abstrakt
brugen af flydende petroleumsgas (LPG) eksperimenteres med at forbedre ydeevnen for en dobbeltbrændstof kompressionstænding (CI) motor, der kører på Karanja-oliemethylester (KOME) blandinger. Diesel bruges som referencebrændstof til resultaterne af dobbeltbrændstofmotoren. Under forsøget måles motorens ydeevne i form af bremsetermisk effektivitet (BTE) og bremsespecifikt brændstofforbrug (BSFC), og udstødningsemissionen måles i form af kulilte (CO), kulbrinte (HC) og kvælstofilter (). Dobbeltbrændstofmotor med LPG viste en reduktion i og røgemission; dog lider den af høj HC-og CO-emission, især ved lavere belastninger på grund af dårlig antændelse. Sammenligning af ydeevne og emissioner sker for diesel og blandinger af KOME. Resultaterne viste, at brug af KOME-blandinger (10% og 20%) har forbedret CI-motorens ydeevne med en reduktion i HC-og CO-emissioner.
1. Introduktion
de nedbrydende reserver af olie og bekymring over høje niveauer af forurenende stoffer i køretøjsudstødning har motiveret forskerne til at søge efter alternative energikilder med vedvarende karakter og mindre forurenende virkning . Brugen af alternativt gasformigt brændstof i CI-motorer i dobbeltbrændstoftilstand øges på grund af deres rene forbrænding sammenlignet med konventionelle flydende brændstoffer samt deres relativt øgede tilgængelighed til attraktive priser . Til erstatning af oliebrændstoffer, der anvendes i forbrændingsmotorer, brændstof af biooprindelse giver en gennemførlig løsning på de to kriser med “udtømning af fossilt brændstof” og “miljøforringelse.”Flere forskere forfølger aktivt udnyttelse af ikke-spiselige olier til produktion af biodiesel over hele verden på grund af dets renere brændende natur . Kemisk betegnes biodiesel som mono-alkylestere af langkædede fedtsyrer afledt af vedvarende lipidkilder. De vigtigste fordele ved biodiesel er, at det undertrykker dannelsen af svovl -, CO -, HC-og PM-emissioner under forbrændingsprocessen på grund af lavt svovlindhold, lave aromater og tilstedeværelsen af iltholdige forbindelser. Derudover har biodiesel god tændingsevne i motoren på grund af dets relativt høje cetantal sammenlignet med konventionelt dieselbrændstof . Det konstateres, at de lavere koncentrationer af biodieselblandinger forbedrer den termiske effektivitet. Som de parametre, hvor motorerne kører, fungerer en blanding op til 20% biodiesel med diesel godt uden nogen ændring i motoren . De potentielle fordele ved at bruge LPG i dieselmotorer er både økonomiske og miljøvenlige . Med reduceret energiforbrug, den dobbelte brændstofmotor viser en betydelig reduktion i røgtæthed, , og forbedret bte . Indsugningsluftspjæld ved lave belastninger forbedrer bremsens termiske effektivitet, og HC-emissionen forringes med stigning i procentdel af LPG-substitution . I denne undersøgelse blev effekten af biodieselblandinger over en dieselmotors ydeevne og emissionskarakteristika i dobbeltbrændstoftilstand eksperimentelt undersøgt med variationen i LPG-strømningshastighed.
2. Forsøg
formålet med undersøgelsen er at etablere en kombination af biodieselblandinger med gasformigt brændstof i dobbeltbrændstoftilstand og at studere motorens ydeevne og emissionskarakteristika med LPG som gasformigt brændstof.
