廃食用油バイオディーゼルの B20 ブレンドを動力源とするディーゼルエンジンにおける反応度制御圧縮着火 (RCCI) モードエンジン動作の影響

Rapporti scientifici Volume 13,

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4798 (2023) この記事を引用

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この研究の目的は、CRDI エンジンの性能、排出ガス、燃焼に対する RCCI (反応度調整圧縮着火) の影響の実験的評価を行うことです。燃料混合物 (20% バイオディーゼル、80% ディーゼル、および NaOH 触媒) が生成されます。製造された組み合わせは、米国材料試験協会 (ASTM) によって確立された規格を使用して特性が評価されます。エンジンの研究には、10% Pen RCCI、20% Pen RCCI、30% Pen RCCI の 3 種類の異なる噴射が含まれていました。噴射圧力を高めると、BTE として知られるブレーキの熱効率が向上します。噴射圧力の上昇と燃焼の改善により、NOx 排出量が増加しました。ただし、噴射率を高めると燃料消費率（SFC）が低下します。 CO2 と炭化水素の排出量、および煙の不透明度の値は、チャージが増加するにつれて増加しました。得られた混合物は、予混合点火を備えた CI エンジンで利用して、エンジン全体の性能と燃焼特性を向上させることができます。

運輸業界は、世界のエネルギー消費と温室効果ガス排出量の大きな部分を占めています1。その結果、安定的で環境に責任があり、社会的に公正な経済成長を保証するための計画の中心には、排出要件への厳格な準拠による高いエネルギー効率の達成が中心となるべきです2。世界的な経済拡大に伴い、原料石油の需要は急速に拡大しています。さまざまな燃料源を無計画に使用した結果、呼吸器疾患に苦しむ人の数が増加したり、化石燃料の枯渇が増加したりしています。これらの要因により、代替エネルギー源の使用への道が開かれました[3、4、5、]。数値シミュレーションによると、電気化学セルの動作温度が上昇すると、ユニット電圧の変動が減少し、システムの電力使用量が 19% 削減されます6。ディーゼルエンジンは、高い CR と優れた燃料効率により研究者にとって魅力的です 7,8。それにもかかわらず、ディーゼルエンジンはより多くの粒子状物質と窒素酸化物を生成することが示されています 9。予混合圧縮着火 (PCCI) は、排出ガスの削減と効率の向上により、近年懸念を引き起こしています。 PCCI 燃焼モードを使用する場合、点火前に燃料と空気をより高度に混合することにより、粒子状物質を削減できる可能性があります10。 NOx 排出量は、排気ガス再循環率 (EGR) の向上と併せて、より希薄な燃料と空気の混合物の使用により削減されました。その結果、燃焼温度が低下した。ディーゼル燃料はガソリンよりも可燃性が高いものの揮発性が低いため、PCCI 燃焼モードでは克服する必要のあるハードルがいくつかあります。これらの課題には、均質な混合気の生成、点火の管理、機能の制限、燃焼室壁への激しい衝突などが含まれます11。粒子の体積パーセンテージを増加させると熱容量と流体の粘度が向上することが確認されていますが、熱容量の変動傾向は従来の流体に依存します12。

RCCI 燃焼モードは、実行可能なクリーンな燃焼技術であり、最近発明されました。 PCCI 燃焼モードに関連する課題に対処するために、このシステムは物理的品質の異なる 2 種類の独自の燃料と個別の噴射を利用します。「反応性勾配」という語句は、グローバルまたはローカルの他の種類の反応性を指します13。さまざまな種類の燃料と燃焼室に噴射される燃料の量の両方が、地球全体の反応度を制御するために使用されます。反応度勾配は、高オクタン価燃料の早期噴射と低オクタン価燃料の後期噴射を含む燃料噴射アプローチとは異なります。その結果、RCCI 燃焼モードは燃料噴射方法と噴射率に応じて変化する可能性があります 14,15。インテークマニホールドには高オクタン価のガソリンが使用され、燃焼室には高セタン価の燃料が使用されました。これは、燃料の反応性を別の構造に配置するために行われ、その結果、成層燃焼が発生しました16。 Duraisamy et al.17 は、RCCI 燃焼用の高反応性燃料 (HRF) としてポリオキシメチレンジメチルエーテル (PODE) を低反応性燃料 (LRF) としてのメタノールと組み合わせて使用し、燃焼プロセスの継続時間と遅延時間を大幅に短縮しました。。 Pan et al.18 は、予混合燃焼の割合が急増するにつれて、イソブタノール - ディーゼル、ガソリン - ディーゼル RCCI 燃焼の IMEP が大幅に増加することを発見しました。イソブタノールおよびディーゼル RCCI エンジンは、両方の燃料を均等に予混合した場合、ガソリン - ディーゼル RCCI エンジンよりも優れた IMEP を示しました。 Yang et al.19 は、RCCI エンジンに関する研究において、ガソリンとメタノールの噴射タイミングが燃焼プロセスに影響を与えることを観察しました。前回のディーゼル噴射時間とその後のメタン噴射タイミングを調整することで性能を向上させることができた。 Wang et al.20 は、吸気量を増やし、EGR を減らすと、ガソリン PODE RCCI エンジンの熱効率が向上すると報告しました。空気を希釈して吸入圧力を一定に保ち、熱効率を高めます。 Zheng ら 21 は、低負荷および中負荷が RCCI 熱出力 (HRR) を低下させることを実証しました。エンジンの n-ブタノール比率を高めると、熱効率が低下しました。 Charitha et al.22 は、綿油メチルエステルを添加すると NOx 排出量が減少することを発見しました。綿油メチルエステルの量が少ないとHC排出量が増加し、多いとHC排出量が減少した。 Isik et al.23 は、B50 HRF を備えたエタノール燃料 RCCI エンジンが、制御エンジンよりも高いピーク圧力を生成することを発見しました。エタノール供給 RCCI エンジンの HRR 曲線は全方向に上昇しました。 Thiyagarajan ら 24 は、n-ペンタノールがメタノールと比較して BTE を増加させることを示しました。デュアル燃料モードの消費量はバイオディーゼルよりも少ないですが、ブレーキ比エネルギー (BSEC) に関してはディーゼルよりも多くなります。 Radheshyam et al.25 によれば、遅延時間は EGR 率とペンタノール含有量に応じて増加しました。 1-ペンタノールは、低負荷時にはシリンダー圧力を低下させ、高負荷時にはシリンダー圧力を上昇させました。

RCCI で使用する場合、化石資源から得られるエネルギーが不十分であるため、ガソリンには欠点があります。さらに、ガソリンには一般に PAH として知られる多環芳香族炭化水素が含まれており、これが煤の発生要因となります26。専門家は状況の解決策を見つけるために他の燃料源を調査している。アルコール燃料は、その酸化性と RCCI エンジンでの再現性により、低活性燃料として有望な燃料として徐々に浮上してきました。これにより、適切な低活性燃料へと着実に進化することができました。さらに、アルコールエネルギーは気化アイドル熱が高く、PAH27 が含まれていません。その驚異的な効率と低排出ガスのため、従来のディーゼルエンジンとガソリンエンジンの燃料供給技術を組み合わせた RCCI (反応度調整圧縮着火) エンジンが多くの支持を得ています。注目の14。これらのエンジンは、標準的なディーゼルとガソリンの燃料供給技術を組み合わせて使用します。これらのエンジンは、ディーゼルとガソリンの燃料供給方法を混合するハイブリッド燃料供給システムを採用しています。 RCCI は当初、ガソリンとディーゼルを低反応性燃料および高反応性燃料として使用して、必要な量の応答を生成することを目的として設計されました。研究者の中には、RCCI モーターが代替エネルギー源や再生可能エネルギー源を利用できるかどうかを判断することに焦点を移した人もいます。 RCCI は当初、ガソリンとディーゼルをそれぞれ低反応性燃料と高反応性燃料として使用するという考えで設計されました。研究者の中には、RCCI モーターに代替エネルギー源や再生可能エネルギー源を採用する方法の開発に注力している人もいます。たとえば、以前の研究では、天然ガス、メタノール、エタノールなどの低反応性燃料が使用されましたが、ディーゼルなどの高反応性燃料も依然として使用されていました 28,29。

Chen ら 30 は、ディーゼルと n-ペンタノールとメタノールの混合燃料は、ディーゼルと比較して燃焼時間が短く、点火遅れが長く、結果として HRR が高くなるという研究報告を行っています。ディーゼル - n-ペンタノール - メタノール混合燃料は、ディーゼルよりもすすの排出量が少ないですが、より多くのレベルの NOx 排出量を生成します。 Huang ら 31 は、n-ペンタノールを添加すると HRR が向上し、燃焼が促進され、燃焼が起こるまでの時間が短縮されることを観察しました。 EGR率が増加するにつれて、ブレーキで利用される燃料の割合が増加しました。 Tian ら 32 は、n-ブタノールをガソリンと混合すると、ガソリンを単独で使用した場合と比較して、エンジンの排気ガスの温度が低下することを観察しました。純粋なガソリンと比較すると、n-ブタノールとガソリン、および純粋な n-ブタノールを含む混合燃料は、低および中エンジン速度での BTE と体積効率の両方を向上させる可能性があります。 n-ブタノールをガソリンと組み合わせると、エンジンによって生成される一酸化炭素と窒素酸化物の量が減少する可能性があります。反応度制御圧縮着火は、低反応性燃料 (ガソリン、ガス、アルコール燃料など) のポート燃料噴射と高反応性燃料 (ディーゼル燃料、アルコール燃料など) の直接噴射を採用する二元燃料部分予混合燃焼コンセプトです。バイオディーゼル）を燃焼室内で混合して燃焼期間と位相制御を延長します33。二元燃料エンジンを RCCI モードで実行すると、熱効率が向上し、亜酸化窒素とすすの排出量が削減されます。付属のハードウェアにより、安定した RCCI 燃焼が制限されます。低負荷では燃焼効率が低下する可能性がありますが、高負荷では筒内圧がエンジンの設計限界を超える可能性があります34。高負荷下では、急速な RCCI 燃焼により、ピーク筒内圧力と圧力上昇率が高くなります 35。

