بررسی پارامترهای احتراقی و آلودگی سوخت اتانول در یک موتور احتراق تراکمی دما پایین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا، شهرضا،

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرضا، ایران

3 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا، شهرضا

چکیده

موتورهای احتراق دماپایین ازجمله موتورهای اشتعال تراکمی مخلوط همگن، با سوخت اتانول، با تولید اکسید نیتروژن و ذرات معلق کمتر و دارای بازده بالاست. در این مقاله، یک موتور دیزل تک ­سیلندر، هواخنک، پاشش مستقیم، چهارزمانه یانمار به موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن با سوخت اتانول تبدیل شده است و با استفاده از 30 نقطه عملکردی در دور موتور 1350 دور بر دقیقه، در چهار سطح نسبت هم ­ارزی و دمای هوای ورودی مختلف، ارتباط تغییرات پارامترهای احتراقی، آلودگی و صدای احتراق یک موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن مطالعه شده است. نتایج نشان می­دهد که با توجه به پایین ­بودن دمای شعله آدیاباتیک، دمای اگزوز به­ ندرت از 260 درجه سانتی­گراد بالاتر می ­رود و در صورت استفاده از مبدل کاتالیکی در این موتورها دمای اگزوز از دمای فعال­ شدن مبدل کاتالیکی کمتر بوده و لذا، این مبدل­ها با بازده کمتری عملیات پالایش دود را انجام می­دهند. در هر چهار سطح نسبت هم­ ارزی، با افزایش دمای هوای ورودی سطح صدای احتراق افزایش می یابد و سطح صدا به محدوده احتراق صدادار dB90 نزدیک می ­شود و باعث تولید صدای احتراق بیشتر می­شود. در صورت به تاخیرافتادن احتراق، میزان دمای شعله آدیاباتیک کاهش می ­یابد و هرچه دمای شعله آدیاباتیک کمتر باشد هیدروکربن نسوخته ­ای بیشتری تولید می ­شود و موتور به­ سمت ناحیه احتراق ناقص و خاموش­ شدن می­رود.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating combustion and emissions parameters in an ethanol fuelled low temperature combustion engine

نویسندگان [English]

  • Mohsen Teimouri 1
  • Bahram Bahri 2
  • Farbod Jahandideh 3
1 Department of Mechanical Engineering, Shahreza Branch, Islamic Azad University, Shahreza, Iran.
2 Mechanical Engineering Department, Shahreza Branch, Islamic Azad University, Shahreza, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Shahreza Branch, Islamic Azad University, Shahreza, Iran
چکیده [English]

 
Low temperature combustion (LTC) engines such as homogeneous charge compression ignition engine (HCCI) have lower nitrogen oxide (NOx) and particle matter (PM) with higher efficiency. In this paper, one single cylinder, air cooled, direct injection Yanmar diesel engine is converted to HCCI engine fuelled with ethanol. Variation of combustion parameters, emissions and combustion noise level were studied by using 30 steady state HCCI operating points at 1350 RPM for four levels of equivalence ration at different intake air temperature (Tin). The results indicate that due to with lower amount of adiabatic flame temperature for HCCI engine, exhaust temperature (Texh) is lower than typical catalyst light-off temperatures (260°C) so, with using catalyst converter for this kind of engine the efficiency of catalyst converter may decrease. With increasing the Tin for all equivalence ratios the combustion noise level (CNL) increase and reach to the higher amounts near 90 dB (ringing region). With retarding the combustion timing, the adiabatic flame temperature decreases so higher amount of air pollution (unburned hydrocarbon (uHC)) is produced and engine operates near misfire region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • LTC
  • ethanol
  • combustion parameters
  • combustion noise levels

