Development of a technique for achieving an optimum BSFC for LAF engine

The reserves of gasoline and diesel fuels are ever decreasing, which plays an important role in the technological development of automobiles. Numerous countries, especially the United States, wish to slowly decrease their fuel dependence on other countries by producing in house renewable fuels like biodiesels or ethanol. Therefore, the new automobile engines have to successfully run on a variety of fuels without significant changes to their designs. The current study focuses on assessing the potential of ethanol fuels to improve the performance of 'flex-fuel SI engines,' which literally means 'engines that are flexible in their fuel requirement.' Another important area within spark ignition (SI) engine research is the implementation of new technologies like Variable Valve Timing (VVT) or Variable Compression Ratio (VCR) to improve engine performance. These technologies add more complexity to the original system by adding extra degrees of freedom. Therefore, the potential of these technologies has to be evaluated before they are installed in any SI engine. The current study focuses on evaluating the advantages and drawbacks of these technologies, primarily from an engine brake efficiency perspective. The results show a significant improvement in engine efficiency with the use of VVT and VCR together. Spark ignition engines always operate at a lower compression ratio as compared to compression ignition (CI) engines primarily due to knock constraints. Therefore, even if the use of a higher compression ratio would result in a significant improvement in SI engine efficiency, the engine may still operate at a lower compression ratio due to knock limitations. Ethanol fuels extend the knock limit making the use of higher compression ratios possible. Hence, the current study focuses on using VVT, VCR, and ethanol-gasoline blends to improve overall engine performance. The results show that these technologies promise definite engine performance improvements provided both their positive and negative potentials have been evaluated prior to installation.

IMPROVING STARTABILITY AND REDUCING EMISSIONS IN FLEXFUEL SPARK IGNITION DIRECT INJECTION VARIABLE CAM TIMING ENGINE

Experimental work and analysis was done to investigate engine startup robustness and emissions of a flex-fuel spark ignition (SI) direct injection (DI) engine. The vaporization and other characteristics of ethanol fuel blends present a challenge at engine startup. Strategies to reduce the enrichment requirements for the first engine startup cycle and emissions for the second and third fired cycle at 25°C ± 1°C engine and intake air temperature were investigated. Research work was conducted on a single cylinder SIDI engine with gasoline and E85 fuels, to study the effect on first fired cycle of engine startup. Piston configurations that included a compression ratio change (11 vs 15.5) and piston geometry change (flattop vs bowl) were tested, along with changes in intake cam timing (95,110,125) and fuel pressure (0.4 MPa vs 3 MPa). The goal was to replicate the engine speed, manifold pressure, fuel pressure and testing temperature from an engine startup trace for investigating the first fired cycle for the engine. Results showed bowl piston was able to enable lower equivalence ratio engine starts with gasoline fuel, while also showing lower IMEP at the same equivalence ratio compared to flat top piston. With E85, bowl piston showed reduced IMEP as compression ratio increased at the same equivalence ratio. A preference for constant intake valve timing across fuels seemed to indicate that flattop piston might be a good flex-fuel piston. Significant improvements were seen with higher CR bowl piston with high fuel pressure starts, but showed no improvement with low fuel pressures. Simulation work was conducted to analyze initial three cycles of engine startup in GT-POWER for the same set of hardware used in the experimentations. A steady state validated model was modified for startup conditions. The results of which allowed an understanding of the relative residual levels and IMEP at the test points in the cam phasing space. This allowed selecting additional test points that enable use of higher residual levels, eliminating those with smaller trapped mass incapable of producing required IMEP for proper engine turnover. The second phase of experimental testing results for 2nd and 3rd startup cycle revealed both E10 and E85 prefer the same SOI of 240°bTDC at second and third startup cycle for the flat top piston and high injection pressures. E85 fuel optimal cam timing for startup showed that it tolerates more residuals compared to E10 fuel. Higher internal residuals drives down the Ø requirement for both fuels up to their combustion stability limit, this is thought to be direct benefit to vaporization due to increased cycle start temperature. Benefits are shown for an advance IMOP and retarded EMOP strategy at engine startup. Overall the amount of residuals preferred by an engine for E10 fuel at startup is thought to be constant across engine speed, thus could enable easier selection of optimized cam positions across the startup speeds.

ANALISANDO O GRAU DE RELAÇÃO E CORRELAÇÃO ENTRE VARIÁVEIS MACROECONÔMICAS E O SETOR SUCROALCOOLEIRO

O modelo brasileiro de utilização de recursos provenientes de biomassa pode ser considerado como referência na utilização em substituição da matriz energética. Dentre eles o etanol vem se destacando como uma fonte de bioenergia cada vez mais utilizada, principalmente na frota de veículos, tal incentivo vem sendo sedimentado ao longo de quase quatro décadas desde a primeira crise do petróleo com a implantação do PROALCOOL até o desenvolvimento e a aplicação da tecnologia de carros bicombustíveis conhecidos como veículos flex, que hoje representam aproximadamente 90% dos automóveis vendidos. O presente trabalho buscará identificar a existência de uma relação entre os indicadores de produção de automóveis, o aumento de produção de etanol e as variáveis macroeconômicas pelos índices de INCC, IPCA e IGP-M que são amplamente conhecidos e reconhecidos pelo governo, empresários e população. Foi utilizada a técnica multivariada de regressão e correlação com auxilio do oftware SPSS. Os resultados sugerem que existe uma correlação entre os índices macroeconômicos mais baixos e o aumento da produção de automóveis e de etanol.

