Badania dynamometryczne silnika z strategii przeznaczonych do silnika.”
Referat ten opisuje eksperyment badawczy służący do wyznaczenia potencjalnej wydajności ulepszonych paliw oferowanych przez strategie przeznaczone do silników spalinowych z optymalizowanym układem napędowym o zębach kalibrowanych i o podwyższonym stopniu sprężania -E85. Skomplikowane badania prototypu silnika zmienno paliwowego w wersji o podwyższonym stopniu sprężania, który mógłby być zasilany zarówno benzyną jak i E85 były odpowiednie tylko dla E85. Zużycie i emisja paliwa były wyznaczane za pomocą stanu ustalonego – testy dynamometryczne silników tak by reprezentowały warunki miejskie i pozamiejskie.
Dla wszystkich kombinacji paliwa i silnika – emisja i wydajność ustępujących paliw, które dostarczały przez nieustalone poziomy recyrkulacyjnego wydechu gazów spalinowych (EGR)-były ukierunkowane. Dla silników o podwyższonym stopniu sprężania praca w warunkach niższych obrotów przy większym obciążeniu (produkcja tej samej mocy jak przy standardowych obciążeniach) była także badana. To było korzystne ponieważ zaszła możliwość przehandlowania poprawionych osiągów przyśpieszeń pojazdów na paliwo E85 (stosowane do wysoko obrotowych silników osiągających podwyższony stopień sprężania) dla wzrostu wydajności paliwa używając różnych napędowych przekładni zębatych.
Silniki przeznaczone do E85 z optymalizacją poziomów EGR były wynalezione by zapewnić poprawę benzyny w równoważnych paliwach ekonomicznych o około 10% względem standardowych silników benzynowych. Udoskonalenie około 15% było możliwe dla silników ,przeznaczonych na paliwo E85, zmniejszających prędkość w proporcji do ich momentów obrotowych korzystniejszych od silników benzynowych.
Pomimo wyższego stopnia sprężania i wyższego doładowania silnika (w przypadku zmniejszających prędkość silników). Było to możliwe w celu osiągnięcia najmniejszej charakterystycznej emisji NOx kiedy to silniki benzynowe utrzymują podobny poziom z całkowitej emisji węglowodorów. Współczynniki odpowiedzialne za to zachowanie zawierały z natury dziedzicznie niższą emisję z E85, tak dobrze jak wzrost wydajności, dużą tolerancję EGR i redukcję wymagań wyprzedzenia zapłonu z silnikami o podwyższonym stopniu sprężania.
Etanol produkowany z biomasy posiada długoterminowy potencjał do przemieszczania się w znaczących ilościach z importowanej ropy i także ma zmniejszać sektor transportu przyczyniający się w kryteria zanieczyszczeń oraz gazów szklarniowych.
W przypadku maksymalizowania wyparcia importowanej ropy przez etanol będzie nas czekać wiele kosztownych „operacji” pojazdów, które są konkurencyjne z benzyną.
To ostatecznie może być osiągnięte poprzez kombinację mało kosztownej produkcji etanolu i niższego zużycia paliwa przez pojazd (to jest wyższa wydajność paliwa samochodowego z etanolem niż z benzyną). Na koniec Biuro Zaawansowanych Technologii Samochodów (OAAT) z Departamentu Energii USA ustaliło, że celem technicznym jest ulepszenie paliwa ekonomicznego z silników napędzanych paliwem etanolowym przez 15% (MPGE)
porównywanych z równoważnym silnikiem benzynowym.
Praca opisana w tym referacie była wykonana po to by określić wzrost wydajności paliwa przez strategie dla etanolu z potencjałem by osiągnąć wcześniej założony cel.
W dodatku strategia miała mieć minimalny wpływ na koszt pojazdu i na wyższy poziom emisji niż konwencjonalne silniki benzynowe. Operacja stechiometryczna byłaby utrzymana tak by katalizatory trójdrożne byłyby skuteczne po naprawie. Zamiarem było adoptowanie prostych wyrobów metalowych i zmiany kalibrowane, które brały korzyści z wyjątkowych charakterystyk etanolu (to jest: zmiany, które mogłyby być osiągalne lub wydajne z etanolem) raczej wtedy używane technologiczne korzyści (np.: bezpośredni wtrysk, silniki przystosowane do pracy na mieszance ubogiej, itp.) to mogło być stosowane w benzynach równie dobrze.
