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Aug 20, 2023

Impacto da operação do modo de ignição por compressão controlada por reatividade (RCCI) em motores a diesel alimentados com mistura B20 de biodiesel de óleo de cozinha residual

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4798 (2023) Citar este artigo

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O objetivo deste estudo é realizar uma avaliação experimental do impacto da RCCI (ignição por compressão regulada por reatividade) no desempenho, emissões e combustão de um motor CRDI. Uma mistura de combustível (20% de biodiesel, 80% de diesel e um catalisador de NaOH) é gerada. A combinação produzida é avaliada quanto aos atributos usando padrões estabelecidos pela American Society for Testing and Materials (ASTM). A pesquisa do motor incluiu três tipos distintos de injeções: 10% Pen RCCI, 20% Pen RCCI e 30% Pen RCCI. Aumentar a pressão de injeção aumenta a eficiência térmica do freio, geralmente conhecida como BTE. As emissões de NOx aumentaram como consequência de pressões de injeção mais altas e melhor combustão. Porém, quando a taxa de injeção é aumentada, o Consumo Específico de Combustível (SFC) cai. As emissões de CO2 e hidrocarbonetos, assim como os valores de opacidade da fumaça, aumentaram com o aumento da carga. A mistura resultante pode ser utilizada em um motor CI com ignição pré-misturada para melhorar o desempenho geral do motor, bem como as características de combustão.

A indústria de transporte é responsável por uma parcela significativa do consumo mundial de energia e das emissões de gases de efeito estufa1. Como consequência, alcançar alta eficiência energética por meio do cumprimento rigoroso dos requisitos de emissão deve estar no centro de qualquer plano para garantir um crescimento econômico estável, ambientalmente responsável e socialmente justo2. A demanda por petróleo bruto está se expandindo rapidamente como resultado da expansão econômica mundial. O uso desordenado de diferentes fontes de combustível resultou no aumento do número de pessoas que sofrem de problemas respiratórios, bem como no aumento do esgotamento dos combustíveis fósseis e assim por diante. Esses fatores abriram caminho para o uso de fontes alternativas de energia[3,4,5,]. Segundo as simulações numéricas, o aumento da temperatura de trabalho da célula eletroquímica diminui a variação da tensão unitária e reduz o consumo de energia do sistema em 19%6. Os motores a diesel são atraentes para os pesquisadores devido ao seu alto CR e excelente eficiência de combustível7,8. Independentemente disso, os motores a diesel demonstraram gerar mais material particulado e óxidos de nitrogênio9. Por causa de suas emissões reduzidas e eficiência aprimorada, a ignição por compressão de carga pré-misturada, ou PCCI, gerou preocupações nos últimos anos. Ao usar uma mistura mais avançada de combustível e ar antes da ignição, o material particulado pode ser reduzido ao usar o modo de combustão PCCI10. As emissões de NOx foram reduzidas devido ao uso de uma mistura de combustível e ar mais pobre em conjunto com uma taxa de recirculação de gases de escape (EGR) melhorada. Como resultado, a temperatura de combustão foi reduzida. Como o óleo diesel é mais inflamável, mas menos volátil que a gasolina, há alguns obstáculos a serem superados no modo de combustão PCCI. Esses desafios incluem produzir uma mistura homogênea, gerenciar a ignição, ter funcionalidade limitada, ter impacto severo nas paredes da câmara de combustão11. É determinado que o aumento da porcentagem de volume de partículas melhora a capacidade térmica e a viscosidade do fluido, porém a tendência de flutuações na capacidade térmica é dependente dos fluidos convencionais12.

O modo de combustão RCCI, uma técnica viável e de queima limpa, foi recentemente inventado. Para enfrentar os desafios associados ao modo de combustão PCCI, este sistema utiliza dois tipos exclusivos de combustíveis com diferentes qualidades físicas, bem como injeção separada. A expressão "gradiente de reatividade" refere-se a outro tipo de reatividade, que pode ser global ou local13. Tanto os diferentes tipos de combustível quanto a quantidade de combustível injetada na câmara de combustão são usados ​​para controlar a reatividade global. O gradiente de reatividade é diferente da abordagem de injeção de combustível, que inclui a injeção precoce e tardia de combustíveis de alta e baixa octanagem, respectivamente. Como resultado, o modo de combustão RCCI pode variar dependendo do método de injeção de combustível e taxa de injeção14,15. A gasolina de maior octanagem foi usada no coletor de admissão, enquanto o combustível de maior cetano foi usado na câmara de combustão. Isso foi feito para organizar a reatividade do combustível em uma estrutura separada, o que resultou na combustão estratificada16. Usando polioximetileno dimetil éteres (PODE) como combustível de alta reatividade (HRF) em combinação com metanol como combustível de baixa reatividade (LRF) para combustão RCCI, Duraisamy et al.17 reduziu bastante a duração do processo de combustão e a quantidade de tempo de atraso . Pan et al.18 descobriram que conforme a proporção de combustão pré-misturada aumentava, o IMEP para combustão de isobutanol-diesel, gasolina-diesel RCCI aumentava significativamente. Os motores isobutanol e diesel RCCI apresentaram maior IMEP quando ambos os combustíveis foram pré-misturados igualmente do que o motor gasolina-diesel RCCI. Yang et al.19 observaram que o tempo de injeção de gasolina e metanol influenciou o processo de combustão em seu estudo no motor RCCI. Foi possível melhorar o desempenho ajustando o tempo de injeção de diesel anterior e o tempo de injeção de metano seguinte. Wang et al.20 relataram que aumentar a entrada de ar e diminuir a EGR melhorou a eficiência térmica de um motor a gasolina-PODE RCCI. A diluição do ar para manter a pressão de admissão constante aumenta a eficiência térmica. Zheng et al.21 demonstraram que cargas baixas e médias diminuíram a produção de calor RCCI (HRR). O aumento da proporção de n-butanol do motor reduziu sua eficiência térmica. Charitha et al.22 descobriram que a adição de éster metílico de óleo de algodão reduziu as emissões de NOx. As emissões de HC aumentaram quando a quantidade de éster metílico do óleo de algodão era baixa, mas diminuíram quando era maior. Isik et al.23 descobriram que um motor RCCI movido a etanol com B50 HRF produziu pressão de pico mais alta do que o motor de controle. As curvas HRR do motor RCCI alimentado com etanol subiram em todas as direções. Thiyagarajan et al.24 mostraram que o n-pentanol aumentou o BTE quando comparado ao metanol. O modo de combustível duplo consumia menos que o biodiesel, mas mais que o diesel em termos de energia específica de frenagem (BSEC). O tempo de atraso aumentou com a taxa de EGR e o conteúdo de pentanol, de acordo com Radheshyam et al.25. Sob cargas baixas, o 1-Pentanol diminuiu a pressão do cilindro enquanto aumentou sob cargas altas.