Performance and emission optimization of a CI engine fueled with Juliflora biodiesel using response surface methodology

Abstract

The objectives of the current study are to assess the performance and emission characteristics of a diesel engine running on Juliflora biodiesel-based blends at varying levels of brake power. These objectives were achieved through the implementation of a response surface methodology-based optimization technique to evaluate the combined effect of varying levels of brake power and biodiesel blend on engine parameters such as BTE, CO, HCs, NOx, and smoke. Contour plots were developed to evaluate the interaction effects between the variables. The accuracy of the developed model was validated through a test and forecast method. The most significant findings of the current study include the improvement in BTE with increasing levels of brake power. An improvement of 10-12% was achieved for Juliflora biodiesel-based blends compared to conventional diesel operation. Moreover, the levels of incomplete combustion emissions such as CO, HCs, and smoke were found to decrease substantially. Emissions of CO, HCs, and smoke were found to decrease by 55-60%, 30-35%, and 65-70%, respectively. However, NOx levels were found to increase by 35-40%. The developed model was found to have high accuracy in predicting the engine parameters, as the R² value was found to be greater than 0.95. The significance of the results lies in the demonstration of the fact that increased brake power along with a moderate level of Juliflora biodiesel blend ratio offers the optimum compromise between improved thermal efficiency and minimized incomplete combustion-related emissions. The results also reflect the viability of Juliflora biodiesel as a substitute fuel for diesel engines, which is beneficial for the cause of utilizing the energy in a more environmentally friendly manner.

Scopul acestui studiu îl reprezintă evaluarea caracteristicilor operaționale și a emisiilor unui motor diesel alimentat cu amestecuri pe bază de biodiesel obținutla diferite niveluri ale puterii efective la frână. Aceste obiective au fost atinse prin aplicarea unei metode de optimizare bazate pe suprafața de răspuns (RSM –Response Surface Methodology), pentru evaluarea influenței combinate a diferitelor niveluri ale puterii efective la frână și ale amestecului de biodiesel asupra unor parametri ai motorului, precum randamentul, CO, HC (hidrocarburi nearse), NOx și fumigenitatea. Au fost construite grafice de contur pentru evaluarea efectelor de interacțiune dintre variabile. Acuratețea modelului dezvoltat a fost confirmată prin intermediul metodei de testare și predicție. Cele mai semnificative rezultate ale acestui studiu includ îmbunătățirea randamentului odată cu creșterea nivelului puterii efective la frână. Pentru amestecurile pe bază de biodiesel dinJulliflora, s-a obținut o îmbunătățire de 10-12% comparativ cu funcționarea motorului diesel convențional. În plus, s-a constatat o reducere substanțială a emisiilor provenite din arderea incompletă, cum ar fi CO, HC și fumigenitatea. Emisiile de CO, HC și fumigenitatea s-au redus cu 55-60%, 30-35% și, respectiv, 65-70%. Cu toate acestea, s-a constatat o creștere a nivelului de NOx cu 35-40%. Modelul dezvoltat a demonstrat o acuratețe ridicată a predicției parametrilor motorului, valoarea R² fiind mai mare de 0,95. Semnificația rezultatelor constă în demonstrarea faptului că creșterea puterii efective la frână, combinată cu un conținut moderat de combustibil biodieselJulliflora, asigură un compromis optim între creșterea randamentului termic și minimizarea emisiilor asociate arderii incomplete. Rezultatele confirmă, de asemenea, viabilitatea biodieselului dinJullifloraca și combustibil alternativ pentru motoarele diesel, fiind avantajos din perspectiva unei utilizări mai ecologice a energiei.

Целью данного исследования является оценка рабочих характеристик и выбросов дизельного двигателя, работающего на смесях на основе биодизеля из юлифлоры при различных уровнях тормозной мощности.Эти цели были достигнуты путем применения метода оптимизации наоснове поверхности от-клика для оценки комбинированного влияния различных уровней тормозной мощности и смеси биодизеля на такие параметры двигателя, как КПД, CO, УГС, NOx и дымность.Были построены контурные графики для оценки эффектов взаимодействия междупеременными.Точность разработанной модели была под-тверждена с помощью метода тестирования и прогнозирования.Наиболее значимые результаты данного исследования включают улучшение КПД с увеличением уровня тормозной мощности.Для смесей на ос-нове биодизеля из юлифлоры было достигнуто улучшение на 10-12% по сравнению с работой обычного дизельного двигателя.Кроме того, было обнаружено существенное снижение уровня выбросов неполного сгорания, таких как CO, УГС и дымность.Выбросы CO, УГС и дымности снизились на 55-60%, 30-35% и 65-70% соответственно.Однако было обнаружено увеличение уровня NOx на 35-40%.Разработанная мо-дель показала высокую точность прогнозирования параметров двигателя, поскольку значение R² оказалось больше 0,95.Значимость результатов заключается в демонстрации того факта, что увеличение тормозной мощности в сочетании с умеренным содержанием биодизельного топлива из юлифлоры обеспечивает оп-тимальный компромисс между повышением термического КПД и минимизацией выбросов, связанных с неполным сгоранием. Результаты также подтверждают жизнеспособность биодизельного топлива из юлифлоры в качестве альтернативного топлива для дизельных двигателей, что выгодно с точки зрения более экологичного использования энергии.