Підвищення екологічної безпеки дизельного двигуна Д21А1 шляхом забезпечення його роботи за газодизельним циклом з використанням біогазового палива
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9868-2026-1(45)-211-222Ключові слова:
двигун, біогаз, дизельне паливо, техніко-експлуатаційні показники, навантаження.Анотація
Переважна більшість бензинових двигунів внутрішнього згоряння та деякі дизельні двигуни з метою зниження витрат на паливо переобладнуються для роботи на газоподібному пальному. Це, в свою чергу, може створити ряд труднощів, пов’язаних із низькою теплотою згоряння неочищеного біогазу, наявністю вологи та токсичністю двигунів. Проблему низької теплоти згоряння можна вирішити, очистивши біогаз від небажаних компонентів та вологи. Для вирішення питання токсичності двигунів виникає потреба у дослідженні основних екологічних показників їх роботи у процесі експлуатації на біогазовому паливі. За результатами досліджень нами встановлено, що значний вплив на викиди NOx двигуна Д21А1 має коефіцієнт надлишку повітря α. Найкращі ефективні показники забезпечуються на цьому режимі при α=1,2. При збільшенні α від 0,9 до 1,2 вміст, наприклад, оксидів азоту NOx у відпрацьованих газах зменшується на 18,6 % при застосуванні дизельного палива та 31,3 % - при використанні біогазового палива. Також у процесі досліджень нами встановлено, що викиди NOx дизельного двигуна Д21А1 при його роботі за газодизельним циклом нижчі в середньому на 21,9 % у порівнянні з викидами на дизельному паливі. Значний вплив на викиди NOx має також кут випередження впорскування палива. Так, за зміни кута випередження впорскування від 15 до 20ᵒ викиди зменшуються на 13,2 % при застосуванні дизельного палива та 9,2 % - при використанні біогазового палива. Дослідженням також встановили, що за зростання кута випередження впорскування від 20 до 30ᵒ викиди NOx зростають на 14,1 % при застосуванні дизельного палива та 8,9 % - при використанні біогазового палива. Отже, за даним показником оптимальний режим досягається за зростання кута випередження впорскування палива 20ᵒ. За результатами дослідження зміни токсичності двигуна Д21А1 в залежності від навантаження встановлено, що із зростанням навантаження на двигун в діапазоні з 6 до 18 кВт відбувається зростання об’єму викидів NOx на 44,2 % при застосуванні дизельного палива та 40,4 % - при використанні біогазового палива. Проте, можна відзначити, що викиди двигуна Д21А1 під час роботи на двопаливному режимі при навантажені нижчі на 26,2 % у порівнянні з роботою на дизельному паливі.
Завантаження
Посилання
1. Khayum, N., Anbarasu, S., & Murugan, S. (2020). Combined effect of fuel injecting timing and nozzle opening pressure of a biogas-biodiesel fuelled diesel engine. Fuel, 262, Article 116505. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116505
2. Khayum, N., Anbarasu, S., & Murugan, S. (2020). Effect of nozzle opening pressure on combustion, performance, and emission analyses of a dual fuel diesel engine. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 42(18), 2266–2279. https://doi.org/10.1080/15567036.2020.1780349
3. Bhaskor, J. B., & Ujjwal, K. S. (2016). Experimental evaluation of a rice bran biodiesel – biogas run dual fuel diesel engine at varying compression ratios. Renewable Energy, 87, 782–790. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.11.002
4. Feroskhan, M., & Ismail, S. (2020). Evaluating the effect of intake parameters on the performance of a biogas–diesel dual-fuel engine using the Taguchi method. Biofuels, 11(4), 441–449. https://doi.org/10.1080/17597269.2017.1370885
5. Khan, O., Alsaduni, I., Equbal, A., Parvez, M., & Kumar Yadav, A. (2024). Performance and emission analysis of biodiesel blends enriched with biohydrogen and biogas in internal combustion engines. Process Safety and Environmental Protection, 183, 1013–1037. https://doi.org/10.1016/j.psep.2024.01.049
6. Khayum, N., Anbarasu, S., & Murugan, S. (2021). Optimization of fuel injection parameters and compression ratio of a biogas fueled diesel engine using methyl esters of waste cooking oil as a pilot fuel. Energy, 221, Article 119865. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.119865
7. Zafar, S., Prabhakar, S., Bhaskor, J. B., Van Nhanh, N., Thi Anh, E. B., & Dinh Tuyen, N. (2023). Modeling-optimization of performance and emission characteristics of dual-fuel engine powered with pilot diesel and agricultural-food waste-derived biogas. International Journal of Hydrogen Energy, 48(19), 6761–6777. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.07.150
8. Van Nhanh, N., Swarup Kumar, N., Le, H. S., Kowalski, J., Deepanraj, B., Duong, X. Q., ... & Long, V. D. (2024). Performance and emission characteristics of diesel engines running on gaseous fuels in dual-fuel mode. International Journal of Hydrogen Energy, 49, 868–909. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.09.130
9. Bembenek, M., Karwat, B., Melnyk, V., & Mosora, Y. (2023). Research on the impact of supplying the air-cooled D21A1 engine with RME B100 biodiesel on its operating parameters. Energies, 16(18), Article 6430. https://doi.org/10.3390/en16186430
10. Leykun, M. G., & Mekonen, M. W. (2022). Investigation of the performance and emission characteristics of diesel engine fueled with biogas-diesel dual fuel. Fuels, 3(1), 15–30. https://doi.org/10.3390/fuels3010002
11. Kumar, P., Subbarao, M. V., Vijay, V. K., Khan, S. A., Sharma, A., & Kala, L. D. (2023). Performance assessment of compression ignition engines powered by biogas, biodiesel, and producer gas mix derived from agriculture waste. Biofuels, 14(9), 921–931. https://doi.org/10.1080/17597269.2023.2190574
12. Bembenek, M., Melnyk, V., & Mosora, Y. (2024). Study of parameters of the mixture and heat generation of the DD15 diesel engine of the Sandvik LH514 loader in the process of using alternative fuels based on RME. Acta Mechanica et Automatica, 18(2), 169–176. https://doi.org/10.2478/ama-2024-0021
13. Vijin Prabhu, A., Avinash, A., Brindhadevi, K., & Pugazhendhi, A. (2021). Performance and emission evaluation of dual fuel CI engine using preheated biogas-air mixture. Science of The Total Environment, 754, Article 142389. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142389
14. Kryshtopa, S., Kryshtopa, L., Panchuk, M., Smigins, R., & Dolishnii, B. (2021). Composition and energy value research of pyrolise gases. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 628, Article 012008. https://doi.org/10.1088/1755-1315/628/1/012008
15. Mohite, A., Bora, B. J., Sharma, P., Sarıdemir, S., Mallick, D., Sunil, S., & Ağbulut, Ü. (2024). Performance enhancement and emission control through adjustment of operating parameters of a biogas-biodiesel dual fuel diesel engine: An experimental and statistical study with biogas as a hydrogen carrier. International Journal of Hydrogen Energy, 52, 752–764. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.08.201
16. Mateichyk, V., Kryshtopa, S., Kryshtopa, L., Smieszek, M., & Kostian, N. (2024). Research of energy efficiency and environmental performance of vehicle power plant converted to work on alternative fuels. Machines, 12(5), Article 285. https://doi.org/10.3390/machines12050285
17. Dubey, A., Prasad, R. S., Singh, J. K., & Nayyar, A. (2022). Combined effects of biodiesel − ULSD blends and EGR on performance and emissions of diesel engine using response surface methodology (RSM). Energy Nexus, 7, Article 100136. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2022.100136
18. Dubey, A., Prasad, R. S., Singh, J. K., & Nayyar, A. (2022). Optimization of diesel engine performance and emissions with biodiesel-diesel blends and EGR using response surface methodology (RSM). Cleaner Engineering and Technology, 8, Article 100509. https://doi.org/10.1016/j.clet.2022.100509
19. Sahu, P. K., & Sharma, S. (2022). Multiple objective optimization of a diesel engine fueled with Karanja biodiesel using response surface methodology. Materials Today: Proceedings, 52(3), 2065–2072. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.12.206
20. Khoobbakht, G., Najafi, G., Karimi, M., & Akram, A. (2016). Optimization of operating factors and blended levels of diesel, biodiesel and ethanol fuels to minimize exhaust emissions of diesel engine using response surface methodology. Applied Thermal Engineering, 99, 1006–1017. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.12.143
21. Ahmad, A., Yadav, A. K., & Hasan, S. (2024). Biogas as a sustainable and viable alternative fuel for diesel engines: A comprehensive review of production, purification, economic analysis and performance evaluation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. Advance online publication. https://doi.org/10.1177/09544089241255930
22. Patrick, T. S., Engelbrecht, N., Stephanus, P., & Bessarabov, D. (2020). Thermophilic biogas upgrading via ex situ addition of H2 and CO2 using codigested feedstocks of cow manure and the organic fraction of solid municipal waste. ACS Omega, 5(28), 17367–17376. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c01725
23. Ahmad, A., Yadav, A. K., & Singh, A. (2024). Process optimization of spirulina microalgae biodiesel synthesis using RSM coupled GA technique: A performance study of a biogas-powered dual-fuel engine. International Journal of Environmental Science and Technology, 21, 11281–11298. https://doi.org/10.1007/s13762-023-04948-z
24. Guillermo, J., Cacho, L., Oliveros, A., & Barrera, J. (2011). Development of a biogas fuel supply system for an internal combustion engine. Distributed Generation & Alternative Energy Journal, 26(3), 6–19. https://doi.org/10.13052/dgaej2156-3306.2631
25. Prashant, S., & Yadav, S. D. (2013). Electronically operated fuel supply system to control air fuel ratio of biogas engine. In 2013 International Conference on Energy Efficient Technologies for Sustainability (ICEETS) (pp. 740–743). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICEETS.2013.6533476
26. Suslov, D. Y., & Ramazanov, R. S. (2019). The study of energy performance of biogas from agricultural waste. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 552, Article 012032. https://doi.org/10.1088/1757-899X/552/1/012032
27. Robert Bosch GmbH. (2022). BOSCH automotive handbook (11th ed.). Wiley.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Нафтогазова енергетика
TЦя робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
.png)
1.png){kind=logo}