Perfil dos HPA prioritários na exaustão de veículo a diesel, no combustível diesel utilizado durante os ensaios de emissão veicular e no óleo lubrificante do motor

As concentrações na exaustão e os fatores de emissão dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) prioritários de um veículo a diesel e as suas respectivas concentrações no diesel usado durante os ensaios de emissão veicular foram determinados com a finalidade de estimar a contribuição dos HPA provenientes do combustível nas emissões. Os produtos da combustão foram coletados diretamente nas emissões brutas do escapamento, utilizando um sistema de amostragem a volume constante sem diluição dos gases da exaustão. Os HPA associados ao MP foram amostrados de forma estratificada, utilizando um impactador em cascata MOUDI e filtros de fibra de vidro como substratos, e os HPA em fase gasosa foram amostrados usando cartuchos de amberlite XAD-2. A concentração dos HPA no óleo lubrificante do motor também foi monitorada ao longo do tempo até a sua troca após 12.000 km de uso. Após a extração e tratamento das amostras, a identificação e quantificação dos HPA foram realizadas, utilizando cromatografia de fase gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG-EM) com injetor de grande volume de vaporização com a temperatura programável (PTV-LVI). Cinco variáveis do PTV-LVI foram otimizadas, utilizando planejamento de experimentos, o que permitiu obter limites de detecção menores do que 2,0 g L-1. Somente 7 dos 16 HPA prioritários foram identificados na exaustão: NAP, ACY, ACE, FLU, FEN, FLT e PYR. Os ensaios de emissão veicular foram realizados com o veículo em modo estacionário, sem aplicação de carga e com baixa velocidade de rotação do motor (1500 rpm), utilizando um diesel com menor teor de enxofre (10 mg kg-1) e com 5% v/v de biodiesel. Esses fatores possivelmente contribuíram para reduzir as emissões dos outros 9 HPA a valores abaixo dos limites de detecção do método desenvolvido. Aproximadamente 80% da massa dos HPA totais associados ao MP estavam presentes em partículas com tamanho entre 1,0 m e 56 nm, e aproximadamente 4,5% estavam presentes em partículas menores do que 56 nm. Partículas menores que 2,5 m são facilmente inaladas e depositadas no trato respiratório e na região alveolar, justificando a preocupação com relação às emissões de HPA associados a partículas provenientes da exaustão veicular de motores a diesel. Somente 5 dos 7 HPA identificados na exaustão foram detectados no diesel: NAP, ACY, FLU, FEN e PYR. A razão entre os fatores de emissão (g L-1diesel) dos HPA na exaustão e suas respectivas concentrações do diesel (g L-1) variaram de 0,01 0,02 a 0,05 0,029, dependendo do HPA. Esses valores indicam que pelo menos 95 a 99% dos HPA identificados no diesel foram destruídos e/ou transformados em outros compostos durante a combustão, e/ou foram retidos no reservatório do óleo lubrificante. Por outro lado, os HPA que tiveram maiores concentrações no diesel também apresentaram maiores fatores de emissão, o que sugere que os HPA provenientes do diesel possuem uma contribuição significativa para as emissões dos HPA totais. O perfil dos HPA prioritários no óleo lubrificante mostrou-se semelhante ao perfil dos HPA no diesel e nas emissões totais, onde o NAP, FEN e PYR foram os HPA majoritários