Dla etanolu oraz innych wysokooktanowych paliw alternatywnych , wyższa sprawność paliwa pozwala osiągnąć większy stopień sprężania w silniku ( ponad normalne wartości dla benzyny ) wykorzystując większą wartość oktanową tego paliwa . Wzrost emisji NOx oraz węglowodorów na wylocie silnika jest normalnie spodziewany przy tych paliwach . Można to zrównoważyć do pewnego stopnia przy etanolu przez obniżenie temperatury płomienia [2,3] co powinno zredukować tworzenie NOx . Emisja NOx może być kontrolowana przy użyciu recyrkulacji gazów spalinowych ( EGR ) aczkolwiek kosztem dalszego wzrostu emisji węglowodorów . Powinno uznawać się jednakże by mimo tej głównie spotykanej bariery w ULEV - norm dla nie metanowych gazów organicznych jest uzasadnione rozpoczęcie emisji . Podczas okresu kiedy kataliza jest skuteczna , znikome zmiany w poziomie węglowodorów na wylocie silnika mają stosunkowy niewielki wpływ na całościową masę węglowodorów emitowaną przez pojazd .
EGR może więc poprawiać wydajnie redukcje strat pompowania paliwa , strat ciepła oraz rozdzielenia [4,5] . Na bazie wcześniejszych prac niektórych autorów którzy badając metanol poprawiali tolerancji EGR w stosunku do benzyny [6], to możliwości mocy etanolu o podobnym stosunku tolerancji EGR były uważane za korzystniejsze . Przy udoskonaleniach tolerancji EGR przy spodziewanym wysokim sprężaniu w silniku i większymi wartościami ciśnieniem w cylindrach otrzymano podniesienie temp. początku spalania oraz zwiększenie rozprzestrzeniania się i wymieszania mieszanki . W ten sposób przy wysokim sprężaniu etanolu moc silnika realizowała większą skuteczność korzystania z EGR niż w porównywanym silnik benzynowy. Wysokie sprężanie specjalnego etanolu w silniku dostarcza większego moment obrotowego i mocy niż w silniku benzynowym lub silniku na regulowane paliwo używającego benzyn o zgodnym stopniu sprężania . Rezultatem jest polepszenie przyspieszenia pojazdu . Przyspieszenia osiągane przy pojazdach na specjalny etanol można by również uzyskać w normalnych pojazdach na benzynę zmieniając tylną oś lub przełożenie na osi przekładni biegów , redukujące momentu obrotowy zwieszając go przy przekazywaniu. W ten sposób nadając pojazdowi prędkość (wymagającą stałego zwiększania mocy ) silnik na etanol mógłby zadziałać przy niskich prędkościach i zwiększać poziom momentu obrotowego . Powinno to obniżyć zużycie paliwa przy redukcji oraz zarówno straty tarcia (które są proporcjonalne do prędkości) jak i straty pompowania ( dlatego silnik może działać z mniejszą przepustnicą utrzymując wysoki poziom momentu obrotowego ) . Przy spadku prędkości możemy więc spodziewać się zwiększenia emisji NOx , więc niska emisja z etanolu NOx (szczególnie z EGR ) byłaby pożądana dla tych nadchodzących pojazdów.
W skrócie , strategia dla paliw z poprawioną wydajnością przez etanol badana w tym opracowaniu wymagała wysokiego stopnia sprężania , użycia EGR , oraz przy spadku prędkości w tym silniku pewnych zmian polepszających przyspieszenie pojazdu przy polepszeniu wydajności paliwa . Strategia ta była wprowadzana przy użyciu paliwa E85 (dostarczonego przez kompanie chemiczną Phillips) zawierającego 85% etanolu oraz 15% benzyny. ( uwaga : skład paliwa E85 często zawierał mniej niż 85% etanolu , ponieważ 15% benzyny dodawanej do etanolu zawierało już mieszaninę 2-5% benzyny z innymi węglowodorami ). Ograniczona ocena w mieszaninie z etanolem (E95) podjęta w tym opracowaniu nie ujawniła polepszenia w wydajności paliwa lub emisji co było by dość miło widziane ze względu infrastrukturę oraz mocnym argumentem dla dostarczonej E95 ( przy której zmiana normy paliwa nie musiała by być użyta ) lub rosnący w pojazdach koszt wprowadzanych dodatkowych urządzeń przewyższający inne problemy.
Silnik i próby – silnikiem użytym w opracowaniu był 4- cylindrowy , 2,2 – litra lekki silnik ciężarowy z laskami uruchamianymi zawory, dwa zawory na cylinder oraz z gniazdem sekwencyjnego wtrysku paliwa .Silnik ten był wyposażony w rozwinięte elementy tolerujące alkohol (wtrysk paliwa , pompę paliwa ect.) i został dostarczony przez General Motors of Canada Ltd. Drugi silnik był zmontowany i przystosowany do stopnia sprężania z 8.85 : 1 do 11.19 : 1 stosowany dla E85 . Był znakomity z wprowadzonymi poprawkami tłoków oraz z usuniętym materiałem z powierzchni czołowej cylindra .
Silnik był testowany przy użyciu hamulca wodnego. Spaliny stosunku powietrze – paliwo (nominalnie stechiometrycznej ) były mierzone przy użyciu Uniwersalnego czujnika tlenu w spalinach (UEGO) oraz ECM stanu sygnału jednostkowego który został zaprogramowany do określania zawartości tlenu przy używaniu paliwa E85 . Strumień powietrza był mierzony przy użyciu gorącego drutu mierzącego przepływ masowy , natomiast zużycie paliwa było obliczane na podstawie przepływu powietrza oraz wymiaru stosunku paliwo-powietrze . Recyrkulacja gazów spalinowych ( EGR ) była oceniona na podstawie zawartości CO2 w próbkach powietrza pobranych przy wydechu . Całkowity wydech węglowodorów (THC) oraz emisja NOx były mierzone przez podgrzewany detektor jonizacji płomienia (FID) oraz chemiczny analizer luminescencji NOx.
Ciśnienie w cylindrach było mierzone przy użyciu odosobnionego uziemionego kwarcowego przetwornika ( Kistler 6121 ) zamocowanego na pierwszym cylindrze . Silnik był przystosowany do 360 impulsów/ obrót wału korbowego , koder był używany do zsynchronizowania odbierania sygnału ciśnienia w cylindrze z prędkością silnika .
Specjalnie zaprogramowany system kontroli był używany kontroli wtrysku paliwa oraz czasu zapłonu . System ten więc dostarczał iskry w systemie zapłonu (tj. każda cewka zapłonowa obsługiwała dwa cylindry ) używał on standardowych cewek zapłonowych dostarczając iskrę o charakterystyce podobnej do tych w produkowanych systemach zapłonu w silnikach . Żeby zapewnić mieszankę stechiometryczną przy stosowanych benzynach i E85 system kontroli obsługiwał zamknięcie obiegu na podstawie zmiennego sygnału z UEGO . Wtrysku paliwa w każdy cylindrze występował raz na cykl , do chwili zamknięcia zaworu wylotowego.
PORÓWNANIE E85 I BENZYNY W SILNIKU O STANDARDOWEJ KOMPRESJI DOSTARCZANEJ DAWKI PALIWA – początkowo testowanie ustalone było dla egzaminowania , jaką różną moc EGR osiągają E85 i benzyna w silnikach o standardowym dawkowaniu paliwa . Od tego czasu , użycie EGR było spodziewanym środkiem do formownia etapów skutecznych strategii , dedykowanych dla silników etanolowych , co było pożądane w celu osiągnięcia pierwszych wyników kilku nauk odnośnie różnych reakcji na EGR , w których E85 dostarcza mocy w standardowych silnikach . Także praktyczne użycie EGR jest często ograniczane przez wzrost emisji węglowodorów , więc różnice pomiędzy E85 i benzyną na tym polu rozważań również były korzystne .
Efekty EGR w stosunku do zużycia paliwa , regulacji czasu zapłonu i emisji dla E85 i benzyny były porównywalne dla warunków testu miejskiego w pozycji 1. Na wszystkich poziomach testowania EGR , zużycie paliwa wzrosło w obu paliwach . Jednakże wzrost ten był mniejszy dla E85 , taka kombinacja E85 i7% EGR dostarczyła substancji o zredukowanej emisji NOx bez znaczącego zwiększenia zużycia paliwa i emisji węglowodorów .
E85 wymaga wyprzedzenia zapłonu mniejszego o 20 niż benzyna bez EGR , ale wymagania dotyczące wyprzedzenia zapłonu dla obu paliw są takie same w przypadku dodawania EGR .
Jak pokazano w pozycji 2 lepsza kompatybilność z EGR była zaobserwowana również w przypadku E85 dla warunków testu drogowego . W tym przypadku redukcja zużycia paliwa możliwa była dla obu badanych mieszanek , mimo , że E85 ostatecznie ujawniła mniejsze zużycie paliwa . Poziomy EGR od 9 – 12 % minimalizują zużycie paliwa dla E85 i powodują obniżenie emisji NOx , podczas gdy emisja węglowodorów pozostaje poniżej poziomu określonego dla benzyny bez EGR . W ten sposób aby ograniczyć dane węglowodory trzeba by umożliwić osiągniecie mniejszego poziomu emisji NOx dla E85 . E85 potrzebuje o 2 stopnie mniejszy kąt wyprzedzenia zapłonu dla wszystkich poziomów EGR z wykluczeniem 16% .
Kolejnym sposobem porównania etyliny 85 i benzyny jest wykres zależności THC od emisji NOx - wykres 3. Podczas gdy emisja węglowodorów wzrasta poziom NOx maleje (dzięki zastosowaniu EGR). Minimalny poziom NOx jest osiągany dla maksymalnej emisji THC określonej limitem. Czym bliżej krzywe leżą środka układu współrzędnych, tym lepsze charakterystyki emisji uzyskujemy.
Można zauważyć, iż E85 nie tylko spełnia wymagany stosunek NOx do THC, ale oferuje zakres kombinacji NOx i THC w którym emisje obu związków są poniżej poziomu uzyskiwanego przez benzynę.
Fakt ten ma wpływ na zasadność uzyskiwania wysokich ciśnień, charakterystycznych dla silników zasilanych E85.
Wzrostowi stopnia sprężania towarzyszy zwiększony stopień emisji NOx i węglowodorów, co może zagrozić osiągnięciu standardów ULEV (Pojazdów Ultra Niskiej Emisji)
Z prac nad standardowym silnikiem wynika, ze pewien wzrost emisji jest tolerowany jeśli nie osiąga poziomu emisji silnika benzynowego. Należy zauważyć iż możliwość spełnienia standardów ULEV przez silnik przeznaczony do spalania E85 zaprezentowała firma Dodge [3]. Uzyskano to poprzez poprawę przygotowania mieszanki, szybkie dopalanie katalityczne, oraz poprawę algorytmów i osprzętu sterującego.
Wykresy 4 i 5 przedstawiają porównanie zależności emisji ciepła od EGR dla różnych poziomów IMEP w teście miejskim i autostradowym. W teście miejskim najważniejszą różnicą pomiędzy tymi dwoma paliwami jest niski współczynnik zmienności średniego indykowanego ciśnienia efektywnego (COV of IMPE) dla wyższych poziomów EGR. E 85 ma także nieznacznie mniejszy interwał spalania 0 do 10% masy frakcji palnej (MBF) (często nazywany opóźnieniem zapłonu). Także w teście autostradowym E85 ma niższy poziom COV oraz krótsze wartości interwału MBF. Na dodatek dla E85 nastąpiło skrócenie czasu 10-90% MBF, kiedy zastosowano EGR. (oznacza to, że bez zastosowania EGR spalanie przebiegało szybciej w pierwszej fazie, a następnie szybkość się stabilizowała).
Brinkman [8] stwierdza, ze etanol może zwiększyć sprawność paliwa w zakresie niższych i wyższych temperatur (co zmniejsza emisję ciepła do ścianek cylindra). Na obecnym etapie studiów szybsze spalanie było oczywiste dla warunków testu autostradowego, gdzie zauważono największą wydajność paliwa. Interesującym jest fakt, iż wzrost wydajność E 85 w teście miejskim i autostradowym bez ERG (ok. 3% przy 1300 obr/min, 2 bar BMEP i
ok. 4% przy 2000 obr/min, 3 bar BMEP) jest podobna do tego, który przedstawia Brinkmann, używając silnika jednocylindrowego zasilanego etanolem. (ok. 3,5% przy 1200 obr/min, 2,24 bar BMEP, dla mieszanki stechiometrycznej i stopnia sprężania 7,5:1)
Brinkmann donosi o podobnej masie nie spalonego paliwa w przypadku etanolu i benzyny (mimo faktu, iż w mieszance etanol- powietrze jest około 60% więcej paliwa nie w mieszance benzyna - powietrze). Według przyjętych założeń oznaczało by to 40% redukcję emisji THC w przypadku etanolu oraz (jeśli względnie produkcja THC przez etanol i benzynę jest taka jak w przypadku mieszanki benzyna-etanol) 34% redukcję w przypadku E 85.Jest to bardzo podobne do wyników obecnych badań, gdzie dla E 85 (bez ERG) uzyskano redukcję THC na poziomie 30% w teście miejskim i 35% w teście autostradowym. Brinkmann zauważył głównie redukcję NOx na poziomie 25% spalając etanol, kiedy obecne badania nad E85 wykazują redukcję konkretnych NOx od 15% (w mieście) do 35% (na autostradzie). Jednak różnice w emisji NOx w przypadku użycia E85 zamiast benzyny są ściśle uzależnione od warunków eksploatacji.
