Podle studie petrolejářského průmyslu (ČAPPO 2006) se uvažuje výrobní cena ethanolu z nových lihovarů mezi 17 – 19 Kč/litr, zvolím výrobní cenu ethanolu 18 Kč/litr. Předpokládáme u benzinu zdanění stávající spotřební daní a u ethanolu osvobození od spotřební daně a alternativně zdanění spotřební daní z minerálních olejů.
Základním předpokladem pro výpočet spotřeby a finančních nákladu za rok je provoz motoru při průměrné spotřebě benzinu 5,9 l/100 km udávaná výrobcem Škoda Auto a.s.
U směsi E85 uvažuji navýšení průměrné spotřeby o 1,4 násobek průměrné spotřeby benzinu z toho vyplývá 8,9 l/100 km. Ve výpočtu roční spotřeby a finančních nákladů budu přepokládat 20000 km/rok. Výpočty jsou provedeny v obou režimech (pouze benzínový a směs benzin-ethanol (E85) + 10 min předehřev benzínem).
V tabulce 5.1 je výpočet prodejní ceny benzinu Natural 95. V tabulce 5.2 je uveden výpočet prodejní ceny pro směsný benzin s přídavkem 85% ethanolu se spotřební daní z minerálních olejů a v tabulce 5.3 je uveden výpočet bez osvobození od daně.
Tabulka 5.1: Složka ceny benzinu Natural 95
Text Cena za litr (Kč)
Cena bez DPH 28,27−19 % DPH =22,89 Kč
Obchodní přirážka prodejce 1,50 Kč
Spotřební daň z 1 litru 11,85 Kč
Výrobní cena 7,05 Kč
Prodejní cena benzinu Natural 95 včetně 19 % DPH 28,27 Kč Tabulka 5.2 a 5.3 uvádí výpočet pro směsné palivo obsahující 85% ethanolu a 15%
benzinu.
Tabulka 5.2: Složka ceny směsi 85% ethanolu a 15% benzinu-E85 (ethanol osvobozen)
Text Cena v Kč
Podíl 15% benzinu – výrobní cena 7,05∗0,15=1,05 Kč
Spotřební daň 11,85∗0,15=1,78 Kč
Podíl E85% ethanolu (výrobní cena 18,-Kč/litr) 18∗0,85=15,30 Kč
Obchodní přirážka prodejce 1,50 Kč
Základ pro výpočet DPH (cena bez DPH) 19,63 Kč
DPH 19% 3,72 Kč
Prodejní cena směsi 23,35 Kč
Tabulka 5.3:Složky ceny směsi 85% ethanolu a 15% benzinu-E85(ethanol bez osvobození)
Text Cena v Kč
Podíl 15% benzinu – výrobní cena 7,05∗0,15=1,05 Kč
Spotřební daň 11,85∗0,15=1,78 Kč
Podíl E85% ethanolu (výrobní cena 18,-Kč/litr) 18∗0,85=15,30 Kč
Spotřební daň 11,85∗0,85=10,07 Kč
Obchodní přirážka prodejce 1,50 Kč
Základ pro výpočet DPH (cena bez DPH) 29,7 Kč
DPH 19% 5,64 Kč
Prodejní cena směsi 35,34 Kč
Provoz pouze na benzin BA 95:
průměrná spotřeba = 5,9 l/100 km
Výpočet ročních finančních nákladů NrBA95N =
xBA95N⋅cenaBA95N[Kč ]=1180⋅28,27=33358,6 Kč / rok . (25)
Provoz na E85 (osvobozen od daně):
průměrná spotřeba = 8,9 l/100 km roční kilometry = 20000 km
Výpočet spotřeby E85/20000 km: xE85o [litr] – množství litrů E85/20000 km.
Výpočet ročních finančních nákladů NrE85o =
xE85o⋅cenaE85o[Kč ]=1780⋅23,35=41536,1 Kč /rok . (27) Provoz na E85 (bez osvobození od daně):
8,9 litrů 100 km
↑xE85b litrů 20000km↑ z toho plyne
xE85b
8.9 =20000
100 → xE85b=200⋅8,9→ xE85b=1780 litrů/20000 km . (28) xE85b [litr] – množství litrů E85/20000 km.
