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Aug 19, 2023

Verbesserung der Verbrennungs-, Emissions- und Stabilitätseigenschaften von Diesel

Wissenschaftliche Berichte Band 12,

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 18963 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Ziel dieser Forschung war es, die Anwendbarkeit von Methanol in CI-Motoren unter Verwendung von n-Decanol als Colösungsmittel zu verbessern. Die Arbeit wurde in binäre Phasen unterteilt. Zunächst wurden die Stabilitäten von reinem Methanol (M100) und wasserhaltigem Methanol (MH10) mit Diesel als Referenzkraftstoff bei verschiedenen Temperaturen untersucht: 10 °C, 20 °C und 30 °C. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kombinationen M100-Diesel und MH10-Diesel instabil waren. Daher wurde n-Decanol als Colösungsmittel verwendet. Anschließend wurden die Verbrennungs- und Emissionseigenschaften des Motors bewertet, indem drei Anteile von M100-Diesel-Mischungen mit n-Decanol manipuliert wurden. Drei Mischungen bestehend aus 5, 10 und 15 % M100 mit 20 % n-Decanol, die entsprechend als M5, M10 und M15 bezeichnet werden. Diese Kombinationen wurden mittels thermogravimetrischer Beurteilung beurteilt und ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften wurden entsprechend der ASTM beurteilt. Der maximale Zylinderinnendruck, die Wärmefreisetzungsrate und die Druckanstiegsrate verringerten sich bei den M100/Diesel/n-Decanol-Kombinationen im Vergleich zum Dieselöl um 10, 11 bzw. 10 %. Der thermische Wirkungsgrad der Bremse verringerte sich um 10 %, während der spezifische Kraftstoffverbrauch der Bremse bei den Kombinationen im Vergleich zum Diesel um 10 % zunahm. Die NOx- und Rauchtrübungswerte verringerten sich um etwa 30 bzw. 50 %, während die CO- und UHC-Werte bei den Mischungen im Vergleich zum Dieselöl um etwa 50 bzw. 60 % anstiegen.

Die wirtschaftliche Nutzbarkeit und Verfügbarkeit von Energie sind zentrale Herausforderungen, die unser tägliches Leben beeinflussen1. Daher ist die Erkennung geeigneter alternativer Kraftstoffe für den Einsatz in Verbrennungssystemen, einschließlich Kompressionszündungsmotoren (CI), eine zwingende Herausforderung2. Darüber hinaus führt die Nutzung von Erdöl zu einem drastischen Anstieg der CO2-Konzentration in der Umwelt. In diesem Zusammenhang wurde die Verwendung von Kraftstoffen aus ökologischen Quellen, einschließlich Biodiesel und Alkoholen, empfohlen, um das Risiko von Verbrennungsnebenprodukten zu verringern2,3.

Gerade Methanol wurde in den letzten Jahren als vielversprechender Ersatzkraftstoff identifiziert. Dies ist auf die weitverbreiteten Zulieferer, die Massenproduktion und die guten physischen und chemischen Ressourcen zurückzuführen4. Folglich gilt Methanol als alternativer Kraftstoff, der sich zu einer der wesentlichen Optionen für eine umweltfreundliche Verbrennung in CI-Motoren entwickelt hat5,6. Dennoch sind mit der Manipulation von Methanol (M100) einige Bedenken verbunden, darunter der Ersatzpfad, die Kalteinleitung, Zündhindernisse unterhalb von Teillastsituationen und Verbrennungsschwankungen7. Der äußerst wesentliche Aspekt des für CI-Motoren etablierten unkonventionellen Kraftstoffs ist seine relevante Cetanzahl (CN), die für M1001 gering ist. Darüber hinaus wird seit Jahrhunderten die Machbarkeit von M100 durch Kombination mit Dieselkraftstoff aufgrund seiner Erneuerbarkeit und O2-Substanz untersucht, wodurch die Rußkonzentrationen drastisch sinken würden7,8. Die von M100 erzeugte NOx-Menge wird auch aufgrund seiner erhöhten latenten Verdampfungswärme (LHV), die die Verbrennungstemperatur senkt, minimiert. Zu den weiteren Einschränkungen von M100 als Alternative zu Dieselkraftstoff gehören der geringere Heizwert (HV) und Bedenken hinsichtlich der Kombinationskonstanz beim Mischen mit Kraftstoff9,10.

Methanol (M100) kann in CI-Motoren mit zwei Techniken verwendet werden, einschließlich Blended Mode oder Dual Mode. Der Mischmodus umfasst die Mischungen von M100 und Diesel unter Verwendung von Emulgatoren oder Colösungsmitteln11, während im Dualmodus Methanol einzeln in den Einlasskrümmer implantiert wird5,12. Der Hauptvorteil der Mischung von M100 und Dieselkraftstoff besteht darin, dass M100 sukzessive in den Verbrennungsbereich gelangt und in Zonen erscheint, in denen es die Schadstoffbelastung erheblich verringern kann. Der Zusatz von Emulgatoren oder Cosolventien gilt als Lösung für Mischbarkeitsprobleme5. Begrenzte Forschungsarbeiten haben die Auswirkungen des Einbaus von M100 in einen Abgaskrümmer zur Abschwächung der Kühlwirkung von M10013 untersucht. Nour et al.14 untersuchten die Zugabe von Ethanol und Wasser in den Abgaskrümmer, um deren endotherme Folgen zu beseitigen. Sie berichteten, dass es bei Ethanol/Wasser-Mischungen im Vergleich zu Diesel zu einem Anstieg des Spitzendrucks im Zylinder, des mittleren effektiven Drucks und der Zündverzögerung kam.

Venu und Madhavan15 untersuchten die Motorleistung mit Mischungen aus Diesel/Biodiesel/M100 (20 Vol.-%) und Diesel/Biodiesel/Ethanol (20 Vol.-%) unter Verwendung von Diethylether (DEE) als Additive. Sie gaben an, dass die Zugabe von DEE zu den Mischungen die Verbrennungsdauer, den Zylinderinnendruck und den bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch erhöhte, während die NOx-, PM- und Rauchwerte sanken. Sie schlugen vor, dass dies auf den Rückgang der Zündverzögerung und die erhöhte LHV des M100 durch die Zugabe von DEE zurückzuführen sein könnte. Sayin16 untersuchte die Verbrennungs- und Emissionsfaktoren eines Dieselmotors, der mit Diesel/M100-Mischungen (5, 10 und 15 Vol.-%) mit unterschiedlichem Einspritzdruck und unterschiedlicher Einspritzlänge betrieben wird. Die Experimente wurden bei Einspritzdrücken von 180, 200 und 220 bar und Zeitpunkten von 15, 20 und 25 Grad vor OT durchgeführt. Sie wiesen darauf hin, dass der erhöhte M100-Anteil in den Gemischen den BSFC, die Rauchtrübung, das CO und den gesamten unverbrannten Kohlenwasserstoff (THC) verringerte, während der NOx-Gehalt anstieg. Sie gaben an, dass eine Änderung des Einspritzzeitpunkts und des Einspritzdrucks keine positiven Auswirkungen auf die Motorleistung habe.

