Dieselpolttoainesuihkujen vertailu optisin menetelmin

Abstract

In this master's thesis, diesel fuel sprays were studied by optical method. The main aim of this thesis was to compare fuel spray characteristics between crude oil based EN 590 diesel and hydro treated vegetable oil (HVO). HVO is produced from vegetable oils and animal fats using hydro treatment. HVO is used in diesel engines. In Finland, HVO is produced by the brand name NExBTL. Another objective of this thesis was to study the effects of comparatively high injection pressure and small injector orifice. Optical measurements of diesel spray were performed in a cold pressurized test rig. The fuel injection was arranged with a modem common rail fuel injection system and all injection parameters such as injection pressure and time were completely controlled. The fuel spray measurements were made with high speed backlight photography based on short laser pulse and digital image processing. The master's thesis includes a theoretical section and an experimental section. In the theoretical section, firstly, emission formation of diesel process and properties of bio fuels are presented briefly. Secondly, fundamentals of spray characteristics are determined and a literature survey is carried out about the effects of variation of injection parameters. In the experimental section, results of the measurements are presented with conclusions, accuracy of measurements is discussed and finally recommendations for future research subjects are proposed. According to the fuel spray measurements, no significant and consistent difference was founded between crude oil based EN 590 diesel and HVO. However, some results were inconsistent whereupon further studies are highly recommended with various injection parameters.Tässä diplomityössä tutkittiin dieselpolttoainesuihkuja optisin menetelmin. Tutkimuksen päätavoitteena oli vertailla polttoainesuihkujen ominaisuuksia maaöljypohjaisen EN 590 dieselin ja vetykäsitellyn kasviöljyn välillä. Vetykäsitelty kasviöljy on kasvi- ja eläinperäisistä rasvoista vetykäsittelyllä valmistettua dieselmoottorikäyttöön tarkoitettua polttoainetta, jota valmistetaan Suomessa tuotenimellä NExBTL. Samalla tutkittiin tavallista korkeamman ruiskutuspaineen ja hieman normaalia pienemmän suutinreiän vaikutusta polttoainesuihkun ominaisuuksiin. Dieselpolttoainesuihkujen optiset mittaukset tehtiin paineistetussa koekammiossa säädettävällä polttoaineensyöttöjärjestelmällä, jolla voidaan vapaasti säätää polttoaineen ruiskutuspainetta ja -aikaa. Mittauksissa käytettiin taustavalokuvausta, jossa polttoainesuihku valaistaan pulssilaserilla ja kuvataan digitaalikameralla vastakkaisesta suunnasta, jonka jälkeen kuvat voidaan analysoida tietokoneohjelmilla. Työ koostuu teoriaosuudesta ja kokeellisesta osuudesta. Teoriaosuudessa käsitellään ensin lyhyesti päästöjen muodostumista dieselmoottorissa sekä tarkastellaan biopolttoaineiden keskeisiä ominaisuuksia. Tämän jälkeen esitellään polttoainesuihkujen tärkeimpiä ominaisuuksia ja selvitetään miten ruiskutusparametrit ovat vaikuttaneet näihin ominaisuuksiin aiemmissa tutkimuksissa. Kokeellisessa osuudessa esitellään mittaustulokset johtopäätöksineen, tarkastellaan mittausten luotettavuutta ja esitetään näkemys jatkotutkimuksen tarpeesta. Mittauksissa ei voitu havaita johdonmukaista ja merkittävää eroa polttoainesuihkujen keskeisissä ominaisuuksissa EN 590 dieselin ja vetykäsitellyn kasvisöljyn välillä. Tulokset olivat kuitenkin osittain ristiriitaiset ja näiden mittausten perusteella on suositeltavaa tutkia aihetta laajemmalla mittausmatriisilla