ترکيبي سوخت با جرقهاي اشتعال موتور احتراق تجربي بررسي آاليندهها و سوخت مصرف کاهش براي MTBE و بنزين-اتانول ام ي اله فتح مدرس تربيت دانشگاه مكانيك مهندسي دانشكده استاديار F_ommi@yahoo.com فرهنگ* خدارحيم مدرس تربيت دانشگاه هوافضا ارشد كارشناس K_farhang@yahoo.com شفيعيثابت احمد خودرو ايران موتور تحقيقات مركز مكانيك- ارشد كارشناس A_shafiei@ip-co.com 88/11/6 مقاله: نهايي پذيرش تاريخ 88/4/13 دريافت: مسئول/تاريخ *نويسنده چکيده يافته توسعه کشورهاي در سالهاست و ميباشد بدخيم بيماريهاي مثل زيستي محيط مخرب آثار موجب بنزين به MTBE افزودني مادة عملكرد بر اتانول سوخت تأثير بررسي و 1 MTBE افزودني جاي به اتانول جايگزيني تحقيق اين در اصلي هدف لذا است شده حذف بنزين از بارکامل حالت دو در آزمونها ميباشد. بنزين با اتانول بهينه ترکيب آوردن بدست و جرقهاي اشتعال موتور سوخت مصرف و آاليندهها توليد دقيقه بر دور 3000 و 2000 سرعتهاي در تنها جزئي بار آزمون و موتور مختلف سرعتهاي در کامل بار آزمون گرفت. صورت جزئي بار و بازده مخلوط در اتانول ميزان افزايش با که ميدهد نشان آمده بهدست نتايج شد. بهينه جرقهزني زمان آزمونها اين تمام در شد. انجام فرط از مييابد. افزايش تند سرعتهاي در و کاهش كند سرعتهاي در ويژه سوخت مصرف مييابد. افزايش موتور گشتاور و توان تنفسي مونواکسيدکربن آاليندة يابد. کاهش چشمگيري طور به )HC( نسوخته هيدروکربنهاي آاليندة که شده باعث مخلوط در اتانول وجود ديگر XU7 مطالعه اين در آزمايش مورد موتور ميدهد. نشان را افزايش اندکي )NOx( نيتروژن اکسيدهاي ميزان ولي يافته کاهش مقداري )CO( ميباشد. JP/L3 خروجي آاليندههاي MTBE اتانول سوخت مصرف کليدواژهها: موتور عملکرد مقدمه 1- بر تالش تحقيق از مرحله اين در كشور در اتانول توليد كم نسبتا حجم به توجه با ايجاد از پس و شود جايگزين اتانول با MTBE افزودني مادة از بخشي كه است اين و خودروها در نياز مورد تغييرات و كشور در اتانول توليد براي مناسب زيرساختهاي كشور در توزيعي بنزين از MTBE افزودني مادة كامل حذف سوختگيري جايگاههاي عدد با متناسب تركيب هر در MTBE افزودني مادة مقدار گرفت. خواهد قرار نظر مد داراي که ترکيبي سوختهاي با موتور لذا بود. خواهد متفاوت تركيب آن نظر مورد اكتان گرفت. قرار آزمايش مورد است درصد( و 7 )5 اتانول مختلف درصدهاي سوختهاي براي تقاضا فناوري و صنعت رشد بويژه و کشورها جانبه همه توسعة موجود ذخاير کاهش تقاضا افزايش بنابراين ]1[. است داده افزايش دنيا در را سنگوارهاي سوختها اين از ناشي زيستي محيط آلودگيهاي افزايش و سنگوارهاي سوختهاي مهمترين از است که شده جايگزين سوختهاي يافتن براي محققان گرايش باعث انواع داراي گياهي سوختهاي برد. نام را گياهي سوختهاي ميتوان سوختها اين سنگوارهاي سوختهاي به نسبت کمتري آلودگيهاي عمده بطور و هستند مختلفي مه سوختها اين کرد. توليد مختلف منابع از ميتوان امروزه را گياهي سوختهاي دارند. شکل گازي سوختهاي جمله از ميباشند. موجود مايع صورت به هم و گاز صورت به همچنين و ضايعات تخمير از سوختها اين کرد. اشاره بيومتان يا بيوگاز به ميتوان. ]2[ ميگردند تهيه فاضالب روغنهاي حيواني روغنهاي گياهي روغنهاي شامل گياهي سوختهاي مهمترين ]3[. ميباشند بيومتانول و بيواتانول شده بازيافت خوراکي 1 - Methyl Tertiary Butyl Ether 1388 /پاييز شانزدهم /شمارة پنجم موتور/سال تحقيقات پژوهشي علمي- فصلنامة 22
شفيعيثابت احمد فرهنگ/ خدارحيم امي/ ا... فتح پژوهش پيشينة 2- با موتوري در اتانول مختلف درصدهاي با بنزين و اتانول تركيبات روي بر تحقيقي در افزايش باعث اتانول مقدار افزايش كه ميدهد نشان نتايج شد. انجام متغير تراكم نسبت كه بود آن از حاكي نتايج همچنين ميشود. سوخت حرارتي ارزش كاهش و اكتان عدد. ]4[ شد مشاهده اكتان عدد افزايش روي بر تأثير بيشترين اتانول %10 كردن اضافه با عملکرد بر مختلف نسبت 10 در بنزين با اتانول ترکيب تأثير ديگري تحقيق در %2/5 نسبت با %25-0 محدودة از ترکيب هر در اتانول مقدار است. شده بررسي موتور بازده و حرارتي بازده موتور قدرت که ميدهد نشان آمده بدست نتايج مييابد. افزايش پيدا افزايش CO 2 کاهش نيز موتور وHC CO اين بر عالوه مييابد. افزايش تنفسي ]5[. ميکند انجام هيدروژن و بنزين اتانول تركيبات بكارگيري با آزمايشهايي ديگر تحقيقي در تركيبات اين به نيز هيدروژن و شده تركيب بنزين با اتانول آزمايشها اين در است. شده مصرف و CO كاهش باعث بنزين به اتانول و هيدروژن كردن اضافه است. شده اضافه ]6[. است يافته افزايش نيز آن گرمايي بازده و موتور قدرت ميشود. سوخت و خروجي آاليندههاي روي بر آمريکا ميشيگان دانشگاه در که تحقيقي در همچنين انجام اتانول بنزين- ترکيبي سوخت با جرقهاي اشتعال موتور يک از شده آزاد انرژي نرخ ميبخشند بهبود را انرژي مصرف اتانولي ترکيبات حاوي سوخت که شد مشخص شد.]7[ خروجي آاليندههاي روي بنزين به MTBE و اتانول کردن اضافه اثرات تحقيقي در ]8[. دارد MTBE به نسبت کمتري آاليندگي اتانول که ميدهند نشان نتايج شد. انجام استنشاق که رسيد نتيجه اين به داد. انجام که تحقيقاتي در Chun بنام فردي موشها روي Bird بنام فردي و است. خطرناک انسان براي 400 ppm از بيشتر MTBE آنها سلولهاي افزايش باعث MTBE که رسيده نتيجه اين به و داده انجام تحقيقاتي سلولهاي روي تأثيراتي سبب MTBE مجاز حد از بيشتر قرارگرفتن معرض در ميشود. از بيش استنشاق ميشوند. زنده موجودات در موقت بيهوشي و خستگي عالئم و عصبي بنام فردي ميشود. انسان و حيوان در مثل توليد در اختالالتي باعث MTBE مجاز حد رسيدکه نتيجه اين به و داد انجام MTBE بخار استنشاق زمينة در تحقيقاتي Borak ]9[. ميشوند گيجي حالت و سرفه گلو و بيني سوزش چشم سوزش سبب بخارات اين و دادهاند قرار آزمايش مورد را ماده و نر موش 344 Bird و Chun بنامهاي افرادي سرطان دچار ميشد وارد آنها بدن به تنفس راه از MTBE که موشها اين از گونهاي ]9[. شدهاند آزمون مقدمات 3- پااليشگاه از تحقيق اين در استفاده مورد MTBE و )بدونMTBE ( پايه بنزين پايه بنزين شد. استفاده موتور در و گرديد مخلوط ترکيب دو صورت به و شد تهيه تهران قابليت و اتانول بودن خالص اهميت به توجه با شد. آزمايش مرجع سوخت عنوان به نيز موضوع اين اهميت ميگرفت. قرار استفاده مورد مطلق اتانول ميبايست آن آب جذب از آب و اتانول اتانول آب ميزان بودن زياد صورت در که ميشود نمايان بيشتر آنجا استفاده مورد اتانول بنابراين ]10[. ميگيرند قرار مجزا اليهاي در و ميشود جدا بنزين قزوين بيدستان