سوخت و احتراق

سوخت و احتراق

مقایسه تجربی موتور اشتعال جرقه‌ای با سوخت‌های بنزین و گاز طبیعی

نویسندگان
رحیم ابراهیمی
شاهین بشارتی
دانشکده کشاورزی، گروه مکانیک ماشینهای کشاورزی،دانشگاه شهرکرد،شهرکرد،ایران
چکیده
در این پژوهش تغییرات نسبت هم‌ارزی به طور تجربی بر روی یک موتور اشتعال جرقه‌ای با سوخت‌های بنزین و گاز طبیعی که زمان جرقه در موقعیت بیشینه گشتاور ترمزی و دریچه گاز در حالت کاملا باز تنظیم شده مورد آزمایش قرار گرفت. در این مطالعه، از سوخت گاز طبیعی که ارزش گرمایی آن 13/6 درصد پایین‌تر از ارزش گرمایی بنزین است استفاده شد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که تغییرات بیشینه گشتاور ترمزی موتور بر حسب نسبت هم‌ارزی در وضعیت مصرف بنزین از وضعیت مصرف گاز طبیعی بالاتر است. اختلاف بازده گرمایی ترمزی موتور بین دو وضعیت مصرف گاز و بنزین، در مخلوط رقیق بیشتر از مخلوط غنی است.مصرف سوخت ویژه ترمزی بر خلاف بیشینه گشتاور ترمزی و بازده گرمایی ترمزی، وابستگی بیشتری به ارزش گرمایی سوخت‌های بنزین و گاز طبیعی دارد. اختلاف بین دمای آب خروجی و ورودی موتور، دمای گاز خروجی، دمای نشیمنگاه سوپاپ خروجی و دمای روغن روانکار با افزایش نسبت هم‌ارزی ابتدا افزایش و سپس کاهش را نشان می‌دهند.اگرچه دمای گازهای خروجی موتور در وضعیت مصرف بنزین بالاتر از وضعیت مصرف گاز طبیعی است، اما دمای نشیمنگاه سوپاپ خروجی در وضعیت مصرف بنزین پایین‌تر از وضعیت مصرف گاز طبیعی است.

تازه های تحقیق

تمام آزمایش­ها در حالت دریچه کاملا باز با زمان جرقه در موقعیت بیشینه گشتاور ترمزی برای موتور اشتعال جرقه‌ای با سوخت‌های گاز طبیعی و بنزین انجام گرفت. ارزش گرمایی گاز طبیعی مصرفی در این تحقیق از ارزش گرمایی بنزین مصرفی کمتر است. سرعت موتور در 3300 دور در دقیقه در کلیه آزمایش‌ها ثابت نگه داشته شده است. در جمع­بندی کلی از نتایج به دست آمده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

- نرخ افزایش بیشینه گشتاور ترمزی در مخلوط رقیق برای وضعیت مصرف بنزین بیشتر از وضعیت مصرف گاز طبیعی است. اما نرخ کاهش بیشینه گشتاور ترمزی در مخلوط غنی برای وضعیت مصرف گاز طبیعی بیشتر از وضعیت مصرف بنزین است.

- زمان جرقه بهینه، بازده گرمایی ترمزی، مصرف سوخت ویژه ترمزی، دمای نشیمنگاه سوپاپ خروجی و اختلاف بین دمای آب خروجی و ورودی موتور در سرتاسر محدوده‌ی نسبت هم‌ارزی برای وضعیت مصرف گاز طبیعی بالاتر از وضعیت مصرف بنزین است. اما بیشینه گشتاور ترمزی، دمای گاز خروجی و دمای روغن روانکار در وضعیت مصرف بنزین بالاتر از وضعیت مصرف گازطبیعی است.

 

کلیدواژه‌ها
عملکرد موتور
نسبت هم‌ارزی
دما
موتور بنزین‌سوز
موتور گاز طبیعی‌سوز

عنوان مقاله English

An Experimental Comparison of Spark Ignition Engine with Gasoline and Natural Gas Fuels

نویسندگان English

Rahim Ebrahimi
Shahin Besharati
Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Machinery Mechanics, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
چکیده English

In this study, a number of tests were conducted on gasoline and natural gas engines with the spark timing adjusted to the maximum brake torque timing in various equivalence ratios. We used natural gas with a heating value 13.6% lower than gasoline. Based on the experimental results, the variation of maximum brake torque versus equivalence ratio for gasoline operation was found to be higher than that of natural gas operation. The difference in brake thermal efficiency between the natural gas and the gasoline operation in low equivalence ratio was observed to be higher than that in the high equivalence ratio. Also it was realized that, unlike the maximum brake torque and the brake thermal efficiency, the brake specific fuel consumption is strongly dependent on the lower heating values of gasoline and natural gas fuels. With a rise in the equivalence ratio, the variations in the water outlet and inlet temperature, the exhaust gas temperature and the exhaust valve seat temperature initially increase and then decrease. Although the exhaust gas temperature of gasoline operation is higher than that of natural gas, the exhaust valve seat temperature is higher for natural gas operation than for gasoline operation.

