مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه تجربی اثر افزودن بخار گازوئیل به هوای ورودی موتور بر آلاینده‌ها، مصرف سوخت و پارامترهای فشار درون سیلندر

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
محسن باشی
محسن قاضی‌خانی
گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، میدان آزادی، ۹۱۷۷۹۴۸۹۷۴، مشهد، ایران
چکیده
مطالعات متعددی برای استفاده از سوخت‌های سبک در موتورهای اشتعال تراکمی به جهت کاهش انتشار آلاینده‌ها و افزایش بازده انجام شده است؛ موتور‌های اشتعال تراکمی کنترل واکنشی از جمله این مطالعات هستند. اما استفاده از بخار سوخت‌های سنگین برای ایجاد احتراق شبه همگن مورد توجه نبوده است. استفاده از بخار گازوئیل نیاز به مخزن سوخت ثانویه در خودروها را بر طرف می‌کند، اما گازوئیل حاوی هیدروکربن‌های سنگین است و از واکنش‌پذیری بالایی برخوردار است. لذا در این مطالعه با تبخیر گازوئیل و تزریق آن به هوای ورودی به مطالعه یک احتراق شبه همگن با کمک بخار گازوئیل پرداخته شده است. آزمایشات در سرعت rpm ۲۰۰۰ (سرعت حداکثر گشتاور) انجام شده است. بر اساس نتایج حاصله افزودن بخار گازوئیل علی رغم حضور هیدروکربن‌های سنگین در آن و به عنوان یک سوخت با واکنش‌پذیری بالا، می‌تواند انتشار دوده و اکسیدهای نیتروژن را به ترتیب حداکثر ۲۰ درصد و ۵۰ درصد کاهش دهد. افزایش بار موتور اثر مثبت بخار گازوئیل در کاهش دوده و اکسیدهای نیتروژن را کاهش می‌دهد، اما این اثر مثبت تا ۸۰ درصد بار کامل ادامه دارد. افزودن بخار گازوئیل تاثیری بر کاهش و یا افزایش تغییرات سیکلی و شدت صدای موتور ندارد، اما انتشار منواکسیدکربن و هیدروکربن‌های نسوخته را افزایش می‌دهد. برای تبخیر گازوئیل به طور متوسط ۱۵ درصد توان ترمزی موتور مصرف می‌شود. با گرمایش گازوئیل تا دمای گازهای خروجی، می‌توان به طور متوسط ۵ درصد از توان لازم برای تبخیر گازوئیل را بازیابی کرد.
کلیدواژه‌ها
بخار گازوئیل
احتراق شبه همگن
موتور دیزل
آلاینده‌ها
مصرف سوخت ویژه
تحلیل فشار سیلندر

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Study of the Effects of Adding Diesel Fumigation to the Intake Air of an Engine on Emissions, Specific Fuel Consumption, and Cylinder Pressure Parameters

نویسندگان English

Mohsen Bashi
Mohsen Ghazikhani
Dept. of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Azadi Square, 9177948974, Mashhad, Iran
چکیده English

Numerous studies on using light fuels in compression ignition engines to reduce emission and increase efficiency have been done. The Reactivity Controlled Compression Ignition engines are one of these studies. Nevertheless, using heavy fuels vapor for achieving partially premixed combustion is not investigated. Using diesel fume (to upgrade conventional combustion to premixed combustion) resolves the need for a secondary fuel tank in a car. However, diesel fuel has heavy hydrocarbons and is a high reactivity fuel. So in this study, diesel has evaporated in a tank, and its vapor has injected into the intake air for studying a semi homogeneous combustion. The tests have performed at 2000 rpm (the speed of maximum torque). According to the achieved results, although diesel has heavy hydrocarbons and is a high reactivity fuel, adding diesel fumigation can reduce soot and NOx emissions up to 20% and 50%, respectively. Increasing load reduces the positive impact of adding diesel fumigation on soot and NOx emission reduction. However, the positive impact of adding diesel fumigation continues up to 80% of the full load. Adding diesel fumigation has no impact on cyclic variation and ringing intensity, but increases CO and HC emission. The evaporation of diesel averagely consumes 15% of brake power. Also on average, 5% of diesel evaporation energy can be supplied by recovering heat energy from the exhaust gas (warming up diesel from ambient temperature to the exhaust gas temperature).

کلیدواژه‌ها English

Partially Premixed Combustion
Diesel engine
Emissions
Specific Fuel Consumption
Cylinder Pressure Analysis
Diesel Fumigation
Diesel Vapor
[1] Pachiannan T, Zhong W, Rajkumar S, He Z, Leng X, Wang Q. A literature review of fuel effects on performance and emission characteristics of low-temperature combustion strategies. Appl Energy 2019;251:113380. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113380.
[2] Shim E, Park H, Bae C. Comparisons of advanced combustion technologies (HCCI, PCCI, and dual-fuel PCCI) on engine performance and emission characteristics in a heavy-duty diesel engine. Fuel 2020;262:116436. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116436.
[3] Singh AP, Kumar V, Agarwal AK. Evaluation of comparative engine combustion, performance and emission characteristics of low temperature combustion (PCCI and RCCI) modes. Appl Energy 2020;278:115644. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115644.
[4] Paykani A, Garcia A, Shahbakhti M, Rahnama P, Reitz RD. Reactivity controlled compression ignition engine: Pathways towards commercial viability. Appl Energy 2021;282:116174. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116174.
[5] Bharathiraja M, Venkatachalam R, Senthilmurugan V. Performance, emission, energy and exergy analyses of gasoline fumigated DI diesel engine. J Therm Anal Calorim 2019;136:281–93. https://doi.org/10.1007/s10973-018-7933-0.
[6] Rosa JS, Telli GD, Altafini CR, Wander PR, Oliveira Rocha LA. Dual fuel ethanol port injection in a compression ignition diesel engine: technical analysis, environmental behavior, and economic viability. J Clean Prod 2021:127396. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127396.
[7] Bayat Y, Ghazikhani M. Experimental investigation of compressed natural gas using in an indirect injection diesel engine at different conditions. J Clean Prod 2020;271:122450. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122450.
[8] Eng JA. Characterization of Pressure Waves in HCCI Combustion. SAE Tech Pap 2002. https://doi.org/10.4271/2002-01-2859.
[9] Stone R. Introduction to Internal Combustion Engines. 2nd ed. Palgrave, London; 1992. https://doi.org/10.1007/978-1-349-22147-9.
[10] Gatowski JA, Balles EN, Chun KM, Nelson FE, Ekchian JA, Heywood JB. Heat Release Analysis of Engine Pressure Data 1984. https://doi.org/10.4271/841359.
[11] Heywood JB. Inernal Combustion Engine Fundamentals. vol. 1. Singapore: McGraw-Hill; 1988.
[12] Christensen M, Johansson B, Hultqvist A. The effect of piston topland geometry on emissions of unburned hydrocarbons from a homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine. SAE Technical Paper; 2001.
[13] Aceves SM, Flowers DL, Espinosa-Loza F, Martinez-Frias J, Dibble RW, Christensen M, et al. Piston-liner crevice geometry effect on HCCI combustion by multi-zone analysis. SAE Trans 2002:2691–8.
[14] Zheng J, Miller DL, Cernansky NP, Liu D, Zhang M. The Effect of Active Species in Internal EGR on Preignition Reactivity and on Reducing UHC and CO Emissions in Homogeneous Charge Engines. SAE Trans 2003:1246–54.
[15] Erlandsson O, Johansson B, Silversand FA. Hydrocarbon (HC) Reduction of Exhaust Gases from a Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) Engine Using Different Catalytic Mesh-Coatings. SAE Technical Paper; 2000.
[16] Patel A, Kong S-C, Reitz RD. Development and Validation of a Reduced Reaction Mechanism for HCCI Engine Simulations 2004. https://doi.org/10.4271/2004-01-0558.
[17] Wang H, Ra Y, Jia M, Reitz RD. Development of a reduced n-dodecane-PAH mechanism and its application for n-dodecane soot predictions. Fuel 2014;136:25–36. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.07.028.
[18] McBride BJ, Zehe MJ, Gordon S. NASA Glenn coefficients for calculating thermodynamic properties of individual species. 2002.
[19] Yu W, Zhao F, Yang W. Qualitative analysis of particulate matter emission from diesel engine fueled with Jet A-1 under multivariate combustion boundaries by principal component analysis. Appl Energy 2020;269:115068. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115068.
[20] Volgin SN, Belov I V, Likhterova NM, Ukhanov DA. Feasibility Study for Using Jet Fuel in Diesel Engines. Chem Technol Fuels Oils 2019;55:243–58. https://doi.org/10.1007/s10553-019-01027-3.
[21] Holman J. P. Experimental Methods for Engineers. 8th ed. McGraw-Hill; 2011.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 22، شماره 2
بهمن 1400
صفحه 107-119