The effect of fuel oxygen content on ignition delay and combustion of a turbocharged CRDI diesel engine

• Autorzy: Labeckas G. , Slavinskas S. , Pauliukas A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ zawartości tlenu w paliwie na opóźnienie samozapłonu oraz spalanie w turbodoładowanym silniku wysokoprężnym typu CRDI

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the effects caused by the variation of fuel-oxygen mass content and widely differing chemical and physical properties of a fossil diesel (DF) and hydrotreated renewable diesel (HRD) fuel blends involving ethanol (E) or biodiesel (B) on ignition delay, combustion phenomenon, heat release characteristics, and maximum in-cylinder pressure of a turbocharged CRDI diesel engine. The diesel-HRD fuel blends (12 in total) involving anhydrous (200 proof) ethanol OE0-OE5 or rapeseed biodiesel OB0-OB5 in such proportions by mass to assure a wide range of the variation of fuel-bound oxygen mass fraction 0-4.52 wt% (CN = 55.5) were tested for relative air-fuel ratios, λ = 1.30, 1.25 and 1.20, at the respective speeds of 1500, 2000, and 2500 rpm. Analysis of changes in the ignition delay, combustion history, and the peak in-cylinder pressure produced by using purposely designed fuel blends was performed on comparative bases with the corresponding values measured with ‘base-line’ blends OE0 or OB0 to reveal the potential developing trends. It was found that the reasonably higher fuel oxygen content improved combustion, boosted heat release rates, and shortened burn angle MBF 90, when running mainly at the high engine speed of 2500 rpm. Experiments revealed that fuel-oxygen mass content should be neither too high nor too low, but just enough to assure complete combustion and a low coefficient of the cyclic variation (COV) of operational parameters.

PL

Artykuł przedstawia wpływ zmian proporcji masowych paliwo-tlen oraz znacznie różniących się właściwościami chemicznymi i fizycznymi oleju napędowego (DF) oraz hydrorafinowanych mieszanek oleju napędowego (HRD) oraz etanolu (E) i biodiesla (B), na opóźnienie samozapłonu, zjawisko spalania, charakterystykę oddawania ciepła oraz maksymalne ciśnienie w cylindrze turbodoładowanego silnika o ZS typu CRDI. Przebadano mieszanki paliwowe: olej napędowy - HRD (łącznie 12), w tym bezwodny etanol OE0-OE5 (próba 200) oraz biodiesel OB0-OB5 na bazie rzepaku w takich proporcjach masowych, aby zapewnić szeroki zakres zmian zawartości masowej tlenu związanego w paliwie w zakresie 0-4,52% (CN = 55,5), dla względnego współczynnika nadmiaru powietrza λ = 1,30, 1,25, 1,20 przy prędkościach obrotowych 1500, 2000 oraz 2500 obr./min. Przeprowadzono analizę porównawczą opóźnienia samozapłonu, sprawności spalania oraz szczytowego ciśnienia wytworzonego wewnątrz cylindra, przy zasilaniu celowo opracowanymi mieszankami paliwowymi, w odniesieniu do odpowiednich wartości zmierzonych dla mieszanek „bazowych” OE0 i OB0, aby wykryć potencjalny trend zmian. Stwierdzono, że odpowiednio wyższa zawartość tlenu w paliwie poprawiła spalanie, podniosła sprawność cieplną oraz zmniejszyła kąt spalania MBF 90, głównie przy pracy na wysokich obrotach 2500 obr/min. Eksperymenty pokazały, że proporcja masowa paliwo-tlen nie powinna być ani zbyt niska, ani zbyt wysoka, ale wystarczająca, by zapewnić całkowite spalanie oraz niski współczynnik zmian cyklicznych (COV) parametrów eksploatacyjnych.

Słowa kluczowe

EN

diesel engine; diesel-HRD fuel blends; ethanol; biodiesel; autoignition; combustion; heat release; in-cylinder pressure

PL

silnik wysokoprężny; mieszanka paliwowa; olej napędowy-HRD; etanol; biodiesel; samozapłon; spalanie; uwalnianie ciepła; ciśnienie w cylindrze

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2018
• Tom: no. 1
• Strony: 119--126
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Labeckas G.

• Akeksandras Stulginskis University, Lithuania

autor

Slavinskas S.

• Akeksandras Stulginskis University, Lithuania

autor

Pauliukas A.

