Výkon a Emisní Analýzy CI Motor v Duálním Režimu s LPG a Karanja Oleje Methyl Ester

Abstrakt

používání zkapalněného ropného plynu (LPG) je experimentoval s cílem zlepšit výkon duálního paliva pro vznětové (CI), motor běží na Karanja oleje metyl ester (KOME) směsi. Nafta se používá jako referenční palivo pro výsledky dvoupalivových motorů. Během experimentování, výkon motoru je měřena z hlediska brzdy tepelná účinnost (BTE) a brzdy specifická spotřeba paliva (BSFC), a emise výfukových plynů se měří z hlediska oxidu uhelnatého (CO), uhlovodíků (HC) a oxidů dusíku (). Dvoupalivový motor s LPG vykazoval snížení emisí kouře a kouře; trpí však vysokými emisemi HC A CO, zejména při nižším zatížení v důsledku špatného zapalování. Porovnání výkonu a emisí se provádí u nafty a směsí KOME. Výsledky ukázaly, že použití směsí KOME (10% a 20%) zlepšilo výkon motoru CI snížením emisí HC A CO.

1. Úvod

vyčerpání rezerv ropy a znepokojení nad vysokým úrovním znečišťujících látek v automobilové výfukové mít motivované výzkumníky k hledání alternativních zdrojů energie s obnovitelných zdrojů přírody a méně znečišťující vliv . Využití alternativních plynných paliv ve VZNĚTOVÝCH motorů na duální palivo režimu se zvyšuje vzhledem k jejich čisté spalování ve srovnání s konvenční kapalná paliva, jakož i jejich relativně větší dostupnost za atraktivní ceny . Pro nahrazení ropných paliv používaných ve spalovacích motorech, palivo biologického původu poskytuje proveditelné řešení dvojitých krizí „vyčerpání fosilních paliv“ a „degradace životního prostředí“.“Několik vědců se aktivně věnuje využití nepoživatelných olejů pro výrobu bionafty po celém světě kvůli své čistší hořící povaze . Chemicky se bionafta označuje jako monoalkylestery mastných kyselin s dlouhým řetězcem odvozené z obnovitelných zdrojů lipidů. Hlavní výhody bionafty je, že potlačuje tvorbu oxidu siřičitého, CO, HC a PM emisí při spalovacím procesu vzhledem k nízkým obsahem síry, nízké aromatické látky, a přítomnost kyslíku sloučeniny obsahující. Kromě toho má bionafta dobrou zapalovací schopnost v motoru díky relativně vysokému cetanovému počtu ve srovnání s konvenčním motorovým palivem . Bylo zjištěno, že nižší koncentrace směsí bionafty zlepšují tepelnou účinnost. Vzhledem k parametrům, při kterých motory pracují, směs až 20% bionafty s naftou funguje dobře bez jakékoli úpravy v motoru . Potenciální výhody použití LPG v dieselových motorech jsou jak ekonomické, tak šetrné k životnímu prostředí . Se sníženou spotřebou energie, dvoupalivový motor vykazuje významné snížení hustoty kouře,, a lepší BTE . Škrcení nasávaného vzduchu při nízkém zatížení zlepšuje tepelnou účinnost brzdy a emise HC se zhoršuje s nárůstem procenta substituce LPG . V této studii byl experimentálně zkoumán vliv směsí bionafty na výkon a emisní charakteristiky vznětového motoru v režimu dvojího paliva s kolísáním průtoku LPG.

2. Experimentování

cílem studie je vytvořit směs bionafty, směsi s plynným palivem v duální režim paliva, a studovat na výkon a emisní vlastnosti motoru s LPG jako plynné palivo.

2.1. Experimentální nastavení

motor použitý v této studii je Kirolskar vyrobený jednoválcový, čtyřtaktní, vodou chlazený vznětový motor. Specifikace motoru jsou uvedeny v tabulce 1. K nastavení jsou připojeny dvě samostatné palivové nádrže pro uložení nafty a směsí bionafty. Motor je spojen s hydraulickým dynamometrem pro měření provozního zatížení. Motor je upraven do režimu dvojího paliva připojením odpařovače mezi nádrž LPG a průchod LPG v sacím potrubí. Vstupní potrubí motoru je prodlouženo o 3 nohy a plynová tryska je vyvrtána do potrubí. Průtok LPG je řízen jehlovým ventilem. Tlak plynu na vstupu odpařovače se měří manometrem. Analyzátor plynu AVL 444 je připojen k výfukovému plynu pro měření emisních parametrů. Rozsah měření a přesnost analyzátoru plynu jsou uvedeny v tabulce 2. K chlazení motoru se používá tlakový systém s uzavřeným okruhem. K měření průtoku LPG metodou hmotnostního rozdílu s nejistotou 1,2% se používá plošinový vážící stroj s přesností 1 mg. Schéma rozvržení experimentálního nastavení je znázorněno na obrázku 1. Zpočátku je motor testován pomocí standardní nafty při všech zatíženích, aby se určil výkon motoru a emisní charakteristiky. Stejný postup se opakuje v režimu dvojího paliva se zvýšením průtoku LPG pro všechna zatížení. Hmotnostní zlomek LPG () se vypočítá podle

Obrázek 1

Experimentální uspořádání schéma.

2.2. Výroba methylesteru oleje Karanja

methylester oleje Karanja (KOME) se připravuje v laboratoři z čistého rostlinného oleje Karanja (Pongamia pinnata). Extrahovaný rostlinný olej se získává z místního olejového mlýna. U čistého oleje Karanja je volná mastná kyselina (FFA) více než 5%. Takže FFA je snížena kyselinou katalyzované esterifikace za použití methanolu za přítomnosti kyseliny sírové () s následnou transesterifikací pomocí methanolu v přítomnosti hydroxidu draselného (KOH). Po oddělení glycerolu se ester promyje vodou, aby se odstranil nezreagovaný methoxid. Poté se zahřeje, aby se odstranily stopy vody, aby se získala čistá bionafta. Methylester oleje Karanja známý jako bionafta, tedy produkovaný tímto procesem, je zcela mísitelný s naftou v jakémkoli poměru .

3. Výsledky a diskuse

variace výkonových a emisních parametrů s průtokem LPG jsou diskutovány v této části. Stejně jako předchozí výzkumy naznačily, že směsi bionafty až 20% lepší výkon, stejně jako lepší emisní charakteristiky, zatímco s vyšším směsi snížení výhřevnosti omezuje výkon motoru . Vlastnosti paliv jsou uvedeny v tabulce 3.

3.1. Specifická spotřeba paliva

specifická spotřeba paliva v režimu duálního paliva se zaznamenává u nafty a směsí bionafty. Srovnání bsfc při 70% zatížení pro motorovou naftu a směsi KOME do 20% bylo uvedeno na obrázku 2. Je pozorováno, že zvýšením zatížení bsfc klesá, stejně jako se zvýšením tlaku zatížení válce a zvýšení teploty, což zlepšuje proces spalování, což má za následek snížení bsfc. Zvýšení BSFC se zvyšujícím se procentem substituce LPG při částečném zatížení může být způsobeno neúplným spalováním plynného paliva, zatímco při vyšším zatížení se bsfc zlepšuje se zvýšením substituce LPG. Na druhé straně bsfc postupně klesá s nárůstem procenta směsi. To lze přičíst přítomnosti přídavného molekulárního kyslíku přítomného v bionaftě, což zlepšuje proces spalování. Srovnání bsfc se zvýšením zatížení se provádí při 4 g / min průtoku LPG bylo znázorněno na obrázku 3. Je pozorováno, že bsfc klesá se zvyšujícím se zatížením. 20% směs KOME (B-20) vykazuje nejnižší BSFC následovanou 10% směsí KOME (B-10) a nafty v celém rozsahu zatížení. Vzhledem k tomu, že průtok LPG byl udržován konstantní, vykazují B-10 A B-20 lepší bsfc než nafta.

Obrázek 2

Srovnání změna BSFC s procentem náhrady LPG.

Obrázek 3

Srovnání BSFC s zvýšení v procentu zatížení.

3.2. Tepelná účinnost brzdy

tepelná účinnost brzdy (BTE) všech pilotních paliv je pozorována v režimu dvojího paliva. Srovnání BTE pro naftu B-10 A B-20 při 70% zatížení bylo znázorněno na obrázku 4. Bylo zjištěno, že B-10 A B-20 poskytují lepší BTE při všech zatíženích ve srovnání se standardní naftou. To může být přičítáno dodatečnému obsahu kyslíku ve směsích bionafty, což zlepšuje proces spalování, který má tendenci zvyšovat BTE motoru. Ale s nárůstem substituce LPG BTE postupně klesá pro všechny pilota paliva při částečném zatížení, protože při nízkém zatížení méně pilot paliva je zasahovalo do válce, a vzhledem k přebytku vzduchu a nízké teploty válce, libové množství palivové směsi unikne do výfuku. Zatímco u nafty se BTE zvyšuje při vyšším zatížení až o 35% substituce LPG. Při vyšším zatížení má zvýšení průměrné teploty plynu za následek snížení zpoždění zapalování paliva, což vede ke zlepšení BTE. Srovnání BTE se zvýšením zatížení pro veškeré pilotní palivo při průtoku LPG 4 g / min bylo znázorněno na obrázku 5. Je pozorováno, že BTE se zvyšuje se zvyšujícím se zatížením, zatímco směsi B-10 A B-20 poskytují lepší BTE při všech zatíženích ve srovnání se standardní naftou. To může být přičítáno dodatečnému obsahu kyslíku ve směsích bionafty, což zlepšuje proces spalování, který má tendenci zvyšovat BTE motoru.

Obrázek 4

Srovnání variace BTE, s procentem náhrady LPG.

Obrázek 5

Srovnání BTE s zvýšení v procentu zatížení.

3.3. Emise HC

emise HC se skládají z paliva, které je zcela nespálené nebo částečně spálené. Emise HC jsou obvykle vážnými problémy při nízkém zatížení dieselových motorů. Porovnání emisí HC všech pilotních paliv v režimu dvojího paliva bylo znázorněno na obrázku 6. V režimu dvojího paliva se zvýšením náhrady LPG se emise HC zvyšují. To může být způsobeno snížením čerstvého vzduchu se zvýšením průtoku LPG, což má za následek neúplné spalování bohatší směsi. Úroveň emisí HC se snižuje s nárůstem směsí bionafty. Pokles emisí HC ve srovnání s motorovou naftou může být způsoben přítomností molekul kyslíku v bionaftě, což pomohlo při úplném spalování. Při průtoku LPG 4 g/min pozorování ukázalo, že emise HC se postupně snižuje se zvyšujícím se zatížením. To může být v důsledku nízké teploty motoru a chudou směs jako součást zatížení ovlivňuje spalování palivové směsi vzduchu a málo unikne do výfuku. Při vyšším zatížení se zvyšující se špičkovou teplotou válce dochází ke správnému spalování, které snižuje emise HC. Výsledek byl znázorněn na obrázku 7. Emise HC byly nejvyšší u nafty následované B-10 A B-20.

Obrázek 6

Srovnání změn emisí HC, s procentem LPG substituce.

Obrázek 7

Srovnání emisí HC s zvýšení v procentu zatížení.

3.4. Emise

jsou nejškodlivější plynné emise z motorů. rychlost tvorby silně závisí na teplotě plynu ve válci. Distribuce paliva ve válci a jeho spalovací proces tedy ovlivňují tvorbu. Obecně se tvoří při vysokých teplotách spálených plynových oblastí. Porovnání změn emisí se substitucí LPG bylo znázorněno na obrázku 8. Emise se snižují se zvýšením průtoku LPG. To může být přičítáno snížení čerstvého vzduchu a vysoké teplotě samovznícení LPG, což zvyšuje zpoždění vznícení, což vede ke snížení maximální teploty válce. Na druhé straně se emise zvyšují s nárůstem procenta směsi bionafty, protože obsah kyslíku v bionaftě poskytuje vysokou místní teplotu, která zlepšuje proces spalování. Změna emisí při zatížení při 4 g/min průtoku LPG pro motorovou naftu, B-10 A B-20, byla znázorněna na obrázku 9. Bylo zjištěno, že B-20 vykazuje nejvyšší emise následované B-10 a standardní naftou.

Obrázek 8

Srovnání změn emisí se procento LPG substituce.

Obrázek 9

Porovnání emisí s zvýšení v procentu zatížení.

3.5. Emise CO

obecně dochází k emisím CO z motoru v důsledku částečné oxidace palivové směsi. Protože je dobře známo, že rychlost tvorby CO je funkcí nespáleného paliva a teploty směsi během spalování, protože oba faktory řídí rozklad a oxidaci paliva. Změny emisí CO při substituci LPG byly znázorněny na obrázku 10. Je pozorováno, že s nárůstem substituce LPG se emise CO zpočátku snižují až na 25% náhrady všech tří pilotních paliv. Ale s dalším zvýšením průtoku LPG emise CO zvyšuje; může být v důsledku snížení čerstvého kyslíku vede k částečné oxidaci palivové směsi. S nárůstem podílu směsi se zjistilo, že emise CO klesají. To ukazuje, že možná kvůli přítomnosti extra kyslíku ve směsích ve srovnání s čistou naftou má správná oxidace směsí za následek nižší emise CO. Při průtoku LPG 4 g/min pozorování ukazuje, že emise CO postupně klesá zvyšováním zatížení. To může být v důsledku nízké teploty motoru a chudou směs při částečném zatížení, celou směs vzduchu a paliva nehoří úplně a několik unikne do výfuku. Emise CO byly nejvyšší u nafty následované B-10 A B-20. Výsledek byl znázorněn na obrázku 11.

Obrázek 10

Srovnání variace emise CO se procento LPG substituce.

Obrázek 11

Srovnání emise CO s zvýšení v procentu zatížení.

4. Závěr

V této práci, experimentální šetření byla provedena zkoumat účinky indukce LPG do motoru potrubí (jen v blízkosti vstupního ventilu) s KOME jako pilot paliva. Z analýzy experimentálních dat bylo zjištěno, že BSFC a BTE se zlepšily u motoru CI s b-10 A B-20 ve srovnání s naftou. Při částečném zatížení se bsfc zvyšuje a BTE klesá s nárůstem substituce LPG, ale bylo pozorováno zlepšení obou parametrů při vyšším zatížení. Emise HC A CO byly zvýšeny v režimu dvojího paliva. Směsi KOME však vykazovaly snížené emise HC A CO v režimu dvojího paliva ve srovnání s naftou. Emise byly sníženy v režimu dvojího paliva pro všechna tři pilotní paliva, zatímco se zvýšením procenta směsi KOME bylo pozorováno zvýšení emisí. Vyšší směsi KOME mají vyšší viskozitu, což ovlivňuje atomizaci pilotního paliva. Další zlepšení výkonu a emisní vlastnosti v duální režim paliva s vyšším směsi může být možné zvýšením vstřikovacího tlaku.