POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Maszyn Roboczych i Transportu

(1)

Wydział Maszyn Roboczych i Transportu

Krzysztof LEW

OPRACOWANIE KRYTERIÓW DOBORU PALIW DO SPECYFIKI NAPĘDÓW WYKORZYSTYWANYCH

W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ

Rozprawa doktorska

Promotor:

Prof. dr hab. inż. Kazimierz LEJDA

POZNAŃ 2014

(2)

2

SPISTREŚCI

WYKAZWAŻNIEJSZYCHOZNACZEŃ,SKRÓTÓW

IAKRONIMÓW ... 4

1. WPROWADZENIE ... 7

2. RODZAJE NAPĘDU I PALIWA STOSOWANE W ŚRODKACH KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ ... 9

2.1. JEDNOSTKI NAPĘDOWE WYKORZYSTYWANE W AUTOBUSACH KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ ... 9

2.2. SPECYFIKA NAPĘDÓW WYKORZYSTYWANYCH W AUTOBUSACH KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ ... 11

2.3. PALIWA STOSOWANE W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ ... 14

2.3.1. OLEJ NAPĘDOWY ... 15

2.3.2. PALIWA ZASTĘPCZE ... 18

2.3.2.1. CNG/LNG... 19

2.3.2.2. LPG ... 21

2.3.2.3. WODÓR... 22

2.3.2.4. BIOPALIWA I GENERACJI ... 23

2.3.2.5. BIOPALIWA II I III GENERACJI ... 24

3. ANALIZA PROCESU ROZPYLANIA PALIW ... 26

3.1. MAKROSTRUKTURA STRUGI ROZPYLONEGO PALIWA ... 28

3.2. MIKROSTRUKTURA STRUGI ROZPYLONEGO PALIWA ... 30

3.3. METODY OCENY PROCESU ROZPYLANIA PALIW ... 32

3.3.1. METODY WIZYJNE ... 32

3.3.2. METODY LASEROWE ... 34

4. WYMAGANIA DLA PALIW DO SPALINOWYCH ŚRODKÓW NAPĘDU AUTOBUSÓW MIEJSKICH ... 38

4.1. WYMAGANIA ZWIĄZANE Z PRAWIDŁOWYM FUNKCJONOWANIEM SYSTEMU ZASILANIA PALIWEM ... 39

4.2. WYMAGANIA ZWIĄZANE Z PRAWIDŁOWYM ROZPYLENIEM, ODPAROWANIEM I SPALANIEM PALIWA W SILNIKU ... 41

4.3. WYMAGANIA ZWIĄZANE Z ODDZIAŁYWANIEM NA ŚRODOWISKO NATURALNE ... 42

4.4. WYMAGANIA DOTYCZĄCE WŁAŚCIWEGO PRZECHOWYWANIA IDYSTRYBUCJI PALIWA ... 44

5. CEL I ZAKRES PRACY ... 46

5.1. PROBLEMATYKA ROZPRAWY, JEJ CELE I ZAKRES ... 46

5.2. UZASADNIENIE WYBORU TEMATYKI PRACY ... 47

5.3. TEZY ROZPRAWY ... 47

5.4. ZAŁOŻENIA PRAKTYCZNE ... 48

(3)

3

6. BADANIA WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNYCH PALIW ... 49

6.1. CEL I ZAKRES BADAŃ ... 49

6.2. CHARAKTERYSTYKA PRZEBIEGU BADAŃ ... 50

6.2.1. APARATURA BADAWCZA ... 50

6.2.2. PRZEBIEG BADAŃ ... 55

6.3. PREZENTACJA I ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ ... 60

7. BADANIA SILNIKOWE PALIW WYBRANYCH DO ANALIZY NA STANOWISKU BADAWCZYM ... 72

7.2.1. OBIEKT BADAŃ ... 72

7.2.2. STANOWISKO BADAWCZE ... 74

8. BADANIA WIZUALIZACYJNE PROCESU WTRYSKU PALIW WYBRANYCH DO ANALIZY NA STANOWISKU BADAWCZYM ... 94

8.2.1. STANOWISKO BADAWCZE ... 94

9. KRYTERIA DOBORU PALIW DO SPALINOWYCH ŚRODKÓW NAPĘDU AUTOBUSÓW MIEJSKICH ... 121

9.1. KRYTERIA DOTYCZĄCE WYMAGAŃ ODNOŚNIE WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNYCH I JAKOŚCIOWYCH ... 121

9.2. KRYTERIA ZWIĄZANE Z GEOMETRIĄ STRUGI ROZPYLONEGO PALIWA... 123

9.3. KRYTERIA DOTYCZĄCE EMISYJNOŚCI ... 124

9.4. KRYTERIA ZWIĄZANE Z PARAMETRAMI OPERACYJNYMI SILNIKA ... 128

10. WNIOSKI KOŃCOWE ... 132

10.1. WNIOSKI O CHARAKTERZE POZNAWCZYM ... 132

10.2. WNIOSKI O CHARAKTERZE UTYLITARNYM ... 134

10.3. WNIOSKI O CHARAKTERZE ROZWOJOWYM ... 134

LITERATURA ... 135

STRESZCZENIE ... 141

SUMMARY ... 142

ZAŁĄCZNIK 1–WYBRANE WYNIKI PRZEBIEGÓW SZYBKOZMIENNYCH ZAREJESTROWANYCH NA SILNIKU BADAWCZYM ... 143

ZAŁĄCZNIK 2-MATERIAŁ ZDJĘCIOWY Z BADAŃ WIZUALIZACYJNYCH ... 158

(4)

4

WYKAZ WAŻNIEJSZYCH SKRÓTÓW, OZNACZEŃ I AKRONIMÓW

B100 - Biodiesel zawierający 100% estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego,

BTL - (Biomass to Liquid) – produkty przeróbki biomasy na paliwa syntetyczne,

CD - (Combustion Delay) – opóźnienie spalania; jest to czas jaki upłynął od pojawienia się sygnału sterującego wtryskiwaczem do momentu, gdy ciśnienie w komorze uzyskało wartość równą połowie sumy ciśnienia początkowego i maksymalnego, CNG - (Compressed Natural Gas) – sprężony gaz ziemny,

CO - tlenek węgla,

CR - (Common Rail) – typ układu zasilania, D - średnica kropli [μm],

D10 - średnia średnica arytmetyczna kropel [μm],

D32 - średnia średnica objętościowo-powierzchniowa kropel (średnica Sautera) [μm], DCN - (Derived Cetane Number) – pochodna liczba cetanowa,

DME - dimetyloeter,

DMP - dolny martwy punkt,

dk - średnica otworka rozpylającego [mm], F - siła na ramieniu hamulca [N],

FAEE - (Fatty Acid Ethyl Esters) - estry etylowe kwasów tłuszczowych, FAME - (Fatty Acid Methyl Esters) -estry metylowe kwasów tłuszczowych, Ge - godzinowe zużycie paliwa [kg/h],

g_e - jednostkowe zużycie paliwa [g/kWh], GMP - górny martwy punkt,

GTL - (Gas to Liquid) - otrzymywanie paliwa ciekłego z gazu, HC - węglowodory,

H_a - zawartość wodoru w paliwie [%],

I_w - prąd płynący w cewce wtryskiwacza [A],

ID - (Ignition Delay) – opóźnienie samozapłonu; jest to czas jaki upłynął od pojawienia się sygnału sterującego wtryskiwaczem do momentu, gdy ciśnienie w komorze wzrosło o 0,02 MPa powyżej ciśnienia początkowego,

LC - liczba cetanowa,

LDA - (Laser Doppler Anenometer) - dopplerowska anemometria laserowa, LNG - (Liquified Natural Gas) - skroplony gaz ziemny,

(5)

5 LPG - (Liquified Petroleum Gas) – ciekły gaz propan-butan (w USA: ciekły propan), l_r - długość otworka rozpylającego [mm],

M_o - moment obrotowy silnika [Nm], M_T - moment tarcia [Nm],

n - prędkość obrotowa silnika [obr/min],

N_e - moc użyteczna (oddawana na wale korbowym silnika) [kW], NO_x - tlenki azotu,

ON - olej napędowy,

ONH - olej napędowy handlowy, OR - olej rzepakowy,

°OWK - stopień obrotu wału korbowego [°],

°OWP - stopień obrotu wałka krzywkowego pompy wysokociśnieniowej [°], P - obciążenie [N],

Poz - graniczne obciążenie zatarcia [N], PT - obciążenie zacierające [N],

PM - (Particulate Matter) – cząstki stałe, PN - (Particle Numer) - liczba cząstek,

PVO - (Pure Vegetable Oils) – olej roślinny otrzymywany z procesów tłoczenia na zimno i ekstrakcji ziaren spożywczych roślin oleistych,

p_a - ciśnienie atmosferyczne [Pa], p_c - ciśnienie w komorze spalania [kPa], p_d - ciśnienie dynamiczne ośrodka [kPa],

p_sz - ciśnienie paliwa w zasobniku ciśnienia (szynie paliwowej) [MPa], p_udc - ciśnienie w układzie dolotowym przy przepływomierzu [kPa], p_uds - ciśnienie w układzie dolotowym przy silniku [kPa],

p_wtr - ciśnienie w przewodzie wysokiego ciśnienia przed wtryskiwaczem [MPa], Q_s - ciepło spalania (górna wartość opałowa) [MJ/kg],

RME - (Rapeseed Oil Methyl Ester) - estry metylowe kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego,

SMD - (Sauter Mean Diameter) – średnica Sautera [μm],

t_is - czas impulsu sterującego wtryskiwacza (w pracy utożsamiany z czasem wtrysku) [μs],

T_cd - temperatura cieczy chłodzącej dopływającej do silnika [°C],

(6)

6 T_ck - temperatura cieczy chłodzącej w korpusie silnika [°C],

T_co - temperatura cieczy chłodzącej odpływającej z silnika [°C], To - temperatura otoczenia [ºC],

Tpp - temperatura powietrza na wlocie do przepływomierza [°C], Ts - temperatura spalin [°C],

Tz - temperatura zapłonu [°C],

TZZF - temperatura zablokowania zimnego filtra [°C], twtr - czas wtrysku [μs],

Uw - napięcie na stykach cewki wtryskiwacza [V],

w - początkowa prędkość względna paliwa i otaczającego gazu [m/s], W189 - wtryskiwacz typu Bosch 0445110189,

W219 - wtryskiwacz typu Bosch 0445120219, W_a - zawartość wilgoci w paliwie [%], Wd - wartość opałowa [MJ/kg],

We - liczba Webera,

Z - zasięg czoła strugi [mm],

ZI - silnik spalinowy o zapłonie iskrowym, ZS - silnik spalinowy o zapłonie samoczynnym,

Δp - różnica ciśnienia paliwa u wylotu z otworu rozpylacza i ciśnienia ośrodka, do którego paliwo jest wtryskiwane [MPa],

α - kąt od początku wtrysku [º OWK], Θs - kąt wierzchołkowy strugi [º], ρc - gęstość paliwa [kg/m³],

ρg - gęstość ośrodka gazowego, do którego odbywa się wtrysk paliwa [k/m³], σ - napięcie powierzchniowe paliwa [N/m],

ηe - sprawność efektywna (ogólna) silnika [%], μ - współczynnik przepływu,

ν - lepkość kinematyczna [mm²/s].

(7)

7

1. WPROWADZENIE

Rozwój cywilizacyjny aglomeracji miejskich jest zdeterminowany m.in. właściwym funkcjonowaniem komunikacji zbiorowej. Aby zachować efektywność komunikacji, a tym samym zapewnić miastu sprawne funkcjonowanie, transport zbiorowy musi się stale rozwijać i modernizować tak, aby nadążać za postępem technicznym, urbanizacją, procesami społecznymi, a także rosnącymi wymaganiami klientów. Właściwy rozwój komunikacji miejskiej zaczyna się na poziomie administracji centralnej i samorządowej, a kończy na producentach taboru i przewoźnikach [55]. Aktualnie, podstawowym środkiem transportu zbiorowego są autobusy miejskie, w których źródłem napędu jest głównie olej napędowy, a jak wiadomo, jest to paliwo będące produktem przeróbki ropy naftowej, która z kolei jest surowcem nieodnawialnym. Coraz większe zapotrzebowanie na tego typu paliwo sprawia, że jego zasoby w dość szybkim tempie są wyczerpywane. Szacuje się, że ilość dostępnych zasobów ropy naftowej to niewiele ponad 1000 mld baryłek, gdzie przy rocznym światowym jej zużyciu na poziomie ok. 27 mld baryłek, daje to zapas na niespełna 38 lat [115]. Niemniej jednak, bardziej optymistyczne źródła podają okres nawet 125 lat [7,23,92]. W związku z tym podejmowane są różnego typu działania, które koncentrują się m.in. na zmianach konstrukcyjnych silników o ZS i aparatury wtryskowej w celu zmniejszenia zużycia paliwa, jak również na poszukiwaniu innych paliw pochodzących ze źródeł odnawialnych, które zastąpiłyby częściowo lub całkowicie tradycyjne paliwa pochodzące z przeróbki ropy naftowej. Paliwa te powinny zapewniać niewielkie zagrożenie dla środowiska naturalnego, gdyż jak powszechnie wiadomo, miasta należą do obszarów najbardziej narażonych na kumulację zanieczyszczeń. Coraz powszechniejsze staje się w miastach zjawisko smogu fotochemicznego, ściśle związanego ze spalaniem paliw ciekłych przez spalinowe środki transportu. Paliwa pochodzące z innych źródeł nazywa się niekonwencjonalnymi, zastępczymi lub alternatywnymi [3,26,47,55].

W silnikach o ZS przebieg procesu wtrysku ma istotny wpływ na przebieg procesu spalania i co za tym idzie, na wszystkie parametry silnika, zarówno operacyjne jak i ekologiczne [40,82,87]. Na te parametry ma wpływ wiele czynników, począwszy od konstrukcji i precyzji wykonania samego wtryskiwacza, który jest w głównej mierze odpowiedzialny za proces wtrysku paliwa, a skończywszy na właściwościach fizykochemicznych paliwa, które mogą być zmienne, nawet w krótkim czasie, ze względu na zmiany temperatury prowadzące do zmiany gęstości i lepkości [26,40,41,59].

Do zasilania taboru komunikacji miejskiej paliwami alternatywnymi są najczęściej stosowane produkty ciekłe pochodzenia roślinnego, zwane biopaliwami lub biodieslem, jak również z innych źródeł, np. powstałe w wyniku przetworzenia różnego typu odpadów, a także paliwa gazowe. Właściwości każdego paliwa zastępczego, jego zastosowanie i porównanie odnoszą się zawsze do oleju napędowego w prowadzonych badaniach i analizach.

Jednym z założeń zastosowania paliw zastępczych w komunikacji miejskiej jest wykorzystanie istniejącej konstrukcji jednostki napędowej i dokonanie jedynie ewentualnych zmian jej parametrów regulacyjnych [50]. W tym celu ważnym aspektem jest znajomość właściwości fizykochemicznych rozpatrywanych paliw, następnie porównanie ich z właściwościami klasycznego paliwa i na tej podstawie opracowanie algorytmu sterowania pracą układu wtryskowego.

Niniejsza rozprawa podejmuje jeden z ważnych tematów prac rozwojowych, jakim jest opracowanie kryteriów doboru paliw możliwych do zastosowania w napędach pojazdów komunikacji miejskiej.

(8)

8 Rozprawa została napisana z podziałem na dziesięć rozdziałów, w których zawarto odpowiednie do ich tytułów treści. W bieżącym rozdziale, stanowiącym wprowadzenie do tematu pracy, zasygnalizowano problematykę związaną z możliwością zastosowania paliw alternatywnych do napędów wykorzystywanych w transporcie miejskim. W drugim rozdziale zostały przedstawione środki napędu i stosowane paliwa w autobusach komunikacji miejskiej, ponadto zwrócono uwagę na specyfikę napędów wykorzystywanych w tych pojazdach.

Przedmiotem rozdziału trzeciego jest analiza podstawowych zagadnień dotyczących rozpylenia paliwa. Przedstawiono w nim najważniejsze informacje na temat mikro- i makrostruktury strugi rozpylanego paliwa. Zebrano również informacje na temat metod oceny procesu rozpylania paliw. W rozdziale czwartym przedstawiono wymagania, jakie stawiane są paliwom do spalinowych środków napędu autobusów miejskich. Wśród nich opisano wymagania związane z prawidłowym funkcjonowaniem systemu zasilania paliwem, rozpyleniem, odparowaniem i spalaniem paliwa w silniku, jak również związane z oddziaływaniem na środowisko naturalne oraz wymagania dotyczące właściwego przechowywania i dystrybucji paliw. Rozdział piąty zawiera sformułowane cele i zakres rozprawy, uzasadnienie podjęcia jej tematu oraz tezy wraz z założeniami praktycznymi.

W rozdziale szóstym opisano badania doświadczalne dotyczące wyznaczenia właściwości fizykochemicznych paliw wykorzystanych podczas badań oraz zaprezentowano wyniki i ich analizę. Rozdział siódmy został poświęcony badaniom silnikowym paliw wybranych do analizy na stanowisku badawczym. W rozdziale tym scharakteryzowano obiekt badań, którym był jednocylindrowy silnik spalinowy SB-3.1, stanowisko badawcze, plan oraz przebieg badań, jak również przedstawiono wyniki i ich analizę. Badania wizualizacyjne procesu wtrysku paliw wybranych do analizy na stanowisku badawczym stanowią treść rozdziału ósmego. Opisano w nim stanowisko badawcze, plan badań oraz ich przebieg. Rozdział ten zawiera również prezentację i analizę wyników badań. Tematem dziewiątego rozdziału są opracowane kryteria doboru paliw do spalinowych środków napędu autobusów miejskich.

W ostatnim, dziesiątym rozdziale, przedstawiono wnioski końcowe, z podziałem na wnioski poznawcze, utylitarne i rozwojowe. Wykaz literatury, którą wykorzystano jako materiał źródłowy w rozprawie oraz streszczenie pracy w językach polskim i angielskim kończą całość opracowania.

(9)

9

2. RODZAJE NAPĘDU I PALIWA STOSOWANE W ŚRODKACH KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ

Głównym źródłem napędu współczesnych autobusów komunikacji miejskiej jest olej napędowy oraz coraz częściej gaz ziemny sprężony (CNG) lub w postaci ciekłej (LNG), jak również, choć jeszcze w małym zakresie, paliwa alternatywne.

Aktualnie w autobusach miejskich podstawową jednostką napędową są silniki o zapłonie samoczynnym, które w dominującej większości są zasilane olejem napędowym pochodzącym z przeróbki ropy naftowej, która jest surowcem nieodnawialnym, staje się coraz droższa i istnieje zagrożenie ograniczenia jej wydobycia oraz sprzedaży z różnych względów (politycznych, ekologicznych, ekonomicznych itp.). W związku z tym podejmowane są różnego typu działania, które koncentrują się m.in. na zmianach konstrukcyjnych silników o ZS i aparatury wtryskowej w celu zmniejszenia zużycia paliwa, jak również poszukiwania innych paliw pochodzących ze źródeł odnawialnych (wodór, biomasa, biogaz), które zastąpiłyby częściowo lub całkowicie klasyczne paliwa pochodzące z przeróbki ropy naftowej oraz stwarzały niewielkie zagrożenie dla środowiska naturalnego [3,26,47].

