A terhelésváltozás hatása károsanyag‐kibocsátásra

A NOx‐kibocsátás a terhelés növelésével mind a két fordulatszámon nőtt, viszont  kisebb mértékben nőtt nagyobb fordulatszámon, ez a turbótöltés hatására kialakuló  nagyobb légfelesleggel és a rövidebb keletkezési idővel [S‐2] indokolható.  

81. ábra A nitrogénoxid (NOx) kibocsátás különböző terheléseken és n-butanol részarány esetén 1500 1/perc és 3000 1/perc fordulatszámokon [S-10] (_NOx ±4,42 %)

A 20 V/V % n‐butanol bekeverés hatására a legnagyobb növekedés 1500 1/perc  fordulatszámon 50 %‐os terhelés esetén 16 % volt, a legnagyobb csökkenés 100 %‐os  terhelés esetén 5 V/V % n‐butanol elegynél 6 % (‐6 %).  

A 3000 1/perc fordulatszámon legnagyobb a növekedés 50 %‐os terhelés esetén  20 V/V % n‐butanol (20 % BU) elegynél 4 % volt, a legnagyobb csökkenés 25 %‐os  terhelés esetén 5 V/V % n‐butanol elegynél 10 % volt (81. ábra). Ez az n‐butanol  nagyobb  hőelvonásával,  növekvő  gyulladási  idejével  és  az  előkevert  égés  intenzitásának növekedésével magyarázható. Továbbá mind a két fordulatszámon a  75 %‐os terhelés esetén az előbefecskendezési szög változott (75. ábra), ennek jelentős  hatása elsősorban 1500 1/perc fordulatszámon figyelhető meg, így ezzel a terheléssel a  NOx‐kibocsátás szempontjából nem foglalkozom [S‐2]. 

Az el nem égett szénhidrogén (THC) kibocsátás 1500 1/perc fordulatszámon 75 %‐os  terhelésig  csökkent,  majd  100 %‐os  terhelésen  ismét  növekedett.  A  3000  1/perc  fordulatszámon a terheléssel folyamatosan csökkent a THC‐kibocsátás gázolaj esetén. 

Az alkohol bekeverés hatására az alacsonyabb fordulatszámon alkohol bekeverés a  THC‐kibocsátás folyamatosan nőtt, míg 3000 1/perc fordulatszámon jelentős eltérés  nem volt megfigyelhető. Az alkohol bekeverés hatására legnagyobb növekedés 1500  1/perc fordulatszámon 75 %‐os terhelés esetén 20 V/V % n‐butanol elegynél 114 %  volt,  de  jelentős  volt  100 %‐os  terhelés  esetén  is,  99 %.  A  3000  1/perces  fordulatszámon a legnagyobb növekedés 25 %‐os terhelés esetén 20 V/V % n‐butanol  elegynél volt, ez 58 %. Az el nem égett szénhidrogén kibocsátás dízel motorokban  elsősorban az olyan helyeken alakul ki, ahol a tüzelőanyag‐levegő keveréke annyira dús  lesz tüzelőanyagban, hogy nem tud elégni. Az alkohol bekeveréssel növekvő kibocsátás  inkább a lokálisan szegény keverék hatása.  

82. ábra Az el nem égett szénhidrogén (THC) kibocsátás különböző terheléseken és n-butanol részarány esetén 1500 1/perc és 3000 1/perc fordulatszámokon [S-10] (THC ±4,35 %,)

Ebben az esetben is hasonló figyelhető meg: alacsony fordulatszámon a kisebb dózis  miatt ez a hatás jelentős volt, míg nagyobb fordulatszámon a növekvő dózis miatt  kevésbé  volt  jelentős.  Érdemes  összehasonlítani  ugyanezeket  az  értékeket  az  előzőekben vizsgált motor adataival, amely szintén alátámasztja ezt a feltételezést (66. 

ábra). 

dc_1761_20

83. ábra A szénmonoxid (CO) kibocsátás különböző terheléseken és n-butanol részarány esetén 1500 1/perc és 3000 1/perc fordulatszámokon [S-10] (_CO ±4,63 %,)

A  CO‐kibocsátás  gázolaj  esetén  a  két  fordulatszámon  75 %‐os  terhelésig  kis  mértékben  csökkent,  majd  megnőtt,  legnagyobb  volt  a  növekedés  1500  1/perc  fordulatszámon (83. ábra). Ebben az esetben is jelentős volt a feltöltés hatása, mivel a  CO‐kibocsátás elsősorban a lokális légfeleslegtől függ. Az alkohol bekeverés hatására  1500 1/perc fordulatszámon a kibocsátás csökkent, a legnagyobb csökkenés 100 %‐os  terhelés  esetén  20 V/V  %  n‐butanol  elegynél  volt,  60 %  (‐60 %).  A  3000  1/perc  fordulatszámon ‐ mivel itt lényegesen nagyobb volt a légfelesleg‐tényező – az alkohol  bekeverés nem volt jelentős hatással, legnagyobb a növekedés 25 %‐os terhelés esetén  20 V/V % n‐butanol elegynél volt, 16 %. Itt feltehetőleg a párolgás hőelvonása miatt  csökkenő hőmérséklet hatása volt jelentősebb, míg a legnagyobb csökkenés 100 %‐os  terhelés esetén 20 V/V % n‐butanol elegynél volt, ez 29 %. Elméleti megfontolások  alapján az n‐butanol párolgása csökkenti az átlaghőmérsékletet, ami a CO‐kibocsátást  növeli, viszont az oxigéntartalom miatt a kibocsátás csökkenhet, itt az eredmények  alapján ez utóbbi hatás érvényesült.  

84. ábra A részecske (PM) kibocsátás különböző terheléseken és n-butanol részarány esetén 1500 1/perc és 3000 1/perc fordulatszámokon [S-10]_PM ±3,00 %)

A  részecske  (PM)  kibocsátás  gázolaj  tüzelőanyag  esetén,  mind  a  két  vizsgálati  fordulatszámon  kezdetben  növekedett 50 %‐os  terhelésig,  majd ahogy  beindult  a  feltöltés,  elkezdett  csökkenni  75 %‐os  terhelésen  (84.  ábra).  Az  1500  1/perc  fordulatszámon ‐ mivel itt kevesebb a bevitt tüzelőanyag mennyisége – kismértékben  csökkent  a  PM‐kibocsátás  a  terhelés  további  növelésével.  Viszont  3000  1/perc  fordulatszámon,  mivel  a  feltöltés  nem  tudta  kompenzálni  a  dózis  növekedését,  megnőtt a  PM‐kibocsátás  teljes  terhelésen, de  fontos  megemlíteni, hogy  ezen  a  fordulatszámon, minden terhelésen igen alacsony értéken maradt.  

Az alkohol bekeverés hatására 1500 1/perc fordulatszámon a kibocsátás jelentősen  csökkent,  a  legnagyobb  csökkenés  75 %‐os  terhelés  esetén  20 V/V  %  n‐butanol  elegynél 85 % volt. A 3000 1/perc fordulatszámon, mivel itt lényegesen nagyobb a  légfelesleg‐tényező, az alkohol bekeverés nem volt jelentős hatással  ‐ kivéve teljes  terhelésen, itt a legnagyobb csökkenés 20 V/V % n‐butanol elegynél 46 %.  

A fordulatszám hatásának vizsgálatához fontos bemutatni a motor kibocsátási értékeit a fordulatszám  függvényében teljes terhelésen (85. ábra). A motor fordulatszámának növelése során teljes terhelésen a  feltöltés növekedett, 1500 1/perc fordulatszámon volt legalacsonyabb a kipufogógáz O2 tartalma, azaz a  légfelesleg‐tényező, a maximumot 2500 1/perc fordulatszámon érte el, majd a szabályzás közel állandó  értéken tartotta. 

A NOx‐ és THC‐kibocsátás a fordulatszám növelésével csökkent a nagyobb légfelesleg‐tényező miatt, de  jelentős lehetett a dózis és a perdület növekedésnek hatása is. A CO‐ és a PM‐kibocsátás egyértelműen a  légfelesleg‐tényezővel együtt változott.  

