エンジン性能と界面活性剤の排出評価

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10599 (2023) この記事を引用

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マレーシアはパーム油のトップ輸出国の一つであり、現在、世界の一部地域ではパーム油の輸入に対して激しい抵抗に直面しているが、この商品を利用する方法の一つは、地元の商用ディーゼル中のパームバイオディーゼル含有量を増やすことである。 しかし、バイオディーゼルは酸素が豊富な性質を持っているため、その利用では従来のディーゼルに比べて窒素酸化物 (NOx) 排出量が増加します。 この問題を軽減し、バイオディーゼルとディーゼルの混合物を使用してディーゼルエンジンの性能と排出ガスを改善するために、この研究では、界面活性剤を使用せずに燃料としてディーゼル中水型エマルジョンを生成するリアルタイム非界面活性剤エマルジョン燃料供給システム（RTES）の実装を調査することを試みました。 。 RTES によって生成されるディーゼル中水の NOx 削減能力は十分に文書化されています。 したがって、この研究では、30% のバイオディーゼル - ディーゼル (B30) をベース燃料として使用し、10 wt%、15 wt%、20 wt% の水分含有量からなる B30 由来のエマルジョンを 100 kVA、5.9 L に供給しました。コモンレールターボ過給ディーゼルエンジン発電機。 燃料消費量と排気ガスを測定し、市販のマレーシア産低グレードディーゼル燃料（D2M）と比較しました。 RTES によって生成された乳化 B30 バイオディーゼル - ディーゼルは、ブレーキ熱効率 (BTE) を最大 36% 向上させ、ブレーキ比燃料消費量 (BSFC) を最大 8.70% 削減できることが証拠によって示唆されています。 さらに、B30 バイオディーゼル - ディーゼル エマルジョンは、エンジン負荷が高いときに発生する NOx、一酸化炭素、煙の発生量が大幅に減少しました。 結論として、B30 バイオディーゼル - ディーゼル エマルジョンは、性能と排出ガスに妥協することなく、現在のディーゼル エンジンで容易に利用できます。

マレーシアはパーム油の主要輸出国の一つであり、独自のパーム油バイオディーゼルを生産することができます。 しかし、欧州連合 (EU) がパーム油の輸入に対してますます敵対的になってきている 1,2 ため、マレーシアはこの商品を国内市場で最大限に活用する方法を見つける必要があります。 パーム油の利用を増やす最も有望な方法の 1 つは、家庭用ディーゼルに含まれるパーム油ベースのバイオディーゼルの含有量を増やすことです。 2010 年以来、マレーシアは国内ディーゼル燃料に含まれるバイオディーゼル含有率を 5 vol% から 10 vol% に引き上げました。 第 12 次マレーシア計画 (RMK-12) では、2025 年までに国産ディーゼル燃料にバイオディーゼルとディーゼルの混合物 (B30) を 30 vol% 導入するという目標が設定されています3。 現在、全国のサービス ステーションで販売されている市販のディーゼルは、次のいずれかで構成されています。 7 vol% (B7) または 10 vol% (B10) バイオディーゼル - ディーゼル。 それにもかかわらず、このような取り組みは、エンジンメーカーだけでなく商用車や自家用車の所有者の間でも、この導入が燃料コストや効率、さらにはエンジンの性能や耐久性にどのような影響を与えるかについて懸念を引き起こしています。

バイオディーゼルの生産コストは、従来の石油ベースのディーゼル燃料4と比較して高いため、バイオディーゼルとディーゼル燃料の混合物中のバイオディーゼル含有量が増加すると、燃料の生産コストが上昇します。 マレーシア国内では、政府は何十年にもわたって燃料価格に大規模な補助金プログラムを課してきた5。これにより、増加するバイオディーゼルとディーゼル混合燃料の価格上昇を吸収でき、それによって商用ディーゼルの市場価格が安定する可能性がある。 それにもかかわらず、バイオディーゼル - ディーゼル燃料中のバイオディーゼル含有量が増加すると、バイオディーゼルは石油ベースのディーゼルよりも低い発熱量 (CV) を有するため、体積あたりの全体的な発熱量は減少します。 これは、従来の石油ベースのディーゼルと同じ量のエネルギーを生成するためにより多くの燃料が消費されるため、燃料消費量の増加につながります。 さらに、バイオディーゼルの粘度が高いため、燃料消費量も増加する可能性があり、これにより燃料のポンピングやスプレーの挙動が悪化する可能性があります6。

一般に、バイオディーゼルは従来のディーゼルよりも高い動粘度と密度を持っています7。 これらの要因は、燃焼室に噴射されるときの燃料液滴の霧化と同伴に影響を与えます。 しかし、コモンレール燃料噴射システムを備えた最新のディーゼルエンジンでは、前述の特性の影響はかなり小さいと主張されています。 これは、コモンレール燃料噴射システムによって導入された高圧燃料噴射により、燃料滴の霧化と蒸発が改善され、燃焼プロセスが強化されるためです8。 それにもかかわらず、バイオディーゼル中の酸素含有量が高くなった結果、ピーク燃焼温度が高くなり、点火の遅れが長くなることを考慮すると、バイオディーゼルはより多くの窒素酸化物 (NOx) 排出量を排出します9。 さらに、バイオディーゼルのCVが低いため、燃料消費量は従来のディーゼルに比べてかなり高くなります。 いくつかの研究では、コモンレール噴射ディーゼルエンジンでさまざまなバイオディーゼルブレンドを使用すると燃料消費量が増加することが実証されています10、11、12。