Performance of Internal Combustion Engine Fueled by Liquefied Petroleum Fuel with Water Addition

• Autorzy: Paczuski M. , Chłopek Z. , Marchwiany M. , Bukrejewski P. , Biedrzycki J. , Wójcik P.

Identyfikatory

DOI

doi.org/10.14669/AM.VOL73.ART6

Warianty tytułu

PL

Właściwości użytkowe silnika spalinowego zasilanego skroplonym paliwem ropopochodnym z dodatkiem wody

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

An attempt has been made to analyze water addition in various forms to the operating medium of an LPG fueled engine. The advantages of adding water to the operating medium of an engine has been described, both for spark and compression ignition engines powered with LPG fuel, including the impact on the operational parameters and pollutant emission. It is estimated that the addition of water to the operating medium has a beneficial effect on the thermal efficiency of circulation, at the same time contributing to the reduction of carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides emission. The methodology of empirical research on spark ignited engine fueled with LPG with water addition has been presented: testing was carried out under conditions simulating traction engine usage – under the NEDC approval drive test, consisting of an Urban Driving Cycle – UDC and an Extra Urban Driving Cycle – EUDC. The characteristics of the fuel used in the test has been described, including its composition and selected physical and chemical properties. The results of empirical research have been presented, i.e. the fuel consumption and pollutant emission. It was found that the addition of water has an effect on reducing the operational fuel consumption and emission of carbon monoxide, hydrocarbons, nitrogen oxides and carbon dioxide under engine operating conditions corresponding both to urban and extra-urban driving conditions.

PL

Przeanalizowano informacje literaturowe dotyczące dodatku wody w różnych postaciach do czynnika roboczego silnika zasilanego paliwem LPG. Opisano korzyści płynące z dodawania wody do silników o zapłonie zarówno iskrowym, jak i samoczynnym, zasilanych paliwem LPG, w tym wpływ na parametry operacyjne silnika oraz na emisję zanieczyszczeń. Ocenia się, że dodatek wody do czynnika roboczego ma korzystny wpływ na sprawność cieplną obiegu, przyczynia się również do zmniejszenia emisji tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu. Przedstawiono metodykę badań empirycznych silnika o zapłonie iskrowym zasilanego paliwem LPG z dodatkiem wody: badania przeprowadzono w warunkach symulujących trakcyjne użytkowanie silnika – w homologacyjnym teście jezdnym – NEDC, składającym się z testu jazdy miejskiej – UDC i pozamiejskiej – EUDC. Przedstawiono charakterystykę paliwa stosowanego w badaniach: jego skład i wybrane właściwości fizyko-chemiczne. Przedstawiono wyniki badań empirycznych: zużycia paliwa i emisji zanieczyszczeń. Stwierdzono, że dodatek wody ma wpływ na zmniejszenie eksploatacyjnego zużycia paliwa oraz emisji drogowej tlenku węgla, węglowodorów, tlenków azotu i dwutlenku węgla w warunkach pracy silnika odpowiadających jeździe zarówno miejskiej, jak i pozamiejskiej.

Słowa kluczowe

EN

internal combustion engines; liquefied petroleum gas; LPG; water addition

PL

silniki spalinowe; skroplony gaz ropopochodny; LPG; dodatek wody

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Przemysłowego Instytutu Motoryzacji
• Czasopismo: Archiwum Motoryzacji
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 73, nr 3
• Strony: 89--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Paczuski M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry, Institute of Chemistry, ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock, Poland

autor

Chłopek Z.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Automotive and Construction Machinery, Institute of Vehicles, ul. Narbutta 84, 02-524 Warszawa, Polska

autor

Marchwiany M.

• PKN ORLEN SA, ul. Chemików 7, 09-411 Płock

autor

Bukrejewski P.

• Automotive Industry Institute (PIMOT), ul. Jagiellońska 55, 01-301 Warsaw, Poland

autor

Biedrzycki J.

• Automotive Industry Institute (PIMOT), ul. Jagiellońska 55, 01-301 Warsaw, Poland

autor

Wójcik P.