شرکت از که ميباشد درصد خلوص 99/6 درصد داراي تحقيق اين در 1(. شد)شکل تهيه شد: استفاده مختلف مخلوط دو از تحقيق اين در MTBE و %10 اتانول %5-1 MTBE %7 و اتانول %7-2 اشتعالي جرقه زمانه چهار استوانه چهار موتور يک تحقيق اين در استفاده مورد موتور اتانول و بنزين ترکيبي سوخت با که ميباشد )EMS( هوشمند مديريت با خنک آب و دادهبرداري پايدار شرايط به رسيدن از بعد و شده وصل 1 لگام به موتور اين ميکند. کار جدول 1 در آزمون اين در نظر مورد موتور مشخصات شد. انجام آزمايشها طبق موتور از است. شده آورده اتانول خلوص اندازهگيري 1 شكل آزمون مورد موتور مشخصات 1 جدول موتور نوع استوانه قطر سمبه مسير طول موتور حجم سمبه دسته طول حجمي تراکم نسبت طبيعي تنفس خطي استوانه 4 متر ميلي 83 متر ميلي 81/4 مکعب متر 1761 سانتي متر ميلي 143/1 9/2 آزمايشگاهي تجهيزات 1-3- برخي به نياز موتور آاليندههاي و عملکرد بر سوخت اثرات بررسي منظور به اين معموال ميباشد. جزئي بارهاي و بار تمام شرايط در آن روي عملکردي آزمونهاي پايه سوخت با مقايسه در جديد سوخت با موتور احتراقي وضعيت بررسي براي آزمونها داخل فشار مقادير اندازهگيري احتراقي آزمونهاي در موضوع مهمترين ميگيرد. انجام كرد. بررسي را موتور احتراق کيفيت ميتوان آن روي از که ميباشد احتراق محفظه ساير و ترمز لگام به مجهز آزمون اتاق به نياز موتور روي احتراقي آزمونهاي براي ميباشد: جدول 2 شرح به اندازهگيري براي تجهيزات آزمون در استفاده مورد تجهيزات 2 جدول تجهيزات 120kW AVL ترمز لگام Lambda Sensor Horiba J نوع دماسنج K نوع دماسنج Gas Analyzer Horiba 5 اندازهگيري موتور گشتاور و دور سوخت به هوا نسبت ورودي چندراهه هواي دماي خروجي چندراهه هواي دماي آاليندهها اندازهگيري 1- Dynamometer 23 1388 /پاييز شانزدهم /شمارة پنجم موتور/سال تحقيقات پژوهشي علمي- فصلنامة
آاليندهها و سوخت مصرف کاهش براي MTBE و بنزين-اتانول ترکيبي سوخت با جرقهاي اشتعال موتور احتراق تجربي بررسي آن توان كه است اتريش AVL شركت ساخت تحقيق اين در شده استفاده لگام بردقيقه دور 8000 آن دور بيشترين ميباشد. Asynchronous نوع از و كيلووات 120 و محاسبه براي است. متر در نيوتن 509 كند تحمل ميتواند كه گشتاوري بيشترين و Ak 7000-MEXA مدل Horiba تحليلگر از آاليندهها ميزان به مربوط دادههاي ثبت 756-CLA تحليلگر از NOx اندازهگيري براي Horiba تحليلگر در گرديد. استفاده AIA تحليلگر از CO اندازهگيري براي و 726-FIA تحليلگر از HC اندازهگيري براي گرديد. استفاده سوخت خواص اندازهگيري 2-3- آزمون )انجمن استانداردهايASTM از استفاده با بنزين و سوخت ترکيبات خواص شد. اندازهگيري 3 جدول مطابق آمريکا( مواد شده استفاده سوختهاي مشخصات 3 جدول نمونه مشخصات تحقيقي اکتان عدد MJ/kg پايين حرارتي ارزش اکسيژن محتواي چگالي kpa ريد بخار فشار تقطير) C ( دماي محدودة E1 91/3 0/3 41/5 3/04 0/7314 55/3 41/5 51/9 69/5 128/1 166/7 E2 89/8 0/3 41/12 4/37 0/7302 59/4 40/2 51 66/2 123/8 164/1 E3 87 0/3 44 2/94 0/7158 52/2 47 67/2 90/9 123 169/4 E1= Base Fuel+ 5%Ethanol+10%MTBE E2= Base Fuel+ 7%Ethanol+7%MTBE E3= Base Fuel IBP C vol% Recovery 10 vol% Recovery 50 vol% Recovery 90 