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Aug 20, 2023

Impatto del funzionamento del motore in modalità di accensione per compressione controllata da reattività (RCCI) in un motore diesel alimentato con miscela B20 di biodiesel di oli da cucina esausti

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4798 (2023) Citare questo articolo

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Lo scopo di questo studio è condurre una valutazione sperimentale dell'impatto dell'RCCI (accensione per compressione regolata dalla reattività) sulle prestazioni, sulle emissioni e sulla combustione di un motore CRDI. Viene generata una miscela di carburante (20% biodiesel, 80% diesel e un catalizzatore NaOH). La combinazione prodotta viene valutata in termini di attributi utilizzando gli standard stabiliti dall'American Society for Testing and Materials (ASTM). La ricerca sul motore ha incluso tre tipi distinti di iniezioni: 10% Pen RCCI, 20% Pen RCCI e 30% Pen RCCI. L'aumento della pressione di iniezione aumenta l'efficienza termica del freno, spesso nota come BTE. Le emissioni di NOx sono aumentate come conseguenza delle pressioni di iniezione più elevate e del miglioramento della combustione. Tuttavia, quando si aumenta la velocità di iniezione, il consumo specifico di carburante (SFC) diminuisce. Le emissioni di CO2 e di idrocarburi, nonché i valori di opacità dei fumi, aumentavano all'aumentare della carica. La miscela risultante può essere utilizzata in un motore ad accensione spontanea con accensione premiscelata per migliorare le prestazioni complessive del motore nonché le caratteristiche di combustione.

Il settore dei trasporti è responsabile di una quota significativa del consumo energetico e delle emissioni di gas serra a livello mondiale1. Di conseguenza, il raggiungimento di un’elevata efficienza energetica attraverso il rigoroso rispetto dei requisiti sulle emissioni dovrebbe essere al centro di qualsiasi piano volto a garantire una crescita economica stabile, responsabile dal punto di vista ambientale e socialmente equa2. La domanda di petrolio grezzo si sta espandendo rapidamente a causa dell’espansione economica mondiale. L’uso casuale di diverse fonti di combustibile ha portato ad un aumento del numero di persone che soffrono di problemi respiratori, così come ad un aumento dell’esaurimento dei combustibili fossili, e così via. Questi fattori hanno aperto la strada all'uso di fonti energetiche alternative[3,4,5,].Secondo le simulazioni numeriche, l'aumento della temperatura di lavoro della cella elettrochimica diminuisce la variazione di tensione dell'unità e riduce il consumo di energia del sistema del 19%6. I motori diesel attraggono i ricercatori grazie al loro elevato CR e all'eccellente efficienza del carburante7,8. Indipendentemente da ciò, è stato dimostrato che i motori diesel generano più particolato e ossidi di azoto9. A causa delle sue emissioni ridotte e della migliore efficienza, l’accensione per compressione di carica premiscelata, o PCCI, ha suscitato preoccupazioni negli ultimi anni. Utilizzando una miscelazione più avanzata di carburante e aria prima dell'accensione, il particolato può essere ridotto quando si utilizza la modalità di combustione PCCI10. Le emissioni di NOx sono state ridotte grazie all'uso di una miscela più snella di carburante e aria insieme a un tasso di ricircolo dei gas di scarico (EGR) migliorato. Di conseguenza, la temperatura di combustione è stata ridotta. Poiché il carburante diesel è più infiammabile ma meno volatile della benzina, ci sono alcuni ostacoli da superare nella modalità di combustione PCCI. Queste sfide includono la produzione di una miscela omogenea, la gestione dell'accensione, la funzionalità limitata e un grave impatto sulle pareti della camera di combustione11. È stato stabilito che l'aumento della percentuale di volume delle particelle migliora la capacità termica e la viscosità del fluido, tuttavia l'andamento delle fluttuazioni della capacità termica dipende dai fluidi convenzionali12.

Recentemente è stata inventata la modalità di combustione RCCI, una tecnica praticabile e di combustione pulita. Per affrontare le sfide associate alla modalità di combustione PCCI, questo sistema utilizza due tipi unici di combustibili con qualità fisiche diverse, nonché un'iniezione separata. La frase "gradiente di reattività" si riferisce all'altro tipo di reattività, che potrebbe essere globale o locale13. Sia i diversi tipi di combustibile che la quantità di combustibile iniettata nella camera di combustione vengono utilizzati per controllare la reattività globale. Il gradiente di reattività è distinto dall'approccio dell'iniezione di carburante, che include rispettivamente l'iniezione anticipata e tardiva di carburanti ad alto e basso numero di ottano. Di conseguenza, la modalità di combustione RCCI potrebbe variare a seconda del metodo di iniezione del carburante e della velocità di iniezione14,15. Nel collettore di aspirazione è stata utilizzata benzina con un numero di ottano più elevato, mentre nella camera di combustione è stato utilizzato carburante con un numero di cetano più elevato. Ciò è stato fatto per organizzare la reattività del combustibile in una struttura separata, che ha dato come risultato una combustione stratificata16. Utilizzando poliossimetilene dimetil eteri (PODE) come combustibile ad alta reattività (HRF) in combinazione con metanolo come combustibile a bassa reattività (LRF) per la combustione RCCI, Duraisamy et al.17 hanno ridotto notevolmente la durata del processo di combustione e il tempo di ritardo . Pan et al.18 hanno scoperto che all'aumentare della proporzione della combustione premiscelata, l'IMEP per la combustione RCCI iso-butanolo-diesel e benzina-diesel aumentava in modo significativo. I motori RCCI isobutanolo e diesel hanno mostrato un IMEP maggiore quando entrambi i carburanti erano premiscelati equamente rispetto al motore RCCI benzina-diesel. Yang et al.19 hanno osservato che i tempi di iniezione di benzina e metanolo hanno avuto un'influenza sul processo di combustione nel loro studio sul motore RCCI. Era possibile migliorare le prestazioni regolando il precedente tempo di iniezione del diesel e il successivo tempo di iniezione del metano. Wang et al.20 hanno riferito che l'aumento della presa d'aria e la diminuzione dell'EGR hanno migliorato l'efficienza termica di un motore PODE RCCI a benzina. Diluizione dell'aria per mantenere costante la pressione di aspirazione e miglioramento dell'efficienza termica. Zheng et al.21 hanno dimostrato che carichi bassi e medi hanno ridotto la produzione di calore RCCI (HRR). L'aumento del rapporto n-butanolo del motore ne ha ridotto l'efficienza termica. Charitha et al.22 hanno scoperto che l'aggiunta dell'estere metilico dell'olio di cotone riduce le emissioni di NOx. Le emissioni di HC aumentavano quando la quantità di estere metilico dell’olio di cotone era bassa, ma diminuivano quando era maggiore. Isik et al.23 hanno scoperto che un motore RCCI alimentato a etanolo con B50 HRF produceva una pressione di picco più elevata rispetto al motore di controllo. Le curve HRR del motore RCCI alimentato a etanolo salivano in tutte le direzioni. Thiyagarajan et al.24 hanno dimostrato che l'n-pentanolo aumenta il BTE rispetto al metanolo. La modalità a doppia alimentazione consuma meno del biodiesel ma più del diesel in termini di energia specifica di frenata (BSEC). Secondo Radheshyam et al.25, il tempo di ritardo aumenta con il tasso di EGR e il contenuto di pentanolo. Sotto carichi bassi, l'1-pentanolo ha ridotto la pressione della bombola mentre l'ha aumentata sotto carichi elevati.