Cybersave Yourself (CSY)

In document SURFnet Service Level Specification (pagina 11-0)

Cílem diplomové práce byl návrh a realizace úpravy zážehového spalovacího motoru malé elektrocentrály pro provoz na směs benzínu s n-butanolem v různých koncentracích.

V první části byla rozebrána kompatibilita příslušných materiálů, jež přichází do styku s palivem. Z výsledků zkoušky kompatibility vyplývá, že jednotlivé části palivového systému jsou schopny odolávat účinkům alkoholových paliv, a tudíž je možné toto zařízení na různé koncentrace směsí n-butanolu bez potíží provozovat.

Dalším krokem byl návrh a úprava palivového systému, jež spočívala ve zvětšení průřezu hlavní trysky karburátoru. Na základě teoretických výpočtů byly stanoveny průměry jednotlivých trysek pro dané směsi alkoholových paliv.

Stěžejní částí práce byla experimentální měření, jež probíhala ve dvou krocích.

První část měření byla zaměřena na praktické ověření navrhovaných úprav palivového systému pomocí analýzy emisí neředěných výfukových plynů. Z výsledků měření je stanovením měrné spotřeby a celkové účinnosti elektrocentrály. Z výsledků specifických emisí vyplývá, že při spalování n-butanolových směsí dochází v důsledku ochuzení palivové směsi ke snížení produkce emisí CO a HC. Emise NOx se naopak s rostoucím ochuzením směsi u směsí alkoholových paliv zvyšují. U měrné spotřeby paliva je zaznamenatelný nárůst pro obě směsi n-butanolu oproti referenčnímu palivu, kterým byl benzín. Výsledné celkové účinnosti vlivem i nízkého kompresního poměru nedosahují příliš vysokých hodnot, přičemž u směsí alkoholových paliv vykazují drobný nárůst. Měření velikostních spekter pevných částic potvrzují z hlediska celkového počtu částic výrazně nižší zastoupení částic u směsí alkoholových paliv, přičemž s rostoucí koncentrací n-butanolu v palivu počet částic klesá.

Součástí práce byla zkouška startovatelnosti neupraveného motoru za nízkých teplot, z jejíž výsledků vyplývá, že u směsí benzínu s nižšími koncentracemi n-butanolu, a to do 30 %, nebyly zaznamenány problémy se startovatelností motoru, avšak při 30 %

63

koncentraci n-butanolu začal motor vykazovat zhoršený chod v porovnání s provozem na benzín. U směsí benzínu s vyšší koncentrací n-butanolu při provozu za nízkých teplot nastávají komplikace nejen s chodem motoru, ale i startovatelností.

Na základě provedených experimentálních měření lze konstatovat, že je možné použít směsi n-butanolu jako palivo pro tento druh spalovacích motorů za předpokladu provedení potřebné úpravy palivového systému. Pro směsi s obsahem n-butanolu do 10

% pak úprava nutná není a lze je provozovat bez jakýchkoli problémů. Z hlediska emisí je patrné, že směsi s n-butanolem mají příznivý vliv na emise výfukových plynů a v celkovém součtu vykazují emise nižší, ve srovnání s benzínem.

N-butanol se i přes některé nevýhody, jako vyšší viskozita a tím zhoršená startovatelnost za nízkých teplot nebo nižší oktanové číslo, zdá být mnohem vhodnější alternativou konvenčních paliv v porovnání s dnes již běžně používaným etanolem.

Oproti etanolu má vyšší energetický obsah (výhřevnost), neváže na sebe vodu a je méně agresivní k většině konstrukčních materiálů.

64

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

[1] VLK, F., Paliva pro spalovací motory. 1. vydání. Nakladatelství a vydavatelství Vlk, Brno 2006. 376 s. ISBN 80-239-6461-5.

[2] VLK, F., Alternativní pohony motorových vozidel. 1. vydání. Nakladatelství a vydavatelství Vlk, Brno 2004. 234 s. ISBN 80-239-1602-5.

[3] MOTEJL, V., HOREJŠ, K., Učebnice pro řidiče a opraváře automobilů. 1. vydání.