Výpočet ročních finančních nákladů NrE85b:
NrE85b=xE85b⋅cenaE85b[Kč ]=1780⋅35,34=62905,2 Kč /rok (29)
Provoz na E85 se zapalovací dávkou při provozu za nízkých teplot: Do celkových nákladů je nutné zahrnout spotřebu čistě benzinového provozu po dobu prohřívání motoru (cca 10 min. pokud je motor studený) do doby, než je přepnut do režimu na palivo E85. V čistě benzinovém provozu budu předpokládat průměrnou rychlost 60 km/
h a průměrnou spotřebu benzinu 5,9 l/100 km.
Výpočet vzdálenosti po dobu 10 minut: s=v⋅t → s=60⋅0,166 → s=9,96 km . (30) s [km] – vzdálenost; v [km/h] – rychlost vozidla; t [hod] – čas
Výpočet spotřeby paliva po dobu 10 min:
5,9 litrů 100 km
↑x10minlitrů 9,96km↑ z toho plyne
x10min 5.9 =100
9,96→ x10min=0,0996⋅5,9→ x10min=0,58 litrů/9,96 km . (31)
Výpočet spotřeby paliva E85 + 10 min provoz na BA 95 N/20000 km
8,59 litrů 100km
↑x(E85/20000)litrů 20000km↑ z toho plyne
xE85/ 2000
8.9 = 100
20000→ xE85/ 2000=200⋅8,59 → xE85/ 2000=1718 litrů/20000 km . (34) Poměr spotřeby litrů benzinu BA 95 N je 127 litrů/20000 km a směsi E85 1590 litrů/20000 km.
Výpočet ročních finančních nákladů (bez osvobození od daně) NrE85b:
NrE85b=1590⋅cenaE85b[Kč ]127⋅cenaBA95N=1590⋅35,34127⋅28,27=59780,3 Kč /rok (35) Výpočet ročních finančních nákladů (osvobozen od daně) NrE85o:
NrE85o=1590⋅cenaE85o[Kč ]127⋅cenaBA95N=1590⋅23,35127⋅28,27=40716,9 Kč /rok (36) V tabulce 5.4 jsou uvedeny jednotlivé provozy a jejich finanční náklady při ujetí 20000 km/rok.
Tabulka 5.4: Souhrnná tabulka finančních nákladů na provozy vozidla
Text Finanční náklady v [Kč/rok]
Provoz na BA 95 N 33358,6
Provoz na E85 (bez osvobození od daně) 62905,2
Provoz na E85 (osvobození od daně) 41536,1
Provoz na E85 + 10 min provoz na BA 95 automobilů směsným palivem benzin-ethanol (E85), zpracovat projekt úprav původně benzinového vozidlového motoru pro provoz na palivo E85, vyhotovit výkresovou dokumentaci potřebných úprav motoru a stanovit očekávané provozní parametry motoru Škoda Auto 1,2 HTP.
Použití paliva E85 u současných moderních zážehových motorů, je v principu možné. Velkou výhodou je možnost použití sériově vyráběného zážehového motoru, na kterém se provedou pouze minimální úpravy. Jedná se o úpravu palivového příslušenství, přeprogramování řídící jednotky motoru a výměnu vstřikovače.
Vstřikovače mají zvýšený hmotnostní průtok paliva asi 1,4 krát. Tato úprava je nutná vzhledem k nízké výhřevnosti paliva E85. Emise motoru na E85 obsahují CO ve výfukových plynech přibližně stejný nebo mírně nižší, mírně vzroste obsah HC, přičemž mnohonásobně vzroste podíl aldehydů a mírně klesne obsah NOx . [21]
V diplomové práci byly určeny vstupní parametry z vnější otáčkové charakteristiky tříválcového motoru Škoda Auto 1.2 HTP, které byly naměřeny v laboratoři katedry vozidel a motorů TUL. Pro oba termodynamické oběhy byly zachovány stejné vstupní podmínky plnění oběhů, dle naměřené vnější otáčkové charakteristiky. Vstupní parametry byly zadány do programu Tlak-macro
optimalizovány a vypočteny. Výsledky mi porovnaly oběhy na benzin BA 95 N a E85.
Z těchto výsledků vyplynulo, že oběhy se od liší cca 2 %.
Dále jsem se zabýval ekonomickým hodnocením a kalkulací nákladů na spotřebu paliva pro pět různých kombinací provozu. Ceny stanovené pro jednotlivá paliva ovlivnily roční náklady na provoz. V tabulce 5.4 jsou uvedeny výsledky ročních nákladů jednotlivých provozů při ujetí 20000 km. Při porovnání ekonomických nákladů na jednotlivé provozy, vychází benzinový provoz výhodněji.
Součástí této práce je také konstrukce a návrh zástavby benzinové palivové nádrže. Konstrukci nové benzinové nádrže se věnuji podrobně. Řeším zástavbu všech benzinových palivových komponent do nádrže, vedení paliva, plnění nádrže, odvětrání nádrže. Konstrukce palivové nádrže je provedena bez výkresové dokumentace vozidla, kterou mi ŠKODA Auto a.s. neposkytla. Na zjednodušeném modelu nádrže byla provedena simulace hydraulické zkoušky dle EHK 34 v programu ProMechanica metodou konečných prvků (MKP). V analýze MKP byla nádrž zatížena vnitřním přetlakem 0,3 baru. Zadaný přetlak nádrž neporušil, došlo pouze k trvalé deformaci, což vyhovuje předpisu EHK 34 o hydraulické zkoužce viz. příloha P5. Výsledky analýzy MKP příloha P1.
Dále jsem se zabýval úpravou a konstrukcí pístu. Úpravou pístu jsem docílil zvýšení kompresního poměru motoru 12:1. Zvýšení kompresního poměru se projeví mírným nárůstem výkonu motoru. Konstrukce a úprava pístu je provedena dle dokumentace pístu získané ze Škoda Auto a.s..
K většímu rozšíření spalovacích motorů na E85 by významně prospěla:
a) změna státní politiky v oblasti využívání alternativních paliv (daňové úlevy uživatelům, dotace)
b) výroba takto upravených motorů
c) zvětšení distribuční sítě čerpacích stanic s prodejem paliva E85.
[4] Seznam použité literatury
[1] Informace získané prostředníctvím www.wikipedia.cz
[2] Bouška, M.: Motory provozované na ethylalkoholová paliva (Diplomová práce), TUL Liberec 2004
[3] Matějovský, V.: Automobilová paliva, Grada Publishing, a.s , Praha, ISBN 80-247-0350-5. 2005
[4] Třebický, V.: Technické možnosti využítí paliv na bázi etanolu pro dopravní účely, Ústav paliv a maziv, a.s., Praha [5] ČSN 65 6511.: Kvasný líh denaturovaný, určený k použití do
automobilových benzinů - Technické požadavky a metody zkoušení.
Český normalizační institut 2004
[6] ČSN EN 15 376.: Ethanol jako složka automobilových benzinů - Technické požadavky a metody zkoušení. Český normalizační
institut 2008
[7] ČSN 656512.: Ethanol E85 - Technické požadavky a metody zkoušení, Český normalizační institut 2006
[8] Kadedra agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů,Vysoká škola zemědělská.: Alternativní a substituční paliva pro spalovací motory.
http://max.af.czu.cz/~miki/biodiesel/files/altera-benzin.pdf
[9] ČSN 09 0022.: Spalovací motory. Názvosloví pístových spalovacích motorů. Druhy motorů. Český normalizační institut 1973
[10] Bosch automobilová technika.: www.bosch.com.br
[11] Ferenc B.: Spalovací motory karburátory a vsřikovací paliva, ISBN 80-251-0207-6
[12] Červinka, O.: Pohonné jednotky I. Díl (Skripta). VŠST Liberec 1985
[13] ČSN 09 0029.: Označování pořadí zapalování pístových spalovacích motorů. Český normalizační institut 1993
[14] Kožoušek, J.: Výpočet a konstrukce spalovacích motorů 1, SNTL,1978
[15] Vysoká škola chemicko-technologická.:Technicko–ekonomická analýza vhodných alternativních paliv, www.mdcr.cz/
[16] Daniel, Š.: Spalovací motory a jejich vliv na životní prostředí (Ročníková práce), Univerzita Pardubice 2001
[17] Software ETKA 7.: Program konstrukčních a náhradních dílů automobilů koncernu VW
[18] Laboratorní cvičení z předmětu Vozidlové motory.: www.kvm.tul.cz
[19] Laurin, J.: Uplatnění biopaliv k pohonu vozidlových motorů,
Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka II Technická univerzita v Liberci,
http://www3.fs.cvut.cz/web/fileadmin/documents/12241-BOZEK/publikace/2007/2007_015_01.pdf
[20] Delong, D.: První automobil se zážehovým motorem na
flexibilní palivo E85 v České republice. Budoucnost nebo slepá ulička.
In Motorová biopaliva a směsná paliva – současnost a perspektivy, Česká zemědělská univerzita, Technická fakulta, Katedra
technologických zařízení staveb (ČZU – TF KTZS), 2006. s. 103-105.
ISBN 80- 86884-13-9.
[21] Varde, K.: Kontrol of Exhaust Emissions from Small Engine Using E10 and E85 Fuels. University of Michigan – Dearborn, 2002.
[22] Kučera, T.: Palivová soustava pro pohon vozu Škoda Romster CNG, (Diplomová práce), TUL Liberec 2009
TECHNICKÁ UNIVERZITA LIBEREC Fakulta strojní
Katedra vozidel a strojů
PŘÍLOHY
Seznam příloh
P1...Výsledky výpočtu MKP hydraulické zkoušky nádrže P2... Model přídavné benzinové nádrže
P3... Model benzinové nádrže se zastavěným příslušenstvím P4... Materiál benzinové nádrže
P5... Výběr z normy EHK 34
P6... Modely pístu motoru 1.2 HTP/40 kW Škoda Auto a.s.
P7... Grafy tlaku a teploty ve válci motoru P8... Graf efektivního tlaku oběhů
P9... Graf výkonové a momentové křivky oběhů P10... Graf dávky paliva na jeden cykl
Výkresová dokumentace
BENZINOVA_NADRZ č.v. KVM-DP-548-00, NADOBA č.v. KVM-DP-548-01, CELO_NADOBY_1 č.v. KVM-DP-548-02, CELO_NADOBY_2 č.v. KVM-DP-548-03, DRZAK_FILTRU č.v. KVM-DP-548-05, KONZOLE_DRZAK č.v. KVM-DP-548-06, PLNICI_ODVZDUSNENI č.v. KVM-DP-548-07, PLNICI_PRIRUBA č.v. KVM-DP-548-08,
PIST 1.2 l 2V KOMPRESNI POMER 12:1 č.v. KVM-DP-548-01A.
Příloha P1
Výsledky výpočtu MKP hydraulické zkoušky nádrže Hydraulická zkouška nádrže:
Dle předpisu EHK 34 musí nádrž vydržet dvojnásobný pracovní tlak minimálně však 0,3 bar. Během hydraulické zkoušky se nesmí objevit trhlina ani z ní nesmí unikat palivo do okolí, může se však projevit trvalá deformace.
Výsledek analýzy provedené v programu Pro Engineer/ProMechanica:
Konstrukce nádrže pro analýzu je zjednodušena, vzhledem k náročnosti výpočtu.
Nádrž je kontrolována pouze jako samostatná nádoba s konzolovými držáky na kterých je uchycena bez zastavěného příslušenství a dalších komponent.
Zatížení nádrže vnitřním přetlakem 0,3 bar – napětí, maximum:
Zatížení nádrže vnitřním přetlakem 0,3 bar – napětí:
Zatížení nádrže vnitřním přetlakem 0,3 bar – posunutí:
Závěr analýzy MKP
V analýze MKP zatěžuji nádrž vnitřním přetlakem 0,3 bar. Podle simulace hydraulické zkoušky v programu ProMechanica je maximální napětí 254 MPa. Maximální reálné hodnoty napětí nádrže se pohybují okolo 200 MPa. Stěna nádrže po zatížení přetlakem 0,3 MPa, prokazuje maximální posunutí 0,46 mm. Hodnoty napětí a posunutí z analýzy MKP je možné považovat za vyhovující, vzhledem k použitému materiálu, který
Příloha 2
Model přídavné benzinové nádrže
Řez benzinové nádrže
Příloha P3
Model benzinové nádrže se zastavěným příslušenstvím
Upevnění gravitačního ventilia vedení odvětrávání
Upevnění čerpadla a vedení paliva ke gravitačnímu ventilu a zpět
Napojení plnícího hrdla na nádrž a vedení odvětrání
Příloha P4
Materiál benzinové nádrže
Nerezová ocel číslo materiálu 1.4307, odpovídá české normě ČSN 17 287, odpovídá EN ISO X2CrNi18-9.
Informace o materiálu z www.ferona.cz
další vlastnosti o materiálu www.valbrunanordic.se
Příloha P5
Výběr z normy EHK 34
EHK 34 – Jednotná ustanovení pro homologaci vozidel z hlediska nebezpečí požáru Požadavky na nádrže pro kapalná paliva
− Nádrže musí být vyrobeny tak, aby odolávaly korozi.
− Nádrže vybavené vším příslušenstvím, které je k nim normálně namontováno, musí vyhovět zkouškám těsnosti provedeným při relativním vnitřním přetlaku, který je dvojnásobný pracovnímu tlaku, v žádném případě však při přetlaku nižším než 0,3 baru. Vozidlové nádrže vyrobené z plastových materiálů jsou považovány za vyhovující, jestliže byly podrobeny zkoušce popsané výše.
− Přetlak, nebo tlak přesahující tlak pracovní, musí být automaticky kompenzován vhodným zařízením (odvětrávacími otvory, pojistnými ventily atd.).
− Odvětrávací otvory musí být konstruovány způsobem, který brání jakémukoliv nebezpečí požáru. Zejména nesmí být možné, aby při plnění nádrže (nádrží) mohlo dojít k únikům paliva na výfukový systém. Unikající palivo musí být sváděno na zem.
− Nádrž (nádrže) nesmějí být umístěny nebo tvarovány tak, aby vytvářely povrchovou plochu (podlahu, stěnu, přepážku) prostoru pro cestující nebo jiného prostoru s ním spojeného.
− Prostor pro cestující musí být od nádrže (nádrží) oddělen přepážkou. V přepážce mohou být otvory (např. pro vedení kabelu), za předpokladu, že jsou upraveny tak, aby palivo nemohlo volně téci z nádrže (nádrží) do prostoru pro cestující nebo do jiného prostoru s ním spojeného při podmínkách normálního užití.
− Každá nádrž musí být bezpečně upevněna a umístěna tak, aby bylo zajištěno, že palivo unikající z nádrže nebo jejího příslušenství vyteče na zem a ne do prostoru pro cestující při podmínkách normálního užití.
− Plnící otvor nesmí být umístěn v prostoru pro cestující, v zavazadlovém prostoru nebo v motorovém prostoru.
− Palivo nesmí unikat víčkem nádrže ani zařízením pro kompenzaci přetlaku při
ověřen zkouškou.
− Víčko plnícího hrdla nádrže musí být upevněno k plnícímu otvoru. Tyto požadavky budou považovány za splněné, jestliže jsou provedena opatření k zamezení úniku odpařovaných emisí a úniku paliva způsobeného ztrátou víčka palivového hrdla.
To muže být dosaženo jednou z následujících možností:
● neodnímatelné víčko palivového hrdla automaticky otvírané a uzavírané,
● konstrukční opatření k zamezení úniku odpařovaných emisí a úniku paliva v případě ztráty víčka palivového hrdla,
● jakékoliv jiné opatření, které má stejný účinek. Příklady mohou zahrnovat, ne však bez omezení, přivázané víčko nádrže, víčko nádrže na řetízku nebo použití stejného klíče pro víčko plnícího hrdla a pro zapalování. V takovém případě může být klíč z víčka plnícího hrdla odejmut jen v případě jeho zamčení. Užití přivázaného víčka nádrže nebo víčka nádrže na řetízku není však dostačující u vozidel jiných kategorií než M1 a N1.
− Těsnění mezi víčkem a plnícím otvorem musí být na svém místě bezpečně zadrženo. Víčko musí být při uzavření bezpečně blokováno proti těsnění a plnícímu otvoru.
− Nádrže musí být montovány takovým způsobem, aby byly chráněny před následky čelního a zadního nárazu na vozidlo, v blízkosti nádrže nesmějí být žádné vyčnívající
části, ostré hrany atd.
− Palivová nádrž a její doplňkové části musí být konstruovány a namontovány na vozidle takovým způsobem, aby bylo vyloučeno jakékoliv riziko vznícení způsobené statickou elektřinou. Je-li to nezbytné, musí být učiněno(a) opatření pro odstranění náboje.
− Palivová (Palivové) nádrž (nádrže) musí být vyrobena (vyrobeny) z ohnivzdorného kovového materiálu. Může (Mohou) být vyrobena (vyrobeny) z plastového materiálu za předpokladu splnění všech výše uvedených požadavků.
Zkoušky nádrží pro kapalná paliva Hydraulická zkouška
Nádrž musí být podrobena zkoušce s hydraulickým vnitřním tlakem, která musí být provedena na samostatné nádrži s veškerým příslušenstvím. Nádrž musí být zcela naplněna nehořlavou kapalinou (např. vodou). Po uzavření všech vývodů je přes spojovací potrubí, kterým je palivo dodáváno k motoru, postupně zvyšován tlak v nádrži až na relativní vnitřní tlak, který je dvojnásobný vzhledem k pracovnímu tlaku a v žádném případě na tlak nižší než přetlak 0,3 bar, který musí být udržován po dobu jedné minuty. Během této zkoušky nesmí nádrž prasknout ani z ní nesmí unikat palivo, může se však projevit trvalá deformace.
Zkouška obrácením nádrže
Nádrž s veškerým příslušenstvím je namontována do zkušebního přípravku způsobem, který odpovídá jejímu umístění na vozidle, pro něž je určena. To se také týká systému pro kompenzaci vnitřního přetlaku. Zkušební přípravek se otáčí kolem osy, která je rovnoběžná s podélnou osou vozidla. Zkouška se provádí s nádrží naplněnou do 90 % svého objemu a také 30 % svého objemu nehořlavou kapalinou o hustotě a viskozitě blízké hodnotám, které má běžně užívané palivo (muže být použita voda). Nádrž se musí otočit ze své základní polohy o 90° doprava. V této poloze musí nádrž zůstat nejméně pět minut.
Potom se nádrž musí otočit o dalších 90° ve stejném směru. V této poloze, kdy je úplně obrácena, musí nádrž zůstat nejméně dalších pět minut. Nádrž se musí otočit zpět do své původní polohy. Zkušební kapalina, která nepřetekla z odvzdušňovacího systému zpět do nádrže, musí být odsáta a pokud je to nezbytné, doplněna. Nádrž se musí otočit o 90° v opačném směru a v této poloze je ponechána nejméně pět minut. Ve stejném směru se musí nádrž otočit o dalších 90°. V poloze, kdy je nádrž úplně obrácena, je ponechána nejméně pět minut. Poté se musí otočit zpět do výchozí polohy. Doba pro každé po sobě následující pootočení o 90° musí být v časovém intervalu od 1 do 3 minut.
Příloha P6
Modely pístu motoru 1.2 HTP/40 kW Škoda Auto a.s.
Model seriového pístu motoru 1.2 HTP/40 kW pro kompresní poměr 10,3:1
Tvar nálitku na pístu pro motor 1.2 HTP/40 kW
Příloha P7
Grafy tlaku a teploty ve válci motoru
Obrázek: Tlak a teplota ve válci BA 95 N - nj=2000 ot/min
Obrázek: Tlak a teplota ve válci BA 95 N - nj=3000 ot/min
Příloha P8
Graf efektivního tlaku oběhů
Příloha P9
Graf výkonové a momentové křivky oběhů
Příloha P10
Graf dávky paliva na jeden cykl