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Aug 20, 2023

Impact du fonctionnement du moteur en mode d'allumage par compression contrôlée par la réactivité (RCCI) dans un moteur diesel alimenté avec un mélange B20 de biodiesel d'huile de cuisson usée

Rapports scientifiques volume 13,

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4798 (2023) Citer cet article

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Le but de cette étude est de réaliser une évaluation expérimentale de l'impact du RCCI (allumage par compression à réactivité régulée) sur les performances, les émissions et la combustion d'un moteur CRDI. Un mélange de carburant (20 % de biodiesel, 80 % de diesel et un catalyseur NaOH) est généré. La combinaison produite est évaluée pour ses attributs à l'aide de normes établies par l'American Society for Testing and Materials (ASTM). La recherche sur les moteurs comprenait trois types d'injections distincts : 10 % Pen RCCI, 20 % Pen RCCI et 30 % Pen RCCI. L'augmentation de la pression d'injection augmente l'efficacité thermique du frein, souvent appelée BTE. Les émissions de NOx ont augmenté en raison des pressions d'injection plus élevées et de l'amélioration de la combustion. Cependant, lorsque le taux d'injection augmente, la consommation spécifique de carburant (SFC) diminue. Les émissions de CO2 et d'hydrocarbures, ainsi que les valeurs d'opacité des fumées, augmentent avec la charge. Le mélange résultant peut être utilisé dans un moteur CI avec un allumage pré-mélangé pour améliorer les performances globales du moteur ainsi que les caractéristiques de combustion.

L'industrie du transport représente une part importante de la consommation mondiale d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre1. Par conséquent, l'atteinte d'une efficacité énergétique élevée grâce au respect rigoureux des exigences en matière d'émissions devrait être au centre de tout plan visant à assurer une croissance économique stable, respectueuse de l'environnement et socialement équitable2. La demande de pétrole brut augmente à une vitesse rapide en raison de l'expansion économique mondiale. L'utilisation anarchique de différentes sources de carburant a entraîné une augmentation du nombre de personnes souffrant de problèmes respiratoires, ainsi qu'une augmentation de l'épuisement des combustibles fossiles, etc. Ces facteurs ont ouvert la voie à l'utilisation de sources d'énergie alternatives[3,4,5,]. Selon les simulations numériques, l'augmentation de la température de fonctionnement de la cellule électrochimique diminue la variation de tension de l'unité et réduit la consommation d'énergie du système de 19 %6. Les moteurs diesel attirent les chercheurs en raison de leur CR élevé et de leur excellent rendement énergétique7,8. Quoi qu'il en soit, il a été démontré que les moteurs diesel génèrent plus de particules et d'oxydes d'azote9. En raison de ses émissions réduites et de son efficacité améliorée, l'allumage par compression à charge prémélangée, ou PCCI, a suscité des inquiétudes ces dernières années. En utilisant un mélange plus avancé de carburant et d'air avant l'allumage, les particules peuvent être réduites lors de l'utilisation du mode de combustion PCCI10. Les émissions de NOx ont été réduites grâce à l'utilisation d'un mélange de carburant et d'air plus pauvre en conjonction avec un taux de recirculation des gaz d'échappement (EGR) amélioré. En conséquence, la température de combustion a été réduite. Étant donné que le carburant diesel est plus inflammable mais moins volatil que l'essence, il y a quelques obstacles à surmonter dans le mode de combustion PCCI. Ces défis incluent la production d'un mélange homogène, la gestion de l'allumage, une fonctionnalité limitée, un impact sévère sur les parois de la chambre de combustion11. Il est déterminé que l'augmentation du pourcentage volumique de particules améliore la capacité calorifique et la viscosité du fluide, mais la tendance des fluctuations de la capacité calorifique dépend des fluides conventionnels12.

