A study on the spray and engine combustion characteristics of diesel–dimethyl ether fuel blends

Abstract

The purpose of this study was to compare the spray characteristics, the combustion characteristics and the emissions (nitrogen oxides, carbon monoxide, hydrocarbon and smoke) of typical fuels (100% diesel and 100% dimethyl ether) and diesel-dimethyl ether fuel blends in a constant-volume chamber and a single-cylinder direct-injection diesel engine. The spray characteristics were investigated by varying the ambient pressure and the fuel injection pressure using a commonrail fuel injection system with various fuel mixture ratios. The spray characteristic research parameters were the spray shape, the penetration length and the spray angle at the seven-hole injector. Common types of injector were used (Bosch). Two types of fuel blended by mass fraction were employed. Typical fuels (100% diesel and 100% dimethyl ether) and fuel blends with diesel:dimethyl ether mixture ratios of 95:5 and 90:10 were used. The injection pressure was fixed at 70 MPa while the ambient pressure was varied (0 MPa, 2.5 MPa and 5 MPa). The combustion experiments were conducted in a single-cylinder engine equipped with a common rail. The injection pressure was 700 bar at 1200 r/min. The amount of injected fuel was adjusted to obtain a fixed input calorific value of 972.2 J/cycle in order to make a comparison between the fuel types. The results showed that the injection quantity was greater with diesel fuel but not for dimethyl ether fuel and for the fuel blend with the higher mixing ratio. The spray penetration length increased with increasing ambient pressure for diesel but decreased for dimethyl ether with a larger spray angle. The ignition delay and the heat release rate decreased with increasing dimethyl ether which led to a higher indicated mean effective pressure and higher thermal efficiency because there was less negative work in the expansion. The total hydrocarbon emissions and the carbon monoxide emissions decreased with increasing dimethyl ether, but the nitrogen oxide emissions generated were greater owing to the increased combustion temperature.

DİZEL MOTORLARDA DİMETİL ETER KULLANIMININ NOx EMİSYONLARINA ETKİLERİ ÜZERİNE BİR DERLEME ÇALIŞMASI

“…Yakıt özellikleri üzerine yapılmış çalışmalarda (Maji vd., 2015;Park & Lee 2013;Teng vd., 2001) özelikle DME'in dizel yakıtından farklı olan içeriğinde oksijen bulunması, düşük yoğunluk ve düşük viskozite gibi olumlu özelliklerinin yanı sıra düşük yağlayıcılık gibi yetersiz yönleri incelenmiştir. Püskürtme karakteristikleri üzerine yapılan çalışmalarda (Mohan vd., 2017;Jalanapurkar vd., 2015;Lim & Iida, 2015;Guangxin vd., 2013;Genbao vd., 2012;Xu vd., 2012;Kim vd., 2011;Suh & Lee, 2008) DME'in düşük yoğunluk ve düşük viskozite sayesinde püskürtme karakteristiklerini nasıl iyileştirdiğiyle ilgili incelemeler yapılmıştır. Yanma karakteristikleri üzerine yapılan çalışmalarda (Benajes vd., 2018a;Benajes vd., 2018b;Lamani vd., 2017;Baskaran, 2015;Wang vd., 2015;El-Hagar, 2014;Jeon vd., 2014;Khunaphan vd., 2013;Park & Lee, 2013;Park, 2012;Chapman & Boehman, 2008;Ying vd., 2005;Oda vd., 2004;Song vd., 2004) DME'in tutuşma gecikmesi süresi, yanma süresi, kütlesel yanma oranı, silindir basıncı ve yanma sıcaklıkları gibi parametreler üzerindeki etkileri incelenmiştir.…”

“…NOx Emisyonunun Dizel Yakıtı ve Dizel-DME Karışımları için A) Ortalama Efektif Basınç ile(Jalanapurkar vd., 2015) ve B) Yakıt Püskürtme Zamanı ile(Lim & Iida, 2015) Değişimi Şekil 8(a)'da NOx emisyonunun dizel yakıtı ve dizel-DME karışımları için ortalama efektif basınç ile değişimi verilmiştir. Yapılan deneysel çalışmada DME10, DME15 ve DME20 olmak üzere üç farklı yakıt karışımı kullanılmıştır.…”

Di̇zel Motorlarda Di̇meti̇l Eter Kullaniminin Hc Emi̇syonlarina Olan Etki̇leri̇ Üzeri̇ne Bi̇r Derleme Çalişmasi

“…Ayrıca, DME'in daha kısa yakıt demeti boyu ve hızlı buharlaşma özelliği nedeniyle yanma odası cidarlarına ulaşan sıvı yakıt miktarı doayısıyla HC emisyonu azalmaktadır. Diğer taraftan, DME-dizel yakıt karışımları da dizel yakıtına göre daha düşük HC emisyonu değerleri vermiş, hatta DME5 ve DME10 karışımları çoğunlukla saf DME'den daha düşük HC emisyonu değerleri sağladığı bildirilmiştir (Lim ve Iida, 2015). Şekil 6b'de HC emisyonunun dizel yakıtı ve farklı dizel-DME karışımları için motor yükü ile değişimi verilmiştir.…”

Ethers and esters as alternative fuels for internal combustion engine: A review

“…The results showed that compared with diesel, the torque at low engine speed is increased, the brake specific fuel consumption (BSFC) at full load is reduced, the smoke is significantly reduced (50%), NO x and HC emissions are also significantly reduced, and CO emission is at the same level as diesel engine. Lim and Iida 78 reported that with the increase of DME content, the ignition delay time and heat release rate decrease, the negative work in the expansion process decreases, the indicated mean effective pressure (IMEP) increases and the thermal efficiency increases. In addition, with the increase of DME content, the total HC and CO emissions decrease, while the NO x emissions increase.…”