Jedním cílem této práce je zjistit, do jaké míry závisí pr b!h spalování rostlinného oleje na provozních podmínkách, pokusit se nalézt pravidla, podle kterých lze p"edpov!d!t p"íznivý nebo naopak nep"íznivý pr b!h spalování rostlinného oleje, a pokusit se režimy s nep"íznivým pr b!hem spalování vhodným zp sobem ošet"it.
Vzhledem k tomu, že spalování RO je souhrou mnoha soub žných jev" a parametr", nelze tento proces jednoduše popsat pomocí matematického aparátu. Empirické vztahy pro díl!í problémy, pokud existují, byly zpravidla odvozeny pro provoz na naftu, a nemusí být platné pro provoz motoru na palivo s výrazn odlišnými vlastnostmi.
Proto je spalování vyšet#ováno experimentáln , s využitím za#ízení laborato#e.
D"raz je kladen na relativn krátkodobé jevy – nap#íklad pr"b h indikovaného tlaku ve válci, nebo výfukové emise. K vyšet#ování dlouhodobých vliv" by byla pot#eba relativn po!etná skupina motor" a doba odpovídající podstatné !ásti životnosti motoru.
Mezi základní vyšet#ované veli!iny pat#í výkon motoru a spot#eba paliva, teplota paliva,
!asování dodávky paliva, pr"b hy indikovaných tlak" ve válci, !asování jednotlivých fází ho#ení (po!átek ho#ení, po!átek a pr"b h hlavní fáze ho#ení), a pr"b hy provozních parametr" motoru (teploty a tlaky v sání a výfukovém potrubí p#ed a za turbodmychadlem, teplota chladicí kapaliny, teplota oleje, ap.).
Dalším cílem práce je popsat vliv provozu motoru na rostlinný olej na emise, a to zejména s d razem na bližší vysv!tlení pom!rn! velkých rozdíl uvád!ných v literatu"e. S tím souvisí i popis a p"ípadné ošet"ení režim s nep"íznivým vývojem emisí.
Toho je docíleno jak m #ením na dvou motorech v laborato#i, tak m #eními na n kolika vozidlech provozovaných na rostlinný olej.
Mezi sledované emise pat#í p#edevším regulované plynné složky – HC, CO a NOx, které lze m #it kontinuáln , a !ástice, k jejichž m #ení je využito jak standardní gravimetrické metody, tak kontinuálních metod vyvinutých autorem. M #ení neregulovaných emisí je uskute!n no za pomoci speciálních p#ístroj", a je omezeno jejich dostupností.
Práce uvažuje využití sériového vzn!tového motoru s r znopalivovým systémem, bez náro#ných úprav, a zejména bez takových úprav, které by nep"ízniv! ovlivnily provoz motoru na klasickou naftu, zejména emisní parametry.
Dále práce uvažuje využití rostlinného oleje palivové kvality.
Za základní prom nné, které lze považovat za nastavitelné, je provozní režim, volba paliva, teplota paliva, konstrukce r"znopalivového systému v!etn dopln ní a vylepšení, a v n kterých p#ípadech regulace recirkulace výfukových plyn" a regulace po!átku vst#iku.
Krom vymezení cíl" je t#eba vymezit, které oblasti jsou mimo rámec práce.
Za prvé, práce není komplexním pojednáním o vlivu provozu motoru na rostlinné oleje na životní prost#edí. Vliv jakéhokoli nového paliva na životní prost#edí je velmi široké téma. Vliv na životní prost#edí má již výb r plodin ze kterých se olej získává, jejich p stování a zpracování, doprava k uživateli, a skladování. Vyžaduje-li palivo ur!itou technologii (nádrže, palivový systém, apod.), nebo vede-li ke zvýšení spot#eby motor" snížením jejich životnosti, zm na výroby komponent" má také vliv na životní prost#edí. Odpary z paliva a úniky paliva jeho rozlitím, odkapáváním, haváriemi, apod., se též n jakým zp"sobem podepíší. Co se tý!e výfukových emisí, d lí se na klasické škodliviny a skleníkové plyny. Klasické škodliviny jsou jednak sledované a zákonem limitované emise, jednak látky v mnohých p#ípadech škodlivé, v n kterých p#ípadech
sledované, nicmén zákonem neregulované. Co se tý!e skleníkových plyn", spalováním uhlíkatých paliv vždy vzniká oxid uhli!itý. Ne vždy se ale jedná o skleníkový plyn: v p#ípadech, kdy spalovaný uhlík pochází ze zrovna (zpravidla tentýž nebo p#edchozí rok) vyp stované rostliny, která jej získala zpracováním oxidu uhli!itého z atmosféry, jedná se o normální kolob h uhlíku, stejn tak jako vypoušt ní oxidu uhli!itého zví#aty nebo lidmi.
Tato práce se zabývá vlivem spalování rostlinných olej" ve vzn tových motorech na životní prost#edí, p#edevším na výfukové emise, s d"razem na jejich základní složky.
Za druhé, zmín ného cíle je dosaženo studiem relativn malého po!tu motor"
provozovaných na relativn malý výb r dostupných paliv, s p#edpokladem že výsledky p#im #en a do ur!ité míry platí i pro další oleje. Práce tedy nep#ináší porovnání r"zných druh" olej".
Za t#etí, práce není ani komplexním a vy!erpávajícím pojednáním o vlivu provozu motoru na rostlinné oleje na emise. Výfukové emise individuálních motor" se zna!n liší, a to až o n kolik
#ád". Základní vliv na to má konstrukce motoru, která je zpravidla koncipována tak, aby nový motor p#i daných podmínkách a daném režimu spl$oval dané emisní normy. V reálném provozu za reálných podmínek tyto emise mohou být, a velmi !asto také jsou, vyšší. Emise se dále zvyšují stárnutím motoru – jednak jeho postupným opot#ebováváním, jednak relativn rychlými navýšeními vlivem zm ny se#ízení, nadm rnému opot#ebení, zanedbané údržby, nebo selhání jednotlivých komponent".
Rozdíly mezi individuálními motory mohou vést ke zna!ným rozdíl"m. Obecn platí, že pro tém # libovolná paliva A a B lze sehnat reálné motory takové, že emise motoru provozovaného na palivo A jsou nižší než emise motoru provozovaného na palivo B, a zárove$ lze sehnat (jiné) reálné motory takové, že emise z paliva A jsou naopak vyšší než emise z paliva B. Aby se p#edešlo takovýmto zásadním chybám, vlivy individuality motor", provozních podmínek, a dalších faktor"
jsou minimalizovány.
Tato práce vždy porovnává emise z motoru provozovaného na rostlinné oleje k emisím stejného motoru provozovaného na klasickou ropnou naftu za co nejvíce stejných podmínek, p#ípadn porovnává emise ze stejného motoru provozovaného na stejné palivo za r"zných provozních podmínek.
Za !tvrté, a!koliv práce využívá pokro!ilých a do jisté míry unikátních metod a aparatur m #ení emisí, práce není zam #ena na rozbor m #icích metod a za#ízení a jejich p#ínos", ani na detailní popis složení výfukových plyn". Práce je zam #ena na experimentálním výzkumu provedených v rámci doktorského studia v laborato#i spalovacích motor" na Kated#e vozidel a motor" FS TUL. Ty se odvíjejí od #ady m #ení provedených autorem v USA v letech 2000-2006.
V tšina t chto m #ení byla provedena na reálných vozidlech v reálném provozu. P#i t chto m #eních byly emise sledovány p#enosnou aparaturou vyvinutou autorem v letech 1996-1997 a následn zdokonalovanou. Nap#íklad v roce 2006 byl pro m #ení neregulovaných plynných látek použit mobilní infra!ervený spektrometr FTIR, kterýžto systém byl též vyvinut a sestaven autorem. V roce 2008 pak byla použita dv experimentální za#ízení pro m #ení koncentrací pevných !ástic v reálném !ase též vyvinutá a sestavená autorem. Vývoj a p#ínosy autora v oblasti p#enosných za#ízení pro m #ení emisí, a% již analytické metody, vlastní za#ízení, nebo postupy p#i plánování zkoušek a zpracování dat p#ímo nespadají do studovaného oboru, a jsou proto popsány spíše z uživatelského hlediska.
Využití biopaliv je hrani!ní obor, kde se prolíná zem d lské inženýrství (suroviny pro výrobu paliva), inženýrství chemicko-technologické (vlastnosti a výroba paliva), strojní inženýrství (konstrukce motoru a palivového systému), fyzika a chemie (ho#ení paliva, tvorba škodlivin, likvidace škodlivin katalytickými za#ízeními), mechatronika (elektronické #ízení motoru a katalytických za#ízení), analytická a fyzikální chemie (m #ení emisí škodlivin), dopravní
inženýrství a územní plánování (využití dopravy, rozmíst ní tras, regulace intenzity dopravy) fyzika a chemie atmosféry (rozptyl emisí), biologie a epidemiologie (vliv emisí na organismus), v neposlední "ad pak politické, ekonomické a sociální v dy (energetická závislost nebo sob sta!nost, náklady na ochranu zdroj# energie armádou, bilance zahrani!ního obchodu, vliv výb ru paliva na místní ekonomiku). Lze tedy o!ekávat, že práce bude mít jistý užitek pro odborníky jiných disciplín než spalovací motory. Proto bylo v práci omezeno použití pokro!ilé aplikované matematiky na nezbytné minimum.
Tato práce je diserta!ní práce doktorského studia v oboru strojní inženýrství, pístové spalovací motory. Je tedy zam "ena spíše motorá"sky na provoz motoru, procesy v n m probíhající, a vznikající emise.
První !ástí práce (kapitoly 1-3) je úvod a shrnutí sou!asného stavu problematiky. Druhou
!ást práce (kapitoly 4-5) tvo"í laboratorní m "ení na motorech Avia a Zetor v laborato"i spalovacích motor# na kated"e autora, které jsou dopln ny o kompilaci výsledk# m "ení emisí provád ných autorem na vozidlech provozovaných v USA p"evážn na použitý fritovací olej (kapitola 6). Následuje diskuze (kapitola 7) – a to nejen poznatk# získaných z literatury a výsledk#, ale i diskuzi širších souvislostí využití rostlinného oleje jako paliva, bilanci emisí skleníkových plyn#, a významu rostlinných olej# v trvale a udržiteln prosperující ekonomice.
Diskuze rovn ž zahrnuje p"ínosy práce. Poté následuje shrnutí, záv r a seznam použité literatury. Vybrané podrobné výsledky m "ení jsou uvedeny v p"ílohách, další podrobné výsledky jsou v citovaných publikacích autora.