2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1. Sammendrag /konklusjoner...3 1.1 Utslipp av NOx...3 1.2 Utslipp av CO...3 1.3 Utslipp av THC....3 1.4 Partikler...3 1.5 Dynamisk sylindertrykk...3 2. Innledning...4 3. Beskrivelse av testoppsett...4 3.1 Motor, drivstoff og smøreoljer...4 3.2 Måleparametere...5 3.3 Utstyr for datainnsamling...6 4. Testgjennomføring...7 5. Måleresultater og vurderinger...8 5.1 Brennoljeforbruk og avgass-sammensetning...8 5.2 Utslipp av NOx...10 5.3 Utslipp av CO...11 5.4 Utslipp av THC...12 5.5 Partikler...13 5.6 Spesifikt brennstoff-forbruk...13 5.7 Dynamisk sylindertrykk...15 Vedlegg I Måleresultater
3 1. Sammendrag /konklusjoner I Mars 2004 ble gjennomførte MARINTEK en korttidstest for å verifisere hvilken virkning vannemulgert Diesel (levert av MEC-SYSTEM) har på en dieselmotors drivstoff-forbruk og utslipp av skadelige avgasser og partikler. Testen ble gjennomført på er en Scania DC 1102 som er en typisk motor for tunge kjøretøyer. Målinger ble først foretatt der motoren ble kjørt med dieselolje uten tilsetting av vann (referanseolje). Deretter ble det skiftet vannemulgert diesel samme dieselkvalitet med 7,9% vann og 2% emulgator). Målingene på begge drivstoffene ble foretatt under kjøring av 8-modesyklusen ISO 8178 -C1. Den vannemulgerte dieselen er i rapporten beskrevet for Hvit Diesel. 1.1 Utslipp av NOx. Referansetest 1, veid verdi for NOx 7.13 g/kwh Referansetest 2, veid verdi for NOx 7.10 g/kwh Hvit Diesel veid verdi for NOx 6,69 g/kwh Veide verdier at det spesifikke utslippet av NOx er ca. 6 % lavere for Hvit Diesel sammenlignet med referansedrivstoffet. 1.2 Utslipp av CO. Referansetest 1, veid verdi for CO 0,55 g/kwh Referansetest 2, veid verdi for CO 0,57 g/kwh Hvit Diesel veid verdi for CO 0,49 g/kwh Veid verdi for spesifikt utslipp av CO viser 0,07g/kWh lavere utslipp for målinger der motoren ble kjørt med Hvit Diesel. 1.3 Utslipp av THC. Referansetest 1, veid verdi for THC 0,30 g/kwh Referansetest 2, veid verdi for THC 0,29 g/kwh Hvit Diesel veid verdi for THC 0,30 g/kwh Det er ikke registrert noen signifikant endring i utslippet av THC ved bruk av Hvit Diesel. 1.4 Partikler Det ble foretatt partikkelmålinger under kjøring av mode 6 (75% last ved 1150 rpm). Referansetest 1, måleverdi for mode 6 0,082 g/kwh Referansetest 2, måleverdi for mode 6 0,084 g/kwh Hvit Diesel måleverdi for mode 6 0,057 g/kwh Partikkelmassen i eksosen er ca 30% lavere for kjøringer med Hvit Diesel i mode 6. 1.5 Dynamisk sylindertrykk Forbrenningstrykkene er tilnærmet identiske for kjøringer med og uten vann i brennstoffet.
4 2. Innledning Etter forespørsel fra Vegdirektoratet gjennomførte MARINTEK i Mars 2004 en korttidstest ved Marinteknisk Senter for å verifisere hvilken virkning vannemulgert Diesel (levert av MEC- SYSTEM) har på en dieselmotors drivstoff-forbruk og utslipp av skadelige avgasser og partikler. Testen ble gjennomført på er en Scania DC 1102 som er en typisk motor for tunge kjøretøyer. Målinger ble først foretatt der motoren ble kjørt med dieselolje uten tilsetting av vann (referanseolje). Deretter ble det skiftet vannemulgert diesel (samme type diesel som for referansetest, men tilsatt 7,9% vann og 2% emulgator). Motoren ble kjørt på denne i 2 timer før nye målinger ble foretatt. Målingene på begge drivstoffene ble foretatt under kjøring av 8- modesyklusen ISO 8178 -C1. 3. Beskrivelse av testoppsett 3.1 Motor, drivstoff og smøreoljer Testen ble gjennomført på er en Scania DC 1102. Dette er en pumpedyse motor og er typisk for lastebiler og busser. Motoren er en av prøvestandene i maskinerilaboratoriet ved Marinteknisk Senter (MTS) i Trondheim. Motoren er bygget i 1995 og hadde ca. 1000 timers gangtid siden siste overhaling. Motordata Type motor : SCANIA DC 1102 Antall sylindere : 6 Sylinderdiameter : 127 mm Slaglengde : 140 mm Slagvolum : 10,6 dm 3 Maksimum moment : 1750 Nm ved 1080-1500 rpm Maksimum effekt : 280 kw ved 1800 rpm Drivstoffet Drivstoffet ble sendt til MARINTEK i 2 fat. Ett fat inneholdt Esso autodiesel uten vann. Det andre fatet inneholdt den samme dieselkvalitet, men var tilsatt 7,9% emulgert vann og 2% emulgator (opplysninger fra leverandøren av vannemulgert diesel). Drivstoffet ble sendt av representanter fra MEC-SYSTEM som er leverandør av den vannemulgerte dieselen. Oljens egenvekt ble målt av MARINTEK til å være Diesel uten vann. Egenvekt ved 20 o C : 0,861 Diesel med vann. Egenvekt ved 20 o C : 0,876
5 3.2 Måleparametere Motoren er godt utstyrt med måleinstrumenter for overvåking av forskjellige motorparametere. Følgende måleparametere inngår i prøvestandens standard måleutrustning: - Eksostemperaturer før og etter turbin - Brennoljetemperatur - Brennoljeforbruk - Smøreoljetrykk og smøreoljetemperatur - Kjølevannstrykk - Laderlufttrykk og laderlufttemperatur - Luftforbruk, motor - Kjølevannstemperatur inn og ut av motoren - Lufttemperatur inn på motoren - Motorturtall - Dreiemoment - Dynamisk sylindertrykk, sylinder nr. 6 For å registrere omgivelsesforhold måles: - Temperatur i motorcelle - Barometertrykk - Relativ luftfuktighet (%RH) For en test av denne type er det nødvendig med ekstra måleutrustning. I maskinerilaboratoriet er det mobilt utstyr som kan koples opp til den enkelte prøvestand. Følgende ekstra måleutrustning ble koplet til Scania DC1102 prøvestanden: - Avgassanalysator for måling av NOx, CO, CO 2 og O 2. Denne analysatoren er en Horiba PG 250 som har måleprinsipp og målenøyaktighet som tilfredsstiller kravene til ISO 8178. Måleprinsipp NOx - CLD Måleprinsipp CO og CO 2 - NDIR Måleprinsipp O2 - Paramagnetisk målecelle Analysatoren kalibreres med gass med kjent sammensetning (sertifisert kalibreringsgass levert av AGA) før hver test. Det ble benyttet samme kalibreringsgasser under hele testen. Avgassmålingene har da en relativ nøyaktighet som er bedre enn ± 2%. - Avgassanalysator for måling av THC (Total Hydro Carbon). Denne analysatoren er en JUM THC-måler med FID måle prinsipp. Målenøyaktighet og måleprinsipp tilfredsstiller kravene til ISO 8178. Analysatoren kalibreres med gass med kjent sammensetning før hver test. Det ble benyttet samme kalibreringsgass under hele testen. Avgassmålingene har da en relativ nøyaktighet som er bedre enn ± 2%.
6 - Partikkelmåling. Massen av partikler i eksosen måles ved hjelp av en uttynningstunnel som oppfyller kravene til ISO 8178. En delstrøm eksos tas ut av eksosrøret og ledes til uttynningstunnelen. Denne blir uttynnet med luft. Uttynningsforholdet er ca. 1 del eksos og 10 deler luft. Uttynningsgraden fastsettes nøyaktig ved hjelp av NOx måling før og etter uttynning. Et kjent volum av den uttynnede blandingen blir deretter sugd gjennom et glassfiberfilter (vekten av filtret er kjent). Etter at eksosen har passert filtret vil partiklene ligge igjen på dette. Filtret veies etter at det kjente volumet av den uttynnede eksosen har passert filtret. 3.3 Utstyr for datainnsamling Prøvestanden er utstyrt med PC og et LabView datainnsamleprogram. Måleparametere ble logget med denne. Loggehastigheten var 0,5 Hz. For avgassmåling ble det benyttet PC og DasyLab software. Loggehastigheten var her 1 Hz. Loggehastigheten for sylindertrykkmålingene var 5000 Hz. Følgende data ble registrert manuelt (notert): - Omgivelsesforhold - Data fra uttynningstunnel
7 4. Testgjennomføring Det ble foretatt registreringer av måledata ved forskjellige spesifiserte driftspunkter på motoren. Driftspunktene følger 8-modetesten ISO 8178 syklus C1. Denne består av de motorturtall og bremsemoment som er vist i tabell 4.0.1. Hver Mode (driftspunkt) har en veiefaktor. Ved å benytte de forskjellige modenes veiefaktor og summere de veide verdiene kan en definere brennoljeforbruk og utslipsnivå for hver avgasskomponent med en tallverdi. Tabell 4.0.1. Kjøresyklusen ISO 8178 C1. Mode no. 1 2 3 4 5 6 7 8 Speed Rated speed (1800 rpm) Intermedate speed (1150 rpm) Lowidle Torque (%) 100 75 50 10 100 75 50 0 Torque (Nm) 1400 1050 700 140 1600 1200 800 20 Weighting 0,15 0,15 0,15 0,1 0,1 0,1 0,1 0,15 Under 8-modetestene ble data logget med 1 Hz i 3-5 minutter. Gjennomsnittsverdier for hver mode er gjengitt i rapporten. Først ble det kjørt på referanse-drivstoff. Denne testen er i rapporten kalt betegnet for Referanse 1. Deretter ble det skiftet til drivstoff med emulgert vann. Motoren ble kjørt i 2 timer på denne ved ca. 50% last før målinger ble gjennomført. Denne testen er beskrevet som Hvit Diesel. Etter kjøring med Hvit Diesel ble det igjen skiftet over til referansediesel og en ny referansetest ble foretatt (Referanse 2).
8 5. Måleresultater og vurderinger 5.1 Brennoljeforbruk og avgass-sammensetning Måling av avgassammensetning og motorparametere ble foretatt for alle moder. Partikkelmålinger ble kun gjennomført for Mode 6. Årsaken til dette er at partikkelmålinger med uttynningstunnel er svært tidkrevende. Det var derfor på forhånd avtalt med oppdragsgiver at partikkelmålinger ble gjennomført ved den moden som har størst partikkelutslipp. Under partikkelmålingene ble det foretatt målinger over en periode på ca en time. I den perioden ble det suget 500 liter uttynnet avgass gjennom hvert filter. For hver test ble det ble suget avgass gjennom 4 filtre. Måledataene som er presentert er gjennomsnittsverdier for de 4 filtrene. Tabell 5.1.1 tabell 5.1.3 viser utvalgte parametere for de 3 testene. Øvrige måledata er vist i vedlegg 1. Måleresultatene som er presentert er gjennomsnittsverdier for loggeperioder på 3-5 minutter. Avgassmålingene er korrigert i henhold til ISO 8178. De spesifikke verdiene for mode 8 er ikke presentert siden belastningen her er så liten (tomgang) at små forskjeller på måleresultatene vil gi store forskjeller i det spesifikke utslippet. Tomgangskjøringene inngår i de veide verdiene som er vist senere i rapporten. Tabell 5.1.1. Referansetest 1. Referanse 1 Mode 1 2 3 4 5 6 7 8 Turtall rpm 1803 1804 1802 1802 1151 1147 1150 751 Moment Nm 1400 1047 699 140 1599 1201 796 20,2 Effekt kw 264,4 197,8 131,8 26,5 192,6 144,2 95,7 1,6 Eksostemp Gr. C 602 505 422 236 662 591 483 111 Brennolje g/kwh 210,5 205,3 210,5 345,1 203,8 202,3 204,3 THC g/kwh 0,24 0,34 0,40 1,87 0,13 0,14 0,26 CO g/kwh 0,28 0,32 0,38 2,74 0,42 1,39 0,99 NOx g/kwh 5,94 6,80 7,30 9,67 6,80 8,50 10,14 Partikler g/kwh 0,082
9 Tabell 5.1.2. Referansetest 2. Referanse 2 Mode 1 2 3 4 5 6 7 8 Turtall rpm 1798 1798 1798 1798 1151 1148 1150 751 Moment Nm 1390 1047 704 140 1580 1202 800 20,1 Effekt kw 261,6 197,1 132,5 26,4 190,4 144,5 96,3 1,6 Eksostemp Gr. C 594 503 422 222 651 578 480 114 Brennolje g/kwh 211,5 206,5 211,2 345,0 204,5 201,4 204,8 THC g/kwh 0,20 0,29 0,37 1,91 0,15 0,16 0,26 CO g/kwh 0,27 0,32 0,36 3,04 0,47 1,40 1,05 NOx g/kwh 5,78 6,59 7,14 10,17 6,86 8,68 10,20 Partikler g/kwh 0,084 Tabell 5.1.3. Kjøring av motor på Emulgert diesel ( Hvit Diesel ). "Hvit Diesel" Mode 1 2 3 4 5 6 7 8 Turtall rpm 1800 1800 1799 1799 1152 1149 1149 750 Moment Nm 1383 1048 702 142 1591 1201 802 20,3 Effekt kw 260,6 197,6 132,2 26,7 191,9 144,4 96,5 1,6 Eksostemp Gr. C 582 496 419 224 646 574 470 109 Brennolje +vann g/kwh 228,8 223,9 229,1 373,4 222,5 220,1 221,1 1017 Brennolje - vann g/kwh 210,7 206,1 211,0 343,8 204,8 202,6 203,6 Vann i brennolje g/kwh 18,1 17,8 18,1 29,6 17,7 17,5 17,5 THC g/kwh 0,19 0,29 0,41 1,76 0,18 0,16 0,24 CO g/kwh 0,27 0,34 0,40 3,64 0,24 1,01 0,55 NOx g/kwh 5,37 6,03 6,81 10,23 6,63 8,04 9,85 Partikler g/kwh 0,057 I det etterfølgende er de spesifikke måleverdiene (g/kwh) for avgasser og brennoljeforbruk presentert i grafisk form for de enkelte moder. I tillegg er veid verdi i henhold til veiefaktorene i ISO 8178-C1 gjengitt for avgassutslipp og brennoljeforbruk.
10 5.2 Utslipp av NOx. Figur 5.2.1 viser spesifikt utslipp av NOx for 7 av modene. 14,00 Utslipp av NOx Utslipp av NOx [g/kwh] 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 Referanse 1 Referanse 2 "Hvit Diesel" 2,00 0,00 1 2 3 4 5 6 7 Mode nr. Figur 5.2.1. Spesifikt utslipp av NOx. De veide verdiene for NOx-utslippet er: Referansetest 1, veid verdi for NOx Referansetest 2, veid verdi for NOx Hvit Diesel veid verdi for NOx 7.13 g/kwh 7.10 g/kwh 6,69 g/kwh Kommentarer Sammenlignet med referansedrivstoffet viserveide verdier at det spesifikke utslippet av NOx er ca. 6 % lavere for Hvit Diesel.
11 5.3 Utslipp av CO Figur 5.3.1 viser spesifikt utslipp av CO for 7 av modene. 4,00 Utslipp av CO Utslipp av CO [g/kwh] 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 Referanse 1 Referanse 2 "Hvit Diesel" 0,50 0,00 1 2 3 4 5 6 7 Mode nr. Figur 5.3.1. Spesifikt utslipp av CO. De veide verdiene for CO-utslippet er: Referansetest 1, veid verdi for CO Referansetest 2, veid verdi for CO Hvit Diesel veid verdi for CO 0,55 g/kwh 0,57 g/kwh 0,49 g/kwh Kommentarer Veid verdi for spesifikt utslipp av CO viser 0,07g/kWh lavere utslipp for målinger der motoren ble kjørt med Hvit Diesel.
12 5.4 Utslipp av THC Figur 5.4.1 viser spesifikt utslipp av THC (Total Hydro Carbon) for 7 av modene. 3,00 Utslipp av THC Utslipp av THC [g/kwh] 2,50 2,00 1,50 1,00 Referanse 1 Referanse 2 "Hvit Diesel" 0,50 0,00 1 2 3 4 5 6 7 Mode nr. Figur 5.4.1. Spesifikt utslipp av THC. De veide verdiene for THC-utslippet er: Referansetest 1, veid verdi for THC Referansetest 2, veid verdi for THC Hvit Diesel veid verdi for THC 0,30 g/kwh 0,29 g/kwh 0,30 g/kwh Kommentarer Det er ikke registrert noen signifikant endring i utslippet av THC ved bruk av Hvit Diesel.
13 5.5 Partikler Det ble foretatt partikkelmålinger under kjøring av mode 6 (75% last ved 1150 rpm). Tabell 5.5.1 viser måleverdiene for de 3 testene. Tabell 5.5.1. Partikkelmålinger, mode 6. Referansetest 1, måleverdi for mode 6 Referansetest 2, måleverdi for mode 6 Hvit Diesel måleverdi for mode 6 0,082 g/kwh 0,084 g/kwh 0,057 g/kwh Kommentarer Partikkelmassen i eksosen er ca 30% lavere for kjøringer med Hvit Diesel. 5.6 Spesifikt brennstoff-forbruk Målt brennstoff-forbruk er vist i figur 5.6.1. I figur 5.6.2 er vannandelen trukket i fra den målte drivstoffmengden for Hvit Diesel. Leverandøren av Hvit Diesel opplyste om at det var tilsatt 7,92% vann. 375,0 Spesifikt brennoljeforbruk (med vann) Brennoljeforbruk [g/kwh] 350,0 325,0 300,0 275,0 250,0 225,0 200,0 175,0 Referanse 1 Referanse 2 "Hvit Diesel" 150,0 1 2 3 4 5 6 7 Mode nr. Figur 5.6.1. Spesifikt brennoljeforbruk (vannandel er med)
14 Spesifikt brennoljeforbruk (uten vann) Brennoljeforbruk [g/kwh] 375,0 350,0 325,0 300,0 275,0 250,0 225,0 200,0 Referanse 1 Referanse 2 "Hvit Diesel" 175,0 150,0 1 2 3 4 5 6 7 Mode nr. Figur 5.6.2. Spesifikt brennoljeforbruk (vannandel på 7,92% er trukket i fra de målte verdiene.) Kommentarer Ved å trekke i fra den oppgitte vannandelen på 7,92% ser en at drivstoff-forbruket er tilnærmet identisk for alle testene.
15 5.7 Dynamisk sylindertrykk Figur 5.7.1 sammenligner dynamisk sylindertrykkforløp (sylinder nr, 6) for kjøringer med referanseolje og Oil Extreme for mode 2. 90 Dynamisk forbrenningstrykk, mode 2 80 70 Referanse 1 "Hvit Diesel" 60 Trykk [bar] 50 40 30 20 10 0 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 Veivgrader Figur 5.8.1. Dynamisk sylindertrykkforløp for mode 2. Kommentarer Forbrenningstrykkene er tilnærmet identiske for kjøringer med og uten vann i brennstoffet.
16 VEDLEGG I Måledata