مراجع

1. J. Rezaei, M. Shahbakhti, B. Bahri and A. A. Aziz, “Performance Prediction Of HCCI Engines with Oxygenated Fuels using Artificial Neural Networks,” Applied Energy, 138, 2015, pp. 460-473.
2. M. Bidarvatan, V. Thakkar, M. Shahbakhti, B. Bahri and A. Abdul Aziz, “Grey-Box Modeling of HCCI Engines,” Applied  Thermal Engineering, 70, 2014, pp. 397-409.
3. B. Bahri, A. A. Aziz, M. Shahbakhti and M. F. Muhamad Said, “Ethanol Fuelled HCCI Engine: a Review,” International Journal of Mechanic, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 7, 2013, pp. 437-43.
4. B. Bahri, A. A. Aziz, M. Shahbakhti and M. F. Muhamad Said, “Misfire Detection Based on Statistical Analysis for an Ethanol Fuelled HCCI Engine,” International Review of Mechanical Engineering (IREME), 6, 2012, pp. 1276-1282.
5. B. Bahri, A. A. Aziz, M. Shahbakhti and M. F. Muhamad Said, “Understanding and Detecting Misfire in an HCCI Engine Fuelled with Ethanol,” Applied Energy, 2013,108, pp. 24-33.
6. B. Bahri, A. Aziz, M. Shahbakhti, M. Said, “Analysis and Modeling of Exhaust Gas Temperature in an Ethanol Fuelled HCCI Engine,” Journal of Mechanical Science and Technology, 27, 2013, pp. 3531-3539.
7. B. Bahri, M. Shahbakht, A. A. Aziz, “Real Time Modeling of Ringing in HCCI Engines Using Artificial Neural Network,” Energy, 125, 2017, pp. 509-518.
8. B. Bahri, M. Shahbakht, k. Kanna, A. A. Aziz, “Identification of Ringing Operation for Low Temperature Combustion Engines,” Applied Energy, 171, 2016, pp. 142-152.
9. A. Shahlari, E. Kurtz, C. H. Hocking, S. Antonov, “Correlation of Cylinder Pressure-Based Engine Noise Metrics to Measured Microphone Data,” International Journal of Engine Research,  1, 2014, pp. 1-22.
 10. R. H. Thring, “Homogeneous-Charge Compression-Ignition (HCCI) Engines,” SAE Paper No. 892068, 1989.
11. M. Christensen, B. Johansson, and P. Einewall, “Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) using Isooctane, Ethanol and Natural Gas - A Comparison with Spark Ignition Operation,” SAE Paper No. 972874, 1997.
12. M. Christensen, B. Johansson, “Homogeneous Charge Compression Ignition with Water Injection,” SAE Paper No. 1999-01-0182, 1999.
13. D. Yap, A. Megaritis, and M. L. Wyszynski, “An Investigation into Bioethanol Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) Engine Operation with Residual Gas Trapping,” Energy & Fuels, 18, 2004, pp. 1315-1323.
14. J. H. Mack, D. L. Flowers, B. A. Buchholz, R.W. Dibble, “Investigation of HCCI Combustion of Diethyl Ether and Ethanol Mixtures using Carbon 14 Tracing and Numerical Simulations,” Progress Combustion Institute, 30, 2005, pp.  2693-2700.
15. Y. Zhang, B. Q. He, H. Xie, and H.  Zhao, “The combustion and emission characteristics of ethanol on a port fuel injection HCCI engine,” SAE Paper No. 2006-01-0631, 2006.
16. G. Gnanam, A. Sobiesiak, G. Reader and C. Zhang,  “An HCCI Engine Fuelled with Iso-octane and Ethanol,” SAE Paper No. 2006-01-3246, 2006.
17. J. Martinez-Frias, SM. Aceves, & DL. Flowers, “Improving Ethanol Life Cycle Energy Efficiency by Direct Utilization of Wet Ethanol in HCCI Engines,” Journal of Energy Resources Technology, 129, 2007, pp. 332-337.
18. A. Vressner, R. Egnell, B. Johansson, “Combustion Chamber Geometry Effects on the Performance of an Ethanol Fueled HCCI Engine,” SAE Paper No. 2008-01-1656, 2008.
19. M. Sjoberg, J. E. Dec, “Ethanol Autoignition Characteristics and HCCI Performance for Wide Ranges of Engine Speed, Load and Boost,” Journal of Engine, 33, 2010, pp. 84-106.
20. S. Saxena, I. Dario Bedoya, N. Shah and A. Phadke, “Understanding Loss Mechanisms and Identifying Areas of Improvement for HCCI Engines using Detailed Exergy Analysis,” Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 135, 2013, pp. 505-515.
  
سوخت و احتراق
دوره 11، شماره 3
آذر 1397
صفحه 65-77

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 خرداد 1397
  • تاریخ بازنگری: 15 تیر 1397
  • تاریخ پذیرش: 25 تیر 1397

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار