VPLIV BIOGORIV NA STANJE SISTEMA ZA VBRIZGAVANJE GORIVA ... · V VPLIV BIOGORIV NA STANJE SISTEMA ZA VBRIZGAVANJE GORIVA DIZELSKEGA MOTORJA Klju čne besede: alternativna goriva,

VPLIV BIOGORIV NA STANJE SISTEMA ZA VBRIZGAVANJE GORIVA DIZELSKEGA

MOTORJA Diplomsko delo

Študent: Primož Donaj

Študijski program: Visokošolski strokovni; Strojništvo

Smer: Energetika in procesno strojništvo

Mentor: izr. prof. dr. Breda Kegl

Somentor: doc. dr. Stanislav Pehan

Maribor, februar 2009

II

Vložen original

sklepa o potrjeni

temi diplomskega

III

I Z J A V A Podpisani Primož Donaj izjavljam, da:

• je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom

Brede Kegl in somentorstvom Stanislava Pehana;

• predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, __________________ Podpis: ___________________________

IV

ZAHVALA Zahvaljujem se mentorici izr. prof. dr. Bredi Kegl in

somentorju doc. dr. Stanislavu Pehanu za pomoč in

vodenje pri opravljanju diplomskega dela.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili

študij.

V

VPLIV BIOGORIV NA STANJE SISTEMA ZA VBRIZGAVANJE GORIVA DIZELSKEGA MOTORJA Ključne besede: alternativna goriva, hrapavost površin, sistem za vbrizgavanje goriva,

pretočne karakteristike, naprava za sinhrono testiranje dveh goriv pod enakimi pogoji

UDK: 621.436(043.2) POVZETEK

Namen diplomske naloge je ugotoviti vpliv goriva na dva osnovna dela sistema za

vbrizgavanje goriva: visokotlačna tlačilka in vbrizgalna šoba. Vpliv smo določili z

eksperimentom merjenja pretočnega števila šob in hrapavosti sestavnih delov tlačilke.

Meritve so se izvajale z dvema različnima testiranima mešanicama goriv, hkrati, pri enakih

pogojih (tem., tlak…), in sicer z uporabo 85% dizelskega goriva ter 15% bioetanola

(D85E15) in z uporabo 85% biodizelskega goriva ter 15% bioetanola (B85E15).

Rezultati samih meritev so pokazali, da samo gorivo vpliva na obrabo delov vbrizgalnega

sistema.

VI

INFLUENCE OF BIOFUELS ON THE STATE OF DIESEL FUEL INJECTION SYSTEM Key words: alternatively fuel, roughness, fuel injection system, flow coefficient,

measurement device for testing in similar conditions

UDK: 621.436(043.2)

ABSTRACT

The main purpose of this Diploma thesis is to determine the influence of the fuel on two

different fuel injection systems: High-pressure pump and Injectable nozzle. The impact of the

fuel has been analysed by measuring the flow rate of nozzles and roughness of the pump

components.The measurements have been conducted at the same conditions (temperature,

pressure ...etc.), on the basis of two different fuel mixtures: 85% of diesel and 15% of bio

ethanol (D85E15) and 85% of bio diesel and 15% of bio ethanol (B85E15).

The results of the measurements have shown and confirmed that the fuel itself have a

considerable influence on ware of the injecttable system parts.

VII

KAZALO

1 UVOD ............................................................................................................................I

1.1 Namen in cilj ter struktura diplomske naloge .......................................................... 2

2 ALTERNATIVNA GORIVA......................................................................................... 3

2.1 Uporaba alternativnih goriv v Sloveniji .................................................................. 4

3 LASTNOSTI UPORABLJENIH GORIV....................................................................... 5

3.1 Biodizelsko gorivo ................................................................................................. 5 3.1.1 Surovine za biodizel .............................................................................................. 5 3.1.2 Prednosti biodizla B100 ......................................................................................... 6 3.1.3 Slabosti biodizla B100 ........................................................................................... 6 3.1.4 Lastnosti goriva B100............................................................................................ 7

3.2 Plinsko olje............................................................................................................. 8

3.3 Bioetanol ................................................................................................................ 9 3.3.1 Kemične lastnosti bioetanola .................................................................................. 9 3.3.2 Vpliv bioetanola na okolje...................................................................................... 9 3.3.3 Prednosti bioetanola .............................................................................................. 9 3.3.4 Slabosti bioetanola .............................................................................................. 10

4 TEORETIČNE OSNOVE ............................................................................................ 11

4.1 Osnove hrapavosti ................................................................................................ 11 4.1.1 Topografija površine ........................................................................................... 12 4.1.2 Karakterizacija površinske topografije s statičnimi parametri.................................... 13 4.1.3 Definicija nekaterih parametrov hrapave površine po sistemu ovojnice ...................... 15 4.1.4 Definicija parametrov hrapave površine po sistemu opazovanja posameznih višin ...... 15 4.1.5 Multiskalarna karakterizacija površinske topografije......................................... 16

4.2 Sistem za vbrizganje goriva - osnove .................................................................... 17

4.3 Pretočne karakteristike v šobi ............................................................................... 18 4.3.1 Pretočno število .................................................................................................. 18 4.3.2 Teoretične osnove merjenja pretočnih števil ........................................................... 19

5 MERJENJE PRETOČNIH ŠTEVIL IN HRAPAVOSTI............................................... 20

5.1 Naprava za merjenje pretočnih števil .................................................................... 20

5.2 Postopek merjenja pretočnih števil........................................................................ 22

5.3 Naprava za merjenje hrapavosti ............................................................................ 23

5.4 Postopek merjenja hrapavosti ............................................................................... 24

6 NAPRAVA ZA SINHRONO TESTIRANJE DVEH RAZLIČNIH GORIV POD ENAKIMI POGOJI ............................................................................................................. 26

6.1 Predstavitev tlačilke Bosch ................................................................................... 26

6.2 Naprava za pogon tlačilke..................................................................................... 27

VIII

6.3 Postopek testiranja................................................................................................ 28

7 REZULTATI MERITEV ............................................................................................. 29

7.1 Rezultati meritev pretočnega števila .................................................................... 29

7.2 Rezultati meritve hrapavosti ................................................................................. 34

8 SKLEP......................................................................................................................... 65

9 LITERATURA ............................................................................................................ 67

10 ŽIVLJENJEPIS............................................................................................................ 68

IX

UPORABLJENI SIMBOLI IN KRATICE D85E15 mešanica dizelskega goriva in bioetanola v razmerju 85%:15%

B85E15 mešanica biodizelskega goriva in bioetanola v razmerju 85%:15%

CO2 skupna emisija ogljikovega dioksida

SO2 žveplena kislina

NOX skupna emisija dušikovih oksidov

B100 biodizelsko gorivo

C2H5OH bioetanol

Ra aritmetična srednja hrapavost

Rq kvadratična srednja hrapavost

Rtm srednja globina hrapavosti

Rz srednja višina neravnin

Rp razdalja med skrajno točko na najvišjem vrhu in srednjo linijo

Rt razdalja med skrajnima točkama na najvišjem vrhu in najglobljimi vrzelmi

m položaj srednje linije

Rmax največja višina hrapavosti

µ pretočno število šobe

dejanski prostorninski tok

teoretični prostorninski tok

Ad površina pretočnega preseka odprtin šobe

∆p tlačna razlka

ρ gostota

z število odprtin šobe

dd premer odprtin šobe

Vmer izmerjena prostornina

tmer čas meritve

ρ20 gostota tekočine pri 20°C

T temperatura tekočine v merilni menzuri

Ka korekcijski faktor

EN 14214 Evropski standard za biodizelsko gorivo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

1

1 UVOD

Onesnaženje zraka je že vrsto let resen problem, s katerim se ukvarjajo številni strokovnjaki z

različnih področij. Seveda pa za ta problem ni kriva samo industrija, ki proizvaja ogromne

količine toplogrednih plinov pač pa v zadnjih letih tudi avtomobili s svojimi motorji. Današnji

način življenja je odvisen od motorjev z notranjim zgorevanjem, ki pa so postali glavni

onesnaževalci našega ozračja. Meritve kažejo, da so napovedi o dolgoročnem ogrevanju

našega ozračja nepravilne. Segrevanje ozračja namreč ni stvar daljne prihodnosti pač pa se to

dogaja že sedaj. Posledica tega je v zadnjih letih trend uveljavljenja alternativnih goriv, ki so

okolju prijaznejša. Eden od razlogov, ki govori v prid alternativnim gorivom so tudi

zmanjšane zaloge nafte v zemlji, ki je v prihodnosti ne bo več.

Seveda pa je najprej potrebno spremeniti mišljenje uporabnikov mineralnih goriv

predvsem pa politikov številnih držav, ki se zaradi ogromnih dobičkov ne zmenijo za

onesnaževanje. Politiki bi se morali zavedati onesnaženja, ki ga povzročajo s svojimi

odločitvami in željo po še večjih dobičkih. Uporabo alternativnih goriv bi morali promovirati

in bolj pospeševati njen razvoj, ne pa jih zavračati. Dejstvo, da bo v naslednjih desetletjih

človeštvo ostalo brez enega najpomembnejših virov energije, mineralnih olj, so nekatere

države kljub vsemu vzele zelo resno. Tudi zakonodaja se na tem področju pospešeno

sprejema. Večina evropskih držav ima tako že sprejete zakone, ki določajo standarde za

posamezna alternativna goriva.

Biodizel in bioetanol sta samo dva od kamenčkov v ogromnem mozaiku alternativnih

goriv z željo po zmanjšanju onesnaženja ozračja.

Slovenija je razen omejenih zalog premoga in vodne energije, energetsko povsem

odvisna od razmer na svetovnih trgih, zato je dobro, da se aktivno vključi v razvoj

alternativnih goriv, bodisi zaradi energetske samostojnosti, bodisi zaradi ekologije.


2

1.1 Namen in cilj ter struktura diplomske naloge

Vse večja poraba fosilnih goriv in s tem posledično večanje emisij, ki nastajajo pri zgorevanju

v motorjih, je privedla do razvoja in uporabe alternativnih goriv. Na področju motorjev z

notranjim zgorevanjem sta trenutno najbolj razširjena uporaba biodizelskega goriva in

bioetanola. Karakteristične vrednosti biodizelskega goriva so podobne karakterističnim

vrednostim ''fosilnega'' dizelskega goriva. Medtem ko so karakteristične vrednosti bioetanola

podobne karakterističnim vrednostim bencina.

Pri uporabi biogoriv se zastavlja vprašanje, kakšen je vpliv le-teh na delovanje

obstoječih motorjev z notranjim zgorevanjem oziroma njihovih posameznih delov. Tukaj

velja izpostaviti sistem za vbrizgavanje goriva, saj je od njegove izvedbe, oziroma načina

delovanja, odvisen proces priprave zmesi gorivo-zrak in s tem poraba goriva ter emisije

izpušnih plinov.

Namen naloge je ugotoviti vpliv uporabe različnih goriv na same dele vbrizgalnega

sistema, natančneje na stanje tlačilke. Testirani gorivi sta naslednji:

• mešanica 85% dizelskega goriva + 15% bioetanola (D85E15)

• mešanica 85% biodizelskega goriva + 15% bioetanola (B85E15).