EBP C آزمون روش 4- آب دماي بايد آزمون هر از قبل موتور عملكردي مشخصههاي پايداري منظور به منظور اين براي برسد. سانتيگراد( درجه 90 )حدود موتور كاري دماي به موتور روغن و كار دقيقه 20 تا 10 حدود دقيقه بر دور 2000 2 بار شرايطكاري در و شده روشن موتور اصلي آزمون آن از پس و برسد پايدار حالت به موتور مختلف قسمتهاي دماي تا ميكند در آن مشابه كاركرد و موتور سالمت از اطمينان منظور به آن بر عالوه ميشود. آغاز دقيقه بر دور 2000 2 بار كاري شرايط در موتور عملكردي مشخصههاي تمام روز هر بار و کامل بار حالت دو در آزمايشها ميشد. ثبت موتور روزانه بازرسي نقطة عنوان به گرفت. انجام جزئي INCA نرمافزار با گرفت. قرار دقيقه بر دور 1500 دور در موتور باركامل حالت در نرمافزار با )كه را نظري متوسط مؤثر فشار بيشترين تا گرديد تنظيم λ و زمانجرقهزني مؤثر فشار بيشينه حالت در تنظيم از پس باشد. داشته ميشد( داده نمايش IndWin ويژه سوخت مصرف استوانه داخل فشار ثبت شامل كه دادهبرداري تئوري متوسط چرخه 100 در دور هر در دادهبرداري گرفت. است انجام غيره و آاليندهها گشتاور توان گرديد. ثبت آن متوسط و گرفت صورت در را دور كه بدينترتيب شد. انجام دقيقه بر دور 2000 در ابتدا بارجزئي آزمايش دما شدن پايدار از پس و شد تنظيم بار 2 ميزان به بار و كرده ثابت دقيقه بر دور 2000 الگو اين شد. تكرار قبلي روند و يافت تغيير بار 3 به بار سپس انجامگرفت. دادهبرداري اين تمام و يافته تغيير دقيقه بر دور 3000 به دور سپس شد. انجام باركامل به رسيدن تا شد. تكرار دقيقه بر دور 3000 دور براي مراحل کامل بار آزمون نتايج 1-4- تنفسي بازده سوخت اتانول ميزان افزايش با که ميشود مشاهده شکل 2 به توجه با در دارد بنزين به نسبت بيشتري تبخير نهان گرماي اتانول چون مييابد. افزايش موتور هواي دماي نتيجه در و ميکند جذب را ورودي چندراهة هواي گرماي از مقداري نتيجه باعث هوا چگالي در افزايش مييابد. افزايش چگالي بنابراين و ميدهد كاهش را ورودي عملکرد نتيجه در و تنفسي بازده شودکه موتور استوانه وارد بيشتري هواي که ميشود تبخير از ناشي سرمايش دليل به تبخير نهان گرماي نقش اين مييابد. بهبود موتور است. سوخت موتور سرعت برحسب تنفسي بازده تغييرات 2 شكل که است اين اتانول افزودن با موتور توان افزايش علت 4 و 3 شکلهاي به توجه با کاملتر احتراق با که ميباشد اکسيژن اتم يک داراي خود شيميايي ساختار در اتانول تبديل سوخت شيميايي انرژي از بيشتري ميزان کافي اندازة به اکسيژن وجود دليل به گشتاورموتور و توان افزايش در بايد آنرا طبيعي نتيجة که ميشود حرارتي انرژي به کرد. جستجو موتور دوراني سرعت از تابعي صورت به گشتاور تغييرات 3 شكل 1388 /پاييز شانزدهم /شمارة پنجم موتور/سال تحقيقات پژوهشي علمي- فصلنامة 24