In einer weiteren Studie von Jiao et al.17 wurden die Verbrennungs- und Emissionseigenschaften eines Dieselmotors untersucht, der mit einer Diesel/Biodiesel/M100-Mischung (15,2 Vol.-%) angetrieben wird. Sie untersuchten diese Mischung auch in verschiedenen Höhen von null m, 3500 m und 5500 m. Sie gaben an, dass der Zylinderinnendruck, dp/dtheta und HRR bei Kraftstoffkombinationen im Vergleich zu Diesel bei einer Höhe von null m verringert seien. Auf der Höhe von 5500 m war jedoch der gegenteilige Trend zu verzeichnen. Hasan et al.18 untersuchten die Folgen der Beimischung von Methanol (10, 20, 30 und 40 Vol.-%) zu Dieselkraftstoff auf die Verbrennungs- und Emissionsaspekte eines CI-Motors. Sie berichteten, dass der BTE bei Kraftstoffkombinationen im Vergleich zu Dieselkraftstoff abnahm und der BSFC zunahm. Sie gaben außerdem an, dass der NOx-Wert bei den Kombinationen im Vergleich zu Dieselkraftstoff hoch sei, während der CO-, UHC- und Rußgehalt sank19.

Jamrozik20 untersuchte die Auswirkungen der Zugabe von M100 (10, 20, 30 und 40 %) zum Dieselkraftstoff auf die Motorleistung. Sie erwähnten, dass sich der BTE durch die Zugabe von M100 um bis zu 30 % erhöhte; Danach stieg der COV um über 10 %. Sie berichteten auch, dass der CO-Gehalt durch die Zugabe von Methanol sank und der NOx-Gehalt anstieg, während der UHC-Gehalt unverändert blieb. Sie gaben an, dass der Druck im Zylinder zunahm und sich ihre Spitzenwerte verzögerten. Dies war auf die Erhöhung der Zündverzögerung zurückzuführen. Yilmaz21 untersuchte die Verbrennungs- und Emissionseigenschaften eines CI-Motors, der mit Mischungen aus Diesel/Biodiesel/M100 (10 Vol.-%) und Diesel/Biodiesel/Ethanol (10 Vol.-%) angetrieben wurde. Sie berichteten, dass die CO- und UHC-Konzentrationen mit zunehmendem M100 oder Ethanol in den Gemischen anstiegen, während die NOx-Werte sanken. Sie erwähnten, dass M100-Kombinationen bei der Senkung der CO- und UHC-Werte effizienter waren als Ethanolkombinationen, während der NOx-Wert durch die Anwendung einer Ethanolmischung verringert wurde.

Chen et al.22 untersuchten die Mischbarkeit von M100/Diesel-Kombinationen unter Verwendung von n-Pentanol als Colösungsmittel bei verschiedenen Temperaturen. Anschließend bewerteten sie ihre Kombinationen (10 und 15 % von M100) hinsichtlich der Verbrennungs- und Emissionsaspekte eines CI-Motors. Sie erwähnten, dass durch die Verwendung von n-Pentanol als Colösungsmittel homogene Mischungen aus Methanol und Diesel bei unterschiedlichen Temperaturen entstehen. Sie beschrieben auch, dass sich die Zündverzögerung verlängerte, die Verbrennungsdauer verkürzte und die höchste Verbrennungstemperatur durch die Implantation von Methanol in die Höhe schoss. Außerdem verringerte sich der Rußgehalt, während der NOx-Wert durch den Einsatz von M100 anstieg. Mariappan et al.23 optimierten die Produktion von Biöl aus Pyrolyse-Kunststofföl und bewerteten dann die Verbrennungs- und Emissionsaspekte eines CI-Motors, der mit Bioöl/D100-Mischungen und Biöl/M100 (15 und 20 %)/Diethyl angetrieben wird Ethermischungen. Sie erwähnten, dass die Zugabe von M100 zu einer Verringerung der CO-, UHC- und Rußwerte führte, während die NOx-Konzentration anstieg. Sie berichteten auch, dass der BTE mit der Zugabe von Methanol abnahm. Zhang et al.24 untersuchten experimentell und numerisch die Auswirkungen der Zugabe von n-Butanol zu Diesel-Methanol-Mischungen auf die Motorleistung. Sie berichteten, dass die Kraftstoffsprüh- und Verbrennungsprozesse durch Diesel/Methanol/n-Butanol-Mischungen erheblich beeinträchtigt werden. Sie erwähnten, dass die Zugabe von Methanol zu Dieselkraftstoff im Vergleich zu Diesel zu einer Erhöhung der Zündverzögerung, des Zylinderinnendrucks und der Spitzenwärmefreisetzungsrate führte. Sie stellten außerdem fest, dass die NOx-, CO-, Ruß- und HC-Werte bei Diesel-Methanol-n-Butanol-Mischungen im Vergleich zu Diesel geringer waren. Sie stellten fest, dass das empfohlene Mischungsverhältnis 70 % Diesel + 20 % Methanol + 10 % n-Butanol betrug. Dieselben Autoren haben die Verbrennungs- und Emissionsaspekte eines Dieselmotors untersucht, der mit Diesel-Ethanol-n-Butanol-Mischungen arbeitet25. Sie berichteten, dass bei Diesel-Ethanol-Mischungen im Vergleich zu Diesel die thermische Effizienz der Bremsen und der bremsspezifische Kraftstoffverbrauch zunahmen, während NOx, CO und Ruß reduziert wurden.

Sayin et al.26 bewerteten den Motorleistungslauf mit Diesel/Methanol-Mischungen (5, 10 und 15 Vol.-%) mit verschiedenen Einspritzzeiten. Sie berichteten, dass die BTE-, Rauchtrübungs- und UHC-Werte mit zunehmendem Methanolanteil in den Mischungen sanken. Sie gaben an, dass der NOx-Wert abnahm und die Rauchtrübung sowie die UHC- und CO-Werte durch den verzögerten Einspritzzeitpunkt im Vergleich zum ursprünglichen Zeitpunkt zunahmen. Sie behaupteten auch, dass die Rauchtrübung, die UHC- und CO-Werte sinken und der NOx-Ausstoß durch die Anwendung des vorverlegten Einspritzzeitpunkts zunimmt. Sie erklärten, dass BTE und BSFC zum ursprünglichen Zeitpunkt einen guten Trend aufwiesen. Fan et al.27 bewerteten die Verbrennungs- und Emissionsfaktoren eines Dieselmotors, der mit Diesel/Methanol (13 %) arbeitet, wobei Dodecanol und Salpetersäureester als Lösungsverbesserer eingesetzt wurden. Sie berichteten, dass sich der BTE im Mischungsvergleich mit Dieselkraftstoff verringerte. Sie gaben außerdem an, dass die Kraftstoffmischungen im Vergleich zu Dieselkraftstoff einen hohen Anteil an Formaldehyd, Acetaldehyd, Acrolein, Aceton und Crotonaldehyd erzeugten, während sie den Propionaldehydgehalt senkten. In einer verwandten Studie von Hassan et al.28 wurde Dodecanol manipuliert, um das Mischbarkeitsproblem von Diesel/Methanol-Mischungen (7, 14 und 21 %) zu verschärfen. Sie gaben an, dass es durch die Implantation von Methanol zu erheblichen Steigerungen der Verbrennungs- und Emissionsfaktoren kam.