廃食用油 (WCO) は食物連鎖の有益な副産物であり、化学合成において環境に優しい原料として使用される可能性があります。廃食用油は、別名廃食用油とも呼ばれます。世界各地に驚くべき数の WCO が存在し、環境、経済、社会の分野で深刻な問題を引き起こしています。世界中で毎年 1,500 万トン以上の廃植物油が発生していると推定されており、欧州連合 (EU) は年間 100 万トン以上を拠出しています 36,37。トリグリセリド、モノグリセリド、およびジグリセリドが WCO の大部分を占めます。遊離脂肪酸も含まれており、その量は 5 重量% ～ 20 重量% の範囲です。トリグリセリドは主に飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸で構成されており、幅広い産業で高価値商品の製造におけるプラットフォーム化学物質として使用されています。これらのプラットフォーム化合物には幅広い用途があります 38,39。さまざまな文献調査を検討した後、信頼できる行動計画が作成され、現在の研究活動で実行されました。廃食用油から生成されるバイオディーゼルは、中程度の負荷での効率が高いため、低負荷または高負荷での効率と比較した場合、CRDI エンジンの代替燃料として適しています。バイオディーゼルは、代替燃料として考えられているだけでなく、燃焼時に大気中への放出を回避できる汚染物質の量に大きな影響を与えます。さらに、化石燃料需要のジレンマにも解決策を与えます。この研究分野は、CRDI エンジンがさまざまな廃食用油を利用するメカニズムを提供します。さらに、反応性制御圧縮点火 (RCCI) を提供することで、ディーゼルエンジンが可能な限り効率的に機能することを保証します。

80% のディーゼル (3L) と 20% のバイオディーゼルの組み合わせにより、4L の B20 オイル混合物が作成されました。これは、より頻繁に高性能燃料ブレンド (1L 廃食用油) と呼ばれます。エステル交換反応の際、60℃に加熱した油1.2Lを使用しました。１８０ｍｌのメタノールおよび４．５ｇの水酸化ナトリウム触媒を加えた。その後、90分間のリラックスタイムが続きます。その後、バイオディーゼルを分液漏斗に移して層を分離し、その間２時間静置する。その後、2 つの層に分割され始め、グリセリン層が下に位置し、バイオディーゼル層が上に位置します。最後のプロセスでは、バイオディーゼルを洗浄します。そこでは水の温度が70度まで上がります。その後、処理の最終段階で、バイオディーゼルは 110 度の一定温度で 45 分間調理されます。最終製品を製造するために、1.2 L の使用済み食用油が 1 L のバイオディーゼルに変換されます。これを図 1 に示します。

バイオディーゼルの準備。

特性スクリーニングの重要な目的は、混合燃料の物理的および化学的特性を評価し、標準値と対比することです。これは、燃料混合物を一連の標準値と比較することによって行われます。形成された燃料の組み合わせは、その物理的および化学的品質を特定するために、さまざまな科学機器を利用した数多くのテストを受け、完了時にこれらのテストの結果が収集されます。

比重計、それは材料の比重を測定する機械の一部です。 0.001度までの精度です。比重計は、バイオディーゼル混合物の密度を計算するために使用されます。許容可能な比重計を選択した後、250 ml のバイオディーゼル混合物をビーカーに入れます。ビーカーに浸漬した後、比重計を安定化手順にさらしました。比重計は、浸漬後に受信した比重測定値を表示しました。

粘度は、Canon-Fenske 粘度計を使用して測定されます (図 2)。粘度管をアセトンで洗浄し、乾燥させた。 50 mlのバイオディーゼルを粘度試験管に入れた。ガソリン粘度計のマークを上げるには吸引が必要でした。バイオディーゼルサンプルを温めるために、粘度計を 40 °C の浴槽に 30 分間入れました。バイオディーゼルがより高い点に到達した後、吸引力を遮断し、より低い目標に到達するまでに要した時間を記録した。

粘度測定。

熱量の値は爆弾熱量計を使用して計算されます。ボンベ、ファイヤーユニット、オフセットスターラー、ガス放出バルブ、ウォータージャケット、タイマー、圧力計、るつぼ、点火線、温度計、および熱量計容器は、熱量計を構成するコンポーネントです。密閉室内で 10 ml のバイオディーゼル混合物の燃焼によって生成される熱量を使用して、燃料の発熱量を計算します。

