prestanda och Emissionsanalys av en CI-motor i Dual Mode med LPG och Karanja Oljemetylester

Abstrakt

användningen av flytande petroleumgas (LPG) experimenteras med för att förbättra prestandan hos en dual fuel compression ignition (CI) – motor som körs på Karanja oil metylester (KOME) blandningar. Diesel används som referensbränsle för dubbelbränslemotorns resultat. Under experimentet mäts motorns prestanda i termer av bromsvärmeeffektivitet (BTE) och bromsspecifik bränsleförbrukning (BSFC), och avgasutsläpp mäts i termer av kolmonoxid (CO), kolväte (HC) och kväveoxider (). Dubbelbränslemotor med LPG visade en minskning av och rökutsläpp; det lider emellertid av höga HC-och CO-utsläpp, särskilt vid lägre belastningar på grund av dålig antändning. Jämförelse av prestanda och utsläpp görs för diesel och blandningar av KOME. Resultaten visade att användningen av KOME-blandningar (10% och 20%) har förbättrat CI-motorns prestanda med en minskning av HC-och CO-utsläpp.

1. Inledning

de utarmande reserverna av petroleum och oro över höga nivåer av föroreningar i fordonsavgaser har motiverat forskarna mot att söka efter alternativa energikällor med förnybar natur och mindre förorenande effekt . Användningen av alternativa gasformiga bränslen i CI-motorer i dual fuel-läge ökar på grund av deras rena förbränning jämfört med konventionella flytande bränslen samt deras relativt ökade tillgänglighet till attraktiva priser . För att ersätta petroleumbränslen som används i förbränningsmotorer, bränsle av bio-ursprung ger en genomförbar lösning på de dubbla kriser ”fossila bränslen utarmning” och ”miljöförstöring.”Flera forskare bedriver aktivt utnyttjande av oätliga oljor för produktion av biodiesel över hela världen på grund av dess renare brinnande natur . Kemiskt kallas biodiesel mono-alkylestrar av långkedjiga fettsyror härrörande från förnybara lipidkällor. De främsta fördelarna med biodiesel är att den undertrycker bildandet av svaveldioxid, CO, HC och PM-utsläpp under förbränningsprocessen på grund av lågt svavel, låga aromater och närvaron av syreinnehållande föreningar. Dessutom har biodiesel god antändningsförmåga i motorn på grund av dess relativt höga cetantal jämfört med konventionellt dieselbränsle . Det har visat sig att de lägre koncentrationerna av biodieselblandningar förbättrar termisk effektivitet. Som de parametrar där motorerna är i drift, en blandning upp till 20% av biodiesel med diesel fungerar bra utan någon ändring i motorn . De potentiella fördelarna med att använda gasol i dieselmotorer är både ekonomiska och miljövänliga . Med minskad energiförbrukning visar dubbelbränslemotorn en signifikant minskning av rökdensiteten, och förbättrad BTE . Inloppsluftsgasning vid låga belastningar förbättrar bromsens termiska effektivitet och HC-utsläpp försämras med ökad procentandel av LPG-substitution . I den aktuella studien undersöktes effekten av biodieselblandningar över prestanda och utsläppsegenskaper hos en dieselmotor i dubbelbränsleläge experimentellt med variationen i LPG-flödeshastighet.

2. Experiment

syftet med studien är att etablera en kombination av biodieselblandningar med gasformigt bränsle i dubbelbränsleläge och att studera motorns prestanda och utsläppsegenskaper med LPG som gasformigt bränsle.

2.1. Experimentell inställning

motorn som används i denna studie är en Kirolskar Tillverkad encylindrig, fyrtakts, Vattenkyld dieselmotor. Motorns SPECIFIKATIONER anges i Tabell 1. Två separata bränsletankar är anslutna till installationen för att lagra diesel och blandningar av biodiesel. Motorn är kopplad till en hydraulisk dynamometer för att mäta driftsbelastningen. Motorn modifieras till dual fuel-läge genom att fästa en förångare mellan LPG-tanken och LPG-passagen i insugningsgrenröret. Motorns inloppsrör är långsträckt med 3 fot, och gasmunstycket borras in i grenröret. Flödet av LPG styrs av en nålventil. Gasens tryck vid förångarens inlopp mäts med en tryckmätare. Avl 444 gasanalysator är ansluten till avgaserna för att mäta utsläppsparametrarna. Mätområdet och noggrannheten för gasanalysatorn anges i Tabell 2. Ett trycksatt vattenkylningssystem med sluten krets används för att kyla motorn. En digital plattformsvågmaskin med en noggrannhet på 1 mg används för att mäta LPG-flödeshastighet med viktdifferensmetod med en osäkerhet på 1,2%. Layoutdiagrammet för den experimentella inställningen visas i Figur 1. Initialt testas motorn med standarddiesel vid alla belastningar för att bestämma motorns prestanda och utsläppsegenskaper. Samma procedur upprepas i dubbelbränsleläge med ökning av LPG-flödeshastigheten för alla belastningar. Massfraktionen av LPG () beräknas med

Figur 1

experimentellt layoutdiagram.

