Подогрев солярки своими руками: Качественный подогреватель дизельного топлива своими руками – важные направления

Есть электрический предварительный нагрев топлива вообще разрешен?

Это возможность эксплуатации моего автомобиля на прямом растительном масле (SVO / PPO / WVO) после установка Diesel-Therm?

границ | Оценка гидроочищенного растительного масла (HVO) и влияние на выбросы дизельного двигателя легкового автомобиля

Введение

Растущий спрос на ископаемое топливо, рост цен на сырую нефть и необходимость сокращения выбросов парниковых газов привели к значительным усилиям по развитию альтернативных источников энергии.Биотопливо привлекло большое внимание в последнее десятилетие как возобновляемое, биоразлагаемое и нетоксичное топливо. Европейское постановление 2009 года (директива 2009/28 / EC) ввело новые цели для членов Европейского Союза. В частности, каждое государство-член должно обеспечить, чтобы доля энергии из возобновляемых источников во всех видах транспорта в 2020 году составляла не менее 10% от общего потребления энергии. Поскольку внедрение других возобновляемых источников энергии на автомобильном транспорте довольно сложно осуществить в краткосрочной перспективе без перехода на альтернативные силовые агрегаты (например,g., гибриды, топливные элементы и т. д.), ожидается, что цель, поставленная в новом постановлении, будет достигнута в основном за счет широкого использования биотоплива (Rakopoulos et al., 2006; Kousoulidou et al., 2012). В настоящее время наиболее широко используемыми видами биотоплива первого поколения являются FAME, чаще называемое биодизелем, и биоэтанол. Биодизель является наиболее широко используемым биотопливом в Европе, так как на него приходится 79,7% общего потребления биотоплива (EurObserv’ER, 2015). Хотя выхлопные газы дизельных двигателей канцерогены, на дорогах Европы по-прежнему преобладают дизельные автомобили из-за прошлых решений в пользу этой технологии.Поскольку уступки, данные Парламентом ЕС, позволяют производителям автомобилей заблаговременно до 2020 года снизить официальные выбросы дизельного топлива NO _x , это доминирование не ожидается в краткосрочной перспективе (Hooftman et al., 2018). Таким образом, ожидается, что биодизель продолжит играть решающую роль на европейском рынке биотоплива.

Биодизель можно производить из различных типов сырых растительных масел энергетических культур, отработанных масел для жарки или животных жиров с использованием традиционной технологии переэтерификации.Он обладает многими преимуществами, такими как более высокое цетановое число, хорошая смазывающая способность, более высокая температура вспышки и отсутствие серы или ароматических соединений (Kousoulidou et al., 2009). С другой стороны, он имеет ряд последствий для окружающей среды и качества воздуха в городах. Во-первых, было замечено, что использование FAME в дизельных двигателях малой мощности и транспортных средствах увеличивает выбросы NO _x как в установившихся, так и в переходных рабочих условиях (Джордж и др., 2007; Ракопулос и др., 2008; Фонтарас и др. ., 2009; Kousoulidou et al., 2010, 2012; Giakoumis et al., 2012). В том же направлении потребление топлива также увеличилось из-за более низкого содержания энергии FAME (Armas et al., 2013). Однако было обнаружено, что использование биодизеля в дизельных двигателях приводит к значительному сокращению твердых частиц (ТЧ) (Graboski and McCormick, 1998), окиси углерода (CO) и несгоревших углеводородов (HC) (Karavalakis et al., 2009; Giakoumis et al., 2012). Что касается работы двигателя, биодизельное топливо связано с ухудшением работоспособности двигателя в холодном состоянии из-за его более высокой вязкости и относительно высоких значений CP и CFPP, что может повлиять на характеристики впрыска и характеристики холодного запуска.Несмотря на ряд преимуществ, биодизельное топливо не оправдало ожиданий в отношении экологически чистого и экологически чистого заменителя обычного дизельного топлива. Высокая стоимость сырья и конкуренция с пищевыми продуктами, низкая стабильность при хранении и окислении, низкая теплотворная способность, низкая работоспособность при низких температурах и более высокие выбросы NO _x — вот некоторые из недостатков, которые делают это топливо менее конкурентоспособным (Soo-Young, 2014).

В результате было разработано биотопливо второго поколения, которое преодолевает ограничения, присущие его аналогам первого поколения.Они производятся с использованием новых инновационных процессов и более широкого диапазона источников сырья. Перспективными видами биотоплива второго поколения для дизельных двигателей являются диметиловый эфир (DME), парафиновые дизельные двигатели, такие как дизельное топливо Фишера-Тропша (FT), а также гидроочищенные растительные или отработанные кулинарные масла (HVO или HWCO) (Kousoulidou et al., 2014). Диметиловый эфир представляет собой газообразное соединение при комнатной температуре, поэтому для него требуются новые методы хранения, новые системы подачи топлива и модификации двигателя (Semelsberger et al., 2006). Дизельное топливо Фишера-Тропша — это высококачественное и чистое парафиновое топливо, которое можно производить из угля, природного газа или биомассы с помощью синтетических процессов Фишера-Тропша, при этом никаких модификаций двигателя не требуется.По энергосодержанию, плотности, вязкости и температуре вспышки он похож на ископаемое дизельное топливо; однако он характеризуется более высоким цетановым числом и почти нулевым содержанием серы и ароматических веществ (Huang et al., 2008; Bezergianni and Dimitriadis, 2013). Согласно открытой литературе, несколько экспериментов показали, что дизель FT на двигателях малой и большой мощности обычно снижает выбросы выхлопных газов. Например, Alleman и McCormick (2003) обнаружили, что использование дизельного топлива FT в двигателе малой мощности приводит к значительному сокращению всех регулируемых выбросов.Кроме того, Хуанг и др. (2008) сообщили, что выбросы CO, HC, NO _x и дыма от немодифицированного дизельного двигателя, работающего на дизельном топливе FT, были ниже по сравнению с выбросами при работе на обычном дизельном топливе. В заключение отметим, что существенным недостатком является то, что стоимость производства дизельного топлива FT из сырья биомассы недостаточно конкурентоспособна с ценами на обычное дизельное топливо для коммерческого производства (Happonen et al., 2012).

Гидроочищенное растительное масло (HVO) — это парафиновое жидкое топливо на биологической основе, получаемое из многих видов растительных масел, таких как рапсовое, подсолнечное, соевое и пальмовое масло, а также из животных жиров (Aatola et al., 2008). Его можно использовать в обычных дизельных двигателях, чистых или смешанных с ископаемым дизельным топливом (нефтедизель). Хотя это в значительной степени не доказано, HVO заменяет бензин напрямую или смешивается с ним в любой пропорции, без модификации двигателей CI (Soo-Young, 2014). Как уже упоминалось в отношении биодизеля, растительное сырье конкурирует с производством пищевых продуктов. Поэтому альтернативным непищевым маслам, таким как масло ятрофы и водорослей, а также отработанным кулинарным маслам в ближайшем будущем будет уделяться больше внимания, чтобы они могли заменить значительную часть дизельного топлива на основе ископаемых (Kousoulidou et al., 2014).

Каталитическая гидрообработка растительных масел, животных жиров или отработанных кулинарных масел использовалась в качестве процесса, альтернативного переэтерификации для производства биотоплива. Для получения HVO триглицерид сырья гидрируется на первой стадии и разбивается на различные промежуточные соединения, в основном моноглицериды, диглицериды и карбоновые кислоты. Затем эти промежуточные продукты превращаются в алканы тремя разными путями: (i) гидрированием, (ii) гидродезоксигенированием (HDO) и гидродекарбоксилированием (HDC) (Soo-Young, 2014).Конверсия, которая происходит в этих трех реакциях, создает углеводороды, подобные существующим компонентам дизельного топлива (Mikkonen et al., 2012). Эта технология представляет собой современный способ производства высококачественного дизельного топлива на биологической основе без ущерба для логистики топлива, двигателей или устройств последующей обработки выхлопных газов.