実験調査には単気筒４ストロークのディーゼルエンジンを採用した。このダイナモメーターは渦電流を利用してエンジンに負荷を与え、負荷をかけるためにエンジンに接続されています。クランク角度や燃焼圧力などの検出に必要な機器をあらかじめ搭載しており、すぐに活用できます。圧電圧力センサーとクランク角インジケーターで構成されるデータ収集装置が開発され、エンジンの燃焼特性の監視を支援するためにエンジンに取り付けられました。シリンダー圧力、熱発生率、点火遅れを決定するには、データ収集システムは、データ収集システムに接続された圧力トランスデューサーからの出力信号を 50 サイクル期間にわたって平均する必要があります。これは、シリンダー圧力、熱発生率、点火遅れを正確に測定するために必要です。図 3 は、テスト装置と、システム全体の高レベルの概要を示す高レベルの概略レイアウトを示しています。定常状態の測定値を取得するには、まずエンジンを無負荷で始動し、その後、1,500 回転/分 (rpm) の定格速度まで暖機するのに十分な時間を与える必要があります。エンジンが毎分 1500 回転の定格速度に達すると、定常状態の測定値が得られることがあります。この研究の結果、ブレーキの熱効率や、窒素酸化物、エタンガスの温度と組成、一酸化炭素の濃度と組成、煙の不透明度、煙の蒸気圧などの他の排出パラメータの影響を監視および分析できるようになります。、エンジンの性能と排出レベルについて。スモーキーメーターに加えて粒度分析装置も含まれています。ディーゼルエンジンから出る煙のサンプルで遮られる光の量を検出して測定する不透明度計は、ディーゼル排気煙計として知られています。スモークメーターは煙の密度を示し、これにより燃焼効率の指標が得られます。別個の電気制御ユニットは、煙計の測定ヘッド内の別個の測定ヘッドに収容されています。さらに、測定ヘッドには光学ユニットが搭載されています。ガス分析計は、正確な測定値を提供するために、テスト対象のガスが光を吸収するという考えに基づいて動作します。分析装置は加熱されていないチャンバーに光線を照射するだけで、サンプルによって検出された特定の波長の量が測定されます。分析装置は、特定のガス分子が検出できる波長以外のあらゆる光を遮断する光学フィルターで作られています。他の気体分子はこの特定の波長の光を吸収する能力を持たず、検出器が受け取る光の量にも影響を与えません。

エンジン試験装置。

これらのパラメータでディーゼルエンジンを始動した後、表 1 に従って評価できるように、生成されたテスト燃料をエンジンに与えて動作させました。エンジンはテスト中にさまざまな負荷にさらされ、一定の条件で性能データが収集されました。毎分 1500 回転 (rpm) の一定速度。

不確実性と不正確さは、試験装置の選択や校正の程度、環境内に存在する絶えず変化する条件など、さまざまな要因によって引き起こされる可能性があります。不明確な結果の大部分は、計画的な失敗か予期せぬ失策のいずれかに遡る可能性があります。以前の議論で、再現性の問題について議論しました。 2 回目の議論では、分析の問題について話しました40。 2 つのガウス分布の事後確率では、軸 X で示される検定統計量の不確かさの分散が、式 2 を使用して評価されます。 (1)。計算された数値の 95% は、平均である 2 セントの制限内に収まります。

Xi は実験平均と標準偏差を表します。これらの声明は、測定の不確かさの評価が行われたと主張しています41。

式中の文字「R」は、X1、X2、Xn などの関数を表します (2)。 Xn で示される測定の総数は、次のように決定されました。「R」の値は、定義される期待値に関連付けられた標準偏差の平方根を取ることによって決定されます。

エンジンの燃焼特性をより深く理解するために、熱効率と点火効率の両方を示す IMEP や COV などの燃焼指標、さらに高いシリンダー内温度、圧力率、MFB が採用されました。この研究の結論によれば、IMEP は圧縮フェーズと拡張フェーズの両方で次のように計算されました。

Ｖｄで示される変位量は、圧縮行程の開始（１８０度ＣＡ）から始まり膨張行程の終わり（１８０度ＣＡ）まで続く関数を積分することによって計算することができる。 COV は次のように定式化されました。

エステル交換プロセスは、バイオディーゼル合成の改善と評価に使用されます。エステル交換プロセスは 60 ～ 65 °C で約 90 分間続きました。バイオディーゼルの生産量を増やすために、過剰のメタノールをメタノール対オイルの比率 6:1 で使用しました。 KOH が触媒として利用され、最大収率 96% が得られました。高性能燃料、バイオディーゼル、ディーゼルのいくつかの特性試験を考慮すると、銅腐食試験では、議論したすべての種類の燃料について同じ結果が得られたことがわかりました。。従来のディーゼル、バイオディーゼル、および高性能燃料混合物の曇り点は - 1 °C です。発熱量は燃焼プロセス全体を通じて特に重要です。発熱量は大きいほど好ましい。図 4 は、発熱量の変化が比較的少ないことを示しています (つまり、ディーゼル - 9235.23 Cal/g、バイオディーゼル - 7445.65 Cal/g、および高性能燃料ブレンド - 8818.116 Cal/g)。同様に、すべての特性は従来のディーゼルの特性と同等でした。高性能ガソリンとバイオディーゼルは流動点温度が非常に高いため、-8 °C という低い温度でも使用できることになります。米国、ロシア、中国、カナダを含む多くの国では気温が摂氏 0 度以下であるため、これは非常に望ましい燃料特性です。

