Belső égésű motorok üzemanyag adalékolása

Átírás

1 ÓBUDAI EGYETEM Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Belső égésű motorok üzemanyag adalékolása Hallgató neve: Virág Ádám Hallgató törzskönyvi száma: /FI38878/B

2 Tartalomjegyzék 1. BEVEZETÉS ELMÉLETI HÁTTÉR Belső égésű motorok működése Üzemanyagok Oktánszám Cetánszám Ottó motor működése Dízelmotorok működése Motorokban lejátszódó égési folyamatok Kipufogógáz összetevőinek jellemzése Egyéb környezetre káros hatások: Emissziós normák Emisszió csökkentése ADALÉKOK Antioxidáns adalékok Lerakódásgátló adalékok Korróziógátló adalékok Füstcsökkentő adalékok KERESKEDELMI FORGALOMBAN KAPHATÓ ADALÉKOK Tesztelésre kiválasztott adalék A kiválasztott adalék tulajdonságai Adalék összetétele KÉMIAI HÁTTÉR Szénhidrogének Szénhidrogének égéshője Izolakánok Tökéletlen égés-dízel füst... 38

3 6. MÉRÉSEK Tesztelt autók jellemzői Dízel füstölés mérési elve Füstölés mérőszámai Nissan NV 200 mérése Mért adatok összehasonlítása Fogyasztási adatok (gazdaságosság) Opel f Astra mérése Mért adatok összehasonlítása Fogyasztási adatok (gazdaságosság) Eredmények kiértékelése ÖSSZEFOGLALÁS IRODALOMJEGYZÉK Hivatkozások A szakdolgozat tudásanyagát szolgáltató egyéb irodalmak CSATOLT DOKUMENTUMOK... 60

4 Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretnék köszönetet mondani mindazoknak, akik segítséget nyújtottak szakdolgozatom létrejöttéhez. Külön szeretném megköszönni Tóth János úrnak, a Prowerdose Kutató Fejlesztő és Kereskedelmi Kft ügyvezetőjének segítségét, aki rendelkezésemre bocsátotta az általuk fejlesztett üzemanyag adalékot, melynek hatásait vizsgáltam szakdolgozatomban. Köszönöm továbbá a Kék Szerviz munkatársainak segítségét, akik lehetővé tették, környezetvédelmi méréseim szakszerű elvégzését. Végül szeretnék köszönetet mondani Dr. Szakács Tamás úr egyetemi adjunktusnak, konzulens tanáromnak, a szakdolgozatom írása alatt nyújtott folyamatos segítségéért.

5 5 1. BEVEZETÉS 1.ábra: 1920-as évek budapesti életkép forrás[1] A fentebb látható kép (1.ábra) az 1920-as évek elején az Andrássy úton készült. Kicsit talán hihetetlen, de akkoriban mindössze 6000 gépjármű koptatta a magyarországi úthálózatot. Ez a szám 2011-re 3,6 millióra nőt. Ahogy nőtt az autók száma, ezzel arányosan nőtt az általuk kibocsátott károsanyagok mennyisége is. Főként a nagyvárosokban élők szenvedik el ennek káros hatásait, hiszen itt viszonylag kis területen aránylag sok gépjármű közlekedik nap mint nap. Az 1900-as évek elején ismeretlennek számító szmog kifejezés sajnos napjainkra mindennapi problémává

6 6 nőtte ki magát, nem csak országunk fővárosában, hanem a világ szinte minden nagyvárosában. Napjainkban a utakon közlekedő járművek jelentős részét adják a légszennyezésnek. A CO, CO 2, SO 2, NO x és szilárd részecskék (korom) mind erős szennyező hatással vannak földünk levegőjére és ezáltal ránk, emberekre is. Mi sem bizonyítja jobban ezeket a tényeket, mint a növekvő légúti megbetegedések száma az elmúlt években (allergia, tüdőasztma). Az autók felelősek a városi porkibocsátás több mint 50%-ért is valamint a lokális savas esőkért is. Mivel Budapesten jó 30 évvel később vált általánossá az autózás, így az általa hordozott problémák is csak ennyi idővel később jelentek meg nálunk. Tőlünk nyugatabbra igen sok lépés megtételével próbálják visszaszorítani a belvárosok autóterhelését; dinamikus tömegközlekedés kiépítésével (főként a kötött pályás közlekedés kerül előtérbe, hiszen a villamos árammal működő járművek gazdaságosabban üzemeltethetőek és emissziójuk nem koncentráltan a város levegőjét szennyezi), útdíjak-dugódíjak bevezetésével próbálják rávenni/rákényszeríteni az embereket autójuk otthonhagyására. Hiába a radikális lépések és a növekvő üzemanyagárak, még ezen többletköltségek ellenére is sokan továbbra is a közlekedés ilyen formáját választják. Bár a magán autózásnak rengeteg alternatívája létezik, ezek igen költséges megoldásoknak bizonyulnak, vagy még fejlesztési stádiumban vannak. A teljesen villamos meghajtású autók elterjedése még nagyon messze van. Hatalmas gyártási költségeik miatt még távol állnak a szériaérettségtől, hiszen csak egy mindenki által megfizethető közlekedési forma jelenthet alternatívát, és csökkentheti a közúti közlekedés emisszióját. A tisztán elektromos autók emissziója térben és időben máshol képződik, és a kibocsátás mértéke lényegesebben kisebb, mint belső égésű motoros társaiké. Az egyik igen hatásos és sorozatgyártásban létező alternatíva a hibrid autó. Bár ennek az ára is lényegesen több mint hagyományos testvéreié, de a belső égésű és a villanymotor párosítása igen jónak bizonyul, hiszen a hibridek CO 2 kibocsátása már a 100g/km-es határ alatt jár.

7 7 Természetesen itt is vannak hátrányok, hibrid autó vásárlását csak azoknak ajánlják, akik szinte csak városban közlekednek, hiszen az autóban dolgozó villanymotor csak az indulás pillanatában segíti az autót gyorsítani (pl.: Toyota Prius). Az egyik legmegfizethetőbb és ezáltal legelterjedtebb alternatíva a gáz hajtású autó. Legnagyobb előnye, hogy ez esetben nem kell új járművet vásárolnunk hanem már meglévő autónkat is átalakíthatjuk. Egy magyar átlag autós egy év alatt megspórolhatja új üzemanyagával az átépítés költségét, a drasztikus károsanyag-kibocsátás csökkenésről nem is beszélve. Akár közvetlenül az autógyáraktól is vásárolhatunk ilyen modelleket (CNG, LPG), hiszen nekik is érdekük, vagyis inkább kötelezettségük megfelelni bizonyos környezetvédelmi elvárásoknak. Az autógyárak kínálatában már évek óta szerepelnek úgynevezett takarékos (blue) modellek, melyeknek koncepciója általában egy közepes lökettérfogatú, nem túl nagy fajlagos teljesítményű, feltöltött (kihegyezett) dízelmotoron alapszik, melyet egy hosszú sebességi fokozatokkal ellátott váltómű kapcsol a hajtáslánchoz. A fogyasztás további csökkentését alacsony gördülési ellenállású abroncs és a kisebb légellenállású karosszéria igyekszik drága felár ellenében csökkenteni. A legjárhatóbb út pont az lenne, hogy már üzemelő benzin és gázolaj hajtotta autóinkkal kezdjünk valamit minimális költségráfordítás mellett, hiszen valljuk be, még ha lennének is olcsó alternatívák, lehetetlen lenne egyszerre több millió autó ilyenekre cserélése. Üzemanyag adalék? Gépjárművünk átalakítása nélkül használhatjuk, benzines, dízel és bio etanolos üzem esetén is, egy tanokolás alkalmával az üzemanyag tartályba töltve már el is érhetjük a kívánt hatást. De mit ígérnek nekünk ezek az adalékok és hogyan működnek?