Ponadto, innymi rodzajami napędów, które mogą być wykorzystywane w środkach komunikacji miejskiej są m.in.: ogniwa paliwowe, napędy turbinowe, hybrydowe i elektryczne.

2.1. JEDNOSTKI NAPĘDOWE WYKORZYSTYWANE W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ

Podstawową jednostką napędową autobusów komunikacji miejskiej są silniki o zapłonie samoczynnym, co wynika z większej sprawności, mniejszego zużycia paliwa oraz mniejszej emisji dwutlenku węgla niż w przypadku silników o zapłonie iskrowym [3].

W tabeli 2.1 został przedstawiony wykaz wybranych jednostek napędowych występujących aktualnie w autobusach miejskich, produkowanych przez różnych wytwórców.

Tabela 2.1. Wykaz wybranych silników występujących we współczesnych autobusach miejskich [115]

Marka Typ silnika System wtrysku Pojemność silnika dm³

Moc kW (KM)

Moment obrotowy

Nm

Rodzaj paliwa

SOLARIS

MAN D0826LOH17

Wtrysk

bezpośredni 6.9 162

(220) 920 ON

MAN

D0836LOH70 Common Rail 6,9 213

(290) 1100 ON

MAN D0826LOH02

Wtrysk

bezpośredni 6.9 192

(260) 1050 ON

MAN E2876LUH02 Bezpośredni

wtrysk gazu 12,8 228

(310) 1250 CNG

Cummins ISB6.7EV

225B Common Rail 6,7 165

(225) 930 ON

Cummins ISB6.7E5

250B Common Rail 6,7 180,5

(245) 950 ON

Cummins ISBe4

(250) 951 ON

Cummins ISB6.7E5

(284) 1100 ON

Cummins ISLG 320 Bezpośredni

wtrysk gazu 8,9 234,8

(319) 1350 CNG/

LNG DAF PR183

Jednocylindrowe pompy wtryskowe

SMART

9.2 183

(249) 1050 ON

(10)

10 Tabela 2.1. cd.

SOLARIS

DAF PR228

SMART

9,2 228

(310) 1275 ON

DAF PR265

SMART

9,2 265

(360) 1450 ON

Iveco F2BE0642A Bezpośredni

wtrysk gazu 7,8 200

(272) 1100 CNG

MERCEDES-BENZ

MBOM 906 hLA

Układ wtryskowy PLD (Pompa-

Przewód- Wtryskiwacz)

6,4 205

(279) 1100 ON

MBOM 457 hLA

12 260

(354) 1600 ON

MBM 447 hLAG Bezpośredni

wtrysk gazu 12 240

(326) 1250 CNG

MBOM 926 hLA

7,2 235

(320) 1120 ON

AUTOSAN Cummins

ISB4,5E5 207B Common Rail 4,5 152

(207) 850 ON

Cummins

ISB6,7E5 250B Common Rail 6,7 184

(250) 951 ON

Iveco Cursor 78

ENT EEV Common Rail 7,8 243

(330) 1300 ON

MAN Lion’s City

MAN D0836 LUH

40 Common Rail 6,9 176

(240) 925 ON

MAN E0836 DUH 03

Bezpośredni

wtrysk gazu 6,9 184

(250) 850 CNG

MAN D2066 LUH

46 EEV OBD2 Common Rail 10,5 235

(320) 1600 ON

MAN D2866 LUH 26

Wtrysk

bezpośredni 12 228

(310) 1200 ON

MAN E2876 DUH03

Bezpośredni

wtrysk gazu 12,8 228

(310) 1250 CNG

MAN D0826 LOH 03

Wtrysk

bezpośredni 6,9 191

(260) 1050 ON

SCANIA

Scania DSC9.GO2 Pompowtryskiwa

cz PDE 9,3 191

(260) 1100 ON

Scania DC9.01 Pompowtryskiwa

cz PDE 9,3 191

(260) 1100 ON

Scania DC9 17 Pompowtryskiwa

cz PDE 8,9 198,5

(270) 1250 ON

CN270UB Bezpośredni

(270) 1100 CNG

(11)

11 Tabela 2.1. cd.

VOLVO D9B260 Common Rail 9,4 191

(260) 1100 ON

D9B310 Common Rail 9,4 228

(310) 1400 ON

SOLBUS FA

Cummins ISB6.7E5

(285) 1050 ON

Cummins ISL8.9EV

(280) 1020 ON

Cummins ISLGeEV 320

Bezpośredni

(320) 1250 LNG

Cummins

ISL8.9EEV 340B Common Rail 8,9 250

(340) 1350 ON

Iveco F4AE3682E Common Rail 5,9 194

(265) 1100 ON

Iveco Cursor C78 ENT G

Bezpośredni

wtrysk gazu 7,8 200

(272) 1100 CNG

2.2. SPECYFIKA NAPĘDÓW WYKORZYSTYWANYCH W AUTOBUSACH KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ

W komunikacji miejskiej zbiorowej stosowane są autobusy jednoczłonowe, przegubowe lub piętrowe oraz trolejbusy. Najczęściej wykorzystuje się autobusy jednopokładowe, a mianowicie (rys. 2.1):

dwuosiowe autobusy jednoczłonowe o długości do 12 m, przewożące do 100 pasażerów,

trzyosiowe autobusy jednoczłonowe o długości do 15 m, z kierowaną osią wleczoną, przewożące do 150 pasażerów,

autobusy przegubowe o długości do 18 m, przewożące do 180 pasażerów.

Autobusy miejskie mają dużą przestrzeń pasażerską, która jest jednak ograniczona dopuszczalnymi wymiarami, masą oraz wartością nacisków na osie. Ze względu na warunki ruchu miejskiego powinny one mieć dużą zwrotność i zdolność do przyspieszania, natomiast ich prędkość maksymalna nie jest zwykle duża. Autobusy miejskie powinny cechować się małą emisją hałasu, która nie może przekraczać 85 dB(A) wewnątrz autobusu, natomiast na zewnątrz od 78 dB(A) do 83 dB(A) w zależności od typu autobusu [62,83,94,95,115]. Silnik stanowiący źródło napędu autobusu powinien emitować ograniczoną ilość substancji szkodliwych zawartych w spalinach do środowiska (tabela 2.2).

Współczesne autobusy miejskie są budowane powszechnie jako autobusy niskopodłogowe, z silnikiem umieszczonym z tyłu, który coraz częściej ustawiany jest pionowo z osprzętem umieszczonym nad nim, tzw. układ wieżowy [83]. Przedział silnikowy powinien być odizolowany termicznie i akustycznie.

Ważnym wskaźnikiem charakteryzującym właściwości dynamiczne pojazdu jest masowy wskaźnik mocy, czyli tzw. moc jednostkowa pojazdu. W przypadku autobusów wskaźnik ten zawiera się w zakresie 8 13 kW/t [83].

Najczęściej wykorzystywanym w autobusach miejskich jest silnik spalinowy o ZS.

Silniki o ZI są niekiedy stosowane w mikrobusach. Większe autobusy zwykle mają silniki o ZS, sześciocylindrowe rzędowe (rzadziej ośmiocylindrowe widlaste), doładowane i z chłodzeniem powietrza doładowującego, o mocy rzędu 100 300 kW. Moc maksymalną

(12)

12 silnika dobiera się najczęściej na podstawie rezultatów obliczeń mocy oporów ruchu w kilku charakterystycznych sytuacjach:

uzyskanie zadanej prędkości lub przyspieszenia,

pokonywanie wzniesień lub określonych przeszkód terenowych.

Rys. 2.1. Widok autobusów wykorzystywanych w komunikacji miejskiej firmy SOLARIS:

a) autobus jednoczłonowy, b) autobus przegubowy

W układzie napędowym stosuje się mechaniczne, półautomatyczne lub automatyczne skrzynie biegów, które zblokowane z silnikiem połączone są z przekładnią główną mostu napędowego za pomocą wału napędowego. W autobusach niskopodłogowych stosowane są mosty portalowe, z nisko i asymetrycznie położoną przekładnią główną (rys. 2.2).

Charakterystyczne parametry, opisujące właściwości silnika, to: moc użyteczna Ne, moment obrotowy Ms, jednostkowe zużycie paliwa ge i prędkość obrotowa wału korbowego silnika ns. Silniki autobusów komunikacji miejskiej maksymalną moc osiągają w zakresie ns=1800 2400 [obr/min], natomiast maksymalny moment obrotowy przy ns=1000 1600 [obr/min].

a)

b)

(13)

13 Tabela 2.2. Dopuszczalne wartości emisji substancji szkodliwych w spalinach silników

samochodów ciężarowych i autobusów [115]

NORMA ROK

WPROWADZENIA TEST NO_x CO HC PM PN ZADYMIENIE

g/kWh 1/kWh 1/m

Euro I

1992.07 (≤ 85 kW)

ECE R-49

8,0 4,5 1,10 0.612 1992.07 (> 85 kW) 8,0 4,5 1,10 0,36

Euro II

1996.10 7,0 4,0 1,10 0,25 1998.10 7,0 4,0 1,10 0,15

Euro III

1999.10 (EEV*)

ESC&

ELR

2,0 1,5 0,25 0,02 0,15

2000.10 5,0 2,1 0,66 0,10 0,80

Euro IV 2005.10 3,5 1,5 0,46 0,02 0,50

Euro V 2008.10 2,0 1,5 0,46 0,02 0,50

Euro VI 2013.01 WHSC 0,4 1,5 0,13 0,01 8,0·10¹¹

* EEV – (Enhanced Environmentally Friendly Vehicle) – pojazd bardziej przyjazny dla środowiska

Na efektywność pracy jednostki napędowej wpływa znaczna liczba czynników. Dwa silniki o takiej samej mocy nominalnej i maksymalnym momencie obrotowym mogą mieć znacznie różniące się właściwości eksploatacyjne. Przykładowo, nie wszystkie silniki jednakowo reagują na zmianę ich obciążenia. Wrażliwość na zmianę obciążenia jest nazywana elastycznością silnika. Im bardziej silnik jest elastyczny, tym większą wykazuje zdolność do przyspieszania i pokonywania wzniesień. Elastyczność silnika jest związana z przebiegiem zmian momentu obrotowego w zależności od prędkości obrotowej wału korbowego.

Rys. 2.2. Portalowy most napędowy autobusu miejskiego SCANIA [62]: 1-zębnik przekładni głównej, 2-koło talerzowe, 3-obudowa mechanizmu różnicowego, 4,5- półosie napędowe, 6-koło napędzające zwolnicy, 7-koła pośrednie, 8-koło napędzane zwolnicy

(14)

14 Podstawowe parametry silnika można odczytać z przebiegu charakterystyki eksploatacyjnej, na której najczęściej podawany jest przebieg mocy użytecznej, momentu obrotowego oraz jednostkowego zużycia paliwa w zależności od prędkości obrotowej wału korbowego. Jednostki napędowe występujące w autobusach komunikacji miejskiej cechują się płaskim przebiegiem momentu obrotowego w szerokim zakresie zmian prędkości obrotowej, co jest uzyskiwane głównie dzięki doładowaniu; taki przebieg zapewnia dużą elastyczność silnika (rys. 2.3). Aby silnik zapewniał dużą siłę napędową przy możliwie małym zużyciu paliwa, powinien pracować w zakresie prędkości obrotowej wału korbowego odpowiadającej maksymalnemu momentowi obrotowemu (ten zakres nazywa się zakresem prędkości użytecznej).

Reasumując, specyfika napędu w autobusach komunikacji miejskiej charakteryzuje się koniecznością zapewnienia momentu napędowego o wartościach niezbędnych do pokonania oporów ruchu w warunkach eksploatacji danej aglomeracji. Standardem staje się stosowanie automatycznych skrzyń biegów z przekładniami hydrokinetycznymi, które w połączeniu z silnikiem, zwiększają elastyczność całego układu napędowego.

Rys. 2.3. Przykładowa charakterystyka eksploatacyjna typowej jednostki napędowej autobusu miejskiego [62]

2.3. PALIWA STOSOWANE W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ

Paliwa stosowane do zasilania silników spalinowych powinny charakteryzować się określonymi parametrami, które determinują właściwą pracę silnika. Wartości tych parametrów podaje się w odpowiednich aktach normatywnych: specyfikacjach, warunkach technicznych, normach branżowych odnośnie zgodności z normami danego kraju, normach wspólnych dla państw zrzeszonych (np. UE), dyrektywach organizacji międzynarodowych (np. Światowa Karta Paliw).

W Polsce, według ustawy z dnia 25 sierpnia 2006 r. o systemie monitorowania i kontrolowania jakości paliw, paliwami nazywamy: paliwa ciekłe, biopaliwa ciekłe, gaz skroplony (LPG), sprężony gaz ziemny (CNG), lekki olej opałowy, ciężki olej opałowy oraz

(15)

15 olej do silników statków żeglugi śródlądowej. Do tej ustawy zostały wprowadzone pewne zmiany dotyczące paliw ciekłych, które zostały przedstawione w ustawie z dnia 27 maja 2011r. o zmianie ustawy o systemie monitorowania i kontrolowania jakości paliw oraz niektórych innych ustaw. Według tej ustawy paliwa ciekłe to:

benzyny silnikowe zawierające do 5,0% objętościowo bioetanolu lub do 15,0%

objętościowo eteru etylo-tert-butylowego lub eteru etylo-tert-amylowego, stosowane w pojazdach wyposażonych w silniki o zapłonie iskrowym,

olej napędowy zawierający do 7,0% objętościowo estrów metylowych kwasów tłuszczowych, stosowany w pojazdach, ciągnikach rolniczych, a także maszynach nieporuszających się po drogach, wyposażonych w silniki o zapłonie samoczynnym.

2.3.1. OLEJ NAPĘDOWY

Oleje napędowe są to frakcje naftowe, stanowiące mieszaninę ciekłych węglowodorów parafinowych, olefinowych, naftenowych i aromatycznych o temperaturze wrzenia w zakresie 180-380°C. Uzyskiwane są poprzez destylację ropy naftowej lub wytwarzane z olejów ciężkich i pozostałości w rafineryjnych procesach rozkładowych, takich jak krakowanie katalityczne i hydrokrakowanie [8,13].

Właściwości odnośnie wymaganych cech fizykochemicznych oleju napędowego (rys. 2.4) decydują o charakterystyce eksploatacyjnej, zarówno pod względem efektywności pracy silnika jak również toksyczności emitowanych przez silnik produktów spalania.

Podstawowymi parametrami użytkowymi charakteryzującymi olej napędowy są [3]:

gęstość w temperaturze 15°C, liczba cetanowa,

indeks cetanowy, lepkość kinematyczna, skład frakcyjny,

temperatura mętnienia,

temperatura zablokowania zimnego filtru, temperatura zapłonu,

zawartość wody, zawartość siarki,

zawartość zanieczyszczeń mechanicznych, smarność,

działanie korodujące na płytce miedzi, pozostałość po koksowaniu,

pozostałość po spopieleniu,

zawartość węglowodorów aromatycznych,

zawartość: FAME, etanolu, metanolu i mikroorganizmów, zawartość metali (Zn, Cu, Mn, Ca, Na i in.).

W odróżnieniu od innych paliw węglowodorowych (benzyna, nafta) olej napędowy ma tendencję do utraty klarowności i płynności w niskich temperaturach (poniżej 0°C). Powoduje to powstawanie kryształków parafiny w paliwie, co może doprowadzić do zatkania układu paliwowego i w konsekwencji unieruchomienia silnika. Z tego też powodu bardzo istotną kwestią jest ścisłe przestrzeganie składu oleju napędowego wg określonych norm. Na podstawie

(16)

16

CECHY ON I ODPOWIADAJĄCE IM MODYFIKATORY

Właściwości reologiczne

Tworzenie osadów na elementach

układu

Właściwości samozapłonowe

Właściwości smarnościowe

Oddziaływanie korodujące na

metale

Pienienie

Rozwój mikroorganizmów

Starzenie

Kopolimery na bazie octanu winylu

Kopolimery sterynowo-butadienowe

Kopolimery akrylanowe

Alkenylobursztynoimidy

Alkenylobursztynoamidy

Substancje z grupami funkcyjnymi typu –CO-OH, -OH, -NH_x

Estry alkoholi alifatycznych

Estry kwasu azotowego

Azotan 2-etyloheksylu

Kwasy karboksylowe

Aminy, amidy, imidy

Sole amoniowe

Związki krzemoorganiczne

Eter monometylenowy glikolu etylenowego

Eter monometylenowy glikolu dietylenowego

Pochodne fenoli lub fenyloaminy

Rys. 2.4. Rodzaje właściwości ON i niektóre dodatki używane do ich poprawy

Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 9 grudnia 2008 r. w sprawie wymagań jakościowych dla paliw ciekłych, olej napędowy powinien spełniać wymagania przedstawione w tabeli 2.3.

(17)

17 Tabela 2.3. Wymagania jakościowe dla oleju napędowego [91,104]

Parametr Jednostka

Olej napędowy

"standardowy"

Olej napędowy "o polepszonych właściwościach

niskotemperaturowych"

zakresy zakresy

min. max. min. max.

Liczba cetanowa 51,0 - 51,0 -

Indeks cetanowy 46,0 - 46,0 -

Gęstość w temperaturze

15°C kg/m³ 820,0 845,0 800,0 840,0

Zawartość

wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych

% (m/m) - 8,0 - 8,0

Zawartość siarki mg/kg - 10,0 - 10,0

Temperatura zapłonu °C powyżej

55 - powyżej 55 -

Pozostałość po koksowaniu (z 10% pozostałości destylacyjnej)

% (m/m) - 0,30 - 0,30

Pozostałość po spopieleniu % (m/m) - 0,01 - 0,01

Zawartość wody mg/kg - 200 - 200

Zawartość zanieczyszczeń mg/kg - 24 - 24

Badanie działania

korodującego na miedź (3 h

w temperaturze 50°C) klasa klasa 1 klasa 1

Odporność na utlenianie g/m³ - 25 - 25

h 20 - 20 -

Smarność; skorygowana średnica śladu zużycia (WS 1,4) w temperaturze 60°C

μm - 460 - 460

Lepkość w temperaturze

40°C mm²/s 2,00 4,50 1,50 4,00

Skład frakcyjny:

- do temperatury 250°C

destyluje % (V/V) - < 65 - -

destyluje % (V/V) 85 - - -

- 95% (V/V) destyluje do

temperatury °C - 360 - -

destyluje % (V/V) - - - 10

destyluje % (V/V) - - 95 -

Zawartość estru metylowego kwasów tłuszczowych (FAME)

% (V/V) - 7,0 - 7,0

Temperatura zablokowania

zimnego filtru, CFPP °C - O -10 -20 - - 32

Temperatura mętnienia °C - - - - 22

(18)

18 2.3.2. PALIWA ZASTĘPCZE

Rozwój cywilizacyjny wiąże ze sobą m.in. szybki wzrost liczby pojazdów, których jednostki napędowe w dominującej większości są silnikami spalinowymi zasilanymi benzyną lub olejem napędowym. Powoduje to ciągły wzrost zapotrzebowania na tego typu paliwa, które są paliwami pochodzącymi ze źródeł nieodnawialnych, w związku z tym zwrócono uwagę na następujące problemy:

możliwość ograniczenia dostępu do tych paliw ze względu na wyczerpywanie sukcesywne zasobów ropy naftowej na świecie,

ograniczenie wydobycia ropy naftowej,

zagrożenie dla środowiska, które stwarza wydobycie, transport i przeróbka ropy naftowej.

Dlatego też prowadzi się intensywne prace badawcze nad stworzeniem innych rodzajów źródeł napędu pojazdów, w tym również paliw pochodzących ze źródeł odnawialnych, nazywanych niekonwencjonalnymi, zastępczymi lub alternatywnymi [3,8]. Do tych paliw zalicza się wszystkie paliwa, które nie pochodzą z przeróbki ropy naftowej, a ich właściwości są zbliżone lub różne od właściwości powszechnie stosowanych paliw tradycyjnych. W Stanach Zjednoczonych za paliwa alternatywne („Alternative fuels” wg The U.S. Department of Energy) uważa się wszystkie rodzaje energii, które dają możliwość uniezależnienia kraju od importu ropy naftowej i poprawę czystości powietrza [3,93].

Aktualnie, wiele ośrodków naukowo-badawczych zajmuje się tematyką paliw alternatywnych, polegającą na opracowywaniu nowych technologii w pozyskiwaniu tych źródeł energii, ukierunkowanych na możliwość ich zastosowania do zasilania silników spalinowych. Na rys. 2.5 przedstawiono paliwa niekonwencjonalne, które mogą być przeznaczone do zasilania jednostek napędowych wykorzystywanych w komunikacji miejskiej. Paliwa te, ze względu na pochodzenie, zostały podzielone na dwie grupy [3,71,97]:

pochodzące ze źródeł kopalnych, stosowane w postaci pierwotnej jako naturalne lub przekształconej chemicznie jako syntetyczne,

pochodzące ze źródeł odnawialnych jako biopaliwa.

Wśród paliw pochodzących ze źródeł kopalnych można wyróżnić:

gaz ziemny naturalny, którego głównym składnikiem jest metan (CH4); może być stosowany w postaci sprężonej (CNG - Compressed Natural Gas) lub ciekłej (LNG - Liquified Natural Gas),

mieszaninę propanu i butanu, stosowaną najczęściej w postaci ciekłej (LPG - Liquified Petroleum Gas); otrzymuje się bezpośrednio z odwiertów ropy naftowej lub przeróbki gazów rafineryjnych pochodzących z procesów przetwórczych ropy naftowej,

paliwa syntetyczne, otrzymywane z gazu ziemnego metodą GTL lub z węgla (CTL);

paliwa te otrzymuje się z gazu syntezowego, będącego mieszaniną tlenku węgla i wodoru; gaz syntezowy można uzyskiwać w procesie konwersji metanu z parą wodną w obecności katalizatora lub w procesie półspalania metanu albo w procesie zgazowania węgla; z gazu syntezowego w specjalnym procesie (metodą Fischera- Tropscha) otrzymuje się paliwa płynne (benzynę silnikową i olej napędowy) oraz inne produkty; z gazu syntezowego można także wytwarzać metanol,

dimetyloeter (DME), otrzymywany z gazu syntezowego uzyskiwanego z gazu ziemnego lub ze zgazowania węgla; DME może być otrzymywany również z gazu syntezowego bezpośrednio lub poprzez najpierw otrzymywany metanol, z którego następnie uzyskuje się DME (w procesie katalitycznej dehydratacji).

(19)

19 Ważną grupę wśród paliw możliwych do zastosowania w komunikacji miejskiej stanowią biopaliwa, które mogą występować w postaci ciekłej i gazowej, uzyskane z przetworzenia biomasy w procesach biologicznych lub termochemicznych. Biomasa jest to substancja powstająca w naturalnych procesach biologicznych, która zawiera w swoim składzie pierwiastki energetyczne, jakimi są węgiel i wodór.

Podstawowy podział biopaliw to:

pierwszej generacji - biopaliwa pozyskiwane z biomasy stosowanej również do produkcji żywności,

drugiej i trzeciej generacji - biopaliwa uzyskiwane z biomasy pochodzącej z odpadów i pozostałości z produkcji rolniczej i leśnej.

Aktualnie, najbardziej rozpowszechnione biopaliwa do zasilania silników o ZS to:

oleje roślinne,

estry alkilowe kwasów tłuszczowych (FAME, FAEE), bioetanol.

Rys. 2.5. Podział paliw niekonwencjonalnych przeznaczonych do zasilania silników o ZS 2.3.2.1. CNG/LNG

Naturalny gaz ziemny (NG), stosowany w postaci sprężonej (CNG) lub skroplonej (LNG), stanowi mieszaninę lekkich węglowodorów znajdujących się w ziemi w postaci

(20)

20 gazowej, występujący najczęściej przy złożach ropy naftowej. Główny składnik gazu ziemnego to metan w ilości ok. 83-98%, pozostałe składniki to wyższe węglowodory, azot oraz woda [3,15].

Gaz ziemny w zależności od źródła pozyskania ma różny skład chemiczny, w związku z tym do ustalenia jego charakterystyki energetycznej bierze się pod uwagę parametry mierzalne, do których zaliczamy: gęstość, liczbę Wobbego, liczbę metanową, ciepło spalania, wartość opałową. Jakość gazu ziemnego określa odpowiednia norma [109,115]. W tabeli 2.4 przedstawiono, jakie wymagania według normy PN-EN ISO 15403 powinien spełniać gaz ziemny odnośnie zawartości określonych związków.