Yasin et al.29 untersuchten die Verbrennungs- und Emissionsqualität eines CI-Motors, der mit Diesel/Biodiesel/Methanol-Mischungen (5 % und 10 %) betrieben wurde. Sie erwähnten, dass der BSFC für die Gemische geringer war als bei Dieselkraftstoff, während NOx zunahm und CO sank. Verma et al.10 bewerteten die Motorleistung bei einem Lauf mit Ethanol (20 %)/Methanol (20 %)/Diesel/Mikroalgen-Mischungen. Sie erwähnten, dass der Zylinderinnendruck für das Gemisch im Vergleich zu Dieselkraftstoff anstieg. Die CO-, UHC- und Rußwerte sanken, während der NOx-Gehalt der Kraftstoffmischungen zunahm.

Es wird angenommen, dass höhere Alkohole (C4 bis C10) vollständig mit Diesel- und Biodieselkraftstoffen mischbar sind30 und möglicherweise Schwankungen in den Kraftstoffaspekten ausgleichen, was die gesamte Verbrennungseffizienz und Emissionskonzentrationen steigern würde. Daher haben Wissenschaftler erhebliche Versuche unternommen, die Alkoholanwendung zu steigern, um einen mit Sauerstoff angereicherten Kraftstoff zu erhalten, indem sie die Motorleistung von Kombinationen aus D100 und höherem Alkohol untersuchten13,31. Es ist anerkannt, dass höhere Alkohole überzeugende motivierende Eigenschaften haben, einschließlich ihrer Verwendung als mit Sauerstoff und Colösungsmitteln angereicherte Kraftstoffe zur Verbesserung der Nutzung von M100 in CI-Motoren und anderen Bereichen. Diese Merkmale können genutzt werden, um die Probleme bei der Verwendung niederer Alkohole als Kraftstoffe einigermaßen anzugehen32. Darüber hinaus werden höhere Alkohole durch höhere CN- und CV-Werte als die von M10033 beschrieben. Außerdem ist ihr LHV niedriger als der niedrigerer Alkohole34.

Darüber hinaus ist n-Decanol nachweislich eine farblose bis leicht gelbe Flüssigkeit, die in ihrer Struktur zehn Kohlenstoffatome trägt. Es wird vor allem in der Nahrungs- und Stoffproduktion eingesetzt und dient eher als Ersatzkraftstoff für CI-Motoren35. Die Manipulation von Kokosnüssen als Lieferant für die Produktion von n-Decanol, das Decansäure-ähnliches Yarrowia lipolytica enthält, wird jedoch verstärkt, und die Herstellungszyklen werden als wirtschaftlich erschwinglich und mit einer enormen Ausbeute angesehen36. Daher hat die Fähigkeit zur Nutzung botanischer Biomasse und Biomaterialien, die lignozellulosehaltiges Material und Abfallprotein enthalten, die Forscher davon überzeugt, n-Decanol als praktischen Kraftstoff zu bewerten. Darüber hinaus hat es einen höheren Heizwert als der Großteil der aktuellen Biodiesel und seiner anderen Alkoholfamilie. Sein Siedepunkt entspricht dem Bereich der Siedetrends von Dieselkraftstoffen und es enthält keine aromatischen Strukturen. Diese attraktiven Eigenschaften machen es zu einem guten Kandidaten für die Verwendung als Cosolvent in der aktuellen Studie.

Die Manipulationen der Implantation von n-Decanol mit Diesel/Biodiesel-Mischungen auf die Leistung des CI-Motors sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Diese Untersuchungen haben klargestellt, dass der bsfc zunahm und auch die Rußkonzentration sank, während Pcyl., HRR und ID, sowie UHC-, CO- und NOx-Konzentrationen hingen von den Betriebsbedingungen des Motors ab37,38. Darüber hinaus gibt es nur begrenzte Studien, die die Auswirkungen der Beimischung von n-Decanol in Mischungen aus reinem Diesel und M100 untersucht haben.

Methanol (M100) gilt als der am häufigsten mit Sauerstoff angereicherte Kraftstoff für Dieselmotoren, was auf seine außergewöhnlichen Kraftstoffeigenschaften, die Nutzung reichlicher ökologischer Ressourcen, die Zugänglichkeit und den angemessenen Preis zurückzuführen ist. Dennoch weisen die Anwendungen von M100 in CI-Motoren einige Probleme auf: (1) Mischbarkeitsproblem (da M100 einen gewissen Anteil an Wasser enthält), (2) geringes CN (Gründe für Schwierigkeiten beim Starten der Verbrennung und erhöhten ID), (3) erhöhte latente Verdampfungswärme (LHV) (erzeugt einen Löscheffekt während der gesamten Verbrennung) und (4) kleiner Heizwert (geringerer BTE)43,44,45.

Um das Problem der Mischbarkeit von M100 mit Dieselöl zu lösen, wurde n-Decanol als Colösungsmittel verwendet. Es wurde aufgrund seiner geeigneten Aspekte einer erhöhten Mischbarkeit mit M100 und Dieselkraftstoff, einem kleinen LHV und einem im Vergleich zu M100 erhöhten Heizwert nominiert. Es ist erwähnenswert, dass mehrere Arten höherer Alkohole, wie n-Hexanol, n-Heptanol, n-Octanol und n-Decanol, vorab als Cosolventien getestet wurden, um das Problem der Phasenstabilität bei Methanol-Diesel-Mischungen zu lindern, und das Ergebnis veranschaulichten, dass n-Decanol eine vielversprechende Fähigkeit als Colösungsmittel bietet.

Dennoch gibt es nach unserer besten Erfahrung keine Forschung, die das Mischbarkeitsproblem von M100/wasserhaltigem Methanol/Diesel-Kombinationen untersucht hat. Darüber hinaus wurden die Einflüsse der Verwendung von n-Decanol als Colösungsmittel mit M100/Diesel-Mischungen nicht bewertet. Um diese Untersuchungslücke zu schließen, bestanden die Ziele der vorliegenden Arbeit daher darin, (1) das Mischbarkeitsproblem von M100/wasserhaltigem Methanol/Diesel-Kombinationen unter Verwendung von n-Decanol als Colösungsmittel bei jeweiligen Temperaturen (10, 20 und 30 °C) zu untersuchen C); und (2) die Fähigkeit von n-Decanol als Colösungsmittel zur Verbesserung der Mischbarkeit und Zündqualität von Methanol/Diesel-Kombinationen zu bewerten. Daher wurden 5, 10 und 15 Vol.-% M100 mit 20 % n-Decanol mit Dieselöl als Referenzkraftstoff gemischt, die entsprechend als M5, M10 und M15 impliziert wurden.

In diesem Teil wurde n-Decanol als Colösungsmittel eingesetzt, um die Mischungsfestigkeit von M100/Diesel-Mischungen und wasserhaltigen Methanol/Diesel-Kombinationen bei verschiedenen Temperaturen von 10, 20 und 30 ºC zu erhöhen. n-Decanol wurde als Colösungsmittel manipuliert, nachdem mehrere Arten höherer Alkohole (C3–C10) untersucht wurden. Das n-Decanol wurde nach mehreren Tests mit verschiedenen Arten höherer Alkohole wie Propanol, Butanol, Pentanol und n-Decanol als Colösungsmittel ausgewählt. Es zeigte großes Potenzial zur Lösung des Problems der Phasentrennung von Methanol mit Dieselkraftstoff.

Um die wasserhaltigen Methanol/Diesel-Kombinationen zu formulieren, wurden 10 ml wasserhaltiges Methanol (MH10 = 90 Gew.-% M100 und 10 Gew.-% gereinigte Wasserkombination) Doppelkombinationen in zahlreichen Konzentrationen formuliert, die von 0 bis 100 Vol.-% variierten, mit einer Steigerung um 10 % . Diese Kombinationen befanden sich hauptsächlich im Zweiregionengleichgewicht, was auf die Unmischbarkeit von reinem Methanol und MH10 im Dieselkraftstoff zurückzuführen ist. Dann wurden sie mit n-Decanol als Titriermittel unter Verwendung sehr genauer 1-ml-Röhrchen genau gemessen, und der Abschluss, an dem die Kombination ein einheitliches Erscheinungsbild ergab, wurde als Zone verifiziert, die an der Grenze der dreistufigen Zahl lag. Die für jeden Test bewerteten Abschlüsse wurden verwendet, um die Dreistufendiagramme im Massenverhältnis zur Bewertung der Leistung der Dreifachkombinationsstufe zu erstellen, wie in Abb. 1 dargestellt. Dieses Experiment konzentrierte sich hauptsächlich auf das Verschwinden der Zweistufengrenze; Der Stadientrend bei erhöhten Colösungsmitteldosen wurde nicht untersucht. Veröffentlichten Studien zufolge könnte es zu Gelstadien kommen, und solche Kombinationen sind als Kraftstoff nicht anwendbar9,46.

Änderung der Mischbarkeit von M100 und wasserhaltigem Methanol mit Diesel unter Manipulation von n-Decanol als Colösungsmittel bei verschiedenen Temperaturen.

In bestimmten Situationen war die Phase des Verschwindens nicht stark ausgeprägt, da es zwischen der zweistufigen und der einstufigen Vorgehensweise eine Umwandlungsstufe gab, bei der eine düstere Stufe vorlag, bevor bei zusätzlicher Anreicherung des Cosolvens eine transparente Mischung erreicht wurde. Diese düstere Zone wurde auch in den Segmentdiagrammen erwähnt, wie in Abb. 1 dargestellt. Der Stufentrend der reinen Methanol/Diesel- und wasserhaltigen Methanol/Diesel-Mischungen wurde bei Temperaturen von 10 °C, 20 °C und 30 °C untersucht . Es fällt auf, dass die Temperatur einen wesentlichen Einfluss auf die Standfestigkeit der Mischungen hat. Darüber hinaus wurde der Anteil an n-Decanol, der zur Erzielung eines einheitlichen Niveaus erforderlich war, durch Erniedrigung der Kombinationstemperatur erhöht. Dieser Trend könnte darauf zurückzuführen sein, dass der Wärmefluss mit steigender Temperatur zunimmt, was die Diffusion und Verbreitung von Molekülen begünstigt9. Gleichwertige Ergebnisse wurden von Liu et al.9 angegeben. Um die Phasenstabilitätsleistung für jede Mischung zu beurteilen, wurden alle Versuche fast 60 Tage lang in einen langen Glaszylinder gegossen, und es wurde keine Phasentrennung festgestellt.

Das Versuchsschema umfasste eine Dieselmotorfunktion, ein System zur Aufzeichnung des Zylinderinnendrucks, eine Technik zur Bewertung der Motorleistung und Geräte zur Emissionsbewertung. Der Umriss ist in Abb. 2 dargestellt. Erläuterungen zu den manipulierten Geräten finden Sie im Artikel 47.

Foto vom Prüfstand.

Darüber hinaus wurden für jeden einzeln getesteten Zustand die Informationen zum Zylinderinnendruck (Pcyl.) über 50 wiederholte Zyklen protokolliert und gemittelt, um den passenden Pcyl. zu erhalten, der zur Bewertung der HRR herangezogen wurde. Die Schätzung der zyklischen Veränderungen ergab auch eine akzeptable Konstanz des Motors, was darauf zurückzuführen ist, dass der Variationskoeffizient für alle bewerteten Situationen kleiner als 4 % war48. Weitere Daten zur Testanlage können der Literatur entnommen werden49. Die HRR wurde anhand der folgenden Formel49 bewertet:

wobei γ(T) der Gase mit der folgenden Gleichung50 berechnet wurde:

Unter Verwendung des aufgezeichneten Zylinderinnendrucks und des berechneten Zylindervolumens könnte die Gastemperatur T mithilfe der folgenden Zustandsgleichung berechnet werden51:

Alle thermodynamischen Zustände (Druck (pr), Temperatur (Tr) und Volumen (Vr)) wurden bei einer bestimmten Referenzsituation, wie z. B. IVC (pIVC, TIVC, VIVC), untersucht. TIVC und pIVC sind die Temperatur und der Druck am IVC, entsprechend 350 K bzw. 1,013 × 105 Pa.