破壊熱効率と負荷の関係。

各機械貨物の BTE には大きな差があり、特定の重量では最大 4 ポイントの差があることが観察されました。これらは、特定の BMEP42 での負荷に基づいて CRDI エンジンの予混合比を変更した場合の影響です。混合燃料のあらゆる状況において、負荷を増加させるとブレーキの熱効率が向上します。負荷が増加すると熱損失は減少します。グラフによると、B20 ～ 30% Pen RCCI の BTE が最も大きく、次に B20 ～ 20% Pen RCCI、B20 ～ 10% Pen RCCI ディーゼル、B20-normal が続きます。 30% 予混合チャージは、B20 ～ 20% Pen RCCI、B20 ～ 10% Pen RCCI、B20、およびディーゼルと比較して、噴射全体を通じて明らかに最大の BTE を示します。

機械によって香り付けされる空気の量と、ピストンによって掃き出される空気の量との比が、機械の容積性能となります。膨張行程ではピストンは下死点まで移動しますが、外部から吸い込む体積は膨張時に押し出す体積と同じではありません。このグラフは、ディーゼルの体積効率が最大であることを示していますが、負荷が増加すると、さまざまな状況で体積効率が低下することがわかります。図 5 は、B20 ～ 10% Pen RCCI が最大負荷時に最高の体積効率を示すことを示しています。

体積効率と負荷の関係。

排ガス温度計は、内燃機関の排ガス温度を測定する装置です。エネルギーに応じて、排気ガスの温度は上昇または下降します。図6に示すように、負荷が増加すると排気ガス温度が上昇します。最大負荷では、RB20 は他の燃料と比較して排気ガス温度が最も高くなります。 RB20-PM30%は最大負荷時の排気温度が最も低くなります。

排気ガス温度と負荷の関係。

これは、生成される電力単位ごとに車両が使用する燃料の量です。エンジンの比燃料消費量は、1 単位の推力を生成するために使用される燃料の量です。 CRDI エンジンの効率を比較します。図 7 は、さまざまな負荷における特定の燃料消費量を示しています。負荷が増加すると、燃料消費率も増加します。 B20 ～ 10% Pen RCCI、B20 ～ 20% Pen RCCI、ディーゼル、B20 と比較すると、B20 ～ 30% Pen RCCI の燃料使用量が最も低くなります。

燃料消費量と負荷の関係。

RCCI エンジンでは、不完全燃焼の副産物として一酸化炭素が生成されます。これは、炭素ベースの複合材料の部分酸化によって作成されます。燃焼後、多くの場合、二酸化炭素 (CO2) が生成されます。図 8 は、ディーゼルが最も CO 排出量が低いのに対し、B20 はほぼ同じであることを示しています。特定の負荷では、CO 排出量は B30 ～ 30% Pen RCCI ですが、それを超えるとディーゼルと同じくらい低くなります。

一酸化炭素と負荷の関係。

ガソリンには炭素原子と水素原子が含まれています。二酸化炭素は、燃焼中に燃料の炭素 (C) が空気 (CO2) の酸素 (O2) と相互作用して生成されます。この図 9 では、B20 ～ 30% Pen RCCI は最大負荷で排出量が最も少なく、B20 は最小負荷で排出量が最も多くなりますが、結論としてはほとんどの燃料がほぼ同じです。

二酸化炭素と負荷の関係。

CRDI エンジンは、ガソリンエンジンよりも高い温度と圧力で動作します。このような状況の結果として NOx ガスが発生します。窒素酸化物は非常に有毒で反応性の高いガスです。これらのガスは、高温の燃料が燃焼すると発生します。自動車、トラック、その他の非道路用車両（建設機械、ボートなど）は NOx 汚染を発生します。茶色っぽいガスのようです。この図 10 では、最小負荷と最大負荷の両方でディーゼルの NOX 排出量が最も低くなります。 B20、ディーゼル、B20 ～ 20% Pen RCCI、および B20 ～ 10% Pen RCCI と比較すると、B20 ～ 30% Pen RCCI の排出量が最も高くなります。

窒素酸化物と負荷の関係。

これは主に、燃焼室内での燃料の不完全燃焼が原因で発生します。燃えていないガソリンが直接排気システムに注がれているだけです。点火の問題や内部エンジンの故障が発生すると、圧縮が低下します。燃料の点火が不十分な場合、かなりの量の HC が環境中に放出されます。図 11 は、B20 ～ 30% ペン型 RCCI の最大負荷時の最大 HC 排出値を示しています。 DIESEL は、最大負荷と最小負荷の両方で汚染物質の排出量が最も少なくなります。

炭化水素排出量と負荷の関係。

この形式の排出では、生成される粒子は、シリンダー壁への燃料の堆積によってもたらされる粒子です。煙によって遮断される光の量は不透明度と呼ばれ、シリンダー壁に残ったガソリンの結果として CRDI エンジンによって生成される煙の量の測定に役立ちます。 B20 の不透明度は、最大荷重と最低荷重の両方で最大となり、B20 ～ 30% になります。図 12 は、最大容量までロードされた場合でも、ペン RCCI の不透明度が最も低いことを示しています。

