üzemanyagot használtam fel, amelyek égéséből származó emissziós adatokat fogok az alábbiakban összefoglalva bemutatni., grafikonokon illusztrálni, majd a következő fejezet során ezen értékekből a következtetéseimet levonni. Az említett három típus az OMV® által finomított OMV Diesel, a szintén az Osztrák cég által gyártott prémium besorolású OMV MaxxMotion Diesel, és egy a miskolci Futó utcán, magánkézben lévő üzemanyagtöltő állomásról származó normál minőségű gázolaj voltak. A vállalatok üzemanyagainak adalékozása, és a lepárlás minősége titkosított adatok, így csak a világhálón és szakkönyvekben fellelhető információkra tudtam támaszkodni, és az azokból levonható következtetéseket figyelembe venni. Ezek közül az üzemanyagok közül a MaxxMotion gázolajtól vártam a legjobb értékeket, mert közel 15% -al magasabb ára, és a cég által leírt pozitív tulajdonságok mellett, már a gázolaj színén is jól látható volt a különbség az OMV alap dízeléhez képest.

3.3. ábra: OMV Diesel és MaxxMotion szín- és habzásbeli eltérés

31


A legrosszabb értékeket pedig az standard üzemanyagtól vártam, mivel pusztán az árát és a beszerzés helyét tekintve ez ígérkezett a leggyengébb minőségű gázolajnak. A CT159 mérőállomás kipufogógáz kivezetésén már a tanszék által, az üzembe helyezéskor kiépítésre került egy mérőnyílás, amelybe a füstgázelemző műszert helyezve – és azt kellően légmentesítve – lehetett elvégezni az emisszió mérést. Az elszívás is biztosítva volt egy külső vákuumrendszer segítségével. E miatt kellett a műszer tömítését a lehető legtökéletesebben megoldani, mert az elszívásból származó levegő keveredve a kipufogó gázzal, fals eredményeket adhatott volna a végső kiértékelésnél. Ennek minimalizálása érdekében törekedtem a lehető legeredményesebb, és lehetőleg reprodukálható légelzárást kivitelezni.

3.1

OMV Diesel

Az első üzemanyag, amellyel méréseimet végeztem az OMV Diesel volt. A gyártó leírása alapján ez a gázolaj akár 5%-ban tartalmazhat biogén – azaz szerves eredetű hidrogenizált növényi olaj – adalékot, e mellett pedig kénmentes összetétele a környezet káros anyag terhelését (főként a széndioxid kibocsájtást) hivatott csökkenteni. A cég ezek mellett közel 3 %-os fogyasztás csökkenést, halkabb járást, és motorkímélő égést ígér.

3.4 ábra: gázolaj kéntartalmának csökkentése a szulfát emisszió csökkenését eredményezi[3]

32


Az átlagos üzemanyagok finomítása során a kéntartalom a nyersolaj eredeti kéntartalmától függően – kéntelenítés nélkül – 0,2%-tól több mint 1%-ig terjedhet. Az Európában jelenleg forgalmazott gázolajok maximum 0,05% ként tartalmazhatnak, ezen értékeket a kén kiszűrésével és adalékokkal javítják. A kén kötött állapotban van jelen, és égéskor főleg (>95%-ban) kéndioxiddá, kis mennyiségben pedig kéntrioxiddá ég el. A fennmaradó hányad szulfátok (3.4 ábra) formájában a kipufogógáz emisszióját növeli. Ezek mellett az

említett kénvegyületek vízzel

keveredve korróziót

eredményeznek a motorban. [3] Az OMV Diesel üzemanyagával mért méréseredményeket a 3.3 és 3.4 táblázat tartalmazza részletesen.

Nyomaték [Nm]

Fordulatszám [1/p]

Kipufogógáz hőm.

[°C]

Üzemanyag hőm. [°C]

Levegőáramlás

[l/h]

Üzemanyagnyomás

Mechanikus

teljesítmény [kW]

Üzemanyag fogyasztás

[kg/h]

Specifikus

üzemanyag

fogyasztás [g/kWh]

162,577

2501,62

20,9961

172,851

2500

270,689

20,9961

189,988

2479,64

18,5742

268,448

21,0937

204,101

2467,44

0,6956

18,0538

266,562

21,0937

220,568

2458,40

0,3101

0,7852

17,373

265,156

21,0937

236,816

2441,42

3,0713

20,9961

272,290

19,2589

0,5299

0,2989

398,465

2,5756

273,773

19,6875

0,3896

0,2584

438,482

2,0508

21,5332

0,2633

0,2584

494,274

1,5602

0,1663

0,2584

734,285

1,0059

0,2067

957,815

0,6348

1250,83

33


2406,41 296,482

2399,49

21,0937

312,548

2386,18

5,0186

2410,43 273,437

21,0937

258,102

4,6205

258,484

21,0937

258,935

4,0527

20,9961

261,355

3,5015

263,125

14,1025

1,2348

14,8756

1,115

15,8789

1,0213

16,7856

0,8653

0,5132

382,255

0,4354

389,518

0,4134

405,505

0,3566

401,138

3.3. táblázat: OMV Diesel, 2500 1/p, CT159 és 330-2 mérőegység méréseredményei

λ (lambda)

