The study of simulated biogas on combustion and emission characteristics in compression ignition engines

• Autorzy: Tira H. S. , Gili S. S. , Theinnoi K. , Shenker J. , Lau C. S. , Tsolakis A. , Dearn K. , Turner D. , Wyszyński M. L.

Warianty tytułu

PL

Wpływ biogazu na charakterystyki spalania i emisji silnika o zapłonie samoczynnym

• Konferencja: VIII Międzynarodowa Konferencja Naukowa "Silniki Gazowe 2010" (20-23.06.2010; Częstochowa, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

New renewable fuels have been developed for diesel engines, contributing to the reduction of carbon emissions and to fuel security. However, the combustion characteristics of these fuels and emissions still remain unclear. A study to investigate diesel engine performance integrated with biogas and hydrogen has been carried out. Biogas is principally a mixture of methane (CHJ and carbon dioxide (CO J along with other trace gases. In this study the simulated gaseous biogas (60% CH4 and 40% CO2 vol.) and hydrogen (2% vol.) fuels were fed into the engine intake manifold and diesel fuel was injected into cylinder as a pilot ignition fuel. The effects of biogas and hydrogen showed reduced PM compared with diesel combustion. In addition, up to 39 and 33% reduction in total particulate mass and smoke, respectively, was seen. However, there was a slight increase in particle number when gaseous fuel addition was used, where the particulate size distributions have moved towards the nucleation region thus benefitting the after-treatment systems. Reduced thermal efficiency was observed for the gaseous fuel addition.

PL

Nowe odnawialne paliwa dla silników o zapłonie samoczynnym (ZS) przyczyniają się do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla oraz do poprawy bezpieczeństwa zaopatrzenia w paliwa. Jednakże charakterystyki spalania tych paliw oraz ich właściwości emisyjne nie są wciąż w pełni zbadane. W artykule przedstawiono wyniki badań osiągów silnika ZS zasilanego w układzie podwójnym: olejem napędowym oraz biogazem i wodorem. Biogaz jest mieszaniną głównie metanu (CHJ i dwutlenku węgla (COJ oraz śladowych ilości innych gazów. W przedstawionych badaniach stosowano symulowany (syntetyczny) biogaz, zawierający 60% CH4 i 40% CO2 Paliwa gazowe dostarczane były do kolektora dolotowego silnika, a paliwo ciekłe (olej napędowy) było wtryskiwane do cylindra jako dawka zapłonowa. Efektem zastosowania biogazu i wodoru było obniżenie emisji cząstek stałych w porównaniu ze spalaniem czystego oleju napędowego. Zaobserwowano obniżoną masową emisję cząstek stałych i zmniejszenie dymienia (odpowiednio o 39 i 33%). Przy użyciu paliwa gazowego zaobserwowano także nieznaczne zmiany liczby cząstek stałych, przy czym rozkład wymiarowy cząstek przesunął się w stronę obszaru nukleacyjnego, co jest korzystne z punktu widzenia sprawności układów oczyszczania spalin. Zastosowanie paliw gazowych spowodowało również zmniejszenie sprawności cieplnej silnika.

Słowa kluczowe

EN

biogas; hydrogen; combustion; emissions; thermal efficiency

PL

biogaz; wodór; spalanie; emisja; sprawność cieplna

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 49, nr 2
• Strony: 47--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Tira H. S.

autor

Gili S. S.

autor

Theinnoi K.

autor

Shenker J.

autor

Lau C. S.

autor

Tsolakis A.

autor

Dearn K.

autor

Turner D.

autor

Wyszyński M. L.

• Gadjah Mada University, Indonesia.

Bibliografia

• [1] Nwafor O.M.I., Rice G.: Combustion characteristics and performance of natural gas in high speed indirect injection diesel engine. Renewable Energy, 1994. 5(Part II).
• [2] Ganesan V.: Safety aspects for the use of hydrogen, in Summer school of hydrogen energy. 1984 I IT Madras.
• [3] Bedoya I.D., Arrieta A.A. Cadavid F.J.: Effects of mixing system and pilot fuel quality on diesel-biogas dual fuel engine performance. Bioresource Technology, 2009.100.
• [4] Jawurek H.H., Lane N.W., Rallis C.J.: Biogas/petrol dual fuelling of SI engine for rural third world use. Biomass, 1990. 13.
• [5] Porpatham E., Ramesh A., Nagalingam B.: Investigation on the effect of concentration of methane in biogas when used as a fuel for a spark ignition engine. Fuel, 2008. 87.
• [6] Malenshek M., Olsen D.B.: Methane number testing of alternative gaseous fuels. Fuel 2009. 88.
• [7] Bari S.: Effect of carbon dioxide on the performance of biogas/ diesel dual-fuel engine. In World Renewable Energy Congress, WREC, 1996.
• [8] Henham A., Makkar M.K.: Combustion of simulated biogas in a dual-fuel diesel engine. Energy Conversion Management, 1998.39(16-18).
• [9] Abu-Jrai A., Tsolakis A., Megaritis A.: The influence of H2 and CO on diesel engine combustion characteristics, exhaust gas emissions, and after treatment selective catalytic NOx reduction. International. Journal of Hydrogen Energy, 2007. 32(15).
• [10] Wyszynski ML., MegaritisA., Karlovsky J., Yap D., Peuche-ret S., Lehrle R.S., Xu H., Golunski S.: Facilitation of HCCI combustion of biogas at moderate compression Ratios by application of fuel reforming and inlet air heating. Journal of K.ONES Internal Combustion Engines. 2004. 11(3-4).
• [11] Karlovsky J., Wyszynski M.L.: Bio fuel for clean and efficient engines: enabling controlled autoignition (CAl) combustion technology by fuel reforming, in Carbon Trust Research, Development & Demonstration Projects, Final Report, CT 2002-6-191. 2004, The University of Birmingham: Birmingham, UK. P. 34.
• [12] Theinnoi K., Tsolakis A., Chuepeng S., York A.P.E., Cracknell R.F., Clark R.H.: Engine performance and emissions from the combustion of low-temperature Fischer-Tropsch synthetic diesel fuel and biodiesel rapeseed methyl ester blends. Int. Journal Vehicle Design, 2009. 50(Nos. 1/2/3/4).
• [13] Verhelst S., WallnerT.: Hydrogen-fuelled internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science, 2009. 35(6).
• [14] Mustafi N.N., Raine R.R.: A study of the emissions of a dual fuel engine operating with alternative gaseous fuels. SAE Technical Paper Series, 2008. SAE 2008-01-1394.
• [15] Theinnoi K., Rounce P., Tsolakis A., Wyszynski M.L., Xu H.M., York A.P.E.: Activity of prototype on exhaust emissions from biodiesel fuelled engines. SAE Technical Paper Series, 2008. SAE 2008-01-2514.
• [16] Sumlya S., Yokota H.: Diesel oxidation catalyst system for PM control. SAE Technical Paper Series, 2008. SAE 2008-28-0069.
• [17] Papagiannakis R.G., Hountalas D.T.: Combustion and exhaust emission characteristics of a dual fuel compression ignition engine operated with pilot diesel fuel and natural gas. Energy conversion and management, 2004. 45(18-19).
• [18] Sarvi A., FogelholmC.J., ZevenhovenR.: Emissions from large-scale medium-speed diesel engines: 1. Influence of engine operation mode and turbocharger. Fuel Processing Technology, 2008. 89(5).
• [19] Sarvi A., Fogelholm C.J., Zevenhoven R.: Emissions from large-scale medium-speed diesel engine: 2. Influence of fuel type and operating mode. Fuel Processing Technology, 2008, 89(5).