2.2. Produktion av Karanja olja metylester

Karanja olja metylester (KOME) framställs i laboratoriet från snyggt Karanja (Pongamia pinnata) vegetabilisk olja. Den extraherade vegetabiliska oljan erhålls från en lokal oljekvarn. För snygg Karanjaolja är den fria fettsyran (FFA) mer än 5%. Så ffa reduceras genom syrakatalyserad förestring med användning av metanol i närvaro av svavelsyra () följt av transesterifiering med användning av metanol i närvaro av kaliumhydroxid (KOH). Efter separation av glycerol tvättas estern med vatten för att avlägsna oreagerad metoxid. Det upphettas sedan för att avlägsna vattenspåren för att erhålla den rena biodieseln. Karanja olje metylester känd som biodiesel, således, produceras genom denna process är helt blandbar med diesel i någon proportion .

3. Resultat och diskussion

variationerna av prestanda och emissionsparametrar med LPG-flöde diskuteras i detta avsnitt. Som tidigare undersökningar visade att blandningar av biodiesel upp till 20% visar bättre prestanda samt förbättrade utsläppsegenskaper, medan med högre blandningar minskar värmevärdet motorns prestanda. Bränsleernas egenskaper visas i tabell 3.

3.1. Bromsspecifik bränsleförbrukning

bromsspecifik bränsleförbrukning för dual fuel-läget registreras med diesel och blandningar av biodiesel. En jämförelse av BSFC vid 70% belastning för diesel och blandningar av KOME upp till 20% presenterades i Figur 2. Det observeras att genom att öka belastningen bsfc minskar, som med ökning av lastcylindertrycket och temperaturen ökar, vilket förbättrar förbränningsprocessen vilket resulterar i minskning av BSFC. BSFC ökar med ökande andel LPG-substitution vid delbelastningar kan bero på ofullständig förbränning av gasformigt bränsle, medan vid högre belastningar förbättras BSFC med ökningen av LPG-substitution. Å andra sidan minskar BSFC gradvis med ökningen i procent av blandningen. Detta kan hänföras till närvaron av ytterligare molekylärt syre närvarande i biodiesel vilket förbättrar förbränningsprocessen. En jämförelse av BSFC med ökad belastning görs vid 4 g/min flödeshastighet för LPG visades i Figur 3. Det observeras att BSFC minskar med ökad belastning. 20% blandning av KOME (B-20) visar lägsta BSFC följt av 10% blandning av KOME (B-10) och diesel över hela lastområdet. Eftersom LPG-flödeshastigheten hölls konstant så visar B-10 och B-20 en mer förbättrad BSFC än diesel.

Figur 2

jämförelse av variation av BSFC med procentuell substitution av LPG.

Figur 3

jämförelse av BSFC med ökning i procent av belastningen.

3.2. Bromsvärmeeffektivitet

bromsvärmeeffektivitet (BTE) för alla pilotbränslen observeras i dubbelbränsleläge. Jämförelsen av BTE för diesel B-10 och B-20 vid 70% belastning visades i Figur 4. Det visar sig att B-10 och B-20 ger bättre BTE vid alla belastningar jämfört med standarddiesel. Detta kan hänföras till extra syreinnehåll i biodieselblandningar som förbättrar förbränningsprocessen som tenderar att öka motorns BTE. Men med ökad substitution av LPG faller BTE gradvis för alla pilotbränslen vid delbelastningsförhållanden, eftersom vid låga belastningar påverkas mindre pilotbränsle i cylindern, och på grund av överflödig luft och låg cylindertemperatur släpper mager mängd bränsleblandning in i avgaserna. För diesel ökar BTE vid högre belastning upp till 35% av LPG-substitutionen. Vid högre belastning har ökningen av den genomsnittliga gastemperaturen effekten att minska bränsletändningsfördröjningen vilket resulterar i en förbättrad BTE. En jämförelse av BTE med ökad belastning för allt pilotbränsle vid 4 g/min flödeshastighet för LPG visades i Figur 5. Det observeras att BTE ökar med ökad belastning, medan blandningar av B-10 och B-20 ger bättre BTE vid alla belastningar jämfört med standarddiesel. Detta kan hänföras till extra syreinnehåll i biodieselblandningar som förbättrar förbränningsprocessen som tenderar att öka motorns BTE.

Figur 4

jämförelse av variation BTE med procentuell substitution av LPG.

Figur 5

jämförelse av BTE med ökning i procent av belastningen.