Füstgázveszteség

CO2 [tf%]

Füstgáz hőm. [°C]

λ (lambda)


Hatásfok [%]

Nyomaték [Nm]

5,83

5,7

2,64

50,6

6,4069

0,8716

6,6163

0,6348

5,38

5,5

2,86

52

5,1083

0,8694

8,6404

1,0059

4,98

5,2

2,98

52,9

5,0989

0,87

9,9862

1,5602

4,57

5

3,34

53,8

5,0466

0,8709

16,7435

2,0508

4,17

4,7

3,73

54,6

4,7892

0,8688

18,7568

2,5756

15,5

3,82

4,5

4,03

55,9

4,1496

0,8702

20,7694

3,0713

436

16,1

441

1665

16,4

477

1896

16,8 519

2178

17,1 535

2476

17,4 549

3202

2881

O2 [tf%] CO [ppm] Hígítatlan CO [ppm]

34


20,8921

3,5015 20,4087

4,0527 21,5862

4,6205

0,8718

21,9823

5,0186

59,7

0,8706

58,8 5,01

0,8702

57,9 4,88 3,7

0,8709

56,2 4,69 3,9 2,89

2,8926

4,41 4,1 3,02

13,9

2,9896

4,3 3,28 14,3

3,0759

3,51 14,6

3,8693

15,2

358 1198

392 1357

441 1447

438 1552


Hatásfok [%]

12

94,3

21,7

0,6348

21

23

94,5

21,6

1,0059

54

50

94,7

21,7

1,5602

76

72

95

21,3

2,0508

135

135

95,3

21,5

2,5756

168

160

95,5

21,5

3,0713

Nyomaték [Nm]

NO [ppm]

13

hőmérséklet

Levegő

NOx [ppm]

35


198

196

95,6

21,7

3,5015

276

256

95,9

21,7

4,0527

291

276

95,9

21,6

4,6205

298

286

96,2

21,7

5,0186


A vizsgálat alatt a HT365 fékpadot használtam a motor terheléséhez. A terhelő nyomatékot ~0,5 Nm-enként emelve mértem a motor kipufogógáz károsanyag kibocsájtását. Mint a táblázat adataiból is látszik, a motorba épített fordulatszám kiegyenlítő rendszer nem működik teljes értékűen, mivel a nyomaték változására a fordulatszám folyamatos esést mutatott. 2550

1/min

2500 2450 2400 Ford.szám

2350 2300 0,63

1,01

1,56

2,05

2,57

3,07

3,5

4,05

4,62

5,02

Nm

3.5. ábra: Fordulatszám változása a nyomatékváltozás hatására

A kipufogógáz hőmérséklete a vizsgálat alatt a terhelés hatására folyamatosan emelkedett. Ennek függvényében – a már tárgyaltak szerint – a nitrogénoxidok értékében lineáris emelkedés volt várható, és figyelhető meg. Az üzemanyag hőfoka most sem változott értékelhető mértékben (3.6 ábra).

36


350 300

ppm

250 200 Kipufogógáz hőm. 150

NO

100

Nox

50 0 0,63

1,01

1,56

2,05

2,57

3,07

3,5

4,05

4,62

5,02

Nm

3.7. ábra: Kipufogógáz hőmérséklet, NO és NOx értékek változása a nyomaték növelésének függvényében

A kipufogógáz visszavezetés a belső-égésű motorok NO kibocsájtás csökkentésének egy gyakran alkalmazott módszere, hatása a maximális hőmérséklet csökkentésére vezethető vissza. A dízelmotoroknál ez a hatás nagymértékben függ a motor terhelésétől, ugyanis nagy terheléseknél a kipufogógázban nagy mennyiségben van jelen széndioxid és vízgőz. A CO képződés kialakulásában az égéstér hőmérsékletének heterogén eloszlása lehet felelős, amely mind kis és nagy fordulatszámok és terhelések mellett keletkezik (3.8 ábra). A 3.9. ábrán láthatóak a széndioxid, a dioxid és a lambda értékek változásai. A CO2 érték az égés minőségét mutatja meg, minél jobb a tüzelőanyag égése, annál kisebb mennyiségben keletkezik széndioxid a folyamat végén. 600 500 ppm

400

549 535 519

3500 477

3202

441 436 438 441

3000 392

2881

358

2476 300

2000 2178 1896

200

2500

1665 1552 1447 1357

100

1198

0

1500

CO

1000

hígítatlan CO

500 0

0,63 1,01 1,56 2,05 2,57 3,07 3,5 4,05 4,62 5,02 Nm

3.8. ábra: CO és hígítatlan CO változása a nyomatékváltozás hatására

37


6

20 17,4

17,1

16,8

16,4

16,1

5

15,5

15,2

tf%

4 3,73 3 2,64

2,86 2,98

4,03

4,69 4,88

5,01

16

4,41 14,6 14,3

13,9

1

5,38

4,98

14 12

3,34

2 5,83

18

10

CO2

8

O2

6

λ (lambda)

4 4,57

4,17

3,82

3,51

3,28

3,12

2,89

3,07

3,5

4,05

4,62

5,02

2 0

0 0,63

1,01

1,56

2,05

2,57

Nm

3.9. ábra: CO2, O2 és lambda érték változása a terhelésváltozás hatására

Az átalakított üzemanyag–rendszer hatására a fogyasztási értékek is lineárisan emelkedtek a vizsgálat alatt, ami a megfelelő, a tartályba a beszívást és ez által a befecskendezést nem befolyásoló üzemanyag visszavezetés eredménye. A dízelmotor üzemelése során azonban a fogyasztásmérés pontosságát rendkívüli módon lerontotta az, hogy a gyárilag csatlakoztatott résolaj-visszavezetés légbuborékozást eredményezett a mérőhengerben. Ennek eredményeképpen a nyomásmérő szenzor téves eredményeket közölt a számítógéppel, ami így nem hiteles fogyasztási értékeket kalkulált. Ezt a jelenséget kellett megszüntetni az üzemanyagrendszer átalakításával, mely a 3.10. ábrán figyelhető meg. [4] Míg a hatásfok a motor terhelésének hatására javuló tendenciát mutatott – a motorban történő szögeltérés, és az ebből származó korábbi gyulladás és tökéletesebb égés hatására –, addig a levegőáramlási értékek csökkentek. A 3.11 ábra a füstgázelemző berendezés által mért hatásfok értékét mutatja.

38


.

%

3.10. ábra: eredeti és átalakított üzemanyag visszavezetési rendszer 97 96 95 94 93

94,3

94,5

94,7

95

95,3

95,5

95,6

95,9

95,9

96,2

Hatásfok 0,63

1,01

1,56

2,05

2,57

3,07

3,5

4,05

4,62

5,02

Nm

3.11. ábra: Testo 330-2 által mért hatásfok értékek [%]

3.2

OMV MaxxMotion Diesel

A második üzemanyag, amivel méréseimet végeztem az OMV prémium gázolaja volt, amely jobb hidegtűrő képességgel, és magasabb cetánszámával próbálja a motorban történő égés hatásfokát növelni, ezáltal a teljesítményt növelni és az emissziót csökkenteni. Ezek mellett megtalálhatóak benne az OMV Diesel-nél bemutatott adalékanyagok is. A gyulladókészség – amelyet a cetánszám jellemez – a dízel üzemanyag igen fontos tulajdonsága, amely nagymértékben befolyásolja a gyulladási késedelem idejét. Ez utóbbi a befecskendezés kezdete és az égés kezdete közötti időt jelenti. Az OMV MaxxMotion Diesel üzemanyaggal mért vizsgálat méréseredményei a 3.6 – 3.8. táblázatban láthatóak.

39


Nyomaték [Nm] Fordulatszám [1/p] Kipufogógáz hőm. [°C] Üzemanyag hőm. [°C] Levegőáramlás [l/h]

Üzemanyagnyomás Mechanikus teljesítmény [kW] Üzemanyag fogyasztás [kg/h]

Specifikus üzemanyag fogyasztás [g/kWh]

2418,62

267,089

2404,78

45,9961

290,039

2395,83

257,554

44,2871

308,593

2383,62

19,0723

257,493

44,9219

326,660

2382,81

5,0732

2442,22

256,835

45,166

259,262

22,6465

1,2659

4,5361

2461,75

238,769

44,3359

262,676

4,9512

1,1323

4,1406

2477,21

216,796

43,6523

263,347

10,1953

1,0388

0,445

3,5547

2500

202,636

42,3828

266,091

13,6816

0,8952

0,422

3,3057

2508,13

182,128

39,0625

267,635

19,1016

0,8372

0,3933

2,666

169,921

44,4824

268,753

23,1738

0,6818

0,3717

2,0996

43,9941

271,416

28,0664

0,5413

0,3539

1,6602

272,940

22,1777

0,4307

0,3215

1,0645

25,9863

0,2787

0,3109

0,6201

0,1629

0,2786

585,0392 492,9593 458,2178 400,4608 385,5919 373,0018 352,9521

0,2641

703,552

0,2498

1487,384 991,0973

3.6. táblázat: OMV MaxxMotion Diesel, 2500 1/p, CT159 és 330-2 mérőegység méréseredményei

40


Hígítatlan CO [ppm]

CO [ppm]

O2

λ (lambda)

Füstgázveszteség

CO2


λ (lambda)


Hatásfok [%]

Nyomaték [Nm]

2771

409

17,9

6,77

12,4

2,27

83,9

5,9642

0,8679

6,284

0,6201

2477

401

17,6

6,18

9,9

2,49

77,3

5,5058

0,8684

9,8564

1,0645

2008

373

17,1

5,38

6,1

2,96

62,9

4,9978

0,8686

14,0071

1,6602

1772

346

16,9

5,12

6,9

3,01

69,4

4,8191

0,8709

17,0915

2,0996

1493

327

16,4

4,57

6,9

3,37

72,9

4,4901

0,8714

20,6559

2,666

1310

312

16

4,2

6,9

3,67

77,1

3,9695

0,8702

21,7901

3,3057

1220

302

15,8

4,04

6,9

3,81

79,1

3,9384

0,8669

23,5318

3,5547

1105

300

15,3

3,68

6,7

4,18

82,1

3,5351

0,8653

24,4506

4,1406

1016

295

14,9

3,44

6,9

4,47

86,9

3,2433

0,865

24,9071

4,5361

969

300

14,5

3,23

6,6

4,77

88

2,9852

0,864

25,6032

5,0732


41


Hatásfok [%]

86

87,6

29,2

0,6201

100

95

90,1

29,3

1,0645

119

113

93,9

29,3

1,6602

135

129

93,1

29,3

2,0996

164

156

93,1

28,6

2,666

192

183

93,1

29

3,3057

207

197

93,1

28,8

3,5547

239

228

93,3

29

4,1406

268

255

93,1

28,7

4,5361

291

277

93,4

28,8

5,0732

Nyomaték [Nm]

NO [ppm]

90

hőmérséklet

Levegő

NOx [ppm]


42


A táblázat adataiból már jól látszik, hogy az OMV prémium dízel üzemanyaga – a magasabb szintű adalékanyagoknak köszönhetően – jobb teljesítmény értékeket és alacsonyabb emissziót eredményeztek az égés során. A motor fordulatszám szabályozójának minősége miatt, a második méréssorozatban sem volt egyenletesen 2500 1/perc a fordulatszám. Ennek számottevő befolyása nem volt a mérés során. Az OMV Diesel gázolajnál mért értékekhez viszonyítva itt is lineáris növekedés látható, mind az üzemanyag hőmérséklet, mind a nitrogénoxidok értékeinél (3,15 ábra). 350

300

250

ppm

200 Kipufogógáz hőm. 150

NO Nox

100

50

0 0,62

1,06

1,66

2,09

2,66

3,3

3,55

4,14

4,53

5,07

Nm

3.15. ábra: OMV MaxxMotion Diesel kipufogógáz hőmérséklet, és nitrogénoxid értékei a terhelésváltozás függvényében

A MaxxMotion Diesel szén-monoxid, széndioxid, dioxid és a CT159 motorfékpad által a mért mennyiségekből számított lambda érték nyomatékra való változásai a 3.16 és a 3.17 ábrákon láthatóak.

43

ppm


450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

409 401

373

2771

3000 346

2477

327 312 302 300 295 300

2500 2000

2008

1500

1772 1493

1000

1310 1220 1105 1016 969

CO hígítatlan CO

500 0

0,62 1,06 1,66 2,09 2,66 3,3 3,55 4,14 4,53 5,07

Nm

Nm

3.16. ábra: OMV MaxxMotion szén-monoxid és hígítatlan szén-monoxid értékeinek változása terhelésváltozás hatására 6

17,9

17,6

20 17,1

16,9

16,4

16

5

15,8

15,3

4 tf%

4,18 3

3,37

2,27 2 1

2,96

3,67

14,9 4,47

4,77

5,5

4,99

14,5

14 12

3,81

3,01

4,81

18 16

2,49 5,96

tf%

10

CO2

8

O2

6

λ (lambda)

4 4,49

3,96

3,93

3,53

3,24

2,98

3,3

3,55

4,14

4,53

5,07

0

2 0

0,62

1,06

1,66

2,09

2,66 Nm

%

3.17. ábra: OMV MaxxMotion üzemanyag széndioxid és dioxid kibocsájtása terhelésváltozás függvényében 96 94 92 90 88 86 84

Hatásfok

0,62

1,06

1,66

2,09

2,66

3,3

3,55

4,14

4,53

5,07

Nm

3.18. ábra: Testo 330-2 füstgázelemző által mért hatásfokváltozás

44


Standard gázolaj 3.3

Mivel ez a gázolaj egy általános, nem adalékolt üzemanyag volt, és árát tekintve nem a prémium kategóriába sorolható, ezáltal valószínűsíthető, hogy csak némileg adalékolt, átlagos gázolajról beszélhetünk, melyet a mért értékek is alátámasztanak. A mérés eredményeit a 3.9-3.11 táblázatok tartalmazzák.

Nyomaték [Nm] Fordulatszám [1/p] Kipufogógáz hőm. [°C] Üzemanyag hőm. [°C] Levegőáramlás [l/h]

Üzemanyagnyomás Mechanikus teljesítmény [kW] Üzemanyag fogyasztás [kg/h] Specifikus üzemanyag fogyasztás [g/kWh]

0,6104

1,0498

1,5479

2,0215

2,5439

3,0615

3,6572

4,2041

2513,021 2485,352 2470,703 2448,731 2443,034 2424,316 2413,737 2404,785

164,5508 177,2461 192,8711 208,4961 226,5625 245,1172 267,5781 287,5977

42,9687

21,6797

41,748

21,6797

1,0587

39,7461

21,6797

0,9244

0,3933

39,5996

21,6797

0,7772

0,3617

38,5742

21,6797

0,6508

0,3589

37,207

21,6797

0,5184

0,3215

34,9609

21,6797

0,4005

0,3129

30,8105

21,6797

0,2732

0,2756

265,4

0,1606

0,2641

277,6152 273,9771 272,2291 269,3837 269,6276 265,9488 263,7537

0,2498

1487,384 991,0973 703,552 585,0392 492,9593 458,2178 400,4608 385,5919

45


4,6289

5,1904

2393,392 2386,882

44,2383

304,6875 327,6367

43,5547

0,445

1,2426

21,6797

263,5708 262,0668

21,6797

1,1602

0,422

373,0018 352,9521

3.9. táblázat: Standard dízel, 2500 1/p, CT159 és 330-2 mérőegység méréseredményei Hígítatlan CO [ppm]

CO [ppm]

O2

λ (lambda)

Füstgázveszteség

CO2


λ (lambda)


Hatásfok [%]

Nyomaték [Nm]

3308

630

17

95,3

4,1

2,93

51,3

5,271

0,885

5,2346

0,6348

2657

544

16,7

95,1

4,8

3,15

57,4

4,9264

0,8843

12,8547

1,0059

2212

495

16,3

95,1

4,9

3,45

60,8

4,7127

0,8838

15,8518

1,5602

1824

443

15,9

94,9

5,1

3,74

64,4

4,1302

0,8826

13,3716

2,0508

1585

415

15,5

94,8

5,1

4,03

67,9

3,9979

0,8817

26,12

2,5756

1294

376

14,9

94,9

5,3

4,47

72,4

3,555

0,8804

18,3208

3,0713

1139

358

14,4

94,9

5,1

4,84

75,1

3,5051

0,879

19,9276

3,5015

1024

351

13,8

95,1

4,9

5,28

77

3,1925

0,8782

25,5453

4,0527

46


0,8772

29,6216

4,6205

0,8754

26,8583

5,0186

80,1 6,16

82,1

2,7859

5,65 4,7

2,9598

4,9 95,9 12,6

95,2 13,3 348 870

340 927

3.4. táblázat: Standard dízel, 2500 1/p, CT159 és 330-2 mérőegység méréseredményei

Hatásfok [%]

60

95,3

28

0,6348

79

75

95,1

28,1

1,0059

94

90

95,1

28,3

1,5602

114

109

94,9

28,4

2,0508

135

129

94,8

28,5

2,5756

169

161

94,9

28,7

3,0713

198

189

94,9

28,7

3,5015

230

219

95,1

28,8

4,0527

Nyomaték [Nm]

NO [ppm]

63

hőmérséklet

Levegő

NOx [ppm]

47


264

251

95,2

28,8

4,6205

293

279

95,9

28,8

5,0186

3.5. táblázat: Standard dízel, 2500 1/p, CT159 és 330-2 mérőegység méréseredményei

Az eredménytáblából jól látszik, hogy az utolsónak használt üzemanyag kritikus károsanyag kibocsájtási mutatókban részben elmarad az OMV gázolajai mögött, de volt olyan tulajdonság, amelyben jobban teljesített. A nitrogénoxid értékek és a kipufogógáz hőmérsékleti értékek a 3.19. ábrán láthatóak. 350 300

ppm

250 200 Kipufogógáz hőm. 150

NO

100

Nox

50 0 0,61

1,05

1,55

2,02

2,54

3,06

3,66

4,2

4,62

5,19

Nm

3.19. ábra: Standard dízel kipufogógáz hőmérséklet, és nitrogénoxid értékei a terhelésváltozás függvényében

A magán benzinkútról vásárolt gázolaj szén-monoxid, széndioxid, dioxid és a CT159 motorfékpad által számított lambda értékek nyomatékra való változásai a 3.20 és a 3.21 ábrákon láthatóak.

