بررسی تجربی عملکرد موتور و انتشار آلاینده‌ها در یک موتور احتراق تراکمی با به‌کارگیری ترکیب سوخت گاز طبیعی فشرده و دیزل

ماشین های کشاورزی

مقاله 6، دوره 13، شماره 1 - شماره پیاپی 27، فروردین 1402، صفحه 67-83   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی لاتین

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2023.79199.1127

نویسندگان

یاسر نیکنام¹؛ داود محمدزمانی^{* 2}؛ محمد غلامی پرشکوهی²

¹دانشجوی دکتری، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تاکستان، تاکستان، ایران

²گروه مهندسی بیوسیستم، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تاکستان، تاکستان، ایران

چکیده

این مطالعه اثرات سوخت گاز طبیعی فشرده را بر روی یک موتور احتراق تراکمی چهار سیلندر ارائه می‌کند. گاز طبیعی فشرده به‌عنوان سوخت اصلی و سوخت دیزل به‌عنوان آتش‌زنه برای بررسی عملکرد موتور و انتشار گازهای گلخانه‌ای در یک موتور دوگانه‌سوز به‌کار گرفته شد. با توجه به سرعت دورانی و بار موتور، مقدار سوخت دیزل به‌عنوان آتش‌زنه با استفاده از تغییرات مکانیکی در ناظم تنظیم شد، در حالی‌که از هیچ سامانه جرقه‌زنی الکترونیکی استفاده نشد. آزمون‌های تجربی موتور در سرعت‌های دورانی 1200، 1400، 1600، 1800 و 2000 دور در دقیقه با استفاده از سوخت دیزل و دوگانه‌سوز انجام شد. این داده‌ها در مرکز تحقیقات موتور شرکت موتورسازان تبریز جمع‌آوری و آزمون‌ها در سه بار تکرار انجام شد. بیشینه گشتاور موتور در حالت دیزل 360 نیوتن‌متر در سرعت دورانی 1400 دور در دقیقه بود. در مقایسه با حالت دیزل، حالت دوگانه‌سوز بیشینه گشتاور را به میزان 334 نیوتن‌متر در 1600 دور در دقیقه نشان داد که حدود 26 نیوتن‌متر کمتر از گشتاور به‌دست آمده از حالت دیزل بود. با در نظر گرفتن آنالیز آلاینده‌ها در سرعت مشخصه 2000 دور در دقیقه، مشاهده شد که میزان انتشار NO_X ،HC ،CO₂ و CO در حالت دوگانه‌سوز به‌ترتیب 20، 53، 16 و 86 درصد بیش از سوخت دیزل بوده است. با این حال، O₂ و دوده بیشترین کاهش را در 2000 دور در دقیقه برای حالت دوگانه‌سوز به‌ترتیب 51 و 69 درصد نشان دادند. این مطالعه نشان داد که هنگامی که تزریق سوخت دیزل به‌عنوان آتش‌زنه به‌صورت مکانیکی انجام می‌شود، افزایش قابل‌توجهی در انتشار گازهای خروجی وجود دارد. در این راستا، کنترل مقدار و زمان تزریق احتمالا می‌تواند به کنترل بهتر انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کند. بنابراین، پژوهش‌های بیشتر در مورد اصلاح سامانه تزریق دیزل به‌عنوان آتش‌زن یا سامانه تزریق CNG به‌منظور کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای مورد نیاز است.

کلیدواژه‌ها

آلاینده‌ها؛ توان؛ سوخت دیزل؛ گاز طبیعی فشرده؛ موتور احتراق تراکمی

مراجع

1. Ahmadipour, S., Aghkhani, M. H., & Zareei, J. (2021). The Effect of Compression Ratio and Alternative Fuels on the Performance of Turbocharged Diesel Engine by GT-POWER Software. Journal of Agricultural Machinery, 11(2), 199-212. https://doi.org/10.22067/jam.v11i2.71613.
2. Assasi, A., Mirzaei, M., & Khoshbakhti Saray, R. (2017). Nonlinear Control of Air path in a Turbocharged Diesel Engine Using Optimization, Modares Mechanical Engineering, 17(6), 168-178. (in Persian).
3. Azizi, S. E., Mahdaloui, M., & Hassani, F. (2013). Investigation of new technologies and reduction of pollutants from motor vehicles. 1^st national conference on air pollution, monitoring, effects and control measures in Iran. Islamic Azad University. (in Persian).
4. Bayat, Y., & Ghazikhani, M. (2020). Experimental investigation of compressed natural gas using in an indirect injection diesel engine at different conditions. Journal of Cleaner Production, 271. 20 October. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122450
5. Chala, G. T., Aziz, A. A. R., & Hagos, F. Y. (2018). Natural Gas Engine Technologies: Challenges and Energy Sustainability Issue. Energies, 11(11), https://doi.org/10.3390/en11112934
6. Cheenkachorn, K., Poompipatpong, C., & Ho, C. G. (2013) Performance and emissions of a heavy-duty diesel engine fuelled with diesel and LNG (liquid natural gas). Energy, 53, 52-57. https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.02.027
7. Karagoz, Y., Sandalc, T., Koylu, O., Dalkilicx, A. S., & Wongwises, S. (2016). Effect of the use of natural gas–diesel fuel mixture on performance, emissions, and combustion characteristics of a compression ignition engine. Advances in Mechanical Engineering, 8(4), 1-13. https://doi.org/10.1177/1687814016643228
8. Kurczynski, D., Lagowski, P., & Pukalskas, S. (2019). Nitrogen oxides concentrations and heat release characteristics of the Perkins 1104D-E44TA dual-fuel engine running with natural gas and diesel. The Archives of Automotive Engineering–Archiwum Motoryzacji, 84, 2. https://doi.org/10.14669/AM.VOL84.ART9
9. Mirfattah, S. M. (2010). Development policies of gas transportation in other countries. Journal of Economic Issues and Policies, (11&12), 43-60. (in Persian).
10. Mohammadi Koosha, A., Piroozpanah, V., Khoshbakht Sarai, R., & Salsbili, M. (2008). Experimental study of the effect of EGR temperature on combustion process, performance and pollution of dual combustion engines at partial loads. Journal of Technical College, 35(2).
11. Piroozpanah, V., & Abbas Alizadeh, M. (1998). Reduction of OM-355 diesel engine pollutants, Master Thesis, Faculty of Engineering, University of Tabriz.
12. Sabahi, B., Bahrami, H., Sheikhdavoodi, M. J., Safieddin Ardebili, S. M., & Houshyar, E. (2022). Effect of Gaseous Fuels and Coolant Temperature on Performance and Combustion Characteristics of a Low-Speed Single Cylinder Diesel Engine. Journal of Agricultural Machinery, 12(3), 351-366. https://doi.org/10.22067/jam.2021.68089.1007
13. Sajedian, S. Y., Mohammadzamani, D., & Ranjbar, I. (2014). Design and construction of injection mechanism in injection pump for CNG fuel system on diesel engine. Master Thesis. Islamic Azad University of Takestan. (in Persian).
14. Saravanan, P., Kumar, N. M., Ettappan, M., Dhanagopal, R., & Vishnupriyan, J. (2020). Effect of exhaust gas re-circulation on performance, emission and combustion characteristics of ethanol-fueled diesel engine. Case Studies in Thermal Engineering, 20, 1006-1016. https://doi.org/10.1016/j.csite.2020.100643
15. Shadidi, B., Haji Agha Alizade, H., Najafi, G., Moosavian, A., & Khazaee, M. (2020). Investigation of performance and exhaust emission of diesel engine in different ratios of lambda coefficient using diesel-ethanol fuel blends. Journal of Engine Research, 60(3), 19-28 (in Persian).
16. Sontag, R. E., Borgnakke, C., & Van Wylen, G. J. (2015). Fundamentals of Thermodynamics. 5^th
17. Yousefi, A., Birouk, & Guo, M. (2017). An experimental and numerical study of the effect of diesel injection timing on natural gas/diesel dual-fuel combustion at low load. Fuel, 203, 642-657. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.05.009
18. Yuvenda, D., Sudarmanta, B., Wahjudi, A., & Muraza, O. (2020). Improved combustion performances and lowered emissions of CNG-diesel dual fuel engine under low load by optimizing CNG injection parameters. Fuel, 269. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117202
19. Zhouab, H., Li, X., & Lee, C. F. (2019). Investigation on soot emissions from diesel-CNG dual-fuel. International Journal of Hydrogen Energy, 44(18), 9438-9449. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.02.012