PORÓWNANIE SILNIKA O WYSOKIEJ KOMPRESJI PRZEZNACZONEGO DO ZASILANIA E85 ORAZ STANDARDOWEGO SILNIKA BENZYNOWEGO.
Na rysunku 6 porównano efekt zastosowania EGR w silniku uniwersalnym (odtąd nazywany silnikiem benzynowym) oraz w silniku o wysokim stopniu sprężania przeznaczonym do spalania E 85 (DE 85) w warunkach testu miejskiego i autostradowego. Można zauważyć, że silnik DE85 zyskuje więcej przez zastosowanie EGR niż silnik benzynowy. Podczas gdy EGR powoduje wzrost zużycia paliwa w silniku benzynowym, zużycie paliwa przez silnik DE85 zmalało w przypadku 7% EGR i 14% EGR. Silnik DE85 ma niższą emisję NOx oraz węglowodorów w całym zakresie EGR.
Dla 0% oraz 7% EGR silnik DE85 wymaga o 8 stopni mniejszego kąta wyprzedzenia zapłonu niż silnik benzynowy. Przy 14% EGR różnica ta zmalała do 2 stopni. Jednak, jak przedstawiono w dokumentacji, dla tego poziomu EGR silnik benzynowy wykazuje bardzo nierówną pracę. Zwiększając kąt wyprzedzenia zapłonu w celu poprawienia zużycia paliwa pogarszamy dodatkowo stabilność pracy.
Rysunek 7 przedstawia porównanie silników ED85 oraz benzynowego w warunkach testu autostradowego. W tych warunkach odnotowano największą różnicę w zużyciu paliwa pomiędzy tymi silnikami. Ponownie emisja węglowodorów oraz NOx była mniejsza w całym zakresie EGR. W zakresie od 0 do 12% EGR silnik DE85 wymagał 6 do 8 stopni mniejszego kąta wyprzedzenia zapłonu niż silnik benzynowy.
Jak wynika z powyższego, w obu testach miejskim i autostradowym silnik DE84 wykazywał się zwiększoną w znaczącym stopniu ekonomiką spalania niż zwykły silnik zasilany paliwem o niewielkiej zawartości EGR. To zwiększenie ekonomiki spalania można zrealizować nie podnosząc jednocześnie emisji NOx i węglowodorów w porównaniu do standartowej benzyny. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu prawidłowego poziomu EGR. Poziom ten jest znacznie poniżej poziomu mogącego spowodować zakłócenia stabilności procesu spalania.
Niski poziom emisji pomimo wysokiego stopnia sprężania może mieć wiele przyczyn. Jak wykazało porównanie E85 oraz zwykłej benzyny na silniku o standartowym stopniu sprężania, E85 wytwarza niższy poziom NOx oraz węglowodorów niż benzyna. Większa wydajność silnika DE85 jest uzyskana przy danym stężeniu NOx i węglowodorów w gazach wydechowych. (tzn. mniejsza masa emitowanych substancji przypada na jednostkę mocy). Zmniejszenie wyprzedzenia zapłonu wymagane w DE85 także przynosi efekty, głównie w emisji NOx. Kiedy dla silnika DE84 zastosowano wyprzedzenie zapłonu przewidziane dla zwykłego silnika, efektem był wyższy poziom NOx w teście miejskim i podobny poziom jak w teście autostradowym zwykłego silnika.
Zmiany w geometrii komory spalania, które wynikają ze zwiększenia stopnia sprężania mają także wpływ na emisję, jednak nie wiadomo w jakim stopniu.
Na rysunkach 8 i 9 porównano charakterystyki IMEP oraz emisji ciepła silnika DE85 z silnikiem standartowym w warunkach testu miejskiego i autostradowego. W obu przypadkach silnik DE85 miał niższą wartość COV of IMEP przy wyższym poziomie EGR. W teście miejskim DE85 uzyskał krótsze czasy 0-10% oraz 10-90% MBF dla wszystkich poziomów EGR. W teście autostradowym redukcja interwału 10-90% MBF (relatywnie do benzyny) nie była możliwa poniżej 9%, oraz wzrastała dla wyższych poziomów EGR.
WPŁYW ZMNIEJSZANIA PRĘDKOŚCI NA ZUŻYCIE PALIWA I EMISJĘ E85 - Jak wspomniano wcześniej silnik DE85 był także badany w warunkach niższych prędkości i większych obciążeń, kiedy silnik osiąga tę samą moc co w warunkach większej prędkości i mniejszego ładunku. Testy te przeprowadzono, aby zbadać możliwość zmniejszenia przyśpieszeń samochodu na rzecz zwiększenia wydajności paliwa poprzez wprowadzenie różnych przełożeń. Badania przeprowadzono dla dwóch prędkości. Redukcja prędkości o ok. 10% miała odpowiadać wzrostowi momentu obrotowego typowego dla silników o wysokim stopniu sprężania. W przypadku badanego silnika zaobserwowano wzrost maksymalnego momentu obrotowego o ok. 10 do 13%, dlatego nie przeprowadzono maksymalizacji ustawienia przepustnicy. Aby zakończyć dobieranie momentu obrotowego oraz prędkości pojazdu i uzyskać taką samą moc w każdych warunkach, ustalono redukcję prędkości na poziomie 11,5%.
Kolejna redukcja prędkości o 20% została przeprowadzona, aby zbadać czy można osiągnąć ewentualne dodatkowe korzyści ekonomiczne. Zostało pokazane, iż wzrost momentu obrotowego o taką wielkość może być osiągnięty dzięki zwiększeniu wydajności jednostkowej, a to z kolei można osiągnąć poprzez lepszą regulację, kolejne zwiększenie stopnia sprężania, oraz lepsze użycie chłodzących właściwości par etanolu. Odnośnie do chłodzenia parami etanolu, nie stwierdzono zwiększenia wydajności E84 w silniku o podwyższonym stopniu sprężania ani w silniku standartowym. To przypuszczalnie oznacza, że ciepło potrzebne do odparowania paliwa pochodzi raczej od powierzchni zaworów dolotowych (gdzie skierowane są wtryskiwacze) i gniazd zaworowych niż od zasysanego powietrza. Należy także wiedzieć, iż dzięki tak znacznej redukcji prędkości można zmniejszyć emisję NOx do akceptowalnego poziomu. Aby zakończyć dobór momentu obrotowego i prędkości, przyjęto do testu redukcję prędkości o 23%.
Rysunek 10 przedstawia efekt zredukowania prędkości w teście miejskim. Zużycie paliwa silnika DE85 zmniejsza się liniowo do prędkości. Bez EGR emisja NOx jest wyższa niż w silniku benzynowym. Jednak silnik DE85 może osiągnąć znacznie niższy poziom emisji NOx niż silnik benzynowy po dodaniu 7% EGR. Dla takiego stężenie EGR emisja węglowodorów nie jest wyższa niż w silniku benzynowym bez zastosowania EGR. Użycie EGR powoduje nieznaczną redukcję zużycia paliwa przy prędkości standartowej i zredukowanej o 11,5%, natomiast nie daje żadnych zmian w zużyciu paliwa przy prędkości zredukowanej o 23%.
Na rysunku 11 pokazano efekty zmniejszania prędkości dla warunku testu pozamiejskiego. Ponownie, konsumpcja paliwa zmniejsza się liniowo wraz z prędkością. W tym przypadku, EGR spowodowało szybsze redukcje w konsumpcji paliwa, tak jak prędkość była redukowana. Emisje NOx z silnika DE85 bez EGR osiągają poziomy podobne do tych z silnika benzynowego bez EGR tylko wtedy gdy prędkość była zredukowana o 23%.
Poprzez użycie 9% EGR z silnikiem DE85, możliwe było utrzymanie emisji NOx poniżej poziomów silnika benzynowego ( z jednym z dwóch: 0% lub 9% EGR ) we wszystkich testowanych prędkościach. Na poziomie EGR emisje węglowodorów z silnika DE85 także pozostawały poniżej poziomów silnika benzynowego, nawet wtedy gdy silnik benzynowy nie używał EGR. W ten sposób, zmniejszenie prędkości silnika było efektywną strategią dla ulepszania ekonomi paliwa, która (kiedy połączono to z właściwymi poziomami EGR) nie miała szkodliwych efektów na emisję NOx lub węglowodorów, relatywnie do benzyny. Te rezultaty pokazują także, że zakres do którego zmniejszenie prędkości silnika DE85 mogło być w praktyce używane, nie jest limitowany przez emisję NOx. Raczej, zakres do którego szeroki otwarty moment obrotowy wyprowadzony ze silnika DE85 mógłby być ulepszony (relatywnie do silnika benzynowego) mógłby być decydującym czynnikiem dla strategii zmniejszania prędkości po to aby równe poziomy przyśpieszenia samochodu mogły być zachowane.
Przedkładane strategie ekonomi paliwa dla silników etanolowych - rysunki 12 i13
pokazują możliwe ulepszenia ekonomii paliwa stosujące różne strategie ekonomi paliwa, przeznaczone dla silnika etanolowego z wysoką kompresją odpowiednio w warunkach testujących miejskich i pozamiejskich. Te rysunki także zawierają mapę emisji dla NOx i węglowodorów pokazują jak emisje dla tych strategii porównuje się z zakresem wyników wytwarzanych przez standardowy silnik benzynowy w zakresie poziomów EGR. Zdecydowano, że raczej kryteria emisji powinny być stosowane do selekcji strategii silnika DE85, odkąd przewidziano, że czynniki „realnego świata” ( zapalanie na zimno, wyłączenie katalizatora itd.) mogą spowodować porównanie emisji pomiędzy tym silnikiem i silnikiem benzynowym, mniej korzystne w cyklach testów aktualnych emisji.
Skoro to mogło być stosowane głównie do emisji węglowodoru, zdecydowano, że całkowite emisje węglowodoru z silnika DE85 nie powinny być większe od tych z silnika benzynowego nie używającego EGR (minimalne możliwe emisje węglowodoru z benzyną).
Dla emisji NOx, cel dla silnika DE85, został ustalony tak, aby nie większy od silnika benzynowego używając poziomów EGR, które nie były tak wysokie aby zdegradować za mocno ekonomię paliwa.
Te poziomy EGR dla benzyny zostały ustalone na 7% w punkcie testu miejskiego ( gdzie konsumpcja paliwa była nieznacznie wyższa niż bez EGR ) i 9% w punkcie testu pozamiejskiego ( gdzie minimalna konsumpcja paliwa była dokonana ). Tak więc, cele połączonej emisji dla silnika DE85 były takie, że silnik benzynowy nie mógł równocześnie osiągać wymaganych poziomów emisji NOx i węglowodorów niezależnie od używanego wzorcowania (kalibrowania) EGR.
Odnośnie do ulepszania ekonomii paliwa, Biuro Zaawansowanych Technologii Samochodowych (OAAT) amerykańskiego Departamentu Energii (DOE) miało, przed zleceniem tego projektu, ustalić serię celów ekonomii paliw dla samochodów na etanol. Wzrosty te w samochodach MPGE (po konwencjonalnym samochodzie na benzynę ) w 8%, 12% i 15% były osiągnięte w ciągu lat 2000, 2004, i 2006 odpowiednio. Porównując te cele z rezultatami projektu można zauważyć, że aktualna jazda miejska mogłaby prawdopodobnie osiągnąć postępy w ekonomii paliwa poprzez pojedyncze testy odpowiednie do efektów jazdy luzem, opóźnienia, itd. Jednak uwierzono, że postępy osiągnięte dla jazdy pozamiejskiej powinny być możliwe do osiągnięcia w większości, odkąd ten typ jazdy jest bardziej ustaloną operacją hamulca dynamometrycznego niż jazdy miejskiej „stop i jedź”.
Jak pokazano na rysunku 12 dla jazdy miejskiej, było możliwe dokonanie w 8% postępu ekonomii paliwa po prostu przez podwyższenie proporcji kompresji używając paliwa E85 i używając zewnętrznie EGR. Jak pokazano na wykresie emisji ta kombinacja mogłaby spowodować osiągnięcie granicy obszaru dozwolonego (docelowego) węglowodorów.
Zmniejszając prędkość silnika o 11,5% ( co powinno łatwo zatrzymać charakterystykę przyśpieszenia, dzięki wysokiemu potencjalnemu momentowi silnika o wysokiej kompresji) i używając zewnętrzny EGR do kontroli NOx wprowadziło oszczędność paliwa o ponad 15% i spełniało kryteria emisji. Zauważmy, że oszczędność paliwa osiągana przez silnik na paliwa E85 ze zmniejszoną prędkością jest ok. 1,8 razy większa niż oszczędność osiągana przez silnik na paliwoDE85. Więc w warunkach miejskich, można powiedzieć, że silnik na DE85 ma możliwość na oszczędność paliwa prawie dwa razy większą od silnika na etanol (natomiast jego możliwości przyśpieszenia są oczywiście mniejsze).
Zmniejszając prędkość silnika o 23% i dodając EGR w celu kontroli NOx spowodowało oszczędność paliwa o ponad 20% i akceptowalne emisje. To powinno stanowić silną motywację do poszukiwania dalszych możliwości zwiększenia momentu obrotowego silników na etanol, co by praktycznie umożliwiało dalsze zmniejszenia prędkości silników.
Mała oszczędność paliwa i redukcji emisji silnika silnika na DE85 jest pokazana na rysunku 13, która odnosi się do silnika benzynowego używającego zewnętrznego EGR na poziomie 9%, co wprowadziło największą oszczędność paliwa z tym silnikiem. Silnik na DE85 z zewnętrznym EGR pozwolił na oszczędność paliwa o ponad 12%.
Zmniejszając prędkość silnika o 11,5% z zewnętrznym EGR do kontroli NOx pozwoliło oszczędzić zużycie paliwa o 18% z akceptowalnym poziomem emisji. To jest ok.1,5 razy tyle, co oszczędność silnika na DE85, co znaczy, że sama strategia zmniejszania prędkości w warunkach pozamiejskich jest mniej skuteczna niż w warunkach miejskich ( gdzie mieliśmy oszczędność paliwa 1,8 razy większą od silnika DE85 ). Dalsze zmniejszenie prędkości do 23% z zewnętrznym EGR wprowadzi 24 procentową oszczędność paliwa. Skoro emisja NOx i węglowodorów jest akceptowalna w tym przypadku wygląda na to ( jak było też w przypadku prób miejskich), że byłoby bardzo korzystne poszukiwać dalsze możliwości zwiększenia momentu silnika na DE85, co by pozwoliło też na dalsze zmniejszenie prędkości do poziomu 23%.
Są to konkluzje eksperymentu z prototypowym kompatybilnym silnikiem na etanol ze współczynnikiem kompresji (8.85:1), i ze zmodyfikowaną wersją tego samego silnika, gdzie współczynnik kompresji był zwiększony do poziomu (11.19:1) dla paliwa E85.
Wyniki tego eksperymentu mogą być uzależnione od specjalnej konstrukcji tegoż silnika, i mogą nie być dokładnie te same z innymi silnikami. Autorzy przyznają, że testy były prowadzone w stanie stacjonarnym, i z tego powodu stanowią tylko wstępne przypuszczenia co do możliwości oszczędności paliwa i redukcji emisji silników na E85.
Problemy związane z uruchomieniem silnika na zimno, stanami tranzycyjnymi i systemami katalizowania gazów wydechowych nie były tutaj zbadane. Te ograniczenia muszą być wzięte pod uwagę podczas wyciągania wniosków:
Używanie E85 zamiast benzyny w kompatybilnym silniku z wysokim stopniem sprężania może prowadzić do oszczędności paliwa (ok.3% MPGE ) i mniejsze emisje NOx i węglowodorów. Używając E85 pozwala też zwiększyć ilość EGR bez pojawienia się wysokiej zmiany IMEP.
Silnik na E85 o wysokiej kompresji, używając większe ilości EGR prowadzi oszczędność paliwa rzędu 10% ( MPGE) w stosunku do porównywalnego silnika benzynowego. Będą jeszcze lepsze osiągnięcia w warunkach autostradowych (tzn. z wysoką średnią mocą). Mimo wyższego współczynnika kompresji, silnik na E85 może mieć zredukowane emisje NOx niż silnik benzynowy i utrzymywać porównywalny poziom emisji węglowodorów. Powodem tego są mniejsze emisje paliwa E85 ( w stosunku do benzyny spalonej w silniku o standardowym współczynniku kompresji ) i większa wydajność, większa tolerancja na EGR oraz zmniejszenie przyśpieszenia zapłonu, które jest możliwe w silniku na E85 z wysoką kompresją.
Jeżeli układ zmiany biegów w samochodzie o silniku na E85 byłby zmieniony po to, żeby pozwolić na zmniejszenie prędkości silnika o 10% ( jednocześnie pozwalając na poziom przyśpieszenia porównywalny do standardowego samochodu benzynowego ), można by było oszczędzić ok.15% paliwa (MPGE) w stosunku do porównywalnego silnika benzynowego. Zmniejszając prędkość silnika na E85, możemy osiągać większe oszczędności paliwa w warunkach miejskich ( tzn. z małą średnią mocą ) niż w warunkach autostradowych. Większe obciążenie silnika ( naturalne w warunkach miejskich ) zwiększy emisje NOx, ale te emisje mogą być zmniejszone z łatwością do poziomu silników benzynowych dzięki używaniu wyższych ilości EGR, jednocześnie utrzymując poziom emisji węglowodorów na poziomie porównywalnym z silnikiem benzynowym. Było to prawdą też kiedy się zmniejszyło prędkość silnika o ponad 20%, kiedy było to możliwe. Więc praktyczne granice w możliwościach zmniejszenia prędkości silników na E85 są oznaczone raczej przez techniczne możliwości zwiększenia momentu ( może przez używanie lepszego ochłodzenia gazów wydechowych ), niż przez ograniczenie w emisji NOx.