8 8 Fogyasztás csökkenést, károsanyag-kibocsátás csökkenést, motor élettartam és teljesítmény növekedést várhatunk. Hatásait tekintve az adalék a motor működése közben lejátszódó égési folyamatokat igyekszik eltolni a tökéletes égés irányába. Így csökkenti a káros CO kibocsátást, növeli az égési hőmérsékletet melynek következtében az égéstérbe befecskendezett üzemanyag-levegő keverék maradéktalanul elég. Ezáltal jobban hasznosul az autónkat működtető üzemanyag, melynek következtében abból kevesebbre van szükség. Az adalék mint egy katalizátor segíti elő a kémia folyamatok végbemenetelét, növeli az üzemanyag oxigén affinitását elősegítve a tökéletes égést. Az adalékok második fontos tulajdonsága a jobb porlasztási tulajdonság eredményezése, ezért a tüzelőanyag befecskendezésekor egy sokkal homogénebb üzemanyag-levegő keverék előállítása lehetséges, tovább segítve az égéstérben lévő teljes keverék elégetését. A növelt égési hőmérséklet és csökkentett korom kibocsátás következtében tisztul a motor, az adalék segít eltávolítani a már lerakódott szennyeződéseket például a dugattyún megjelenő kokszosodást. Szakdolgozatom és a benne elvégzett mérések célja megvizsgálni azt, hogy az adalékolással történő emisszió csökkentés útja mennyire járható és milyen eredményeket érhetünk el vele. Górcső alá veszem egy benzin- és gázolajüzemű autó esetében az ígért és létrejött változásokat. Gazdaságossági számításokat végzek az ezzel megtakarítható költségre vonatkozólag, megvizsgálom, hogy fővárosunk levegőminősége mennyire változna, ha az autók túlnyomó többsége élne az üzemanyag adalékolás adta károsanyag-kibocsátás csökkenéssel.

9 9 2. ELMÉLETI HÁTTÉR Az első és legfontosabb dolog annak érdekében, hogy a későbbiekben jó következtetéseket vonhassunk le a károsanyag-kibocsátással kapcsolatban az, hogy ismerjük a belső égésű motorok működését, a működés közben lejátszódó égési folyamatokat, illetve a károsanyagok százalékos megoszlását a kipufogógázban, benzinés gázolajüzem esetében. Valamint nagyon fontos beszélnünk az egyes károsanyagok élettani és környezetre gyakorolt hatásáról. 2.1 Belső égésű motorok működése A belső égésű motorok működése közben kémiai energiát alakítanak át mozgási energiává. A kémiai energiát a tüzelőanyagok hordozzák, melyek esetünkben folyékonyak (benzin, gázolaj), de lehetnek gáz (propán-bután) és szilárd halmazállapotúak is (faszéngenerátor). A tüzelőanyag elégetésekor hőenergiát állítunk elő amelyet a munkaközeggel közlük. A munkaközeg lehet maga a gáz halmazállapotú égéstermék vagy valamilyen más anyag is, például víz vagy levegő. Utóbbi esetben külső égésű motorról beszélünk. Mindkét esetben gáznemű a munkaközegünk. Attól függően, hogy a munkaközeg nyomását vagy mozgási energiáját hasznosítjuk, beszélhetünk aerosztatikus (térfogatkiszorításos) és aerodinamikus erőgépekről. A fent említett motor fajták közül a legelterjedtebbek az aerosztatikus belső égésű motorok, melyek a közforgalomban megtalálható gépjárművek túlnyomó részét hajtják, melyeket folyékony halmazállapotú energiahordozóval, benzinnel vagy dízel tüzelőanyaggal tankolunk.

10 10 Mielőtt rátérnék a motorok további működésére, szükséges az őket hajtó tüzelőanyag tulajdonságairól és azok előállításáról beszélni. 2.2 Üzemanyagok Ki ne ismerné az üzemanyagok alapjául szolgáló kőolajat, hiszen napjaink híreiben folyamatosan hallhatunk a vele kapcsolatos bányászati nehézségekről, a fogyó készletekről és az ezek hatására bekövetkező árfolyamemelkedésekről. A fogyó készletek kényszerítik rá az embert, hogy egyre extrémebb helyekről próbáljon kőolajat kinyerni, ami az olaj árának folyamatos emelkedését eredményezi. A kőolaj bányászatának nehézségét magyarázza, hogy évmilliókkal ezelőtt elhalt állatok és növényekből keletkezett és keletkezik még most is; tehát a föld mélyebb rétegeiben található. A kőolaj igen sokféle szénhidrogénből áll, azonban nem minden összetevője használható fel benzin vagy dízel tüzelőanyag előállításához. A kőolajat ezért finomító eljárások során megfelelően elő kell készíteni. Kétféle módszer közül választhatunk. Desztillálás: forráspont alapján történő szétválasztást jelent, a kőolajt 400 C-on gőzzé alakítják, majd szakaszos lehűtéssel szétválasztják a különböző alkotórészeket, ezt a folyamatot frakcionális desztillációnak nevezik. Krakkolás (reformálás): a rendelkezésre álló komponensekből új szénhidrogének keletkeznek természetesen új tulajdonságokkal.

11 11 A következő táblázat (2.ábra) segítségével áttekinthetjük a hagyományos láncú és gyűrűs szerkezetű, különböző szénatomszámú szénhidrogéneket. 2.ábra: Üzemanyagot felépítő fontosabb szénhidrogének forrás : [2] A C 3 -C 4 széntartalmú gáz halmazállapotú szénhidrogéneket (propán, bután) autózásban is sokat használják, gáz üzemű autók hajtására. C 5 -C 10 széntartalmú szénhidrogének a benzin alkotói. C 11 -C 12 széntartalmú szénhidrogénekből világító olajat, pertóleumot és kerozint állítanak elő. C 13 -C 16 széntartalmú szénhidrogéneket pedig a gázolaj, dízelolaj előállítására használják fel.

12 12 A benzin és dízel olajjal kapcsolatban mindig felmerül egy tulajdonság, bár mind a két esetben ellentétes a követelmény. Ez a tulajdonság a kompressziótűrés. Benzin üzemű autóknál a kompressziótűrés növelése a cél, hiszen egyes autók nagyobb kompresszióval üzemelnek más társaiknál. A kompressziótűrés növelésével igyekszünk elkerülni a nyomás hatására idő előtt bekövetkező öngyulladást, köznapi nyelven ezt a folyamatot kopogásnak nevezzük. Dízel üzemű autóknál pont ellenkező hatást szeretnénk elérni. Itt csökkenteni szeretnénk a kompressziótűrést. Egy termikusan instabil állapot elérése a cél, hiszen ezekben az autókban nincsenek gyújtógyertyák, maga a létrehozott kompresszió gyújtja be a befecskendezett üzemanyagot Oktánszám Benzin üzem esetén az oktánszám, dízel üzemnél a cetánszám ad tájékoztatást az üzemanyag kompressziótűréséről. Az oktánszám megmutatja, hogy az adott benzin kompressziótűrése hány V/V% izooktán tartalmú izooktán-heptán elegy kompresszió-tűrésével egyezik meg. Tehát a 95-ös benzin kompresszió-tűrése egyenlő 95V/V% izooktán és 5V/V% normál heptán tartalmú szénhidrogén elegyével Cetánszám A cetán (más néven normál hexadekán) öngyulladási tulajdonsága a legkedvezőbb, ez jelenti a skálánk 100-as értékét, míg a nulla pontnak a legkisebb öngyulladási hajlamú α-metil-naftalint választották.

