A comparison of the exhaust emission of a vehicle fuelled with different ethanol-petrol blends

• Autorzy: Bielaczyc P. , Klimkiewicz D , Szczotka A. , Woodburn J.

Warianty tytułu

PL

Analiza porównawcza emisji związków szkodliwych spalin samochodu zasilanego różnymi mieszankami benzyny z etanolem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Due to limited fossil fuel resources and a need to reduce anthropogenic CO2 emissions, biofuel usage is increasing in multiple markets. Ethanol produced from the fermentation of biomass has been of interest as a potential partial replacement for petroleum for some time; for spark-ignition engines, bioethanol is the alternative fuel which is currently of greatest interest. At present, the international market for ethanol fuel consists of E85 fuel (with 85 percent ethanol content), as well as lower concentrations of ethanol in petrol for use in standard vehicles (e.g. E5, E10). The potential for reduced exhaust emissions, improved security of fuel supply and more sustainable fuel production makes work on the production and usage of ethanol and its blends an increasingly important research topic. This paper evaluates the possibility of using petrol-ethanol blends in a modern Euro 5 vehicle without substantial engine modification. The influence of different quantities of ethanol in ethanol-petrol blends (E5, E10, E25, E50 and E85) on the emission measurement of the gaseous pollutants carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), oxides of nitrogen (NOx) and carbon dioxide (CO2) for a passenger car were analysed over the New European Driving Cycle (NEDC) on a chassis dynamometer. The results obtained revealed that exhaust emissions are affected by the proportion of ethanol in the blend. The air:fuel ratio (λ) and exhaust temperature also varied. Increased fuel consumption was found to broadly correlate with blend energetic content for all blends. The experimental work presented in this paper was performed at BOSMAL Automotive Research and Development Institute as part of a test program evaluating biofuels' influence on light-duty petrol engines for passenger cars and light commercial vehicles.

PL

Ze względu na ograniczone zasoby paliw kopalnych oraz potrzebę zmniejszenia antropogenicznej emisji CO2, zużycie biopaliw rośnie na wielu rynkach paliwowych. Od pewnego czasu wzrasta zainteresowanie etanolem otrzymywanym przez fermentację biomasy, jako potencjalnego paliwa mogącego częściowo zastąpić benzynę w silnikach o zapłonie iskrowym. Obecnie na międzynarodowym rynku paliw dostępne są mieszanki benzyny z etanolem E85 (z 85% etanolu), a także z niższymi stężeniami (np. E5, E10), które są powszechnie stosowane do napędu standardowych pojazdów. Potencjał redukcji emisji związków szkodliwych spalin, zwiększenie bezpieczeństwa dostaw paliw i zrównoważona produkcja paliw sprawiają, że prace nad metodami produkcji i wykorzystaniem etanolu oraz jego mieszanin stają się coraz ważniejszym kierunkiem badań. Niniejszy artykuł analizuje możliwość wykorzystania mieszanek benzyny z etanolem w pojeździe spełniającym normy emisji Euro 5, bez żadnych modyfikacji silnika oraz oprogramowania (kalibracji) elektronicznej jednostki sterującej pracą silnika (ECU). Ocena wpływu mieszanek paliw, o różnych zawartościach etanolu w benzynie (E5, E10, E25, E50 i E85), na emisję gazowych zanieczyszczeń spalin, takich jak: tlenek węgla (CO), węglowodory (HC), tlenki azotu (NOx) i dwutlenek węgla (CO2) z samochodów osobowych została wykonana na podstawie Nowego Europejskiego Testu Jezdnego (NEDC) na hamowni podwoziowej. Uzyskane wyniki wskazują, że udział etanolu w mieszaninie ma wpływ na emisję związków szkodliwych spalin. Wykazano istnienie wpływu różnych mieszanek na zmianę współczynnika nadmiaru powietrza (λ) i temperaturę spalin. Dodatkowo stwierdzono zwiększone zużycie paliwa i jego korelację z gęstością energii zawartą w mieszankach benzyny z etanolem. Badania naukowe przedstawione w niniejszym artykule przeprowadzono w Instytucie Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL w ramach programu badań oceny wpływu biopaliw na silniki benzynowe stosowane w lekkich samochodach osobowych i lekkich pojazdach dostawczych.

Słowa kluczowe

EN

alternative fuels; ethanol; emission; SI engines

PL

paliwa alternatywne; etanol; emisja; silniki ZI

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 51, nr 2
• Strony: 57--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz.

Twórcy

autor

Bielaczyc P.

autor

Klimkiewicz D

autor

Szczotka A.

autor

Woodburn J.

• BOSMAL Automotive Research and Development Institute Ltd in Bielsko-Biała,

Bibliografia

• [1] Goldemburg J.: Ethanol for a Sustainable Energy Future. Science, 315, 5813, 808-810, 2007.
• [2] Demirbas A.: Emission Characteristics of Gasohol and Diesohol. Energy Sources, Part A, 31, 1099-1104, 2009.
• [3] Directive 2009/30/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April 2009. Official Journal of the European Union, 5.6.2009, L140, 88-113.
• [4] Partial Grant and Partial Denial of Clean Air Act Waiver Application. EPA document EPA-HQ-OAR-2009-0211, 2011.
• [5] Eyidogan M. et al.: Impact of alcohol-gasoline fuel blends on the performance and combustion characteristics of an SI engine. Fuel, 89, 2713-2720, 2010.
• [6] Negurescu N. et al.: Aspects of Using Ethanol in SI Engines. FISITA paper F2006P294, 2006.
• [7] Niven R.K.: Ethanol in gasoline: environmental impacts and sustainability review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 9, 535-555, 2005.
• [8] Intensive Field Trial of Ethanol/Petrol Blend in Vehicles, Energy Research & Development Corporation Project No. 2511, 1998.
• [9] Bielaczyc P., Szczotka A., Wojnarowicz M.: The alternative fuels powertrain technology evolution. Polish Society of Combustion Engines paper PTNSS-2009-SC-162, 2009.
• [10] Bayraktar H.: Experimental and theoretical investigation of using gasoline-ethanol blends in spark-ignition engines. Renewable Energy, 30, 1733-1747, 2005.
• [11] Ertekin A., Sridhar N.: Performance of Elastomeric Materials in Gasoline - Ethanol Blends - A Review. NACE 2009 Corrosion Conference and Expo, 2009.
• [12] Ambrozin A.R.P., Kuri S.E.: Corrosão Metálica Associada ao Uso de Combustíveis Minerais e Biocombustíveis. Quim. Nova, Vol. 32, No. 7, 1910-1916, 2009.
• [13] Technical Assessment of the Feasibility of Introducing E15 Blended Fuel in U.S. Vehicle Fleet, 1994 to 2000 Model Years. Ricardo project FE405, 2010.
• [14] Bielaczyc P., Szczotka A., Woodburn J.: The Impact of Different Petrol-Ethanol Blends on the Exhaust Emissions from a Modern Light-Duty Petrol Engine. EAEC2011_0194, 13th EAEC European Automotive Congress, Valencia 2011.
• [15] Bielaczyc P., Szczotka A., Woodburn J.: The Effect of Various Petrol-ethanol Blends on Exhaust Emissions and Fuel Consumption of an Unmodified Light-Duty SI Vehicle. SAE Paper 2011-24-0177, ICE2011 - 10th International Conference on Engines & Vehicles, Naples 2011.
• [16] Bielaczyc P., Szczotka A., Woodburn J.: A Study of Gasoline-Ethanol Blends Influence on Performance and Exhaust Emissions from a Light-Duty Gasoline Engine. SAE Paper 2012-01-1052, SAE 2012 World Congress, Detroit, USA 2012.
• [17] Bergstrom, K., Jones, C. The New Ecotech Turbo Biopower Engine from GM Powertrain. EAEC paper, 2009.
• [18] Durbin T.D. et al.: Effects of Ethanol and Volatility Parameters on Exhaust Emissions. CRC Project No. E-67, 2006.
• [19] Dias de Oliveira M.E. et al.: Ethanol as Fuel: Energy, Carbon Dioxide Balances, and Ecological Footprint. Bioscience, Vol. 55 No. 7, 2005.
• [20] Hochhauser A.M.: Review of Prior Studies of Fuel Effects on Vehicle Emissions. SAE paper 2009-01-1181, 2009.
• [21] Naidenko O.V.: Ethanol-Gasoline Fuel Blends May Cause Human Health Risks and Engine Issues. Environmental Working Group Review, 2009.
• [22] Graham L.A. et al.: Emissions from light duty gasoline vehicles operating on low blend ethanol gasoline and E85. Atmospheric Environment, 42, 4498-4516, 2008.
• [23] Review of fuel ethanol impacts on local air quality. Bioethanol for Sustainable Transport report No. D9.14, 2008.
• [24] Yusaf T. et al.: Theoretical and experimental investigation of SI engine performance and exhaust emissions using ethanolgasoline blended fuels. 3rd International Conference on Energy and Environment (ICEE2009), 7-8 December 2009, Malacca, Malaysia.
• [25] Agarwal A.K.: Biofuels (alcohols and biodiesel) applications as fuels for internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science, 33, 233-271, 2007.
• [26] Parag S. et al.: Emissions from ethanol blended fossil fuel flames. Experimental Thermal and Fluid Science, 35:1, 96-104, 2011.
• [27] Directive 98/69/EC of the European Parliament and of the Council of 13 October 1998. 1998L0069, 1998.
• [28] Turner J.W.G. et al.: Alcohol-Based Fuels in High Performance Engines. SAE paper 2007-01-0056, 2007.
• [29] Roberts M.C.: E85 and fuel efficiency: An empirical analysis of 2007 EPA test data. Energy Policy, Vol. 36, Issue 3, 1233-1235, 2008.
• [30] Maununa T., Kinnenen T.: Effect of oxygen containing biofuels on the emissions with exhaust gas catalysts. SAE paper 2009-01-2737, 2009.