HVO (или HWCO) представляют собой парафиновые углеводороды с прямой цепью с химической структурой C _n H _{2n + 2} , не содержащие серы и ароматических углеводородов (Aatola et al., 2008). Эти виды топлива обладают хорошей стабильностью при хранении и низкой растворимостью в воде, в то время как их цетановое число очень высокое.Хотя цетановое число считается показателем качества дизельного топлива, большая разница между цетановым числом обычного дизельного топлива и HVO потребует некоторых корректировок в системе управления двигателем, чтобы компенсировать воспламенение топлива на более ранней стадии цикла. Смазывающая способность очень низкая из-за отсутствия соединений серы (и кислорода) в топливе, поэтому для защиты системы впрыска требуется смазочная присадка (как в обычном дизельном топливе) (Mikkonen et al., 2012). Кроме того, теплотворная способность HVO на единицу массы выше из-за более высокого содержания водорода.Плотность ниже из-за парафиновой природы и более низкой конечной точки кипения. Что касается свойств текучести на холоде, таких как точка помутнения (CP) и точка закупоривания холодного фильтра (CFPP), они также могут отличаться от свойств дизельного топлива, в зависимости от исходного сырья и условий реакции, которые могут привести к определенному выходу триглицеридов. (Шимачек и др., 2010). Холодные свойства этих видов топлива также можно регулировать в соответствии с местными требованиями, регулируя интенсивность процесса или дополнительную обработку (например,g., изомеризация; Линдфорс, 2010). Примечательно, что топливные свойства HVO аналогичны свойствам дизельного топлива газ-жидкость (GTL) и биомасса-жидкость (BTL), полученного синтезом FT (Kuronen et al., 2007; Aatola et al. , 2008). В любом случае, хорошие топливные свойства HVO или парафинового синтетического топлива необходимы для их жизнеспособного будущего, потому что требования к топливу, установленные законодательством и стандартами на топливо, становятся более строгими из-за новых правил в отношении выбросов выхлопных газов, экономии топлива и бортового топлива. диагностика.

Большинство исследований, доступных в открытой литературе, показали, что парафиновые синтетические топлива или HVO обычно приводят к снижению выбросов выхлопных газов и хорошим характеристикам двигателя. Сообщается о значительном сокращении выбросов NO _x , PM, CO и HC при использовании HVO в двигателях большой мощности (Rantanen et al., 2005; Kuronen et al., 2007; Aatola et al., 2008). Уменьшение выбросов CO, HC и PM зависело от доли HVO в смеси. Однако следует отметить, что не удалось определить какие-либо четкие тенденции в выбросах NO _x легковых автомобилей, оборудованных системой рециркуляции отработавших газов.Китано и др. (2005) сообщил о снижении выбросов выхлопных газов современных дизельных двигателей, использующих топливо GTL. Наблюдалось значительное влияние на выбросы PM, HC и CO из двигателя, но незначительное влияние на выбросы NO _x . Murtonen и Aakko-Saksa (2009) сообщили о результатах выбросов биодизеля, HVO, дизельного топлива FT (GTL) и бензина в трех двигателях и пяти городских автобусах. В большинстве случаев все регулируемые выбросы, такие как NO _x , PM, CO и HC, уменьшились при использовании топлива HVO и GTL по сравнению с бензином, хотя также наблюдалось увеличение NO _x .По данным Mikkonen et al. (2012), где испытания на выбросы выхлопных газов были проведены на 32 грузовиках и автобусах или их двигателях, а также на нескольких легковых автомобилях на испытательных стендах транспортных средств и двигателей, было отмечено значительное снижение массы твердых частиц, выбросов оксида углерода (CO) и углеводородов (HC). . Также важно, что выбросы NO _x скорее уменьшились или не изменились. Су-Янг (2014) обнаружил, что использование HVO позволяет значительно снизить выбросы NO _x , PM, HC и CO без каких-либо изменений в двигателе или его контроле в двигателях большой мощности.Однако влияние HVO на выбросы NO _x не было столь очевидным из-за различных стратегий EGR. Китано и др. (2005) заметили, что для автомобилей малой грузоподъемности влияние GTL на NO _x и результаты PM различаются для разных автомобилей. Один автомобиль с системой рециркуляции отработавших газов привел к низким выбросам ТЧ, но небольшой недостаток выбросов NO _x для GTL, который, как считается, был связан с более низкой скоростью рециркуляции отработавших газов. Другой автомобиль, оптимизированный для низкого уровня выбросов NO _x , продемонстрировал значительное сокращение выбросов GTL, но низкие показатели выбросов ТЧ.Использование таких видов топлива приводит к изменению выбросов выхлопных газов двигателей малой мощности, где кажется, что фактическое влияние смеси GTL-дизель во многом зависит от режима работы (Kitano et al., 2005). Различные условия эксплуатации двигателя могут привести к противоположным выводам относительно влияния на NO _x , ТЧ и выбросы дыма (Armas et al., 2013; Happonen et al., 2013). Это замечание всегда следует учитывать при сравнении воздействия топлива HVO на тяжелые и легкие двигатели.

В целом, большинство исследований изучали HVO на двигателях большой мощности; в результате данных о двигателях малой грузоподъемности малых легковых автомобилей недостаточно. Другое наблюдение заключается в том, что в большинстве случаев, если не во всех, HVO исследуется в установившемся режиме работы двигателя / транспортного средства, и в результате отсутствует информация о переходных условиях, которые наблюдаются в течение большей части срока службы легковой автомобиль. Кроме того, HVO исследуется в существующих двигателях только путем замены топлива.Поскольку HVO представляет собой парафиновое топливо с различными свойствами, из-за его природы настройки двигателя по умолчанию не оптимальны для его сгорания. Ожидается, что при тщательном взаимодействии настроек двигателя, вероятно, можно будет добиться лучших выбросов выхлопных газов. Пока что существует ограниченная информация о влиянии таких видов топлива на выбросы, и ясно, что это следует тщательно изучить, поскольку ожидается, что в ближайшем будущем спрос на гидроочищенное топливо будет расти.

Принимая во внимание все вышесказанное, авторы экспериментально исследовали влияние HVO на выбросы выхлопных газов легкового дизельного двигателя, оборудованного системой Common Rail и системой рециркуляции выхлопных газов (EGR).В первой части исследования влияние HVO в установившемся режиме было изучено на всей рабочей карте двигателя. Во второй части изучалось влияние HVO во время ездового цикла (NEDC). Наконец, в третьей части были исследованы различные положения клапана рециркуляции ОГ и регулировка времени основного впрыска (MIT) в выбранных установившихся рабочих точках. Было показано, что при тщательном взаимодействии, в основном, MIT, может быть достигнут лучший компромисс между сажей и выбросами NO _x .Целью было, во-первых, оценить влияние HVO на регулируемые выбросы, а во-вторых, получить некоторые первые указания о том, как перекалибровать дизельный двигатель малой мощности, чтобы получить все преимущества свойств HVO.

Методология

Свойства топлива

В данной работе были исследованы два вида топлива. В качестве эталонного топлива использовалось коммерческое дизельное топливо с заправочной станции в Греции, а в качестве парафинового гидрогенизированного биотоплива было выбрано HVO 2-го поколения. Дизельное топливо эталонного рынка соответствует спецификациям EN590 (Автомобильное топливо — дизельное топливо — требования и методы испытаний, 2009 г.) как стандартное топливо с низким содержанием серы, обычно содержащее 7% об.СЛАВА. Топливо HVO представляет собой парафиновое биотопливо 2-го поколения ^{-го поколения, полученное путем двухступенчатой ​​гидроочистки растительного масла и соответствующее стандарту EN 15940 для парафинового дизельного топлива. Топливо HVO было поставлено Neste Corporation в Финляндии под торговой маркой NEXBTL (Neste Corporation). Свойства Market Diesel и HVO представлены в таблице 1.}

Таблица 1 . Свойства HVO (NEXBTL) по сравнению с рыночным дизелем.

HVO — это парафиновое топливо с легкими углеводородами, поэтому его плотность ниже, чем у рыночного дизельного топлива.Из-за более низкой плотности HVO характеризуется более низкой объемной теплотворной способностью по сравнению с рыночным дизельным топливом. С другой стороны, HVO имеет более высокую теплотворную способность на единицу массы по сравнению с рыночным дизельным топливом из-за более высокого отношения H / C. Поскольку HVO не содержит кислорода, его устойчивость к окислению выше, чем у рыночного дизельного топлива, что обеспечивает очень хорошие характеристики при хранении. Это топливо полностью парафиновое, поэтому содержание ароматических углеводородов и серы ниже определяемого предела. Наконец, высокое цетановое число делает его очень хорошим компонентом для смешивания с обычным дизельным топливом для увеличения цетанового числа или для производства дизельного топлива высшего качества.

Настройка и управление двигателем

Экспериментальная работа проводилась в Лаборатории прикладной термодинамики (LAT) Университета Аристотеля в Салониках, Греция. Испытания проводились на дизельном двигателе с турбонаддувом стандарта Евро 5, который используется в легковых автомобилях. Основные технические характеристики двигателя представлены в таблице 2. Двигатель встроен в полностью автоматизированный испытательный стенд и соединен с вихретоковым динамометром, который подходит как для установившихся, так и для переходных испытаний.Эта установка отличается превосходной стабильностью управления скоростью и крутящим моментом, что позволяет точно регулировать требуемые условия работы двигателя. Управление испытательным стендом и запись данных осуществляется программным обеспечением AVL Puma.

Таблица 2 . Технические характеристики тестового двигателя.

Измерения, выполненные на текущих работах, включали расход топлива и регулируемые выбросы загрязняющих веществ. Параметры работы двигателя записывались с ЭБУ.Частота вращения и крутящий момент двигателя измерялись динамометром с очень высокой точностью. Что касается расхода топлива, использовался расходомер топлива AVL 735S, который также измеряет плотность топлива. Последнее измерение важно при испытании альтернативных видов топлива, плотность которых может значительно отличаться от плотности обычного дизельного топлива. Регулируемые выбросы загрязняющих веществ, рассматриваемые в этой статье, измеренные на выхлопе двигателя до любого устройства для последующей обработки, включали оксид углерода (CO), диоксид углерода (CO ₂ ), общее количество углеводородов (HC), оксиды азота (NO _x ). , и сажа.Концентрация газовых компонентов в выхлопном потоке измерялась с помощью AVL AMA i60. В конкретном анализаторе используются стандартные методы обнаружения газа, а именно недисперсионное инфракрасное поглощение для CO и CO ₂ , пламенная ионизация для HC и хемилюминесценция для NO _x . Выбросы сажи измерялись датчиком сажи AVL Micro. В таблице 3 приведены сведения об оборудовании, используемом во время конкретных испытаний, и приведена точность измерения каждого устройства.

Таблица 3 .Измерительное оборудование, используемое в экспериментах.

Протокол эксперимента

Сначала двигатель был протестирован с обоими видами топлива (рыночным дизельным и HVO) во всем рабочем диапазоне, чтобы проанализировать карты выбросов для обоих видов топлива. Измерения проводились в термостабилизированных установившихся рабочих точках. Двигатель изначально запускался на товарном дизельном топливе и прогревался в течение 30 мин. Затем были проведены замеры на товарном дизельном топливе во всех рабочих точках. Если было достигнуто стабильное сгорание (подтвержденное измерением температуры выхлопных газов), нагрузка была изменена на следующую точку подряд.В каждой рабочей точке двигатель работал в течение 15 минут, прежде чем были произведены измерения характеристик двигателя и выбросов выхлопных газов. После измерения рыночного дизельного топлива такая же процедура была применена и для измерения топлива HVO. Точные рабочие точки, в которых проводились измерения, представлены на Рисунке 1, а время пилотного и основного впрыска дизельного топлива для всех рабочих точек представлено в Таблице 6 в Приложении. На втором этапе исследования Новый европейский ездовой цикл (NEDC) был испытан с обоими видами топлива, и выбросы загрязняющих веществ были измерены как при холодном, так и при горячем пуске двигателя.На рисунке 2 представлен профиль скорости и крутящего момента NEDC. Хотя этот цикл был заменен WLTP в процедуре утверждения типа, его все же можно использовать для сравнительных оценок топлива.

Рисунок 1 . Установившиеся рабочие точки испытаний двигателя.

Рисунок 2 . Профиль скорости и крутящего момента во время нового европейского ездового цикла (NEDC).

На третьем этапе исследования было исследовано влияние различных настроек времени основного впрыска (MIT) и EGR.Как уже обсуждалось в предыдущем разделе, топливо HVO характеризуется другими свойствами по сравнению с рыночным дизельным топливом, имеет более высокое цетановое число, более высокую теплотворную способность (на единицу массы), не содержит кислорода и серы и не содержит ароматических углеводородов. Очевидно, что сгорание HVO будет отличаться от сгорания рыночного дизельного топлива, что напрямую влияет на выбросы двигателя. Однако современные двигатели оптимизированы для обычного дизельного топлива, что ограничивает доступные данные для работы на HVO. По этой причине была предпринята попытка изучить влияние EGR и MIT на характеристики двигателя и выбросы, чтобы получить полное преимущество свойств топлива HVO.

Время основного впрыска (MIT) и эффекты рециркуляции отработавших газов были исследованы в двух установившихся точках (1500 об / мин / 70 Нм и 2000 об / мин / 70 Нм). Были исследованы три стратегии MIT, то есть при настройках по умолчанию, при 5 ° CA в опережающем режиме и при 5 ° CA при задержке, как представлено в таблицах 4, 5, в то время как все другие рабочие параметры двигателя оставались постоянными. Что касается влияния системы рециркуляции отработавших газов, были исследованы три различных параметра: настройка по умолчанию, более высокая скорость рециркуляции отработавших газов и более низкая скорость рециркуляции отработавших газов, при этом все остальные рабочие настройки оставались постоянными.Скорость рециркуляции отработавших газов определялась количественно с помощью данных положения клапана рециркуляции ОГ. В таблицах 4, 5 представлены изученные показатели EGR. Наконец, в каждой рабочей точке частота вращения и крутящий момент двигателя оставались постоянными, независимо от изменения параметров, за счет соответствующей регулировки подачи топлива. Таким образом, также оценивалось влияние каждого параметра на эффективность двигателя.

Таблица 4 . Протокол испытаний модифицированных EGR и MIT при 1500 об / мин и 70 Нм.

Таблица 5 .Протокол испытаний модифицированных EGR и MIT при 2000 об / мин и 70 Нм.

Результаты и обсуждение

Условия устойчивого состояния

В этом разделе были изучены 40 установившихся рабочих точек с рыночным дизельным двигателем и HVO. Относительное изменение измеренных выбросов (NO _x , сажа, CO ₂ , CO и HC), а также объемного и массового расхода топлива испытательного двигателя наблюдалось между двумя видами топлива. Однако следует отметить, что во время работы параметры двигателя (такие как время впрыска, EGR и т. Д.) не были привязаны к постоянным значениям. В результате при замене топлива с рыночного дизеля на HVO некоторые параметры двигателя также изменились. На следующих рисунках (рисунки 3– 7 ) представлено процентное изменение исследуемых параметров; положительные значения означают увеличение соответствующего параметра с использованием HVO, а отрицательные значения относятся к уменьшению.

Рисунок 3 . Процентное изменение объемного расхода топлива (слева), массового расхода топлива (справа).

На рис. 3 представлено процентное изменение объемного (левая диаграмма) и массового (правая диаграмма) расхода топлива двигателем при использовании HVO по сравнению с рыночным дизельным топливом. При HVO во всех рабочих точках наблюдается увеличение объемного расхода топлива в пределах от 2 до 8%. Это связано с более низкой плотностью HVO на 6% по сравнению с рыночным дизельным топливом, что также подтверждается предыдущими исследованиями (Erkkila et al., 2011). С другой стороны, более высокая массовая теплотворная способность HVO приводит к снижению массового расхода топлива на 2–4%.