کلیدواژه‌ها English

Engine performance
Equivalence ratio
Engine temperature
Natural gas engine
Gasoline engine
1.     Ebrahimi, R., Experimental Study on the Auto Ignition in HCCI Engine, Ph.D. Thesis, Universite de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, France, 2006.
2.     Mercier, M., Contribution to the Study of the Behavior of a Spark Ignition Engine Fueled With Groningen Natural Gas, Ph.D. Thesis, Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis (UVHC), 2006.
3.    وطنی، ع؛ حبیبی، م؛ امین ناجی، م؛ "بررسی مقایسه‌ای CNG با سایر سوخت­ها و آلایندگی خودروهای CNG‌ سوز،" مجموعه مقالات دومین کنفرانس CNG، تهران، مرداد 1388.
4.     Evans, R. L., and Blaszczyk, J. A., “Comparative Study of the Performance and Exhaust Emissions of a Spark Ignition Engine Fuelled by Natural Gas and Gasoline,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part D J Automob Eng., 211, pp. 39-47, 1997.
5.     Raine, R. R., and Jones, G. M., “Comparison of Temperatures Measured in Natural Gas and Gasoline Fuelled Engines,” SAE paper 901503, 1990.
6.     Gupta, M., Bell, S. R., and Tillman, S. T., “An Investigation of Lean Combustion in a Natural Gas-Fueled Spark Ignited Engine,” Journal of Energy Resource Technology, 118, pp. 145-165, 1996.
7.     Larsen, J. F., and Wallace J. S., “Comparison of Emissions and Efficiency of a Turbocharged Lean-Burn Natural Gas and Hythane-Fueled Engine,” Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 119, pp. 218-226, 1997.
8.     Aslam, M. U., Masjuki, H. H., Kalam, M. A., Abdesselam, H., Mahlia, T. M. I., and Amalina, M. A., “An Experimental Investigation of CNG as an Alternative Fuel for a Retrofitted Gasoline Vehicle,” Fuel, 85, pp. 717-724, 2006.
9.     Catania, A. E., D’Ambrosio, S., Mittica, A., and Spessa, E., “Experimental Investigation of Fuel Consumption and Exhaust Emissions of a 16V Pent-Roof Engine Fueled by Gasoline and CNG,” Society of Automotive Engineers, SAE paper 2001-01-1191, 2001.
10.  Cho, H. M., and He, B. Q., “Spark Ignition Natural Gas Engines-A Review,” Energy Conversion and Management, 48, pp. 608-618, 2007.
11.  Ma, F., Wang, Y., Liu, H., Li, Y., Wang, J., and Zhao, S., “Experimental Study on Thermal Efficiency and Emission Characteristics of a Lean Burn Hydrogen Enriched Natural Gas Engine,” International Journal of Hydrogen Energy, 32, pp. 5067-5075, 2007.
12.  Liu, B., Huang, Z., Zeng, K., Chen, H., Wang, X., Miao, H., and Jiang, D., “Experimental Study on Emissions of a Spark-Ignition Engine Fueled with Natural Gas-Hydrogen Blends,” Energy & Fuels, 22, pp. 273-277, 2008.
13.  Cho, H. M., and He, B. Q., “Combustion and Emission Characteristics of a Lean Burn Natural Gas Engine,” International Journal of Automotive Technology, 9, NO. 4, pp. 415-422, 2008.
14.  Hu, E., Huang, Z., Liu, B., Zheng, J., and Gu, X., “Experimental Study on Combustion Characteristics of a Spark-Ignition Engine Fueled with Natural Gas-Hydrogen Blends Combining with EGR,” International Journal of Hydrogen Energy, 34, pp. 1035-1044, 2009.
15.  Gimelli, A., Cascone, C., Pennacchia, O., Unich, A., and Capaldi, P., “Performance and Emissions of a Natural Gas Fueled Two-Stroke SI Engine,” SAE paper 2008-01-0318, 2008.
16.  Holman, J. P., “Experimental Techniques,” Tata McGraw Hill Publications, 2003.
17.  Stone, R., “Introduction to Internal Combustion Engines,” 3rd edition, MacMillian, London, 1999.
18.  Al-Baghdadi, M., “Effect of Compression Ratio, Equivalence Ratio and Engine Speed on the Performance and Emission Characteristics of a Spark Ignition Engine using Hydrogen as a Fuel,” Renewable Energy, 29, pp. 2245-2260, 2004.
19.  Al-Farayedhi, A. A., Al-Dawood, A. M., and Gandhidasan, P., “Experimental Investigation of SI Engine Performance using Oxygenated Fuel,” Journal Engineering Gas Turbines Power, 126, pp. 178–191, 2004.