Temperature Dependence of Density, Viscosity, Thermal Conductivity and Heat Capacity of Vegetable Oils for Their Use as Biofuel in Internal Combustion Engines

Η αυξανόμενη ζήτηση των ορυκτών καυσίμων, η σταδιακή αύξηση των τιμών τους και η ανάγκη μείωσης των εκπομπών του θερμοκηπίου έχουν οδηγήσει στη διερεύνηση εναλλακτικών πηγών ενέργειας. Τα βιοκαύσιμα έχουν τραβήξει αρκετό ενδιαφέρον τις τελευταίες δεκαετίες γιατί είναι ανανεώσιμα, βιοδιασπώμενα και μη τοξικά. Τα υδρογονωμένα λάδια (HVO), είναι δεύτερης γενιάς βιοκαύσιμα παραφίνικης φύσης και παράγονται από διαφόρων τύπων φυτικά λάδια. Το κύριο αντικείμενο της συγκεκριμένης διατριβής είναι η διερεύνηση της ρύθμισης ενός υπερτροφοδοτούμενου ντίζελ κινητήρα στοχεύοντας τη βελτίωση της απόδοσης, της μείωσης των εκπομπών (soot, NOx και CO2) καθώς και της κατανάλωσης καυσίμου όταν λειτουργεί με HVO. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, θα μπορούσε να επιτευχθεί μείωση των εκπομπών του κινητήρα με το HVO εάν ρυθμιστεί κατάλληλα η λειτουργία του. Για αυτό το λόγο, μελετήθηκαν διάφορες στρατηγικές ρύθμισης του κινητήρα όταν λειτουργεί με HVO. Συγκεκριμένα, εξετάστηκε η επίδραση του χρονισμού έγχυσης (IT) (είτε μόνο της κύριας, είτε μόνο της προ-έγχυσης είτε η ταυτόχρονη ρύθμιση και των δύο), του συστήματος ανακυκλοφορίας καυσαερίων EGR (ψυχρού και θερμού τύπου), της πίεσης έγχυσης και ο συνδυασμός του EGR και του χρονισμού της κύριας έγχυσης σε δύο ελαφριού τύπου κινητήρες προδιαγραφών Euro 4 και 5. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι παράμετροι που ασκούν τη μεγαλύτερη επίδραση στις εκπομπές και στη κατανάλωση καυσίμου είναι ο χρονισμός έγχυσης και το σύστημα EGR. Στο επόμενο στάδιο, σχεδιάστηκε ένα μοντέλο προσομοίωσης της καύσης του κινητήρα Euro 5, βασισμένο στις πειραματικές μετρήσεις, με στόχο τη μελέτη της επίδρασης του χρονισμού έγχυσης και του EGR, σε όλο το εύρος λειτουργίας του κινητήρα, στοχεύοντας τη μείωση των εκπομπών και της κατανάλωσης καυσίμου. Με βάση το μοντέλο, δημιουργήθηκαν τέσσερις εναλλακτικοί χάρτες λειτουργίας για το χρονισμό έγχυσης και το EGR σε διάφορους πιθανούς συνδυασμούς. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, επιβραδύνοντας το χρονισμό έγχυσης και αυξάνοντας το ποσοστό του EGR, με τη χρήση του HVO, επιτυγχάνεται ταυτόχρονη μείωση των εκπεμπόμενων σωματιδίων και των NOx του κινητήρα. Η μελέτη ενισχύθηκε επιπλέον με τη δημιουργία ενός μοντέλου προσομοίωσης αυτοκινήτου που λειτουργεί με το κινητήρα Euro 5, με στόχο τη διερεύνηση της επίδρασης των εναλλακτικών ρυθμίσεων του κινητήρα, με το HVO καύσιμο, στις εκπομπές CO2 και στη κατανάλωση καυσίμου, κατά τον Ευρωπαϊκό κύκλο οδήγησης NEDC και την παγκοσμίως εναρμονισμένη διαδικασία δοκιμής ελαφρών οχημάτων (WLTP). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η στρατηγική “κλειδί” για το HVO καύσιμο, είναι η συνδυαστική ρύθμιση του χρονισμού έγχυσης και του συστήματος EGR. Σύμφωνα με αυτή τη στρατηγική, παρατηρήθηκε 1.6% χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου κατά των κύκλο οδήγησης NEDC και 2.9% κατά των WLTP και επίσης μείωση των εκπομπών CO2, 1.8% κατά των NEDC και 3.1% κατά των WLTP, με το HVO συγκριτικά με το εμπορικό ντίζελ κίνησης (στις εργοστασιακές ρυθμίσεις του κινητήρα). Με βάση τα αποτελέσματα, αποδεικνύεται ότι ρυθμίζοντας κατάλληλα το χρονισμό έγχυσης και το EGR με το HVO καύσιμο, βελτιώνεται η απόδοση του κινητήρα και μειώνονται οι εκπομπές του. Η συγκεκριμένη μελέτη, θέτει τις βάσεις και δείχνει την κατεύθυνση για περεταίρω έρευνα με στόχο την πλήρη βελτιστοποίηση ενός κινητήρα που θα λειτουργεί με HVO καύσιμο.

Download Full-text

Calculation of thermal conductivity for new materials used in intake systems of internal combustion engines

10.1063/1.4992307 ◽

2017 ◽

Author(s):

Corneliu Birtok-Băneasă ◽

Sorin Aurel Raţiu ◽

Teodor Hepuţ

Keyword(s):

Thermal Conductivity ◽

Internal Combustion Engines ◽

Internal Combustion ◽

Combustion Engines ◽

New Materials ◽

Materials Used

Download Full-text

Mixture of Oil and Diesel as Fuel for Internal Combustion Engine

Advanced Materials Research ◽

10.4028/www.scientific.net/amr.1030-1032.1197 ◽

2014 ◽

Vol 1030-1032 ◽

pp. 1197-1200

Author(s):

Martin Pexa ◽

Jakub Mařík ◽

Jakub Čedík ◽

Zdeněk Aleš ◽

Petr Valášek

Keyword(s):

Internal Combustion Engine ◽

Vegetable Oil ◽

Vegetable Oils ◽

Rapeseed Oil ◽

Internal Combustion Engines ◽

Combustion Engine ◽

Internal Combustion ◽

Combustion Engines ◽

Performance Parameters ◽

Reduce Emissions

This paper deals with the use of vegetable oils as fuels for internal combustion engines. The use of pure vegetable oils is usually not possible due to its properties, especially for higher density and viscosity. If vegetable oil is used as 100% fuel, then it cannot do without adjustment of the engine. Without adjustments of the combustion engine the fuel can burn blended with vegetable oil so it does not significantly exceeded the requirements of the internal combustion engine to its properties. Application of admixtures of rapeseed oil and oil from Jatropha Curcas in ratio 5.5 and 19.7% provides minimal to almost no effect on the performance parameters of the internal combustion engine, but positively translates to reduce emissions (particularly smoke and carbon monoxide).

Download Full-text

Microstructural Changes in Suspension Plasma-Sprayed TBCs Deposited on Complex Geometry Substrates

Coatings ◽

10.3390/coatings10070699 ◽

2020 ◽

Vol 10 (7) ◽

pp. 699

Author(s):

Wellington Uczak de Goes ◽

Nicolaie Markocsan ◽

Mohit Gupta

Keyword(s):

Thermal Conductivity ◽

Thermal Properties ◽

Thermal Spray ◽

Internal Combustion Engines ◽

Complex Geometry ◽

Thermal Effusivity ◽

Internal Combustion ◽

Spray Angle ◽

Combustion Engines ◽

Spray Distance

Thermal barrier coatings (TBCs) are considered a promising solution for improving the efficiency of internal combustion engines. Among the thermal spray processes, the relatively newly developed suspension plasma spray (SPS) is an attractive candidate due to its unique microstructural features that have already demonstrated increased performance in gas turbine applications. To achieve these features, thermal spray conditions play an essential role. In specific uses, such as piston of diesel engines, parameters as spray angle and spray distance pose challenges to keep them constant during the whole spray process due to the complex geometry of the piston. To understand the effect of the spray distance and spray angle, a comprehensive investigation of the produced thermal spray microstructure on the piston geometry was conducted. Flat and complex geometry surfaces were coated using the same plasma parameters while the spray angle and distance were changed. Characterization was performed using scanning electron microscopy (SEM) combined with the image analysis technique to perceive the variation of the thickness and microstructures features such as pores, cracks, column density, and column orientation. The results showed that the changes in spray angles and spray distances due to the complex shape of the substrate have a significant influence on the microstructure and thermal properties (thermal conductivity and thermal effusivity) of the coatings. The thermal conductivity and thermal effusivity were calculated by modeling for the different regions of the piston and measured by laser flash analysis combined with modeling for the flat-surfaced coupon. It was shown that the modeling approach is an effective tool to predict the thermal properties and thus to understand the influence of the parameters on the coating properties. Connecting the observations of the work on the microstructural and thermal properties, the complex geometry’s influence on the produced coatings could be diminished by tailoring the process and generating the most desirable TBC for the internal combustion engines in future applications.

Download Full-text