The effect of renewable diesel oil on engine performance

Abstract

In this study, the effects of renewable NExBTL diesel on engine performance were compared with standard diesel and 50-50 % mix of NExBTL and DFO. The target was to determine if it would be possible to reduce the fuel consumption of the engine with two research fuels by optimizing fuel injection parameters and the use of exhaust gas recirculation, while maintaining nitrous oxide emission levels achieved with diesel. Two different rates of EGR settings were used, and in addition fuel injection parameters were optimized with lower EGR valve settings to bring NOX to the reference level. In the last part of the study a transient cycle was used to compare fuels. In-cylinder data was collected and analyzed via a cylinder pressure sensor and engine indicating system. The main target was to compare the results of cylinder pressures, heat release rates and ignition delays between different fuels. The base levels of NOX were quite similar with all fuels. The greatest advantages for the two research fuels in comparison to diesel were seen in significantly lower smoke numbers. Fuel injection parameter optimization did not produce significant reduction in fuel consumption, as the base results of NOX were quite similar with all fuels, which made optimization possibilities quite narrow. The use of EGR reduced the NOX significantly but simultaneously the amount of smoke rose. When NOX was brought back to the reference levels by optimizing the fuel injection parameters, notable gains in fuel consumption were noticed. At the same time the smoke numbers were clearly higher than the reference level. No significant constant differences between the three fuels were seen in in-cylinder results. At some lower load points shorter ignition delay of NExBTL was measured. The NOX results of transient cycle were quite close to each other when using different fuels. Only slight changes in fuel consumption were noticed in these runs.

Tässä tutkimuksessa tutkittiin uusiutuvan NExBTL-dieselöljyn vaikutuksia moottorin suoritusarvoihin. Vertailua tehtiin tavallisella dieselillä ja NExBTL:n ja dieselin sekoituksella (seossuhde 50–50 %) ajettuihin tuloksiin. Ensi vaiheessa tavoitteena oli selvittää, olisiko moottorin polttoaineen kulutusta mahdollista alentaa optimoimalla moottoria tutkimuspolttoaineille paremmin sopivaksi. Typen oksidien (NOX) päästö pyrittiin pitämään standardi dieselin tasolla. Tämän jälkeen moottoriin asennettiin pakokaasun takaisinkierrätysjärjestelmä (EGR) typen oksidien pienentämiseksi. Käytössä oli kaksi erilaista EGR-säätötasoa, joiden lisäksi pienemmällä EGR-säädöllä polttoaineen ruiskutusparametrit optimoitiin siten, että NOX nousi takaisin referenssitasolle. Tutkimuksen viimeisessä vaiheessa oli vuorossa transienttisykli kaikilla polttoaineilla. Sylinterinpainetietoja kerättiin kaikissa staattisissa kuormapisteissä. Käytössä oli sylinterinpaineanturi ja indikointilaitteisto. Tarkoitus oli selvittää sylinterinpaineen, lämmönvapautumisen ja sytytysjättämän eroja eri polttoaineilla. Typen oksidien lähtötasoissa ei ollut suuria eroja eri polttoaineilla kun käytössä olivat vakiot moottorinruiskutusparametrit. NExBTL ja 50–50 % -polttoainesekoitus tuottivat selvästi dieseliä alhaisemmat savutuslukemat. Typen oksidien lähtötasojen olleessa hyvin lähellä toisiaan eri polttoaineilla, polttoaineruiskutuksen optimoinnilla ei ollut mahdollista parantaa polttoaineen kulutusta merkittävästi, sillä NOX:n piti pysyä samalla tasolla dieselillä mitattujen arvojen kanssa. Pakokaasun takaisinkierrätys alensi NOX-päästöjä tuntuvasti, mutta samalla savutus kasvoi. Selkeä parannus polttoaineen kulutuksessa oli havaittavissa kun polttoaineen ruiskutusparametrit oli optimoitu siten, että NOX nousi referenssitasoille. Savutus tällöin oli kuitenkin selvästi lähtöarvoja suurempi. Sylinteripaineista lasketuissa tuloksissa ei ollut nähtävissä suuria eroja eri polttoaineiden välillä. NExBTL-polttoaineella osassa tutkimuspisteistä havaittiin lyhyempi sytytysjättämä kuin muilla polttoaineilla. Transienttisyklin NOX-tulokset olivat hyvin lähellä toisiaan kaikilla polttoaineilla. Myös polttoaineen kulutuslukemat olivat melko yhteneviä eri polttoaineiden kesken.