煙の不透明度と負荷。

図１３、１４、１５、１６および１７は、クランク角度および筒内圧力を示す。筒内圧力はディーゼルの方が高く、低負荷では B20 ～ 30% Pen RCCI の CP が最も低いことがわかります。クランク角度が増加すると、B20 ～ 30% Pen RCCI の CP が増加します。 DIESEL は 0% 負荷で最も高い CP を持ち、B20 ～ 30% の Pen RCCI は最も低い CP を持ちます。 25% の負荷では、Pen RCCI の CP が最も低く、ディーゼルの CP が最も大きくなります。ディーゼルが 50% 負荷で最大の CP を持ち、次に B20 が続き、B20 ～ 30% の Pen RCCI が最も低い CP を持ちます。 75% の負荷では、B20 ～ 30% のペン RCCI の CP が最も大きく、次に B20 ～ 20% のペン RCCI が続き、B20 が最も低くなります。最大負荷 (100% 負荷) では、B20 ～ 30% Pen RCCI の CP が最も大きくなりますが、ディーゼルの CP は最も低くなります。その結果、クランク角度の増加はシリンダー圧力の増加に反比例します。

0% 負荷時の円筒圧力。

25% 負荷時の円筒圧力。

50% 負荷時の円筒圧力。

75% 負荷時の円筒圧力。

100% 負荷時の円筒圧力。

クランクの角度は、放出される熱の総量に影響します。図に示されているデータによると、 18、19、20、21、および 22 ディーゼルは 0% 負荷での正味発熱量が最も高く、次に B20 ～ 10% Pen RCCI が続き、B20 が最も低くなります。負荷を 25% に増やすことで、さまざまなクランク角度でディーゼルに発生する振動を調査できます。 B20 はディーゼルよりも極端な変動にさらされます。 B20 からの正味熱放出が最も高く、ディーゼルからの正味熱放出が最も低くなります。ディーゼルは、50% 負荷での正味発熱量が最も高く、次に B20 ～ 20% Pen RCCI、次にディーゼルが最も低い正味発熱量であるという事実からわかるように、すべての負荷で最もばらつきがあります。 75% 負荷では、B20 ～ 20% Pen RCCI によって生成される正味の熱放出が最大となり、DIESEL と B20 ～ 20% Pen RCCI によって生成される熱がそれに続きます。特定の負荷では、B20 ～ 30% ペン RCCI の正味熱放出が最も低くなりますが、100% 負荷では、B20 ～ 30% ペン RCCI が最も正味熱放出が大きく、次に B20 ～ 20% ペン RCCI が続きます。

負荷 0% での正味の熱放出。

25% 負荷時の正味放熱量。

50% 負荷時の正味発熱量。

75% 負荷時の正味発熱量。

100% 負荷時の正味放熱量。

この調査研究は、CRDI エンジンがさまざまな廃食用油を利用するためのソリューションを提案します。さらに、反応性制御圧縮点火 (RCCI) を提供することで、ディーゼルエンジンが可能な限り効率的に機能することを保証します。バイオディーゼル製造基準に準拠した廃食用油の調製に成功しました。

高性能混合物の作成後、その物理的および化学的特性が評価されました。高性能燃料混合物は、さまざまな負荷の下でさまざまな装填量を使用してテストされます。ブレーキの熱効率は、B20 ～ 30% Pen RCCI ではかなり高いことが観察されました。 B20 ～ 10% Pen RCCI の体積効率は比較的良好であることがわかりましたが、ディーゼルの体積効率は低かったです。 B20 ～ 30% ペン RCCI は、広範囲の負荷状況にわたって一酸化炭素と二酸化炭素の排出量の減少を含む、改善された排出特性を示しています。ディーゼルは想像できる限り NOx 排出量が最も低く、次に B20 ～ 30% の Pen RCCI が続きます。炭化水素排出量はRB20～30%の場合が最も高かった。

著者らは、研究結果を再現するために必要なデータはすべて研究内容の中にあると述べています。

CSO、エネルギー統計 2019 (第 26 号)、2019 年、オンラインで入手可能。

チャップマン L. 交通と気候変動: 概説。 J. Transp. 地理。 15(5)、354–367 (2007)。

記事 Google Scholar

シャヒド、A.ら。多孔質プレートを通過する指数関数的な温度依存性粘度を伴う MHD ナノ流体の流れの活性化エネルギーの数値解析。Ｊ．サーム．アナル。カロリーム。 143、2585–2596 (2020)。

記事 Google Scholar

Arain, M.、Bhatti, M.、Zeeshan, A.、Saeed, T. & Hobiny, A. 一対の回転円板間の混相流に関するアレニウス動力学の解析。数学。問題。工学、(2020)。

Bhatti, MM & Abdelsalam, SI 不可逆過程を伴う磁化されたリー・アイリング粒子流体運動の熱力学的エントロピー: 数学的パラダイム。ザム・J. 応用数学。メカ。 (2020)、記事 e202000186。

魏、H.ら。コロナウイルスのパンデミック時の革新的なエネルギーシステムによる H2、O2、N2 の同時合成: 設計、技術経済的評価、最適化アプローチ。内部。 J. 水素エネルギー 47(62)、226038–226052 (2022)。

