ผลกระทบของการใช้อะซิโตน-บิวทานอล-เอทานอลผสมดีเซลเป็นเชื้อเพลิงต่อเสถียรภาพการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซลสูบเดียว
The Effect of Acetone-Butanol-Ethanol Blended Diesel Fuel on the Engine Stability of a Single Cylinder Diesel Engine
Abstract
อะซิโตน-บิวทานอล-เอทานอล หรือ ABE เป็นเชื้อเพลิงทางเลือกหนึ่งที่กำลังได้รับความสนใจในการพิจารณาเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลเนื่องจากมีคุณสมบัติที่ใกล้เคียงกับบิวทานอล อีกทั้งเมื่อผสม ABE กับน้ำมันดีเซลในสัดส่วนร้อยละ 20 โดยปริมาตร (ABE20) พบว่ามีคุณลักษณะของสเปรย์ทั้งในสถานะของเหลวและก๊าซที่ใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซล แต่เมื่อพิจารณาตัวแปรด้านการเผาไหม้พบว่าค่าความล่าช้าในการจุดระเบิดของ ABE20 มีค่าสูงกว่าดีเซลอย่างมีนัยสำคัญ โดยทั่วไปแล้วการเพิ่มขึ้นของค่าความล่าช้าในการจุดระเบิดจะส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล ซึ่งสามารถวิเคราะห์ได้จากความแปรผันของวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลกระทบการใช้ ABE20 เป็นเชื้อเพลิงต่อเสถียรภาพการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล โดยนำเครื่องยนต์ดีเซลสูบเดียวที่ไม่มีการดัดแปลงทดสอบบนไดนาโมมิเตอร์เพื่อควบคุมภาระการทำงานของเครื่องยนต์ที่มีค่าความดันยังผลเฉลี่ยบ่งชี้เท่ากับ 4 และ 8 บาร์ ที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์ 1,400 รอบต่อนาที โดยวัดค่าความดันในกระบอกสูบเพื่อเปรียบเทียบความแปรผันของวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์กับน้ำมันดีเซลล้วน รวมทั้งพิจารณาตัวแปรด้านสมรรถนะและการเผาไหม้เพื่อประกอบการวิเคราะห์ความมีเสถียรภาพของเครื่องยนต์ จากการวิเคราะห์คุณลักษณะการเผาไหม้และเสถียรภาพการทำงานของเครื่องยนต์พบว่า การมีค่าความล่าช้าในการจุดระเบิดและค่าความดันในกระบอกสูบสูงสุดของ ABE20 ที่มากกว่าดีเซลไม่ส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพการทำงานของเครื่องยนต์ ซึ่งเห็นจากค่าสัมประสิทธิ์ความความแปรผันของวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ที่ไม่แตกต่างจากดีเซลอย่างมีนัยสำคัญและมีค่าที่น้อยกว่าค่าความแปรผันสูงสุดที่ยอมรับได้สำหรับเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน
Acetone-Butanol-Ethanol (ABE) has been interested as an alternative fuel for diesel engines due to its physical properties similar to butanol. Moreover, ABE-diesel blends in 20% by volume (ABE20) also performed the liquid and vapor spray characteristics close to diesel. However, the combustion characteristic of ABE20 was different from diesel by the longer ignition delay. Generally, the increasing of ignition delay affects on the engine stability of diesel engine operation, considered by the increasing of cyclic variation. Therefore, the objective of this work is to investigate the effect of the ABE20 on the engine stability of an unmodified single cylinder diesel engine. The engine was installed with an engine dynamometer in order to control the testing conditions at the engine loads 4 and 8 bar of IMEP and engine speed 1,400 rpm. The cylinder pressure was measured to compare the cyclic variation of engine operation with the reference diesel fuel. In addition, the engine performance and combustion parameters were also investigated to analysis the effect on engine stability. The experimental results show that the longer ignition delay and higher peak of cylinder pressure of ABE20 are unaffected to the engine stability, as presenting the value of coefficient of variation (COV) similar to diesel and lower than the acceptable limit for the internal combustion engines.