فتح ا... امي/ خدارحيم فرهنگ/ احمد شفيعيثابت شكل 4 تغييرات توان به صورت تابعي از سرعت دوراني موتور حرارتي به مقدار زيادي افزايش يافته است که دليل آن عدد اکتان بيشتر و زاوية جرقة بهينه ميباشد. همچنين اتانول در ساختار شيميايي خود داراي يک اتم اکسيژن ميباشد که باعث افزايش بازده تنفسي و در نتيجه افزايش بازده حرارتي موتور ميشود. عالوه بر آن ميتوان نتيجه گرفت که با احتراق کاملتر به دليل وجود اکسيژن به اندازة کافي ميزان بيشتري از انرژي شيميايي سوخت تبديل به انرژي حرارتي ميشود که نتيجة طبيعي آنرا بايد در افزايش توان موتور جستجوكرد. شکل 6 مصرف سوخت ويژه موتور را نشان ميدهد. با توجه به اينکه مواد اکسيژندار معموال ارزش حرارتي كمتري نسبت به بنزين دارند و چون نسبت ارزش حرارتي MTBE و اتانول نسبت به بنزين به ترتيب 80 و 60 درصد ميباشند لذا ترکيب بنزين و مواد اکسيژندار ارزش حرارتي كمي را تشکيل ميدهند ]9[. کاهش در ارزش حرارتي متناسب با نسبت ترکيب مواد اکسيژندار است. ارزش حرارتي كوچكتر به اين معناست که سوخت بيشتري براي توليد همان مقدار توان الزم است. همچنين شايان ذکر است که هر چه سرعت موتور بيشتر شود مصرف سوخت ويژه افزايش مييابد زيرا توان اصطکاکي موتور بيشتر ميشود که باعث افزايش مصرف سوخت ميشود. شكل 7 شكل 5 تغييرات بازده حرارتي ترمزي موتور نسبت به تغيير سرعت موتور در وضعيت بارکامل براي سوختهاي مختلف سوختهاي مختلف تغييرات آالينده مونوکسيدکربن نسبت به تغيير سرعت موتور در وضعيت بارکامل براي شكل 6 تغييرات مصرف سوخت ويژه ترمزي به صورت تابعي از سرعت دوراني موتور شکل 5 تغييرات بازده حرارتي ترمزي نسبت به دور موتور در حالت بارکامل را نشان ميدهد. همانطور که مشاهده ميشود اين عامل پس از رسيدن به نقطة بيشينه گشتاور در سرعت 3500 دور بر دقيقه شروع به کاهش ميکند. در سرعتهاي تند طول مدت احتراق تا مرحلة انبساط ادامه مييابد که باعث بيشتر شدن احتمال احتراق ناقص ميشود که نتيجة آن افت بازده حرارتي خواهد بود. مشاهده ميشود که با افزودن اتانول بازده 2-4- بررسي تأثير افزودن اتانول بر آاليندهها عامل اصلي در پايش 1 آالينده مونوکسيدکربن نسبت هواي اضافي است. در آزمونهاي بارکامل و بار جزئي که انجام شد در نسبت هواي اضافي تغييري اعمال نميشد. کاهش آاليندة مونوکسيدکربن در اثر افزودن اتانول به مخلوط %7 اتانول+ %7MTBE بطور متوسط %6/18 را نشان ميدهد که به خاطر باال بودن محتواي اکسيژن اين مخلوط نسبت به مخلوط ديگر ميباشد که باعث ميشود تعداد اتمهاي کربن سوخت نسبت به اکسيژن کمتر باشد. شکل 8 تغييرات اکسيدهاي نيتروژن را نشان ميدهدکه با افزايش سرعت افزايش مييابد که دو دليل براي آن ميتوان بيان کرد. اول اينکه يکي از عوامل مهم و تأثيرگذار بر ميزان توليد اکسيدنيتروژن در موتورهاي بنزيني زمان جرقهزني شمع ميباشد. پيش انداختن موعد جرقهزني)آوانس جرقه( با توجه به اينکه همزمان با مراحل پاياني فرايند تراکم ميباشند اثر افزايش ميزان دما و فشار را در موتور تشديد ميكند و طبعا باعث افزايش ميزان اکسيدنيتروژن توليدي خواهد شد. دليل دوم اين است که چون بازده تنفسي افزايش مييابد جرم ورودي به داخل استوانه افزايش مييابد که در نتيجه فشار داخل استوانه افزايش و به دنبال آن دما افزايش مييابد که منجر به افزايش آاليندة NOx ميگردد. 1- Control 25 فصلنامة علمي- پژوهشي تحقيقات موتور/سال پنجم /شمارة شانزدهم /پاييز 1388
بررسي تجربي احتراق موتور اشتعال جرقهاي با سوخت ترکيبي بنزين-اتانول و MTBE براي کاهش مصرف سوخت و آاليندهها شكل 8 تغييرات آاليندة اکسيدهاي نيتروژن برحسب دور براي سوختهاي مورد استفاده شكل 10 تغييرات بازده حرارتي در وضعيت بارجزئي براي فشارهاي مؤثر متوسط ترمزي مختلف در سرعت 2000 دور بر دقيقه شكل 9 تغييرات آاليندة هيدروکربنهاي نسوخته برحسب دور با توجه به شکل 9 مشاهده ميشود که با افزودن اتانول به بنزين در بارکامل مقدار هيدروکربنهاي نسوخته به ميزان چشمگيري کاهش مييابد. داليل اين کاهش عبارتند از: 1- افزايش دماي محفظة احتراق که اين افزايش باعث به تأخير افتادن خاموشي شعله در هنگام رسيدن به ديوارة استوانه ميشود. زيرا يکي از علل اصلي تشکيل هيدروکربنهاي نسوخته خاموشي شعله در مجاورت ديوارة استوانه ميباشد. 2- افزايش دماي گازهاي حاصل از احتراق که باعث بوجود آمدن پس واکنش در گازهاي خروجي ميشود و در دماهاي گرم اين هيدروکربنها اکسيد ميشوند. شكل 11 تغييرات مصرف سوخت ويژه نسبت به تغيير فشار مؤثر متوسط ترمزي در سرعت 2000 دور بر دقيقه براي سه نوع سوخت استفاده شده 3-4- نتايج آزمون بار جزيي به منظور دست يافتن به يک الگوي کامل از عملکرد موتور و آاليندهها براي سوختهاي مختلف در حالت بارجزئي به بررسي سرعتهاي 2000 و 3000 دور بر دقيقه پرداخته ميشود. با توجه به اينکه در سرعتهاي 2000 و 3000 دور بر دقيقه بيشترين بازده حرارتي حاصل شد و اينکه موتور معموال در شرايط کاري بارجزئي کار ميکند در حالت بارجزئي به بررسي اين دو سرعت خاص پرداخته شده است تا يک الگوي کامل از عملکرد موتور و آاليندهها در وضعيتهاي مختلف بدست آيد. هنگامي که موتور در وضعيت بارجزئي کار ميکند دريچة گاز به طور کامل باز نيست و در مسير هوا محدوديت ايجاد ميکند که باعث افت فشار و شار سوخت ميشود و در نهايت کاهش توان را در پي خواهد داشت. بسته شدن دريچة گاز در بارجزئي باعث افزايش كار تلمبهاي 1 ميشود که نتيجة آن کاهش بازده حرارتي و افزايش مصرف سوخت ويژة موتور براي جبران افت بوجود آمده است. اين امر در شکلهاي 10 تا 13 مشاهده ميشود. شكل 12 تغييرات بازده حرارتي در وضعيت بارجزئي براي فشارهاي مؤثر متوسط ترمزي مختلف در سرعت 3000 دور بر دقيقه 1- Pumping Loss 26 فصلنامة علمي- پژوهشي تحقيقات موتور/سال پنجم /شمارة شانزدهم /پاييز 1388
فتح ا... امي/ خدارحيم فرهنگ/ احمد شفيعيثابت شكل 13 تغييرات مصرف سوخت ويژه نسبت به تغيير فشار مؤثر متوسط ترمزي در سرعت 3000 دور بر دقيقه حال به بررسي رفتار آاليندهها در حالت بارجزئي در سرعتهاي 2000 و 3000 دور بر دقيقه پرداخته ميشود. شکلهاي 14 و 15 ميزان توليد آاليندة مونوکسيدکربن را بر حسب فشار مؤثر متوسط نشان ميدهند. مشاهده ميشود در تمام بارها افزودن اتانول باعث کاهش اين آالينده ميشود. در بارهاي کم به خاطر کوتاه بودن مدت زمان پس واکنش کربن موجود فرصت کمتري براي اكسايش خواهد داشت و لذا مقدار اين آالينده افزايش خواهد يافت. حال به تغييرات هيدروکربنهاي نسوخته بر حسب بارهاي جزئي پرداخته ميشود )شکلهاي 16 و 17(. در بارهاي کم مقدار هيدروکربنهاي نسوخته نسبت به بارکامل بيشتر است. علت اين امر کاهش دماي محفظة احتراق و در نتيجه کاهش اکسايش در نزديکي ديوارة محفظه و شيارهاي داخل آن است. همانطور که در بررسي نتايج حالت بارکامل گفته شد سرعت تندتر شعلة اتانول و افزايش تعداد مولهاي حاصل از احتراق اتانول و افزايش دما باعث کاهش هيدروکربنهاي نسوخته در بارهاي کم ميشود. عامل ديگري نيز درکاهش هيدروکربنها مؤثر است و آن خاموشي شعله در شيارها و فضاهاي بسيار باريک موجود در داخل استوانه ميباشد. اتانول به دليل عدد اکتان بزرگتر و سرعت تندتر شعلة الکل در هنگام رسيدن به اين شيارها خاموش نميشود و يا حداقل ديرتر خاموش ميشود که نتيجة آن کاهش هيدروکربنهاي نسوخته خواهد بود. شكل 15 تغييرات آاليندة مونوکسيدکربن بر حسب فشار مؤثر متوسط ترمزي در سرعت 3000 دور بر دقيقه براي سوختهاي استفاده شده شكل 16 تغييرات آاليندة هيدروکربنهاي نسوخته بر حسب فشار مؤثر متوسط ترمزي در سرعت 2000 دور بر دقيقه براي سوختهاي مختلف شكل 14 تغييراتآاليندة مونوکسيدکربن بر حسب فشار مؤثر متوسط ترمزي در سرعت 2000 دور بر دقيقه براي سوختهاي استفاده شده شكل 17 تغييرات آاليندة هيدروکربنهاي نسوخته بر حسب فشارمؤثرمتوسط ترمزي در سرعت 3000 دور بر دقيقه براي سوختهاي مختلف 27 فصلنامة علمي- پژوهشي تحقيقات موتور/سال پنجم /شمارة شانزدهم /پاييز 1388
بررسي تجربي احتراق موتور اشتعال جرقهاي با سوخت ترکيبي بنزين-اتانول و MTBE براي کاهش مصرف سوخت و آاليندهها Reference: [1]- Hsieh, W.D., Chen, R.H., Wu, T.L., and Lin, T.H. Engine Performance and Pollutant Emission of an Si Engine Using Ethanol Gasoline Blended Fuels, Atmos. Environ. : 36(3) 403-410, 2002. [2]- Kalam, M.A., Husnawan, M. and Masjuki, H.H. Exhaust Emission and Combustion Evaluation of Coconut Oil-Powered Indirect Injection Diesel Engine. Journal of Renewable Energy, 28: 2405-2415, 2003. [ 3]- Ghobadian, B. and Rahimi, H., Biofuels-Past, Present and Future Perspective. The 4th International Iran and Russian Congress of Agricultural and Natural Resources September 8-10, share Kord university. Share Kord Iran, 2004. [4]- Abdel-Rahman, A.A. and Osman,M.M. Experimental Investigation on Varying the Compression Ratio of Si Engine Working Under Different Ethanol-Gasoline Fuel Blends. International Journal of Energy Research, 21:31-40, 1997. [5]- Al-Hasan, M. Effect of Ethanol Unleaded Gasoline Blends on Engine Performance and Exhaust Emission ; Department of Mechanical Engineering, Amman College Al-Balqa Applied University, P.O.Box 340558, Marka 11134 Amman Jordan,2003. [6]- Al-Baghdadi M.A.S. Hydrogen Ethanol Blending as an Alternative Fuel of Spark Ignition Engines. Journal of Renew Energy,28:1471-1478, 2003. [7]- K Varde, A Jones, A Knutsen, D Mertz, and P Yu, Exhaust Emissions and Energy Release Rates From a Controlled Spark Ignition Engine Using Ethanol Blends. College of Engineering and Computer Science, The University of Michigan- Dearborn, Dearborn, Michigan, USA. DOI:10.1243/09544070JAUTO179, 2006. [8]- Chong-Lin Song_, Wen-Mei Zhang, Yi-Qiang Pei, Guo-Liang Fan, Guan-Peng Xu, Comparative Effects of MTBE and Ethanol Additions into Gasoline on Exhaust Emissions,State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300072, China 2005. [9]- Williams, P. Hazard Identification Handbook for Managing Release of Gasoline Containing MTBE. 81/20. 2003. [10]- Yucesu, H.S., Topgu, T.,Can, C. and Melih, O. Effect of Ethanol-Gasoline Blends on Engine Performance and Exhaust Emissions in Different Compression Ratios. Journal of Applied Thermal Engineering, 26:2272-2278, 2006. 5- نتيجهگيري 1- افزودن اتانول در وضعيت کاري بار کامل باعث افزايش بازده تنفسي گشتاور و توان موتور ميشود. 2- با افزايش سرعت موتور مصرف سوخت ويژه افزايش مييابد. 3- آاليندههاي مونوکسيدکربن و هيدروکربنهاي نسوخته در بارکامل و بارجزئي در اثر افزودن اتانول کاهش مييابند البته کاهش هيدروکربنهاي نسوخته قابل توجه ميباشد. 4- آاليندة اکسيدهاي نيتروژن با افزايش سرعت افزايش مييابد که به علت افزايش بازده تنفسي و افزايش پيشرسي جرقه ميباشد. 28 فصلنامة علمي- پژوهشي تحقيقات موتور/سال پنجم /شمارة شانزدهم /پاييز 1388
F. Ommi/ K. Farhang/ A. Shafiei Sabet Experimental Investigation of the Combustion of a Spark Ignition Engine, With Gasoline-Ethanol-MTBE Blends as Fuel, to Reduce Fuel Consumption and pollutants F. Ommi Asiss. Prof. Tarbiat Modares University F_ommi@yahoo.com K. Farhang* Tarbiat Modares University In M.S grade K_farhang@yahoo.com A. Shafiei Sabet IranKhodro Powertrain Co.(ipco) A_shafiei@ip-co.com *Corresponding Author Received: Jul. 04, 2009 Accepted in Revised Form: Jan. 26, 2010 Abstract Since adding MTBE to gasoline leads to destructive biological effects such as untreatable diseases, it has been couple of years that this material is omitted from gasoline in developed countries. The main objective of this research paper is substituting ethanol for additive substance MTBE as well as studying the effect of ethanol as a fuel on the performance, pollutant production and fuel consumption of a spark ignition motor and finally achieving an optimal ethanol-gas composition. The Experiments were carried out regarding to cases of Full and Part load. The full load Experiment was performed in terms of varies speeds of motor and the part load one utilize speed ranging from 2000 to 3000 rpm. The ignition time (duration) was optimized in the entire Experiment. The achieved outcomes demonstrate that when ethanol rate is changed in a composition, the volumetric efficiency, power and torque of the motor is boosted. Besides, specific fuel consumption in low-speed is cut and it is increased in accelerations. On the other hand, ethanol in the composition has led to a considerable decrease in the amount of HC pollutant. CO pollutant is lessened to some extent while NOx rate shows a nominal accession. XU7JP/L3 motor is studied in this research paper. Keywords: Fuel Consumption, Ethanol, MTBE, Emissions, Engine Performance The Journal of Engine Research/Vol. 16 / Autumn 2009