Die Wärmeübertragungsrate von den Gasen zur Zylinderwand wurde mithilfe der Konvektionswärmeübertragungsgleichung wie folgt berechnet52:

Die Wärmeübertragungsberechnungen waren nicht empfindlich gegenüber der Wandtemperatur Tw. Die Wandtemperatur von 450 K wurde erwartet und lieferte akzeptable Ergebnisse51. Die momentane Brennkammeroberfläche A(θ) umfasst viele Oberflächenbereiche, wie folgt52:

Für Flachkolben gilt Apc = (π/4) × B2. Die Seitenfläche Alat(θ) näherte sich der Seitenfläche des Zylinders und es wurde angenommen, dass Ach gleich Apc ist. Folglich wurde die momentane Brennkammeroberfläche anhand der folgenden Gleichung berechnet:

Für den Wärmeübergangskoeffizienten hc gibt es zahlreiche Modelle. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Studien, die die Verwendung der Hohonberg-Korrelation für die Verbrennungsanalyse von Dieselmotoren empfehlen, um den Konvektionswärmeübertragungskoeffizienten zu bewerten53,54. Dafür sind einfache Berechnungen nötig, die sofort präzise Erkenntnisse liefern. Zur Bestimmung des Konvektionswärmeübergangskoeffizienten55 wurde daher folgende Korrelation herangezogen:

wobei p der momentane Druck in bar ist. Die Zahlenwerte C1 = 130 und C2 = 1,4, wie in der obigen Gleichung dargestellt, sind Konstanten, die von sechs repräsentativen Motoren gebildet werden.

Als Referenzkraftstoff wurde in dieser Studie Dieselkraftstoff eines regionalen Anbieters verwendet. Das in diesem Experiment verwendete Methanol und n-Decanol hatte eine Reinheit von 99,9 %. Für die Motorbewertung wurden drei Mischungen aus Methanol/Diesel/n-Decanol verwendet, wie in Tabelle 2 aufgeführt. Die bewerteten Kraftstoffe werden entsprechend als M5, M10 und M15 bezeichnet. Die Methanol/Diesel/n-Decanol-Mischungen wurden durch Anwendung eines Ultraschallgeräts (Hielscher) gemischt, das bei jeder Mischung fast 5 Minuten lang mit einer Frequenz von 24 kHz modifiziert wurde. Während oder nach dem Experiment wurden für die bewerteten Mischungen keine Mischbarkeitsprobleme festgestellt. Die physikalisch-chemischen Aspekte von Diesel, M100 und n-Decanol sind in Tabelle 3 dargestellt.

Die Änderung der Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur für die bewerteten Kraftstoffe, bewertet gemäß der ASTM-Norm, ist in Abb. 3a dargestellt. Man erkennt, dass die Viskositäten der M5-, M10- und M15-Gemische kleiner sind als die von Dieselkraftstoff. Die Viskosität sank bei 40 °C um fast 13 %, 16 % und 26 % und bei 60 °C für die Kombinationen M5, M10 und M15 um etwa 4 %, 16 % und 24 %. Abbildung 3b zeigt die Dichteschwankung der bewerteten Kraftstoffe, bewertet entsprechend der ASTM-Norm. Die Dichten der M5-, M10- und M15-Mischungen sind kleiner als die von D100.

(a) Viskositäten und (b) Dichten der bewerteten Mischungen.

Abbildung 4 zeigt die Änderung der TGA-Bewertung für die bewerteten Kraftstoffe, die mit Setaram LABSYS EVO bewertet werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich das Kraftstoff-Massen-Verhältnis mit zunehmender Temperatur verringert, was dazu beitragen würde, die Entwicklungen der Kraftstoffkombination während der Kraftstoffverdampfung zu verstehen. Mit zunehmender Temperatur vergrößerte sich der verdampfte Anteil des Mehrkomponenten-Kraftstoffs und somit verringerte sich die Probenmasse, bis sich der gesamte Kraftstoff zersetzte56. Es wird darauf hingewiesen, dass der Dieselkraftstoff bei 150 °C zu verdampfen begann und bei 365 °C endete. Es ist auch zu erkennen, dass die M5- und M10-Mischungen bei etwa 120 °C bzw. 100 °C zu verdampfen begannen, was bei fast 350 °C endete. Gleichzeitig begann die M15-Kombination bei etwa 60 °C zu verdampfen und endete bei 345 °C. Auffällig ist, dass bei den Brennstoffkombinationen zeitnah mit dem Sieden begonnen wurde. Darüber hinaus verbesserte sich das Verdampfungsverhältnis für die Kraftstoffkombinationen mit zunehmendem M100-Anteil in den Gemischen.

TGA-Bewertung für bewertete Kraftstoffe.

In diesem Experiment wurden die Mischungen unter thermisch stabilisierten Umgebungen im stabilen Zustand untersucht, wobei die Verfahren und Vorschläge in Artikel 49 befolgt wurden. Die Unsicherheiten sowohl für die bewerteten als auch für die berechneten Faktoren wurden unter Verwendung der Holman-Technik57 erwartet, wie in Tabelle 4 dargestellt.

Abbildung 5 zeigt die Unterschiede im Zylinderinnendruck (Pcyl), der Wärmefreisetzungsrate (HRR) und der Druckanstiegsrate (dp/dθ) gegenüber dem Kurbelwinkel. Bemerkenswerterweise schien sich die Verbrennungsentwicklung von der gemischt-kontrollierten Diffusionsverbrennung (typische Dieselverbrennung) für Diesel zu einer kinetisch kontrollierten Verbrennung für die Methanolmischungen zu verschieben, was dem Verbrennungsmodus in modernen CI-Motoren ähnelt. Auffällig ist, dass die HRRs von D100 den Standardwert der Dieselverbrennung aufweisen (vier Phasen: Zündverzögerung, Vormischphase, Hauptdiffusionsphase und Spätverbrennungsphase). Andererseits bestätigen die Methanolmischungen eine HRR-Form, die für Verbrennungsprozesse repräsentativ ist, die durch das Auftreten einer fortschreitenden Selbstentzündung dominiert werden. Diese Leistung würde auch die Reduzierung des Rußgehalts der Methanolkombinationen verdeutlichen, wie im Abschnitt „Motoremissionen“ dargestellt.

Diskrepanz von Pcyl., HRR und dp/dtheta über den Kurbelwinkel für getestete Kraftstoffe bei einem bmep von 4,5 bar.