2.1. Eksperimentel opsætning
motoren anvendt i denne undersøgelse er en Kirolskar lavet enkeltcylindret, firetakts, vandkølet dieselmotor. Specifikationerne for motoren er angivet i tabel 1. To separate brændstoftanke er knyttet til opsætningen til opbevaring af diesel og blandinger af biodiesel. Motoren er koblet med et hydraulisk dynamometer til måling af driftsbelastningen. Motoren ændres til dobbelt brændstoftilstand ved at fastgøre en fordamper mellem LPG-tanken og LPG-passagen i indsugningsmanifolden. Motorens indløbsmanifold forlænges med 3 fod, og gasdysen bores ind i manifolden. Strømmen af LPG styres af en nåleventil. Gasens tryk ved indløb af fordamper måles ved hjælp af en trykmåler. AVL 444 gasanalysator er fastgjort til udstødningen for at måle emissionsparametrene. Måleområdet og nøjagtigheden af gasanalysatoren er angivet i tabel 2. Et vandkølesystem med lukket kredsløb under tryk bruges til at afkøle motoren. En digital type platform vejemaskine med en nøjagtighed på 1 mg bruges til at måle LPG strømningshastighed efter vægtforskelmetode med en usikkerhed på 1,2%. Layoutdiagrammet for den eksperimentelle opsætning er vist i Figur 1. I første omgang testes motoren ved hjælp af standard diesel ved alle belastninger for at bestemme motorens ydeevne og emissionskarakteristika. Den samme procedure gentages i dobbeltbrændstoftilstand med stigning i LPG-strømningshastighed for alle belastninger. Massefraktionen af LPG () beregnes ved
|
||||||||||||||||||||||||||
tabel 1
motorspecifikationer.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
tabel 2
måleområde og nøjagtighed for AVL 444 gasanalysator.
Figur 1
eksperimentel layout diagram.
2.2. Produktion af Karanja olie methylester
Karanja olie methylester (KOME) fremstilles i laboratoriet fra pæn Karanja (Pongamia pinnata) vegetabilsk olie. Den ekstraherede vegetabilske olie opnås fra en lokal oliefabrik. For pæn Karanjaolie er den frie fedtsyre (FFA) mere end 5%. Så FFA reduceres ved syrekatalyseret esterificering ved anvendelse af methanol i nærvær af svovlsyre () efterfulgt af transesterificering ved anvendelse af methanol i nærvær af kaliumhydroksid (KOH). Efter separation af glycerol vaskes esteren med vand for at fjerne uomsat methyl. Det opvarmes derefter for at fjerne vandsporene for at opnå den rene biodiesel. Karanja – oliemethylesteren kendt som biodiesel, således produceret ved denne proces er fuldstændig blandbar med diesel i enhver andel .
3. Resultater og diskussion
variationerne i ydeevne og emissionsparametre med LPG-strømningshastighed diskuteres i dette afsnit. Som tidligere undersøgelser viste, at blandinger af biodiesel op til 20% viser bedre ydeevne såvel som forbedrede emissionsegenskaber, mens reduktionen i brændværdi med højere blandinger hæmmer motorens ydeevne . Brændstofernes egenskaber er vist i tabel 3.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
tabel 3
Brændstofegenskaber.
3.1. Bremsespecifikt brændstofforbrug
Bremsespecifikt brændstofforbrug i dobbeltbrændstoftilstand registreres med diesel og blandinger af biodiesel. En sammenligning af BSFC ved 70% belastning for diesel og blandinger af KOME op til 20% blev præsenteret i figur 2. Det observeres, at ved at øge belastningen falder BSFC, som med stigning i belastningscylindertryk og temperaturstigninger, hvilket forbedrer forbrændingsprocessen, hvilket resulterer i fald i BSFC. BSFC stiger med stigende procentdel af LPG-substitution ved delbelastninger kan skyldes ufuldstændig forbrænding af det gasformige brændstof, mens BSFC ved højere belastninger forbedres med stigningen i LPG-substitution. På den anden side falder BSFC gradvist med stigningen i procentdel af blanding. Dette kan tilskrives tilstedeværelsen af yderligere molekylært ilt til stede i biodiesel, hvilket forbedrer forbrændingsprocessen. En sammenligning af BSFC med stigning i belastning sker ved 4 g/min strømningshastighed af LPG blev vist i figur 3. Det observeres, at BSFC falder med stigning i belastningen. 20% blanding af KOME (B-20) viser laveste BSFC efterfulgt af 10% blanding af KOME (B-10) og diesel over hele belastningsområdet. Da LPG-strømningshastigheden blev holdt konstant, viser B-10 og B-20 en mere forbedret BSFC end diesel.
figur 2
sammenligning af variation af BSFC med procentdel af substitution af LPG.
figur 3
sammenligning af BSFC med stigning i belastningsprocent.
