Экспериментальное определение характеристик воспламенения и горения дизельного и биодизельного топлив для электростанции на базе двигателя внутреннего сгорания
Аннотация
В последние десятилетия из-за быстрого роста уровня жизни человечества, объема производства и численности населения зафиксировано существенное увеличение потребления энергии. Ископаемое топливо как основной источник энергии играет важную роль для транспорта, промышленности и сельского хозяйства. Однако существующие экологические проблемы являются наиболее важными последствиями его неограниченного потребления. Проблемы энергетической безопасности и загрязнения окружающей среды заставили многих исследователей разных стран искать альтернативные способы использования возобновляемого, а также экологически чистого топлива, в том числе на основе биотоплива.
Цель исследований настоящей работе — анализ научно-технической проблемы, методики получения биодизельного топлива из рапсового масла и апробация его использования в автоматизированной энергетической установке на базе двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Для ее реализации проведены экспериментальное исследование характеристик воспламенения и горения капель нефтяного дизельного и получаемого биодизельного топлив, комплекс экспериментов, включающих задачи апробации производства биодизельного топлива, определения характеристик зажигания и горения нового и традиционного вида топлив для двигателей внутреннего сгорания.
Представлены результаты анализа изучаемой проблемы и проведенных экспериментов по получению, исследованию энергетических характеристик биодизельного топлива и его использования в ДВС. Получены характеристики зажигания капель традиционного нефтяного дизеля и капель композиционного топлива с добавлением биодизеля, изучена и апробирована в лабораторных условиях технология производства биодизельного топлива из рапсового масла. Разработана упрощенная схема управления автоматизированной энергетической установки небольшой мощности на базе ДВС.
Литература
2. Suanes G. e. a. Principles for the Design of a Biomass-fueled Internal Combustion Engine // Energies. 2024. V. 7 (17). P. 1700.
3. Bousbaa H. e. a. Prediction and Simulation of Biodiesel Combustion in Diesel Engines: Evaluating Physicochemical Properties, Performance, and Emissions // Fire. 2024. V. 10(7). P. 364.
4. Asase R.V., Okechukwu Q.N., Ivantsova M.N. Biofuels: Present and Future // Environment Development and Sustainability. 2024. Pp. 1—29.
5. Vairamuthu G., Sundarapandian S., Thangagiri B. Experimental Investigations on the Influence of Properties of Calophyllum Inophyllum Biodiesel on Performance, Combustion, and Emission Characteristics of a DI Diesel Engine // Int J Ambient Energy. 2015. V. 37(6). Pp. 616—624.
6. Sathasivam D., Boopathi M., Balachandran S., Gobinath R. Experimental Investigation of Performance and Emission Characteristics of Diesel-bio Diesel (CSOME) with Nano Additive Blends in CI Engine // Advances Automobile Eng. 2018. V. 7(1). P. 1000176.
7. Mahesh S.E., Ramanathan A., Begum K.M.M.S., Narayanan A. Biodiesel Production From Waste Cooking Oil Using KBr impregnated CaO as Catalyst // Energy Convers. Manag. 2015. V. 91. Pp. 442—450.
8. Çelik M., Bayındırlı C., Mehregan M. Multi-objective Optimization of a Diesel Engine Fueled with Different Fuel Types Containing Additives Using Grey-based Taguchi Approach // Environ Sci. Pollut. Res. 2022. V. 29(20). Pp. 30277—30284.
9. Demirbas A. Biofuels Sources, Biofuel Policy, Biofuel Economy and Global Biofuel Projections // Energy Convers. Manag. 2008. V. 49(8). Pp. 2106—2116.
10. Coyle W. The Future of Biofuels: a Global Perspective // J. Rural Mental Health. 2008. V. 5(5). P. 80.
11. Abbaszaadeh A. e. a. Current Bio-diesel Production Technologies: a Comparative Review // Energy Convers. Manage. 2012. V. 63. Pp. 138—148.
12. Lawrence P., Koshy Mathews P., Deepanraj B. Effect of Prickly Poppy Methyl Ester on CI Engine Performance and Emission Characteristics // American J. Environ. Sci. 2011. V. 7(2). Pp. 145—149.
13. Hosseini S.E., Wahid M.A. Necessity of Bio-diesel Utilization as a source of Renewable Energy in Malaysia // Renewable Sustain Energy Rev. 2012. V. 16(8). Pp. 5732—5740.
14. Srinivasa Rao M, Anand R.B. Production Characterization and Working Characteristics in DICI Engine of Pongamia Bio-diesel // Ecotoxicol Environ. Saf. 2015. V. 121. Pp. 16—21.
15. Lloyd A.C., Cackette T.A. Diesel Engines: Environmental Impact and Control // J. Air Waste Manag. Assoc. 2001. V. 51(6). Pp. 809—847.
16. Kannan M., Karthikeyan R., Deepanraj B., Baskaran R. Feasibility and Performance Study of Turpentine Fueled DI Diesel Engine Operated under HCCI Combustion Mode // J Mech. Sci. Technol. 2014. V. 28(2). Pp. 729—737.