Da lahko ugotovimo vpliv posameznega goriva, je potrebno zagotoviti enake pogoje

testiranja. To smo zagotovili z napravo za sinhrono testiranje goriv, ki je bila izdelana

posebej za ta namen. S to napravo smo zagotovili enako vrtilno hitrost (750 min-1), enake

tlake in temperature, pri kateri sam sistem obratuje.

Vsebina diplomske naloge bralca najprej seznani splošno o alternativnih gorivih. Sledi

opis posameznih testiranih goriv (osnove, prednosti, slabosti, lastnosti). V naslednjem

poglavju so opisane teoretične osnove pretočne karakteristike vbrizgalne šobe ter hrapavost

površine. Nato so opisane posamezne naprave s katerimi so se izvajale meritve ter postopki

merjenja. Zadnji del naloge zajema analize rezultatov izmerjenih vrednosti ter primerjava z

rezultati predhodnih meritev.


3

2 ALTERNATIVNA GORIVA

Uporaba alternativnih goriv za pogon motornih vozil vse bolj narašča. Vzpodbujajo jo višanje

cen osnovnih energetskih virov, predvsem surove nafte, težnje po zmanjševanju energetske

odvisnosti posameznih držav uvoznic nafte in okoljski vidiki. Pri tem imajo najvišji potencial

alternativna goriva iz obnovljivih virov, katerih osnovna prednost pred fosilnimi gorivi je

zmanjšanje emisij toplogrednih plinov (predvsem CO2). Tako že danes za pogon dizelskih

motornih vozil uspešno uporabljamo mešanice D2 goriva (dizelsko gorivo pridobljeno iz

surove nafte) in biodizla. Deleži biodizla so povečini med 5 in 10 vol%, vendar v nekaterih

državah članicah EU, kot sta na primer Avstrija in Nemčija, na bencinskih servisih že danes

ponujajo tudi 100 % biodizel [1].

Dobre lastnosti alternativnih goriv:

• enostavna pridelava surovin,

• v primeru razlitja ni nevarnosti za onesnaženje podtalnice,

• ne vsebujejo žvepla,

• nastaja manj toksičnih produktov zgorevanja,

• neto prirastek emisije CO2 je v atmosferi zaradi rastlinskega izvora enak 0.

Slabe lastnosti alternativnih goriv:

• nastanek monokultur na nekem področju,

• podvržena so mikrobnemu razpadu,

• so bolj agresivna do nekaterih materialov.

Smisel uvajanja alternativnih goriv je, da se tako ali drugače izognemo problemu

kopičenju ogljikovega dioksida v zemeljski atmosferi. Pri uporabi derivatov nafte se namreč

nikakor ne moremo izogniti temu, da bi atmosfero obremenili z novim ogljikom, ki je do

nedavna počival v nedrjih zemlje. Primarna reakcija, ki se dogaja v motorju z notranjim

zgorevanjem, je reakcija kisika in ogljikovodika, pri čemer se tvori voda in pri popolnem

zgorevanju ogljikov dioksid. Načeloma ogljikov dioksid nikakor ni nevaren plin, saj ga

atmosfera tako ali tako že vsebuje okoli 0,035 volumskega odstotka (oziroma 381 ppm), in je

nujno potreben za življenje na tem planetu. Problem pa je v tem, da količine CO2 nikakor ne

smemo povečevati. Predpostavlja se, da bi že sorazmerno malo povečanje toplogrednih plinov


4

(na 450 ppm), katerih glavni predstavnik je CO2, pripeljalo do dviga povprečnih temperatur za

stopinjo ali dve in s tem do globalne katastrofe na planetu [2].

2.1 Uporaba alternativnih goriv v Sloveniji

Slovenija se je s podpisom Kjotskega protokola (podpisan leta 1998, ratificiran 2002)

namenila do obdobja 2008-2012 izpuste toplogrednih plinov zmanjšati za 8 % (glede na

stanje leta 1986). Raba biogoriv je eden izmed ukrepov Strategije in kratkoročnega akcijskega

načrta zmanjšanja emisij toplogrednih plinov. S spremembo zakona o trošarinah decembra

2003 so bila biogoriva kot pogonska goriva opredeljena kot trošarinski izdelki s trošarinsko

stopnjo 0 %. Naslednji korak pri spodbujanju rabe biogoriv je bil storjen s prenosom

Direktive EU o promociji rabe biogoriv in drugih obnovljivih goriv za promet, ki članice

spodbuja k povečanju deleža biogoriv v skupni porabi goriv za transport na 5,75 % do konca

leta 2010, v slovenski pravni red. To je bilo narejeno s Pravilnikom o vsebnosti biogoriv v

gorivih za pogon motornih vozil (Ur.l. RS, št. 108/2005. V pravilniku je določena minimalna

letna povprečna vsebnost biogoriv v vseh gorivih, ki so dana na območju Republike Slovenije

v promet za pogon motornih vozil. Rast vsebnosti biogoriv v vseh gorivih je prikazana v

tabeli 2.1 [3].

Tabela 2.1: Predvidena uporaba biogoriv v Sloveniji

Biodizel 2006 2007 2008 2009 2010

Delež (%) 1,2 2 3 4 5

Količina (t) 18.340 14.480 21.720 28.960 36.200


5

3 LASTNOSTI UPORABLJENIH GORIV

V tem poglavju so opisana goriva, ki sem jih uporabljal pri meritvah vpliva goriva na same

dele vbrizgalnega sistema, natančneje same tlačilke.

3.1 Biodizelsko gorivo

Biodizel je v bistvo gorivo, ki je nadomestek za dizelsko fosilno gorivo. Pridobivamo ga

iz bioloških virov. Biodizel je biološko razgradljivo gorivo, ki ni strupeno, pri gorenju pa

oddaja manjšo emisijo kot dizelsko gorivo pridobljeno iz nafte. Biodizelsko gorivo lahko

nadomesti klasično dizelsko gorivo, ki je pridobljeno iz nafte, in to skoraj v vseh področjih

transportnih sredstev. Za distribucijo biodizla se lahko uporablja že razvita infrastruktura. Na

bencinskih servisih že vedno pogosteje ponujajo tudi to gorivo, tako da bi bilo kar najbolj

dosegljivo uporabnikom. Že nekaj časa pa se biodizel uporablja kot dodatek gorivu. Večina

literature delež biodizla v gorivu označi s črko »B«. Na primer gorivo, ki vsebuje 20%

biodizla, osnova pa je petrodizel, se imenuje B20. Čisti biodizel se imenuje B100.

3.1.1 Surovine za biodizel

Kot surovina za biodizel se lahko uporabijo različna olja:

• Deviška olja oljne ogrščice in soje, eterično gorčično olje, palmovo olje, jatrofino

olje. Zelo obetajoča surovina za biodizel so alge.

• Rabljena rastlinska olja (Waste Vegetable Oil – WVO)

• Živalske maščobe vključujoč loj, mast, rumene maščobe in ribje olje

Svetovna proizvodnja rastlinskih olj in živalskih masti po količinah še zdaleč ne

zadošča temu, da bi nadomestila fosilna goriva. Gojenje rastlin za pridobivanje biodizla

omogoča dvig proizvodnje biodizla na tako visok industrijski nivo, da bi lahko z njim pokrili

občutne potrebe nekega naroda ali kar lep delež svetovnih potreb. Za najbolj učinkovit

pridelek, iz katerega se pridobiva biodizel, se kažejo alge, iz katerih lahko na površinsko

enoto pridelamo kar 250 krat toliko, kot na primer iz soje [2].

Pri nas pa je najbolj razširjena surovina oljna ogrščica, iz katere v tovarni Biogoriva iz

Rač proizvajajo kvaliteten biodizel. Ta biodizel B100 smo tudi uporabljali v naših testiranjih.


6

3.1.2 Prednosti biodizla B100

• do 55% nižje emisije CO in do 40% nižje emisije nezgorelih ogljikovodikov v ozračje

• ni emisij SO2 v okolje - skoraj ne vsebuje žvepla (pod 10 mg/kg)

• nižja stopnja dimljenja izpušnih sistemov (tudi do 45 %)

• ne vsebuje škodljivih aromatskih spojin (benzen, toluen ipd.)

• manjša emisija CO2 v okolje

• biološko razgradljiv - ne predstavlja nevarnosti za okolje

• boljše mazalne lastnosti kot dizelsko gorivo

• zaprti krog CO2

• uporaben za obstoječe izvedbe dizelskih motorjev

• meša se v vseh razmerjih z dizelskim gorivom

• standardizirano gorivo

• neobdavčen

3.1.3 Slabosti biodizla B100

• nekoliko večje sproščanje NOX (brez modifikacij na motorju)

• nevarnost pojava monokultur

• omejen proizvodni potencial

• za izdelavo potreben alkohol (metanol, etanol)

• cena


7

3.1.4 Lastnosti goriva B100

V tabeli 3.1 so podane vrednosti oziroma lastnosti goriva dobljene z testnimi metodami po

evropskem standardu za biogoriva EN14214.

Tabela 3.1: Analiza biodizelskega goriva proizvajalca BIO GORIVA-Rače po EN 14214

Specifikacija Lastnosti Enote Testna metoda

min. max.

Rezultati

Vsebnost estrov % (m/m) EN 14103 96,5 - 96,9

Gostota pri 15 oC kg/m3 ASTM D 4052 860 900 883

Viskoznost pri 40 oC mm2/s EN ISO 3104 3,50 5,00 4,44

Točka vžiga oC ISO 2719 120 - >120

Vsebnost žvepla mg/kg ISO 20884 - 10,0 <10,0

Ostanek ogljika

(na 10% ostanku destilata) % (m/m) ISO 10370 - 0,30 <0,30

Cetansko število - EN ISO 5165 51,0 - >51,0

Vsebnost vode mg/kg EN ISO 12937 - 500 208

Totalno onesnaženje mg/kg EN 12662 - 24 <24

Oksidacijska stabilnost,

110 oC ure EN 14112 6,0 - 14,8

Kislinsko število mg KOH/g ISO 6619 - 0,50 0,24

Jodovo število g I2/100 g EN 14111 - 120 117

Kislinski metilni ester % (m/m) EN 14103 - 12,0 8,5

Vsebnost metanola % (m/m) EN 14110 - 0,20 0,01

Prosti glicerol % (m/m) EN 14105

EN 14106 - 0,02 <0,02

Skupni glicerol % (m/m) EN 14105 - 0,25 <0,25

Skupina I kovin (Na + K) mg/kg EN 14108

EN 14109 - 5,0 <5,0

Vsebnost fosforja mg/kg EN 14107 - 10,0 <10,0


8

3.2 Plinsko olje

V tabeli 3.2 so predstavljene lastnosti plinskega olja (Petrol). Filtrirnost ter gostota se

spreminjata glede na letni čas, ostale lastnosti pa morajo biti v mejah, ki so določene v tabeli.

Tabela 3.2: Lastnosti plinskega olja D2 po SIST EN 590 [4]

Meje Preskušana lastnost Enota

I. c)

II. c)

III. c)

Preskusne metode

Cetansko število ≥ 51 SIST EN ISO 5165 Cetanski indeks ≥ 46 SIST EN ISO 4264

Gostota pri 15°C Kg/m3 820 – 845 SIST EN ISO 3675

SIST EN ISO 12185 Vsebnost policikličnih aromatskih ogljikovodikov

% (m/m) ≤ 11 IP 391, SIST EN 12916

Vsebnost žvepla

mg/kg ≤ 50 SIST EN 24260 SIST EN ISO 8754 SIST EN ISO 14596 SIST EN ISO 20884

Plamenišče °C > 55 SIST EN 22719 Koksni ostanek (iz 10% (V/V) destilacijskega ostanka) a)

% (m/m) ≤ 0,30 SIST EN ISO 10370

Pepel % (m/m) ≤ 0,01 SIST EN ISO 6245 Vsebnost vode mg/kg ≤ 200 SIST EN ISO 12937

Vsebnost skupnih nečistoč mg/kg ≤ 24 SIST EN 12662 Korozivnost na baker (3h pri 50°C) stopnja 1 SIST EN ISO 2160 Oksidacijska obstojnost g/m3 ≤ 25 EN ISO 12205 Mazalna sposobnost (WSD 1.4) pri 60°C

µm ≤ 460 SIST EN ISO 12156-1

Viskoznost pri 40°C mm2/s 2,00 – 4,50 SIST EN ISO 3104 Destilacija SIST EN ISO 3405

- pri 250°C predestilira % (V/V) < 65 - pri 350°C predestilira % (V/V) ≥ 85 - 95 %(V/V) predestilira °C ≤ 360

Filtrirnost (CFPP) b) °C ≤ 0 ≤ -10 ≤ -20 SIST EN 116 Motnišče °C - EN 23015 Vsebnost metilnega estra maščobnih kislinc)

% (V/V) ≤ 5 prEN 14078

Videz

vizualno

bister, brez prisotnosti trdnih delcev in izločene

vode

PML 07.09. vizualno

Barva ≤ 2 SIST ISO 2049


9

3.3 Bioetanol

Bioetanol je visoko oktansko gorivo, alkohol brez vode, ki ga pridobivajo s

fermentacijo (anaerobno vrenje) rastlin, ki vsebujejo sladkor, škrob ali celulozo. Pridobiva se

iz žitaric ali drugih obnovljivih poljedeljskih rastlin, lesa lesnih odpadkov. Trije najbolj

prevladujoči viri so koruza, pšenica in sladkorni trst. Prav tako lahko bioetanol pridobivamo

tudi iz odpadkov in kmetijskih ostankov.

3.3.1 Kemične lastnosti bioetanola

Bioetanol je čista, brezbarvna tekočina z značilnim vonjem. V razredčeni obliki ima

neke vrste svež vonj, v bolj koncentrirani obliki pa bolj žgoč. Bioetanol C2H5OH je alkohol in

je v skupini kemičnih spojin, kjer molekule vsebujejo hidroksi-OH skupino, vezan na ogljikov

atom. Ko gori je ogenj svetlo modre barve, brez saj in z veliko energije, kar so lastnosti

idealnega goriva. Ker etanol vsebuje kisik, omogoča v motorjih bolj popolno izgorevanje

goriva in s tem čistejši izpuh. Zelo dobro se meša z vodo in z večino organskih raztopin, zato

ga uporabljajo tudi kot sestavino pri izdelavi drugih kemikalij.

3.3.2 Vpliv bioetanola na okolje

Za razliko od bencina, bioetanol zmanjšuje emisije ogljikovega dioksida (CO2) ter na ta

način zmanjšuje vpliv tople grede, ki prispeva h globalni otoplitvi. To pa zaradi tega, ker je

vsota CO2, ki se pri tem sprošča, pri pridobivanju in porabi bioetanola skorajda enaka tisti, ki

jo pridelki (žitarice, sladkorni trst ipd.) pri svoji rasti potrebujejo iz ozračja. Uporaba

bioetanola torej zmanjšuje vsebnost ogljikovega dioksida v atmosferi za 6 do 10%.

Uporaba bioetanola povzroči 25% do 30% zmanjšanje emisije ogljikovega monoksida z

uporabo 10% mešanice bencina z bioetanolom [5].

3.3.3 Prednosti bioetanola

• Bioetanol se pridobiva iz obnovljivih bioloških virov, kot so žitarice, odpadni les itd.

To pa pomeni velik prihranek energije.

• Njegova pridelava (tudi v Sloveniji) in predelava bi pomenila razvoj kmetijstva in

spremljajoče industrije ter bi s tem odprla več novih delovnih mest.

• Ker ga je možno pridelovati v domačih tovarnah, poveča neodvisnost od tujih

dobaviteljev nafte in drugih goriv.

• Ni toksičen in je razgradljiv v vodi, tako da njegovo razlitje ne predstavlja naravne

katastrofe, kot se to dogaja pri razlitju nafte.


10

• Poveča oktansko vrednost goriva.

• Gori čisteje in daje motorju večji izkoristek ter daljšo življenjsko dobo, saj vsebuje

80% manj smol kot bencin.

• Uporaba bioetanola omogoča varčevanje s fosilnimi gorivi in tako podaljšanje trajanja

zalog le-teh.

• Čisti motor in mu s tem podaljšuje življenjsko dobo.

• Bioetanol predstavlja varen nadomestek za strupene katalizatorje v bencinu, kot so

benzen, toulen in ksilen.

• Uporaba bioetanola povzroči 52% do 30% zmanjšanje emisij ogljikovega monoksida

že z uporabo 10% mešanice bencina z bioetanolom. Vozilo, ki pa obratuje na

mešanico E-85, pa v ozračje izpušča v povprečju 18% manj NOx (nitrozni plini), 45%

manj CO, 90% manj CO2 in zaradi močnega izhlapevanja le nekoliko manj emisij CH

kot z bencinskim gorivom. Seveda ob upoštevanju, da bioetanol pridobivamo iz

obnovljivih virov in s pomočjo metod, pri katerih se v ozračje ne spušča prav nobenih

emisij CO2.

3.3.4 Slabosti bioetanola

• Skeptiki trdijo, da bi intenzivna pridelava bioetanola po vsem svetu zmanjšala

poljedeljske površine, namenjene pridelavi hrane in s tem še povečala lakoto v revnih

državah.

• Bioetanol lahko ob zelo vročih dnevih pri nekaterih vozilih povzroča poškodbe

sistema za vžig.

• Poraba olja v avtu je večja kot pri vožnji z bencinskim ali dizelskim gorivom.

• Močnejše izhlapevanje bioetanola povzroča višje emisije HC kot pri izhlapevanju

bencina.

• Pri večjih odstotkih bioetanola v gorivu so potrebne predelave motorja, da se

izognemo poškodbam ali celo večjim okvaram motorja.

• Proizvodnja bioetanola, glede na volumen pridobljenega goriva, je dražji kot

proizvodnja bencina. Države večinoma podpirajo uporabo bioetanola tako, da znižajo

trošarine in s tem omogočajo bioetanolu podobno ceno kot bencinu.

• Velik problem večine vozil, ki za svoj pogon lahko uporabljajo bioetanolno gorivo je,

da je povprečna poraba bioetanolne mešanice precej višja od povprečne porabe čistega

bencina.


11

4 TEORETIČNE OSNOVE

4.1 Osnove hrapavosti

Ne glede na velikost telesa je prav površina telesa tista, ki s svojimi značilnostmi vpliva na

trenje, obrabo in mazanje, in to neodvisno od tega, kakšen je material pod površino.

Obstajata dve temeljni vrsti lastnosti površine, ki odločilno vplivata na obrabo in trenje:

• defekti na atomskem nivoju imenske površine, ki katalitično delujejo na reakcije

maziva, ki se nahaja na obrabni površini, in

• površinska hrapavost, ki omejuje kontakt med telesoma na zelo majhen delež

nominalno razpoložljive kontaktne površine.

Vsaka površina je sestavljena iz atomov, ki so razporejeni v določeni 2-dimenzijski

konfiguraciji. Ta konfiguracija je v večini primerov nekakšna aproksimacija ravnine, a prav

pogosta so zelo velika odstopanja od resnične ravnine. Atomi, ki sestavljajo trdno telo, se

lahko predstavijo s trdnimi kroglicami, ki so tesno zložene ena ob drugi, in sicer tako, da med

njimi ni praznega prostora. Za oblikovanje natančne ravnine oziroma popolnoma ravne

površine telesa bi morale biti smerne ravnine kristalov tako orientirane, da bi omogočale

plastem atomov, da bi ležali vzporedno s površino. To se seveda dejansko zgodi redko.

Veliko pogosteje je, da so smerne ravnine kristalov tako orientirane, da so plasti atomov pod

nekim kotom glede na površino telesa. Rezultat takšne orientacije je terasasta oblika površine.

Terase med atomskimi plastmi so pravzaprav nepravilnosti. Ravnine teras ponavadi odstopajo

od ravnine površine in nekateri atomi v robnikih teras pogosto manjkajo. Velikokrat manjkajo

posamezni atomi ali pa je nek atom odveč oz. na povsem nepotrebnem mestu.

Slika 4.1 Terasasti model realne površine [6]


12

Terasasti model, ki je poln nepravilnosti, kot so nekakšne mini terase, poličke, gube,

manjkajoči in dodani atomi, dobro ponazarja veliko število šibko vezanih atomov. Za atome,

ki so na površini telesa, je značilna nižja povezovalna trdnost kot za atome iz notranjosti

telesa, saj so površinski atomi povezani z manjšim številom sosednjih atomov.

4.1.1 Topografija površine

Nepravilnosti površine na atomskem nivoju se odražajo z makroskopskimi odstopanji

od ravnosti. Prav vsaka znana površina je hrapava, vključno s površino stekla. Hrapavost

pomeni, da večina površine ni ravna, temveč gre za skupek dolin in hribov. Za inženirske

površine je značilna razlika med vrhom in dolino velikostnega razreda 1 µm. Profil hrapavosti

površine je praviloma naključne narave, razen v primerih, ko profil vsebuje kakšno namerno

povzročeno motnjo. Naključni profil hrapavosti površine je videti precej podobno, in to ne

glede na to, kaj pravzaprav opazujemo, če seveda zanemarimo absolutno merilo neravnin.

Slika 4.2 Podrobnosti med naključnimi profili hrapavosti različnih teles [6]

Druga značilnost profila hrapavosti je ta, da se profil hrapavosti ponavlja vedno znova,

četudi merilo spreminjamo do nano-dimenzij. Profil hrapavosti je torej bolj ali manj isti, ne

glede na merilo.


13

Slika 4.3 Profil hrapavosti ostaja zelo podoben tudi pri povečevanju [6]

4.1.2 Karakterizacija površinske topografije s statičnimi parametri

Realno površino je zelo težko definirati. Da bi sploh lahko definirali površino, sta

potrebna vsaj dva parametra; eden opisuje spreminjanje višine, torej višinski parameter, drugi

pa opisuje, kako se višina spreminja po površini, torej tako imenovani prostorski parameter.

Predpostavlja se, da je odstopanje površine od srednje ravnine naključna porazdelitev, ki se

lahko opiše s pomočjo številnih statističnih parametrov.

Višinske karakteristike so pogosto opisane s parametri kot so srednja višina neravnin, Ra

(centre-line-average, CLA), koren srednjega kvadrata hrapavosti, Rq (root mean square

roughness, RMS), srednja vrednost maksimalne višine med vrhom in vrzeljo, Rtm (mean

value of the maximum peak-to-valley height), srednja višina neravnin, Rz (ten-point height), in

še z mnogimi drugimi parametri. V inženirski praksi se za višinsko karakterizacijo površine

najpogosteje uporablja kar srednja višina neravnin, Ra.

Srednja višina neravnin Ra, opisuje povprečno hrapavost, ki je značilna za profil na

merjenem vzorcu. S tem parametrom se vpliv posamezne netipične brazde ali vrha precej

zaduši, izgubi v povprečju, zato takšna posamezna praska ne doprinese skoraj ničesar h

končni vrednosti parametra. In prav zato, ker je pri določevanju srednje višine neravnin, Ra,

uporabljena tehnika izračunavanja povprečja, iz tega izvira tudi glavna slabost, saj lahko za

površini, ki imata med seboj povsem različne karakteristike, dobimo povsem enak parameter

Ra. Ker je vrednost Ra neposredno povezana s površino profila hrapavosti, ki je razporejena


14

okoli srednje linije, kakršnakoli prerazporeditev teh površin nima nobenega vpliva na

vrednost parametra Ra. Ta problem je lepo ilustriran na sliki spodaj, s katere je jasno razvidno,

da imata dve popolnoma različni površini povsem enak parameter Ra. In vendar je ena teh

površin v resnici neprimerna za ležajno površino, druga pa je, prav nasprotno, zelo dobra

ležajna površina.

Slika 4.4 Dve povsem različni površini imata lahko enako srednjo višini neravnin [6]

Dobra ležajna površina, ki je shematsko ilustrirana na sliki 3.4-7, je dejansko

aproksimacija večine obrabnih površin, kjer je mazivo učinkovito. Takšne površine so zelo

zaželene v vseh drsnih kontaktih, saj imajo pretežno povsem sploščen profil, ki je naključno

prepreden z vrzelmi, v katerih se zadržuje mazivo.

Problem, ki je povezan z izračunavanjem povprečja pri računanju srednje višine neravnin, Ra,

lahko odpravimo z uporabo parametra Rq, ker se pri tem parametru upoštevajo kvadrati

oddaljenosti posameznih odstopanj od srednje linije, je zato seveda dosti bolj občutljiv na

oddaljenost površine od srednje linije.


15

4.1.3 Definicija nekaterih parametrov hrapave površine po sistemu ovojnice

Za sistem ovojnice (envelope) ali E-sistem je značilno, da hrapavo površino

opazujemo kot črto v dvodimenzionalnem prostoru.

Slika 4.5 Parametri hrapave površine po sistemu ovojnice [6]

Rp … razdalja med skrajno točko na najvišjem vrhu in srednjo linijo

Rt … razdalja med skrajnima točkama na najvišjem vrhu in najglobljimi vrzelmi

Če geometrijski profil spustimo tako nizko, da se dotakne najvišje točke na profilu

hrapavosti, dobimo bazni profil. Položaj srednje linije, m, je definiran s pogojem, da sta na

referenčni dolžini površina vrhov in površina vrzeli enaki. Referenčna dolžina merjenja je

načeloma odvisna od postopka obdelave površine.

4.1.4 Definicija parametrov hrapave površine po sistemu opazovanja

posameznih višin

Za sistem opazovanja posameznih višin ali M-sistem je značilno, da opazujemo

koordinate posameznih točk na dvodimenzionalnem profilu hrapavosti. Profil hrapavosti

pravzaprav ni podan kot črta, temveč so od resničnega profila znane le posamezne točke.


16

Slika 4.6 Parametri hrapave površine po sistemu opazovanja posameznih višin [6]

Ra= srednje odstopanje profila hrapavosti od srednje linije

Ra ∑∫=

≅⋅=n

i

i

l

yn

dxyl 10

11 (4.1)

Rmax = največja višina hrapavosti

Rz = srednja višina neravnin – upoštevanih je 5 najnižjih vrzeli in 5 najvišjih vrhov

4.1.5 Multiskalarna karakterizacija površinske topografije

Zaradi tega tradicionalne metode za karakterizacijo 3-D površinske topografije dajejo

funkcije oziroma parametre, ki so močno odvisni od velikosti skale (merila), za katero se

izračunavajo. To z drugimi besedami pomeni, da ti parametri niso prava značilnost hrapave

površine, ki se opazuje. Ker je torej očitno, da so funkcije in parametri, ki se dobijo s takšno

eno-skalarno statistično karakterizacijo, v konfliktu z multiskalarno naravo tribološke

površine, se morajo šele razviti nove metode za multiskalarno karakterizacijo hrapave

površine.

Sodoben razvoj znanja na teh področjih se je koncentriral na štiri različne pristope:

• metode Fourierove transformacije,

• metode za valovno transformacijo,

• fraktalne metode in

• hibridne fraktalno-valovne metode.


17

4.2 Sistem za vbrizganje goriva - osnove

Razvoj sistemov za vbrizgavanje goriva (slika 4.7) sega v leto 1930. Osnovne zakonitosti

takratnih mehansko krmiljenih vbrizgalnih sistemov (tlačilka-cev-vbrizgalna šoba) veljajo še

danes. Sitem za vbrizganje goriva je sestavljen iz treh osnovnih delov.

• visoko tlačne tlačilke, ki skrbi za pravočasen dovod ustrezne količine goriva pod

ustreznim tlakom v vbrizgalno šobo,

• vbrizgalne šobe z eno ali več izvrtinami, skozi katero se gorivo razpršeno ali v obliki

curka vbrizgava v zgorevalni prostor in

• cevi, ki povezujejo tlačilko z vbrizgalno šobo.

Slika 4.7 Shematski prikaz linijskega sistema za vbrizgavanje goriva [7]

Zaradi vedno večjih zahtev glede emisije, porabe goriva in zmogljivosti motorja se

mehansko krmiljeni sistemi posodabljajo in razvijajo se novi – elektronsko krmiljeni sistemi.

Ti sistemi omogočajo, poleg visokih tlakov vbrizganja, krmiljene procesa vbrizgavanja glede

na trenutni delovni režim motorja in na tak način omogočajo učinkovito zgorevanje ter dobre

karakteristike motorja.

Vstop goriva

Izstop goriva

Zobata letev

Vzmet

BAT TLAČILKE

Valjček

Odmikalna gred z odmikalom

Nizkotlačna galerija

Vstop goriva v šobo

Filter Povratni vod za gorivo

Vzmet Telo ohišja

Telo igle

Igla

Izvrtina šobe

TIPALO VRTILNE

FREKVENCE

RAZBREMENILNI VENTIL DUŠILNI

VENTIL

TIPALO TLAKA TIPALO TLAKA

TIPALO DVIGA IGLE

VBRIZGALNA ŠOBA

VT CEV

I I

II II


18

4.3 Pretočne karakteristike v šobi

4.3.1 Pretočno število

Pretočno število (µ) predstavlja razmerje med dejansko ( ) in teoretično ( )

količino dovedenega goriva skozi vbrizgalno šobo v zgorevalni prostor.

.

.

teo

dej

V

V=µ (4.2)

Za znano tlačno razliko med tlakom pred šobo in tlakom v komori (∆p), ob poznavanju

gostote goriva (ρ) in dimenzij odprtine šobe ter ob upoštevanju kvazi-stacionarnega toka,

lahko teoretično količino dovedenega goriva skozi šobo izračunamo z izrazom:

ρ

pAV dteor

∆=

2.

(4.3)

Kjer je Ad površina geometrijskega pretočnega preseka odprtin šobe in jo izračunamo iz:

4

2d

d

dzA

π= ( 4.4)

kjer je:

z število odprtin šobe

dd premer odprtine šobe


19

4.3.2 Teoretične osnove merjenja pretočnih števil

V skladu z definicijo pretočnega števila v izrazih (zgoraj) poteka merjenje pretočnega

števila tako, da pri konstantni tlačni razliki ∆p izmerimo prostornino, ki v vnaprej določenem

času preteče skozi šobo. Dejanski prostorninski tok je tako določen kot:

mer

merdej

t

VV =

.

(4.5)

kjer je:

Vmer izmerjena prostornina tekočine

tmer čas meritve

Iz dejanskega prostorninskega toka po izrazih (zgoraj) izračunamo vrednost

izmerjenega pretočnega števila. V enačbi 2 predstavlja ∆p tlačno razliko med meritvijo, ρ pa

gostoto kalibracijske tekočine, ki jo v odvisnosti od temperature in tlaka določimo z

naslednjimi izrazi:

( )( ) ( )

aKp

T

*1

293*850*001345,071,0 2020

−

−−−−=

ρρρ (4.6)

kjer je:

ρ20 gostota tekočine pri 20°C

T temperatura tekočine v merilni menzuri

p tlak tekočine pred šobo

Ka korekcijski faktor, ki ga dobimo na osnovi izrazov


20

5 MERJENJE PRETOČNIH ŠTEVIL IN HRAPAVOSTI

5.1 Naprava za merjenje pretočnih števil

Naprava za merjenje pretočnih števil, prikazana na slikah 5.1 in 5.2, je bila izdelana v okviru

magistrske naloge g. M. Volmajerja Numerična in eksperimentalna analiza tlačnih

karakteristik vbrizgalne šobe dizelskega motorja v Laboratoriju za motorje Fakultete za

strojništvo Maribor.

Iz zbiralne posode s kalibracijsko tekočino ISO 4113, ki jo lahko hladimo ali grejemo s

hladilno vodo, teče tekočina preko glavnega ventila skozi filter od predtlačilke (zobniška

tlačilka KRACHT KP1/16 D10D COA 4NL1), s katero tlačimo tekočino od visokotlačne

tlačilke. Vsaka tlačilka je gnana preko jermenskega pogona s svojim elektromotorjem (0,75

kW, 1450 min-1 in 7,5 kW 2880 min-1). Gorivo, ki izstopa iz tlačilke, potuje po visokotlačni

cevi skozi mikrofilter do umirjevalne komore, ki služi kot dušilnik tlačnih nihanj. Na

umirjevalno komoro sta zraven cevovoda, ki vodi k merjeni šobi, priključena še omejevalnik

tlaka VV-6-100-B, ki služi kot ventil, s katerim uravnavamo tlak na konstantno vrednost 100

bar, in prelivna cev z dušilnim ventilom, s katerim uravnavamo pretok kalibracijske tekočine.

