nestekaasu – ja Karanjaöljymetyyliesterillä (

Abstrakti

nestekaasun käyttöä kokeillaan Karanjaöljyn metyyliesteriseoksilla (KOME) toimivan kaksipolttoaineisen puristussytytysmoottorin suorituskyvyn parantamiseksi. Dieseliä käytetään vertailupolttoaineena monipolttoainemoottorin tuloksissa. Kokeen aikana moottorin teho mitataan jarrujen lämpöhyötysuhteena (BTE) ja ominaispolttoaineenkulutuksena (bsfc), ja pakokaasupäästöt mitataan hiilimonoksidina (CO), hiilivetynä (HC) ja typen oksideina (). Nestekaasulla varustettu kaksipolttoainemoottori vähensi päästöjä ja savupäästöjä, mutta se kärsii etenkin pienemmillä kuormituksilla suurista HC-ja CO-päästöistä huonon syttymisen vuoksi. Suorituskyvyn ja päästöjen vertailu tehdään dieselille ja komen sekoituksille. Tulokset osoittivat, että kome-sekoitusten (10% ja 20%) käyttö on parantanut CI-moottorin suorituskykyä ja vähentänyt HC-ja CO-päästöjä.

1. Johdanto

öljyvarantojen hupeneminen ja huoli ajoneuvojen pakokaasujen suurista saastepitoisuuksista ovat motivoineet tutkijoita etsimään vaihtoehtoisia energialähteitä, joilla on uusiutuva luonne ja vähemmän saastuttava vaikutus . Vaihtoehtoisten kaasumaisten polttoaineiden käyttö PURISTUSSYTYTYSMOOTTOREISSA kaksipolttoainetilassa lisääntyy, koska ne palavat puhtaasti perinteisiin nestemäisiin polttoaineisiin verrattuna ja koska niiden saatavuus on suhteellisen lisääntynyt edulliseen hintaan . Polttomoottoreissa käytettävien öljypolttoaineiden korvaamiseksi bioperäinen polttoaine tarjoaa toteuttamiskelpoisen ratkaisun ”fossiilisten polttoaineiden ehtymiseen” ja ”ympäristön pilaantumiseen.”Useat tutkijat pyrkivät aktiivisesti hyödyntämään syömäkelvottomia öljyjä biodieselin tuotannossa maailmanlaajuisesti sen puhtaamman palavan luonteen vuoksi . Kemiallisesti biodieseliä kutsutaan uusiutuvista lipidilähteistä johdettujen pitkäketjuisten rasvahappojen monoalkyyliestereiksi. Biodieselin tärkeimmät edut ovat se, että se estää rikkidioksidi -, CO -, HC-ja hiukkaspäästöjen muodostumista polttoprosessin aikana vähärikkisten, vähän aromaattisten aineiden ja happea sisältävien yhdisteiden vuoksi. Lisäksi biodieselillä on hyvä sytytyskyky moottorissa, koska sen setaaniluku on suhteellisen suuri verrattuna tavanomaiseen dieselpolttoaineeseen . Biodieselsekoitusten pienempien pitoisuuksien on todettu parantavan lämpötehokkuutta. Moottoreiden toimintaparametreina voidaan todeta, että jopa 20 prosentin biodieselsekoitus dieselin kanssa toimii hyvin ilman moottorin muutoksia . Nestekaasun käytön mahdolliset edut dieselmoottoreissa ovat sekä taloudellisia että ympäristöystävällisiä . Pienemmällä energiankulutuksella monipolttoainemoottori osoittaa merkittävää savutiheyden vähenemistä, ja parantaa BTE: tä . Imuilman Kuristaminen pienillä kuormituksilla parantaa jarrujen lämpötehokkuutta, ja HC-päästöt heikkenevät, kun nestekaasun korvausprosentti kasvaa . Tässä tutkimuksessa biodieselsekoitusten vaikutusta kaksipolttoainetilassa olevan dieselmoottorin suorituskykyyn ja päästöominaisuuksiin tutkittiin kokeellisesti NESTEKAASUVIRRAN vaihtelun avulla.

2. Kokeet

tutkimuksen tavoitteena on määrittää biodieselsekoitus kaasumaisen polttoaineen kanssa kaksipolttoainetilassa ja tutkia moottorin suorituskykyä ja päästöominaisuuksia kaasumaisena polttoaineena käytettävällä nestekaasulla.

