Новости

Aug 20, 2023

Влияние работы двигателя в режиме воспламенения от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI) в дизельном двигателе, работающем на смеси биодизеля из отработанного кулинарного масла B20

Научные отчеты, том 13,

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4798 (2023) Цитировать эту статью

642 доступа

Подробности о метриках

Целью данного исследования является проведение экспериментальной оценки влияния RCCI (воспламенение от сжатия с регулируемой реактивностью) на производительность, выбросы и сгорание двигателя CRDI. Создается топливная смесь (20% биодизельного топлива, 80% дизельного топлива и катализатор NaOH). Произведенная комбинация оценивается по характеристикам с использованием стандартов, установленных Американским обществом испытаний и материалов (ASTM). Исследование двигателя включало три различных типа впрысков: 10% Pen RCCI, 20% Pen RCCI и 30% Pen RCCI. Увеличение давления впрыска увеличивает тепловой КПД тормоза, часто известный как BTE. Выбросы NOx увеличились вследствие более высокого давления впрыска и улучшения сгорания. Однако при увеличении скорости впрыска удельный расход топлива (SFC) падает. Выбросы CO2 и углеводородов, а также значения дымности дыма увеличивались по мере увеличения заряда. Полученная смесь может быть использована в двигателе внутреннего сгорания с предварительно смешанным зажиганием для улучшения общих характеристик двигателя, а также характеристик сгорания.

На транспортную отрасль приходится значительная часть мирового потребления энергии и выбросов парниковых газов1. Как следствие, достижение высокой энергоэффективности за счет строгого соблюдения требований по выбросам должно быть в центре любого плана по обеспечению устойчивого, экологически ответственного и социально справедливого экономического роста2. Спрос на сырую нефть растет быстрыми темпами в результате мирового экономического роста. Бессистемное использование различных источников топлива привело к увеличению числа людей, страдающих респираторными заболеваниями, а также к увеличению истощения запасов ископаемого топлива и так далее. Эти факторы проложили путь к использованию альтернативных источников энергии. Дизельные двигатели привлекают исследователей из-за их высокого коэффициента теплоотдачи и превосходной топливной эффективности7,8. Несмотря на это, было показано, что дизельные двигатели производят больше твердых частиц и оксидов азота9. Из-за снижения выбросов и повышения эффективности воспламенение от сжатия предварительно смешанного заряда, или PCCI, в последние годы вызвало обеспокоенность. Используя более тщательное смешивание топлива и воздуха перед воспламенением, можно уменьшить количество твердых частиц при использовании режима сгорания PCCI10. Выбросы NOx были снижены за счет использования более бедной топливно-воздушной смеси в сочетании с улучшенной скоростью рециркуляции выхлопных газов (EGR). В результате температура горения снизилась. Поскольку дизельное топливо более огнеопасно, но менее летучо, чем бензин, при использовании режима сгорания PCCI необходимо преодолеть несколько препятствий. Эти проблемы включают в себя получение однородной смеси, управление зажиганием, ограниченную функциональность, сильное воздействие на стенки камеры сгорания11. Установлено, что увеличение объемной доли частиц улучшает теплоемкость и вязкость жидкости, однако тенденция колебаний теплоемкости зависит от традиционных жидкостей12.

Недавно был изобретен режим горения RCCI — жизнеспособный и экологически чистый метод горения. Для решения проблем, связанных с режимом сгорания PCCI, эта система использует два уникальных вида топлива с разными физическими свойствами, а также раздельный впрыск. Фраза «градиент реактивности» относится к другому виду реактивности, который может быть глобальным или локальным13. Как различные виды топлива, так и количество топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, используются для управления глобальной реактивностью. Градиент реактивности отличается от метода впрыска топлива, который включает ранний и поздний впрыск высокооктанового и низкооктанового топлива соответственно. В результате режим сгорания RCCI может варьироваться в зависимости от метода впрыска топлива и скорости впрыска14,15. Во впускном коллекторе использовался бензин с более высоким октановым числом, а в камере сгорания — топливо с более высоким цетановым числом. Это было сделано для того, чтобы вынести реакционную способность топлива в отдельную структуру, что привело к послойному горению16. Используя полиоксиметилендиметиловые эфиры (PODE) в качестве топлива с высокой реакционной способностью (HRF) в сочетании с метанолом в качестве топлива с низкой реакционной способностью (LRF) для сжигания RCCI, Duraisamy et al.17 значительно сократили продолжительность процесса сгорания и количество времени задержки. . Пан и др.18 обнаружили, что по мере увеличения доли предварительно смешанного сгорания, IMEP для сгорания изобутанол-дизель, бензин-дизель RCCI значительно увеличился. Изобутаноловые и дизельные двигатели RCCI показали больший IMEP, когда оба топлива были предварительно смешаны в равной степени, чем бензино-дизельный двигатель RCCI. Ян и др.19 в своем исследовании двигателя RCCI отметили, что время впрыска бензина и метанола влияет на процесс сгорания. Было возможно улучшить производительность, отрегулировав время предыдущего впрыска дизельного топлива и последующее время впрыска метана. Ван и др.20 сообщили, что увеличение воздухозаборника и уменьшение EGR улучшили термический КПД бензинового двигателя PODE RCCI. Разбавление воздуха для поддержания постоянного давления на впуске повышает термический КПД. Чжэн и др.21 продемонстрировали, что низкие и средние нагрузки снижают тепловую мощность RCCI (HRR). Увеличение содержания н-бутанола в двигателе снизило его тепловой КПД. Чарита и др.22 обнаружили, что добавление метилового эфира хлопкового масла снижает выбросы NOx. Выбросы УВ увеличивались, когда количество метилового эфира хлопкового масла было низким, но уменьшались, когда оно было выше. Исик и др.23 обнаружили, что двигатель RCCI, работающий на этаноле, с B50 HRF, производит более высокое пиковое давление, чем контрольный двигатель. Кривые HRR двигателя RCCI, питаемого этанолом, росли во всех направлениях. Тиягараджан и др.24 показали, что н-пентанол увеличивает заушность по сравнению с метанолом. Двухтопливный режим потребляет меньше, чем биодизель, но больше, чем дизельное топливо, с точки зрения удельной энергии торможения (BSEC). По данным Radheshyam et al.25, время задержки увеличивается с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов и содержания пентанола. При низких нагрузках 1-пентанол снижал давление в цилиндре и увеличивал его при высоких нагрузках.