Оксид азота (NO _x ) и выбросы сажи являются основными загрязнителями дизельных двигателей. На рисунке 4 показано влияние HVO на выбросы NO _x (левая диаграмма). Как видно на рисунке 4, влияние HVO на выбросы NO _x непостоянно. Следует пояснить, что во время измерений в четырех рабочих точках положение клапана рециркуляции ОГ не было постоянным, а изменялось с изменением топлива, соответственно влияющим на выбросы NO _x . % Изменения EGR представлены в Таблице 7 Приложения.В частности, при 2000 об / мин / 100 Нм, 2000 об / мин / 140 Нм, 2500 об / мин / 140 Нм и при 3000 об / мин / 140 Нм изменения EGR составили до 35%, однако во всех других рабочих точках изменения EGR были меньше 5%. Кроме того, при 3500 об / мин и 3800 об / мин положение клапана рециркуляции ОГ было 0% для обоих видов топлива. В результате влияние топлива HVO на выбросы NO _x сопоставимо для двух видов топлива на всей карте двигателя, за исключением четырех рабочих точек, которые были описаны выше. Чтобы исключить эффект рециркуляции отработавших газов, в программном обеспечении AVL Boost (2011) была разработана модель двигателя для точек вращения двигателя 2000 об / мин / 140 Нм и 2500 об / мин / 140 Нм.Результаты показали небольшое снижение выбросов NO _x (1,5%) с топливом HVO для этих двух точек. Согласно рисунку 4, при нагрузках ниже 100 Нм, когда положение клапана рециркуляции ОГ было постоянным и одинаковым для обоих видов топлива, на низких оборотах двигателя HVO снижает выбросы NO _x на 5-10%, однако на более высоких оборотах двигателя (от От 3000 до 3800 об / мин, где EGR составляла 0% для обоих видов топлива), HVO приводит к увеличению выбросов NO _x на 5–10%. Что касается полной нагрузки, то на низких и высоких оборотах двигателя HVO имеет более низкие выбросы NO _x .Помимо EGR, на образование NO _x влияет ряд противоречивых эффектов. С одной стороны, отсутствие кислорода и ароматических соединений в HVO (таблица 1) предотвращает образование NO _x , поскольку ароматические соединения имеют более высокую адиабатическую температуру пламени, что приводит к более высоким температурам местного горения (Glaude et al., 2010). С другой стороны, очень высокое цетановое число HVO (таблица 1) может способствовать образованию NO _x , так как это приводит к уменьшению задержки воспламенения, а это означает, что начало горения смещается раньше (задолго до верхней мертвой точки). , что приводит к более раннему повышению давления и температуры.В целом, нельзя сделать четкий вывод о влиянии HVO на выбросы NO _x , поскольку наблюдается смешанный эффект: в некоторых рабочих точках HVO дает более низкие выбросы NO _x , а в некоторых других — выше. Это предмет дальнейшей работы нынешней исследовательской группы, сочетающей экспериментальный и имитационный подходы.

Рисунок 4 . Изменение выбросов NO _x в процентах.

Аналогичные результаты представлены в открытой литературе, где не наблюдалось заметного снижения выбросов NO _x для двигателей малой мощности при работе на топливе HVO.Rantanen et al. (2005) после тестирования выбросов выхлопных газов трех автомобилей, работающих на топливе HVO, пришли к выводу, что, хотя выбросы углеводородов и сажи были уменьшены, не наблюдалось четкого снижения выбросов NO _x . О таких же результатах сообщили Sugiyama et al. (2011), которые упомянули, что HVO может снизить выбросы УВ и сажи из-за высокого цетанового числа и нулевого содержания ароматических веществ, но выбросы NO _x были аналогичны выбросам рыночного дизельного топлива. Pflaum et al. (2010), после проведения испытаний двигателей и транспортных средств с HVO, не заметили заметного снижения выбросов NO _x .

С другой стороны, испытания, проведенные на двигателях большой мощности, показали, что выбросы NO _x в некоторых случаях могут быть ниже при использовании топлива HVO. Aatola et al. (2008) после тестирования топлива HVO в тяжелом двигателе с общей топливной магистралью с турбонаддувом без системы рециркуляции ОГ, наблюдалось снижение выбросов NO _x . Аналогичные результаты были получены Hajbabaei et al. (2012) в двух тяжелых двигателях, а также Makinen et al. (2011), которые исследовали 300 городских автобусов с HVO и отметили снижение выбросов NO _x в среднем на 10%.Такие результаты показывают, что в двигателях большой мощности положительный эффект HVO в отношении выбросов NO _x может быть более заметным.

Влияние HVO на выбросы сажи представлено на рисунке 5. Очевидно, что это биотопливо 2-го поколения приводит к значительному сокращению выбросов сажи во всем рабочем диапазоне двигателя до 75%, что согласуется с результатами предыдущих исследований ( Murtonen et al., 2009; Sugiyama et al., 2011). Причина в том, что HVO является исключительно парафиновым топливом с более высоким соотношением H / C, без ароматических углеводородов, серы и других минеральных примесей, ответственных за образование сажи (Rimkus et al., 2015).

Рисунок 5 . Изменение в процентах выбросов сажи.

Как правило, выбросы CO и HC в дизельных двигателях низкие (Heywood, 1988). На рисунке 6 показано влияние HVO на выбросы CO (левая диаграмма) и HC (правая диаграмма) двигателя во всем рабочем диапазоне двигателя. Согласно рисунку 6, выбросы CO ниже для HVO до 35%. Из-за более низкой задержки воспламенения HVO время сгорания больше способствует процессу окисления выбросов CO.Такая же тенденция наблюдается и для выбросов УВ, которые снижаются на 20–40% с применением HVO. Несгоревшие углеводороды возникают по разным причинам, включая гашение пламени, чрезмерное перемешивание и недосмешивание (Heywood, 1988). HVO характеризуется очень высоким цетановым числом (Таблица 1), что значительно снижает задержку воспламенения, ограничивая эффект чрезмерного перемешивания. Более того, более низкая плотность и более низкая вязкость HVO ускоряют образование смеси, уменьшая также задержку воспламенения. Pflaum et al. (2010), обнаружили, что сокращение выбросов CO и HC может быть достигнуто до 50% с помощью HVO по сравнению с обычным дизельным топливом.Аналогичные результаты наблюдались также Kousoulidou et al. (2014) в маломощном дизельном двигателе, работающем на топливе HVO.

Рисунок 6 . Изменение выбросов CO (слева) и HC (справа) в процентах.

На рисунке 7 показано влияние HVO на выбросы CO ₂ , где наблюдается небольшое сокращение до 6% с HVO. Эти результаты согласуются с выводами Kuronen et al. (2007), Муртонен и др. (2009) и Rantanen et al. (2005). Выбросы CO ₂ представляют собой расход топлива скважины, который уменьшается (в массовом выражении) с HVO, как уже обсуждалось на Рисунке 3.Кроме того, более низкое содержание углерода в HVO (приводящее к более высокому отношению H / C), как показано в Таблице 1, в результате более легких углеводородных соединений HVO по сравнению с обычным дизельным топливом, дополнительно способствует снижению выбросов CO ₂ .

Рисунок 7 . Изменение выбросов CO ₂ в процентах.

Рабочий цикл движения — NEDC

В этой части текущего экспериментального исследования было изучено влияние топлива HVO на характеристики выбросов дизельного двигателя во время Нового европейского ездового цикла (NEDC).Динамика совокупной массы выбросов NO _x , сажи, CO, HC и CO ₂ , а также расход топлива показаны на Рисунке 8 для работы с горячим пуском и на Рисунке 9 для работы с холодным пуском. Результаты представлены в виде совокупной массы вместо мгновенных значений концентрации, чтобы лучше различать различия между двумя видами топлива.

Рисунок 8 . Изменение совокупной массы NO _x , сажи, HC, CO, CO ₂ выбросов и расхода топлива во время горячего запуска NEDC для рыночного дизельного топлива и HVO.

Рисунок 9 . Изменение совокупной массы NO _X , сажи, HC, CO, CO ₂ выбросов и расхода топлива во время холодного пуска NEDC для рыночного дизельного топлива и HVO.

Согласно рисункам 8, 9, HVO приводит к снижению совокупных выбросов CO ₂ во время NEDC. Более конкретно, во время горячего NEDC общие выбросы CO ₂ для HVO составляли 1146 г, а для рыночного дизельного топлива — 1194 г, а во время холодного NEDC — 1237 и 1291 г соответственно.Выбросы CO ₂ могут использоваться в качестве первого показателя расхода топлива (и, тем самым, для теплового КПД моторного тормоза, учитывая также теплотворную способность топлива), хотя прямое сравнение может быть выполнено только для топлива с таким же углеродом. содержание, соотношение H / C и не содержащий кислорода. Более низкие выбросы CO ₂ для топлива HVO можно объяснить более низким соотношением C / H на 24% по сравнению с рыночным дизельным топливом (Таблица 1). Это связано с тем, что HVO состоит в основном из парафинов в диапазоне от n-C15 до n-C18, в то время как рыночное дизельное топливо состоит из углеводородов в диапазоне от C9 до C30.

Расход топлива — еще один важный фактор для производителей автомобилей. На рисунках 8, 9 представлена ​​динамика кумулятивного массового расхода топлива для рыночного дизельного топлива и HVO во время горячего и холодного NEDC, соответственно. Наблюдается снижение массового расхода топлива с HVO, что связано с его более высокой теплотворной способностью. В частности, на горячем и холодном NEDC расход топлива для HVO был на 3 и 5% соответственно ниже по сравнению с рыночным дизельным топливом. Более низкий массовый расход топлива с HVO также является одной из причин более низких выбросов CO ₂ , которые наблюдались во время измерений NEDC выше.Эти результаты также согласуются с результатами работы в установившемся режиме, проанализированной в предыдущем разделе.

Что касается выбросов CO и HC, наблюдаются сильные различия между двумя видами топлива как для горячего, так и для холодного NEDC. Когда двигатель работал с HVO, совокупная масса CO по NEDC была уменьшена на 33% для операции горячего запуска и 48% для операции холодного запуска. Для выбросов углеводородов соответствующее сокращение составило 25% для горячего запуска и 47% для холодного запуска по сравнению с рыночным дизельным двигателем.Эти результаты согласуются с результатами Aatola et al. (2008), Куронен и др. (2007) и Kousoulidou et al. (2014), которые также сообщили о сокращении выбросов CO и HC в дизельном двигателе при работе на парафиновом топливе.

Влияние топлива HVO на выбросы NO _x во время NEDC также показано на рисунках 8, 9 для горячего и холодного запуска соответственно. Здесь необходимо упомянуть, что стратегия EGR во время NEDC оставалась одинаковой для обоих видов топлива. Видно, что существует небольшое увеличение HVO как при горячем, так и при холодном пуске.Это увеличение составляет 3% для горячего запуска и 6% для холодного запуска. Однако, согласно обзору Gill et al. (2011), охватывая как легкие, так и тяжелые двигатели и транспортные средства, было обнаружено, что выбросы NO _x во многих случаях демонстрируют тенденцию к снижению с парафиновым топливом. С другой стороны, согласно Mizushima et al. (2012), более высокое отношение H / C парафинового топлива по сравнению с рыночным дизельным топливом вызывает повышение температуры пламени, что приводит к более высоким выбросам NO _x .В любом случае образование NO _x , которое в первую очередь определяется местной температурой в цилиндре, доступностью кислорода и временем пребывания газа внутри критического температурного окна (Heywood, 1988), зависит от множества параметров, таких как впрыск и стратегия рециркуляции отработавших газов, свойства топлива и характеристики распыления. В результате конечная концентрация NO _x представляет собой тонкий баланс между всеми этими факторами, и, вероятно, поэтому четкая тенденция еще не установлена ​​для дизельных двигателей малой мощности и автомобилей, работающих на парафиновом топливе (Rantanen et al., 2005; Kousoulidou et al., 2014).

Другая тенденция наблюдается для выбросов сажи, которые значительно снижаются с применением HVO. В случае горячего NEDC совокупные выбросы сажи снижаются с 394 мг для рыночного дизельного топлива до 120 мг для топлива HVO, в то время как в случае холодного NEDC соответствующее сокращение составляет с 505 мг для рыночного дизельного топлива до 143 мг для HVO. Как уже упоминалось, HVO — это парафиновое топливо с более короткой молекулярной цепью и более высоким соотношением H / C, с почти нулевым содержанием ароматических, серных и других минеральных примесей, которые усиливают образование PM, факторов, которые способствуют снижению выбросов сажи (Rimkus et al. al., 2015).

Наконец, средний тепловой КПД по NEDC для обоих видов топлива представлен на Рисунке 10. Результаты показывают, что во время обоих циклов средний тепловой КПД получает аналогичные значения, 27 и 30% для холодного и горячего NEDC, соответственно. По данным Duckhan et al. (2014), HVO демонстрирует немного более высокую энергоэффективность, что объясняется почти нулевым содержанием кислорода, в то время как согласно Aatola et al. (2008), HVO демонстрирует аналогичный или немного более высокий термический КПД, вероятно, из-за более высокого цетанового числа и, следовательно, более короткой задержки воспламенения.

Рисунок 10 . Средняя тепловая эффективность обоих видов топлива для холодного и горячего NEDC.

Эффект EGR и MIT

В следующих параграфах представлено влияние рециркуляции выхлопных газов (EGR) и времени основного впрыска (MIT) на выбросы дизельного двигателя, работающего на топливе HVO и рыночном дизельном топливе. Все результаты представлены для двух установившихся рабочих точек: при 1500 об / мин / 70 Нм и при 2000 об / мин / 70 Нм.

Эффект EGR

Эффект EGR (рециркуляция выхлопных газов) весьма значителен, и его влияние на выбросы двигателя широко изучено.В двигателях внутреннего сгорания система рециркуляции отработавших газов является средством сокращения выбросов NO _x . В этом разделе было исследовано влияние системы рециркуляции отработавших газов на характеристики выбросов, чтобы исследовать потенциал топлива HVO для дальнейшего сокращения выбросов. С этой целью были проверены две установившиеся рабочие точки при 1500 об / мин 70 Нм и при 2000 об / мин / 70 Нм для обоих видов топлива, при этом проверялись три положения клапана рециркуляции ОГ (таблицы 4, 5).

В целом система рециркуляции отработавших газов напрямую влияет на поле температуры в цилиндрах и, следовательно, представляет собой меру по снижению выбросов без адаптации системы впрыска.Результаты всех регулируемых выбросов для различных настроек системы рециркуляции отработавших газов для двух рабочих точек показаны на рисунках 11, 12 соответственно. Выбросы NO _x благоприятны из-за (а) высокой температуры в цилиндре, (б) наличия кислорода и (в) времени пребывания при высоких температурах. Роль системы рециркуляции отработавших газов заключается в рециркуляции части выхлопных газов в камере сгорания, снижая как температуру сгорания, так и доступность кислорода. Для рассматриваемых здесь рабочих точек HVO представляет аналогичные выбросы NO _x по сравнению с рыночным дизельным топливом (рисунки 11, 12).Как и ожидалось, увеличение EGR приводит к снижению выбросов NO _x для обоих видов топлива. Из рисунков 11, 12 видно, что скорость рециркуляции отработавших газов немного отличается для двух видов топлива во всех трех рассмотренных случаях. В таблицах 4, 5 представлены абсолютные значения положения клапана рециркуляции ОГ в каждом случае для обоих видов топлива. Факторами, способствующими снижению выбросов NO _x с топливом HVO, является нулевое содержание кислорода и ароматических веществ в топливе по сравнению с рыночным дизельным топливом.

Рисунок 11 .Влияние положения клапана системы рециркуляции ОГ на выбросы и расход топлива для HVO и рыночного дизельного топлива при 1500 об / мин и 70 Нм.

Рисунок 12 . Влияние положения клапана системы рециркуляции ОГ на выбросы и расход топлива для HVO и рыночного дизельного топлива при 2000 об / мин и 70 Нм.

Что касается выбросов сажи, увеличение EGR приводит к увеличению выбросов для обоих видов топлива. Как показано на рисунках 11, 12, топливо HVO дает более низкие выбросы сажи во всех случаях скорости рециркуляции отработавших газов по сравнению с рыночным дизельным топливом из-за его парафиновой природы и нулевого содержания ароматических веществ.Несмотря на то, что при более высокой скорости рециркуляции выхлопных газов HVO демонстрирует более низкие выбросы сажи по сравнению с рыночным дизельным топливом, они все же выше по сравнению с таковыми для рыночного дизельного топлива при настройке рециркуляции отработавших газов по умолчанию.

Влияние EGR на компромисс между сажей и выбросами NO _x для обоих видов топлива показано на рисунках 13, 14 для двух рассмотренных здесь рабочих точек. Серая область — это целевая область, где как NO _x , так и выбросы сажи ниже по сравнению с рыночным дизельным топливом с настройкой EGR по умолчанию для двигателя.Можно заметить, что HVO производит меньше сажи и выбросов NO _x по сравнению с рыночным дизельным топливом при настройке EGR по умолчанию. Согласно фиг. 13, 14 увеличение количества рециркуляции отработавших газов дополнительно снижает выбросы NO _x , однако наблюдаются более высокие выбросы сажи. Таким образом, можно сделать вывод, что путем изменения только скорости EGR лучший компромисс между NO _x и выбросами сажи не может быть достигнут с топливом HVO.

Рисунок 13 . Влияние EGR на компромисс между NO _x и выбросами сажи (1500 об / мин / 70 Нм).

Рисунок 14 . Влияние EGR на компромисс между выбросами NOx и сажей (2000 об / мин / 70 Нм).

Аналогичный профиль с выбросами сажи также соответствует выбросам HC и CO. В целом выбросы углеводородов для дизельных двигателей низкие; однако использование HVO снижает их еще больше по сравнению с рыночным дизельным топливом при настройке EGR по умолчанию. Влияние скорости рециркуляции отработавших газов для обоих видов топлива на выбросы углеводородов и CO показано на рисунках 11, 12. При более высокой скорости рециркуляции отработавших газов увеличивается неоднородность смеси, что приводит к более высоким выбросам углеводородов, а также за счет продолжительной задержки зажигания.Однако в случае топлива HVO при более высоком уровне EGR выбросы углеводородов остаются на более низком уровне по сравнению с рыночным дизельным топливом при норме EGR по умолчанию. Это указывает на то, что HVO обеспечивает гибкость для увеличения скорости EGR без штрафов за выбросы углеводородов. С другой стороны, выбросы CO значительно выше при увеличении EGR для обоих видов топлива.

Кроме того, влияние EGR на выбросы CO ₂ и расход топлива также показано на рисунках 11, 12. Сравнивая два вида топлива, легко заметить, что HVO и рыночное дизельное топливо по умолчанию имеют почти одинаковые выбросы CO ₂ . Скорость EGR.Кроме того, увеличение скорости рециркуляции отработавших газов приводит к более высоким выбросам CO ₂ с аналогичными тенденциями для обоих видов топлива. Что касается массового расхода топлива, то свойство топлива, которое имеет наибольшее влияние, — это теплотворная способность (на единицу массы), которая выше для HVO, что приводит к несколько меньшему расходу топлива. На рисунках 11, 12 также представлена ​​синхронизация основного впрыска двигателя для различных скоростей рециркуляции выхлопных газов в целях сравнения; очевидно, что MIT оставался неизменным на протяжении всех этих испытаний, не влияя на характеристики двигателя и выбросы.

Наконец, на рисунках 15, 16 показано влияние рециркуляции отработавших газов на тепловой КПД обоих видов топлива. Замечено, что HVO демонстрирует немного более высокий тепловой КПД во всех случаях EGR по сравнению с рыночным дизельным топливом, что согласуется с результатами других исследований (Aatola et al., 2008; Duckhan et al., 2014). Причина в более высоком цетановом числе и нулевом содержании кислорода в топливе HVO, что приводит к более высокому термическому КПД в текущих рабочих точках (1500 об / мин / 70 Нм и 2000 об / мин / 70 Нм).Однако это не общий вывод, а характеризует только текущие рабочие точки. Что касается эффекта рециркуляции отработавших газов, рисунки 15, 16 показывают, что энергоэффективность немного снизилась с увеличением рециркуляции отработавших газов для обоих видов топлива, что ожидается, поскольку для процесса сгорания доступно меньше свежего воздуха (Duckhan et al., 2014).

Рисунок 15 . Влияние системы рециркуляции отработавших газов на тепловой КПД обоих видов топлива (1500 об / мин / 70 Нм).

Рисунок 16 .Влияние системы рециркуляции отработавших газов на термический КПД обоих видов топлива (2000 об / мин / 70 Нм).

MIT Effect

Были исследованы три различных момента времени основного впрыска (MIT), включая настройку по умолчанию, 5 ° CA с опережением и 5 ° с задержкой для обоих видов топлива, при одинаковых рабочих точках 1500 об / мин / 70 Нм и 2000 об / мин / 70 Нм. На рисунках 17, 18 показано влияние MIT на выбросы NO _x , сажи, CO ₂ , CO и HC, а также на массовый расход топлива (отрицательные значения соответствуют времени до ВМТ).На рисунках 19, 20 представлен компромисс между NO _x и выбросами сажи при различных настройках MIT.

Рисунок 17 . Влияние MIT на выбросы и расход топлива для HVO и Market Diesel при 1500 об / мин и 70 Нм.

Рисунок 18 . Влияние MIT на выбросы и расход топлива для HVO и Market Diesel при 2000 об / мин и 70 Нм.

Рисунок 19 . Влияние MIT на компромисс между NO _x и выбросами сажи (1500 об / мин / 70 Нм).

Рисунок 20 . Влияние MIT на компромисс между NO _x и выбросами сажи (2000 об / мин / 70 Нм).

В целом, усовершенствованный MIT приводит к более раннему началу сгорания, что приводит к более высокому давлению и температуре сгорания, которые способствуют образованию NO _x независимо от топлива. Изменение MIT оказывает очень похожее влияние на оба вида топлива, как показано на рисунках 17, 18, где не видно четкой разницы между рыночным дизельным топливом и топливом HVO при 1500 об / мин (рисунок 17).С другой стороны, значительная разница наблюдается при 2000 об / мин (рис. 18) с HVO, чтобы представить более низкие выбросы NO _x во всех случаях.

Что касается выбросов сажи, аналогичные тенденции наблюдаются для обоих видов топлива, однако абсолютная концентрация сажи для HVO намного ниже во всех настройках MIT. Основные причины этого наблюдения уже анализировались в предыдущих разделах. Наиболее интересные результаты представлены на рисунках 19, 20, где показан компромисс между NO _x и выбросами сажи при различных MIT для обоих видов топлива.Серая область представляет собой целевую область, в которой выбросы сажи и NO _x ниже по сравнению с рыночным дизельным топливом при настройке двигателя по умолчанию MIT. Можно заметить, что в случае HVO с задержкой MIT, хотя выбросы сажи увеличиваются, они все еще остаются на более низком уровне по сравнению с рыночным дизельным двигателем при настройке MIT по умолчанию. Это указывает на то, что замедление MIT с использованием топлива HVO может быть подходящей стратегией для одновременного снижения NO _x и выбросов сажи.

Влияние MIT на выбросы HC и CO также представлено на рисунках 17, 18.Замечено, что при продвижении MIT тенденции выбросов углеводородов одинаковы для обоих видов топлива. В случае замедленного MIT выбросы углеводородов были значительно увеличены для рыночного дизельного топлива, в то время как они получили лишь немного более высокие значения для HVO. В любом случае топливо HVO обеспечивает более низкие выбросы углеводородов во всех настройках MIT по сравнению с рыночным дизельным топливом. Что касается концентрации CO, то опять же аналогичные тенденции наблюдаются для обоих видов топлива, при этом топливо HVO дает более низкие выбросы CO во всех настройках MIT.

Кроме того, влияние MIT на выбросы CO ₂ и расход топлива также показано на рисунках 17, 18.Как и ожидалось, когда MIT является усовершенствованным, расход топлива уменьшается для обоих видов топлива, поскольку в процессе сгорания создается более высокое давление. В случае HVO расход топлива остается ниже во всех настройках MIT по сравнению с рыночным дизельным топливом из-за его более высокой теплотворной способности на единицу массы. Что касается выбросов CO ₂ , опять же в случае HVO, они остаются на более низком уровне для всех настроек MIT, по сравнению с рыночным дизельным топливом, из-за более низкого содержания углерода в HVO-топливе, а также из-за более низкой массы: исходя из расхода топлива.

На основании выводов этого раздела показано, что HVO предлагает потенциал для одновременного снижения NO _x и выбросов сажи путем соответствующего изменения времени впрыска. Конечно, это первое указание, и нынешняя исследовательская группа проводит дальнейшие исследования.

Наконец, на рисунках 21, 22 представлено влияние стратегии MIT на термический КПД обоих видов топлива. Как уже обсуждалось ранее, HVO обеспечивает более высокий тепловой КПД в текущих рабочих точках.Как и ожидалось, термический КПД увеличивается с расширенным MIT и уменьшается с замедленным MIT. Усовершенствованная синхронизация впрыска приводит к более высоким давлениям и температурам в цилиндрах, в то время как противоположный эффект наблюдается при замедлении времени впрыска.

Рисунок 21 . Влияние MIT на термический КПД обоих видов топлива (1500 об / мин / 70 Нм).

Рисунок 22 . Влияние MIT на тепловой КПД обоих видов топлива (2000 об / мин / 70 Нм).

Резюме и выводы

В настоящей работе было исследовано не содержащее кислорода биотопливо (HVO) парафиновой природы и проведено сравнение с рыночным дизельным топливом в легком двигателе с общей топливной магистралью Euro 5.Были оценены выбросы выхлопных газов в установившемся режиме работы и во время NEDC. Кроме того, было исследовано влияние системы рециркуляции отработавших газов и времени основного впрыска (MIT) на выбросы выхлопных газов при стабильной работе с обоими тестируемыми видами топлива. Использование топлива HVO позволяет значительно снизить выбросы сажи, HC и CO без каких-либо изменений в системе управления двигателем. Однако влияние топлива HVO на выбросы NO _x не ясно.

Результаты показали, что замедление времени впрыска может быть хорошим вариантом для одновременного снижения выбросов NO _x и сажи с топливом HVO, поскольку штраф за образование сажи ограничен.Фактически, выбросы сажи с топливом HVO при замедленном времени впрыска остаются ниже, чем соответствующие значения с рыночным дизельным двигателем при настройке MIT по умолчанию, в то время как другие выбросы также получают более низкие значения по сравнению с рыночным дизелем. Конечно, необходимо также учитывать штраф за расход топлива, который, однако, ниже для топлива HVO. Похоже, это не относится к EGR, которая, как было установлено, влияет на выбросы одинаковым образом для обоих видов топлива, с меньшим штрафом для топлива HVO при увеличенной скорости EGR, в то время как сокращение NO _x не привело к заметному разница между двумя видами топлива.Тем не менее, необходимо провести дополнительные исследования, чтобы сделать общие выводы о влиянии EGR и стратегии впрыска.

Взносы авторов

ADimit работал над обработкой данных и подготовил текст статьи. ИН проработал основную часть обработки экспериментальных данных. А.Димар внес критический пересмотр экспериментальных результатов и текста статьи. DK отвечал за экспериментальную деятельность. З.С. полностью руководил работой и рецензировал документ.SB рассмотрел статью. KL предоставила топливо для HVO и проверила документ.

Финансирование

Авторы хотели бы выразить признательность за поддержку этой работы в рамках проекта «Развитие центра передового опыта исследовательской инфраструктуры для экологических характеристик транспортных средств будущего — FuVEP (MIS 5002370)», который реализуется в рамках проекта «Усиление действий в исследовательской и инновационной инфраструктуре», финансируемого Операционная программа «Конкурентоспособность, предпринимательство и инновации» (NSRF 2014–2020), финансируемая совместно Грецией и Европейским союзом (Европейский фонд регионального развития).

Заявление о конфликте интересов

KL работала в компании Neste Oil Corporation.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmech.2018.00007/full#supplementary-material

Сокращения

BSFC, Удельный расход топлива при тормозах; BTL, «биомасса в жидкость»; CFPP, точка засорения холодного фильтра; CP, точка облачности; CI — зажигание от сжатия; CO, оксид углерода; CO ₂ , двуокись углерода; DME, диметиловый эфир; ЭБУ, электронный блок управления; EGR, рециркуляция выхлопных газов; FAME, свободные метиловые эфиры жирных кислот; FT, Фишер-Тропш; GTL, газ-жидкость; УВ, углеводороды; HDC, Гидро-декарбоксилирование; HDO, гидродеоксигенация; HVO, гидроочищенное растительное масло; HWCO, гидроочищенные отходы кулинарного масла; IT, время впрыска; NEDC, Новый европейский ездовой цикл; NO _x , оксиды азота; PM, твердые частицы.

Сноски

Список литературы

Атола, Х., Ларми, М., Сарджоваара, Т., и Микконен, С. (2008). Гидроочищенное растительное масло (HVO) в качестве возобновляемого дизельного топлива: компромисс между NO _x , выбросами твердых частиц и расходом топлива в двигателе для тяжелых условий эксплуатации . Всемирный конгресс SAE. Бумага № 2008-01-2500.

Аллеман, Т. Л., и Маккормик, Р. Л. (2003). Дизельное топливо Фишера-Тропша — Свойства и выбросы выхлопных газов: Обзор литературы .Всемирный конгресс SAE. Бумага № 2003-01-0763.

Армас, О., Гарцва-Контрерас, Р., и Рамос, А. (2013). Влияние альтернативных видов топлива на производительность и выбросы загрязняющих веществ легкового двигателя, испытанного в соответствии с новым европейским ездовым циклом. Прил. Энергия 107, 183–190. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2013.01.064

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Безергианни С., Димитриадис А. (2013). Сравнение различных типов возобновляемого дизельного топлива. Обновить.Выдержать. Energy Rev. 21, 110–116. DOI: 10.1016 / j.rser.2012.12.042

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дукхан К., Сонхван К., Сехун О. и Су-Ён Н. (2014). Характеристики двигателя и характеристики выбросов гидроочищенного растительного масла для легких дизельных двигателей. Топливо 125, 36–43. DOI: 10.1016 / j.fuel.2014.01.089

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эрккила, К., Нюлунд, Н., Халкконе, Т., Тилли, А., Микконен, С., Сайкконен П. и др. (2011). Характеристики выбросов парафинового дизельного топлива HVO в тяжелых транспортных средствах . Документ SAE 2011-01-1966.

Фонтарас, Г., Каравалакис, Г., Кусулиду, М., Цамкиози, Т., Нтзиахристос, Л., Бакеас, Э. и др. (2009). Влияние биодизеля на расход топлива легковых автомобилей, регулируемые и нерегулируемые выбросы загрязняющих веществ в соответствии с законодательными и реальными циклами движения. Топливо 88, 1608–1617. DOI: 10.1016 / j.fuel.2009.02.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Георгий А., Бан-Вайс, Дж. Й., Чен Брюс, А., Бухгольц Роберт, В. Д. (2007). Численное исследование аномального небольшого увеличения NO _x при сжигании биодизеля; новая (старая) теория. Топливный процесс. Technol. 88, 659–667. DOI: 10.1016 / j.fuproc.2007.01.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джиакумис, Э. Г., Ракопулос, К. Д., Димаратос, А. М., и Ракопулос, Д. К. (2012). Выбросы выхлопных газов дизельных двигателей, работающих в переходных режимах со смесями биодизельного топлива. Prog. Энергия сгорания. Sci . 38, 691–715. DOI: 10.1016 / j.pecs.2012.05.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гилл, С. С., Цолакис, А., Дирн, К. Д., и Родригес-Фернандес, Дж. (2011). Характеристики сгорания и выбросы дизельного топлива Фишера-Тропша в двигателях внутреннего сгорания. Progr. Энергия сгорания. Sci . 37, 503–523. DOI: 10.1016 / j.pecs.2010.09.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Glaude, P., Fournet, R., Bounaceur, R., и Мольер, М. (2010). Температура адиабатического пламени от биотоплива и ископаемого топлива и ее влияние на выбросы NO _x . Топливный процесс. Technol. 91, 229–235. DOI: 10.1016 / j.fuproc.2009.10.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Graboski, M. S., and McCormick, R. L. (1998). Сжигание топлива, полученного из жиров и растительных масел, в дизельных двигателях. Prog. Энергия сгорания. Sci . 24, 125–164. DOI: 10.1016 / S0360-1285 (97) 00034-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хайбабаи, М., Джонсон, К. С., Окамото, Р. А., Митчелл, А., Пуллман, М., и Дурбин, Т. Д. (2012). Оценка воздействия биодизеля и биотоплива второго поколения на выбросы NO _x для дизельного топлива CARB. Environ. Sci. Technol. 46, 9163–9173. DOI: 10.1021 / es300739r

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Happonen, M., Heikkila, J., Aakko-Saksa, P., Murtonen, T., Lehto, K., Rostedt, A., et al. (2013). Выбросы дизельных выхлопных газов и гигроскопичность частиц с топливно-кислородной смесью HVO. Топливо 103, 380–386. DOI: 10.1016 / j.fuel.2012.09.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Happonen, M., Heikkilä, J., Murtonen, T., Lehto, K., Sarjovaara, T., Larmi, M., et al. (2012). Снижение выбросов твердых частиц и NO _x за счет корректировки параметров дизельного двигателя с использованием топлива HVO. Environ. Sci. Technol. 46, 6198–6204. DOI: 10.1021 / es300447t

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хейвуд, Дж. Б. (1988). Двигатели внутреннего сгорания. Основы. Нью-Йорк, Нью-Йорк: МакГроу-Хилл.

Хоофтман, Н., Мессаги, М., Ван Мирло, Дж., И Гусманс, Т. (2018). Обзор европейских правил для легковых автомобилей — реальные выбросы от вождения в сравнении с местным качеством воздуха. Обновить. Выдержать. Energy Rev. 86, 1–21. DOI: 10.1016 / j.rser.2018.01.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуанг, Ю., Ван, С., и Чжоу, Л. (2008). Влияние дизельного топлива Фишера-Тропша на сгорание и выбросы дизельного двигателя с прямым впрыском. Перед. Energy Power Eng. Китай 2, 261–267. DOI: 10.1007 / s11708-008-0062-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Каравалакис, Г., Стоурнас, С., и Бакеас, Э. (2009). Влияние смесей дизельное топливо / биодизель на регулируемые и нерегулируемые загрязнители от легкового автомобиля, эксплуатируемого в европейских и афинских ездовых циклах. Атмос. Environ. 43, 1745–175. DOI: 10.1016 / j.atmosenv.2008.12.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Китано, К., Саката, И., и Кларк, Р. (2005). Влияние свойств топлива GTL на сжигание дизельного топлива в дизельном топливе . Всемирный конгресс SAE, документ № 2005-01-3763.

Кусулиду М., Димаратос А., Карвунцис-Контакиотис А. и Самарас З. (2014). Сгорание и выбросы дизельного двигателя с системой Common Rail, работающего на HWCO. J. Energy Eng. 140, 1–9. DOI: 10.1061 / (ASCE) EY.1943-7897.0000154

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кусулиду М., Фонтарас Г., Нциахристос Л., и Самарас, З. (2009). Оценка биодизельных смесей на производительность и выбросы легковых двигателей и транспортных средств Common Rail . Всемирный конгресс SAE 2009. Документ № 2009-01-0692.

Кусулиду М., Фонтарас Г., Нциахристос Л. и Самарас З. (2010). Влияние смеси биодизеля на сгорание и выбросы дизельного топлива в системе Common Rail. Топливо 89, 3442–3449. DOI: 10.1016 / j.fuel.2010.06.034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кусулиду, М., Нциахристос, Л., Фонтарас, Г., Мартини, Г., Дилара, П., и Самарас, З. (2012). Влияние применения биодизеля при различных соотношениях компонентов на легковые автомобили с различными технологиями заправки. Топливо 98, 88–94. DOI: 10.1016 / j.fuel.2012.03.038

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Куронен, М., Микконен, С., Аакко, П., и Мвтонен, Т. (2007). Гидроочищенное растительное масло в качестве топлива для тяжелых дизельных двигателей . Всемирный конгресс SAE, доклад № 2007-01-4031.

Линдфорс, Л. П. (2010). Высококачественное транспортное топливо из возобновляемого сырья . Neste Corporation. XXI Всемирный энергетический конгресс Монреаль, Канада 12–16 сентября.

Макинен, Р., Нюлунд, Н., Эрккила, К., Амберла, А., и Сайконен (2011). Автобусный парк, работающий на возобновляемом парафиновом дизельном топливе . Технический документ SAE 2011-01-1965.

Микконен, С., Хартикка, Т., Куронен, М., и Сайкконен, П. (2012). HVO, Гидроочищенное растительное масло — возобновляемое биотопливо премиум-класса для дизельных двигателей .Собственная публикация Neste.

Мидзусима, Н., Сато, С., Кавано, Д., Сайто, А., и Такада, Ю. (2012). Исследование NO _x Характеристики выбросов при использовании альтернативных видов дизельного топлива на основе биомассы . SAE World Congress 2012, Paper 2012-01-1316.

Муртонен Т., Аакко-Сакса П. (2009). Альтернативные виды топлива для двигателей и транспортных средств большой мощности . Вклад VTTs. Издательство Юлкаисия Утгиваре, Рабочие документы VTT, 128, 109–117.

Google Scholar

Муртонен, Т., Аакко-Сакса, П., Куронен, М., Микконен, С., и Лехторанта, К. (2009). Выбросы тяжелых дизельных двигателей и транспортных средств, использующих топлива FAME, HVO и GTL с и без DOC + POC Дополнительная обработка . Документ SAE 2009-01-2693.

Pflaum, H., Hofmann, P., Geringer, B., and Weissel, W. (2010). Потенциал гидрогенизированного растительного масла (HVO) в современном дизельном двигателе . Документ SAE 2010-32-0081.

Ракопулос, К.Д., Антонопулос, К. А., Ракопулос, Д. К., Хунталас, Д. Т., и Гиакумис, Э. Г. (2006). Сравнительные характеристики и исследование выбросов дизельного двигателя с прямым впрыском, использующего смеси дизельного топлива с растительными маслами или биодизелями различного происхождения. Управление преобразованием энергии. 47, 3272–3287. DOI: 10.1016 / j.enconman.2006.01.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ракопулос, К. Д., Ракопулос, Д. К., Хунталас, Д. Т., Гиакумис, Э. Г., и Андритсакис, Э.С. (2008). Производительность и выбросы двигателя автобуса, использующего смеси дизельного топлива с биодизелем из подсолнечного или хлопкового масла, полученного из греческого сырья. Топливо 87, 147–157. DOI: 10.1016 / j.fuel.2007.04.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рантанен, Л., Линнаила, Р., Аакко, П., и Харью, Т. (2005). NExBTL — Биодизельное топливо второго поколения . Всемирный конгресс SAE, документ № 2005-01-3771.

Римкус, А., Заглинскис, Ю., Рапалис, П., и Skackauskas, P. (2015). Исследование параметров горения, энергии и выбросов дизельного топлива и топливной смеси биомасса-жидкость (BTL) при воспламенении от сжатия. Управление преобразованием энергии. 106, 1109–1117. DOI: 10.1016 / j.enconman.2015.10.047

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Семельсбергер, Т.А., Боруп, Р.Л., и Грин, Х.Л. (2006). Диметиловый эфир (DME) в качестве альтернативного топлива. J. Источники энергии 156, 497–511. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2005.05.082

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шимачек, П., Кубицка, Д., Шебор, Г., и Поспишил, М. (2010). Топливные свойства рапсового масла гидрообработки. Топливо 89, 611–615. DOI: 10.1016 / j.fuel.2009.09.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Су-Янг, Н. (2014). Применение гидроочищенного растительного масла из биомассы на основе триглицеридов в двигателях ХИ — обзор. Топливо 115, 88–96. DOI: 10.1016 / j.fuel.2013.07.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сугияма, К., Гото, И., Котано, К., Моги, К., и Хонканен, М. (2011). Влияние гидроочищенного растительного масла (HVO) как возобновляемого дизельного топлива на сгорание и выбросы выхлопных газов в дизельном двигателе .