مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

عملکرد موتور تک سیلندر اشتعال جرقه‌ای در حالت ترکیبی‌سوز (بنزین- گاز طبیعی) با سوخت غالب بنزین تحت شرایط استوکیومتری

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
چکیده
مزایا و معایب استفاده از بنزین و گاز طبیعی به‌صورت تک‌سوز، از چالش‌های محققان در توسعه موتورهای اشتعال جرقه‌ای است. استفاده از این سوخت‌ها به‌تنهایی مزایا و معایبی را از نظر اقتصادی، ترمودینامیکی، آلایندگی و توسعه‌ای دارند که ترجیح یکی بر دیگری را سخت می‌کند. با این نگاه که استفاده از ترکیب دو سوخت در موتور می‌تواند موجب بهبود در مزایا و کاهش در معایب شود. در کار حاضر ترکیب‌های مختلف ۱۰۰، ۹۰، ۷۵ و ۶۰% بنزین و مابقی گاز طبیعی، نامگذاری شده به‌صورت G۱۰۰، G۹۰، G۷۵ و G۶۰ در یک موتور تک- سیلندر پژوهشی SI در سرعت rpm۱۸۰۰، نسبت تراکم ۹ و نسبت هم‌ارزی استوکیومتری بررسی شد. پس از اخذ داده‌های تجربی درون سیکلی (P-θ) در ترکیب‌ها و آوانس‌های مختلف جرقه و پردازش آنها داده­‌های تجربی سیکل‌به‌سیکل پشت سر هم استخراج شد و به همراه داده‌های خروجی موتور مورد بررسی قرار گرفت. از بررسی اولیه آوانس بهینه هر ترکیب مشخص، و ترکیب‌ها در آوانس‌های مذکور مقایسه شدند. نتایج نشان دادند که با افزایش کسر جرمی گاز طبیعی در حالت ترکیبی‌سوز مقادیر انحراف‌معیار، σ، ضریب تغییرات، COV مربوط به imep کاهش قابل توجهی داشت؛ به‌طوری که کاهش σ و COV در G۶۰ نسبت به G۱۰۰ به ترتیب ۵۱/۶ و ۴۹/۲% بود. با کاهش حضور بنزین در ترکیب مقادیر آلاینده‌های CO۲، NOx و HC، به جز G۹۰ که در آن HC و NOx بیشترین بود، کاهش یافت و مقادیر CO در G۹۰ به کمترین مقدار تقلیل یافت. همچنین در شرایط پژوهش از ترکیب G۹۰ عملکرد رضایت­‌بخشی مشاهده نشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Single-Cylinder SI Engine Performance in Dual-Fuel (Gasoline-NG) Mode with Gasoline Dominant Fuel under Stoichiometric Conditions

نویسندگان English

M. Sarabi
E. Abdi Aghdam
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده English

The advantages and disadvantages of using gasoline and NG as single-fuel is a challenge for researchers in development of SI engines. Singular utilization of these fuels results in some advantages and disadvantages from economics, thermodynamics, pollution and development aspects and make it difficult to prefer one to the other. Assuming that using combination of the fuels can modify the output results, in the present research, different combinations of 100, 90, 75 and 60% gasoline and the rest of natural gas, designated as G100, G90, G75 and G60, were investigated in a SI single-cylinder engine at running at 1800rpm, 9 compression ratio and stoichiometric equivalence ratio. After collecting and processing in-cylinder experimental data in the combinations and different spark advances and their experimental data processing, consecutive cycle-to-cycle data were extracted and analyzed with engine output data. First, optimum spark advance of each combination was determined and then, the combinations were compared at their spark advances. The results revealed that increasing natural gas fraction in combination causes substantial reductions in standard deviation, σ, and coefficient of variation, COV of IMEP, so that σ and COV of G60 reduced by 51.6% and 49.2%, respectively, in comparison with G100. Reducing the gasoline presence in combination, the amount of CO2, NOx and HC reduced except G90 which have the higher HC and NOx, whereas, CO amount in G90 decreased to the lowest level. Also, no satisfactory performance was observed in the G90 combination.

کلیدواژه‌ها English

SI engine
Dual Fuel
Gasoline
Natural gas
Emissions
Cyclic Variation
bp.com [Internet]. Tehran: Statistical review of world energy [unknown Cited]. Available from: bp.com/statisticalreview. [Link]
Kakaee AH, Paykani A. Research and development of natural-gas fueled engines in Iran. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2013;26:805-821.‏ [Link] [DOI:10.1016/j.rser.2013.05.048]
Pikunas A, Pukalskas P, Grabys J. Influence of composition of gasoline-ethanol blends on parameters of internal combustion engines. Journal of KONES Internal Combustion Engines. 2003;10(3-4):205-211. [Link]
Martins AA, Rocha RAD, Sodré JR. Cold start and full cycle emissions from a flexible fuel vehicle operating with natural gas, ethanol, and gasoline. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2014;17:94-98. [Link] [DOI:10.1016/j.jngse.2014.01.004]
Pipitone E, Beccari S. Performances and emissions improvement of an S.I. engine fuelled by LPG/gasoline mixtures [Report]. SAE International. 2010 Jun. [Link] [DOI:10.4271/2010-01-0615]
Abdi Aghdam E, Farhang B, Sarabi M. Experimental study of a spark ignition single-cylinder research engine exhaust emissions in gasoline and natural gas fuel cases. The Journal of Engine Research. 2015;11(39):49-55. [Persian] [Link]
Zárante PHB, Sodré JR. Evaluating carbon emissions reduction by use of natural gas as engine fuel. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2009;1(6):216-220.‏ [Link] [DOI:10.1016/j.jngse.2009.11.002]
Khan MI, Yasmeen T, Shakoor A, Khan NB, Wakeel M, Chen B. Exploring the potential of compressed natural gas as a viable fuel option to sustainable transport: A bibliography (2001-2015). Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2016;31:351-381.‏ [Link] [DOI:10.1016/j.jngse.2016.03.025]
Chandra R, Vijay VK, Subbarao PMV, Kura TK. Performance evaluation of a constant speed IC engine on CNG, methane enriched biogas and biogas. Applied Energy. 2011;88(11):3969-3977.‏ [Link] [DOI:10.1016/j.apenergy.2011.04.032]
Gianluca DE. Prediction of the combustion process and emission formation of a bi-fuel S.I. engine. Energy Conversion and Management. 2008;49(11):3116-3128.‏ [Link] [DOI:10.1016/j.enconman.2008.06.012]
Zarifi F, Mahlia TMI, Motasemi F, Shekarchian M, Moghavvemi M. Current and future energy and exergy efficiencies in Iran's transportation sector. Energy Conversion and Management. 2013;74:24-34.‏ [Link] [DOI:10.1016/j.enconman.2013.04.041]
Obiols J, Spleri D, Dioc N, Mureau M. Potential of concomitant injection of CNG and gasoline on a 1.6L gasoline direct injection turbocharged engine. [Report]. SAE International. 2011 Jun. ‏ [Link] [DOI:10.4271/2011-01-1995]
Burger PRB, JGC Baêta, Valle RM. Performance study of a multifuel engine operating simultaneously with CNG and ethanol in various proportions. SAE International Powertrains, Fuels and Lubricants Meeting, 2008 unknown Month & Day, Warrendale: SAE International. 2011 Jun. ‏ [Link] [DOI:10.4271/2008-36-0284]
Ramasamy D, Goh CY, Kadirgama K, Benedict F, Noor MM, Najafi G, et al. Engine performance, exhaust emission and combustion analysis of a 4-stroke spark ignited engine using dual fuel injection. Fuel. 2017;207:719-728.‏ [Link] [DOI:10.1016/j.fuel.2017.06.065]
Momeni Movahed M, Basirat Tabrizi H, Mirsalim M. Experimental investigation of the concomitant injection of gasoline and CNG in a turbocharged spark ignition engine. Energy Conversion and Management. 2014;80:126-136.‏ [Link] [DOI:10.1016/j.enconman.2014.01.017]
Singh E, Morganti K, Dibble R. Dual-fuel operation of gasoline and natural gas in a turbocharged engine. Fuel. 2019;237:694-706.‏ [Link] [DOI:10.1016/j.fuel.2018.09.158]
Abdi Aghdam E, Bashi M. Effectiveness of performance characters of an SI engine by varying injection start positions of gasoline and natural gas fuels. Modares Mechanical Engineering. 2015;15(8):134-142. [Persian] [Link]
Ghorbanzadeh M. The effect of different fuels (gasoline & natural gas) on cyclic variations of a spark ignition engine running on lean mixture. Modares Mechanical Engineering. 2014;13(12):101-108. [Persian] [Link]
Abdi Aghdam E, Ataee Tarzanagh M. The effect of burned residual gases on optimum ignition timing using skip fire technique. The Journal of Engine Research. 2018;14(50):67-75. [Persian] [Link]
Heywood JB. Internal combustion engine fundamentals. New York: McGraw-Hill Education; 1988. [Link]
Abdi Aghdam E, Sarabi M, Khomeyrani MM. Experimental study of laminar burning velocity for dual fuel (Gasoline-NG)-Air mixture using pressure record in a spherical combustion bomb at higher primary pressure. Fuel and Combustion. 2018;11(1):121-134. [Persian] [Link]
Abbasi N, Shadrokh A, Vahidi Asl M. Statistics and Probability. Tehran: Payam Noor University Press; 2009. [Persian] [Link]
Ceviz MA, Sen AK, Kuleri AK, oner IV. Engine performance, exhaust emissions, and cyclic variations in a lean-burn SI engine fueled by gasoline-hydrogen blends. Applied Thermal Engineering. 2011;36:314-324.‏ [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2011.10.039]
Rassweiler G, Withrow L. Motion pictures of engine flames correlated with pressure cards. SAE Transactions. 1938;33:185-204.‏ [Link] [DOI:10.4271/380139]