Az n‐butanol bekeverés hatása minden fordulatszámon hasonló, mint amit eddig bemutattam. Viszont  fontos megjegyezni, hogy a kibocsátás csökkenésével a bekeverés hatása is csökken. 

85. ábra Az oxigén, nitrogénoxid (NOx), el nem égett szénhidrogén (THC), szénmonoxid (CO) és a részecske (PM) kibocsátás különböző fordulatszámokon és n-butanol részarány esetén teljes terhelésen ( NOx ±4,42 %,  CO

±4,63 %, _THC ±4,35 %,  _PM ±3,00 %)

Végezetül,  az  összehasonlítások  miatt,  bemutatom  táblázatosan  a  négy  vizsgált  emissziós komponens átlagos változását 1500 1/perc és 3000 1/perc fordulatszámokon  (7.  táblázat  és  8.  táblázat).  Azért  választottam  a  két  fordulatszám  szerinti  szétválasztást, mivel megfigyelhető volt, hogy a fordulatszám jelentős hatással volt a  kibocsátásra, elsősorban a növekvő levegőmennyiség és hőmérséklet miatt.  

A két táblázatból megfigyelhető, hogy a NOx‐kibocsátás szempontjából mind a két  esetben  az  n‐butanol  bekeverés  hatására  a  kibocsátás  kismértékben  növekedett,  legjelentősebben 1500 1/perc fordulatszámon 10 V/V % és 20 V/V % n‐butanol elegyek  esetén 50 % terhelésen. Az el nem égett szénhidrogén‐ (THC) kibocsátás 1500 1/perc 

dc_1761_20

fordulatszámon –   arányosan a bekeveréssel –   jelentősen növekedett, míg 3000  1/perc fordulatszámon kisebb mértékben, itt 10 V/V % n‐butanol elegy esetén volt a  legnagyobb a növekmény. A CO‐kibocsátás 1500 1/perc fordulatszámon az alkohol  bekeveréssel arányosan csökkent, míg 3000 1/perc fordulatszámon nem volt jelentős  az alkohol bekeverés hatása. A részecskekibocsátás (PM) jelentősen csökken az alkohol  bekeverés hatására, itt is számottevő az eltérés a két fordulatszám esetén. Az 1500  1/perc fordulatszámon az alkohol bekeverés hatása közel kétszer volt nagyobb, mint  3000 1/perc fordulatszámon. 

7. táblázat A vizsgálat emissziós komponensek változása a gázolajhoz képest az n-butanol bekeverés hatására 1500 1/perc fordulatszámon ( _NOx ±4,42 %,  _CO ±4,63 %, _THC ±4,35 %,  _PM ±3,00 %)

8. táblázat A vizsgálat emissziós komponensek változása a gázolajhoz képest az n-butanol bekeverés hatására 3000 1/perc fordulatszámon ( _NOx ±4,42 %,  _CO ±4,63 %, _THC ±4,35 %,  _PM ±3,00 %)

Végül az alapjárati kibocsátásokról: ebben az üzemmódban az ún. meleg alapjáratot  vizsgáltam mind a négy tüzelőanyag elegy esetén. Ebben az üzemmódban rosszak  voltak az égés feltételei, kicsi az átlaghőmérséklet, kicsi a perdület, viszont igen magas  a  légfelesleg‐tényező.  Az  eredmények  alapján  megállapítható,  hogy  az  alkohol  bekeverés hatására a THC‐kibocsátás növekedett, a NOx‐kibocsátás jelentősen nem  változott, a CO‐kibocsátás jelentősen növekedett, míg a részecskekibocsátás csökkent  (86. ábra). 

86. ábra Az el nem égett szénhidrogén (THC), a nitrogénoxid (NOx), a szénmonoxid (CO) és a részecske (PM) kibocsátás alapjáraton (900 1/perc) különböző n-butanol részarány esetén [S-10] ( NOx ±4,42 %,  CO ±4,63 %, THC

±4,35 %,  _PM ±3,00 %)

4.3.3. TÉZIS 3-5: A KETTŐS ELEGYEKKEL ELÉRT EREDMÉNYEK