記事 Google Scholar

ラザック、L.ら。酸化グラフェンナノプレートレットとジメチルカーボネート添加剤を配合したパームバイオディーゼルのエンジン性能と排出特性。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．管理。 282、111917 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Akkoli, K. et al. ディーゼルエンジンの性能と排出特性に対するレッドグラムストークから得られる噴射パラメータと生成ガスの影響。アレックス。工学 J. 60、3133–3142 (2021)。

記事 Google Scholar

Soudagar、MEM et al. Mahua バイオディーゼルとディーゼル燃料の混合物にナノサイズの酸化亜鉛とジエチルエーテル添加剤を添加することによるディーゼルエンジン特性の研究。科学。議員 10、1–17 (2020)。

記事 Google Scholar

Asadi、A. et al. 多段噴射ディーゼルエンジンにおけるバイオディーゼルとバイオエタノールの適用に関する数値研究。更新します。エネルギー 150、1019–1029 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Shadloo, MS、Poultangari, R.、Abdollahzadeh Jamalabadi, MY & Rashidi, MM 火花点火エンジン用の新しい効率的なメカニズム。エネルギー変換者。管理。 96、418–429 (2015)。

記事 Google Scholar

ラシディ、MM 他。ハイブリッドナノ流体の熱物性と提案されたモデル: 最新の包括的な研究。ナノマテリアル (バーゼル)。 11(11)、3084 (2021)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zheng、Y.ら。さまざまな人工モデルを使用したバイオディーゼルブレンドの粘度の予測と経験的相関関係との比較。更新します。エネルギー 153、1296–1306 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Li、J.、Yang、WM、Goh、TN、An、H.、Maghbouli、A. 統計的実験計画による RCCI (反応度制御圧縮着火) エンジンの研究。エネルギー 78、777–787 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

ハラリ、P. et al. ガソリンと Thevetia Peruviana バイオディーゼルで作動する反応度制御圧縮着火 (RCCI) エンジンの性能と排出特性に関する実験研究。更新します。エネルギー 160、865–875 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

リー、Ｙら。メタノールとディーゼルを燃料とする RCCI (反応性制御圧縮着火) エンジンのパラメトリック研究と最適化。エネルギー 65、319–332 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Duraisamy, G.、Rangasamy, M.、Govindan, N. 自動車用ディーゼルエンジンにおけるメタノール/ディーゼルおよびメタノール/PODE 二元燃料 RCCI 燃焼に関する比較研究。更新します。エネルギー 145、542–556 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Pan, S. et al. 低負荷時の高耐久エンジンにおけるイソブタノール/ディーゼルおよびガソリン/ディーゼル RCCI の燃焼および排出特性に関する実験的研究。燃料 261、116434 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Yang, B.、Duan, Q.、Liu, B. & Zeng, K. ディーゼルと CH4 を燃料とする RCCI エンジンの燃焼性能と排出特性に関する低圧二元燃料直接噴射のパラメトリック調査。燃料 260、116408 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Wang, H. et al. EGRと空気希釈によるPODE/ガソリン二元燃料RCCI高負荷運転の熱効率向上。応用サーム。工学 159、113763 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Zheng、Z.ら。混合燃料モードと二元燃料 RCCI モードの両方での n-ブタノール/バイオディーゼルの燃焼と排出に関する実験研究。燃料 226、240–251 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Charitha, V.、Thirumalini, S.、Prasad, M.、Srihari, S. 軽量エンジンにおけるディーゼル - バイオディーゼルの RCCI 二元燃料燃焼の性能と排出に関する研究。更新します。エネルギー 134、1081–1088 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Işık, MZ および Aydın, H. 高負荷ディーゼル発電機におけるベニバナバイオディーゼルブレンドを使用したエタノール RCCI アプリケーションの分析。燃料 184、248–260 (2016)。

記事 Google Scholar

ティヤガラジャン、S. 他ベニバナバイオディーゼル燃料CIエンジンにおけるメタノール/n-ペンタノールのマニホールド噴射の効果。燃料 261、116378 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Santhosh, K. & Kumar, G. CRDI ディーゼルエンジンの燃焼、性能、排出特性に対する 1-ペンタノールの添加と EGR の影響。更新します。エネルギー 145、925–936 (2020)。

記事 Google Scholar

Li、J.、Yang、WM、An、H.、Zhao、D. ガソリン/バイオディーゼル燃料 RCCI エンジンに対する燃料比と噴射タイミングの影響: モデリング研究。応用エネルギー 155、59–67 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

デラウェア州ニーマン、AB 州デンプシー、RD ライツ天然ガスとディーゼルを使用した頑丈な RCCI 運転。 SAEインターナショナル J. Engine 5、270–285 (2012)。

記事 Google Scholar

ハン、W.ら。予混合比と総サイクルエネルギーの変化によるRCCIエンジンからの粒子排出量の影響因子に関する研究。エネルギー 202、117707 (2020)。

記事 Google Scholar

Curran、SJ、Hanson、RM、Wagner、RM 多気筒軽量ディーゼルエンジンでの反応性制御圧縮着火燃焼。内部。 J.エンジンレス。 13(3)、216–225 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Chen, H.、Su, X.、He, J. & Xie, B. ディーゼル/n-ペンタノール/メタノール混合物を燃料とするコモンレールディーゼルエンジンの燃焼と排出特性に関する研究。エネルギー 167、297–311 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Huang、H.ら。 n-ペンタノール添加剤と EGR 率の評価は、スプレー特性、エネルギー分布、エンジン性能に影響します。エネルギー変換者。管理。 202、112210 (2019)。