Darüber hinaus fällt auf, dass die M5-, M10- und M15-Mischungen im Vergleich zu D100 niedrigere Pcyl-, HRR- und dp/dθ-Werte aufwiesen; Dort sanken sie im Durchschnitt um 10 %, 11 % bzw. 10 % für die Mischungen M5, M10 und M15. Darüber hinaus wurden im HRR der Mischungen zwei Peaks festgestellt, deren Peaks mit der Vergrößerung eines M100-Anteils in der Mischung zunahmen und deren Positionen verzögert waren. Die ternären Kombinationen weisen charakteristische Eigenschaften auf, darunter hohe CN, niedrige Viskosität, kleine HV, kleine Dichte, großes O2-Verhältnis und überlegene latente Verdampfungswärme (LHV). Dennoch regelt das Lang-Lkw den Brennverlauf. Dies kann möglicherweise auf die Tatsache zurückgeführt werden, dass Methanol einen höheren LHV aufweist, was zu einem Löscheffekt in der Kombination führt. Diese Konsequenz verstärkte sich mit zunehmendem Methanolanteil. Die TGA-Ergebnisse unterstreichen diese Ergebnisse; Der Verdunstungspegel wurde durch die Erweiterung des Methanolsegments in der Kombination verringert (Abb. 4). Folglich waren die Auswirkungen der Abschreckungskonsequenz der Methanolimplantation auf die Gemische deutlich. Diese Ergebnisse ähneln denen, die in früher verfügbaren Studien dargestellt wurden22,58.

Abbildung 6 zeigt die Unterschiede im verbrannten Massenanteil (Xb), CA10, CA50, CA90, ID und CD für die bewerteten Kraftstoffe. CA50 ist ein unverzichtbares Highlight für die Verbrennungs- und Emissionsfunktionen eines CI-Motors und zeigt die Erreichung des Vormischverbrennungsbereichs und die Einführung des Diffusionsverbrennungsbereichs auf. Die Diskrepanz zwischen CA10 und CA50 lässt auf ein vorgemischtes Verbrennungsintervall schließen52. CA90 beweist das Ende der Verbrennung und die Diskrepanz zwischen CA10 und CA90 bezeichnet die Verbrennungsphase. CA50 steigt für die M5-, M10- und M15-Mischungen und nimmt mit zunehmender Methanolmenge in den Mischungen zu. Dies kann möglicherweise darauf zurückgeführt werden, dass Methanol einen erhöhten LHV aufweist, was zu einem Löscheffekt in den Mischungen und einer verzögerten Verbrennung führt. Folglich trat die Kombinationsverbrennung hauptsächlich im Diffusionsansatz auf. Wir schlugen vor, dass die Kombination in einem ungleichmäßigen Ansatz verbrennt. Dies bedeutet, dass die Verbrennung durch äußerst flüchtigen Kraftstoff eingeleitet wird, die erzeugte Energie jedoch nicht ausreicht, um das gesamte M100 zu verdampfen. Daraus folgerten wir, dass die Kombination hauptsächlich im Diffusionsansatz verbrannt wurde. Es kann festgestellt werden, dass die Brennintervalle bei den Kombinationen M5, M10 und M15 im Vergleich zu denen des D100 länger waren. Dies kann man bei diesen Kombinationen am erhöhten Lang-Lkw erkennen.

Diskrepanz von Xb, CA10, CA50, CA90, ID und CD über den Kurbelwinkel für getestete Kraftstoffe bei einem bmep von 4,5 bar.

Die ID-Phase wird als das Periodenintervall charakterisiert, das vom Beginn der Kraftstoffeinspritzung (24°.bTDC) bis zum SOC betrachtet wird. Es ist ziemlich schwierig, den SOC zu charakterisieren, aber er kann durch die Anwendung einer oder mehrerer der folgenden Methoden59 bewertet werden. Der SOC kann als die Position charakterisiert werden: (1) Irgendwo erscheint der kleinste PRR-Punkt in der anfänglichen Ableitung neben dem Beginn der Injektion bei der Differenzierung von Pcyl gegenüber CA; (2) Irgendwann wächst die HRR auf Null. In der vorliegenden Arbeit wurden duale Methoden für die Phase der Periodenverschiebung bewertet, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Die Hauptbewertung bestätigte, dass die erwartete ID-Phase unter Verwendung der PRR der bewerteten HRR-Technik entsprach. Daher wurden die ID-Phasen für die verschiedenen Mischungen und Arbeitssituationen mithilfe der HRR-Methodik bewertet. Der ID- und CD-Wert stieg bei M5-, M10- und M15-Mischungen im Vergleich zu D100-Kraftstoff an, wie in Abb. 6c dargestellt. Dies könnte auf die geringe Cetanzahl von Methanol und die erhöhte latente Verdampfungswärme zurückzuführen sein, die während der gesamten Verbrennungsentwicklung einen Löscheffekt erzeugen könnte.

Abbildung 7 zeigt die Änderung von P–V für die bewerteten Kraftstoffe. Es bietet eine saubere Methode zur Bewertung des Netzes und der erzielten Arbeit. Das von den Grenzen, die die Praktiken des Zyklus demonstrieren, kontrollierte Segment charakterisiert das vom Zyklus versorgte Netzwerk. Der im Bild dargestellte Bereich für D100 ist größer als der für die Diesel/M100/n-Decanol-Kombinationen. Es wurde festgestellt, dass die Pumparbeit der Kraftstoffmischungen nahezu der des D100 entspricht.

Wechsel des Pcyl. gegenüber Vcyl. bei einem Höchstdruck von 4,5 bar.

Der thermische Wirkungsgrad der Bremse (BTE) und der spezifische Kraftstoffverbrauch der Bremse (BSFC) für die bewerteten Kraftstoffe wurden gegen bmep aufgetragen, wie in Abb. 8a, b dargestellt. BSFC wird in erster Linie durch die Verbrennungseffizienz des Kraftstoffs gefördert, wenn die außergewöhnliche Verbrennungshöhe einen Rückgang auslöst60. Der BSFC stieg für die M5-, M10- und M15-Mischungen im Vergleich zu D100. Die Kraftstoffkombinationen weisen im Vergleich zu denen von D100 eine niedrige HV, eine hohe Dichte, eine niedrige Viskosität und einen niedrigen CN auf. Diese außergewöhnlichen Eigenschaften könnten sich negativ auf die Sprüh- und Verbrennungsentwicklung auswirken und zu einer Verschlechterung der Kraftstoffverdampfungsphase, der Luft-/Kraftstoffmischung und der Verbrennungseffizienz führen und somit den BSFC erhöhen. Darüber hinaus könnte der erhöhte LHV von Methanol das Verbrennungswachstum regulieren, insbesondere wenn eine große Menge davon in der Kombination vorliegt, was zu einer Verringerung der Verbrennungseffizienz führen könnte61. Für den BTE lässt sich für die bewerteten Kraftstoffe eine gleichwertige Tendenz feststellen. Diese Schlussfolgerungen korrelieren mit den in verfügbaren Studien dargestellten Schlussfolgerungen58,62.

(a) BSFC, (b) BTE, (c) BSEC, (d) EGT und (e) Äquivalenzverhältnis der bewerteten Kraftstoffe bei verschiedenen BMEPs.

Der bremsspezifische Energieverbrauch (BSEC) kann als Energieumwandlungsproduktion zur Bereitstellung von Energie in MJ/kWh charakterisiert werden und liefert eine entsprechende Tendenz des BSFC63. Die Diskrepanz im BSEC für die getesteten Mischungen über BMEP ist in Abb. 8c dargestellt. Es ist klar, dass die BSEC-Tendenzen den Kraftstoffkombinationen entsprechen. Darüber hinaus weisen die Kraftstoffgemische unterschiedliche Energieinhalte auf, die die einzelnen Werte des Kraftstoffverbrauchs und der abgegebenen Energie charakterisieren.

Der Unterschied zwischen EGT und BMEP für die bewerteten Kraftstoffe ist in Abb. 8d dargestellt. Aus diesem Bild geht hervor, dass der EGT für Kraftstoffkombinationen höher war als der für D100. Dies könnte durch die reduzierte Energie, die in den Kombinationen enthalten ist, wie bereits erwähnt, verdeutlicht werden. Diese Ergebnisse beziehen sich auf die in verfügbaren Studien beschriebenen Ergebnisse58.

Die Diskrepanz zwischen dem Äquivalenzverhältnis (ER) und dem BMEP für die bewerteten Kraftstoffe ist in Abb. 8e dargestellt. Die Kraftstoffkapazität verbesserte sich mit der Ungleichheit im BMEP, was die ER korrigierte. Durch den zunehmenden BMEP wurde weiterer Kraftstoff zugeführt, und der gesamte ER schwankte zwischen 0,2 und 0,8. Mit zunehmendem ER stieg auch die Brenntemperatur, wodurch der ID59 zunahm. Somit ist der Pcyl. nahm mit zunehmender Notaufnahme allmählich zu. Beim Kombinationsvergleich mit dem D100 ist eine Eskalation im ER erkennbar. Diese Ergebnisse werden durch die Verschlechterung des BTE und den Anstieg der CO-Intensität gestützt, wie im folgenden Absatz erörtert wird.

Die Variation der NOx-Intensität mit BMEP für die bewerteten Kraftstoffe ist in Abb. 9a dargestellt. Auffällig ist, dass die NOx-Intensität mit zunehmender Motorlast zunimmt. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass die NOx-Konzentration deutlich von der Verbrennungsgeschwindigkeit dominiert wird und sinkende Verbrennungsgeschwindigkeiten bei mageren Mustern einen längeren Entstehungszeitraum bedeuten64. Vergleichsweise belegt die chemische Kinetik, dass die NOx-Entwicklung mit steigenden Verbrennungstemperaturen deutlich zunimmt64. Daher nahm NOx mit einer Vergrößerung des BMEP zu. Die Entstehung von NOx beeinflusst vor allem die Temperatur, die örtliche O2-Intensität und die Verbrennungszeit52,64. Somit entsteht es innerhalb des diffusionsgesteuerten Verbrennungsintervalls an der genauen Grenze des Reaktionsabschnitts 64. Es wurden zwei Versuche unternommen, die NOx-Menge zu senken, indem die Verbrennungstemperatur gesenkt und die Verbrennungszeit verkürzt wurde64. Die NOx-Mengen für M5-, M10- und M15-Gemische sind niedriger als die für D100. Dies könnte auf die Einarbeitung von Methanol zurückzuführen sein, das einen hohen LHV aufweist, der den Löscheffekt der Kombination erzeugt und die NOx-Reduzierung unterstützt. Darüber hinaus fällt auf, dass M15 die geringste Menge an NOx-Mustern aufwies. Wir stellten die Hypothese auf, dass es keine ausreichende Phase gab, um NOx zu produzieren, und dass es daher zu einer Verringerung kam. Dies wurde durch die Abnahme des Brennintervalls von M15 bestätigt, wie in Abb. 6 dargestellt. Diese Ergebnisse stimmen mit den in den Artikeln10,22,58 behaupteten Ergebnissen überein.

(a) NOx, (b) Rauchtrübung, (c) CO und (d) UHC der bewerteten Kraftstoffe bei verschiedenen BMEPs.

Darüber hinaus nimmt die Rauchtrübung mit zunehmender Belastung zu, wie in Abb. 9b dargestellt. Dies lässt sich auf den Fortschritt des integrierten Brennstoffs zurückführen, der hauptsächlich über eine Diffusionsstruktur verbrannt wird. Während der Diffusionsverbrennung entsteht an der brennstoffreichen Grenze des Reaktionsbereichs Rauchentwicklung64. Durch den Kraftstoffzerfall von dichten zu weichen Kohlenwasserstoffen werden Rußatome gebildet, gruppiert und in großen Mengen im Zustand von geringem O2 und geringer regionaler Temperatur emittiert. Andererseits werden die gebildeten Rußatome in CO2 umgewandelt und ihre Intensität geht in den Emissionen zurück. Darüber hinaus korreliert der Verlauf der Rauchintensität mit dem Äquivalenzverhältnis (ER). Dies bedeutet, dass, wenn der ER das stöchiometrische Niveau erreicht, nur noch wenig O2 zur Verfügung steht, um den gesamten im Reaktionsbereich gebildeten Ruß umzuwandeln, selbst wenn die Zylindertemperatur erhöht ist. Es fällt auf, dass die Rauchopazität bei M5-, M10- und M15-Mischungen im Vergleich zu D100 geringer ist. Obwohl es auch einen gegensätzlichen Zusammenhang zwischen NOx und der Rauchtrübung gibt10, könnten die einzigartigen Aspekte der Mischung, insbesondere die Sauerstoffanreicherung, die Reduzierung des Rußgehalts erleichtern. Bemerkenswerterweise wies M15 das geringste Rußwachstum auf. Dies ist möglicherweise auf den erhöhten O2-Anteil im Zusammenhang mit der zunehmenden M100-Segmentierung zurückzuführen.

Die Variation des CO-Gehalts für die Mischungen über BMEP ist in Abb. 9c dargestellt. Es fällt auf, dass die CO-Menge mit zunehmendem BMEP abnimmt, sofern kein erhöhter BMEP vorliegt. Dies könnte auf die zunehmende Intensität des Oxidationsmechanismus von CO mit zunehmender Verbrennungstemperatur zurückzuführen sein [75]. Bei den Mischungen M5, M10 und M15 ist die CO-Menge erhöht, vor allem bei erhöhter Belastung. Dies lässt sich möglicherweise darauf zurückführen, dass die Kombinationen eine große Menge O2, einen erhöhten LHV und einen geringen CN enthalten. Diese Kombinationen unterschiedlicher Eigenschaften könnten die Verbrennungseffizienz verschlechtern und einen Anstieg des CO-Gehaltsmusters auslösen58. Bezüglich der UHC-Emissionen zeigt das UHC-Muster einen Anstieg mit steigender Motorlast für die bewerteten Gemische, wie in Abb. 9d dargestellt. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass mit zunehmender Motorlast mehr Kraftstoff zugeführt wird und die Zeit nicht ausreicht, um das gesamte Gemisch zu vermischen und zu verbrennen, was zu einem Anstieg des UHC-Gehalts führt. Im Vergleich zu D100 stieg der UHC-Gehalt für M5-, M10- und M15-Mischungen mit zunehmendem Methanolgehalt in den Mischungen. Der Grund könnte darin liegen, dass eine weitere Methanolzugabe voraussichtlich den Kühleffekt verstärken und zu unzureichender Verbrennung und vergrößerten UHC-Bildungen führen wird. Diese Ergebnisse entsprechen den im Artikel21 beschriebenen Ergebnissen.

Die Zusammenfassung der prozentualen Verringerung der NOx-, Ruß-, CO- und UHC-Werte von Diesel-Methanol-Mischungen ist in Abb. 10 dargestellt. Im Vergleich zu reinem Dieselkraftstoff ist zu verzeichnen, dass die NOx- und Rußwerte um durchschnittlich 15 gesunken sind % bzw. 30 %. Gleichzeitig stiegen CO und UHC im Durchschnitt um 20 % bzw. 25 %. Abbildung 11 zeigt den Reduktionsprozentsatz des BSFC für getestete Kraftstoffe bei verschiedenen Motorlasten. Der BSFC ist für Diesel-Methanol-Mischungen im Vergleich zu Diesel um durchschnittlich 10 % erhöht.

Reduktionsprozentsatz der NOx-, Ruß-, CO- und UHC-Werte mit bmep für getestete Kraftstoffe.

Prozentsatz der BSFC-Reduktion mit bmep für getestete Kraftstoffe.

Tabelle 5 zeigt die bestehenden Studienschlussfolgerungen mit verfügbaren korrelierten Artikeln. Es fällt auf, dass die aktuelle Untersuchung erhebliche Ergebnisse für den Einsatz von M100 in CI-Motoren lieferte und auch einen sinnvollen Zusammenhang mit anderen korrelierten Studien aufwies.

Ziel dieses Artikels war es, die Auswirkungen der Manipulation von n-Decanol als Colösungsmittel auf die Mischbarkeit von M100/wasserhaltigem Methanol/Diesel-Mischungen bei zahlreichen Temperaturen zu untersuchen. Die Tests wurden auch erweitert, um die Auswirkungen des Einsatzes von n-Decanol als Colösungsmittel mit M100/Diesel-Mischungen auf Motorverbrennung, Emissionen und Mischbarkeitsaspekte zu bewerten. Die drei Methanolsegmente waren 5 %, 10 % und 15 % kombiniert mit 20 % n-Decanol. Die folgenden wichtigen Schlussfolgerungen wurden aus dieser Untersuchung gezogen.

Die Mischbarkeitsanalyse von reinem Methanol/Diesel und wasserhaltigen Methanol/Diesel-Mischungen legt nahe, dass sie sich in keinem Segment unterhalb der bewerteten Temperaturen ohne Fremdstoffe vermischen können. Die Verwendung von n-Decanol als Colösungsmittel erweist sich als beträchtliche Fähigkeit zum Mischen von M100 und wasserhaltigem Methanol mit Dieselöl bei verschiedenen Temperaturen.

Es gab eine Verringerung von Pcyl., dP/dθ und HRR für M100/Diesel-Mischungen im Vergleich zu Dieselöl. Dies ist auf den geringen Energiegehalt, den geringen CN und den erhöhten LHV zurückzuführen, die zu einer Verschlechterung der Verbrennungsentwicklung führen. Die Vergrößerung des Methanolanteils führt zu einem Anstieg von CA50; Daher wird der Großteil der Kombination in der Diffusionsstufe verbrannt. Dies könnte durch die doppelten Höhen im HRR-Muster verdeutlicht werden, die mit dem Löscheinfluss verbunden sind, der durch die Zugabe eines großen Teils von M100 in der Kombination ausgelöst wird.

Der BTE verringerte sich, während BSFC und BSEC für das Gemisch im Vergleich zum Diesel zunahmen.

Bei den Kombinationen M5, M10 und M15 kam es im Vergleich zu Diesel zu einem Anstieg der UHC- und CO-Konzentrationen um etwa 60 % bzw. 50 %. Die NOx- und Rauchtrübungsintensität sank bei den Kombinationen im Vergleich zu Diesel um etwa 30 % bzw. 50 %.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Kurbelwinkel

Reiner Diesel

Abgastemperatur

Druckänderung mit Kurbelgrad

Änderung des Zylindervolumens mit dem Kurbelgrad

Wärmefreisetzungsrate

Reines Methanol

5 Vol.-% Methanol + 20 % n-Decanol + 75 Vol.-% D100

10 Vol. % Methanol + 20 % n-Decanol + 70 Vol. % D100

15 Vol.-% Methanol + 20 % n-Decanol + 65 Vol.-% D100

Wasserhaltiges Methanol, bestehend aus 90 % Methanol + 10 % Wasser

Latente Verdampfungswärme

Stickoxide

Druck im Zylinder

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Die Autoren danken der Science, Technology and Innovation Funding Authority (STDF) und der Egyptian Knowledge Bank (EKB), Ägypten, für die Übernahme der Publikationsgebühren für die aktuelle Studie. Außerdem möchten die Autoren der Abteilung für Maschinenbau der Benha-Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Benha-Universität für die Bereitstellung einiger der für die Durchführung dieser Forschungsarbeit erforderlichen Einrichtungen, Werkzeuge und Ausrüstungen danken.

Open-Access-Finanzierung durch die Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) in Zusammenarbeit mit der Egyptian Knowledge Bank (EKB).

Abteilung für Maschinenbau, Benha-Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Banha-Universität, Benha, 13512, Ägypten

Ahmed I. EL-Seesy, Mahmoud S. Waly und Radwan M. El-Zoheiry

Abteilung für Chemieingenieurwesen, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Alexandria, Alexandria, Ägypten

Hassan Nasser

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AIE-S.: Konzeptualisierung, formale Analyse, Untersuchung, Schreiben – Originalentwurf, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. MSW: Untersuchung und formale Analyse. AN: Untersuchung, formale Analyse und Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. RME-Z.: Formale Analyse, Untersuchung, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung.

Korrespondenz mit Ahmed I. EL-Seesy.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

EL-Seesy, AI, Waly, MS, Nasser, A. et al. Verbesserung der Verbrennungs-, Emissions- und Stabilitätseigenschaften von Diesel-Methanol-Mischungen unter Verwendung von n-Decanol als Cosolvent. Sci Rep 12, 18963 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20326-0

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Eingegangen: 29. Juli 2022

Angenommen: 12. September 2022

Veröffentlicht: 08. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20326-0

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