Le mode de combustion RCCI, une technique viable et propre, a été récemment inventé. Pour relever les défis associés au mode de combustion PCCI, ce système utilise deux types uniques de carburants avec des qualités physiques différentes, ainsi qu'une injection séparée. L'expression « gradient de réactivité » fait référence à l'autre type de réactivité, qui peut être globale ou locale13. Tant les différentes sortes de carburant que la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion permettent de contrôler la réactivité globale. Le gradient de réactivité est distinct de l'approche d'injection de carburant, qui comprend l'injection précoce et tardive de carburants à indice d'octane élevé et faible, respectivement. En conséquence, le mode de combustion RCCI peut varier en fonction de la méthode d'injection de carburant et du taux d'injection14,15. De l'essence à indice d'octane plus élevé a été utilisée dans le collecteur d'admission, tandis que du carburant à indice d'octane plus élevé a été utilisé dans la chambre de combustion. Cela a été fait pour organiser la réactivité du combustible dans une structure séparée, ce qui a entraîné une combustion stratifiée16. En utilisant des éthers diméthyliques de polyoxyméthylène (PODE) comme carburant à haute réactivité (HRF) en combinaison avec du méthanol comme carburant à faible réactivité (LRF) pour la combustion RCCI, Duraisamy et al.17 ont considérablement réduit la durée du processus de combustion et le temps de retard. . Pan et al.18 ont découvert qu'à mesure que la proportion de combustion prémélangée augmentait, l'IMEP pour la combustion iso-butanol-diesel, essence-diesel RCCI augmentait de manière significative. Les moteurs isobutanol et diesel RCCI ont montré un IMEP plus élevé lorsque les deux carburants étaient prémélangés de manière égale que le moteur essence-diesel RCCI. Yang et al.19 ont observé que le calage de l'injection d'essence et de méthanol avait une influence sur le processus de combustion dans leur étude sur le moteur RCCI. Il était possible d'améliorer les performances en ajustant le temps d'injection diesel précédent et le temps d'injection de méthane suivant. Wang et al.20 ont rapporté que l'augmentation de l'admission d'air et la diminution de l'EGR amélioraient l'efficacité thermique d'un moteur essence-PODE RCCI. Dilution de l'air pour maintenir la pression d'admission constante et amélioration de l'efficacité thermique. Zheng et al.21 ont démontré que les charges faibles et moyennes réduisaient la production de chaleur RCCI (HRR). L'augmentation du rapport n-butanol du moteur a réduit son efficacité thermique. Charitha et al.22 ont découvert que l'ajout d'ester méthylique d'huile de coton réduisait les émissions de NOx. Les émissions de HC augmentaient lorsque la quantité d'ester méthylique d'huile de coton était faible, mais diminuaient lorsqu'elle était élevée. Isik et al.23 ont découvert qu'un moteur RCCI alimenté à l'éthanol avec B50 HRF produisait une pression de pointe plus élevée que le moteur de contrôle. Les courbes HRR du moteur RCCI alimenté à l'éthanol montaient dans tous les sens. Thiyagarajan et al.24 ont montré que le n-pentanol augmentait le BTE par rapport au méthanol. Le mode bicarburant consomme moins que le biodiesel mais plus que le diesel en termes d'énergie spécifique au freinage (BSEC). Le temps de retard augmentait avec le taux d'EGR et la teneur en pentanol, selon Radheshyam et al.25. Sous de faibles charges, le 1-Pentanol a diminué la pression du cylindre tout en l'augmentant sous des charges élevées.

Lorsqu'elle est utilisée sur RCCI, l'essence présente un inconvénient car il n'y a pas suffisamment d'énergie disponible à partir de sources fossiles. De plus, l'essence contient des hydrocarbures aromatiques polycycliques, communément appelés HAP, qui sont un facteur de génération de suie26. Les experts enquêtent sur d'autres sources de carburant pour tenter de trouver une solution à la situation. En raison de leur oxydation et de leur répétabilité pour les moteurs RCCI, les carburants à base d'alcool se sont progressivement imposés comme des carburants à faible activité prometteurs. Cela leur a permis d'évoluer progressivement vers un carburant approprié à faible activité. De plus, les énergies alcool ont une chaleur de ralenti de vaporisation plus élevée et n'incluent pas les HAP27. d'attention14. Ces moteurs emploient une combinaison de techniques standard de ravitaillement en diesel et en essence. Ces moteurs utilisent un système de ravitaillement hybride, qui mélange les méthodes de ravitaillement en diesel et en essence. Le RCCI a d'abord été conçu avec l'intention d'utiliser l'essence et le diesel comme carburants à faible et haute réactivité pour produire la quantité de réponse nécessaire. Certains chercheurs se sont concentrés sur la détermination si les moteurs RCCI peuvent utiliser des sources d'énergie alternatives et renouvelables. Le RCCI a été initialement conçu avec l'idée d'utiliser l'essence et le diesel comme carburants à faible et à haute réactivité, respectivement. Certains des chercheurs ont concentré leurs efforts sur le développement de méthodes pour utiliser des sources d'énergie alternatives et renouvelables dans les moteurs RCCI. Par exemple, dans des études antérieures, des carburants à faible réactivité tels que le gaz naturel, le méthanol et l'éthanol ont été utilisés, même si des carburants à haute réactivité tels que le diesel étaient encore utilisés28,29.