2.1. Kokeellinen asetelma

tässä tutkimuksessa käytetty moottori on kirolskarista valmistettu yksisylinterinen, nelitahtinen, vesijäähdytteinen Dieselmoottori. Moottorin eritelmät on esitetty taulukossa 1. Asennukseen on kiinnitetty kaksi erillistä polttoainesäiliötä dieselin ja biodieselsekoitusten varastoimiseksi. Moottoriin on kytketty hydraulinen dynamometri mittaamaan käyttökuormaa. Moottori muunnetaan kaksipolttoainetilaan kiinnittämällä höyrystin nestekaasusäiliön ja imusarjan nestekaasukäytävän väliin. Moottorin imusarja on pitkänomainen 3 jalkaa, ja kaasusuutin porataan imusarjaan. Nestekaasun virtausta ohjataan neulaventtiilillä. Kaasun paine höyrystimen syötössä mitataan painemittarilla. Pakokaasuun on kiinnitetty AVL 444 – kaasuanalysaattori mittaamaan päästöparametreja. Kaasuanalysaattorin mittausalue ja tarkkuus on esitetty taulukossa 2. Moottorin jäähdyttämiseen käytetään paineistettua suljetun piirin vesijäähdytysjärjestelmää. Nestekaasuvirtauksen mittaamiseen painoeromenetelmällä käytetään 1,2%: n epävarmuudella digitaalista alustapainokonetta, jonka tarkkuus on 1 mg. Kokeellisen asennuksen asettelukaavio on esitetty kuvassa 1. Aluksi moottori testataan standardidieselillä kaikilla kuormituksilla moottorin suorituskyvyn ja päästöominaisuuksien määrittämiseksi. Sama menettely toistetaan kaksipolttoainetilassa siten, että NESTEKAASUVIRTA kasvaa kaikkien kuormien osalta. Nestekaasun () massaosuus lasketaan

Kuva 1

kokeellinen asettelukaavio.

2.2. Karanjaöljyn Metyyliesterin

Karanjaöljyn metyyliesterin (KOME) valmistus valmistetaan laboratoriossa siististä Karanja-kasviöljystä (Pongamia pinnata). Uutettu kasviöljy saadaan paikalliselta öljytehtaalta. Siistissä Karanjaöljyssä vapaata rasvahappoa (FFA) on yli 5%. Näin ollen FFA pelkistetään happokatalysoidulla esteröinnillä metanolin avulla rikkihapon läsnä ollessa () ja sen jälkeen transesteröinnillä metanolin avulla kaliumhydroksidin (KOH) läsnä ollessa. Glyserolin erottamisen jälkeen esteri pestään vedellä reagoimattoman metoksidin poistamiseksi. Sen jälkeen sitä kuumennetaan vesijäämien poistamiseksi, jotta saadaan puhdasta biodieseliä. Karanjaöljyn metyyliesteri, joka tunnetaan biodieselinä, on siten tämän prosessin avulla täysin sekoittuva dieselin kanssa missä tahansa suhteessa .

3. Tulokset ja keskustelu

tässä jaksossa käsitellään suorituskyvyn ja PÄÄSTÖPARAMETRIEN vaihteluita NESTEKAASUVIRRAN osalta. Kuten aiemmat tutkimukset osoittivat, jopa 20 prosentin biodieselsekoitukset osoittavat parempaa suorituskykyä ja parempia päästöominaisuuksia, kun taas suuremmilla sekoituksilla lämpöarvon lasku haittaa moottorin suorituskykyä . Polttoaineiden ominaisuudet on esitetty taulukossa 3.

3.1. Kaksipolttoainetilan Ominaispolttoaineenkulutus jarrulla

ominaispolttoaineenkulutus kirjataan dieselillä ja biodieselsekoituksilla. Bsfc: n vertailu 70%: n kuormituksella dieselissä ja komen sekoitusten vertailu 20%: iin asti esitettiin kuvassa 2. On havaittu, että lisäämällä kuormitusta BSFC vähenee, kuten kuormitussylinterin paineen ja lämpötilan nousun myötä, mikä parantaa palamisprosessia, mikä johtaa bsfc: n vähenemiseen. Bsfc kasvaa, kun yhä suurempi osa nestekaasun korvaamisesta osakuormilla voi johtua kaasumaisen polttoaineen epätäydellisestä palamisesta, kun taas suuremmilla kuormituksilla bsfc paranee nestekaasun korvaamisen lisääntyessä. Toisaalta bsfc vähenee vähitellen sekoitusprosentin kasvaessa. Tämän voidaan katsoa johtuvan siitä, että biodieselissä on ylimääräistä molekulaarista happea, joka parantaa palamisprosessia. Bsfc: n ja kuormituksen lisääntymisen vertailu tehdään nestekaasun virtausnopeudella 4 g/min on esitetty kuvassa 3. On havaittu, että bsfc vähenee kuormituksen kasvaessa. 20% sekoitus komea (B-20) näyttää alhaisimman BSFC: n ja 10% sekoitus komea (B-10) ja dieseliä koko kuormitusalueella. Koska nestekaasun virtausnopeus pidettiin vakiona, niin B-10 ja B-20 osoittavat paremman bsfc: n kuin diesel.

kuva 2

Bsfc: n vaihtelun ja nestekaasun korvattavuuden prosenttiosuuden Vertailu.

kuva 3

Bsfc: n vertailu kuormituksen prosenttiosuuden kasvuun.

