Vaihtoehtoiset polttoaineet ja päästöjenvähennysteknologiat puristussytytteisissä moottoreissa

Aki Tilli

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tämän väitöstutkimuksen tavoitteena on vertailla vaihtoehtoisten dieselpolttoaineiden vaikutuksia dieselmoottorien toimintaan, päästöihin ja päästöjen vähennystekniikoihin. Tutkimusmenetelminä olivat moottorikoeajot, simuloinnit sekä optiset mittaukset. Moottorikoeajoissa käytettiin tavanomaisia moottoriparametreja, biopolttoaineiden käyttöä varten muokattuja venttiilien ajoituksia, sekä nykyaikaisia jälkikäsittelyteknologioita. Erityisesti keskityttiin vetykäsiteltyyn kasviöljyyn (HVO) ja sen sekoituksiin. Vertailua varten käytettiin standardin EN590 täyttävää dieselpolttoainetta sekä sen sekoituksia perinteisen biodieselin (FAME) kanssa. FAME ja HVO edustavat kahta biopolttoaineiden sukupolvea. FAME:n tuotanto on yleensä pienimuotoista ja lopputuotteen laatu vaihtelee. FAME koostuu happea sisältävistä estereistä, joita ei ole puhtaassa fossiilisessa dieselissä. Sillä on lisäksi pienempi energiasisältö. FAME:a saa standardin EN 590 mukaan olla dieselpolttoaineessa enintään 7%. HVO:n tuotannon mittakaava on tyypillisesti suurempi ja lopputuotteen laatu korkea. HVO koostuu parafiinisista hiilivedyistä, joita on ainesosina myös fossiilisissa polttoaineissa. HVO:ta voidaan tyypillisesti käyttää muokkaamattomissa dieselmoottoreissa hyvin korkeissa seossuhteissa. Ensimmäinen osa väitöskirjatutkimuksesta keskittyy biopolttoaineisiin ja niiden vaikutuksiin keskinopeassa dieselmoottorissa. Polttoaineita arvioitiin simulaatiotutkimuksilla, ja puhtaan HVO:n vaikutuksia moottorin suorituskykyyn ja päästöihin tutkittiin moottorikokein. Sisäistä pakokaasujen takaisinkierrätystä (iEGR) ja Miller-ajoitusta tutkittiin tavanomaisella dieselpolttoaineella ja HVO:lla. Väitöskirjan toinen osio keskittyy dieselmoottorin hiukkassuodattimen (DPF) regeneroinnissa käytettäviin myöhäisiin jälkiruiskutuksiin (LPI) 30% HVO- tai FAME -seoksilla. LPI-moodin aikana tutkittiin pakokaasujen lämpötilaa hapetuskatalysaattorissa (DOC), pakokaasupäästöjä, sekä öljynlaimenemaa. Vastaavia polttoainesuihkuja tutkittiin optisissa moottoreissa.  Puhtaalla HVO:lla tutkittiin ensin yhteensopivuutta, suorituskykyä ja päästöjä moottoriparametreja muuttamatta. Miller-ajoituksen ja iEGR:n yhdistelmällä HVO:n korkea setaaniluku johti typenoksidipäästöjen (NOx) merkittävään vähenemiseen ilman hiukkaspäästöjen (PM) tai polttoaineen kulutuksen lisääntymistä. Huomionarvoista on, että NOx- ja PM -päästöt laskivat yhtäaikaisesti, mikä poikkeaa tyypillisestä käänteisestä korrelaatiosta. LPI -tutkimuksissa ei havaittu HVO -seokseen liittyviä ongelmia. Sen sijaan FAME -seos johti myöhäistettyjen jälkiruiskutusten aiheuttaman öljynlaimenemaongelman pahenemiseen, sekä suurempiin päästöihin LPI -moodin aikana. Koska polttoainesuihkujen tunkeumissa ei havaittu eroja, öljynlaimenemaerojen arvioitiin johtuvan polttoaineiden erilaisista tislausominaisuuksista.
Julkaisun otsikon käännösVaihtoehtoiset polttoaineet ja päästöjenvähennysteknologiat puristussytytteisissä moottoreissa
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Larmi, Martti, Vastuuprofessori
  • Sarjovaara, Teemu, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
  • Kaario, Ossi, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8874-7
Sähköinen ISBN978-952-60-8875-4
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • biopolttoaineet
  • dieselmoottori
  • päästöjen vähentäminen
  • parafiininen diesel
  • jälkikäsittely

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Vaihtoehtoiset polttoaineet ja päästöjenvähennysteknologiat puristussytytteisissä moottoreissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä