Experimental combustion analysis of a HSDI diesel engine fuelled with palm oil biodiesel-diesel fuel blends

Abstract

RESUMEN: Debido a las diferencias entre los combustibles diesel y biodiesel en cuanto a estructura química, se derivan diferencias entre las propiedades físicas de éstos, afectando con ello el proceso de combustión en el motor. En este trabajo se aplica un modelo de diagnóstico del proceso de combustión a un motor diesel de automoción turboalimentado operando con biodiesel puro, diesel convencional (acpm) y mezclas al 20 y 50% en volumen (B20 y B50 respectivamente), operando a la misma potencia para estudiar solo el efecto del combustible, las pruebas se realizaron sin ninguna modificación en el motor ni en el sistema de inyección de combustible. En el estudio experimental y de diagnóstico se observó que a medida que aumentaba la concentración de biodiesel en la mezcla se obtuvo una ligera reducción de la relación combustible/aire (0.39 para B0, y 0.37 para B100), en el avance de la inyección y en el inicio de la combustión. Además disminuyeron la eficiencia térmica efectiva, la duración de la combustión, la temperatura media máxima en el interior del cilindro, la temperatura de los gases a la salida de la válvula de escape y la eficiencia de los gases de escape; mientras que la presión máxima, la tasa de exergía destruida y el consumo específico de combustible aumentaron.

ABSTARCT: Differences in the chemical nature between petroleum diesel fuels and vegetable oils-based fuels lead to differences in their physical properties affecting the combustion process inside the engine. In this work a detailed combustion diagnosis was applied to a turbocharged automotive diesel engine operating with neat palm oil biodiesel (POB), No. 2 diesel fuel and their blends at 20 and 50% POB by volume (B20 and B50 respectively). To isolate the fuel effect, tests were executed at constant power output without carrying out any modification of the engine or its fuel injection system. As the POB content in the blend increased, there was a slight reduction in the fuel/air equivalence ratio from 0.39 (B0) to 0.37 (B100), an advance of injection timing and of start of combustion. Additionally, brake thermal efficiency, combustion duration, maximum mean temperature, temperature at exhaust valve opening and exhaust gas efficiency decreased; while the peak pressure, exergy destruction rate and specific fuel consumption increased. With diesel fuel and the blends B20 and B50 the same combustion stages were noticed. However, as a consequence of the differences pointed out, the thermal history of the process was affected. The diffusion combustion stage became larger with POB content. For B100 no premixed stage was observed.