3.2. Jarrujen lämpöhyötysuhde

kaikkien pilottipolttoaineiden jarrujen lämpöhyötysuhde (BTE) havaitaan kaksipolttoainetilassa. BTE: n vertailu dieseleiden b-10 ja B-20 välillä 70 prosentin kuormituksella on esitetty kuvassa 4. On todettu, että B-10 ja B-20 antavat paremman BTE: n kaikilla kuormituksilla verrattuna tavalliseen dieseliin. Tämä voi johtua biodieselsekoitusten ylimääräisestä happipitoisuudesta, joka parantaa palamisprosessia, joka on omiaan lisäämään moottorin BTE: tä. Mutta kun nestekaasun korvaaminen lisääntyy, BTE laskee vähitellen kaikkien pilottipolttoaineiden osalta osakuorma-olosuhteissa, koska pienillä kuormituksilla vähemmän pilottipolttoainetta impingoidaan sylinteriin, ja ylimääräisen ilman ja alhaisen sylinterin lämpötilan vuoksi vähäinen määrä polttoaineseosta pakenee pakokaasuun. Dieselin kohdalla BTE kasvaa suuremmalla kuormituksella jopa 35 prosenttia nestekaasun korvaamisesta. Suuremmalla kuormituksella kaasun keskilämpötilan nousu vähentää polttoaineen syttymisviivettä, mikä johtaa parempaan BTE: hen. Kuvassa 5 on esitetty BTE: n vertaaminen kuormituksen kasvuun kaiken pilottipolttoaineen osalta, kun nestekaasun virtausnopeus on 4 g/min. On havaittu, että BTE kasvaa kuormituksen kasvaessa, kun taas b-10: n ja B-20: n sekoitukset antavat paremman BTE: n kaikilla kuormituksilla verrattuna tavalliseen dieseliin. Tämä voi johtua biodieselsekoitusten ylimääräisestä happipitoisuudesta, joka parantaa palamisprosessia, joka on omiaan lisäämään moottorin BTE: tä.

Kuva 4

BTE: n vaihtelun ja nestekaasun korvautumisprosentin Vertailu.

kuva 5

BTE: n vertailu kuormituksen prosenttiosuuden kasvuun.

3.3. HC-päästöt

HC-päästöt koostuvat kokonaan palamattomasta tai osittain palaneesta polttoaineesta. Tyypillisesti HC-päästöt ovat vakavia ongelmia dieselmoottoreiden kevyellä kuormituksella. Kaikkien pilottipolttoaineiden HC-päästöjen vertailu kaksipolttoainetilassa on esitetty kuvassa 6. Kaksipolttoainetilassa, jossa nestekaasun korvaaminen lisääntyy, HC-päästöt kasvavat. Tämä voi johtua raittiin ilman vähenemisestä NESTEKAASUVIRTAUKSEN kasvaessa, mikä johtaa rikkaamman seoksen epätäydelliseen palamiseen. HC-päästötaso laskee biodieselsekoitusten lisääntymisen myötä. HC-päästöjen väheneminen dieselpolttoaineeseen verrattuna saattaa johtua siitä, että biodieselissä on happimolekyylejä, jotka auttoivat täydellisessä palamisessa. Kun nestekaasun virtausnopeus on 4 g/min, havainto osoitti, että HC-päästöt vähenevät vähitellen kuormituksen kasvaessa. Se voi johtua alhaisesta moottorin lämpötilasta ja laihasta seoksesta, sillä Osakuormat vaikuttavat ilmapolttoaineseoksen palamiseen ja vain harvat siitä karkaa pakokaasuun. Suuremmalla kuormituksella sylinterin huippulämpötilan noustessa tapahtuu oikea palaminen, joka vähentää HC-päästöjä. Tulos havainnollistettiin Kuvassa 7. HC-päästöt olivat suurimmat dieselillä, jota seurasivat b-10 ja B-20.

kuva 6

HC-päästöjen vaihtelun vertaaminen nestekaasun substituutioprosenttiin.

Kuva 7

HC-päästöjen vertaaminen kuormituksen prosenttiosuuden kasvuun.