48


700

630

600

3308

3500 ppm 544

443 415

ppm

500 2657

400

3000

495

2500

376 358 351 340 348

2000

2212

300

1824

200

1585 1294

100

1139 1024 927 870

1500

CO

1000

hígítatlan CO

500

0

0 0,61 1,05 1,55 2,02 2,54 3,06 3,66 4,2 4,62 5,19 Nm

3.20. ábra: Standard gázolaj szén-monoxid és hígítatlan szén-monoxid értékeinek változása terhelésváltozás hatására 17

7

16,7

16,3

15,9

18 15,5

6

6,16 14,9

14,4

13,8

16

5,65

14

4,84 5

4,47

tf%

4 2,93

3,15

3,45

3,74

5,28

4,03

tf%

13,3

12,6

12 10 CO2 8

3

6 2

O2 λ (lambda)

4 1

2 0

0 0,61

1,05

1,55

2,02

2,54

3,06

3,66

4,2

4,62

5,19

Nm

3.20. ábra: Standard üzemanyag széndioxid és dioxid kibocsájtása terhelésváltozás függvényében 96

%

95,5 95 Hatásfok

94,5 94 0,61

1,05

1,55

2,02

2,54

3,06

3,66

4,2

4,62

5,19

Nm

3.18. ábra: Testo 330-2 füstgázelemző által mért hatásfokváltozás

49


4.

Mérési eredmények összehasonlítása és kiértékelés

A szakdolgozatom célja volt, hogy a különböző minőségű, származású, árú és adalékozású üzemanyagokat összehasonlítsak fogyasztás és emisszió szempontjából. A mérések elvégzése után, az eszközökből nyert adatokkal erre lehetőség is nyílt. Az alábbiakban különböző – már az előzőekben látott – diagramokon szemléltetem a tüzelőanyagok közötti eltéréseket, és az azokból levonható következtetéseket. Fogyasztás [kg/h] A mérőpad által mért adatokból jól látszik, hogy az OMV gázolajaival a motor fogyasztása magasabb értékeket ért el (4.1 ábra). Ez annak köszönhető, hogy az üzemanyag gyártók inkább a károsanyag kibocsájtást csökkentő és a kenést javító adalékanyagokat részesítik előnyben a gázolaj lepárlását követően, melyek negatív hatással vannak az üzemanyag fogyasztásra. Ebből kifolyólag a legkisebb fogyasztási értékeket – kis terhelések mellett – a legrosszabb minőségű üzemanyag produkálta, habár ezek az értékek még az átalakítás nélküli, üzemanyag visszavezető rendszerrel lettek mérve, ebből adódó a standard gázolaj fogyasztásának egyenetlensége. Mindezek ellenére a diagramból látszik, hogy a prémium üzemanyag fogyasztási értékei rendelkeznek terhelés hatására a legkisebb szórással. 0,6 0,5

kg/h

0,4 OMV Diesel

0,3

OMV MM 0,2

Standard dízel

0,1 0 0,6

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Nm

4.1. ábra: vizsgált üzemanyagok fogyasztásai [kg/h]

50


Hatásfok [%] A CT159 motorfékpad által a fogyasztásból számított értékekből jól látható, hogy a terhelés növelésének hatására nőtt a motor hasznos teljesítménye mindkét üzemanyag esetében – ez által a hatásfok is emelkedett – (4.2 ábra), viszont a különbségek is jól láthatóak, a magasabb minőségű üzemanyag 2-4%-os hatásfok javulást ért el. A leggyengébb minőségű gázolajnál az értékek az üzemanyag visszavezető rendszer nem megfelelő működése következtében túl rapszodikusak, ezáltal azon értékek feltüntetésre sem kerültek, míg a prémium, adalékolt és cetánszám növelt üzemanyag esetében egy logaritmikushoz közelítő diagramot kaptunk. Itt már tisztán látható, hogy az OMV magasabb kategóriájú gázolaja az elvárásokhoz mérten jobb minőségű égést, ez által jobb és kisebb szórású hatásfokot biztosít a motor számára, amely a motor élettartamának növeléséhhez és az alkatrészek későbbi elhasználódásához vezet. 30 25

%

20 15

OMV Diesel OMV MM

10 5 0 0,6

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Nm

4.2. ábra: vizsgált üzemanyagok hatásfokai

CO2 [tf%] A szén-dioxid (vízzel együtt) a gázolaj tökéletes égésének mellékterméke. Mivel a CO2 törvényszerűen keletkezik a fosszilis tüzelőanyagok elégésekor, így csökkentése csak kismértékben érhető el adalékozással, inkább a fogyasztás csökkentése eredményezheti a szén-dioxid kibocsájtás csökkenését. A mért értékekből látható, hogy a legkisebb 51


széndioxid kibocsájtási jellemzővel a legjobb minőségű gázolaj rendelkezik, viszont ez nem azt jelenti, hogy ez a legjobb is egyben. Mivel az égés velejárója a szén-dioxid képződése, így a nagyobb értéket jobbnak minősíthetjük, viszont a nagyobb fogyasztási mutató, a MaxxMotion üzemanyag CO2 kibocsájtás kisebb értékeit eredményezi (4.3 ábra), de számottevő különbség – közel 1 tf% – nincs a jobb és a rosszabb minőségű gázolaj között. Mind három üzemanyagnál szinte tökéletesen lineáris skálát mértem. 7 6

tf%

5 4 OMV Diesel 3

OMV MM

2

Standard dízel

1 0 0,6

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Nm

4.3. ábra: vizsgált üzemanyagok szén-dioxid értékeinek összehasonlítása

Oxigén, O2 [tf%] Néhány tf% jelenlét nem okoz gondot és az egészségre és környezetre nem káros. Amikor viszont jelentős mennyiségű oxigént mérünk, az keverékképzési hibát jelenthet. Jelen esetben a prémium üzemanyagok oxigén kibocsájtása (4.4 ábra) magasabb a többiénél, ami szintén a magasabb fogyasztási értékre vezethető vissza. Az OMV MaxxMotion kisebb terhelések esetén 0,5-1 tf%-al, míg magasabb terheléseknél 0,5-2 tf%-os eltérést produkált.

52


19 18

tf%

17 16

OMV Diesel

15

OMV MM

14

Standard dízel

13 12 0,6

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Nm

4.4 ábra: vizsgált üzemanyagok dioxid kibocsájtásai

CO, szén-monoxid [ppm] A nem teljes értékű égés terméke a motor működése során. A környezetre és az emberi egészségre káros légnemű anyag. A kibocsájtásának csökkentése az emissziós értékek javításának egyik legfontosabb része. A diagramokból látható, hogy a prémium üzemanyag adalékainak hatására a CO érték (4.5 és 4.6 ábra) jóval alacsonyabb – kis terheléskor majdnem 35%, míg maximális terhelés esetén 15-17%-os a mért különbség – mint a gyengébb minőségű gázolaj esetében. A teljesítmény hatására csökkenő értéket mutat, ami a keverékarány megváltozásának eredménye. Dízel motorok esetében kisebb CO értékeket mérhetünk, mint benzin üzemű társaikéban. 650 600 550 ppm

500 450

OMV Diesel

400

OMV MM

350

Standard dízel

300 250 0,6

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Nm

4.5 ábra: vizsgált üzemanyagok szén-monoxid kibocsájtása

53


3600 3100

ppm

2600 OMV Diesel

2100

OMV MM 1600

Standard dízel

1100 600 0,6

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Nm

4.6. ábra: hígítatlan CO tartalom

NO és NOx [ppm] A nitrogén-oxidok keletkezésének reakciósebessége a hőmérséklettel arányosan nő. A diagramokból látható, hogy a terhelés növelésének hatására a nitrogénoxid kibocsájtása nagymértékű növekedést

mutat. Legjobb

emissziós mutatója az alap

dízel

üzemanyagnak volt, számottevően kisebb mért értékekkel. Meglepetésre az OMV prémium üzemanyaga kevéssel, de rosszabb értékeket eredményezett (4.6 és 4.7 ábra), mint az annál gyengébbnek titulált gázolaj, de a különbség csak kismértékű, és csak alacsony-közepes terhelésekkor marad el a többi üzemanyag mögött. 350 300

ppm

250 200 OMV Diesel 150

OMV MM

100

Standard dízel

50 0 0,6

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Nm

4.6 ábra: vizsgált üzemanyagok nitrogén-oxid kibocsájtása

54


350 300

ppm

250 200 OMV Diesel 150

OMV MM

100

Standard dízel

50 0 0,6

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Nm

4.7 ábra: hígítatlan NOx tartalom

Mint az az összesített táblázatokból és az összehasonlító diagramokból látszik, az OMV prémium üzemanyaga valóban megfelelt az előzetes elvárásoknak, mivel a többi gázolajhoz képest jobb kibocsájtási értékeket tudott produkálni (4.8 ábra). Az ábrán a felső értékek a MaxxMotion üzemanyaghoz, az alsóak a standard gázolajhoz tartoznak. 1,4

1,2659 1,1323 1,0388 1,2426

1,2

1,1602 0,8952 1,0587 0,8372

1

0,9244 0,6818 0,7772 0,5413 0,6 0,6508 0,4307 0,5184 0,4 0,2787 0,4005 0,1629 0,2 0,2732

kW

0,8

OMV Diesel OMV MM Standard dízel

0,1606 0 0,6

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Nm

4.8 ábra: vizsgált üzemanyagok mechanikus teljesítmény értékei

55


4.1

Összegzés

A vizsgálatok végezetéül, konklúzióként levonható, hogy van pozitív hatása a prémium üzemanyagok használatának, mivel a gyorsuló és egyre nagyobb mértékű üzemanyag fogyasztás mellett, a környezetünk védelme és a bolygónk, mint élőhelyünk épségének megőrzése egy fontos szempont a jövőbeni fejlesztések tekintetében. A vizsgált értékek tekintetében a jobb minőségű, adalékolt üzemanyag kisebb emissziós értékeket ért el, ez által kisebb volt az általa kibocsájtott környezeti terhelés. A