13 13 A cetánszám tehát azt mutatja meg, hogy az adott dízelolaj öngyulladó-képessége hány százalék cetán alfa-metil-naftalin elegy öngyulladó képességével egyenlő. 2.3 Ottó motor működése A következőkben (3.ábra) egy szívócső-befecskendezésű négyütemű benzin motor működését fogom bemutatni, valamint a b munka ütem végén lejátszódó égési folyamatokat. 3. ábra: Benzin motor működési ütemei forrás : [3] 1. ütem : Szívóütem (a) A felső holdponti helyzetből (FHP) kiindulva a dugattyú (8) megnöveli az égéstér térfogatát (7). Ezáltal a vezérműtengely által működtetett szívószelepen (5) keresztül beáramlik az üzemanyag-levegő keverék.

14 14 2.ütem : Sűrítési ütem (b) Mind a szívó oldali (5) mind a kipufogó oldali (6) szelepek zárva vannak. A dugattyú az alsó holtpontból (AHP) elindul a felső holtpont felé (közvetlen befecskendezésű rendszerek esetén a tüzelőanyag csak a sűrítési ütem vége felé kerül befecskendezésre). 3.ütem : Munkaütem (c) Mielőtt a dugattyú eléri az FHP-t a gyújtógyertya (2) egy meghatározott időpontban (szöghelyzetben) begyújtja a levegő üzemanyag keveréket. Miközben a keverék teljes egészében elég, a dugattyú elhagyja a felső holtponti helyzetet. A keverék elégése közben létrejövő égési hő megnöveli a nyomást, amely az AHP felé mozgatja a dugattyút. Ezalatt az ütem alatt is zárva tartanak a gázcserélő szelepek. 4.ütem : Kipufogó ütem Nem sokkal az AHP elérése előtt nyit a kipufogó szelep (6). Az AHP elérése után a dugattyú visszaindul az FHP irányába és a nyitott kipufogó szelepen keresztül kilöki a nyomás hatására még nem távozott gázokat. 2.4 Dízelmotorok működése Dízel üzemű motorok (4.ábra) is ugyanilyen felosztású munkaütemekkel rendelkeznek. Működésük nem sokban tér el egymástól, egy igen fontos dolgot kivéve: dízeles motorok kompresszió gyújtással működnek. Itt nincs szükség külön gyújtógyertyára, az AHP-ból az FHT-ba mozgó dugattyú komprimálta közegbe befecskendezett gázolaj a nyomás hatására begyullad.

15 15 4.ábra: Dízelmotor működési ütemei forrás: [4] A lejátszódó égési folyamatok is igen hasonlóak. A különböző összetételű üzemanyagból következően kipufogógázaik összetétele is különböző lesz. 2.5 Motorokban lejátszódó égési folyamatok A jármű károsanyag-kibocsátásának szempontjából a legmeghatározóbb folyamat: Ideális esetben a benzin égése a következő módón megy végbe: Tökéletes égés n 1 C x H y + m 1 O 2 n 2 H 2 O + m 2 CO 2 Szénhidrogén oxigénnel való egyesülése közben víz és szén-dioxid végterméket ad.

16 16 Az ideális eset azonban csak elméleti szinten létezik, a valóságban szinte soha nem játszódik le. Nem ideális esetben a benzin égése a következő módon megy végbe: Tökéletlen égés n 1 C x H y +m 1 O 2 CO 2 +CO+NO x +HC+O 2 +H 2 +N 2 Az üzemanyag nem tökéletes égése közben a igen sok alkotós összetétel miatt (szénhidrogének, víz, szennyező anyagok, adalékok) több mit 80 féle végtermék keletkezik. Azonban csak a fenti egyenletben lévő alkotókkal érdemes foglalkozni káros hatásuk, és nagy százalékos jelenlétük miatt.

17 17 5.ábra:Károsanyag-kibocsátás százalékos megoszlása forrás:[5] A fenti ábra (5.ábra) megmutatja a ʎ=1értéknél a kipufogógáz százalékos összetételét. Ha a ʎ=1 akkor a benzin-levegő keverési tömegaránya megfelel a sztöchiometrikus (1:14,7), a kémiai egyenlet egyensúlyának megfelelő keverési aránynak. Ha ʎ >1szegény, ʎ <1 dús keverékről beszélünk.

18 Kipufogógáz összetevőinek jellemzése Víz (H 2 O) A benzinben található kötött hidrogén elégetése során víz keletkezik, melynek egy része gőzként távozik a többi gázzal együtt, másik része kondenzálódik. Szén-dioxid (CO 2 ) A benzinben található szén tökéletes elégése során keletkezik. Nem sorolandó a káros összetevők közé, annak ellenére, hogy nagy szerepe van az üvegházhatás kialakulásában. Növények fotoszintézise során felhasználásra kerül és oxigén keletkezik belőle, azonban a növekvő károsanyag-kibocsátás és a csökkenő növényzet miatt már nem fenntartható a CO 2 és O 2 megfelelő aránya. Kibocsátásának nagysága egyesen arányos a tüzelőanyag fogyasztás nagyságával. Nitrogén (N 2 ) A jármű által beszívott levegő összetétele: (78% N 2, 21% O 2, 1% egyéb gázok) Az égési folyamatban nem vesz részt, azonban a kipufogógáz igen nagy részét alkotja. Szén-monoxid (CO) Szén-monoxid keletkezés dús, levegő-üzemanyag keverék esetén jön létre. A nem elegendő oxigén miatt tökéletlen égés zajlik le. Nem megfelelő üzemanyag-porlasztás esetén inhomogén keverék jön létre, melyben túldúsított részek keletkeznek, melyek nem tudnak tökéletesen elégni.

19 19 Színtelen, szagtalan gáz. Belélegezve igen veszélyes, mivel jobban kötődik a vér hemoglobinjánhoz, mint az oxigén, ezért fulladásos halált okozhat! Szénhidrogének (HC) Levegőhiányos, tökéletlen égés esetén jönnek létre. Nagyon fontos az üzemanyag égéstérbe való juttatásakor a megfelelő porlasztás, hiszen a nem homogén üzemanyag dúsulásai nehezebben, vagy egyáltalán nem gyújthatók be, amely a motor hatásfokának csökkenéséhez és az üzemanyag pazarlásához vezet. A szénhidrogén egy gyűjtő elnevezés, amely a szén és hidrogén által alkotott összes vegyületet jelenti. Egyes fajtái színtelenek, szagtalanok, míg mások szúrós szagúak. Hosszú távon rákkeltő hatásúak az emberi szervezetre nézve. Nitrogén-oxidok (NO x ) Nitrogén és oxigén égéséből keletkeznek. Belső égésű motorban NO és NO 2 keletkezik főként, illetve elenyésző mennyiségben N 2 O, (dinitrogén-oxid) is. A NO színtelen, szagtalan levegőn NO 2 alakul. A NO 2 szúrós szagú, barnás színű, nagy szerepe van a savas esők kialakulásában, illetve irritáló hatással van az emberi nyálkahártyára.