Tabela 2.4. Wybrane parametry jakie powinien spełniać gaz ziemny jako paliwo

PARAMETR WARTOŚĆ

Zawartość wody w gazie sprężonym do ciśnienia 20 MPa i temperaturze nie

niższej niż -20^oC

max 30 mg/m³

Zawartość siarki max 40 mg/m³

Zawartość siarkowodoru max 7 mg/m³

Zawartość ciekłych wyższych węglowodorów

propanu max 5,8%

butanu max 1,8%

Zawartość wolnego tlenu max 0,2%

Zawartość glikolu i metanolu brak

Zawartość oleju 70-200 ppm

Stosunkowo wysoka temperatura samozapłonu CNG oraz duża odporność na spalanie stukowe umożliwia zasilanie tym paliwem silników o dużych wartościach stopnia sprężania.

Mała gęstość gazu ziemnego sprawia, że dobrze miesza się z powietrzem, a tym samym uzyskuje się bardziej jednorodną mieszankę, co implikuje brak zjawiska wykraplania się paliwa na zimnych ściankach komory spalania.

Możliwe jest także zasilanie silnika skroplonym gazem (LNG). Gaz ten przechowywany jest w specjalnych zbiornikach kriogenicznych w temperaturze -161°C przy ciśnieniu 0,5-0,8 MPa [105]. W ten sposób uzyskuje się prawie trzykrotnie większą gęstość magazynowania niż w przypadku CNG, a to oznacza większy zasięg pojazdu. Zbiornik kriogeniczny na LNG składa się z metalowego zbiornika wewnętrznego, warstwy izolacyjnej i zbiornika zewnętrznego. Warstwę izolacyjną stanowi próżnia, proszki, materiały ceramiczne lub spienione tworzywa sztuczne. Zbiornik zewnętrzny jest wykonany z metalu lub kompozytu. W układach zasilania LNG ciśnienie w zbiorniku pozwala po odparowaniu paliwa na zasilanie silnika bez konieczności stosowania pompy zasilającej [15].

Na rys. 2.6. podano prognozę udziału liczby pojazdów zasilanych CNG w zależności od kraju użytkowania w 2020 roku.

(21)

21 Rys. 2.6. Prognoza udziału liczby pojazdów zasilanych CNG w zależności od kraju użytkowania

w roku 2020 (opracowanie własne na podstawie [115]) 2.3.2.2. LPG

Gaz płynny LPG (Liquified Petroleum Gas) jest mieszaniną głównie propanu i butanu oraz niewielkiej ilości innych węglowodorów. Występuje w stanie ciekłym w temperaturze otoczenia i ciśnieniu ok. 1,4 MPa. Średni skład chemiczny i wybrane parametry składników LPG zawarte są w tabeli 2.5.

Według normy PN EN-589:2006: „Paliwa do pojazdów samochodowych – LPG, Wymagania i metody badań”, LPG powinno zapewniać określone wartości parametrów, które przedstawiono w tabeli 2.6.

Tabela 2.5. Średni skład chemiczny i główne parametry składników gazu płynnego LPG [3,103]

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0

60,0 58,7 55,5

29,4 21,9

16,4 16,1 10,8

7,8 6,5 4,3 2,0 [%]

Skład węglo- wodorowy

Zawartość,

% masy

Gęstość względem powietrza, T=20°C, p=

101,325 kPa

Wartość opałowa, MJ/kg

Granice zapalności mieszanin z powietrzem, % w

powietrzu

Liczba oktanowa

dolna górna badawcza motorowa

Metan 0,1 - 0,3 0,5548 50,00 5,0 15,0 150 140

Etan 0,5 - 2,6 1,046 47,49 3,2 12,5 107 104

Propan 32 - 48 1,562 46,36 1,9 9,5 108 - 110 96 - 97 Izobutan 12 - 15 2,064 45,72 1,8 8,5 >100 97 - 98

n-Butan 28 - 46 2,091 45,57 1,9 8,5 >100 92 - 95

Propen 2,5 - 4,5 - - - - - -

1-Buten 0,2 - 0,6 - - - - - -

2-Buten 1,2 - 2,1 - - - - 96,5 86,5

Izobuten 2,5 - 8,0 - - - - - -

Wartość dla

próbki LPG - 1,55 - 2,00 45,2 - 46,5 - - do 105 do 98

(22)

22 Tabela 2.6. Wybrane parametry wymagane do spełnienia przez paliwo LPG [103]

PARAMETR WARTOŚĆ

Temperatura, w której względna prężność

par nie jest mniejsza niż 150 kPa od -10 do +10°C

Liczba oktanowa motorowa min. 89,0

Korozja na miedzi (l h, 40°C) nie gorzej niż 1 klasa korozji

Zawartość metanolu maks. 2 g/kg

Zawartość siarki maks. 50 mg/kg

Pozostałość po odparowaniu maks. 100 mg/kg

Zastosowanie LPG do zasilania jednostek napędowych występujących w autobusach komunikacji miejskiej implikuje pewne problemy, z których najistotniejsze to [23,63]:

różny skład chemiczny oraz zanieczyszczenie LPG wpływają na zróżnicowanie zawartości toksycznych składników spalin,

brak ujednolicenia wymagań odnośnie udziału propanu i butanu w LPG; norma PN EN-589:2006 wyróżnia cztery rodzaje paliwa LPG (różny udział propanu i butanu w mieszaninie), co sprawia duże trudności z ustaleniem współczynnika nadmiaru powietrza,

duże zmiany ciśnienia w zbiornikach przy różnych temperaturach zewnętrznych (ciśnienie w zbiorniku może się wahać w granicach 0,2 – 2 MPa).

Udział propanu w składzie LPG waha się z reguły w przedziale od 30-80%

w zależności od norm przyjętych przez dany kraj. W niektórych krajach, np. w Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii czy Niemczech, w LPG występuje jako główny składnik tylko propan.

2.3.2.3. WODÓR

Paliwa wodorowe, z punktu widzenia zawartości energii oraz emisji składników toksycznych spalin, są wartościowymi paliwami. Cząsteczka wodoru jest najmniej złożona i podczas utleniania tworzy wodę, a więc nietoksyczny składnik spalin, w związku z czym wydaje się być wartościowym paliwem w szczególności do środków komunikacji miejskiej.

Wodór może służyć do zasilania ogniw paliwowych, jak również stanowić samoistne paliwo do silników spalinowych. Prace z tego zakresu prowadzi wiele ośrodków naukowo- badawczych na całym świecie, w tym również w Polsce [12,64,69]. Niemniej jednak, największy potencjał zastosowania wodoru jako paliwa w komunikacji powinny mieć ogniwa paliwowe, w których wodór w połączeniu z tlenem wytwarza energię elektryczną, która z kolei może służyć do napędzania pojazdów.