Nakladatelství Littera, Brno 1998. 504 s. ISBN 80-85763-00-1.

[4] KROUPA, V., PANÁČEK, R. OPET Czech Republic. Alkoholová paliva pro udržitelnou dopravu [online]. Praha 2001. ISBN 80-902689-3-5. Dostupné z URL: <http://tc.cz/files/istec_publications/alkoholova-paliva.pdf>.

[5] POSPÍŠIL, M., ŠIŠKA, J., ŠEBOR, G. Biobutanol jako pohonná hmota v dopravě [online]. VŠCHT, Praha 2007. [cit. 2014-03-26]. Dostupné z

URL: ˂http://www.mze-vyzkum-infobanka.cz/DownloadFile/54088.aspx˃.

[6] MUŽÍKOVÁ, Z., POSPÍŠIL, M., ŠEBOR, G. Využití bioethanolu jako pohonné hmoty ve formě paliva E85 [online]. Chem. Listy 104, 677-683 (2010). [cit. 2014-03-28]. Dostupné z URL: <http://chemicke-listy.cz/docs/full/2010_07_677-683.pdf>.

[7] LAURIN, J., Motory na paliva s kvasným lihem. International conference of Czech and Slovak Universities’ Departments and Institutions Dealing with the Research of Combustion Engines. Praha 2006. ISBN 80-213-1510-5.

[8] MUŽÍKOVÁ, Z., ŠIŠKA, J., POSPÍŠIL, M., ŠEBOR, G. Fázová stabilita butanol-benzínových směsí [online]. Chem. Listy 107, 638-642 (2013). Dostupné z URL:

<http://chemicke-listy.cz/docs/full/2013_08_638-642.pdf >.

[9] SLADKÝ, V., Biobutanol – vhodnější náhrada benzínu [online]. 2007-07-04 [cit.

2014-04-05]. Dostupné z URL: <http://biom.cz/cz/odborne-clanky/biobutanol-vhodnejsi-nahrada-benzinu>.

[10] MATĚJOVSKÝ, V., Automobilová paliva. Grada 2004. ISBN 80-247-0350-5.

65

[11] BEROUN, S., Vozidlové motory, Studijní texty k předmětu „Motorová vozidla“

[online]. [cit. 2014-04-06]. Dostupné z

URL: <http://www.kvm.tul.cz/studenti/texty/VOZMOT.pdf>.

[12] HROMÁDKO, J., HROMÁDKO, J., HÖNIG, V., MILER, P. Spalovací motory.

1. vydání. Grada Publishing, a.s., Praha 2011. 296 s. ISBN 978-80-247-3475-0.

[13] Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2002/88/ES [online]. [cit. 2014-04-16].

Dostupné z URL:

<http://www.mzp.cz/ris/ais-risdb-ec-table.nsf/7C4171C0363E6E96C1256DDA003D8B3E/$file/32002L0088Fin.pdf>.

[14] EMISSION STANDARTS, Non-Road Diesel Engines [online]. Dostupné z URL:

<http://www.dieselnet.com/standards/eu/nonroad.php>.

[15] BLAŽEK, J., In-TECH2, Zařízení pro emisní testy osobních automobilů [online].

Dostupné z URL: < http://www.kvm.tul.cz/studenti/texty/experiment_metody/In-TECH2_valce.pdf >.

[16] KIPORPOWER.CZ, Elektrocentrály Kipor, IG2000 [online]. [cit. 2014-04-25].

Dostupné z URL: <http://www.kiporpower.cz>.

[17] WUXI KIPOR POWER CO., LTD. Owners Literature, IG2000 OWNER'S [online]. version 1, 2011.[cit. 2014-04-25]. Dostupné z

URL: ˂http://www.kiporpowersystems.com/manuals-literature ˃.

[18] IRECEPTAR.CZ, Elektřina ze spalovacího motoru [online]. 2014-02-24 [cit.

2014-04-26]. Dostupné z URL: <http://www.ireceptar.cz/domov-a- bydleni/energie-a-vytapeni/elektrina-ze-spalovaciho-motoru-jak-vybrat-elektrocentralu>.

[19] BEROUN, S., CERHA, J., Příslušenství pohonných jednotek. 2. vydání. VŠST, Liberec 1989. 257 s. ISBN 80-7083-003-4.

[20] FERENC, B., Spalovací motory - karburátory a vstřikování paliva. 1. vydání.

Nakladatelství Computer Press, Praha 2004. 388 s. ISBN 80-85763-00-1.

[21] PESWIKI.COM, Carburetor [online]. [cit. 2014-05-02]. Dostupné z URL: <http://peswiki.com/index.php/PowerPedia:Carburetor >.

66

[22] TECHNICKÉ INFORMACE - tabulka chemických odolností pro materiály hadic, koncovek a spojek [online]. [cit. 2014-05-05]. Dostupné z

URL: ˂http://www.tubes-international.cz/technicke_informace.html ˃.

[23] BĚHÁLEK, L., Přehled základních termoplastů, reaktoplastů a termoplastických elastomerů, Studijní materiály k přednáškám, P14 [online]. [cit. 2014-05-08].

Dostupné z URL: <http://www.ksp.tul.cz/cz/kpt/obsah/vyuka/vip.htm>.

[24] TĚSNICÍ PRVKY (O-kroužky, manžety, hřídelová těsnění - gufera) [online]. [cit.

2014-05-05]. Dostupné z

URL: ˂http://www.rubena.cz/InfoPage.asp?TP=MN&ID=146 ˃.

[25] TRNKA, M., Malý spalovací motor na alkoholová paliva. Diplomová práce.

Fakulta strojní, Technická univerzita v Liberci 2012.

[26] NOVOTNÝ, M., Zahradní sekačka na alkoholová paliva. Bakalářská práce.

Fakulta strojní, Technická univerzita v Liberci 2013.

[27] SZWAJA, S., NABER, J. D. Combustion of n-butanol in a spark-ignition IC engine. Fuel vol 89, 2010. 1573-1582. ISSN 00162361.

[28] KNOLL, K., WEST, B., CLARK, W., GRAVES, R., ORBAN, J.,

PRZESMITZKI, S., THEISS, T. Effects of Intermediate Ethanol Blends on Legacy Vehicles and Small Non-Road Engines. National Renewable Energy Laboratory, USA 2009.

67

SEZNAM OBRÁZKŮ

Obr. 1: Schéma výroby butanolu [9]

Obr. 2: Závislost koncentrace škodlivin ve výfukových plynech na hodnotě λ [11]

Obr. 3: Elektrocentrála Kipor IG2000 [16]

Obr. 4: Plovákový karburátor se škrticí klapkou [21]

Obr. 5: Vzorky palivové hadice vystavené působení paliv Obr. 6: Palivová PVC hadička vystavená působení paliv Obr. 7: Měřicí aparatura

Obr. 8: Porovnání hodnot lambda λ pro směsi benzínu s 30% n-butanolu Obr. 9: Porovnání hodnot lambda λ pro směsi benzínu se 70% n-butanolu Obr. 10: Porovnání koncentrací škodlivin pro jednotlivá paliva – 90% zátěž Obr. 11: Schéma uspořádání měřicí sestavy

Obr. 12: Měrná spotřeba paliva Obr. 13: Specifické emise CO Obr. 14: Specifické emise HC Obr. 15: Specifické emise NOx

Obr. 16: Velikostní spektra PM pro snížené volnoběžné otáčky Obr. 17: Velikostní spektra PM pro 24% zatížení

Obr. 18: Velikostní spektra PM pro 49,5% zatížení Obr. 19: Velikostní spektra PM pro 72% zatížení Obr. 20: Velikostní spektra PM pro 92,5% zatížení Obr. 21: Celkové koncentrace PM napříč režimy

68

SEZNAM TABULEK

Tab. 1: Fyzikální a chemické vlastnosti paliv [5]

Tab. 2: Rozdělení zážehových motorů dle směrnice 2002/88/ES [13]

Tab. 3: Cyklus D - zkušební režimy [13]

Tab. 4: Cyklus G1 - zkušební režimy [13]

Tab. 5: Cyklus G2 - zkušební režimy [13]

Tab. 6: Cyklus G3 - zkušební režimy [13]

Tab. 7: Hodnoty emisních limitů pro jednotlivé třídy motorů [13]

Tab. 8: Technické specifikace elektrocentrály [17]

Tab. 9: Porovnání teoretické spotřeby vzduchu a nárůstu objemu paliv Tab. 10: Vypočtené průměry trysek pro úpravu karburátoru

Tab. 11: Volba průměru trysky karburátoru Tab. 12: Výsledné hodnoty lambda λ

Tab. 13: Výsledné hodnoty emisí: benzín, tryska 0.60 mm

Tab. 14: Výsledné hodnoty emisí: n-butanol 30%, tryska 0.64 mm Tab. 15: Výsledné hodnoty emisí: n-butanol 70%, tryska 0.72 mm Tab. 16: Výsledné hodnoty emisí: benzín 2, tryska 0.60 mm

69

SEZNAM PŘÍLOH

Příloha č. 1 - Výsledné koncentrace surových výfukových plynů Příloha č. 2 - Porovnání koncentrací surových výfukových plynů

Příloha č. 3 - Výsledné průměrné koncentrace ředěných výfukových plynů Příloha č. 4 - Výsledné hmotnostní toky ředěných výfukových plynů

70

Příloha č. 1 - Výsledné koncentrace surových výfukových plynů

Režim 1 - snížené volnoběžné otáčky

71

72

Příloha č. 2 - Porovnání koncentrací surových výfukových plynů Režim 1 - snížené volnoběžné otáčky

73 Režim 3 - 47% zátěž

0 2 4 6 8 10 12 14

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Koncentrace [% obj.]

Koncentrace [ppm]

Palivo, průměr trysky [mm]

Koncentrace výfukových plynů režim 3 - 47% zátěž

HC [ppm]

NO x [ppm]

CO2 [% obj.]

CO [% obj.]

74

Příloha č. 3 - Výsledné průměrné koncentrace ředěných výfukových plynů

Benzín, tryska 0.60 mm

Režim

Průměrné koncentrace Hmotnostní průtok Vzorku

30% n-butanol, tryska 0.64 mm

Režim

Průměrné koncentrace Hmotnostní průtok vzorku

70% n-butanol, tryska 0.72 mm

Režim

Průměrné koncentrace Hmotnostní průtok vzorku

75 Benzín 2, tryska 0.60 mm

Režim

Průměrné koncentrace Hmotnostní průtok vzorku

[kg/h]

HC [ppm]

CO [% obj.]

NOx

[ppm]

CO₂ [% obj.]

snížený

volnoběh 21,8 0,10 2,1 0,54 77,0

24% zátěž 21,6 0,44 5,6 0,83 71,4

49.5% zátěž 37,1 0,58 23,2 1,06 64,1

72% zátěž 41,1 0,74 60,6 1,39 69,3

92.5% zátěž 54,7 0,96 107,6 1,77 64,5

76

Příloha č. 4 - Výsledné hmotnostní toky ředěných výfukových plynů

Benzín, tryska 0.60 mm

Režim Molární průtok vzorku [mol/h]

30% n-butanol, tryska 0.64 mm

Režim Molární průtok vzorku [mol/h]

Režim Molární průtok vzorku [mol/h]

77 Benzín 2, tryska 0.60 mm

Režim Molární průtok vzorku [mol/h]

Hmotnostní tok složek [g/h]

HC CO NOx CO₂

snížený

volnoběh 2660 5,0 71 0,3 627

24% zátěž 2465 4,6 305 0,6 898

49.5% zátěž 2213 7,1 360 2,4 1035

72% zátěž 2393 8,5 493 6,7 1462

92.5% zátěž 2228 10,5 598 11,0 1734

In document SURFnet Service Level Specification (pagina 11-0)

GERELATEERDE DOCUMENTEN