20 20 Kén-dioxid (SO 2 ) Szintén savas esőket előidéző gáz. A kibocsátott kén-dioxid mennyiség az üzemanyag kéntartalmától függ. Mivel a jelenleg forgalmazott üzemanyagok kéntartalma igen alacsony (~10ppm), a kibocsátott kén-dioxid elenyésző százalékát adja a kipufogógázoknak. Szilárd részecskék Főként a dízelmotorok melléktermékeként jelennek meg. Tökéletlen égés során szilárd részecskék keletkeznek, ezek főleg egymáshoz kötődött szénrészecskék, melyek igen nagy felszínnel rendelkeznek. Ezen a felületen el nem égett szénhidrogének és aldehidek rakódnak le. Ezek a szilárd részecskék (korom) a tüdőbe bejutva igen komoly egészségkárosodást okoznak Egyéb környezetre káros hatások: Üvegházhatás: A legismertebb és legnagyobb mértékben hozzájáruló üvegházhatást keltő gáz a CO 2, illetve ide tarozik még a CH 4 és NO 2 is. A nap által kibocsátott rövid hullámhosszú sugarak átjutva a Föld légkörén elnyelődnek a Föld felszínén, és felmelegítik azt. A felmelegedett föld ezt hosszú hullámhosszú hőhullámokként, infravörös sugarakként kibocsátja. Ennek a sugárzásnak egy része az atmoszférából visszaverődik és tovább melegíti a Földet, ezt nevezik természetes üvegházhatásnak. A Földünkön lévő élővilágnak szüksége is van erre, hiszen nélküle csak -18 C-os lenne felszínén az átlaghőmérséklet. Az üvegházhatású gázok az atmoszférában tovább csökkentik a kisugárzás mértékét, nagyobb mértékben melegítve ezzel a Földet.

21 21 Az üvegházhatást okozó folyamatok igen bonyolultak. Egyes elméletek szerint nem csak az ember és az általa az utóbbi 100 évben megnövekedett károsanyag-kibocsátás tehet, hanem a Nap erősödő sugárzása. Mivel a Nap sugárzási tulajdonságait nem tudjuk befolyásolni, mindenképpen csökkenti kell az ember általi káros tényezőket. Szmog: A másik igen ismert káros képződmény. Létrejötte szintén az autózásnak és az általa kibocsátott károsanyagoknak köszönhető, hiszen a zsúfolt városok nagy autóforgalma koncentráltan bocsát ki nagy mennyiségű NO-ot. A kipufogógázok emellett tartalmaznak elégetlen szénhidrogéneket is. A NO UV sugárzás hatására reakcióba lép a levegőben lévő maradék szénhidrogénekkel, ezáltal alkotva az úgynevezett szmogot. A szmog igen kellemetlen, izgató hatással van az emberi nyálkahártyára és a szemre, fokozva az allergia és asztma kialakulását. Füst: Kiváltképp a dízel-motorok működése során keletkezik. Alapvetően három féle füstöt különböztetünk meg: fehéret, kékeset és feketét. A fehéres és kékes füstöt a kondenzálódott víz, az el nem égetett szénhidrogének, valamint az olajok részlegesen oxidálódott alkotói hozzák létre. A fekete füstöt az el nem égetett szénrészecskék alkotják. Ezek felületén megragadó maradék szén-hidrogének és aeroszolok tüdőbe jutása miatt veszélyes. Míg a fehér és kékes füst kibocsátása a motor rendszeres karbantartásával szinte nullára csökkenthető, a fekete füst (korom) kibocsátás segédberendezésekkel (részecske szűrőkkel) redukálható.

22 22 Bár a szilárd részecskék keletkezésének pontos folyamata ismeretlen, annyit azonban tudunk, hogy az üzemanyag termikus krakkolódása és dehidrogénezése szerepet játszik benne. 2.6 Emissziós normák A károsanyag-kibocsátások kordában tartása érdekében Európában az 1990-es évek elején környezetvédelmi előírásokat hoztak létre. Ezek az úgynevezett Euro normák, melyekben meg van adva a gépjármű NO x, CO, CH és a szilárd részecske (PM) kibocsátás maximális kilométerenkénti értéke (g/km vagy g/kwh). Természetesen mindig csak a legutóbbi Euro normának megfelelő gépjárműveket lehet üzembe helyezni! A következő (6.ábra) igen jól szemlélteti az egyes Euro normák közötti csökkenést (%) az adott tényezőre nézve. 6.ábra: Euro károsanyag-kibocsátási normák egymáshoz viszonyítása forrás: [6]

23 23 Az igen nagy mértékű szigorítások betartása érdekében az autógyártó cégeknek az 1990-es évek elejétől a korábban említett környezetvédelmi előírások betartását is szem előtt kellett tartaniuk járműveik tervezése és gyártása során. Ezek az előírások kényszerítették az autógyártókat új irányba történő fejlesztésekre. Ez az új irány a károsanyag-kibocsátást csökkentő motor fejlesztések és segédberendezések, melyeknek fejlesztése folyamatosan zajlik az egyre szigorúbb Euro normák betartása érdekében Emisszió csökkentése Az emisszió csökkentése érdekében alkalmazható változtatások főbb területei feloszthatóak: Motoron belüli változtatásokra: -feltöltő alkalmazása (turbo, kompresszor, motor fajlagos teljesítményének növelése) -kipufogógáz visszavezetés (égési csúcshőmérséklet lerontása, kisebb NO x kibocsátás) -szelepszám, szelepvezérlés (jobb égéstér öblítés elérése) -befecskendezési nyomás -optimális égéstér (homogén keverék kialakulása) -többszörös befecskendezés (kipufogógáz utókezelése) Motoron kívüli változtatásokra (katalizátorok, részecske szűrők alkalmazása) -kipufogógáz adalék nélküli kezelése -kipufogógáz adalékkal való kezelése

24 24 3. ADALÉKOK Mielőtt rátérnénk a kereskedelmi forgalomban kapható, utólag az üzemanyaghoz keverhető adalékokra, nem szabad elfelejtenünk, hogy az üzemanyagok már megvásárláskor tartalmaznak bizonyos adalékokat. Az adalékok az üzemanyagok bizonyos tulajdonságait hivatottak javítani. A továbbiakban az ilyen adalékok teljesség igénye nélküli felsorolását szeretném ismertetni. Pontos felsorolások számosságuk, folyamatos fejlesztésük és a petrolkémiai cégek ilyen irányú titoktartása miatt szinte lehetetlen is lenne Az alábbi adalék típusokat találjuk az üzemanyagokban: antidetonációs, antioxidáns és diszpergeáló adalékok, lerakódásgátlók, korróziógátlók és füstcsökkentő adalékok. Napjaink korszerű, nagy sűrítési viszonnyal és fordulatszámmal működő motorjai kapcsán elsősorban az üzemanyag antidetonációs tulajdonságának javítása az egyik igen fontos cél. A leghatékonyabbnak a szerves ólómvegyületek (ólom-tetraetil, ólomtetrametil), a szerves mangánvegyületek (metil-ciklopenta-dienil-dimetil-trikarboniltetrametil-mangán, pentakarbonil-mangán), szerves vas vegyületek (ferrocén, vaspentakarbonil) és az aromás aminok (N-metil-alinin) bizonyultak. Bár igen hosszú ideg (több mint 70 évig) lehetett ólmozott benzint tankolni a kutakon 1995-ben hazánkban is betiltották. Az ólom nehézfémként igen káros hatással van az emberi szervezetre de kiváltképp az idegrendszerre. A számos emberi megbetegedés mellett felbecsülhetetlen környezeti károkat is okozott az üzemanyag adalékok ezen fajtája. Elsősorban olcsósága miatt választották a kompressziótűrés ilyen módon való növelését, valamint ezzel az eljárással növekedett az üzemanyag kenőképessége is.

25 25 Az ólom szerves vegyületeit először etanolra cserélték le, azonban ez növelte az üzemanyag párolgását és az ebből keletkező szmogterhelést. Ezért etanolból állítottak elő egy úgynevezett etil-tercier-butil-éter (ETBE) nevű vegyületet, mely párolgásra kevésbé volt hajlamos, azonban kompressziótűrése megfelelő volt. Az ETBE mellett adalékként megtalálható még a metil-tercier-butil-éter (MTBE), melyet metanolból állítanak elő, így ezen vegyület előállítása lényegesen költséghatékonyabb. 3.1 Antioxidáns adalékok Antioxidáns adalékok alkalmazására olyan céllal került sor, hogy megakadályozzák a tárolás és felhasználás során az üzemanyagban nem oldódó gyantaszerű anyagok képződését. Ezek az apró oldhatatlan szennyeződések igen hamar eltömíthetik részlegesen vagy teljesen az üzemanyagszűrőket, injektorokat, porlasztókat és a kisebb átfolyási keresztmeszeteket, megszakítva ezzel az üzemanyag szabad áramlását. Tárolás közben a levegő oxigénjének hatására az üzemanyagok oxidálódnak, ezután az oxidáció folyadék fázisba megy át. A paraffin és naftén szénhidrogének majdnem közömbösek az oxigénnel szemben. Az üzemanyag stabilitásának csökkenése a kéntartalmú szerves vegyületeknek, oxigén és nitrogén tartalmú vegyületeknek valamint a telítetlen szerves vegyületeknek köszönhető. Az oxigén heves reakcióba lép a telítetlen oldalláncot tartalmazó szénhidrogénekkel, a reakció termékei alkoholok, karbonilvegyületek, amelyekből gyanták képződhetnek. A képződő savas gyanták pedig gyorsíthatják az oxidációs folyamatokat. Üledékek igen nagy százaléka keletkezik gyanták, aszfaltok és más oxidációs termékek kolloid részecskéinek irreverzibilis összekapcsolódásával, ezt a folyamatot nevezzük koagulációnak.

26 26 A különböző, benzinben nem oldódó részecskék keletkezésének teljes megakadályozása lehetetlen. Ezért fontos, hogy megakadályozzuk az elkerülhetetlenül valamilyen mértékben képződő szilárd részecskék összekapcsolódását, illetve koncentráltan egy helyre való összegyűlésüket (üledék képződést). Kísérletek bebizonyították, hogy az üledékképződést csökkentő adalékanyagoknak tartalmazniuk kell filmképző és diszpergáló tulajdonságú vegyületeket is. (diszpergáció: finom, oldhatatlan szilárd részecskék folyadékban való szétoszlatása). Fontos lehet az üzemanyaggal érintkező részeken való filmszerű bevonat képzése, amely olyan adalékokkal érhető el, amelyeknek nagy a kémiai affinitása az adott fémekre nézve. Üzemanyagban jól oldódó hidrogén-szulfid és ammónia szerves vegyületei alkalmasak erre a célra. Dízel hajtóanyagok vizsgálata során kiderült, hogy a víz és az oxigén hatására felgyorsul az apró szennyező anyagok keletkezésének folyamata. 3.2 Lerakódásgátló adalékok Jellemzően a tökéletlen égési folyamatok során keletkeznek atomos, szilárd szénrészecskék, melyek a dugattyún és más részegységeken lerakódást képeznek, ezt a jelenséget más néven kokszosodásnak nevezik. Ezek a szénjellegű szilárd anyagok a szénhidrogének hőbomlása által jönnek létre. A kokszosodás káros hatásokkal van a motor működésére. A kokszos lerakódás a dugattyú tetején csökkenti az égéstér térfogatát, a csökkenő térfogat pedig növeli a motor kompresszióját. Az apró szénrészecskék bejutva a motorolajba pedig abrazív kopást hoznak létre. A kokszlerakódás képződésének megakadályozásának első lépése az ólom-tetraetil kivonása volt. Az ólom-tetraetil az égés folyamán elbomlik és lerakódva a henger falán és dugattyún elősegíti a koksz további lerakódását.

27 27 A lerakódások mértékének csökkentése a következő módokon lehetséges: a motor üzemi hőmérsékletének megváltoztatásával, az égéstér kialakításának megváltoztatásával, üzemanyag minőségének javításával és lerakódásgátló vegyületek használatával. A lerakódások minimálisra való csökkentésének érdekében az előbb említett módszereket egyszerre alkalmazzák. Lerkódásgátló adalékokként elsősorban olyan anyagokat használnak, melyek katalizálják a munkaütem alatt lejátszódó égési folyamatokat, az égési folyamatot a tökéletes égés irányába tolják el, melynek során kevesebb szilárd szénrészecske keletkezik. Alkalmaznak más adalékokat is, mint például diszpergáló és felületaktív, mosó hatású anyagokat. Ezek elősegítik a már lerakódott anyagok fellazítását és az égéstérből való kijutását. Lerakódások csökkentésére elsősorban foszfor- és bór vegyületeket alkalmaznak. Egy másik, igen fontos lerakódás képződő hely a dugattyú hornyok környéke. Az itt keletkező túlzott lerakódás miatt a dugattyú gyűrűk nem tudnak belesimulni a horonyba, és besülést eredményezhetnek. Ennek elkerülése érdekében alumínium-dialkil-difoszfát és illékony szénhidrogének megfelelő arányú oldatát használják adalékként. 3.3 Korróziógátló adalékok Hosszú tárolás során csökken az üzemanyag stabilitása és megnő a korróziós hatása, ezt az oxigén-, kén- és halogéntartalmú szerves anyagok okozzák. A korróziós folyamatok lejátszódásának megakadályozására szintén adalékokat alkalmaznak. Ezeket inhibitoroknak nevezzük, melyek gátolják a korróziós folyamatok lejátszódását.

28 28 Kétféle adalékot különböztetünk meg ez esetben. Az egyik a korróziós veszélynek kitett fém felületén fejti ki hatását, a másik pedig az üzemanyag térfogatában, semlegesítve az erős savakat. A semlegesítő antikorróziós vegyületekként szappanokat és karbonsavszármazékokat lehet használni. A felületen való megakadályozásra különböző zsírsavakat alkalmazhatunk melyek védőréteget hoznak létre a fémen, megakadályozva a korróziót. A korróziós aktivitás természetesen függ az üzemanyagban lévő víz mennyiségétől, hiszen víz jelenlétében felgyorsulnak a korrózió közben lejátszódó elektrokémiai jelenségek. 3.4 Füstcsökkentő adalékok Dízelmotorok esetében keletkező legkárosabb anyag a korom, mely a fekete füst összetételének jelentős részét adja. A korom nem más mint elégetlen szénrészecske. Felületén maradék szénhidrogének és abszorbeálódott karcinogének találhatók. Ezek az anyagok a koromszemcse igen apró méreténél fogva a tüdőbe igen mélyre képesek bejutni és ott olyan nagy mennyiségben lerakódni, amely a daganatos megbetegedések kiváltó oka lehet. Fehér, kékes és fekete füstöt különböztetünk meg. Az első kettő mérsékelt veszélye, a gépjárművünk szakszerű karbantartásával minimálisra csökkenthető. A fekete füst, koromkibocsátás csökkentése érdekében megfelelő adalékok alkalmazása a legcélszerűbb. Ebben az esetben nem kell átalakításokat végezni a motor konstrukcióján és drága segédberendezéseket eszközölni. Kétségkívül a leghatékonyabb megoldás a két módszer együttes használata jelentené, illetve az adalékok meghosszabítanák a segédberendezések élettartamát, hiszen a csökkenő számú koromrészecskék kevésbé vennék igénybe az adott segédberendezést. Koromrészecskék csökkentésére kalciumot, báriumot és magnesium-szulfátokat alkalmaznak.

29 29 Az Amerikai Egyesült Államokban az Ethyl cég által gyártott Tri-ad adalék fő alkotója a metil-ciklopentadietil-trikarbonil-mangán. Ez az adalék nem csak a füstcsökkentésben játszik szerepet, hanem a kipufogógáz korróziós hatásait is mérsékli, mivel csökkenti az SO 3 keletkezését. Az adalék égés közben mangán-oxidokat alkot, melyek elősegítik a tökéletes égést. Egy másik kereskedelmi forgalomban kapható adalék a Diesel IT, füstcsökkentő adalék mangánt tartalmaz. A mangán katalizálja az üzemanyag égését, és csökkenti a szabad szén képződését.

30 30 4. KERESKEDELMI FORGALOMBAN KAPHATÓ ADALÉKOK Mielőtt még működésükről és használatuk által elérhető előnyökről esne szó, joggal merül fel sokakban a kérdés, hogy miért nekünk, saját kezűleg kell javítanunk járművünk üzemanyagának tulajdonságait?! Nem is kell olyan messzire menni, ha meg szeretnénk kapni a választ. Miért is állna érdekében egy petrolkémiai cégnek, hogy olyan üzemanyagot forgalmazzon amiből kevesebbet kell tankolnunk járművünkbe egységnyi kilométer megtételéhez? Természetesen a kisebb fogyasztás és a lejátszódó égési folyamatok tökéletesebbé tétele magával vonja a károsanyagok alacsonyabb kibocsátását is. Földünk jövője ugyan közérdek, azonban az ezt lehetővé tevő, csökkenő üzemanyag felhasználás a petrolkémiai vállalatok profittermelését igen csak visszavetné. Az erős érdekellentétek miatt beszélhetünk erről a kiélezett helyzetről, melynek következménye képpen lényegesen nagyobb mértékben károsítjuk Földünket és saját egészségünket, mint az lehetséges lenne. Kereskedelemi forgalomban megszámlálhatatlan mennyiségű és típusú üzemanyag adalékot vásárolhat meg az, aki némi fogyasztás megtakarítás mellett szeretné a környezet károsanyag terhelését csökkenteni. 4.1 Tesztelésre kiválasztott adalék Választásom a magyar fejlesztésű Prowerdose üzemanyag adalékra esett melyet Tóth János úr a Prowerdose Kutató, Fejlesztő Kereskedelni Kft ügyvezetője készségesen rendelkezésemre bocsátott.

31 A kiválasztott adalék tulajdonságai Olvassuk el a Kft. honlapján ( található kérdések és válaszok menüpontban szerepelteket, hogy jobban megismerhessük az adalék nyújtotta lehetőségeket: Miért érdemes használni a Prowerdose-t? A termék öt elsődleges előnye: - Javuló üzemanyag-fogyasztás (10-25%) - Megnövelt motorteljesítmény (5-10%) - Csökkenő károsanyag-kibocsátás (akár 60 %) - Alacsonyabb oktánszámú üzemanyag is használható (akár 5-tel alacsonyabb) A termék hat másodlagos előnye: - Csökkenő NVH (zaj/vibráció/keménység) - Csökkenő karbantartási költségek (tisztább olaj) - Hosszabb motorélettartam (jobb kenés és tisztább olaj) - Jobb kenés az alacsony kéntartalmú üzemanyagok esetében - Az üzemanyagot mindig frissen tartja - Egyenletesen járó motor - Könnyű hidegindítás Egészségügyi előnyök A gépjárművek okozta levegőszennyezés jelentősen hozzájárul az egészségügyi költségekhez - A HC és NOx kibocsátás csökkentése segít a városi szmog csökkentésében - A CO és PM10 kibocsátás csökkentése segíti a légzési problémák enyhítését (a gyerekkori asztmát is beleértve) - A PM10 kibocsátás csökkentése csökkenti a tüdőrák kockázatát

32 32 Hogyan kell használni a ProwerDose adalékot? A gépjárművek okozta levegőszennyezés jelentősen hozzájárul az egészségügyi költségekhez. - Az adalékot tankolás előtt kell a tankba önteni - Keverési arány: 1,25 ml adalék 1 liter üzemanyaghoz - A flakon összenyomásával az adalék egy kis tartályba kerül, melyen a feltüntetett skála segít az adagolásban Milyen motorokban használható? A ProwerDose üzemanya adalék az alábbi típusú motorokban használható. - Két- és négyütemű motorok - Motorkerékpárok, mopedek, fűnyírók - Tehergépkocsik, személygépkocsik, autóbuszok - Traktorok, mozdonyok, építőipari berendezések - Hajók, vontatóhajók, óceánjárók - Rögzített áramfejlesztők - Mezőgazdasági- és fűtőberendezések - Gőzkazánok és nyílt égésterű kazánok A ProwerDose minden üzemanyaghoz használható, mert azokat nem teszi szabványon kívülivé: - Benzin - Hagyományos dízel és biodízel - Etanol benzin - Könnyű, közepes és nehéz fűtőolaj Hogyan működik egy átlagos motor adalékanyag nélkül? Égési problémák: - Az üzemanyag porlasztása nem 100%-os - Nem megfelelő levegő-üzemanyag keverési arány

33 33 - Szabálytalan égés - Üzemanyag minőségi tényezők változása Káros következmények: - Csökkenő teljesítmény - Feleslegesen elhasznált üzemanyag - Toxikus anyagok kibocsátása - Szénlerakódások Hogyan fejti ki hatását a ProwerDose? A ProwerDose az üzemanyag égésének minőségét javítja, miközben csökkenti a súrlódást, és növeli a motor teljesítményét, ami ezek okán kevesebb üzemanyagfogyasztással jár! - Hihetetlen mértékben csökkenti a HC, CO és PM10 kibocsátást - Tisztítja és karbantartja az üzemanyag és kipufogó rendszert - Nagymértékben csökkenti a motor hangját - Megszünteti a kopogó hangokat a szelepeknél Az adalékanyagok, az összes előny megtartása mellett, csökkentik a gyors égésű ütemek okozta károkat - Marad a megnövelt teljesítmény és a jobb fogyasztás - Csökken a sivítás és kopogás - Jelentősen csökken a NOx kibocsátás Biztonságos a Prowerdose használata? - Nagyfokú koncentráció - ProwerDose adagolási arány: 0,00125:1 liter (25ml / 20l üzemanyag) - Az adagolási arány az egyéni igényekhez igazítható - A 250ml flakon felső része adagolóként funkcionál és könnyen használható - Cseppbiztos csomagolás biztonsági szeleppel

34 34 Nincs szükség az infrastruktúra módosítására Semmiféle gépjármű vagy motormódosításra nincs szükség Nem károsítja a motort Használata biztonságos Adalék összetétele Hogy az adalék milyen működési elv alapján éri el a fentebb említett jótékony hatásokat, főként a tökéletesebb égést és az ebből származó mérséklődő fogyasztást illetve csökkenő károsanyag-kibocsátást,ezért fontos ismernünk az összetételét. A teljesen pontos összetételt természetesen nem tudhatjuk meg, hiszen igen hosszú fejlesztő munka áll a termék mögött, tehát ezek az információk szakmai titoknak minősűlnek. Azonban annyit tudhatunk, hogy az adalék izoalkánokat és zsírsavakat tartalmaz. Az zsírsavak használata igen kézenfekvőnek tűnhet, hiszen az ólomvegyületek benzinből való kivonása nagyban csökkentette annak kenőképességét. A zsírsavak által növelt kenőképesség révén növelhetjük gépjárművünk motorélettartamát, illetve egyenletesebb, zajmentesebb járást biztosíthatunk számára. Az üzemanyag megfelelő kenőképessége igen fontos, legfőképpen a szelep és szelepülék találkozásának kenésénél, hiszen a nem megfelelően záró kipufogó és befecskendező szelep csökkenti a motorban kialakuló kompressziót, amely befolyásolja az ott lejátszódó égési folyamatokat. Az adalék másik összetevője az izoalkán elegy azonban sokkal fontosabb számunkra, hiszen ez az összetevő nem a fizikai, hanem a kémiai tulajdonságait javítja az üzemanyagnak. Pontos összetételét nem tudjuk ennek az izoalkán elegynek, azonban általánosságban elemezve az izoalkánok tulajdonságait megérthetjük, hogyan játszik közre az égési hatásfok növelésében ez az összetevő. 1 adalék használatával elérhető hatások forrás:[11]

35 35 5. KÉMIAI HÁTTÉR A tökéletes megértés érdekében kicsit távolabbról kell elkezdenünk vizsgálódni. Fontos szót ejtenünk az üzemanyagokat alkotó különböző típusú szénhidrogénekről, azok nevezéktanáról, az őket felépítő atomokról, a molekulán belüli kötésekről, forráspontjaikról és égéshőjükről. 5.1 Szénhidrogének A legegyszerűbb szerves vegyületek, melyek csak szénből (C) és hidrogénből (H) épülnek fel. A szénhidrogéneket felépítő atomok között kovalens kötés van, mely lehet egyszeres, kétszeres illetve háromszoros kötés. A csak egyszeres kötésekkel rendelkezőeket telített szénhidrogéneknek, a kétszeres illetve háromszoros kötésekkel is rendelkezőeket pedig telítetlennek nevezzük. A molekulák alakjára való tekintettel megkülönböztetünk, nyílt, egyenes láncot és gyűrűs kialakítást. Szénhidrogének Telített Telítetlen Nyílt szénláncú Gyűrűs (ciklusos) Nyílt szénláncú Gyűrűs (ciklusos) Alkének Alkinok Aliciklusos Aromás 7.ábra : Szénhidrogének csoportosítása forrás :[7]

36 36 A fentebbi (7.ábra) szemlélteti a szénhidrogének összes típusát. A benzint javarészt telített, nyílt láncú szénhidrogének (pentán, hexán, heptán) alkotják. Ezeken kívül találhatók telítetlen (alkén) és gyűrűs szénhidrogének is az alkotók között Szénhidrogének égéshője Fontos részletezni a felépítő atomok (szén, hidrogén) égésekor felszabaduló energiát és ezáltal megérthetjük, hogy az egyes szénhidrogének miért jobb illetve rosszabb energiahordozók, az atomok közötti kötések száma pedig a reakció készségre ad magyarázatot. Az adott anyag egységnyi mennyiségének elégetése közben felszabaduló energiát nevezzük égéshőnek. A széné 27 MJ/kg a hidrogéné 141,8 MJ/kg. Ezekből az adatokból rögtön látszik, hogy a telített szénhidrogének nagyobb égéshővel rendelkeznek mint a telítetlenek, mivel több hidrogénatomot tartalmaz egy molekula. M(H)= 1g/mol M(C)=12g/mol Pentán (C 5 H 12 ) : CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 Pentén (C 5 H 10 ) : CH 2 =CH-CH 2 -CH 2 -CH 3 Pentin (C 5 H 8 ) : CH C-CH 2 -CH 2 -CH 3 M(C 5 H 12 )=72g/mol M(C 5 H 10 )=70g/mol M (C 5 H 8 )=68g/mol

37 37 Az előző felsorolás jól szemlélteti, hogy a pentén 2db H atommal, a pentin pedig 4 db H atommal kevesebbet tartalmaz mint a pentán. Ebből pedig egyenesen következik, hogy az alkének és alkinek égéshője alacsonyabb mint az alkánoké, tehát az alkánok jobb energiahordozók. A kettős és háromszoros kötéssel rendelkező alkének és alkinek könnyebben lépnek reakcióba, hiszen a kettős kötésből az egyik könnyebben szakad fel mint egy sima egyszeres kötés, mivel kisebb a kötési energiája. Az alkének és alkinek azonban nehezebben égnek mint az alkánok, mert az szén égéséhez az összes kötést fel kell szakítanunk, és a kétszeres kötés felszakításához nagyobb energiára van szükségünk, mintha egy egyszeres kötést szüntetnénk meg. A szénhidrogének közül tehát jó kompressziótűrésűnek számítanak az alkének, az aromás és az izomer (oldalláncos) szénhidrogének. Emlékezzünk csak vissza a benzin kompressziótűrésének meghatározására! A normál heptán oktánszámát tekintettük 0-nak, az izooktánét pedig 100-nak. Tehát a benzinhez utólag hozzákevert izoalkán elegy növeli az üzemanyag kompressziótűrését, ezért akár alacsonyabb oktánszámú benzin használata is lehetséges, ha adalékoljuk az üzemanyagot Izolakánok Nagyobb szénatomszámú izolakán elegyítése benzinnel pedig nem csak a kompressziótűrést növeli, hanem az égési hőmérsékletet is, mivel molekulájuk sok H atomot tartalmaz. A több H atomot tartalmazó molekulák elégetése pedig nagyobb hőt szabadít fel, tökéletesebb égés megy végbe, illetve a hengerben lévő töltet maradéktalanabbul ég el. A befecskendezett töltet teljes mértékben történő elégetése igen fontos dolog, hiszen ha a kipufogógázban maradnak elégetlen szénhidrogének, az egyrészről pazarlás, másrészről egy igen erőteljes környezetkárosító hatás.

38 38 Ha a teljes töltetet sikerül elégetnünk a hengerben, akkor azzal növeljük a motor hatásfokát, ami csökkenti a fajlagos üzemanyag fogyasztását. 5.2 Tökéletlen égés-dízel füst Fontos megemlítenünk a dízel autók füstölését és a tökéletes-tökéletlen égés összefüggését. Tökéletlen égés esetében a dízel füst igen nagy mennyiségében tartalmaz szilárd részecskéket. Tökéletes égés esetében szilárd részecskéket nem tartalmaz a kipufogógáz. Mi is tulajdonképpen a szilárd részecske? És miért káros annyira egészségünkre? 8.ábra: Dízel részecske felépítése forrás: [8]

39 39 Nem más, mint atomos állapotú, elégetlen szén. Egészségre gyakorolt igen káros hatása pont a szilárd mivoltában, és nagy fajlagos felületében rejlik. Ezen a felületen pedig igen könnyen megtapadnak más, szintén káros hatással rendelkező anyagok, mint például: elégetlen szénhidrogének, víz, olaj, szulfátok, szerves-szervetlen anyagok, fémek és egyéb anyagok. (8.ábra) A szilárd részecskék kis méretük miatt nagyon mélyre tudnak jutni az ember tüdejében, ott pedig hosszú időre bent ragadhatnak, roncsolva ezzel a szöveteket, megnövelve sok légúti megbetegedés kockázatát.

40 40 6. MÉRÉSEK Az adalék hatásosságának bizonyítása érdekében méréseket végeztem egy benzines személy-, és egy dízeles kisáruszállító járművön. A mérések a járművek károsanyag-kibocsátására, fogyasztására terjedtek ki, illetve megfigyeltem a járművek viselkedését,mit például: motorhang, rezonancia, hideg indítási tulajdonságok. A méréseket adalékolt és adalékmentes üzemanyagokkal való üzemelés esetén is elvégeztem a megfelelő összehasonlítás érdekében. A benzines autó esetén a hatóságilag előírt kipufogógáz elemzést, a dízeles autón pedig füstölésmérést végeztem el. A fogyasztásra gyakorolt hatás vizsgálatára pontosan rögzített megtett kilométer és elfogyasztott üzemanyagból számított 100km-re vetített fogyasztás képezi az összehasonlítási alapot 6.1 Tesztelt autók jellemzői Fontosnak tartottam, hogy a két legelterjedtebb üzemanyag esetén is kipróbáljam az adalékot, hogy teljes képet kapjunk az általa elérhető hatásokról. Az első autó egy Nissan NV 200-as kisáruszállító, mely főként városi forgalomban, közepes terheléssel vesz részt. Nagy futásteljesítményű autó, egy év alatt közel 30000km-t tett meg az imént említett körülmények között. (város:országút = 90:10) A második autó egy Opel f Astra 1.6i személygépjármű. Főként városi forgalomban viszonylag rövid távokon egy személy által használják, illetve hosszabb utak alkalmával közel teljes terheléssel országúton és autópályán. Átlagos futásteljesítményű, ~12 000km/év (város : országút = 60:40).

41 41 9.ábra: Nissan NV dci forrás:[9] Lökettérfogat (cm 3 ): 1461 Hengerek / szelepek száma: S4/8 Maximális teljesítmény (LE/ford.): 85/3750 Maximális nyomaték (Nm/ford.): 200/2000 Fogyasztás Város (l/100km): 5,7 Városon kívül (l/100km): 4,9 Vegyes (l/100km): 5,2 2 2 Nissan NV 200 műszak adatok forrás [12]

42 42 10.ábra: Opel f Astra 1.6i forrás:[10] Lökettérfogat (cm 3 ): 1598 Hengerek / szelepek száma: S4/8 Maximális teljesítmény (LE/ford.): 75/5200 Maximális nyomaték (Nm/ford.): 125/3200 Fogyasztás Város (l/100km): 6,2 Városon kívül (l/100km): 5,5 Vegyes (l/100km): 5,8 3 3 Opel f Astra műszaki adatok forrás [13]

43 Dízel füstölés mérési elve A mérési elv a fényelnyelés mérésének elvén alapszik. A fényelnyelést mást néven opacitásnak nevezzük. Ezzel az elvvel tulajdonképpen a kipufogógáz átlátszatlanságát határozzuk meg. Fontos a továbbiakban meghatároznunk a dízel-füst fogalmát. A dízel füst alkotóeleme a kipufogógázban található valamennyi olyan szilárd és folyékony összetevő, amely elnyeli, megtöri vagy visszaveri a fényt 4 A mérést mintavételező mérésnek nevezzük, mivel nem az összes kibocsátott kipufogógázon végzi a mérést, hanem a kipufogó végéhez illesztett szondával vett mintákon Füstölés mérőszámai Átlátszatlanság/opacitás: százalékosan mutatja meg a kipufogógázra vizsgálati céllal sugárzott fényintenzitás elnyelődését. 5 4 Dízel füst definíció forrás : [15] 5 Opacitás számító képlet forrás: [16]

44 44 A magyar jogszabályok a füstölés mértékének meghatározására az abszolút fényelnyelési együtthatót [m -1 ] nevezték ki. Az opacitás és az abszolút fényelnyelési együttható között exponenciális függvénykapcsolat van, melyet a Beer-Lambert törvény ír le. 6 6 Beer-Lambert törvény forrás [17]

45 Nissan NV 200 mérése A Nissan NV 200-as estében füstölésmérést végeztem egy, a Brain Bee Autmotive által gyártott kipufogógázelemző készüléken. Mindkét autó esetében 4 mérést végeztem, ezen autó esetében: - adalék nélküli üzemanyaggal, alapjárati fordulatszámon -adalékolt üzemanyaggal,alapjárati fordulatszámon - adalék nélküli üzemanyaggal,leszabályozási fordulatszámon -adalékolt üzemanyaggal, leszabályozási fordulatszámon A hivatalos, mérőberendezéshez csatlakoztatott számítógép által nyomtatott mérési eredmények a csatolt dokumentumok között találhatók meg. A mérések az előírásoknak megfelelően történtek. Mielőtt a géppel végzett mérések megkezdődtek volna elvégeztem az előírt 3 szabadgyorsítást. A szabadgyorsítás lényege, hogy 1s alatt alapjárati fordulatszámról leszabályozásig növeljük a motor fordulatszámát. Ezt a műveletet szellőztetésnek is nevezik, melynek az a lényege, hogy a kipufogórendszerben esetlegesen lerakódott korom ilyenkor felszakadjon, és távozzon. Ha ezt a műveletet nem végeznénk el, az komolyan befolyásolhatná a mérés hitelességét, hiszen ha a lerakódott korom mérés közben szakadna fel, sokkal rosszabb eredményt kapnánk.

46 46 A következő két kép (11.ábra) jó összehasonlítást tesz lehetővé. A bal oldali képen, adalék nélküli üzemanyaggal történt a mérés előtti 3 szabadgyorsítás, a jobb oldali képen pedig adalékolt üzemanyaggal. A különbség szemmel látható, adalék nélküli üzemanyaggal sokkal nagyobb és feketébb lenyomatot hagyott a kipufogógáz az aszfalton. Természetesen az ilyen, szemrevételezéssel történő összehasonlítást alá kell támasztani hiteles mérési adatokkal. 11.ábra: Szabadgyorsítási koromlenyomat forrás:[14]

47 Mért adatok összehasonlítása Alapjárati fordulatszám füstölés mérése: Az 1. és 2. csatolt dokumentumok mért adatainak összehasonlítása: Adalék nélkül [m -1 ] Adalékkal [m -1 ] Változás [%] 0,13 0,09 30,77 Alapjárati fordulatszámon mérve az adalékolt üzemanyag füstölése 30,77%-al csökkent az adalékmentes üzemanyagéhoz képest. Leszabályozási fordulatszám füstölés mérése: A 3. és 4. csatolt dokumentum összehasonlítása: Ebben az esetben 3-3 adat áll rendelkezésünkre. A 3 adat a 3 egymást követő leszabályozási fordulatszámra történő fordulatszám emeléshez tartozó értéket jelenti. Adalék nélkül [m -1 ] Adalékkal [m -1 ] Változás [%] 6,2 2,7 56,45 5,9 2,3 61,02 4,4 2,16 50,91

48 48 Leszabályozási fordulatszámon mérve az adalékolt üzemanyag füstölése 56,45%, 61,02% és 50,91%-al csökkent az adalék mentes üzemanyagéhoz képest. Amely: (56,45+61,02+50,91)/3=56,13%-os átlagos csökkenést jelent Fogyasztási adatok (gazdaságosság) Az üzemanyag fogyasztás mérése egy előre kiválasztott városi útvonalon történt, melynek hossza 44,7 km. Adalék mentes és adalékolt üzemanyag mérésénél is egyszerre végeztük el a mérést mind a két tesztjárművön, hogy hasonló forgalmi körölmények között fussák végig a kijelölt útvonalat. Az adalék mentes és adalékolt üzemanyag mérésének időpontját úgy választottam ki, hogy váratlan forgalmi dugók és egyéb tényezők nagyban ne befolyásolják a mérés végeredményét. Mindegyik mérés esetében hajnali 4:00-kor indult mind a két auto. Ebben az időszakban csak nagyon kis forgalom van az utakon és élvezhetjük a zöld hullám adta folyamatos haladást lehetőségét. A haladási sebességeket minden esetben a megengedett sebességhatárok alá, körülbelül 5km/h-val választottuk meg, hogy ne zökkenjünk ki az elkapott zöldhullámokból. A következő (12.ábra) bemutatja azt a 44,7 km-es tesztkört, amelyen az autók fogyasztását lemértem. Az ábrán látható piros pont mutatja a kiindulási és érkezési pontot, a nyíl pedig a haladás irányát. Az indulási pontban található benzinkúton indulás előtt az autókat mindig teli tankoltuk, visszaérkezéskor megismételtük ezt a műveletet. Igy az elfogyasztott üzemanyag mennyiségéből és megtett kilométerekből könnyen ki tudtam számítani a 100km-re vonatkoztatott átlagfogyasztást.