• Akeksandras Stulginskis University, Lithuania

Bibliografia

• 1. Lapuerta M., Villajos M., Agudelo J.R., Boehman A.L. Key properties and blending strategies of hydrotreated vegetable oil as biofuel for diesel engines. Fuel Processing Technology, 2011, Vol. 92, Issue 12, p. 2406-2411.
• 2. Labeckas G., Slavinskas S., Mažeika M. The effect of ethanol-diesel-biodiesel blends on combustion, performance, and emissions of a direct injection diesel engine. Energy Conversion and Management, Vol. 79 (2014), Issue 3, p. 698-720.
• 3. Rakopoulos D.C., Rakopoulos C.D, Giakoumis E.G., Papagiannakis R.G, Kyritsis D.C. Influence of properties of various common bio-fuels on the combustion and emission characteristics of highspeed DI (direct injection) diesel engine: Vegetable oil, bio-diesel, ethanol, n-butanol, diethyl ether. Energy, Vol. 73 (2014), 14 August, p. 354-366.
• 4. Labeckas G., Slavinskas S., Kanapkienė I. The individual effects of cetane number, fueloxygen or fuel properties on the ignition delay, combustion characteristics, and cyclic variation of a turbocharged CRDI diesel engine - Part 1. Energy Conversion and Management, Vol. 148 (2017), Issue 9, p. 1003-1027.
• 5. Labeckas G., Slavinskas S., Kanapkienė I. The individual effects of cetane number, fuel-oxygen or fuel properties on performance efficiency, exhaust smoke and emissions of a turbocharged CRDI diesel engine - Part 2. Energy Conversion and Management, Vol. 149 (2017), Issue 10, p. 442-466.
• 6. Zannis T.C., Pariotis E.G., Hountalas D.T., Rakopoulos, D.C., Levendis, Y.A. Theoretical study of DI diesel engine performance and pollutant emissions using comparable air-side and fuelside oxygen addition. Energy Conversion and Management, Vol. 48 (2007), Issue 11, p. 2962-2970.
• 7. Engman A., Hartikka T., Honkanen M., Kiiski U., Kuronen, M., Mikkonen, S., et al. Hydrotreated vegetable oil (HVO) - premium renewable biofuel for diesel engines. Espoo: Neste Oil Proprietary Publication; 2014, 55 p.
• 8. Allocca L., Mancaruso E., Montanaro A., Sequino L., Vaglieco B.M. (Istituto Motori CNR Via G. Marconi 8 - 80125 Napoli - Italy). Spray properties of alternative fuels: a comparative analysis of mineral and 1st - 2nd generation biodiesel. DIPSI workshop 2010 on droplet impact phenomena and spray investigation. May 28, 2010, Bergamo, Italy, 8 p.
• 9. Labeckas G., Slavinskas S. Combustion phenomenon, performance, and emissions of a diesel engine with aviation turbine JP-8 fuel and rapeseed biodiesel blends. Energy Conversion and Management, Vol. 105 (2015), 15 November, pp. 216-229.
• 10. Heywood J.B. Internal combustion engine fundamentals. - Co - Singapore for manufacture and export (International edition); 1988, 930 p.
• 11. Yanowitz J., Ratcliff M.A., McCormick R.L., Taylor, J.D., Murphy, M.J. Compendium of experimental cetane numbers. Technical Report NREL/TP-5400-61693; 2014, 62 p.
• 12. Shatrow M.G., Khatchiyan A.S., Golubkov L.N., Dunin A.Y. Improvement of performance processes of automotive diesel engines operating on alternative fuels (monography). Moscow: MADI (Moscow Automobile and Highway Institute - State Technical University); 2012, 220 p. (in Russian).
• 13. Hoekman S.K., Robbins C. Review of the effects of biodiesel on NOx emissions. Fuel Processing Technology, Vol. 96 (2012), Issue 1, pp. 237-249.
• 14. Chong C.T., Hochgreb S. Spray flame structure of rapeseed biodiesel and jet-A1 fuel. Fuel, Vol. 115 (2014), Issue 1, pp. 551-558.
• 15. Lapuerta M., Hernandez J.J., Fernandez-Rodriguez D., Cova-Bonillo A. Autoignition of blends of n-butanol and ethanol with diesel or biodiesel fuels in constant-volume combustion chamber. Energy, Vol. 118 (2017), Issue 1, pp. 613-621.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).