Chen et al.30 ont rapporté dans leur étude que les carburants mixtes diesel-n-pentanol-méthanol avaient une durée de combustion plus courte et un délai d'allumage plus long, entraînant un HRR plus élevé par rapport au diesel. Les carburants mixtes diesel-n-pentanol-méthanol ont des émissions de suie inférieures à celles du diesel, mais ils créent des niveaux plus élevés d'émissions de NOx. Huang et al.31 ont observé que l'ajout de n-pentanol améliorait le HRR, ce qui accélérait la combustion et diminuait le temps nécessaire pour que la combustion se produise. La proportion de carburant utilisée par les freins augmentait à mesure que le taux d'EGR augmentait. Tian et al.32 ont observé que le mélange de n-butanol avec de l'essence abaisse la température des gaz d'échappement du moteur par rapport à l'utilisation d'essence seule. Par rapport à l'essence pure, les carburants mélangés comprenant du n-butanol et de l'essence, ainsi que du n-butanol pur, ont le potentiel d'améliorer à la fois le BTE et l'efficacité volumétrique à des régimes moteur bas et moyens. L'association du n-butanol à l'essence est susceptible de diminuer la quantité de monoxyde de carbone et d'oxydes d'azote produits par le moteur. L'allumage par compression à réactivité contrôlée est un concept de combustion bicarburant partiellement prémélangé qui utilise l'injection de carburant dans le port d'un carburant à faible réactivité (tel que l'essence, le gaz et les carburants à base d'alcool) et l'injection directe d'un carburant à haute réactivité (tel que le diesel et biodiesel) avec brassage à l'intérieur de la chambre de combustion pour augmenter la durée de combustion et maîtriser le phasage33. L'utilisation de moteurs bicarburant en mode RCCI améliore l'efficacité thermique tout en réduisant les émissions d'oxyde nitreux et de suie. Le matériel fourni limite la combustion RCCI stable. De faibles charges peuvent réduire l'efficacité de la combustion, mais des charges élevées peuvent entraîner une pression dans le cylindre dépassant la limite de conception du moteur34. Sous une charge élevée, la combustion RCCI rapide entraîne des pics de pression élevés dans le cylindre et des taux de croissance de la pression35.

Les huiles de cuisson usagées, ou WCO, sont des sous-produits bénéfiques de la chaîne alimentaire qui ont le potentiel d'être utilisés comme matières premières respectueuses de l'environnement dans la synthèse de produits chimiques. Les huiles de cuisson usagées sont également connues sous leur autre nom, huile de cuisson usagée. Le nombre impressionnant d'OMD situées dans diverses régions du monde a causé de graves problèmes dans les domaines de l'environnement, de l'économie et de la société. On estime que plus de 15 millions de tonnes d'huiles végétales usagées sont créées dans le monde chaque année, l'Union européenne (UE) contribuant pour plus d'un million de tonnes par an36,37. Les triglycérides, les monoglycérides et les diglycérides constituent la grande majorité des WCO. On trouve également des acides gras libres, avec des quantités allant de 5 % en poids à 20 % en poids. Les triglycérides, qui sont principalement composés d'acides gras saturés et insaturés, sont utilisés comme produits chimiques de plate-forme dans la fabrication de produits de grande valeur dans un large éventail d'industries. Ces composés de plate-forme ont une large gamme d'applications38,39. Après avoir examiné une variété de recherches documentaires diverses, un plan d'action fiable a été élaboré et mis en œuvre dans l'activité d'étude actuelle. En raison de son efficacité dans des charges modérées, le biodiesel produit à partir d'huile de cuisson usée est un carburant de remplacement préférable pour les moteurs CRDI par rapport à l'efficacité dans des charges faibles ou élevées. Le biodiesel, en plus d'être considéré comme un carburant alternatif, a une influence substantielle sur la quantité de pollution évitée d'être émise dans l'atmosphère lors de sa combustion. De plus, il apporte une solution au dilemme de la demande en combustibles fossiles. Ce domaine de recherche fournit un mécanisme permettant aux moteurs CRDI d'utiliser une variété d'huiles de cuisson usagées. De plus, afin d'offrir l'allumage par compression contrôlée par réactivité (RCCI), qui garantit que le moteur diesel fonctionne aussi efficacement que possible.

La combinaison de 80 % de diesel (3L) et de 20 % de biodiesel a abouti à la création d'un mélange d'huile B20 de 4 L, plus fréquemment appelé mélange de carburant à haute performance (huile de cuisson usagée de 1 L). Au cours du processus de transestérification, nous avons utilisé 1,2 L d'huile qui avait été chauffée à 60 degrés Celsius. 180 ml de méthanol et 4,5 g de catalyseur d'hydroxyde de sodium ont été ajoutés. Ensuite, il y a une période de relaxation pendant les 90 minutes suivantes. Après cela, le biodiesel est transféré dans l'entonnoir de séparation afin que les couches puissent être séparées, et on le laisse reposer pendant deux heures pendant que ce processus est effectué. Après cela, il commencera à se diviser en deux couches, avec la couche de glycérine située en bas et la couche de biodiesel située en haut. Le dernier processus consiste à laver le biodiesel. Dans lequel la température de l'eau est portée à soixante-dix degrés. Ensuite, lors de la dernière étape du traitement, le biodiesel est cuit à une température constante de 110 degrés pendant les 45 minutes suivantes. Afin de produire le produit final, 1,2 L d'huile de cuisson usagée sont convertis en 1 L de biodiesel, comme illustré à la Fig. 1.

Préparation de biodiesel.

L'objectif important de l'examen des propriétés est d'évaluer et de comparer les propriétés physiques et chimiques du mélange de carburant avec celles des valeurs standard. Cela se fera en comparant le mélange de carburant à un ensemble de valeurs standard. La combinaison de carburant qui a été formée est soumise à un certain nombre de tests utilisant une gamme d'équipements scientifiques afin d'identifier ses qualités physiques et chimiques, et les résultats de ces tests sont recueillis lorsqu'ils sont terminés.

Aréomètre, C'est une pièce de machinerie qui détermine la gravité spécifique d'un matériau. Il est précis à 0,001 degré près. L'hydromètre est utilisé pour calculer la densité du mélange de biodiesel. Après avoir sélectionné un hydromètre à gravité spécifique acceptable, 250 ml du mélange de biodiesel sont placés dans le bécher. Après avoir été immergé dans le bécher, l'hydromètre a été exposé à la procédure de stabilisation. L'hydromètre affichait la mesure de gravité spécifique reçue après avoir été immergé.

La viscosité est mesurée à l'aide d'un viscosimètre Canon-Fenske (Fig. 2). Le tube de viscosité a été nettoyé avec de l'acétone et séché. 50 ml de biodiesel sont entrés dans le tube de viscosité. Une aspiration était nécessaire pour élever la marque du viscosimètre à essence. Pour réchauffer l'échantillon de biodiesel, le viscosimètre a été placé dans un bain à 40 °C pendant 30 min. Une fois que le biodiesel a atteint le point le plus élevé, la force d'aspiration a été arrêtée et le temps nécessaire pour atteindre la cible inférieure a été enregistré.

Mesure de viscosité.

La valeur du contenu calorifique est calculée à l'aide d'un calorimètre à bombe. La bombe, l'unité d'incendie, l'agitateur décalé, la soupape de décharge de gaz, la chemise d'eau, la minuterie, le manomètre, le creuset, le fil d'allumage, le thermomètre et le récipient du calorimètre sont les composants qui composent le calorimètre. La quantité de chaleur produite par la combustion de 10 ml de mélange biodiesel dans une chambre fermée est utilisée pour calculer le pouvoir calorifique du carburant.

Un moteur diesel à un seul cylindre et à quatre temps est utilisé pour l'étude expérimentale. Ce dynamomètre utilise des courants de Foucault pour charger le moteur et est connecté à celui-ci pour ce faire. Il est pré-équipé de l'équipement requis pour détecter des éléments tels que l'angle de vilebrequin et la pression de combustion, et il peut être utilisé immédiatement. Un dispositif de collecte de données composé d'un capteur de pression piézoélectrique et d'un indicateur d'angle de vilebrequin a été développé et installé dans le moteur pour faciliter la surveillance des caractéristiques de combustion du moteur. Pour déterminer la pression du cylindre, le taux de dégagement de chaleur et le délai d'allumage, le système de collecte de données doit faire la moyenne du signal de sortie d'un transducteur de pression relié au système d'acquisition de données sur une période de cinquante cycles. Ceci est nécessaire pour obtenir une mesure précise de la pression du cylindre, du taux de dégagement de chaleur et du délai d'allumage. La figure 3 illustre le banc d'essai ainsi qu'une disposition schématique de haut niveau qui offre une vue d'ensemble de haut niveau de l'ensemble du système. Avant que des mesures en régime permanent puissent être obtenues, le moteur doit d'abord être démarré sans charge, puis avoir suffisamment de temps pour se réchauffer jusqu'à sa vitesse nominale de 1 500 tours par minute (tr/min). Lorsque le moteur a atteint sa vitesse nominale de 1500 tours par minute, des mesures en régime permanent peuvent être obtenues. À la suite de cette recherche, il sera possible de surveiller et d'analyser les effets de l'efficacité thermique des freins et d'autres paramètres d'émission, tels que les oxydes d'azote, la température et la composition du gaz éthane, la concentration et la composition du monoxyde de carbone, l'opacité de la fumée et la pression de vapeur de la fumée. , sur les performances du moteur et les niveaux d'émissions. Il comprend un granulomètre en plus d'un fumimètre. Les opacimètres qui détectent et mesurent la quantité de lumière obstruée dans un échantillon de fumée émis par les moteurs diesel sont connus sous le nom de compteurs de fumée d'échappement diesel. Le fumimètre indiquera la densité de la fumée, ce qui fournira une indication du taux d'efficacité de la combustion. Une unité de commande électrique séparée est logée dans une tête de mesure séparée à l'intérieur de la tête de mesure du fumimètre. De plus, la tête de mesure possède une unité optique. Les analyseurs de gaz fonctionnent sur l'idée que le gaz testé absorbera la lumière afin de fournir une lecture précise. L'analyseur doit simplement tirer un faisceau de lumière à travers la chambre non chauffée, puis la quantité de la longueur d'onde particulière qui a été détectée par l'échantillon est mesurée. L'analyseur est constitué d'un filtre optique qui bloque toute lumière en dehors de la longueur d'onde que la molécule de gaz particulière peut détecter. D'autres molécules de gaz n'ont pas la capacité d'absorber la lumière à cette longueur d'onde spécifique, et elles n'ont même pas d'impact sur la quantité de lumière reçue par le détecteur.

Banc d'essai moteur.

Après avoir démarré le moteur diesel avec ces paramètres, les carburants d'essai générés lui ont été donnés pour qu'il fonctionne afin qu'il puisse être évalué conformément au tableau 1. Le moteur a été exposé à une gamme de charges tout en étant testé et les données de performance recueillies à un vitesse constante de 1500 tours par minute (rpm).

L'incertitude et l'imprécision peuvent être causées par divers facteurs, tels que la sélection de l'équipement d'essai et son étalonnage, ainsi que les conditions en constante évolution qui sont présentes dans l'environnement. La majorité des résultats peu clairs peuvent être attribués à des erreurs préméditées ou à des dérapages imprévus. Dans une discussion précédente, nous avons abordé le problème de la répétabilité ; dans la deuxième discussion, nous avons parlé du problème de l'analyse40. Dans la probabilité a posteriori des 2 distributions guassiennes, la variance de l'incertitude dans la statistique de test, qui est désignée par l'axe X, est évaluée à l'aide de l'équation. (1). 95% des nombres calculés se situent dans une limite de deux centimes, qui est la moyenne.

Xi représente la moyenne expérimentale et l'écart type. Ces déclarations prétendent qu'une évaluation des incertitudes de mesure a été faite41.

Dans l'équation, la lettre « R » représente la fonction de X1, X2, Xn, etc. (2). Le nombre total de mesures, noté Xn, a été déterminé comme étant. La valeur de « R » est déterminée en prenant la racine carrée de l'écart-type qui est lié aux attentes de définition.

Afin de mieux comprendre les caractéristiques de combustion du moteur, des paramètres de combustion tels que l'IMEP et le COV, qui ont démontré à la fois l'efficacité thermique et l'efficacité de l'allumage, ainsi qu'une température dans le cylindre, un taux de pression et un MFB plus élevés, ont été utilisés. Selon les conclusions de cette étude, l'IMEP a été calculé comme suit pendant les deux phases de compression et d'expansion :

Le volume du déplacement, noté Vd, peut être calculé en intégrant une fonction commençant au début de la course de compression (180 degrés CA) et se poursuivant jusqu'à la fin de la course d'expansion (180 degrés CA). Le COV a été formulé de cette manière :

Le processus de transestérification est utilisé pour améliorer et évaluer la synthèse de biodiesel. Le processus de transestérification a duré environ 90 min à 60–65 °C. L'excès de méthanol a été employé à un rapport méthanol/huile de 6:1 pour augmenter la production de biodiesel. Le KOH a été utilisé comme catalyseur, ce qui a donné un rendement maximal de 96 %. Lorsque plusieurs tests de propriétés de carburant haute performance, de biodiesel et de diesel sont pris en compte, on découvre que le test de corrosion du cuivre a donné les mêmes résultats pour tous les types de carburants discutés. . Le point de trouble pour le diesel conventionnel, le biodiesel et le mélange de carburants hautes performances est de − 1 °C. Le pouvoir calorifique est particulièrement important tout au long du processus de combustion ; des valeurs calorifiques plus élevées sont préférables. La figure 4 montre que les valeurs calorifiques varient relativement peu (c.-à-d. diesel-9235,23 Cal/g, biodiesel-7445,65 Cal/g et mélange de carburant haute performance-8818,116 Cal/g). De même, toutes les caractéristiques étaient comparables à celles du diesel conventionnel. L'essence et le biodiesel haute performance ont une température de point d'écoulement extrêmement élevée, ce qui signifie qu'ils peuvent être utilisés à des températures aussi basses que − 8 °C. Il s'agit d'une caractéristique de carburant très recherchée car de nombreux pays, dont les États-Unis, la Russie, la Chine et le Canada, ont des températures inférieures à zéro degré Celsius.

Briser l'efficacité thermique par rapport à la charge.

Il a été observé qu'il existe une grande différence de BTE pour chaque chargement de machine, jusqu'à quatre points pour certains poids. Ce sont les impacts de la modification du rapport de prémélange du moteur CRDI en fonction de la charge à un BMEP42 particulier. Dans toutes les circonstances de mélange de carburants, l'augmentation de la charge augmente l'efficacité thermique des freins. La perte de chaleur diminuera à mesure que la charge augmentera. Selon le graphique, B20–30% Pen RCCI a le plus grand BTE, suivi par B20–20% Pen RCCI, B20–10% Pen RCCI diesel et B20-normal. La charge prémélangée à 30% a évidemment le plus grand BTE tout au long de l'injection par rapport au B20–20% Pen RCCI, B20–10% Pen RCCI, B20 et Diesel.

Le rapport de la quantité d'air parfumée par la machine à la quantité d'air balayée par le piston est la performance volumétrique de la machine. Dans la course d'expansion, le piston se déplace vers le point mort bas, mais le volume qu'il aspire de l'extérieur n'est pas le même que le volume qu'il a balayé lors de l'expansion. Le graphique montre que le diesel a l'efficacité volumétrique maximale, mais l'augmentation de la charge montre que l'efficacité volumétrique diminue dans différentes situations. La figure 5 montre que B20–10% Pen RCCI a la meilleure efficacité volumétrique à charge maximale.

Efficacité volumétrique par rapport à la charge.

Un compteur de température des gaz d'échappement est un appareil qui mesure la température des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. En fonction de l'énergie, la température des gaz d'échappement augmente ou diminue. Comme le montre la figure 6, la température des gaz d'échappement augmente à mesure que la charge augmente ; à charge maximale, le RB20 a la température des gaz d'échappement la plus élevée par rapport aux autres carburants. RB20-PM30% a la température d'échappement la plus basse à charge maximale.

Température des gaz d'échappement en fonction de la charge.

C'est la quantité de carburant consommée par un véhicule pour chaque unité de puissance produite. La consommation de carburant spécifique d'un moteur est la quantité de carburant utilisée pour créer une unité de poussée. Il compare l'efficacité des moteurs CRDI. La figure 7 illustre la consommation de carburant particulière à différentes charges. À mesure que la charge augmente, la consommation spécifique de carburant augmente également. Par rapport à B20–10% Pen RCCI, B20–20% Pen RCCI, diesel et B20, B20–30% Pen RCCI a la consommation de carburant spécifique la plus faible.

Consommation de carburant spécifique en fonction de la charge.

Dans un moteur RCCI, le monoxyde de carbone est produit comme sous-produit d'une combustion incomplète. Il est créé par l'oxydation partielle de composites à base de carbone. Suite à la combustion, du dioxyde de carbone (CO2) est souvent produit. La figure 8 montre que le diesel a les émissions de CO les plus faibles, alors que le B20 a presque les mêmes. À certaines charges, l'émission de CO est de B30 à 30% Pen RCCI, mais au-delà, elle est aussi faible que le diesel.

Monoxyde de carbone en fonction de la charge.

Les atomes de carbone et d'hydrogène se trouvent dans l'essence. Le dioxyde de carbone est produit lors de la combustion lorsque le carbone (C) du carburant interagit avec l'oxygène (O2) de l'air (CO2). Dans cette Fig. 9, B20–30% Pen RCCI a les émissions les plus faibles dans la charge la plus élevée, et B20 a les émissions les plus élevées dans la charge la plus faible, mais la plupart des carburants sont à peu près les mêmes dans la conclusion.

Dioxyde de carbone par rapport à la charge.

Les moteurs CRDI fonctionnent à des températures et des pressions plus élevées que les moteurs à essence. Des gaz NOx sont produits à la suite de ces situations. Les oxydes d'azote sont des gaz très toxiques et hautement réactifs. Ces gaz sont produits lorsque du carburant à haute température est brûlé. Les automobiles, camions et autres véhicules non routiers génèrent une pollution par les NOx (exemple engins de chantier, bateau). Il semble être un gaz brunâtre. Dans cette Fig. 10, le diesel a les émissions de NOX les plus faibles aux charges les plus faibles et les plus élevées. Comparé à B20, Diesel, B20–20% Pen RCCI et B20–10% Pen RCCI, B20–30% Pen RCCI a les émissions les plus élevées.

Oxyde d'azote en fonction de la charge.

Elle est principalement causée par une combustion incomplète du carburant dans la chambre de combustion. C'est juste de l'essence non brûlée versée directement dans le système d'échappement. La compression est réduite en cas de problème d'allumage ou de panne interne du moteur. Une quantité importante de HC sera rejetée dans l'environnement en raison d'un allumage inadéquat du carburant. La figure 11 illustre la plus grande valeur d'émission de HC à charge maximale pour le B20–30% Pen RCCI. DIESEL émet le moins de pollution aux charges maximales et minimales.

Émission d'hydrocarbures en fonction de la charge.

Dans cette forme d'émission, les particules produites sont celles qui sont provoquées par le dépôt de carburant sur la paroi du cylindre. La quantité de lumière bloquée par la fumée est appelée son opacité et joue un rôle dans la mesure de la quantité de fumée produite par un moteur CRDI en raison de l'essence laissée sur les parois du cylindre. L'opacité de B20 est la plus élevée aux charges maximales et minimales, et B20–30 %. La figure 12 montre que le Pen RCCI a la plus faible opacité même lorsqu'il est chargé à sa pleine capacité.

Opacité de la fumée en fonction de la charge.

les figures 13, 14, 15, 16 et 17 représentent l'angle de vilebrequin et la pression cylindrique ; nous pouvons observer que la pression cylindrique est plus élevée dans le diesel et que le B20–30% Pen RCCI a le CP le plus bas à des charges plus faibles. Lorsque l'angle de vilebrequin augmente, le CP du B20–30% Pen RCCI augmente. DIESEL a le plus de CP à 0 % de charge et B20–30 % Pen RCCI a le CP le plus bas. À 25 % de charge, Pen RCCI a le CP le plus bas et Diesel a le CP le plus élevé. Le diesel a le CP le plus élevé à 50% de charge, suivi du B20, et le B20–30% Pen RCCI a le CP le plus bas. À 75 % de charge, B20–30 % Pen RCCI a le CP le plus élevé, suivi par B20–20 % Pen RCCI, et B20 a le plus bas. À charge maximale (100 % de charge), B20–30 % Pen RCCI a le CP le plus élevé tandis que le diesel a le CP le plus bas. En conséquence, une augmentation de l'angle de vilebrequin est inversement proportionnelle à une augmentation de la pression du cylindre.

Pression cylindrique à 0% de charge.

Pression cylindrique à 25% de charge.

Pression cylindrique à 50% de charge.

Pression cylindrique à 75% de charge.

Pression cylindrique à 100% de charge.

L'angle de la manivelle a un effet sur la quantité totale de chaleur dégagée. Selon les données présentées dans les Fig. Le diesel 18, 19, 20, 21 et 22 a le dégagement de chaleur net le plus élevé à 0% de charge, suivi du B20–10% Pen RCCI, et le B20 a le plus bas. En augmentant la charge à 25 %, nous sommes en mesure d'étudier les oscillations qui se produisent dans le diesel à différents angles de vilebrequin. Le B20 est sujet à des variations plus extrêmes que le diesel. L'émission de chaleur nette du B20 est la plus élevée, tandis que la libération de chaleur nette du diesel est la plus faible. Le diesel a la plus grande variabilité à toutes les charges, comme en témoigne le fait qu'il a le dégagement de chaleur net le plus élevé à 50 % de charge, suivi de B20–20 % Pen RCCI, puis du diesel, qui a le dégagement de chaleur net le plus faible. À 75 % de charge, l'émission de chaleur nette produite par B20–20 % Pen RCCI est la plus élevée, suivie de celle produite par DIESEL et B20–20 % Pen RCCI. À des charges particulières, B20–30% Pen RCCI a le dégagement de chaleur net le plus faible, mais à 100% de charge, B20–30% Pen RCCI a le plus grand dégagement de chaleur net, suivi par B20–20% Pen RCCI.

Dégagement net de chaleur à 0 % de charge.

Dégagement net de chaleur à 25 % de charge.

dégagement de chaleur net à 50 % de charge.

Dégagement net de chaleur à 75 % de charge.

Dégagement net de chaleur à 100 % de charge.

Cette étude de recherche propose une solution pour les moteurs CRDI afin d'utiliser une variété d'huiles de cuisson usagées. De plus, afin d'offrir l'allumage par compression contrôlée par réactivité (RCCI), qui garantit que le moteur diesel fonctionne aussi efficacement que possible. L'huile de cuisson usagée a été préparée avec succès dans le respect des normes de fabrication du biodiesel.

Suite à la création de l'enrobé haute performance, ses propriétés physiques et chimiques ont été évaluées. Le mélange de carburant haute performance est testé en utilisant une gamme de charges sous une variété de charges. L'efficacité thermique des freins s'est avérée assez élevée pour le B20–30% Pen RCCI. L'efficacité volumétrique du B20–10% Pen RCCI s'est avérée relativement bonne, mais celle du diesel était faible. Le B20–30% Pen RCCI a montré des caractéristiques d'émission améliorées, y compris une diminution des émissions de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone dans une large gamme de conditions de charge. Le diesel a les émissions de NOx les plus faibles imaginables, suivi du B20–30% Pen RCCI. La quantité d'émissions d'hydrocarbures était la plus élevée dans le cas de RB20–30%.

Les auteurs déclarent que toutes les données nécessaires pour reproduire leurs conclusions peuvent être trouvées dans le contenu de la recherche.

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Ce travail a été soutenu par le Sathyabama Institute of Science and Technology et la Saveetha School of Engineering. Les auteurs tiennent à remercier le Centre de recherche pour le parrainage. Les auteurs sont reconnaissants au Researchers Supporting Project number (RSP2023R407), King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia, pour leur soutien.

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Balasubramani Ravindran

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MA : projet original ; JJ : ressources ; BP : financement de projet ; NJ : analyse ; VJ : apport expérimental ; KA : rédaction des résultats ; JAK : raffinement global ; correspondance du TRP ; AAG : raffinement des images ; MR : correction du langage ; BR : rédaction de révision.

Correspondance avec J. Aravind Kumar ou TR Praveenkumar.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Anish, M., Jayaprabakar, J., Bency, P. et al. Impact du fonctionnement du moteur en mode d'allumage par compression à réactivité contrôlée (RCCI) dans un moteur diesel alimenté avec un mélange B20 de biodiesel d'huile de cuisson usée. Sci Rep 13, 4798 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31044-6

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Reçu : 05 janvier 2023

Accepté : 06 mars 2023

Publié: 23 mars 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-31044-6

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