Keywords
เครื่องยนต์ดีเซล; อะซิโตน-บิวทานอล-เอทานอล; เสถียรภาพของเครื่องยนต์; ความแปรผันของวัฏจักร
Diesel Engines; Acetone-Butanol-Ethanol; Engine Stability; Cyclic Variation
[1] J.B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals. NY, USA: McGraw-Hill Inc, 1988.
[2] J. Shi, T. Wang, Z. Zhao, Z. Wu, and Z. Zhang, Cycle-to-cycle Variation of a Diesel Engine Fueled with Fischer-Tropsch Fuel Synthesized from Coal, Applied Sciences, 2019, 9(10), 2032.
[3] P. Kyrtatos, C. Brückner, and K. Boulouchos, Cycle-to-cycle variations in diesel engines, Applied Energy, 2016, 171, 120–132.
[4] C.D. Rakopoulos, E.G. Giakoumis, and D.C. Rakopoulos, Study of the Short-Term Cylinder Wall Temperature Oscillations During Transient Operation of a Turbocharged Diesel Engine with Various Insulation Schemes, The International Journal of Engine Research, 2008, 9(3), 177–193.
[5] D. P. Sczomak and N. A. Henein Cycle-to-Cycle Variation with Low Ignition Quality Fuels in a CFR Diesel Engine, SAE Technical Paper, 1979, No. 790924.
[6] https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2014/IRENA_REmap_summary_findings_2014.pdf (Accessed on 21 August 2020)
[7] S. Kumar, J.H. Cho, J. Park, and I. Moon, Advances in Diesel-Alcohol Blends and Their Effects on the Performance and Emissions of Diesel Engines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 22, 46-72.
[8] C. Jin, M. Yao, H. Liu, C.F.F. Lee, and J. Ji, Progress in the Production and Application of n-Butanol as a Biofuel, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15(8), 4080–4106.
[9] B.R. Kumar, S. Saravanan, D. Rana, and A. Nagendran A Comparative Analysis on Combustion and Emissions of Some Next Generation Higher-Alcohol / Diesel Blends in a Direct-Injection Diesel Engine, Energy Conversion and Management, 2016, 119, 246-256.
[10] H. Wu, K. Nithyanandan, T.H. Lee, C.F. Lee, and C. Zhang Spray and Combustion Characteristics of Neat Acetone-Butanol-Ethanol, n -Butanol, and Diesel in a Constant Volume Chamber, Energy & Fuels, 2014, 28(10), 6380–6391.
[11] M. Lapuerta, R. García-Contreras, J. Campos-Fernández, and M.P. Dorado, Stability, Lubricity, Viscosity, and Cold-Flow Properties of Alcohol-Diesel Blends, Energy and Fuels, 2010, 24(8), 4497–4502.
[12] Z. Chen, Z. Wu, J. Liu, and C. Lee, Combustion and Emissions Characteristics of High n-Butanol/Diesel Ratio Blend in a Heavy-Duty Diesel Engine and EGR Impact, Energy Conversion and Management, 2014, 78, 787-795.
[13] H. Liu, X. Bi, M. Huo, C.F.F. Lee, and M. Yao, Soot Emissions of Various Oxygenated Biofuels in Conventional Diesel Combustion and Low-Temperature Combustion Conditions, Energy and Fuels, 2012, 6(3), 1900–1911.
[14] A. Irimescu, L. Marchitto, S.S. Merola, C. Tornatore, and G. Valentino Combustion Process Investigations in an Optically Accessible DISI Engine Fuelled with n-Butanol During Part Load Operation, Renewable Energy, 2015, 77, 363–376.
[15] G. Valentino, S. Merola, L. Marchitto, and C. Tornatore, Butanol-Diesel Blend Spray Combustion Investigation by UV-Visible Flame Emission in a Prototype Single Cylinder Compression Ignition Engine, SAE International Journal of Engines, 2015, 8(5), 2015-24–2435.