• Automotive Industry Institute (PIMOT), ul. Jagiellońska 55, 01-301 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Abu-Zaid M. Performance of single cylinder, direct injection diesel engine using water fuel emulsions. Energy Convers and Manage, 2004; 45: 697–705.
• [2] Ambrozik A, Chłopek Z, Danilczyk W, Kruczyński S. Zasilanie silnika o zapłonie samoczynnym emulsją paliwa z wodą i wodnymi roztworami soli jako metoda zmniejszania emisji tlenków azotu i cząstek stałych. Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej 2(38)/2000: 21–30.
• [3] Ambrozik A, Chłopek Z. Umienszenije okisłow azota i twierdich czastii w wychłopnych gazach za scziot pitanija dizielia emulsiej topliwa s wodoj i wodnymi rastworami soli. Szestoj Mieżdunarodnoj Kongres Dwigatieliestroitieliej. Rybaczie. Ukraina 2001.
• [4] ASTM D1835 – 11: Standard specification for liquefied petroleum (LP) gases. American Society for Testing & Materials.
• [5] AUTO-GAS.NET: Generations of autogas systems (15.09.2015). Available online: http://www.auto-gas.net/technology/system-types.
• [6] Chłopek Z, Bardziński W, Jarczewski M, Sar H. Badania porównawcze samochodu osobowego zasilanego benzyną i skroplonym gazem ropopochodnym (LPG). Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. 2006: 111–120.
• [7] Chłopek Z, Danilczyk W, Januła J, Kruczyński S. Badania wpływu dodatku wody w postaci aerozolu wodnopowietrznego w polu ultradźwięków na pracę silnika spalinowego. Zeszyty SEP PAN. Warszawa 1984.
• [8] Chłopek Z, Danilczyk W, Januła J, Kruczyński S. Wlijanie dobawki wody na soderżanie toksicznych komponentow w otrobotawszich gazach dwigatjela s prinuditelnym zażiganjem. Conference "Internal Combustion Engines". Russe 1985.
• [9] Chłopek Z, Danilczyk W, Kruczyński S. Ocena możliwości zmniejszenia emisji tlenków azotu przez dodatek wody do układu zasilania silnika o zapłonie samoczynnym. Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej. 3(15)/1994: 5–16.
• [10] Chłopek Z, Danilczyk W. Metoda zmniejszania emisji tlenków azotu i cząstek stałych z silnika o zapłonie samoczynnym przez dodatek do czynnika roboczego wodnych roztworów soli metali alkalicznych. Przegląd Mechaniczny 3 ’01: 26–32.
• [11] Delphi. Worldwide emission standards. Passenger cars and light duty vehicles. Innovation for the real world. 2015/2016.
• [12] Harrington J A. Water addition to gasoline-effect on combustion, emissions, performance and knock. SAE Technical Paper. 1982.
• [13] Hopkinson P B. Proceedings of the Institute of Mechanical Engineering (I. M. E. Proceedings). 1913: 679.
• [14] Ivanov M V, Nefedov I P. Experimental investigation of the combustion process of natural and emulsified liquid fuels. NASA Tech. Translation TTF–258; 1965.
• [15] Kegl B, Pehan S. Reduction of diesel engine emissions by water injection. SAE Technical Paper. 2001.
• [16] Kohketsu S et al. Reduction of exhaust emission with new water injection system in a diesel engine. JSAE Review. 1996; 17: 87–88.
• [17] Lanzafame R. Water injection effects in a single-cylinder CFR engine. SAE Technical Paper. 1999.
• [18] Lee J W et al. Effect of various LPG supply systems on exhaust particle emission in spark-ignited combustion engine. International Journal of Automotive Technology 2010; 11 (6): 793–800.
• [19] Luft S. Dwupaliwowy silnik o zapłonie samoczynnym zasilany wtryskowo paliwem LPG w fazie ciekłej. The Archives of Automotive Engineering – Archive Automotive. 2005; 2: 153–163.
• [20] PL 378514: Sposób efektywnego spalania paliw przy udziale pary wodnej, we wszelkiego rodzaju układach spalania, zawierających komorę spalania oraz układ do efektywnego spalania paliw przy udziale pary wodnej w silniku spalinowym. 2005.
• [21] PL 381186A: Sposób i układ optymalizacji spalania paliw, zwłaszcza w systemach z silnikami z wewnętrzną komorą spalania.
• [22] PL 385723: Sposób zmniejszania zużycia paliwa i emisji spalin w silnikach spalinowych poprzez zastosowanie wody jako substytutu paliwa oraz silnik stosujący ten sposób.
• [23] Qi D et al. Combustion and exhaust emission characteristics of a compression ignition engine using liquefied petroleum gas-fuel-oil blended fuel. Energy Conversion and Management. 2006; 48 (2): 500–509.
• [24] Saraf R R, Thipse S S, Saxena P K. Comparative emission analysis of gasoline/LPG automotive bifuel engine. World Academy of Science, Engineering and Technology. 2009; 3.
• [25] Söyelmez S M, Özcan H. Experimental investigation of the effects of water addition on the exhaust emissions of a naturally aspirated, liquefied-petroleum-gas-fueled engine. Energy Fuels. 2005; 19 (4): 1468–1472.
• [26] Söyelmez S M., Özcan H. Water injection effects on the performance of four-cylinder, LPG fuelled SI engine. Open Access Scientific Reports, Volume 2, Issue 1, 2013.
• [27] Tasic T et al. Gasoline and LPG exhaust emissions comparison. Advances in Production Engineering & Management 2011; 6 (2): 87–94.
• [28] Vijayabalan P, Nagarajan G. Performance, emission and combustion of LPG diesel dual fuel engine using glow plug. Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering. 2009; 3 (2): 105–110.
• [29] Wang C H. et al. Effects of fuel properties on the burning characteristics of collision-merged alkane/water droplets. Experimental Thermal and Fluid Science 32; 2008: 1049–1058.
• [30] Wang C H, Chen J T. An experimental investigation of the burning characteristics of water-oil emulsions. International Communication of Heat Mass Transfer. 1996; 23 (6): 823–834.
• [31] Wilson, Parley J. Effects of water injection and increased compression ratio in a gasoline spark ignition engine. Wilson, Thesis, University of Idaho. 2011.
• [32] Wu Y Y, Chen B Ch, Tran A T. Pollutant emission reduction and engine performance improvement by using a semi-direct injection spark ignition engine fuelled by LPG. Aerosol and Air Quality Research. 2012; 12: 1289–1297.
• [33] Zeldovich Y B, Sadonikov Y P, Frank-Kamenetskij A D. Oxidation of nitrogen in combustion. Publ. House Academy of Science of U.S.S.R. Moscow–Leningrad 1947.