|
|
PALIWA ODNAWIALNE W SILNIKACH WOZÓW BOJOWYCH
Mieczysław Struś
Jednostki napędowe pojazdów bojowych eksploatowanych w Siłach Zbrojnych RP stanowią głównie składniki o zapłonie samoczynnym, o dużych pojemnościach z wtryskiem bezpośrednim (tab. 1). Silniki te cechują się zwartą konstrukcją i modułową zabudową ich układów we wnętrzu wozu bojowego. Silniki te mogą być zasilane w warunkach szczególnych różnymi paliwami pochodzenia mineralnego.
Wielopaliwowość umożliwiają takie cechy konstrukcyjne silnika i jego układów, które pozwalają na zasilanie go paliwami ropopochodnymi z grupy olejów napędowych, benzyn oraz naftowych paliw lotniczych. Zwiększenie zakresu wielopaliwowości możliwe jest przez wykorzystanie paliw odnawialnych, czyli uzyskiwanych z surowców, które można wyprodukować, co jest w zasadzie równoznaczne z paliwami pochodzenia roślinnego.
W zasadzie przemysł przetwórczy na bazie krajowego rolnictwa może wyprodukować dwa podstawowe rodzaje paliw alternatywnych:
Oleje roślinne są glicerydami (glicerynowymi estrami nienasyconych kwasów tłuszczowych) które uzyskuje sie w procesie hydraulicznego wyciskania ziaren roślin.
Między sobą różnią się jedynie zawartością węgla i poziomem nasycenia kwasów tłuszczowych, które są "estrowo" połączone z gliceryną. Paliwa te mogą występować w postaci nieprzetworzonej (olej po wytłoczeniu i odseparowaniu zanieczyszczeń) lub przetworzonej jako estry metylowe oleju roślinnego, a także w postaci mieszanin z olejem napędowym.
Alkohole można uzyskiwać przez utlenianie metanu lub w wyniku syntezy tlenku węgla i wodoru (metanol), ale również w wyniku biologicznej fermentacji (etanol). Zalety stosowania paliw alkoholowych wynikają z mniejszej toksyczności ich spalin, a głównie mniejszej zawartości tlenków azotu i cząstek stałych.
Dotychczasowe rezultaty różnych prac badawczych nakierowanych na zasilanie silników paliwami pochodzenia roślinnego wskazują na optymalność wykorzystania rzepaku jako paliwa do silników ze względów opałowych i łatwości pozyskiwania zwłaszcza w Polsce.
Obecnie prace prowadzone przeważnie są w dwóch kierunkach:
Dotychczasowy stan wiedzy pozwala na uszeregowanie silnikowych paliw rzepakowych w zależności od niezbędnego zakresu zmian w układzie paliwowym silnika i organizacji procesu spalania:
I. Paliwa nie wymagające zmian konstrukcyjnych i regulacyjnych:
II. Paliwa wymagające zmian konstrukcyjnych i regulacji silnika:
Podstawowymi właściwościami, które muszą być uwzględnione przy stosowaniu paliw roślinnych - podobnie jak w przypadku paliw zastępczych do silników o zapłonie samoczynnym są:
Lepkość estru metylowego oleju rzepakowego (RME) jest nieznacznie wyższa od paliwa konwencjonalnego (tab.2.). Natomiast naturalny olej rzepakowy charakteryzuje się lepkością ok. 10 razy większą. Tak duża wartość lepkości wskazuje, że w silnikach, bez specjalnych przystosowań nie może być on spalany. Natomiast w trakcyjnych silnikach o dużej pojemności skokowej cylindrów kształtuje się to różnie i należy w zasadzie badać zachowanie się każdego rodzaju i typu silnika z osobna.
Na rys. 1. przedstawiono wpływ temperatury na lepkość dynamiczną naturalnego oleju rzepakowego (OR), estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego (RME), zimowych olejów napędowych (IZ-ł5 i IZ-40) oraz mieszanin zimowego oleju napędowego IZ-40 z olejem rzepakowym. Jak widać, temperatura, w prezentowanym zakresie wartości, wywiera najmniejszy wpływ jedynie na lepkość oleju napędowego.
Własności niskotemperaturowe dobranych eksperymentalnie składników paliwa tzw. Oxydiesel określono na unikatowym stanowisku w Wojskowej Akademii Technicznej.
Badania efektywności pracy silnika czołgowego S-12 U przeprowadzono na stacjonarnym stanowisku hamownianym. Określono również zadymienie gazów spalinowych przy pomocy dymomierza produkcji firmy BOSCH działającego na zasadzie pomiaru światła odbitego od bibuły filtracyjnej - wyskalowanego w stopniach Boscha.
Parametry efektywne silników: UTD-20 bojowego wozu piechoty oraz silnika S-359 samochodu ciężarowo-terenowego STAR-266 oceniono przez porównanie ich charakterystyk dynamicznych.
Dynamiczna charakterystyka prędkościowa przedstawia przebieg momentu obrotowego wytwarzanego przez silnik przy zmianie prędkości obrotowej wału korbowego, spowodowanej szybkim dostarczeniem do wnętrza cylindrów paliwa prawie w całości przeznaczonego na pokonanie oporów bezwładności silnika (odbiornik energii odłączony).
Na rys. 5 przedstawiono przykładowe wyniki przeprowadzonych badań hamownianych dla silnika S-12U zasilanego paliwem rzepakowym i olejem napędowym, natomiast na rys.6 przedstawiono przykładowe wyniki badań silnika UTD-20 w stanach nieustalonych.
Wnioski
Wniosek końcowy
Analiza charakteru pracy silników oraz osiągów, a także parametrów fizyko-chemicznych paliw i ich właściwości proekologicznych upoważniają do zastosowania badanego paliwa RME, a także typu OXYDIESEL jako alternatywnego do zasilania silników stosowanych w pojazdach wojskowych - zwłaszcza uruchamianych w pomieszczeniach zamkniętych, a także w silnikach pochodnych wykorzystywanych do napędu jednostek pływających, ciężkich maszyn roboczych, agregatów prądotwórczych, pojazdów specjalnych oraz innych silników o zapłonie samoczynnym.
Mieczysław Struś