3.2. Bremse termisk effektivitet
bremse termisk effektivitet (BTE) af alle pilotbrændstoffer observeres i dobbeltbrændstoftilstand. Sammenligningen af BTE for diesel B-10 og B-20 ved 70% belastning blev vist i figur 4. Det konstateres, at B-10 og B-20 giver bedre BTE ved alle belastninger sammenlignet med standard diesel. Dette kan tilskrives ekstra iltindhold i biodieselblandinger, hvilket forbedrer forbrændingsprocessen, der har tendens til at stige i motorens bte. Men med stigning i substitution af LPG falder BTE gradvist for alle pilotbrændstoffer ved delbelastningsforhold, fordi ved lave belastninger mindre pilotbrændstof rammes ind i cylinderen, og på grund af overskydende luft og lav cylindertemperatur slipper mager mængde brændstofblanding ud i udstødningen. For diesel øges bte ved højere belastning op til 35% af LPG-substitutionen. Ved højere belastning har stigningen i den gennemsnitlige gastemperatur den virkning at reducere brændstofantændelsesforsinkelsen, hvilket resulterer i en forbedret bte. En sammenligning af BTE med stigning i belastning for alt pilotbrændstof ved 4 g/min strømningshastighed af LPG blev vist i figur 5. Det bemærkes, at BTE stiger med stigning i belastning, mens blandinger af B-10 og B-20 giver bedre BTE ved alle belastninger sammenlignet med standard diesel. Dette kan tilskrives ekstra iltindhold i biodieselblandinger, hvilket forbedrer forbrændingsprocessen, der har tendens til at stige i motorens bte.
figur 4
sammenligning af variation BTE med procentdel af substitution af LPG.
figur 5
sammenligning af BTE med stigning i belastningsprocent.
3.3. HC-emissioner
HC-emissioner består af brændstof, der er helt uforbrændt eller delvist brændt. Typisk er HC-emissioner alvorlige problemer ved lette belastninger for dieselmotorer. Sammenligningen af HC-emissioner af alle pilotbrændstoffer i dobbeltbrændstoftilstand blev vist i figur 6. I dobbeltbrændstoftilstand med stigning i substitution af LPG øges HC-emissionen. Dette kan skyldes reduktion i frisk luft med stigning i LPG-strømningshastighed, hvilket resulterer i ufuldstændig forbrænding af den rigere blanding. HC-emissionsniveauet falder med stigningen i biodieselblandinger. Den nedsatte tendens i HC-emissioner sammenlignet med dieselbrændstof kan skyldes tilstedeværelsen af iltmolekyler i biodiesel, som hjalp med fuldstændig forbrænding. Ved 4 g/min strømningshastighed for LPG viste observationen, at HC-emissionen gradvist falder med stigning i belastning. Det kan skyldes den lave motortemperatur og den magre blanding, da delbelastninger påvirker forbrændingen af luftbrændstofblandingen, og få af den slipper ud i udstødningen. Mens der ved højere belastning med stigning i topcylindertemperaturen finder korrekt forbrænding sted, hvilket reducerer HC-emissionen. Resultatet blev illustreret i Figur 7. HC-emissionen var højest for diesel efterfulgt af B-10 og B-20.
figur 6
sammenligning af variation HC-emission med procentdel af LPG-substitution.
Figur 7
sammenligning af HC-emission med stigning i belastningsprocent.
3.4. Emissioner
er de mest skadelige gasformige emissioner fra motorer. formationshastigheden afhænger stærkt af gasens temperatur i cylinderen. Derfor påvirker brændstoffordelingen i cylinderen og dens forbrændingsproces dannelsen. Generelt danner ved høj temperatur brændt gas regioner. Sammenligningen af variationer i emission med LPG-substitution blev vist i figur 8. Emissionen falder med stigningen i LPG-strømningshastighed. Dette kan tilskrives reduktion i frisk luft og høj Selvantændelsestemperatur på LPG, hvilket øger tændingsforsinkelsen, hvilket resulterer i reduceret topcylindertemperatur. På den anden side stiger emissionen med stigning i blandingsprocenten biodiesel, fordi iltindholdet i biodiesel giver høj lokal temperatur, hvilket forbedrer forbrændingsprocessen. Variationen i emission med belastning ved 4 g / min af LPG strømningshastighed for diesel, B-10 og B-20, blev vist i figur 9. Det blev observeret, at B-20 viser den højeste emission efterfulgt af B-10 og standard diesel.
figur 8
sammenligning af variation i emission med procentdel af LPG-substitution.
figur 9
sammenligning af emission med stigning i belastningsprocent.
3.5. CO-emissioner
generelt forekommer CO-emission fra motoren på grund af delvis iltning af brændstofblandingen. Da det er velkendt, at co-dannelseshastigheden er en funktion af uforbrændt brændstof og blandingstemperatur under forbrænding, da begge faktorer styrer brændstofnedbrydning og iltning. Variationerne i CO-emission med LPG-substitution blev vist i Figur 10. Det bemærkes, at med stigning i substitution af LPG, falder CO-emissionen oprindeligt op til 25% af substitutionen for alle de tre pilotbrændstoffer. Men med yderligere stigning i LPG-strømningshastighed øges CO-emissionen; kan skyldes reduktion i frisk ilt fører til delvis iltning af brændstofblandingen. Med stigningen i blandingsandelen viser det sig, at CO-emissionen er faldende. Dette viser, at måske på grund af tilstedeværelsen af ekstra ilt i blandinger sammenlignet med pæn diesel korrekt iltning af blandingerne resulterer i lavere CO-emission. Ved 4 g/min strømningshastighed af LPG viser observationen, at CO-emissionen gradvist falder ved at øge belastningen. Det kan skyldes den lave motortemperatur og den magre blanding ved delbelastninger, hele luftbrændstofblandingen brænder ikke helt, og få af den slipper ud i udstødningen. CO-emissionen var højest for diesel efterfulgt af B-10 og B-20. Resultatet blev vist i Figur 11.
Figur 10
sammenligning af variation i CO-emission med procentdel af LPG-substitution.
Figur 11
sammenligning af CO-emission med stigning i belastningsprocent.
4. Konklusion
i det nuværende arbejde er der foretaget en eksperimentel undersøgelse for at undersøge virkningerne af induktion af LPG i motormanifolden (lige ved siden af indløbsventilen) med KOME som pilotbrændstof. Fra analysen af de eksperimentelle data observeres det, at BSFC og BTE forbedrede sig for CI-motoren med B-10 og B-20 sammenlignet med diesel. Under delbelastning øges BSFC såvel som bte falder med stigning i LPG-substitution, men der blev observeret en forbedring for begge parametre ved højere belastninger. HC-og CO-emissionerne blev øget i dobbeltbrændstoftilstand. Men blandinger af KOME har vist reducerede HC-og CO-emissioner i dobbeltbrændstoftilstand sammenlignet med diesel. Emissionen blev reduceret i dobbeltbrændstoftilstand for alle de tre pilotbrændstoffer, mens der med en stigning i blandingsprocenten af KOME blev observeret en stigning i emissionen. Højere blandinger af KOME har højere viskositet, hvilket påvirker forstøvningen af pilotbrændstoffet. Yderligere forbedring af ydeevne og emissionskarakteristika i dobbeltbrændstoftilstand med højere blandinger kan være mulig ved at øge injektionstrykket.