17. Mallikappa D.N., Reddy R.P., Murthy C.S.N. Performance and Emission Characteristics of Double Cylinder CI Engine Operated with Cardanol Bio Fuel Blends // Renewable Energy. 2012. V. 38(1). Pp. 150—154.
18. Ameer B.S., Raja Gopal K., Jebaraj S. A Review on Bio-diesel Production, Combustion, Emissions and Performance // Renewable Sustain Energy Rev. 2009. V. 13(6—7). Pp. 1628—1634.
19. Abbaszaadeh A. e. a. Current Bio-diesel Production Technologies: a Comparative Review // Energy Convers. Manag. 2012. V. 63. Pp. 138—148.
20. Haldar S.K., Ghosh B.B., Nag A. Studies on the Comparison of Performance and Emission Characteristics of a Diesel Engine Using Three Degummed Non-edible Vegetable Oils // Biomass Bioenergy. 2009. V. 33(8). Pp. 1013—1018.
21. Saravanan S. e. a. Feasibility Study of Crude Rice Bran Oil as a Diesel Substitute in a DI-CI Engine without Modifications // Energy Sustain. Dev. 2007. V. 11(3). Pp. 83—92.
22. Naga Prasad C.S. e. a. Performance and Emission Characteristics of a Diesel Engine with Castor Oil // Indian J. Sci. Technol. 2009. V. 2(10). Pp. 25—31.
23. Deepanraj B. e. a. Transesterified Palm Oil as an Alternate Fuel for Compression Ignition Engine // IEEE Intern. Conf. Advances in Eng., Sci. and Management. India, 2012. Pp. 389—392.
24. Deepanraj B. e. a. Use of Palm Oil Bio-diesel Blends as a Fuel for Compression Ignition Engine // American J. Appl. Sci. 2011. V. 8(11). Pp. 1154—1158.
25. Deepanraj B. e. a. Analysis of Preheated Crude Palm Oil, Palm Oil Methyl Ester and Its Blends as Fuel in Diesel Engine // Intern. J. Ambient Energy. 2015. V. 37(5). Pp. 495—500.
26. Викаш Бабу П.Д., Ашиш Таплиял П.Д., Гириеш Кумар Патель П.Д. Возобновляемая энергия: производство биотоплива. Беверли: Изд-во Scrivener Publ., 2014.
27. Марков В.А. и др. Использование растительных масел и топлив на их основе в дизельных двигателях. М.: Инженер, 2011.
28. Бурункова Ю.Э., Успенская М.В., Самуйлова Е.О. Растительные масла: свойства, технологии получения и хранения, окислительная стабильность. СПб: ИТМО, 2020.
29. Raman A. e. a. Experimental Investigation on Performance, Combustion and Emission Analysis of a Direct Injection Diesel Engine Fuelled with Rapeseed Oil Biodiesel // Fuel. 2019. V. 246. Pp. 69—74.
30. Nabertherm [Электрон. ресурс] https://ecoanalytika.com/laboratornoe-oborudovanie/laboratornie-trubchatie-pechi (дата обращения 20.12.2004).
---
Для цитирования: Исмаил Али, Аракелян Э.К. Экспериментальное определение характеристик воспламенения и горения дизельного и биодизельного топлив для электростанции на базе двигателя внутреннего сгорания // Вестник МЭИ. 2025. № 4. С. 146—155. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-4-146-155
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Chen X.-P., Wang Y.-D., Wu Q.-M. A Bio-fuel Power Generation System with Hybrid Energy Storage under a Dynamic Programming Operation Strategy. IEEE Access. 2019;7:64966—64977.
2. Suanes G. e. a. Principles for the Design of a Biomass-fueled Internal Combustion Engine. Energies. 2024;7 (17):1700.
3. Bousbaa H. e. a. Prediction and Simulation of Biodiesel Combustion in Diesel Engines: Evaluating Physicochemical Properties, Performance, and Emissions. Fire. 2024;10(7):364.
4. Asase R.V., Okechukwu Q.N., Ivantsova M.N. Biofuels: Present and Future. Environment Development and Sustainability. 2024:1—29.
5. Vairamuthu G., Sundarapandian S., Thangagiri B. Experimental Investigations on the Influence of Properties of Calophyllum Inophyllum Biodiesel on Performance, Combustion, and Emission Characteristics of a DI Diesel Engine. Int J Ambient Energy. 2015;37(6):616—624.
6. Sathasivam D., Boopathi M., Balachandran S., Gobinath R. Experimental Investigation of Performance and Emission Characteristics of Diesel-bio Diesel (CSOME) with Nano Additive Blends in CI Engine. Advances Automobile Eng. 2018;7(1):1000176.
7. Mahesh S.E., Ramanathan A., Begum K.M.M.S., Narayanan A. Biodiesel Production From Waste Cooking Oil Using KBr impregnated CaO as Catalyst. Energy Convers. Manag. 2015;91:442—450.
8. Çelik M., Bayındırlı C., Mehregan M. Multi-objective Optimization of a Diesel Engine Fueled with Different Fuel Types Containing Additives Using Grey-based Taguchi Approach. Environ Sci. Pollut. Res. 2022;29(20):30277—30284.
9. Demirbas A. Biofuels Sources, Biofuel Policy, Biofuel Economy and Global Biofuel Projections. Energy Convers. Manag. 2008;49(8):2106—2116.
10. Coyle W. The Future of Biofuels: a Global Perspective. J. Rural Mental Health. 2008;5(5):80.
11. Abbaszaadeh A. e. a. Current Bio-diesel Production Technologies: a Comparative Review. Energy Convers. Manage. 2012;63:138—148.
12. Lawrence P., Koshy Mathews P., Deepanraj B. Effect of Prickly Poppy Methyl Ester on CI Engine Performance and Emission Characteristics. American J. Environ. Sci. 2011;7(2):145—149.
13. Hosseini S.E., Wahid M.A. Necessity of Bio-diesel Utilization as a source of Renewable Energy in Malaysia. Renewable Sustain Energy Rev. 2012;16(8):5732—5740.
14. Srinivasa Rao M, Anand R.B. Production Characterization and Working Characteristics in DICI Engine of Pongamia Bio-diesel. Ecotoxicol Environ. Saf. 2015;121:16—21.
15. Lloyd A.C., Cackette T.A. Diesel Engines: Environmental Impact and Control. J. Air Waste Manag. Assoc. 2001;51(6):809—847.
16. Kannan M., Karthikeyan R., Deepanraj B., Baskaran R. Feasibility and Performance Study of Turpentine Fueled DI Diesel Engine Operated under HCCI Combustion Mode. J Mech. Sci. Technol. 2014;28(2):729—737.
17. Mallikappa D.N., Reddy R.P., Murthy C.S.N. Performance and Emission Characteristics of Double Cylinder CI Engine Operated with Cardanol Bio Fuel Blends. Renewable Energy. 2012;38(1):150—154.
18. Ameer B.S., Raja Gopal K., Jebaraj S. A Review on Bio-diesel Production, Combustion, Emissions and Performance. Renewable Sustain Energy Rev. 2009;13(6—7):1628—1634.
19. Abbaszaadeh A. e. a. Current Bio-diesel Production Technologies: a Comparative Review. Energy Convers. Manag. 2012;63:138—148.
20. Haldar S.K., Ghosh B.B., Nag A. Studies on the Comparison of Performance and Emission Characteristics of a Diesel Engine Using Three Degummed Non-edible Vegetable Oils. Biomass Bioenergy. 2009;33(8):1013—1018.
21. Saravanan S. e. a. Feasibility Study of Crude Rice Bran Oil as a Diesel Substitute in a DI-CI Engine without Modifications. Energy Sustain. Dev. 2007;11(3):83—92.
22. Naga Prasad C.S. e. a. Performance and Emission Characteristics of a Diesel Engine with Castor Oil. Indian J. Sci. Technol. 2009;2(10):25—31.
23. Deepanraj B. e. a. Transesterified Palm Oil as an Alternate Fuel for Compression Ignition Engine. IEEE Intern. Conf. Advances in Eng., Sci. and Management. India, 2012:389—392.
24. Deepanraj B. e. a. Use of Palm Oil Bio-diesel Blends as a Fuel for Compression Ignition Engine. American J. Appl. Sci. 2011;8(11):1154—1158.
25. Deepanraj B. e. a. Analysis of Preheated Crude Palm Oil, Palm Oil Methyl Ester and Its Blends as Fuel in Diesel Engine. Intern. J. Ambient Energy. 2015;37(5):495—500.
26. Vikash Babu P.D., Ashish Tapliyal P.D., Giriesh Kumar Patel' P.D. Vozobnovlyaemaya Energiya: Proizvodstvo Biotopliva. Beverli: Izd-vo Scrivener Publ., 2014. (in Russian).
27. Markov V.A. i dr. Ispol'zovanie Rastitel'nykh Masel i Topliv na Ikh Osnove v Dizel'nykh Dvigatelyakh. M.: Inzhener, 2011. (in Russian).
28. Burunkova Yu.E., Uspenskaya M.V., Samuylova E.O. Rastitel'nye Masla: Svoystva, Tekhnologii Polucheniya i Khraneniya, Okislitel'naya Stabil'nost'. SPb: ITMO, 2020. (in Russian).
29. Raman A. e. a. Experimental Investigation on Performance, Combustion and Emission Analysis of a Direct Injection Diesel Engine Fuelled with Rapeseed Oil Biodiesel. Fuel. 2019;246:69—74.
30. Nabertherm [Elektron. Resurs] https://ecoanalytika.com/laboratornoe-oborudovanie/laboratornie-trubchatie-pechi (Data Obrashcheniya 20.12.2004). (in Russian)
---
For citation: Ali Ismail, Arakelyan E.K. Experimental Determination of the Ignition and Combustion Characteristics of Diesel and Biodiesel Fuels for a Power Plant Based on an Internal Combustion Engine. Bulletin of MPEI. 2025;4:146—155. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-4-146-155
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest