การทดสอบเชื้อเพลิงนาโนอิมัลชัน ดีเซล-ไบโอดีเซล-น้ำ ในเครื่องยนต์ดีเซลแบบฉีดตรง

Abstract

งานวิจัยนี้ได้ศึกษาการใช้เชื้อเพลิงอิมัลชันชนิดน้ำในน้ำมันคือดีเซล-ไบไอดีเซลน้ำ ในเครื่องยนต์สูบเดียว ระบบหัวฉีดโดยตรง (direct injection, DD) เพื่อหาค่าการปลดปล่อยค่าก๊าซที่ได้จากการเผาไหม้ของเครื่องยนต์คือ ออกซิเจน (o), คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO), คาร์บอนไดออกไซค์ (CO), ไฮโครคาร์บอน (HC), ไนโตรเจนออกไซด์ (NOx)อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะ และอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเบรกจำเพาะ โดยใช้เงื่อนไขของเชื้อเพลิงอิมัลชัน ดีเซล-ไบโอดีเซล-น้ำ ที่อัตราส่วนผสมของดีเซลเท่ากับ 42 vol.% ไบโอคีเซลเท่ากับ 50 vol.% น้ำเท่ากับ 2 vol.% และสารลดแรงดึงผิว span80/Tween80 เท่ากับ 6 vol.% (สูตร D42B50W2S3T3) เชื้อเพลิงอิมัลชันถูกผลิตด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิกที่คลื่นความถี่เท่ากับ 18 kHz กำลังคลื่นเสียงเท่ากับ 1,000 W เวลาการผสมเท่ากับ 60 sec และนำมาเปรียบเทียบผลการทดสอบของดีเซลและไบไอดีเชล ที่ภาระโหลดเท่ากับ 0% 25% 50% และ 75% และความเร็วรอบของเครื่องยนต์เท่ากับ 2,300 pm พบว่าเชื้อเพลิงอิมัลชันให้ค่าการปลดปล่อยก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) เท่ากับ 708.7 ppm ลดลงเท่ากับ 19.0% และ 3.7% ตามลำดับ และให้ค่าการปลดปล่อยก๊าซไฮโครคาร์บอน (HC) เท่ากับ 105.3 ppm ลดลงเท่ากับ 4.7% และ 7.4% ตามลำดับ เปรียบเทียบกับดีเซลและไบโอดีเซล ทีภาระโหลดเท่ากับ 75% แต่ส่งผลให้มีคำการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เท่ากับ 545.8 ppm เพิ่มขึ้นเท่ากับ 26.1% และ 16.6% ตามสำคับ เมื่อเทียบกับดีเซลและไบโอดีเซล ค้นสมรรถนะของเครื่องยนต์พบว่า ที่ภาระโหลดเท่ากับ 75% ค่าอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะของเชื้อเพลิงอิมัลชันมีค่าทำกับ 1.56 kg/hr ต่ำกว่าไบโอดีเซลและสูงกว่าดีเซลเท่ากับ 4.07% และ 1.34% ตามลำดับ และเชื้อเพลิงอิมัลชันมีค่าอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเบรกจำเพาะ (brake specific fuel consumption, BSFC) เท่ากับ 0.26 kg/kW.hr ต่ำกว่าไบโอดีเซลและสูงกว่าดีเซลเท่ากับ 4.07% และ 1.32% ตามลำดับ ดังนั้นผลกระทบของเชื้อเพลิงอิมัลชัน ดีเซล-ไบไอดีเชล-น้ำ ชนิดน้ำในน้ำมัน สามารถช่วยลดค่าการปลดปล่อยก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) และค่าการปลดปล่อยก๊าซไฮโครคาร์บอน (HC) ทีภาระโหลด 75% ในเครื่องยนต์ดีเซลเชื้อเพลิงอิมัลชัน ดีเซล-ไบโอดีเซล-น้ำ จึงเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่สำใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลโดยไม่จำเป็นต้องมีการปรับเครื่องยนต์

The objective of this study was to investigate the effects of diesel-biodiesel-water emulsion fuel on the exhaust emission contents (O2, CO2, CO, HC and NOx), specific fuel consumption (SFC), and brake-specific fuel consumption (BSFC) of a single-cylinder diesel engine. The Span80 and Tween80 of 6 vol.% were used as the emulsifier to homogenously blend the emulsion fuel, which consisted of 42 vol.% diesel, 50 vol.% biodiesel, 2 vol.% water (D42B50W2S3T3). The dieselbiodiesel-water emulsion fuel was produced using 18 kHz and 1,000W ultrasonic probe type within 60 sec sonication time. For the engine testing, diesel, biodiesel, and emulsion fuel were used as fuels to compare the exhaust emission contents, SFC, and BSFC with engine load of 0% 25% 50%, and 75% at 2300 rpm. The results showed that D42B50W2S3T3 blend emitted 708.7 ppm NOx which was increased by 19.0% and 3.71%, when compared with diesel and biodiesel, respectively. While 105.3 ppm HC emission was emitted for combustion of emulsion fuel which was decreased by 4.7% for diesel and 7.4% for biodiesel with 75% engine load and 2,300 rpm. However, 545.8 ppm CO emission was increased by 26.1% and 16.6% with diesel and biodiesel, respectively. Regarding the specific fuel consumptions (SFC) of emulsion fuel are lower than biodiesel at all engine load. At 75% engine load and 2300 rpm, 1.56 kg/hr of SFC obtained from the emulsion fuel which was decreased by 4.07% and increased by 1.34% as compared to biodiesel and diesel, respectively. For brake specific fuel consumption (BSFC), 0.26 kg/kW.hr produced by emulsion fuel which was decreased by 4.07% and increased by 1.32% as compared to biodiesel and diesel, respectively. In conclusion, the emulsion blend can reduced the NOx and HC emissions in a DI diesel engine with 75% engine load at 2300 rpm. Therefore, D42B50W2S3T3 blend are alternatives usable in a diesel engine without modifications.