Työkonedieselmoottorin suoritusarvo- ja päästötuloksia uusiutuvin ja perinteisin polttoainein

Abstract

Tutkielma on osa Future Combustion Power Plant (FCEP) -tutkimusohjelmaa, jonka tavoitteena on varmistaa, että suomalainen polttomoottoriteollisuus pystyy ylläpitämään johtavan asemansa globaaleilla markkinoilla. Tutkielman tavoitteena oli Vaasan yliopistossa mallinnetun työkonedieselmoottorin simulointimallin verfioimiseksi ajaa suoritusarvo- ja päästömittauksia vähärikkisellä dieselpolttoaineella (DFO), kalanperkuujätteistä valmistetulla esteröidyllä biodieselillä (FISH) sekä raa’alla kalaöljyllä (FISHOIL), eläinperäisellä biodieselillä (AFME) ja vetykäsitellyllä uusiutuvalla dieselillä (HVO). Mittauksia tehtiin myös erilaisin ruiskutussuuttimin. Tutkimusajot suoritettiin Vaasan Energiainstituutin polttomoottorilaboratoriossa AGCO Power 44 CWA -työkonedieselmoottorilla. Moottoriajoissa kiinnitettiin huomiota moottorin yleiseen toimintaan, mekaanisiin ja termisiin kuormituksiin, polttoaineen syttymis- ja palamisominaisuuksiin sekä hiukkas- ja kaasumaisiin päästöihin. Polttoainevertailussa ajettiin DFO:lla, FISH:llä, AFME:lla ja HVO:lla. Esimerkkituloksina DFO aiheutti yleisesti eniten päästöjä (savutus, hiilivedyt, häkä). FISH tuotti eniten NOX-päästöjä. HVO syttyi hyvin korkean setaaniarvon vuoksi. Suutinvertailussa käytettiin neljää eri suutinmallia: standardisuuttimet, 6- ja 10-reikäiset suuren virtauksen (HF) -suuttimet sekä 8-reikäiset pienen virtauksen (LF) -suuttimet, joiden suutinkarttaa muokattiin moottorin käynnissä pysymiseksi. Tämän vuoksi tulokset eivät ole vertailukelpoiset, vaikka ne esitetään yhdessä. Yleisesti 8-reikäisten LF-suuttimien syttymisjättämä oli lyhin ja seoksen muodostus hyvä erityisesti osakuormilla, mikä saattoi johtua juuri suutinkartan muokkauksesta. Kalaöljyn korkean viskoosin vuoksi sitä ajettiin 6-reikäisillä HF-suuttimilla. Kaikkia kuormituspisteitä ei kalaöljyllä saavutettu, joten lisävertailun vuoksi lisättiin yksi kuormituspiste. Mittaustuloksia saatiin riittävästi, mutta tarkempia pienhiukkasmassatuloksia olisi kuitenkin tarvittu. Tulevia moottoriajoja ajatellen tulisi kiinnittää enemmän huomiota ruiskutusajoituksiin ja -määriin sekä pienhiukkasmassan keräykseen. Kiinnostavaa lisätietoa toisi mm. ruiskutussuuttimien ja pienhiukkasten kokojen välinen korrelaatioanalyysi, johon tutkielmasta löytyisi valmis aineisto.