3.4. Päästöt

ovat haitallisimpia moottoreiden kaasupäästöjä. muodostumisnopeus riippuu voimakkaasti sylinterin kaasun lämpötilasta. Näin ollen polttoaineen jakautuminen sylinterin sisällä ja sen palamisprosessi vaikuttavat muodostumiseen. Yleensä muodostaa korkeassa lämpötilassa palanut kaasu alueilla. Päästöjen vaihtelujen vertailu nestekaasun korvaamiseen on esitetty kuvassa 8. Päästöt vähenevät NESTEKAASUVIRRAN kasvaessa. Tämän voidaan katsoa johtuvan raittiin ilman vähenemisestä ja nestekaasun korkeasta itsesyttymislämpötilasta, mikä lisää syttymisviivettä, mikä johtaa alhaisempaan sylinterin huippulämpötilaan. Toisaalta päästöt kasvavat biodieselin sekoitusprosentin kasvaessa, koska biodieselin happipitoisuus tarjoaa korkean paikallisen lämpötilan, mikä parantaa palamisprosessia. B-10-ja B-20-dieselpäästöjen vaihtelu kuormituksen ollessa 4 g/min NESTEKAASUVIRTA on esitetty kuvassa 9. Huomattiin, että B-20: n päästöt ovat suurimmat b-10: n ja tavallisen dieselin jälkeen.

Kuva 8

päästöjen vaihtelun vertaaminen nestekaasun korvaamisen prosenttiosuuteen.

Kuva 9

päästöjen Vertailu kuormituksen prosenttiosuuden kasvuun.

3.5. CO-päästöt

yleensä moottorin CO-päästöt johtuvat Polttoaineseoksen osittaisesta hapettumisesta. Kuten hyvin tiedetään, CO: n muodostumisnopeus on palamattoman polttoaineen ja seoksen lämpötilan funktio palamisen aikana, koska molemmat tekijät säätelevät polttoaineen hajoamista ja hapettumista. CO-päästöjen vaihtelut nestekaasun korvaamisella on esitetty kuvassa 10. On havaittu, että kun nestekaasun korvaaminen lisääntyy, CO-päästöt vähenevät aluksi jopa 25 prosenttia kaikkien kolmen pilottipolttoaineen korvaamisesta. Mutta kun nestekaasuvirtaus kasvaa edelleen, CO-päästöt kasvavat; voi johtua tuoreen hapen vähenemisestä, mikä johtaa Polttoaineseoksen osittaiseen hapettumiseen. Kun sekoituksen osuus kasvaa, CO-päästöjen havaitaan vähenevän. Tämä osoittaa, että ehkä koska seoksissa on ylimääräistä happea verrattuna siistiin dieseliin, sekoitusten asianmukainen hapettuminen johtaa pienempiin CO-päästöihin. Kun nestekaasun virtausnopeus on 4 g/min, havainto osoittaa, että CO-päästöt vähenevät vähitellen lisäämällä kuormitusta. Se voi johtua alhaisesta moottorin lämpötilasta ja vähärasvaisesta seoksesta osakuormilla, koko ilma-polttoaineseos ei pala kokonaan ja harvat siitä karkaa pakokaasuun. CO-päästöt olivat suurimmat dieselillä, jota seurasivat b-10 ja B-20. Tulos on esitetty kuvassa 11.

Kuva 10

CO-päästöjen vaihtelun ja nestekaasun korvaamisen prosenttiosuuden Vertailu.

Kuva 11

CO-päästöjen Vertailu kuormituksen prosenttiosuuden kasvuun.

4. Päätelmä

tässä työssä on tehty kokeellinen tutkimus, jossa on tutkittu nestekaasun induktion vaikutuksia moottoriputkistoon (aivan imuventtiilin vieressä) kome: n ollessa koepolttoaineena. Kokeellisen aineiston analyysin perusteella voidaan todeta, että BSFC ja BTE paranivat dieseliin verrattuna B-10: llä ja B-20: llä varustetussa PURISTUSSYTYTYSMOOTTORISSA. Osakuormalla bsfc kasvaa ja BTE laskee nestekaasun korvaamisen lisääntyessä, mutta molempien parametrien osalta havaittiin parannusta suuremmilla kuormituksilla. HC-ja CO-päästöjä lisättiin kaksipolttoainetilassa. Komen sekoitusten HC-ja CO-päästöt ovat kuitenkin pienentyneet kaksipolttoainetilassa dieseliin verrattuna. Kaikkien kolmen pilottipolttoaineen päästöt pienenivät kaksipolttoainetilassa, kun taas kome: n sekoitusprosentin kasvu lisäsi päästöjä. Kome: n suuremmilla sekoituksilla on suurempi viskositeetti, mikä vaikuttaa pilottipolttoaineen sumutukseen. Kaksipolttoainetilassa suorituskyvyn ja päästöominaisuuksien parantaminen suuremmilla sekoituksilla on mahdollista lisäämällä ruiskutuspainetta.