Оценка производительности двигателя и выбросов поверхностно-активного вещества

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 10599 (2023) Цитировать эту статью

494 доступа

Подробности о метриках

Малайзия является одним из крупнейших экспортеров пальмового масла, и хотя в настоящее время в некоторых частях мира он сталкивается с ожесточенным сопротивлением импорту пальмового масла, одним из способов использования этого товара является увеличение содержания пальмового биодизельного топлива в местном коммерческом дизельном топливе. Однако из-за того, что биодизель богат кислородом, его использование страдает от повышенных выбросов оксидов азота (NOx) по сравнению с обычным дизельным топливом. Чтобы смягчить эту проблему и улучшить производительность дизельного двигателя и выбросы с использованием смесей биодизеля и дизельного топлива, в этом исследовании была предпринята попытка изучить внедрение системы подачи топлива в режиме реального времени на основе эмульсии без поверхностно-активных веществ (RTES), которая производит эмульсию «вода в дизельном топливе» в качестве топлива без поверхностно-активных веществ. . Способность воды в дизельном топливе, производимом RTES, снижать выбросы NOx хорошо документирована. Поэтому в этом исследовании в качестве базового топлива использовалось 30% биодизель-дизель (В30), а эмульсии на основе В30, состоящие из 10%, 15% и 20% воды, подавали в двигатель мощностью 100 кВА, 5,9 л. Электрический генератор с дизельным двигателем Common Rail с турбонаддувом. Расход топлива и выбросы выхлопных газов были измерены и сравнены с коммерчески доступным малазийским дизельным топливом низкого качества (D2M). Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что эмульгированное биодизельное топливо B30, производимое RTES, способно повысить тепловой КПД тормозов (BTE) максимум до 36% и снизить удельный расход топлива тормозов (BSFC) до 8,70%. Кроме того, биодизельно-дизельные эмульсии B30 производят значительно меньше NOx, угарного газа и дыма при высокой нагрузке двигателя. В заключение, биодизельно-дизельные эмульсии B30 можно легко использовать в современных дизельных двигателях без ущерба для производительности и выбросов.

Малайзия является одним из ведущих экспортеров пальмового масла и способна производить собственное биодизельное топливо из пальмового масла. Однако, поскольку Европейский Союз (ЕС) становится все более враждебным по отношению к импорту пальмового масла1,2, Малайзии необходимо найти способы полностью использовать этот товар на внутреннем рынке. Одним из наиболее перспективных способов увеличения использования пальмового масла является увеличение содержания биодизельного топлива на основе пальмового масла в отечественном дизельном топливе. С 2010 года Малайзия увеличила процент содержания биодизеля в отечественном дизельном топливе с 5 до 10 об.%. В 12-м плане Малайзии (RMK-12) поставлена ​​цель к 2025 году ввести 30 об.% биодизельно-дизельной смеси (B30) в отечественное дизельное топливо. На данный момент коммерчески доступное дизельное топливо, продаваемое на заправочных станциях по всей стране, состоит из: 7 об.% (В7) или 10 об.% (В10) биодизель-дизель. Тем не менее, такие усилия вызывают обеспокоенность среди производителей двигателей, а также владельцев коммерческих и частных автомобилей по поводу того, как это внедрение повлияет на стоимость топлива и эффективность, а также на производительность и долговечность двигателя.

Себестоимость производства биодизеля выше по сравнению с традиционным дизельным топливом на нефтяной основе4, поэтому увеличение содержания биодизеля в смесях биодизель-дизельное топливо приведет к увеличению себестоимости производства топлива. Внутри страны в Малайзии правительство на протяжении десятилетий вводило крупномасштабную программу субсидирования цен на топливо5, которая, возможно, сможет компенсировать рост цен на все большее количество смесей биодизельного топлива и дизельного топлива, тем самым стабилизируя рыночную цену коммерческого дизельного топлива. Тем не менее, по мере увеличения содержания биодизеля в биодизельном топливе общая теплота сгорания на единицу объема будет снижаться из-за того, что биодизельное топливо обладает более низкой теплотой сгорания (CV), чем дизельное топливо на нефтяной основе. Это приведет к увеличению расхода топлива, поскольку для производства того же количества энергии, что и обычное дизельное топливо на нефтяной основе, потребуется потреблять больше топлива. Кроме того, может увеличиться расход топлива, поскольку биодизель обладает более высокой вязкостью, что может привести к ухудшению перекачки топлива и ухудшению характеристик распыления6.

Биодизель в целом обладает более высокой кинематической вязкостью и плотностью, чем обычное дизельное топливо7. Эти факторы влияют на распыление и унос капель топлива при впрыске в камеру сгорания. Однако в современном дизельном двигателе, оснащенном системой впрыска топлива Common Rail, утверждается, что влияние вышеупомянутых свойств было весьма незначительным. Это связано с тем, что впрыск топлива под высоким давлением, осуществляемый системой впрыска топлива Common Rail, обеспечивает улучшенное распыление и испарение капель топлива, тем самым улучшая процесс сгорания8. Тем не менее, биодизель выделяет более высокие выбросы оксидов азота (NOx), если принять во внимание более длительные задержки воспламенения, вызванные более высокими пиковыми температурами сгорания в результате более высокого содержания кислорода в биодизельном топливе9. Кроме того, из-за более низкого CV биодизеля расход топлива значительно выше по сравнению с обычным дизельным топливом. Несколько исследований зафиксировали более высокий расход топлива при использовании различных смесей биодизельного топлива в дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail10,11,12.