szakdolgozatom

elkészítése

alatt

egyedüli

nehézség

a

kipufogócsonk

tömítetlenségének problémája okozta, melyet próbáltam minden mérés alatt ugyanolyan állapotban rekonstruálni, hogy a füstgáz elemző berendezés érzékelő pálcájához csak a motorból származó kipufogógáz kerüljön, és friss levegőt ne szívjon be. Ennek hatására ugyanis a mérés nagymértékben mutathatott volna pontatlanságokat, főleg az összehasonlítás alkalmával. Emellett a füstgázelemző berendezés szűrőinek és a nitrogénoxid szenzornak a megrendelése majd cseréje volt még feladatom. Jövőbeni lehetőségek lehetnek a feladattal kapcsolatban, további üzemanyagok emissziós értékeinek kimérése, valamint kereskedelemben kapható adalékanyagok, fogyasztáscsökkentők üzemanyaghoz keverése, és azok emissziós értékekre és fogyasztásra gyakorolt hatásainak kiértékelése.

56


5. Összefoglalás Szakdolgozatomban 3 típusú gázolaj, egy prémium minőségű, egy általános gázolaj és egy alacsonyabb minőségű általános üzemanyag emissziós és fogyasztási értékeinek mérését, majd összehasonlítását végeztem el. Mérésimhez a G.U.N.T. Hamburg® cég oktatási tevékenységekhez tervezett mérőpadját, egyhengeres, 4–ütemű, léghűtéses dízelmotorját és motorfékpad rendszerét használtam, valamint a Testo® cég egy hordozható füstgázelemző műszerét. Ezek a vizsgálati berendezések megfelelőek voltak egy általános emisszió vizsgálathoz és ez által az üzemanyagok okozta károsanyag kibocsájtás összehasonlításának elvégzéséhez. A mérések helyszíne a Miskolci Egyetem Hő- és Áramlástechnikai Gépek tanszékének műhelycsarnoka volt. Méréseim eredményéül azt a következtetést tudom levonni, hogy a prémium minőségű üzemanyag, habár méréseim során nagyobb fogyasztási értékeket produkált, a környezetvédelmi kibocsájtási normáknak jobban megfelelt, és szinte minden területen jobb és lineárisabb értékű változásokat mutatott nyomatékváltozás hatására, mint az olcsóbb, átlagos üzemanyagok. Ennek alapján nem csak csökkenti a környezet terhelését, hanem megóvja és növeli a belső-égésű motor élettartamát. Mivel manapság a motor gyártók is komoly összegeket fordítanak modelljeik káros anyag kibocsájtásának csökkentésére, így az üzemanyagok minősége és azok adalékolásának minősége sem elhanyagolható tényező. Ennek okán hasznos lehet a prémium dízel használata, mivel az adalékok jól láthatóan hatással vannak az adott belsőégésű motor károsanyag kibocsájtására.

57


6. Summary Laboratory testing of a single-cylinder diesel engine’s emission values

In my dissertation I have made the comparatve inspection of three types of diesel fuels by their fuel consumtion and emission value. These fuels were a premium type diesel, a standard fuel and a lower-class diesel. I used a utility engine, a test-bench from the G.U.N.T. Hamburg® company, and a Testo® 330-2 fuel-gas analyzer. The University of Miskolc’s Department of Fluid and Heat Engineering’s workshop was the location of the measurement. From the results of the experiment we can conclude that the premium quality, and well-doped fuel decreased the emission values during the measurement and it made more linear scales in the diagrams, but reached higher consumption values. Nowadays the engine manufacturers spend lot of money to make lower emission products, so it cannot be acceptable to disregard the importance of fuel quality. I think the use of premium fuels can be helpful in the future, because of the lower emission – because of that lower effects ont he environment – and the better engine care effect.

58


Irodalomjegyzék [1] 1999 Nemzeti Tankönyvkiadó; Dezsényi György, Emőd István, Finichiu Liviu – Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata [2] Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem – Venekei József mk. alezredes – A motorhajtó

anyagok

(http://lkga1513.netkukac.hu/letoltesek/termeles_technologia/motorhajtoanyagok.ppt 2014.04.27-én ellenőrizve) [3] 1998 Műegyetemi Kiadó; Kalmár István - Dr. Stukovszky Zsolt – Belsőégésű motorok folyamatai [4] Multidiszciplináris tudományok, 3. kötet. (2013); Mátrai Zsolt – Kísérleti egyhengeres dízelmotor üzemanyag-rendszerének átalakítása a fogyasztási értékek pontosabb mérésére [5] 1998 Minervasop-NOVADAT bt.; Lakatos István - Nagyszokolyai Iván – Gépjármű-környezetvédelmi technika és diagnosztika II.

59

Szakdolgozat. Feladat témája: Egyhengeres dízelmotor emissziós értékeinek laboratóriumi vizsgálata. Készítette: Böszörményi Szebasztián G-4BMR

Recommend Documents