記事 Google Scholar

Tian, Z.、Zhen, X.、Wang, Y.、Liu, D. & Li, X. SI 直噴ガソリンエンジンにおける n-ブタノール-ガソリンブレンドの燃焼および排出特性。更新します。エネルギー 146、267–279 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Paykani, A.、Kakaee, A.-H.、Rahnama, P. & Reitz, RD 反応度制御圧縮着火エンジンの進歩と最近の傾向。内部。 J.エンジンレス。 7、481–524 (2015)。

Google スカラー

Nantha Gopal、K. 他廃食用油メチルエステルとディーゼル混合物を燃料とする CI エンジンの排出物と燃焼特性の調査。アレックス。工学 J. 53(2)、281–287 (2014)。

記事 Google Scholar

オミッドヴァルボルナ、H.、クマール、A.、キム、D.-S. B20 を燃料とする交通バスからアイドルモードで排出される粒子状物質の特性評価。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．化学。工学 2(4)、2335–2342 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Gui, MM、Lee, KT、Bhatia, S. バイオディーゼル原料としての食用油、非食用油、廃食用油の実現可能性。エネルギー 33(11)、1646–1653 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

リン、CSKら。化学物質、材料、燃料の生産のための貴重な資源としての食品廃棄物。現状と世界的な視点。エネルギー環境。科学。 6(2)、426–464 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Ortner, ME et al. 家庭から出る廃食用油の3つの異なる利用経路の環境評価。リソース。保守します。リサイクルします。 106、59–67 (2016)。

記事 Google Scholar

ナモコ、CS et al. 機械式ドライコーンピッカーの開発。 J.Eng. 応用科学。 12(2)、409–413 (2017)。

Google スカラー

Meng, YL, Tian, SJ, Li, SF, Wang, BY & Zhang, MH 不均一系 Ca/Al 複合酸化物ベースのアルカリ触媒を充填したトリクルベッド反応器でのバイオディーゼル生産のための菜種油のエステル交換。ビオレ。テクノロジー。 136、730–734 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Salinas, D.、Araya, P. & Guerrero, S. バイオディーゼル製造用のカリウム担持 TiO2 触媒の研究。応用カタル。 B環境。 117、260–267 (2012)。

記事 Google Scholar

Jiaqiang、E. et al. バイオディーゼル燃料を燃料とするディーゼルエンジンの燃焼および排出特性に対する脂肪酸メチルエステルの割合の影響。エネルギー変換者。管理。 117、410–419 (2016)。

記事 Google Scholar

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この研究は、サティヤバーマ科学技術研究所とサヴィータ工学部の支援を受けました。著者らは、研究センターの後援に感謝したいと思います。著者らは、サウジアラビア、リヤドのキング・サウド大学の研究者支援プロジェクト番号 (RSP2023R407) の支援に感謝します。

サティアバーマ科学技術大学機械工学部、ジェピアナガル、チェンナイ、インド

M. アニッシュ、J. ジャヤプラバカール、ニビンジョイ、V. ジャヤプラカシュ

インド、チェンナイ、SRM ヴァリアンマイ工科大学電気電子工学科

P・ベンシー

CMR工科大学機械工学科、助教授、バンガロール、インド

K. アルンクマール

エネルギーおよび環境工学科、Saveetha School of Engineering、SIMATS、チェンナイ、602105、インド

J. アラビンドクマール

エチオピア、ネケムテのウォレガ大学建設技術学部

TR プラヴィエンクマール

キングサウド大学理学部化学科、私書箱2455、リヤド、11451、サウジアラビア

アイマン・A・グファール

アンナマライ大学化学工学部、アンナマライナガル、チダンバラム、タミルナドゥ、インド

M.ラジャシマン

京畿大学環境エネルギー工学部、ヨントン区、水原、京畿道、16227、大韓民国

バラスブラマニ・ラビンドラン

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MA: 原案。 JJ: リソース。 PB: プロジェクト資金。 NJ: 分析。 VJ: 実験的な入力。 KA: 結果の草案作成。 JAK: 全体的な洗練。 TRP対応。 AAG: 画像の改良。 MR: 言語修正。 BR: 改訂草案。

J. Aravind Kumar または TR Praveenkumar への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

アニッシュ、M.、ジャヤプラバカール、J.、ベンシー、P. 他廃食用油バイオディーゼルの B20 ブレンドを動力源とするディーゼルエンジンにおける反応度制御圧縮着火 (RCCI) モードエンジン動作の影響。 Sci Rep 13、4798 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-31044-6

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受信日: 2023 年 1 月 5 日

受理日: 2023 年 3 月 6 日

公開日: 2023 年 3 月 23 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31044-6

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