3.3. HC-utsläpp

HC-utsläpp består av bränsle som är helt oförbränt eller delvis bränt. HC-utsläpp är vanligtvis allvarliga problem vid lätta belastningar för dieselmotorer. Jämförelsen av HC-utsläpp av alla pilotbränslen i dual fuel-läge visades i Figur 6. I dubbelbränsleläge med ökad substitution av LPG ökar HC-utsläppen. Detta kan bero på minskning av frisk luft med ökat LPG-flödeshastighet vilket resulterar i ofullständig förbränning av den rikare blandningen. HC-utsläppsnivån minskar med ökningen av biodieselblandningar. Den minskade trenden för HC-utsläpp jämfört med dieselbränsle kan bero på närvaron av syremolekyler i biodiesel som hjälpte till fullständig förbränning. Vid 4 g/min flödeshastighet för LPG visade observationen att HC-utsläpp gradvis minskar med ökad belastning. Det kan bero på den låga motortemperaturen och mager blandning som en del laster påverkar förbränningen av luftbränsleblandningen och få av det flyr in i avgaserna. Vid högre belastning med ökning av toppcylindertemperaturen sker korrekt förbränning vilket minskar HC-utsläppet. Resultatet illustrerades i Figur 7. HC-utsläppen var högst för diesel följt av B-10 och B-20.

Figur 6

jämförelse av variation HC-utsläpp med procent av LPG-substitution.

Figur 7

jämförelse av HC-utsläpp med ökning av belastningsprocent.

3.4. Utsläpp

är de mest skadliga gasformiga utsläppen från motorer. bildningshastigheten beror starkt på gastemperaturen i cylindern. Följaktligen påverkar bränslefördelningen i cylindern och dess förbränningsprocess bildningen. Generellt bildar vid hög temperatur brända gasregioner. Jämförelsen av variationer av utsläpp med LPG-substitution visades i Figur 8. Utsläppen minskar med ökningen av LPG-flödeshastigheten. Detta kan hänföras till minskning av frisk luft och hög Självantändningstemperatur för LPG, vilket ökar tändningsfördröjningen vilket resulterar i minskad toppcylindertemperatur. Å andra sidan ökar utsläppen med ökad blandningsprocent biodiesel eftersom syrehalten i biodiesel ger hög lokal temperatur vilket förbättrar förbränningsprocessen. Variationen av utsläpp med belastning vid 4 g/min LPG-flödeshastighet för diesel, B-10 och B-20, visades i Figur 9. Det observerades att B-20 visar det högsta utsläppet följt av B-10 och standarddiesel.

figur 8

jämförelse av variationer i utsläpp med procent av LPG-substitution.

Figur 9

jämförelse av utsläpp med ökning av belastningsprocent.

3.5. CO-utsläpp

generellt uppstår CO-utsläpp från motorn på grund av partiell oxidation av bränsleblandningen. Eftersom det är välkänt att hastigheten för CO-bildning är en funktion av oförbränt bränsle och blandningstemperatur under förbränning, eftersom båda faktorerna styr bränslenedbrytningen och oxidationen. Variationerna av CO-utsläpp med LPG-substitution visades i Figur 10. Det observeras att med ökad substitution av LPG minskar initialt CO-utsläppen upp till 25% av substitutionen för alla tre pilotbränslena. Men med ytterligare ökning av LPG-flödeshastigheten ökar Co-utsläppet; kan bero på minskning av färskt syre leder till partiell oxidation av bränsleblandningen. Med ökningen av andelen blandning visar sig CO-utsläpp minska. Detta visar att kanske på grund av närvaron av extra syre i blandningar jämfört med snygg diesel korrekt oxidation av blandningarna resulterar i lägre CO-utsläpp. Vid 4 g/min flödeshastighet för LPG visar observationen att CO-utsläpp gradvis minskar genom att öka belastningen. Det kan bero på den låga motortemperaturen och den magra blandningen vid delbelastningar, hela luftbränsleblandningen brinner inte helt och få av den släpper ut i avgaserna. CO-utsläppen var högst för diesel följt av B-10 och B-20. Resultatet visas i Figur 11.

Figur 10

jämförelse av variation av CO-utsläpp med procentandel av LPG-substitution.

Figur 11

jämförelse av CO-utsläpp med ökning av belastningsprocent.

4. Slutsats

i detta arbete har en experimentell undersökning genomförts för att undersöka effekterna av induktion av gasol i motorgrenröret (precis intill inloppsventilen) med KOME som pilotbränsle. Från analysen av experimentella data observeras att BSFC och BTE förbättrades för CI-motorn med B-10 och B-20 jämfört med diesel. Under delbelastningen ökar BSFC såväl som BTE minskar med ökning av LPG-substitution, men en förbättring observerades för båda parametrarna vid högre belastningar. HC-och CO-utsläppen ökade i dual fuel-läge. Men blandningar av KOME har visat minskade HC-och CO-utsläpp i dual fuel-läge jämfört med diesel. Utsläppen minskade i dual fuel-läge för alla de tre pilotbränslena, medan en ökning av utsläppen observerades med ökad blandningsprocent av KOME. Högre blandningar av KOME har högre viskositet, vilket påverkar atomiseringen av pilotbränslet. Ytterligare förbättringar av prestanda och utsläppsegenskaper i dual fuel-läge med högre blandningar kan vara möjliga genom att öka insprutningstrycket.