Provozní parametry motoru při provozu na palivo E85

Úvod

V posledních letech je po celém světě kladen stále větší důraz na zvyšování produkce a používání biopaliv zejména v silniční dopravě. Cílem je snížení závislosti na fosilních palivech, jejichž zásoby jsou vyčerpatelné a jejichž cena se neustále zvyšuje a navíc je velmi nestabilní.

Prvním opatřením EU vedoucím k rozšíření využívání biopaliv bylo v roce 2003 přijetí směrnice Evropského parlamentu a Rady 2003/30/ES, o podpoře využívání biopaliv nebo jiných obnovitelných paliv v dopravě. Dle této směrnice měly státy EU zajistit 5,75% podíl biopaliv na trhu s palivy do konce roku 2010 [1]. V roce 2009 byla tato směrnice nahrazena směrnicí 2009/28/ES, která požaduje, aby se v roce 2020 podíl energie z obnovitelných zdrojů na hrubé konečné spotřebě energie v EU činil 20 %, pro dopravní sektor je podíl stanoven na 10 % [2]. Se směrnicí 2009/28/ES byla přijata také směrnice 2009/30/ES, která definuje environmentální specifikace motorových paliv (přípustný podíl přidané biosložky do paliva) [3]. Z obou směrnic jasně vyplývá, že dosažení požadovaných cílů podílů obnovitelných zdrojů energie na trhu s palivy do roku 2020 nelze docílit povinným nízkoprocentuálním přimícháváním biopaliv. Pro splnění požadovaných cílů bude tedy nutné zavádět biopaliva s vysokým obsahem biosložky.

Dle článku 16 odstavce 5 směrnice 2003/96/ES, kterou se mění struktura rámcových předpisů Společenství o zdanění energetických produktů a elektřiny je možné daňově zvýhodnit čistá biopaliva a jejich vysokoprocentní směsi s fosilními palivy [4]. V České republice byl tento článek transformován pomocí Víceletého programu podpory dalšího uplatnění biopaliv v dopravě. Po notifikaci orgány EU je na základě tohoto programu možné čistá biopaliva osvobodit od spotřební daně, u vysokoprocentních směsí se odpočítává spotřební daně z podílu biosložky. Výše uvedené ukazuje na možný ekonomický potenciál využívání vysokoprocentních bioetanolových směsí.

Jednou z možností naplnění těchto požadavků je využití bioetanolu jako vysokoprocentního směsného biopaliva v podobě E85 (85% etanol, 15% benzín).

V porovnání s klasickým palivem má etanol nižší objemovou hustotu energie oproti benzínu (23.5MJ/l etanol, 34.8 MJ/l benzín) a tím je dána při zachování shodných výkonových parametrů i jeho vyšší spotřeba. Výhodou etanolu je jeho vyšší oktanové číslo (104 etanol, 95 benzín) a také rychlejší hoření. [5] [6]. Mezi nevýhody lze zařadit výše uvedenou nižší energetickou hustotu, často zmiňovanou korozi benzínových pump a palivového vedení, nebo horší startovatelnost za nižších teplot. [7]

Výzkum v oblasti vlivu etanolu na produkci emisí ukazuje často rozdílné výsledky. Velmi často je zmiňována nižší produkce oxidu uhelnatého (CO), ostatní složky dosahují v porovnání s provozem na benzín různých výsledků dle konkrétní konstrukce spalovacího motoru. [7]

Tento článek je věnován výzkumu provozních parametrů zážehového motoru, dodatečně upraveného pro provoz na bioetanol E85. Výsledky jsou porovnány s provozem na předepsané palivo Natural 95 (N95). MATERIÁL A METODY Měření bylo provedeno na zkušebním motorovém stanovišti Katedry vozidel a pozemní dopravy. Testovaným motorem byl zážehový motor Škoda Fabia 1.2 HTP, jehož základní parametry jsou uvedeny v tab. 1. Cílem bylo porovnat provozní parametry motoru při provozu na E85 ve srovnání s provozem na N95.

K úpravě motoru pro provoz na E85 byla využita přídavná řídící jednotka od českého výrobce EUROPECON MPI-A4 (obr. 1). Ta zajišťuje úpravu doby otevření vstřikovacích ventilů tak, aby byla vyrovnána rozdílná hustota energie E85 oproti klasickému benzínu. Dále jednotka umožňuje zlepšení startovatelnosti motoru za studena pomocí přídavného sycení v závislosti na teplotě motoru (externí teplotní čidlo rozeznává studený/teplý motor). Na jednotce lze nastavit jak startovací dávku (při startování motoru), tak úroveň sycení při studeném motoru.

