6. Wyniki badań własnych i ich analiza
6.2. Badania drogowe pojazdów zasilanych gazem ziemnym i benzyną
6.2.3. Wyniki emisji zanieczyszczeń w odniesieniu do silnika
Prezentowane dane dotyczące natężenia emisji poszczególnych zanieczyszczeń moż-na odnieść również do obszaru pracy silnika. Wartości moż-natężenia przepływu odpowied-nich zanieczyszczeń uśredniono w poszczególnych przedziałach prędkości obrotowej i obciążenia silnika (rejestrowanych z systemu diagnostycznego pojazdu), a następnie wykonano charakterystyki natężenia poszczególnych szkodliwych składników spalin.
Porównano również zgodność pracy silników w poszczególnych rodzajach badania po-jazdów: zgodność pod względem parametrów pracy silników dla warunków zimowych charakteryzowana współczynnikiem korelacji wynosiła 0,76, a dla badań wykonanych w okresie letnim – wskaźnik ten wynosił 0,64. W związku z uzyskaniem znacznego podobieństwa przejazdów, również w odniesieniu do warunków pracy silnika, wykona-no analizę porównawczą emisji pojazdów zasilanych CNG i benzyną w warunkach zi-mowych i letnich.
a) b)
Rys. 6.18. Porównanie zgodności warunków pracy silnika podczas zasilania CNG i benzyną:
a) przejazdy zimowe, b) przejazdy letnie; dane uzyskane z dwuwymiarowej charakterystyki we współrzędnych prędkość obrotowa–obciążenie silnika
Wykonane dwuwymiarowe charakterystyki udziału czasu pracy silnika we współ-rzędnych prędkość obrotowa–obciążenie cechują się znacznym podobieństwem w od-niesieniu do występowania biegu jałowego silnika (rys. 6.19). Ten punkt pracy charak-teryzowany przez najwyższy słupek na wykresach z rys. 6.19, a jednocześnie jego war-tości to współrzędne punktów w prawym górnym rogu na rys. 6.18. Bieg jałowy w prowadzonych testach to 0,16 i 0,20 dla przejazdów zimowych oraz 0,13 i 0,17 dla przejazdów letnich. Z różnic w tych wartościach wynika współczynnik korelacji okre-ślony przy ocenie zgodności przejazdów, natomiast pozostałe punkty pracy są dość zgodnie rozmieszczone wokół linii regresji.
R² = 0,76
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
ui(zasilanie CNG)
ui(zasilanie benzyną)
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
ui(zasilanie CNG)
ui(zasilanie benzyną)
R2= 0,64
a) b)
c) d)
Rys. 6.19. Szczegółowe porównanie warunków pracy silników podczas testów miejskich – udziały czasu pracy w poszczególnych przedziałach prędkości obrotowej i obciążenia silnika:
a) zasilanie CNG, przejazd zimowy, b) zasilanie benzyną, przejazd zimowy, c) zasilanie CNG, przejazd letni, d) zasilanie benzyną, przejazd letni
Charakterystyka natężenia emisji dwutlenku węgla różni się między pojazdami zasi-lanymi różnymi paliwami: dla zasilania benzyną obserwuje się większe maksymalne wartości natężenia emisji dwutlenku węgla niż dla zasilania CNG (rys. 6.20). Jest to cecha charakterystyczna niezależnie od warunków wykonywania testów. Również ob-szary pracy silników różnią się między sobą – ale bez wyraźnej tendencji. Dla przejaz-dów zimowych (rys. 6.20 a i b) większy zakres prędkości obrotowej był wykorzystywa-ny przy zasilaniu silnika gazem ziemwykorzystywa-nym, natomiast większy zakres obciążenia – w przypadku zasilania silnika benzyną. W warunkach testów letnich powyższa zasada potwierdziła się jedynie w przypadku obciążenia, natomiast zakres wykorzystywanej prędkości obrotowej był zbliżony do siebie (rys. 6.20 c i d). Wspólną cechą wszystkich uzyskanych charakterystyk jest proporcjonalna zależność natężenia emisji dwutlenku węgla od prędkości obrotowej silnika i jego obciążenia.
Emisja tlenku węgla dla badanych pojazdów jest odmienna dla zasilania CNG i ben-zyną (rys. 6.21). Zasilanie silnika benben-zyną skutkuje znacznie większymi wartościami chwilowego natężenia emisji (około 100 razy większymi) w porównaniu z testem w którym silnik był zasilany CNG. Jest to potwierdzenie poprzednio uzyskanych warto-ści, co sugeruje że silnik i cały układ oczyszczania spalin jest zoptymalizowany pod kątem zasilania gazem ziemnym a nie benzyną. Wartości chwilowego natężenia emisji tlenku węgla dla zasilania CNG nie przekraczają 12 mg/s, natomiast dla zasilania ben-zyną w obszarze znacznych prędkości obrotowych i dużego obciążenia przekraczają często wartość 500 mg/s. Jednakże w zakresie średnich wartości prędkości obrotowej i średniego obciążenia chwilowe natężenie emisji tlenku węgla przy zasilaniu benzyną kształtuje się na poziomie nieprzekraczającym kilkunastu miligramów na sekundę. Po-dobną tendencję w wartościach uzyskano niezależnie czy testy wykonywane były w okresie zimowym czy letnim.
0
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
ui[-]
n [obr/min]
a) b)
c) d)
Rys. 6.20. Natężenie emisji dwutlenku węgla w poszczególnych przedziałach prędkości obro-towej i obciążenia silnika: a) zasilanie CNG, przejazd zimowy, b) zasilanie benzyną, przejazd
zimowy, c) zasilanie CNG, przejazd letni, d) zasilanie benzyną, przejazd letni
a) b)
c) d)
Rys. 6.21. Natężenie emisji tlenku węgla w poszczególnych przedziałach prędkości obrotowej i obciążenia silnika: a) zasilanie CNG, przejazd zimowy, b) zasilanie benzyną, przejazd
zimo-wy, c) zasilanie CNG, przejazd letni, d) zasilanie benzyną, przejazd letni
0
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
CO [mg/s]
n [obr/min]
Natężenie emisji węglowodorów badanych pojazdów (rys. 6.22) było na dość zbli-żonym poziomie. Zauważalne są jednak różnice w odniesieniu do rodzaju paliwa: przy zasilaniu CNG odnotowano większe wartości przy testach zimowych, natomiast przy zasilaniu benzyną – odwrotnie – większe wartości chwilowego natężenia emisji węglo-wodorów odnotowano w testach prowadzonych latem. Największe wartości emisji wę-glowodorów dla zasilania CNG i benzyną przypadały na maksymalne wartości prędko-ści obrotowej i obciążenia, a szczególnie się ta tendencja uwidoczniła przy zasilaniu CNG w testach zimowych i zasilaniu benzyną w testach letnich. Zarejestrowane warto-ści chwilowego natężenia emisji węglowodorów nie przekraczały 3 mg/s przy zasilaniu silnika CNG, natomiast przy zasilaniu benzyną – w okresie zimowym nie przekraczały 2 mg, a w okresie letnim 5 mg/s.
a) b)
c) d)
Rys. 6.22. Natężenie emisji węglowodorów w poszczególnych przedziałach prędkości obroto-wej i obciążenia silnika: a) zasilanie CNG, przejazd zimowy, b) zasilanie benzyną, przejazd
zimowy, c) zasilanie CNG, przejazd letni, d) zasilanie benzyną, przejazd letni
Natężenie emisji tlenków azotu cechowało się najbardziej zróżnicowanymi warto-ściami między rodzajem paliwa stosowanego do zasilania pojazdów. W testach zimo-wych (rys. 6.23a i b) dla maksymalnej wartości prędkości obrotowej silnika i znacznego obciążenia chwilowe zwiększenie natężenia emisji tlenków azotu było 30-krotnie więk-sze, niż podobnych obszarów pracy silnika zasilanego benzyną. Znacznie mniejsze róż-nice odnotowano w wartościach natężenia emisji tlenków azotu dla testów letnich (oko-ło dwukrotne), jednakże ze wskazaniem na większą emisję dla silnika zasilanego CNG.
Wynik taki jest spowodowany wysoką temperaturą gazów spalinowych wewnątrz ko-mory spalania i małą skutecznością redukcji tlenków azotu w reaktorze trójfunkcyjnym.
Większe wartości chwilowego natężenia emisji tlenków azotu występują jednakże tylko w niewielkim, obszarze pracy silnika – dla obciążeń małych i częściowych natężenie emisji omawianych związków jest zbliżone do siebie.
0
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
800 1600 2400 3200 4000
Z [%]
HC [mg/s]
n [obr/min]
a) b)
c) d)
Rys. 6.23. Natężenie emisji tlenków azotu w poszczególnych przedziałach prędkości obrotowej i obciążenia silnika: a) zasilanie CNG, przejazd zimowy, b) zasilanie benzyną, przejazd
zimo-wy, c) zasilanie CNG, przejazd letni, d) zasilanie benzyną, przejazd letni