Prelivna cev je vključena zaradi velike dobave glavne tlačilke, s čemer nadomestimo

premajhno dobavo predtlačilke, ki je tako potrebna za pogon naprave. Pod preizkuševalno

šobo, ki je pritrjena tako, da je ob uporabi primernega nosilca možno izvajanje meritev na

različnih šobah, je nameščen krmilnik poti KV 4/3-6-51-B, ki v času izvajanja meritev

preusmeri tok tekočine v merilno menzuro. Krmiljenje toka tekočine je izvedeno z

elektromotorjem, ki premakne bat iz enega v drug položaj. Elektromagnet je napajan preko

časovnega stikala (ISKRA TRD2000), s katerim lahko uravnavamo želen čas poteka meritev.

Z merilno menzuro izmerimo količino natočenega goriva v časovni enoti, od koder

lahko izračunamo vrednost pretočnega števila. Merilno menzuro sestavlja prozorna cev iz

pleksi stekla notranjega premera 123 mm, s prirobnicama na spodnji in zgornji strani in

polnilno cevjo premera 36,8 mm. Razmerje med višino, ki jo odčitavamo in merjeno

prostornino je določeno z merjenjem višine za znano količino tekočine. Na osnovi tega je

izdelana skala pritrjena na cev iz pleksi stekla, s katere lahko direktno odčitavamo količino

tekočine v mililitrih. Kalibracijsko tekočino po koncu meritve preko odtočnega ventila

spustimo nazaj v rezervoar [8].


21

Na napravi sta nameščena dva manometra: s prvim merimo tlak pred glavno tlačilko, z

drugim pa merimo tlak v cevi pred vstopom v šobo. Za potrebe izračuna gostote tekočine je

nameščen še termoelement Omega Tip K, s katerim merimo temperaturo tekočine v menzuri.

Slika 5.1 Hidravlična shema naprave za merjenje pretočnega števila [8]

REZERVOAR GORIVA Preliv

ŠOBA

URAVNALNI VENTIL

Hladilna voda GLAVNI

VENTIL

FILTER

NIZKOTL . TLAČILKA

VISOKOTLAČ. TLAČILKA

1.5 -2.0 bar

135 bar

MIKRO FILTER

IZPUSTNI VENTIL

MERILNA MENZURA

MANOMETER 0-6 bar

MANOMETER 0-160 bar

EL. MAGNETNI VENTIL

K š

obi

100 bar

VENTIL POVRAT.

TOKA

UM

IRJE

VA

LN

A K

OM

OR

A


22

Slika 5.2 Fotografija naprave za merjenje pretočnega števila

5.2 Postopek merjenja pretočnih števil

Na napravi za merjenje pretočnih števil se dejansko meri prostornina kalibracijske

tekočine, ki v predhodno definiranem času (30 s,60 s…), pri nastavljeni tlačni razliki, skozi

šobo nateče v merilno menzuro.

Za izvajanje meritve, potem, ko je bil dvig igle z mikrometrom nastavljen na želeno

raven, je potrebno vklopiti nizko in visoko tlačno črpalko ter z omejevalnikom tlaka in

dušilnim ventilom nastaviti tlak na želeno vrednost. V tem času tekočina teče skozi šobo in

krmilnik poti nazaj v rezervoar. Na časovnem stikalu nastavimo čas poteka meritve in s

stikalom sprožimo časovnik, ki premakne elektromagnet na krmilniku poti tako, da tekočina


23

priteče v merilno menzuro. Po pretečenem predhodno nastavljenem času, časovno stikalo

ponovno preklopi krmilnik poti v prvotni položaj – tekočina se vrača v rezervoar. Iz odčitane

vrednosti količine tekočine v merilni menzuri in časa trajanja meritve izračunamo dejanski in

teoretični volumski pretok v skladu z enačbami ( enačbe 4.2– 4.6).

5.3 Naprava za merjenje hrapavosti

Naprava na kateri so bile izvedene meritve prihaja iz podjetja PERTHEN. Sestavljena je

iz dveh delov in sicer iz:

• mehansko tipalo tip RHT 3/6

• rotirajoča glava tip PURV 3-100

Spodaj so navedeni osnovni podatki teh dveh delov:

Tipalo RHT 3/6

Merjenje hrapavosti površin izvrtin z premerom ≥ 3 mm in globine meritve do 10 mm,

prav tako merjenje hrapavosti izvrtin z premerom ≥ 6mm in globina meritve do 20 mm.

Slika 5.3 Tipalo RHT 3/6


24

Rotirajoča glava PURV 3-100

Uporablja se za merjenje internih in eksternih površin aksialno – simetričnih

komponent z premeri 1 mm do 100 mm. Hitrost krožnega pomika lahko nastavljamo od 0,1

mm/s do 0.5 mm/s. Pri segmentnih meritvah se lahko izvaja prehod med hitrostmi. Glava je

namenjena meritvam delov z maksimalno maso 5,5 kg.

Slika 5.4 Rotirajoča glava PURV 3-100

5.4 Postopek merjenja hrapavosti

Postopek merjenja hrapavosti se izvaja na dva načina in sicer krožno in linearno. Torej

po vpetju delov v samo napravo se prične odčitavanje hrapavosti delov s pomočjo

mehanskega tipala, ki drsi po površini. Z drsenjem opisuje nihanje površine oziroma

naključno nastopajoče odstopke od idealne površine, ki jih lahko prikažemo kot zelo kratke

valove, kar se nato prenaša na izpisni papir. Tako naprava omogoča odčitavanje

najpomembnejših veličin hrapavosti:

• Rz srednja globina hrapavosti,

• Rmax največja globina hrapavosti,

• Ra (CLA,AA) aritmetična srednja hrapavost,

• Rq (RMS) kvadratična srednja hrapavost in

• Rp globina zaglajevanja.


25

Obstajajo pa še druge veličine, ki so deloma standardizirane, npr. globina profila Pti,

nosilnost profila tpi in druge.

Na osnovi teh odčitkov pa mi lahko sklepamo ali je prišlo do sprememb ali ne.

Način izvajanja meritev

Meritve se izvajajo v dveh sklopih, in sicer prvi zajema meritve hrapavosti pred samim

testiranjem, drugi sklop pa zajema meritve po opravljenih 500 urah delovanja. Deli so bili

poslani na testiranje v podjetje DANFOSS COMPRESSORS d.o.o iz Črnomlja, njihov

oddelek Precizna merilnica. Izvedene so bile za vsak del posebej, na dva načina: krožno in

linearno (slika 5.5). Prav tako so se deli poslali na ponovno testiranje v to podjetje, kjer so se

meritve ponovile.

Bat vpet krožno

Bat vpet linearno

Slika 5.5 Prikaz vpetja posameznega dela v merilno napravo za merjenje hrapavosti

Sami deli, ki so bili vgrajeni v tlačilko in v nosilce šob, so bili ustrezno oštevilčeni, in

sicer s številkami od 1 do 6. Deli s številkami:

• od 1 do 3 so izpostavljeni mešanici 85% biodizelskega goriva +15% bioetanola

(B85E15),

• od 4 do 6 pa so izpostavljeni mešanici 85% dizelskega goriva + 15% bioetanola

(D85E15).


26

6 NAPRAVA ZA SINHRONO TESTIRANJE DVEH RAZLIČNIH GORIV POD ENAKIMI POGOJI

Da smo lahko določili vpliv različnih goriv, je bila izdelana naprava za sinhrono testiranje

dveh goriv. Za določitev dejanskih vplivov posameznega testiranega goriva na stanje

posameznih delov vbrizgalnega sistema, smo zagotovili hkratno testiranje obeh goriv pri

popolnoma enakih pogojih.

Naprava je izdelana tako, da simulira delovanje Bosch tlačilke v vsakdanji uporabi v

vozilu. Delovala je določeno število ur, s tem je gorivo vplivalo na posamezne dele

vbrizgalnega sistema, med katerimi smo posebno pozornost namenili stanju površine bata in

puše bata v tlačilki ter igle vbrizgalne šobe in puše igle vbrizgalne šobe.

6.1 Predstavitev tlačilke Bosch

Za testiranje je bila uporabljena tlačilka BOSCH, tip PES 6A 95D 410 LS 2542. Gre

za tlačilko, ki ima šest vbrizgalnih šob BOSH, tip DLL 25S 834. Te šobe imajo običajno

skupni dovod goriva, sedaj pa je bila tlačilka prirejena tako, da je bil vmes vstavljen čep, ki

preprečuje mešanje goriva. Tako smo lahko z eno tlačilko dobavljali dve vrsti goriva in

posledično zagotavljali enake pogoje za obe gorivi.

Preglednica 6.1: Osnovni podatki in karakteristike črpalke

Tip vbrizgovanja Direktni vbrizg

Tip tlačilke Bosch PES 6A 95D 410 LS 2542

Bat tlačilke (premer x višina dviga) 9.5 mm x 8 mm

Dolžina cevi za gorivo (dolžina x premer) 1024 mm x 1.8 mm

Vbrizgalna šoba (število x premer luknje) 1 x 0.68 mm

Dvig igle (maksimum) 0.3 mm

Odpiralni tlak igle 175 bar


27

6.2 Naprava za pogon tlačilke

Izdelana naprava (slika 6.1 in 6.2) služi za pogon Bosch tlačilke s pomočjo elektromotorja.

Tlačilka in elektromotor (E1) sta vzporedno pritrjena in povezana z jermenom. Elektromotor

(E1, nazivna moč 7,5kW) se vrti z hitrostjo 2800 obr/min in preko jermenskega prenosa skrbi

za stalno vrtilno hitrost tlačilke, ki je 750 obr/min. Zraven tlačilke je nameščena konzola,

katera omogoča pritrditev nosilcev šob.

Bosch tlačilka je, v nizkotlačni galeriji razdeljena na dva predela, in sicer na tistega, v

katerega dovajamo mešanico goriva (B85E15), in tistega, v katerega dovajamo mešanico

goriva (D85E15). Za dovod goriva Bosch tlačilki skrbita dve pred-črpalki, ki zagotavljata tlak

1 bara. Pred-črpalki gorivo črpata iz sodčkov prostornine 20 litrov. Za pogon pred-črpalk

skrbi elektromotor (E2) z nazivno močjo 0,25 kW, ter 1320 obr/min.

Na Bosch tlačilko so na izstopu iz visoko tlačne galerije nameščene visokotlačne cevi,

ki so na drugem koncu pritrjene na nosilce šob. Gorivo potuje skozi šobe in se s povratnimi

cevmi vrača nazaj v sodčka. Tako imamo dva zaprta tokokroga, enega z mešanico goriva

(B85E15) in drugega z mešanico goriva (D85E15).

Slika 6.1 Shematski prikaz same naprave

D85E15 B85E15

Filter za gorivo

E1

Pred črpalka

Šoba

Sodčka za gorivo

Tlačilka

E2

Povratni vod D85E15

Povratni vod B85E15


28

Slika 6.2 Slika same naprave

6.3 Postopek testiranja

Pred testiranjem vpliva goriv B85E15 in D85E15 oziroma pred zagonom naprave (slika 6.2)

je bilo potrebno:

• umeriti Bosch tlačilko

• izmeriti pretočna števila za vseh 6 šob

• izmeriti hrapavost površine za vseh 6 delov tlačilke.

Naprava je delovala 500 ur s testiranima gorivoma (B85E15 in D85E15), po tem času so bili

postopki merjenja pretočnega števila in merjenje hrapavosti ponovljeni za vsak del posebej,

ter so predstavljeni v poglavju rezultati in analiza.

Sodček z gorivom D85E15

Sodček z gorivom B85E15

šobe

Visokotlačne cevi

Tlačilka Bosch

Elektromotor E1

Elektromotor E2

Pred-tlačilka

Filter za gorivo

Pred-tlačilka


29

7 REZULTATI MERITEV

Najprej so podani rezultati meritev pretočnega števila, nato sledijo še rezultati meritev

hrapavosti.

7.1 Rezultati meritev pretočnega števila

Iz merjenih veličin (volumen, tlačna razlika in temperatura) petkratnega ponavljanja

meritve pri posameznemu dvigu in ostalih vhodnih podatkih (negotovost, tlak okolice,

dimenzije šobe…) sem z uporabo programa MS Excel izračunal vrednosti pretočnih števil za

določen dvig igle z upoštevanjem merilne negotovosti meritve pretočnega števila. Rezultati

meritev z izračunanimi negotovostmi meritev so predstavljeni na grafih za vsako izmed šestih

šob posebej (slike 7.1 do 7.6). Stanje ''pred meritvijo'' prikazujejo meritve pretočnega števila

pred uporabo samih šob v napravi za sinhrono testiranje dveh različnih goriv pod enakimi

pogoji, medtem ko stanje ''po meritvi'' prikazuje izmerjene vrednosti po petstotih urah

testiranja goriv B85E15 in D85E15. Na koncu je še vseh šest šob na skupnem grafu slika 7.7

(pred meritvijo) in slika 7.8 (po meritvi).

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3

Dvig igle [mm]

Pre

točn

o š

tevi

lo

pred meritvijo

po meritvi

Slika 7.1 Izmerjene vrednosti pretočnega števila za šobo1


30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3

Dvig igle [mm]

Pre

točn

o š

tevi

lo

pred meritvijo

po meritvi

Slika 7.2 Izmerjene vrednosti pretočnega števila za šobo 2

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3

Dvig igle [mm]

Pre

točn

o š

tevi

lo

pred meritvijo

po meritvi



31

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3

Dvig igle [mm]

Pre

toč

no

šte

vilo

pred meritvijo

po meritvi


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3

Dvig igle [mm]

Pre

točn

o š

tevi

lo

pred meritvijo

po meritvi



32

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3

Dvig igle [mm]

Pre

točn

o š

tevi

lo

pred meritvijo

po meritvi



33

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3

Dvig igle [mm]

Pre

točn

o š

tevi

lo

šoba 1šoba 2šoba 3šoba 4šoba 5šoba 6

Slika 7.7 Izmerjene vrednosti pretočnega števila za vseh šest šob skupaj stanje

''pred meritvijo''

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3

Dvig igle [mm]

Pre

točn

o š

tevi

lo

šoba 1šoba 2šoba 3šoba 4šoba 5šoba 6

Slika 7.8 Izmerjene vrednosti pretočnega števila za vseh šest šob skupaj stanje

''po meritvi''


34

Komentar grafov

Na slikah 7.1 do 7.6 so vidne majhne spremembe pretočnega števila v območju kjer so

dvigi igle majhni, druga območja so pa med seboj zelo podobna, v nekaterih primerih celo

enaka. Velja omeniti, da je na sliki 7.1 vidna manjša sprememba na območju majhnih

sprememb dviga igle, kot pri ostalih, slike 7.2 do 7.6. Na slikah 7.2, 7.3 in 7.5 so na območju

majhnih sprememb dvigov igle pretočna števila malenkostno višja po petstotih urah ''po

meritvi'', medtem ko so na slikah 7.4 in 7.6 malenkostno višja pretočna števila pred uporabo

samih šob ''pred meritvijo''. Vidne so tudi spremembe med posameznimi šobami, slika 7.7 in

7.8, s katerih je razvidno, da so razlike med samimi šobami že zaradi same izdelave.

Iz teh rezultatov lahko sklepamo, da različna vrsta testiranega goriva ne vpliva na samo

obrabo delov šobe, temveč gre tukaj za samo napako meritve. To gre predvsem na račun tega,

da nikoli ne moremo zagotoviti popolnoma enakih pogojev pri katerih izvajamo meritve

pretočnega števila.

7.2 Rezultati meritve hrapavosti

Meritve se izvajajo v dveh sklopih, in sicer prvi zajema meritve hrapavosti pred samim

testiranjem goriv D85E15 in B85E15, drugi sklop pa zajema meritve po opravljenih 500 urah

delovanja naprave s testiranimi gorivi. Elementi so bili izmerjeni v podjetju DANFOS

COMPRESSORS d.o.o iz Črnomlja, v njihovem oddelku Precizna merilnica. Meritve so bile

izvedene za vsak del posebej in sicer:

• bat tlačilke merjen linearno

• bat tlačilke merjen krožno

• puša bata tlačilke merjena linearno

• puša bata tlačilke merjena krožno

• igla vbrizgalne šobe merjena linearno

• igla vbrizgalne šobe merjena krožno

• puša igle vbrizgalne šobe merjena linearno

• puša igle vbrizgalne šobe merjena krožno

Rezultati so podani na slikah 7.10 do 7.73 .


35

Rezultati so podani za elemente pod zaporednima številkama 3 in 4 (slika 7.9).

Slika 7.9 Označeni elementi v BOSCH tlačilki

Rezultati so najprej prikazani v obliki izpisa poteka same hrapavosti površine na

merjenem mestu za elemente 3 in 4 (bata 3 in 4 visokotlačne tlačilke za gorivo in ustrezne igle

vbrizgalne šobe 3 in 4).

Primerjava je narejena za hrapavost:

• stanje hrapavosti novih elementov (novi bati tlačilke, nove igle vbrizgalne šobe), v

nadaljevanju označeno z »nov element«

• stanje hrapavosti elementov po 250 urnem testiranju, pri čemer je bil:

o element 3 izpostavljen čistemu biodizelskemu gorivu (B100), v nadaljevanju

označeno stanje hrapavosti elementov z »po 250 urah uporabe (B100)«

o element 4 izpostavljen čistemu dizelskemu gorivu (D2), v nadaljevanju označeno

stanje hrapavosti elementov z »po 250 urah uporabe (D2)«

• stanje hrapavosti elementov po 500 urnem testiranju, pri čemer je bil:

o element 3 izpostavljen mešanici biodizelskega goriva in bioetanola (B85E15), v

nadaljevanju označeno stanje hrapavosti elementov z »po 500 urah uporabe

(B85E15)«

o element 4 izpostavljen mešanici dizelskega goriva in bioetanola (D85E15), v

nadaljevanju označeno stanje hrapavosti elementov z »po 500 urah uporabe

(D85E15)«.

Element številka 4

Element številka 3


36

Bat tlačilke merjen linearno

Na slikah 7.10, 7.11 in 7.12 je razviden dejanski izpis hrapavosti površine, na merjenem

mestu bata tlačilke v linearni smeri. Iz te hrapavosti se izračunavajo vrednosti Ra, Rz in Rmax.

Na slikah 7.10, 7.11 in 7.12 je razvidna majhna sprememba hrapavosti same površine v

celotnem področju izpisa.

Na sliki 7.12 so amplituda nihanja nekoliko večja in manj gostejša, kot na sliki 7.10. Iz

tega vidimo, da se je sama hrapavost površine bata spremenila v primeru uporabe B100, še

bolj pa v primeru uporabe B85E15. Spremembe so lahko posledica daljše uporabe elementov,

lahko pa je posledica vpliva bioetanola.

Slika 7.10 Hrapavost površine - stanje ''nov element'' za element 3

Slika 7.11 Hrapavost površine - stanje ''po 250 urah uporabe (B100) '' za element 3

Slika 7.12 Hrapavost površine - stanje ''po 500 urah uporabe (B85E15)'' za element 3


37

Bat tlačilke merjen linearno

Iz slik 7.13, 7.14 in 7.15 je razvidna sprememba hrapavosti bata, merjene linearno. Če

primerjamo hrapavost novega elementa (slika 7.13) in po uporabi B100 oziroma B85E15,

sliki 7.14 in 7.15 vidimo, da se amplitude hrapavosti bistveno ne spreminjajo, saj moramo

seveda upoštevati različno skalo v vertikalni smeri grafov.


Slika 7.14 Hrapavost površine - stanje ''po 250 urah uporabe (D2) '' za element 4

Slika 7.15 Hrapavost površine - stanje ''po 500 urah uporabe (D85E15)'' za element 4


38

Iz slik 7.16 in 7.17 je razvidno, da je prišlo do sprememb na sami površini. Če

pogledamo bat 3, vidimo, da so se parametri hrapavosti površine za B100 in B85E15 povečali

glede na novi element, in sicer pri Ra za 24% in 46%, Rz 16% in 33% ter pri Rmax za 19% in

35%. Pri batu tlačilke 4 pa se je, glede na novi element, parameter hrapavosti površine Ra

povečal za 12% in 2% v primeru uporabe D2 in D85E15. Ostala parametra pa sta se

zmanjšala in sicer Rz za 28% in 30% ter Rmax za 10% in 27%. Iz slik 7.16 in 7.17 lahko

sklepamo, da je vpliv B100 in B85E15 na hrapavost večji kot pa pri D2 in D85E15.

Slika 7.16 Parametri Ra, Rz in Rmax za element 3


00,20,40,60,8

11,21,41,6

Ra Rz Rmax

novi elementpo 250 urah uporabe (B100)po 500 urah uporabe (B85E15)

00,20,40,60,8

11,21,41,6

Ra Rz Rmax

novi elementpo 250 urah uporabe (D2)po 500 urah uporabe (D85E15)


39

Bat tlačilke merjen krožno

Na slikah 7.18, 7.19 in 7.20 je prikazan dejanski izpis hrapavosti površine, merjen

krožno na batu tlačilke. Kot vidimo, je hitra ocena glede vpliva goriva na hrapavost površine

otežena, saj je vertikalna skala na vsaki sliki različna. Zlasti na novem elementu izstopa v

celotnem merilnem območju ena najvišja višina hrapavosti.





40

Bat tlačilke merjen krožno

Na slikah 7.21, 7.22 in 7.23 so prikazani dejanski izpisi hrapavosti površin. Ob upoštevanju

vertikalne skale lahko zaključimo, da se profil hrapavosti po uporabi D2 oziroma D85E15

glede na novi element dokaj razlikuje.





41

Iz slik 7.24 in 7.25 je razvidno, da je prišlo do manjših sprememb na sami površini. Za

oba elementa 3 in 4 lahko rečemo da so se vrednosti znižale glede na novi element. Tako

lahko na osnovi primerjave parametrov hrapavosti zaključimo, da je vpliv B100 in B85E15

večji kot pa vpliv D2 in D85E15. Vrednosti parametrov pri elementu 3 so se pri uporabi B100

in B85E15 znižale, in sicer Ra za 26% in 42%, Rz 24% in 49% ter Rmax 55% in 74% glede

na novi element.



00,20,40,60,8

11,21,41,6

Ra Rz Rmax


00,20,40,60,8

11,21,41,6

Ra Rz Rmax



42

Komentar rezultatov hrapavosti bat tlačilke merjen linearno – krožno

Pri elementu 3 merjen linearno, slika 7.16, ki je bil najprej izpostavljen 250 ur

biodizelskemu gorivu (B100), nato pa 500 ur mešanici goriva (B85E15) se vidi povišanje

vrednosti parametrov hrapavosti površin glede na novi element. Medtem pa za element 4,

slika 7.17, ki je bil najprej izpostavljen 250 ur dizelskemu gorivu (D2), nato pa 500 ur

mešanici goriva (D85E15), velja ravno nasprotno, saj je opazno znižanje vrednosti

parametrov hrapavosti površin glede na novi element. Iz tega lahko zaključimo, da imata

biodizelsko gorivo in bioetanol vpliv na profil in parametre hrapavosti površine bata tlačilke

(merjen linearno).

Pri merjenju bata tlačilke krožno (slika 7.24 in 7.25), se vidi da je pri obeh elementih 3

in 4 prišlo do občutnega zmanjšanja vrednosti parametrov hrapavosti glede na novi element.

Večje spremembe so opazne pri elementu 3 - uporaba goriva (B100) in (B85E15). Iz

slike 7.24 je razvidno, da so vrednosti pri gorivu (B85E15) manjše, kot pri gorivu (B100),

medtem ko so pri (D85E15) in (D2) praktično enake. To razliko lahko pripišemo različnemu

vplivu mešanice biodizla in etanola.

Iz pregleda hrapavosti površin bata tlačilke (merjeno linearno in krožno), lahko rečemo

da je različno gorivo v določeni meri vplivalo na spremembe hrapavosti bata tlačilke. Torej

lahko sklepamo, da so spremembe hrapavosti površine posledica uporabe različnega goriva

(B100) in (B85E15) kakor (D2) in (D85E15).


43

Puša bata tlačilke merjena linearno

Na slikah 7.26, 7.27 in 7.28 so prikazani profili hrapavosti na puši bata (merjeno

linearno). Ni opaznih večjih odstopanj med posameznimi meritvami. Torej lahko iz profilov

hrapavosti površine rečemo da gorivi (B100) in (B85E15) nista vplivali na hrapavost.





44

Puša bata tlačilke merjena linearno

Na slikah 7.29, 7.30 in 7.31 so opazne razlike med posameznimi profili hrapavosti

površin, vendar moramo upoštevati tudi različno skalo v vertikalni smeri grafov pri stanju po

500 urah uporabe (D85E15).





45

Iz slik 7.32 in 7.33 je razvidno, da gorivi (B100) kakor tudi (B85E15) praktično ne

vplivata na parametre hrapavosti površine puše bata tlačilke (merjeno linearno). Pri elementu

3 so razlike po uporabi goriva B100 in B85E15 zelo majhne, in sicer so se vrednosti Ra

zmanjšale za 2 - 6%, Rz za 3 -11% ter Rmax za 4 -7 % glede na novi element. Medtem ko so

pri elementu 4 razlike večje in sicer so se vrednosti Ra zmanjšale za 13% in 30%, Rz za 23%

in 43% ter Rmax za 21 % in 56% pri uporabi goriva D2 in D85E15.



00,10,20,30,40,50,60,70,8

Ra Rz Rmax


0

0,20,4

0,60,8

11,2

1,4

Ra Rz Rmax



46

Puša bata tlačilke merjeno krožno

Na slikah 7.34, 7.35 in 7.36 je razviden dejanski profil hrapavosti površine, ki pa se ne

razlikuje veliko med stanjema goriv (B100) in (B85E15). Nihanji sta med seboj zelo podobni,

razlikujeta se samo v amplitudi nihanja. Medtem ko moramo pri novem elementu paziti na

različno skalo v vertikalni smeri.





47

Puša bata tlačilke merjeno krožno

Na slikah 7.37, 7.38 in 7.39 je razvidno, da so se amplituda nihanja skozi meritve zmanjševala

oz. pri stanju ''po 500 urah uporabe (D85E15)'' je najbližje srednji liniji. Profil hrapavosti se v

primeru uporabe D2 in D85E15 precej razlikujeta od novega elementa, kar je posledica

različne skale v vertikalni smeri pri novem elementu.





48

Iz slik 7.40 in 7.41 je razvidno, da je prišlo do manjših sprememb na sami površini.

Vrednosti parametrov hrapavosti na sliki 7.40 so se zelo zmanjšale glede na novi element,

vendar so razlike med gorivoma (B100) in (B85E15) manjše kot med gorivoma (D2) in

(D85E15). Iz tega bi lahko sklepali, da je vpliv etanola v biodizlu večji kot pa v dizlu.



00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,11,2

Ra Rz Rmax


00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,11,2

Ra Rz Rmax



49

Komentar rezultatov hrapavosti puša bata tlačilke merjena linearno – krožno

Pri elementu 3 merjen linearno, slika 7.32, se lepo vidijo majhne spremembe

hrapavosti. Vse vrednosti se nižajo glede na novi element, vendar minimalno. Tako lahko

sklepamo, da gorivi (B100) in (B85E15) ne vplivata na obrabo puše bata tlačilke. Medtem ko

je pri elementu 4, slika 7.33, opazna večja razlika med posameznimi meritvami oz. se

vrednosti parametrov hrapavosti bolj nižajo, tako lahko rečemo da gorivi (D100) in

(D85E15) vplivata na hrapavost same puše bata tlačilke.

Pri merjenju puše bata tlačilke krožno pri elementu 3, slika 7.40, je razviden velik padec

vrednosti glede na novi element, kar je posledica velikega skoka vrednosti, slika 7.34, ki ga

kasneje ni več zaznati. Medtem ko sta vrednosti ''po 250 urah uporabe (B100)'' in ''po 500

urah uporabe (B85E15)'' med seboj sorazmerno enaki. Pri elementu 4 (slika 7.41) so si

vrednosti Ra med seboj zelo podobne, medtem ko ostale vrednosti Rz in Rmax med seboj zelo

nihajo.

Iz pregleda profila in parametrov hrapavosti površine puše bata tlačilke (merjeno

linearno – krožno), lahko rečemo, da gorivi (B100) in (B85E15) ne vplivata na hrapavost puše

bata tlačilke, medtem ko gorivi (D2) in (D85E15) vplivata na spremembe hrapavosti.


50

Igla vbrizgalne šobe merjena linearno

Na slikah 7.42. 7.43 in 7.44 je razviden dejanski profil hrapavosti površine. Profili se

med seboj razlikujejo, razlika med njimi je tudi ta, da je na slikah 7.42 in 7.43 vidnih več

odstopanj glede maksimalnih vrednosti hrapavosti.





51

Igla vbrizgalne šobe merjena linearno

Iz slik 7.45, 7.46 in 7.47 je moč razbrati, da ni velikih razlik med posameznimi profili

hrapavosti. V vseh primerih se pojavljajo posamezne maksimalne vrednosti hrapavosti, le da

jih je pri novem elementu več kot pri ostalih dveh. Amplituda hrapavosti je približno enaka

pri vseh izpisih.





52

Iz slik 7.48 in 7.49 je razvidno, da sta se vrednosti Ra in Rz pri elementu 3 po 250 urah

uporabe (B100) zvišali glede na novi element, Rmax pa znižal. Pri elementu 4 pa so se vse

vrednosti znižale glede na novi element. Vrednosti po 250 urah uporabe (D2) in po 500 urah

uporabe (D85E15) sta si med seboj zelo podobni.



00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,11,2

Ra Rz Rmax


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Ra Rz Rmax



53

Igla vbrizgalne šobe merjena krožno

Iz slik 7.50, 7.51 in 7.52 je razvidno, da se hrapavost površin med seboj razlikujejo in

sicer, hrapavost ni enaka po celotni merjeni površini. Novi element ima nekaj zelo

odstopajočih maksimalnih vrednosti hrapavosti. Pri stanju stanje ''po 250 urah uporabe

(B100) '' je različna skala v vertikalni smeri glede na ostali dve stanji. Tako da težko

povzamemo ugotovitve iz teh izpisov.





54

Igla vbrizgalne šobe merjena krožno

Na slikah 7.53, 7.54 in 7.55 so prikazani profili hrapavosti površin igle šobe, merjeno krožno.

Razvidno je, da je potek profila hrapavosti nekako enak pri vseh stanjih. Prihaja le do manjših

razlik med posameznimi odseki izpisa.





55

Iz slik 7.56 in 7.57 je razvidno, da so se vrednosti parametrov hrapavosti površin pri elementu

3 po 250 urah uporabe (B100) zmanjšale, vrednosti po 500 urah uporabe (B85E15) pa

povečale glede na novi element. Pri elementu 4 pa je opazno zmanjšanje pri obeh gorivih

glede na novi element. Zato lahko sklepamo na velik vpliv mešanice etanola v biodizlu na

hrapavost površine igle, merjene krožno.



00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,11,2

Ra Rz Rmax


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Ra Rz Rmax



56

Komentar rezultatov hrapavosti igla šobe merjena linearno – krožno

Pri elementu 3 merjen linearno, slika 7.48, so opazne večje razlike glede na element 4,

slika 7.49. V obeh primerih lahko govorimo o razlikah med novim elementom in ostalimi

meritvami. Vendar so razlike po posameznih meritvah pri elementu 4 zelo male. Tako lahko

rečemo po linearni meritvi, da gorivi (D100) in (D85E15) bistveno ne vplivata na hrapavost

igle vbrizgalne šobe.

Pri merjenju igle šobe krožno element 4, slika 7.56, so razvidne velike spremembe glede

na nov element. Vrednosti po 250 urah uporabe (B100) so se znižale glede na novi element,

vrednosti po 500 urah uporabe (B85E15) pa so se zvišale glede na novi element. Tako veliko

zvišanje stanja ''po 500 urah uporabe (B85E15) '' glede na stanje ''po 250 urah uporabe

(B100)'' je lahko posledica vpliva bioetanola ali pa sam čas meritve, ki je bil daljši za 250 ur.

Medtem ko so vrednosti pri elementu 4, slika 7.57, znižajo glede na novi element.

Tako lahko po meritvah igle šobe merjene linearno – krožno sklepamo da gorivi (D100)

in (D85E15) ne vplivata na hrapavost igle šobe, medtem ko gorivi (B100) in (B85E15)

vplivata opazno na spremembo hrapavosti igle šobe.


57

Puša igle vbrizgalne šobe merjena linearno

Iz slik 7.58, 7.59 in 7.60 je razviden dejanski profil hrapavosti površine. Vidijo se

določene razlike predvsem v prvem delu izpisa. Prav tako se razlikuje amplituda nihanja med

posameznimi stanji, vendar moramo tukaj paziti na različno skalo v vertikalni smeri pri

novem elementu. Na sliki 7.59 je v začetku izpisa amplituda zelo nizka, medtem ko se

kasneje iz neznanih razlogov poveča.