[16] K. Karimi, M. Tabatabaei, I. S. Horváth, and R. Kumar, Recent Trends in Acetone, Butanol, and Ethanol (ABE) Production, Biofuel Research Journal, 2015, 8, 301–308.
[17] C. Xue, X.Q. Zhao, C.G. Liu, L.J. Chen, and F.W. Bai, Prospective and Development of Butanol as an Advanced Biofuel, Biotechnology Advances, 2013, 31(8), 1575-1584.
[18] T. Sarchami, G. Munch, E. Johnson, S. Kießlich, and L. Rehmann, A Review of Process-Design Challenges for Industrial Fermentation of Butanol from Crude Glycerol by Non-Biphasic Clostridium pasteurianum, Fermentation, 2016, 2(4), 13.
[19] H. Wu, K. Nithyanandan, N. Zhou, T.H. Lee, C.F.F. Lee, and C. Zhang, Impacts of Acetone on the Spray Combustion of Acetone-Butanol-Ethanol (ABE)-Diesel Blends Under Low Ambient Temperature, Fuel, 2015, 142, 109–116.
[20] H. Wu, K. Nithyanandan, J. Zhang, Y. Lin, T.H. Lee, C.F. Lee and C. Zhang, Impacts of Acetone-Butanol-Ethanol (ABE) Ratio on Spray and Combustion Characteristics of ABE-Diesel Blends, Applied Energy, 2015, 149, 367–378.
[21] O. Nilaphai, C. Hespel, S. Chanchaona, and C. Mounaïm-Rousselle, Spray and Combustion Characterizations of ABE/Dodecane Blend in Comparison to Alcohol/Dodecane Blends at High-Pressure and High-Temperature Conditions, Fuel, 2018, 225, 542–553.
[22] Y.C. Chang, W.J. Lee, S.L. Lin, and L.C. Wang, Green energy: Water-Containing Acetone-Butanol-Ethanol Diesel Blends Fueled in Diesel Engines, Applied Energy, 2013, 109, 182–191.
[23] T.H. Lee, Y. Lin, X. Meng, Y. Li, and K. Nithyanandan, Combustion Characteristics of Acetone, Butanol, and Ethanol (ABE) Blended with Diesel in a Compression-Ignition Engine, SAE Technical Papers, 2016, No. 2016-01-0884.
[24] I. Veza, M.F.M. Said, and Z.A. Latiff, Progress of Acetone-Butanol-Ethanol (ABE) as Biofuel in Gasoline and Diesel Engine: A Review, Fuel Processing Technology, 2019, 196, 106179.
[25] Y. Lin, T. Lee, K. Nithyanandan, J. Zhang, Y. Li, and C.F. Lee, Experimental Investigation and Analysis of Combustion Process in a Diesel Engine Fueled with Acetone-Butanol-Ethanol/ Diesel Blends, in SAE Technical Papers, 2016, No. 2016-01-0737.
[26] T. Lee, Y. Lin, H. Wu, L. Meng, A. Hansen, and C.F. Lee, Characterization Spray and Combustion Processes of Acetone-Butanol-Ethanol (ABE) in a Constant Volume Chamber, SAE Technical Papers, 2015, No. 2015-04-14.
[27] KUBOTA Technical Education Center, Maintenance Manual for KUBOTA RTseries. Thailand: Siam Kubota Industry Co., LTD., 2009.
[28] A.K. Agarwal, D.K. Srivastava, A. Dhar, R.K. Maurya, P.C. Shukla, and A.P. Singh, Effect of Fuel Injection Timing and Pressure on Combustion, Emissions and Performance Characteristics of a Single Cylinder Diesel Engine, Fuel, 2013, 111, 374–383.
[29] A. Jamrozik, W. Tutak, R. Gnatowska, and Ł. Nowak, Comparative Analysis of the Combustion Stability of Diesel-Methanol and Diesel-Ethanol in a Dual Fuel Engine, Energies, 2019, 12(6), 971.
Refbacks
- There are currently no refbacks.
