Nanoparticle number from biodiesel blends combustion in a common rail fuel injection system diesel engine equipped with exhaust gas recirculation

• Autorzy: Harland J.

Warianty tytułu

PL

Liczba nanocząstek ze spalania mieszanek z biodieslem w silniku ZS z układem wtryskowym z ciśnieniowym kolektorem paliwa common rail wyposażonym w układ recyrkulacji spalin

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents characterisations of nanoparticle number in exhaust gases from biodiesel blends (B30, 30% of RME by volume with ultra low sulphur diesel fuel, ULSD) combustion in a V6 diesel engine equipped with a common rail fuel injection system. The engine was operated on three steady-state test points extracted from the New European Driving Cycle without engine hardware or the engine management system (EMS) modification. A fast differential mobility spectrometer was used to determine particle number size distribution based on electrical mobility equivalent diameter. The distribution was dependent on the engine operating condition and the rate of exhaust gas recirculation (EGR). The particle size in the nucleation mode from B30 combustion with and without EGR is smaller than that of ULSD while giving higher number concentration for all engine operating conditions tested. However, in the accumulation mode with and without EGR, the smaller sizes and the lower total numbers from B30 combustion were observed. For both fuels, EGR shows insignificant changes to the primary particle size but noticeable increase in particle size and number in the accumulation mode. In overall, compared to the ULSD case, the B30 combustion reduced particle size and lowered total particle number in exhaust gas emitted from the engine with EGR.

PL

W artykule przedstawiono charakterystykę ilościową nanocząstek w gazach spalinowych ze spalania mieszanek z biodieslem (B30, mieszanka 30% obj. estru metylowego oleju rzepakowego RME z ultraniskosiarkowym olejem napędowym ULSD) w silniku z zapłonem samoczynnym V6 wyposażonym w układ wtryskowy z ciśnieniowym kolektorem paliwa common rail. Badania przeprowadzono w trzech ustalonych stanach obciążenia, wyjętych z Nowego Cyklu Europejskiego, bez modyfikacji systemu silnika oraz układu sterowania silnikiem EMS. Szybki różnicowy spektrometr mobilności DMS zastosowano do określenia rozkładu ilościowego cząsteczek, opartego na równoważnej średnicy mobilności elektrycznej. Rozkład okazał się zależny od stanu operacyjnego silnika i stopnia recyrkulacji spalin EGR. Wymiary cząstek w zakresie nukleacyjnym przy spalaniu paliwa B30 z udziałem i bez udziału EGR są mniejsze niż przy spalaniu ULSD, natomiast ich koncentracja ilościowa jest większa we wszystkich badanych stanach operacyjnych silnika. Natomiast w zakresie akumulacyjnym zaobserwowano mniejsze wymiary i mniejszą całkowitą liczbe cząstek przy spalaniu B30, zarówno z udziałem, jak i bez udziału recyrkulacji spalin EGR. Dla obydwu paliw zastosowanie EGR powoduje nieznaczne zmiany w wymiarach cząstek pierwotnych, lecz znaczący wzrost wymiarów i liczby cząstek w zakresie akumulacyjnym. Ogólnie biorąc, w porównaniu ze spalaniem ULSD spalanie mieszanki B30 spowodowało zmniejszenie wymiarów cząstek i obniżenie całkowitej ich ilości w gazach spalinowych z silnika pracującego z udziałem recyrkulacji spalin EGR.

Słowa kluczowe

EN

nanoparticle; biodiesel; diesel; particulate matter; particle number; size distribution; common rail; exhaust gas recirculation (EGR); nucleation; accumulation

PL

biodiesel; nanocząstki; diesel; olej napędowy; cząstki stałe; liczba cząstek; rozkład wielkości; kolektor paliwa; recyrkulacja gazów spalinowych; nukleacja; akumulacja

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 48, nr 3
• Strony: 28--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Harland J.

• Faculty of Engineering, Kasetsart University, Thailand

Bibliografia

• [1] Graboski M.S., McCormick R.L.: Combustion of fat and vegetable oil derived fuels in diesel engines. Progress in Energy and Combustion Science vol. 24, pp. 125-164, 1998.
• [2] Directive 2003/30/EC: The promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport. Official Journal of the European Union L123, pp. 42-46, 2003.
• [3] Lapuerta M., Armas O., Rodíguez-Fernández J.: Effect of biodiesel fuels on diesel engine emissions. Progress in Energy and Combustion Science vol. 34, pp. 198-223, 2008.
• [4] Sharp C.A., Howell S.A., Jobe J.: The effect of biodiesel fuels on transient emissions from modern diesel engines, part II unregulated emissions and chemical characterization. SAE Transaction vol. 109, pp. 1784-1807, 2000.
• [5] Kittelson D.B.: Engines and nanoparticles: a review. Journal of Aerosol Science vol. 29, pp. 575-588, 1998.
• [6] Van Gulijk C., Marijnissen J.C.M., Mekkee M., Moulijn J.A., Schmidt-Ott A.: Measuring diesel soot with a scanning particulate sizer and an electrical low-pressure impactor: performance assessment with a model for fractallike agglomerates. Aerosol Science, vol. 35, pp. 633-655, 2004.
• [7] Tsolakis A., Hernandez J.J., Megaritis A., Crampton M.: Dual fuel diesel engine operation using H2. Effect on particulate emissions. Energy & Fuels vol. 19, pp. 418-425, 2005.
• [8] Tsolakis A.: Effects on particulate size distribution from the diesel engine operating in RME-biodiesel with EGR. Energy & Fuels vol. 20, pp. 1418-1424, 2006.
• [9] Chuepeng S., Theinnoi K., Tsolakis A., Xu H.M., Wyszynski M.L., Yor A.P.E., Hartland, J.C., Qiao J.: Investigation into particulate size distributions in the exhaust gas of diesel engines fuelled with biodiesel blends. Journal of KONES Powertrain and Transport vol. 15. ISSN 12341-4005, 2008.
• [10] European Commission: Biofuels in the European Union a vision for 2030 and beyond [online]. http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/biofuels_vision_2030_en.pdf, 2006.
• [11] Directive 1999/96/EC: The approximation of the laws of the Member States relating to measures to be taken against the emission of gaseous and particulate pollutants from compression ignition engines for use in vehicles, and the emission of gaseous pollutants from positive ignition engines fuelled with natural gas or liquefied petroleum gas for use in vehicles and amending Council Directive 88/77/ EEC. Official Journal of the European Union L44, pp. 1-155, 2000.
• [12] Szybist J.P., Boehman A.L.: Behavior of a diesel injection system with biodiesel fuel. SAE Paper No. 2003-01-1039, 2003.
• [13] Rakopoulos C.D., Hountalas D.T.: A simulation analysis of a DI diesel engine fuel injection system fitted with a constant pressure valve. Energy Conversion and Management vol. 37, No. 2, pp. 135-150, 1996.
• [14] Tat M.E., Van Gerpen J.H.: Physical properties and composition detection of biodiesel - diesel fuel blends. ASABE Paper No. 026084, 2002.
• [15] Desantes J.M., Bermúdez V., García J.M., Fuentes E.: Effects of current engine strategies on the exhaust aerosol particle size distribution from a heavy-duty diesel engine. Aerosol Science vol. 36, pp. 1251-1276, 2005.