سوخت و احتراق

سوخت و احتراق

مطالعه­ تجربی زمان تاخیر اشتعال یک موتور دیزل با استفاده از مخلوط سوخت‌های بیودیزل و دیزل

نویسندگان
1 دانشکده کشاورزی، گروه مکانیک ماشین‏های کشاورزی،دانشگاه تربیت مدرس،تهران،ایران
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند تبریز،تبریز،ایران
چکیده
در تحقیق حاضر، استفاده از بیودیزل حاصل از روغن پسماند خوراکی در یک موتور دیزل CFR ستان­ سنج و نیز یک موتور دیزل لیستر 1/8M مطالعه شده و تاخیراشتعال مخلوط­ های مختلف سوخت دیزل شماره 2 معمولی و بیودیزل بر مبنای حجمی (B00, B10, B20, B30, B40, B50, B60, B70, B80, B90, B100) بررسی شده است. موتور دیزل تحت آزمایش با سرعت ثابت 730 دور در دقیقه ولی در بارهای مختلف 25، 50، 75 و 100 درصد بار کامل به کار گرفته شد. در ابتدا، عدد ستان مخلوط های مختلف سوخت دیزل و بیودیزل در موتور دیزل CFR ستان ­سنج بر مبنای استاندارد ASTM-D 613 تعیین شد. با استفاده از عدد ستان مخلوط­ های سوخت و رابطه­ بین عدد ستان و تاخیر اشتعال، تاخیر اشتعال مخلوط­ های سوخت دیزل و بیودیزل محاسبه شد. نتایج آزمایش­ های تجربی نشان داد که با افزایش درصد بیودیزل در سوخت مخلوط بیودیزل و دیزل، عدد ستان سوخت افزایش یافت و تاخیر اشتعال کاهش یافت. سپس مخلوط­ های سوخت دیزل و بیودیزل در موتور دیزل لیستر 1/8 M تحت آزمون­های کوتاه مدت و در چهار بار مختلف بر مبنای استاندارد 49-ECE R آزمایش شد. با استخراج منحنی­ های فشار- زاویه­ میل ­لنگ (P-θ) و مشتق اول و دوم فشار، تاخیر اشتعال مخلوط­ های سوخت دیزل و بیودیزل در چهار بار مختلف تعیین شد. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش درصد سوخت بیودیزل در مخلوط ­های سوخت دیزل و بیودیزل، تاخیر اشتعال کاهش می ­یابد. مقایسه­ نتایج دو روش تعیین مقادیر تاخیر اشتعال مخلوط ­های سوخت دیزل و بیودیزل بیانگر مطابقت آن‌هاست. روند کاهش دوره­ تاخیر اشتعال در گستره­ کامل بار موتور تحت آزمایش، با افزایش درصد بیودیزل در مخلوط سوخت‌های بیودیزل و دیزل یک مزیت مهم محسوب شده و موجب کاهش کوبش دیزل، کاهش آلاینده­های مهم به ویژه NOx، کاهش فرسایش قطعات موتور و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور خواهد شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

An Experimental Investigation of a Diesel Engine Ignition Delay using Biodiesel and Diesel Fuels

نویسندگان English

Mohammad Reza Saidi Neicharan 1
Barat Ghobadian 1
Teimur Tavakoli 1
Rahim Khoshbakhti Saray 2
1 Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Machinery Mechanics, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده English

In the present study, the use of biodiesel collected from waste vegetable oil in a CFR diesel and a direct injection M 8.1 diesel engine is studied. Experiments were carried out in wide ranges of engine load conditions to evaluate the engine ignition delay with waste vegetable oil and its blends on volume basis with ordinary No.2 diesel fuel. The engine under investigation operates at a fixed speed of 730 rpm, but at different loads, i.e. 25%, 50%, 75% and 100% of full loads. First, the cetane number for blended fuels was measured in a CFR diesel engine based on ASTM-D613 standard method, and ignition delay of blended fuels was calculated based on the cetane number using the relationship between the two. Experimental results revealed that by increasing the biodiesel percentage in the blend, the cetane number of the blended fuels increases, which then causes reduction of the ignition delay. Then, M 8.1 diesel engine was tested at 4 loads and constant engine speed conditions based on the ECE R-49 standard. Engine cylinder pressure data was measured, and the first and second derivatives of pressure curves were drawn to obtain the ignition delay on the basis of these curves. The results indicated that by increasing the biodiesel percentage, ignition delay of blended fuels decreases. Comparison of the results for both methods for ignition delay of the diesel engine confirmed that incresing biodiesel percentage in biodiesel/diesel blended fuels reduces the ignition delay. The decreasing trend of ignition delay for the complete range of engine load though increase in the biodiesel percentage in the fuel blend is an important advantage in diesel knock, NOx emission, engine parts wear reduction, and lengthening the effective life span of the engine..

