Reducing Emissions of a Diesel Engine Using Fumigation Ethanol and a Diesel Oxidation Catalyst

Abstract

Experiments were conducted on a four-cylinder direct-injection diesel engine with part of the engine load taken up by fumigation ethanol, which was injected into the air intake of each cylinder, to investigate the combustion and emissions of the engine under five engine loads at an engine speed of 1800 rpm. Fumigation ethanol was injected to top up 5, 10, 15, and 20% of the engine loads under different engine-operating conditions. In comparison to Euro V diesel fuel, fumigation ethanol gives a higher peak in-cylinder pressure and heat release rate. Increasing the fumigation ethanol would increase the ignition delay. More fuel is burned in the premixed mode, and less fuel is burned in the diffusion mode. The brake thermal efficiency decreases with an increase in fumigation ethanol at low and medium engine loads but does not change significantly at high engine loads. On the emission side, the application of fumigation ethanol results in a significant increase in hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen dioxide (NO 2 ) emissions. However, there is a decrease in nitrogen oxides (NO x ), smoke, and particulate mass and number concentrations. The diesel oxidation catalyst is able to reduce the high emissions of CO and HC arising from fumigation ethanol and, in addition, further reduce the particulate emissions.

Características da combustão de um motor diesel com injeção direta de misturas de óleo diesel e etanol e injeção indireta de etanol

“…A injeção do etanol durante a admissão do ar causa redução da temperatura do gás no cilindro e aumenta o atraso de ignição [12]. A fase pré-misturada da mistura ar-óleo diesel-etanol é mais rica, queimando-se mais rapidamente.…”

“…6). Com o aumento da concentração de etanol, foi ampliada a magnitude dos picos de taxa de liberação de calor e seu distanciamento do PMS, causado pelo acúmulo de combustível durante o atraso de ignição e pela queima mais rápida do etanol [12]. Os picos encontrados para a carga de 37,5 kW foram de: 86,1 J/ºCA (IB7E30), 81,6 J/ºCA (IB7E25), 76,5 J/ºCA (IB7E20), 70,3 J/ºCA (IB7E15), 61,9 J/ºCA (IB7E10), 54,7 J/ºCA (IB7E5) e 49,1 J/ºCA (B7E0).…”

“…Os picos encontrados para a carga de 37,5 kW foram de: 86,1 J/ºCA (IB7E30), 81,6 J/ºCA (IB7E25), 76,5 J/ºCA (IB7E20), 70,3 J/ºCA (IB7E15), 61,9 J/ºCA (IB7E10), 54,7 J/ºCA (IB7E5) e 49,1 J/ºCA (B7E0). Diversos autores [5,7,10,12] encontraram resultados semelhantes, com redução da pressão em cargas baixas e aumento em cargas altas, além de aumento do pico da taxa de liberação de calor com o uso de etanol.…”

“…O etanol é um combustível alternativo atrativo por ser um combustível oxigenado de fonte renovável, livre de enxofre, possuir alto calor latente de vaporização e alta velocidade de queima, com elevado potencial de redução de NOX e MP em motores com ignição por compressão [8][9][10][11]. As limitações do uso de etanol em motores diesel envolvem a redução das propriedades lubrificantes e da capacidade de ignição do combustível, baixa miscibilidade e menor poder calorífico em relação ao óleo diesel [10,[12][13][14][15]. Os motores diesel têm a particularidade de poderem ser configurados para operação bicombustível [16].…”

“…Tsang et al [12] investigaram um motor diesel utilizando a técnica de injeção de etanol no coletor de admissão. Através de dados de pressão no interior do cilindro, os autores calcularam a taxa de liberação de calor e mostraram o mesmo padrão na combustão do óleo diesel puro e na combustão do óleo diesel e do etanol.…”