คุณลักษณะการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเอทานอลกับสารช่วยจุดระเบิด ในเครื่องยนต์ดีเซลเล็กช่วงเวลาเริ่มติดเครื่องยนต์
คำสำคัญ:
คุณลักษณะการเผาไหม้, เอทานอล, สารช่วยจุดระเบิด, เครื่องยนต์ดีเซลบทคัดย่อ
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาคุณลักษณะการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเอทานอลกับสารช่วยจุดระเบิด (glycerol ethoxylate, GE) ในช่วงเวลาติดเครื่องยนต์ การทดสอบเบื้องต้น ใช้ Glycerol ethoxylate เป็นสารช่วยจุดระเบิด ในปริมาณ 2 - 35% ผสมกับเอทานอลเป็นเชื้อเพลิงทดสอบในเครื่องยนต์ดีเซลเล็ก อัตราส่วนการอัด (compression ratio) 18:1 ผลการทดสอบพบว่า เชื้อเพลิงเอทานอลผสมสารช่วยจุดระเบิดทุกอัตราส่วนไม่สามารถติดเครื่องยนต์ได้ที่อุณหภูมิห้อง สาเหตุจากอุณหภูมิภายในห้องเผาไหม้ในจังหวะอัดตัว (compression stroke) มีค่าไม่สูงพอที่จะทำให้เชื้อเพลิงเอทานอลเกิดการจุดระเบิดด้วยตัวเองได้ (auto-ignition) เครื่องยนต์ดีเซลเล็กจึงได้ถูกดัดแปลงให้มีอัตราส่วนการอัดเพิ่มขึ้นเป็น 23:1 และทำการทดสอบในห้องควบคุมอุณหภูมิ ผลการทดลองพบว่า สัดส่วนต่ำที่สุดของสารช่วยจุดระเบิดซึ่งสามารถติดเครื่องยนต์ดีเซลได้คือ 13% การวิเคราะห์คุณลักษณะการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเอทานอลกับสารช่วยจุดระเบิดด้วยการวิเคราะห์ข้อมูลความดันภายในกระบอกสูบ พบว่าเมื่อปริมาณสารช่วยจุดระเบิดสูงกว่า 24% ความดันเฉลี่ยประสิทธิผล (indicated mean effective pressure, IMEP) มีค่าแตกต่างกับเชื้อเพลิงดีเซล 2.5 - 3% ตำแหน่งการเริ่มฉีดเชื้อเพลิง (start of injection, SOI) มีค่าแตกต่างกับเชื้อเพลิงดีเซล 3.0 - 3.8° ตำแหน่งเริ่มต้นการเผาไหม้ (start of combustion, SOC) มีค่าแตกต่างกับเชื้อเพลิงดีเซล 3.4 - 8.8° ช่วงเวลาหน่วงการเผาไหม้ (ignition delay, ID) และจำนวนวัฏจักรที่ไม่เกิดการเผาไหม้ (misfire cycles) จะลดลงเมื่อเพิ่มสัดส่วนการผสมของสารช่วยจุดระเบิดและเมื่อเพิ่มสัดส่วนของสารช่วยจุดระเบิดถึง 28% จะทำให้จำนวนวัฏจักรที่ไม่เกิดการเผาไหม้ลดลงจนเทียบเท่ากับการใช้น้ำมันดีเซลเป็นเชื้อเพลิง
เอกสารอ้างอิง
Abu-Qudais, M., Haddad, O., & Qudaisat, M. (2000). The effect of alcohol fumigation on diesel engine performance and emissions. Energy Conversion and Management, 41(4), 389-399.
Bika, A.S., Franklin, L.M., & Kittelson, D.B. (2009). Hydrogen as a combustion modifier of ethanol in compression ignition engines (No. 2009-01-2814). SAE Technical Paper.
Caresana, F. (2011). Impact of biodiesel bulk modulus on injection pressure and injection timing. The effect of residual pressure. Fuel, 90(2), 477-485.
Ecklund, E.E., Bechtold, R.L., Timbario, T.J., & McCallum, P.W. (1984). State-of-the-art report on the use of alcohols in diesel engines. SAE Transactions, 684-702.
Enright, B., Borman, G.L., & Myers, P.S. (1988). A critical review of spark ignited diesel combustion. SAE Transactions, 1645-1662.
Eugene, E.E., Bechtold, R.L., Timbario, T.J., & McCallum, P.W. (1984). State-of-the-art report on the use of alcohols in diesel engines. SAE Paper, 840118.
Heywood, J.B. (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, New York.
Ishida, M., Yamamoto, S., Ueki, H., & Sakaguchi, D. (2010). Remarkable improvement of NOx–PM trade-off in a diesel engine by means of bioethanol and EGR. Energy, 35(12), 4572-4581.
Koç, M., Sekmen, Y., Topgül, T., & Yücesu, H. S. (2009). The effects of ethanol–unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emissions in a spark-ignition engine. Renewable Energy, 34(10), 2101-2106.
Labeckas, G., Slavinskas, S., & Mažeika, M. (2014). The effect of ethanol–diesel–biodiesel blends on combustion, performance and emissions of a direct injection diesel engine. Energy Conversion and Management, 79, 698-720.
Mueller, C.J., & Musculus, M.P. (2001). Glow plug assisted ignition and combustion of methanol in an optical DI diesel engine (No. 2001-01-2004). SAE Technical Paper.
Munsin, R., Laoonual, Y., Jugjai, S., Matsuki, M., & Kosaka, H. (2012). Investigation of effects of ignition improvers on ignition delay time of ethanol combustion with rapid compression and expansion machine (No. 2012-01-0854). SAE Technical Paper.
Schaefer, A.J., & Hardenberg, H.O. (1981). Ignition improvers for ethanol fuels. SAE Transactions, 1107-1118.
Simonsen, H., & Chomiak, J. (1995). Testing and evaluation of ignition improvers for ethanol in a DI diesel engine. SAE Transactions, 1861-1872.
Tutak, W. (2014). Bioethanol E85 as a fuel for dual fuel diesel engine. Energy Conversion and Management, 86, 39-48.
Yasin, M.H., Mamat, R., Abdullah, A.A., Abdullah, N.R., & Wyszynski, M.L. (2013). Cycle-to-cycle variations of a diesel engine operating with palm biodiesel. Journal of KONES, 20(3), 443-450.
Yassine, M.K., Tagomori, M.K., Henein, N.A., & Bryzik, W. (1996). White smoke emissions under cold starting of diesel engines. SAE Transactions, 68-88.