کلیدواژه‌ها English

Biodiesel fuel
Diesel engine
Engine Ignition delay
      Peterson, C. L., Wagner, G. L., and Auld, D. L., “Performance Testing of Vegetable Oil Substitutes for Diesel Fuel,” Paper 81-3578, ASAE, St. Joseph, MI, 1981.
2.   Sapuan, S. M., Masjuki, H. H.,  and  Azlan, A., “The Use of Palm Oil as Diesel Fuel Substitute,” Proc. Inst. Mech. Engrs. Part A, Journal of  Power Energy, Paper Number 210, pp. 47–53, 1996.
3.   Dunn, P. D., and Perera, E., “The Effect of Viscosity and Other Properties of Vegetable Oil Fuels on Spray Characteristics,” Proceedings of the Second International Conference on Small Engines and their Fuels in Developing Countries, UK. 1987.
4.   Goettler, H. L., Ziejewski, M., and  Knudson, A. M., “Performance of a Diesel Engine Operating on Blends of Diesel Fuel and Crude Sunflower Oil at Normal and Elevated Fuel Temperatures,” Paper 852087, SAE, 1985.
5.   Borgelt, S. C., and Harris, P. D., “Endurance Tests Using Soybean Oil-Diesel Fuel Mixture to Fuel Small Pre-combustion Chamber Engines,” ASAE, St. Joseph, MI, 1982.
6.   Demirbas, A., “Progress and Recent Trentds in Biofuels,” Progress in Energy and Combustion Science, 33, pp. 1-18, 2006.
7.   Kadota, T., Hiroyasu, H., and Oya, H., “Spontaneous Ignition Delay of a Fuel Droplet in High Pressure High Temperature Gaseous Environments,” Bulletin of the JSME, 19, No.130, Paper 536, pp. 437-445, 1976.
8.   Monyem, A., and Van Gerpen, J. H., “The Effect of Biodiesel Oxidation on Engine Performance and Emission,” Biomass and Bioenergy, 20, pp. 317-325, 2001.
9.   Ghobadian, B., Rahimi, H., Nikbakht, A. M., Najafi, G., and Yusaf, T. F., “Diesel Engine Performance and Exhaust Emission Analysis Using Waste Cooking Biodiesel Fuel with an Artificial Neural Network,” Renewable Energy Journal, 34, pp. 976-982, 2009.
10. Dennis, N. A., Zoran, S. F., and Scott, B., “Predictive Ignition Delay Correlation Under Steady-State and Transient Operation of a Direct Ignition Diesel Engine,” ASME- ICE Fall Technical Conference, 1999.
11. Lyn W.T., G.E. “Calculations of the Effect of Rate of Heat Release on the Shape of Cylinder Pressure Diagram and Cycle Efficiency,” Proceeding of Mechanical Engineering, No. 1, 1960.
12. Callan, T. J., Ryan, T. W., “Engine and Constant Volume Bomb Studies of Diesel Ignition and Combustion,” SAE Paper 881626, 1988.
13. Henein, H. A., Jay, A. B. L., “Ignition Delay in Diesel Engines,” SAE Paper 670007, 1967.
14. Knothe, G., Bagby, O., and Ryan, W., “The Influence of Various Oxygenated Compounds on The Cetane Number of Fatty Acids and Esters,” Energy Conversion and Management, 42, No. 5, pp. 529-538, 2003.
15. Gahamaneni, L. N., Subramani, S., Santhanam, S., and Kuderu, R., “Combustion and Emission Characteristics of Diesel Engine Fuelled With Rice Bran Oil Methyl Ester And Its Diesel Blends,” Thermal Science, 12, No. 1, pp. 139-150, 2008.
16. Bibic, D., Filiporic, I., Heribernik, A., and Pikula, B., “Investigation into the Effect of Different Fuels on Ignition Delay of M-Type Diesel Combustion Process,” Thermal Science, 12, No. 1, pp. 103-114, 2008.
17. Hansen, U., Strenziok, R., and Schroder, T., “Use Of Biodiesel in an Off-Road Engine,” Bioresource Technology, 98, pp. 1167-1174, 1999.
18. Zhang, Y., “Combustion Analysis of Esters of Soybean Oil in a Diesel Engine,” ASE Paper 960765, 1996.
19- نجفی، ب. "تحلیل تجربی فرایند احتراق و نشر آلاینده­های موتور دوگانه سوز با استفاده از سوخت CNG و بیودیزل،" رساله دوره­ی دکترای مکانیک ماشین­های کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران، 1386.
20. Atmaca., M., “Use of Hazelnut Kernel oil Methyl Ester and Its Blends as Alternative Fuels in Diesel Engines,” Turkish J. Eng. Env. Sci. 32, pp. 133-141, 2008.
21. Stone, R., Introduction to Internal combustion Engines, MacMillan, London, 1999.
22. Heywood, J. B., Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, New York, 1988.
23. Knothe, G., Matheaus, C., and Ryan, W., “Cetane Numbers of Branched and Straight-Chain Fatty Esters Determined in an Ignition Quality Tester,” Fuel, 82, pp. 971-975, 2003.