Pro vyhodnocení měrné spotřeby paliva byla použita plošinová váha, pomocí které byl zaznamenáván hmotnostní úbytek paliva v nádrži. Posledním zařízením na měřícím stanovišti byl digitální osciloskop (obr. 3), pomocí kterého byl vyhodnocován původní a upravený signál pro otevírání vstřikovacích ventilů.

Výsledky a diskuse

Měření bylo zaměřeno na zjištění maximálních hodnot výkonu a momentu motoru na obě zkoušená paliva a dále na vyhodnocení měrné spotřeby paliva a monitorování činnosti přídavné řídící jednotky. Motor byl na brzdovém stanovišti provozován s plnou dodávkou paliva (akcelerační pedál na maximální hodnotu) a od nejvyšších otáček postupným zatěžováním brzděn až do volnoběžných otáček. Výsledné hodnoty výkonu a momentu na obě paliva ilustrují obr. 4 a obr. 5. Je patrné, že provozem na palivo E85 nedošlo k zásadnímu ovlivnění výkonových parametrů motoru.

Činnost přídavné řídící jednotky je zobrazena na obr. 6. Jednotka prodlužovala dobu vstřiku v celém rozsahu otáček konstantně o 28% oproti původnímu signálu z řídící jednotky motoru.

Podíváme-li se na výslednou měrnou spotřebu paliva (obr. 7), je při provozu na E85 patrný výrazný nárůst spotřeby zejména v oblasti nízkých otáček. Nelze tedy předpokládat přímou úměru mezi upravenou dobou otevření vstřikovacích ventilů a výslednou měrnou spotřebou paliva.

Závěr

Jak již bylo uvedeno v úvodu, biopaliva jsou a nadále i budou prosazována jak ze strany legislativních předpisů, tak postupně i ze strany výrobců automobilů. Ti již dnes nabízí celou řadu tzv. FFV (Flexi Fuel Vehicle) vozidel, které jsou již od výroby připraveny k provozu na biopaliva, či různé poměry biopalivo/ropné palivo. Otázkou zůstává, co se staršími vozidly, které nelze bez úpravy na paliva nové generace provozovat.

Tento článek ukazuje jednu z možností dodatečné úpravy motoru pro provoz na palivo E85. Výsledky však prokazují, že úprava je spojena při zachování výkonových parametrů s nárůstem spotřeby paliva. Je nutné podotknout, že výsledek se týká jednoho konkrétního motoru a že úprava může mít značně individuální charakter. I světové výzkumy ukazují značně rozdílné výsledky u různých typů motorů [7].

Lze očekávat, že v reálném provozu dojde k jistému poklesu spotřeby paliva, neboť nejvyšší nárůst nastával v poměrně řídce využívaném rozsahu otáček. To je v současné době předmětem dalšího měření, jehož výsledky budou prezentovány.

Poděkování

Tento článek vznikl za podpory interní grantové agentury ČZU 31150/1312/3117.

Literatura

• [1] DIRECTIVE 2003/30/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 8 May 2003 on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport. Brusel 17. 5. 2003. [online]. [Accessed 25 November 2004]. Available at: <http://eurlex. europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L: 2003:123:0042:0046:EN:PDF>.
• [2] DIRECTIVE 2009/28/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC. Brusel 23. 4. 2009. [online]. [Accessed 17 May 2009]. Available at: <http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2009:140:0016:0062:en:PDF>.
• [3] DIRECTIVE 2009/30/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 23 April 2009 amending Directive 98/70/EC as regards the specification of petrol, diesel and gas-oil and introducing a mechanism to monitor and reduce greenhouse gas emissions and amending Council Directive 1999/32/EC as regards the specification of fuel used by inland waterway vessels and repealing Directive 93/12/EEC. Brusel 23. 4. 2009. [online]. [Accessed 17 May 2009]. Available at: <http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L: 2009:140:0088:0113:EN:PDF>.
• [4] DIRECTIVE 2003/96/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL on restructuring the Community framework for the taxation of energy products and electricity the, Brusel 27.10. 2003. [online]. [Accessed 2 November 2009]. Available at: <http://eurlex. europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L: 2003:283:0051:0070:EN:PDF>.
• [5] M. C. Roberts, 2008, E85 and fuel efficiency: An empirical analysis of 2007 EPA test data, Energy Policy 36, 1233–1235
• [6] C. Park et al., 2010, Performance and exhaust emission characteristics of a spark ignition engine using ethanol and ethanol-reformed gas, Fuel 89, 2118–2125
• [7] M. Koç et al., 2009, The effects of ethanol– unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emissions in a spark-ignition engine, Renewable Energy 34, 2101–2106

Tento článek byl převzat v rámci spolupráce s magazínem Agritech Science.

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu