Vliv biopaliv na emise spalovacích motorů

Ing. Petr Jindra

Doctoral thesis

The effect of biofuels on emissions of internal combustion engines

Abstract:

Disertační práce se zabývá problematikou vzniku plynných a pevných emisí během spalování biopaliv ve spalovacích motorech. Disertační práce se skládá z několika částí.Prvou částí je rešerše, která je rozdělena na tři základní části. První část je věnována popisu základních mechanizmů tvorby emisí. Druhá část rešerše popisuje biopaliva, jejich vlastnosti a způsoby výroby. Poslední část rešerše analyzuje použití biopaliv ve spalovacích motorech. Tato poslední část rešerše je rozdělena na dvě podkapitoly. Prvá podkapitola analyzuje vlivy použití různých biopaliv v zážehových motorech a další popisuje použití biopaliv v motorech vznětových. Obě podkapitoly se primárně zaměřují na emise NOX a pevné částice.Experimentální část práce byla provedena s využitím motoru Zetor 1505. Při modifikovaném cyklu NRSC byla v motoru spalována různá biopaliva v čisté podobě nebo jako směsná biopaliva. Při experimentech byla zkoumána koncentrace pevných částic a jejich velikostní spektrum. Dále byla pomocí FTIR analyzátoru zkoumána koncentrace oxidů dusíku a spotřeba paliva.Vliv spalování biopaliv na spotřebu paliva nebyl prokázán. V porovnání s čistou motorovou naftou vykazují některá biopaliva významný vliv na množství produkovaných částic a jejich velikostní spektrum. Například provozování motoru na směsné palivo tvořené 90 % motorové nafty a 10 % bioethanolu mělo značně nepříznivý vliv na množství produkovaných pevných částic. Na druhé straně mělo palivo, které bylo tvořeno 50 % metylesterem řepkového oleje a 50 % hydrogenovaným rostlinným olejem, pozitivní vliv na produkci pevných částic v téměř celém zkoumaném rozsahu a při všech zkoumaných provozních režimech.Produkce emisí NOX byla u zkoumaných paliv nižší a téměř ve všech zkoumaných případech. Jen v několika bodech byl zjištěn nárůst produkce NOX, hlavně při spalování paliva obsahující bioethanol. Nejnižší produkce NOX bylo dosaženo spalováním čistého HVO.

Abstract:

The dissertation thesis deals with problems of gaseous and solid emissions occurring in combustion of biofuels in internal combustion engines. The dissertation thesis consists of several parts.The first part is literature overview that is divided into three basic parts. The first part is focused on the description of the basic mechanisms of emission generation. The second part of the overview describes biofuels, their properties and ways of their production. The last part of overview analyses the usage of biofuels in internal combustion engines. This last part of overview is divided into two subchapters. The first subchapter analyses the effects of different biofuels in petrol engines and the next describes the use of biofuels in diesel engines. Both subchapters are primarily focused on NOX emissions and particulate matter.The experimental part of thesis was carried out with a use of Zetor 1505 engine. Different biofuels were combusted in this engine in pure form or as blended biofuels under conditions of modified NRSC cycle. Particle concentration and size range were investigated during these experiments. The concentration of nitrogen oxides was further investigated by the FTIR analyzer.The influence of biofuels’ combustion on fuel consumption has not been proved. In comparison with the pure diesel, some biofuels have a significant impact on the amount of particulate matter produced and the size spectrum. For example, running of mixed fuel engine consisting of 90% diesel fuel and 10% bioethanol has had a considerable adverse effect on the amount of solid particle production. On the other hand, fuel blended up of 50% rapeseed methyl ester and 50% hydrogenated vegetable oil had a positive effect on solid participle production in almost within the whole range of investigation and within all examined operating modes.The NOX emissions were lower in the investigated fuels and in almost of all investigated cases. Only at several points the increase in NOX production was found, especially when burning fuel contained bioethanol. The lowest NOX production was achieved by a combustion of pure HVO.

Keywords

oxidy dusíků, NOx, FTIR, pevné částice, EEPS, velikostní spektra pevných částic, směsná biopaliva, vznětový motor

Keywords

particulate matter, nitrogen oxides, NOx, FTIR, EEPS, Size spectrum of particulate matter, blended biofuels, CI engine

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 8. 2017

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Miroslav Růžička, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Engineering

Doctoral programme / field:
Power Engineering / Power Engineering