58

Puša igle vbrizgalne šobe merjena linearno

Na slikah 7.61, 7.62 in 7.63 je razvidno enakost nihanja skozi vsa stanja. Amplituda nihanja je

zelo visoka, vendar je dokaj enaka pri vseh izpisih.





59

Iz slik 7.64 in 7.65 je razvidno, da je prišlo do vidnih sprememb na sami površini. Na

sliki 7.64 so razvidne velike razlike med meritvama, ki bi jih lahko pripisali bioetanolu, saj

vrednosti parametrov hrapavosti kljub znižanju pri uporabi B100 precej narastejo pri uporabi

B85E15. Medtem ko so na sliki 7.65 vrednosti med seboj sorazmerno enake in ni tako velikih

padcev kot pri elementu 3.



00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,1

Ra Rz Rmax


00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

Ra Rz Rmax



60

Puša igle vbrizgalne šobe merjena krožno

Na slikah 7.66, 7.67 in 7.68 so opazne razlike med samimi profili hrapavosti. Kot prvo

moremo opozoriti na različno skalo v vertikalni smeri pri novem elementu. Na sliki 7.67 je

proti koncu izpisa opazna neka enakomernost profila hrapavosti, medtem ko za začetek izpisa,

to ne moremo trditi. Na sliki 7.68 je prav tako zaznati neko konstantnost, razen majhnega

delčka izpisa.





61

Puša igle vbrizgalne šobe merjena krožno

Iz slik 7.69, 7.70 in 7.71 se da razbrati določena enakost med posameznimi stanji. V vseh

primerih je višina amplitude nihanja nekje enaka. Razlike so v določenih skokih vrednosti.


Slika 7.70 Hrapavosti površine - stanje ''po 250 urah uporabe (D2) '' za element 4



62

Iz slik 7.72 in 7.73 je moč razbrati, da se same vrednosti med seboj ne razlikujejo za veliko

število. Pri obeh elementih so vrednosti blizu novega elementa. Pri elementu 4 je padec

parametrov pri gorivu (D85E15) glede na gorivu (D2), lahko posledica uporabe bioetanola ali

pa različnega časa meritev.



0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Ra Rz Rmax


00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

Ra Rz Rmax



63

Komentar rezultatov hrapavosti puša igle vbrizgalne šobe merjena linearno – krožno

Pri elementu 3 merjen linearno, slika 7.64, se same vrednosti parametrov hrapavosti

med seboj razlikujejo. Opazno je zmanjšanje obeh vrednosti glede na novi element, tako po

250 urah uporabe (B100), kot po 500 urah uporabe (B85E15). Če pa pogledamo rezultate

elementa 4, slika 7.65, vidimo, da so tam razlike mnogo manjše kot pri elementu 3. Tako

lahko glede na linearne meritve rečemo, da gorivi (D2) in (D85E15) ne vplivata na

hrapavost puše igle vbrizgalne šobe.

Pri merjenju igle šobe krožno se iz slike 7.72 (element 3) vidijo majhne razlike med

posameznimi vrednostmi parametrov hrapavosti. Pri elementu 4, slika 7.73, je tudi razvidna

enakost parametrov hrapavosti med seboj.

Če povzamemo linearne in krožne meritve puše igle vbrizgalne šobe, lahko rečemo, da

gorivi (D2) in (D85E15) ne vplivata na hrapavost puše igle. Gorivi (B100) in (B85E15) pri

krožnem merjenju ne bi vplivali na hrapavost, vendar so razlike pri linearnem merjenju

prevelike, tako da lahko rečemo, da vplivajo na samo hrapavost puše igle.


64

Komentar meritve hrapavosti

Če povzamem celotne meritve hrapavosti je iz danih rezultatov razvidno, da je prišlo do

določenih sprememb hrapavosti merjenih delov, ki so bili uporabljeni v meritvah.

Pri merjenju hrapavosti bata tlačilke, lahko rečemo da je različno gorivo v določeni

meri vplivalo na spremembe hrapavosti. Gorivi (B100) in (B85E15) kakor (D2) in (D85E15)

vplivajo na spremembe hrapavosti bata tlačilke.

Pri merjenju hrapavosti puše bata tlačilke, lahko rečemo, da gorivi (B100) in (B85E15)

ne vplivata na hrapavost puše bata tlačilke, medtem ko gorivi (D2) in (D85E15) vplivata na

spremembe hrapavosti puše bata tlačilke.

Pri merjenju hrapavosti igle vbrizgalne šobe, sklepamo, da gorivi (D100) in (D85E15)

ne vplivata na hrapavost igle šobe, medtem ko gorivi (B100) in (B85E15) vplivata na

spremembe hrapavosti igle šobe.

Pri merjenju hrapavosti puše igle vbrizgalne šobe, lahko rečemo, da gorivi (D2) in

(D85E15) ne vplivata na hrapavost puše igle. Gorivi (B100) in (B85E15) po krožnem

merjenju ne bi vplivali na hrapavost, vendar so razlike pri linearnem merjenju prevelike, tako

lahko rečemo, da vplivajo na samo hrapavost puše igle.

V nekaterih primerih, slike 7.56, 7.64… so se vrednosti parametrov hrapavosti stanja po 500

urah uporabe (B85E15) in (D85E15) povečale ali pa zmanjšale glede na stanje po 250 urah

uporabe (B100) in (D2). Vzrok povečanja oziroma zmanjšanja vrednosti, bi lahko bil delež

bioetanola v gorivu. Te naše domneve bi bilo treba potrditi z nadaljnjimi testiranji.


65

8 SKLEP

Zaradi opazno povečanega onesnaženja okolja z emisijami toplogrednih plinov se v zadnjem

času posveča vse večja pozornost različnim poizkusom ter testiranjem na različnih področjih,

kjer bi se alternativna goriva lahko uporabljala. Biodizel in bioetanol sta samo dva od

kamenčkov v ogromnem mozaiku alternativnih goriv, z željo po zmanjšanju onesnaženja

ozračja.

V tej nalogi je bil raziskan vpliv uporabe različnih goriv na same dele vbrizgalnega

sistema, natančneje na stanje površin bata tlačilke in igle vbrizgalne šobe. To smo izvedli z

praktičnim preizkusom, ki je zajemal meritve in analizo hrapavosti površin posameznih

elementov vbrizgalnega sistema, ter pretočnih števil vbrizgalne šobe.

Da smo ugotovili vpliv posameznega goriva, je bilo potrebno zagotoviti enake pogoje

testiranja, kar nam je uspelo z izdelavo priprave za ta eksperiment. Zagotovili smo:

• konstantno vrtilno frekvenca (750 obr/min)

• enako število obratovalnih ur (500 ur)

• enak tlak predtlačilk.

Iz rezultatov meritev lahko sklepamo, da različna vrsta testiranega goriva v določeni

meri vpliva na obrabo posameznih delov vbrizgalnega sistema.

Iz samih rezultatov pretočnega števila, ne moremo zagotoviti da je do sprememb prišlo

zaradi vpliva goriva, verjetnejša je razlaga, da je to posledica same napake meritve. Če

pogledamo grafe pretočnih števil,vidimo da je prišlo do sprememb predvsem v območjih, kjer

je dvig igle minimalen (0,02mm-0,04mm). In prav tukaj se pokažejo napake same meritve, saj

smo dvig igle nadzorovali z mikrometrom, pri katerem ne moremo nikoli zagotoviti, da je bil

dvig igle točen. In zato prihaja do razlik v tem področju.

Iz rezultatov hrapavosti pa lahko sklepamo, da je prišlo do sprememb med posameznimi

meritvami. Na osnovi teh podatkov lahko sklepamo, da je v določeni meri gorivo vplivalo na

same spremembe parametrov hrapavosti. Opazne so razlike zlasti pri mešanici biodizla in

bioetanola (B85E15).


66

Napotki za nadaljnjo delo

Pri nadaljnji analizi vpliva goriva na vbrizgalni sistem (visokotlačna tlačilka, vbrizgalna

šoba), bi bilo smiselno opraviti še meritve po opravljenih 1000 urah obratovanja same

naprave za vsa goriva (B100, B85E15, D2, D85E15), s čimer bi potrdili ali ovrgli naše

ugotovitve o vplivu bioetanola v biodizlu. Torej ponovno opraviti meritve hrapavosti samih

delov in pretočnih števil šobe.

Mogoče bi bilo smiselno opraviti meritve z višjim deležem bioetanola v gorivu, kar bi

lahko omogočilo hitrejšo analizo vpliva bioetanola na parametre hrapavosti po času.

Zanimivo bi bilo opraviti še ostala tribološka testiranja, kakor tudi mikroskopiranje

površin.

Prav tako bi bilo zanimivo merjenje hrapavosti površin po uporabi posameznih

elementov vbrizgalnega sistema na motorju, ki bi ga testirali na točno določenih delovnih

režimih.


67

9 LITERATURA

[1] Aleš Hribernik, Breda Kegl: Vpliv biodizelskega goriva na zgorevanje v dizelskem

motorju. Alternativna goriva v Sloveniji Maribor, 24. november 2006.

[2] Stanislav Pehan, Breda Kegl: Viri in uporaba energije. Alternativna goriva v Sloveniji

Maribor, 24. november 2006.

[3] Viktor Jejčič, Tomaž Poje, Tone Godeša : Decentralizirana proizvodnja olja iz oljne

ogrščice za biodisel. Alternativna goriva v Sloveniji Maribor, 24. november 2006.

[4] Petrol, Tabela-lastnost plinskega olja D2, Sektor kakovosti.

[5] http://www.arso.gov.si

[6] PEHAN Stanislav, FLAŠKER Jože. Tribologija : skripta. Maribor: Fakulteta za

strojništvo

[7] KEGL, Breda,. Osnove motorjev z notranjim zgorevanjem. Maribor: Fakulteta za

strojništvo, 2006

[8] VOLMAJER, Martin. Numerična in eksperimentalna analiza tokovnih karakteristik

vbrizgalne šobe dizelskega motorja: magistrska delo. Maribor 2001

[8] VAJDA Blaž. Vpliv biodizelskega goriva na stanje visokotlačne tlačilke za gorivo:

diplomsko delo. Maribor 2008


68

10 ŽIVLJENJEPIS

Rojen sem 21. aprila leta 1983 na Ptuju, kot drugi otrok v štiričlanski družini. Osnovno šolo

sem obiskoval v Gorišnici. Po končani osnovni šoli sem se vpisal v srednjo Strojno šolo

Maribor za poklic instalater strojnih instalacij. Kasneje sem si z dvoletnim nadaljevanjem

pridobil izobrazbo strojni tehnik. Leta 2003 sem se vpisal na Fakulteto za strojništvo v

Mariboru.

Documents

VPLIV BIOGORIV NA STANJE SISTEMA ZA VBRIZGAVANJE GORIVA ... · V VPLIV BIOGORIV NA STANJE SISTEMA ZA VBRIZGAVANJE GORIVA DIZELSKEGA MOTORJA Klju čne besede: alternativna goriva,