Effect of vehicle characteristics on safety, fuel use and emissions

Nos últimos anos, o número de vítimas de acidentes de tráfego por milhões de habitantes em Portugal tem sido mais elevado do que a média da União Europeia. Ao nível nacional torna-se premente uma melhor compreensão dos dados de acidentes e sobre o efeito do veículo na gravidade do mesmo. O objetivo principal desta investigação consistiu no desenvolvimento de modelos de previsão da gravidade do acidente, para o caso de um único veículo envolvido e para caso de uma colisão, envolvendo dois veículos. Além disso, esta investigação compreendeu o desenvolvimento de uma análise integrada para avaliar o desempenho do veículo em termos de segurança, eficiência energética e emissões de poluentes. Os dados de acidentes foram recolhidos junto da Guarda Nacional Republicana Portuguesa, na área metropolitana do Porto para o período de 2006-2010. Um total de 1,374 acidentes foram recolhidos, 500 acidentes envolvendo um único veículo e 874 colisões. Para a análise da segurança, foram utilizados modelos de regressão logística. Para os acidentes envolvendo um único veículo, o efeito das características do veículo no risco de feridos graves e/ou mortos (variável resposta definida como binária) foi explorado. Para as colisões envolvendo dois veículos foram criadas duas variáveis binárias adicionais: uma para prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos num dos veículos (designado como veículo V1) e outra para prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos no outro veículo envolvido (designado como veículo V2). Para ultrapassar o desafio e limitações relativas ao tamanho da amostra e desigualdade entre os casos analisados (apenas 5.1% de acidentes graves), foi desenvolvida uma metodologia com base numa estratégia de reamostragem e foram utilizadas 10 amostras geradas de forma aleatória e estratificada para a validação dos modelos. Durante a fase de modelação, foi analisado o efeito das características do veículo, como o peso, a cilindrada, a distância entre eixos e a idade do veículo. Para a análise do consumo de combustível e das emissões, foi aplicada a metodologia CORINAIR. Posteriormente, os dados das emissões foram modelados de forma a serem ajustados a regressões lineares. Finalmente, foi desenvolvido um indicador de análise integrada (denominado “SEG”) que proporciona um método de classificação para avaliar o desempenho do veículo ao nível da segurança rodoviária, consumos e emissões de poluentes.Face aos resultados obtidos, para os acidentes envolvendo um único veículo, o modelo de previsão do risco de gravidade identificou a idade e a cilindrada do veículo como estatisticamente significativas para a previsão de ocorrência de feridos graves e/ou mortos, ao nível de significância de 5%. A exatidão do modelo foi de 58.0% (desvio padrão (D.P.) 3.1). Para as colisões envolvendo dois veículos, ao prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos no veículo V1, a cilindrada do veículo oposto (veículo V2) aumentou o risco para os ocupantes do veículo V1, ao nível de significância de 10%. O modelo para prever o risco de gravidade no veículo V1 revelou um bom desempenho, com uma exatidão de 61.2% (D.P. 2.4). Ao prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos no veículo V2, a cilindrada do veículo V1 aumentou o risco para os ocupantes do veículo V2, ao nível de significância de 5%. O modelo para prever o risco de gravidade no veículo V2 também revelou um desempenho satisfatório, com uma exatidão de 40.5% (D.P. 2.1). Os resultados do indicador integrado SEG revelaram que os veículos mais recentes apresentam uma melhor classificação para os três domínios: segurança, consumo e emissões. Esta investigação demonstra que não existe conflito entre a componente da segurança, a eficiência energética e emissões relativamente ao desempenho dos veículos.

Conversão de um veículo de combustão em veículo elétrico

Trabalho final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica Ramo Manutenção e Produção

The impact of sulphur content of diesel fuel on ultrafine particle formation

Early this year the Australian Department of Environment and Heritage commissioned a desktop literature review with a focus on ultrafine particles including analysis of health impacts of the particles as well as the impact of sulphur content of diesel fuel on ultrafine particle emission. This paper summarizes the findings of the report on the link between the sulphur content of diesel fuels and the number of ultrafine particles in diesel emissions. The literature search on this topic resulted in over 150 publications. The majority of these publications, although investigating different aspects of the influence of fuel sulphur level on diesel vehicle emissions, were not directly concerned with ultrafine particle emissions. A specific focus of the paper is on: ----- ----- summary of state of knowledge established by the review, and ----- ----- summary of recommendations on the research priorities for Australia to address the information gaps for this issue, and on the appropriate management responses.

A comparative study of the number and mass of fine particles emitted with diesel fuel and marine gas oil (MGO)

The current investigation reports on diesel particulate matter emissions, with special interest in fine particles from the combustion of two base fuels. The base fuels selected were diesel fuel and marine gas oil (MGO). The experiments were conducted with a four-stroke, six-cylinder, direct injection diesel engine. The results showed that the fine particle number emissions measured by both SMPS and ELPI were higher with MGO compared to diesel fuel. It was observed that the fine particle number emissions with the two base fuels were quantitatively different but qualitatively similar. The gravimetric (mass basis) measurement also showed higher total particulate matter (TPM) emissions with the MGO. The smoke emissions, which were part of TPM, were also higher for the MGO. No significant changes in the mass flow rate of fuel and the brake-specific fuel consumption (BSFC) were observed between the two base fuels.

Pyrolysis decomposition of mahogony seeds (Swietenia macrophylla) for alternative fuel oil

A fixed bed pyrolysis has been designed and fabricated for obtaining liquid fuel from Mahogany seeds. The major components of the system are fixed bed pyrolysis reactor, liquid condenser and liquid collectors. The Mahogany seed in particle form is pyrolysed in an externally heated 10 cm diameter and 36 cm high fixed bed reactor with nitrogen as the carrier gas. The reactor is heated by means of a biomass source cylindrical heater from 450oC to 600oC. The products are oil, char and gas. The reactor bed temperature, running time and feed particle size are considered as process parameters. A maximum liquid yield of 54wt% of biomass feed is obtained with particle size of 1.18 mm at a reactor bed temperature of 5500C with a running time of 90 minutes. The oil is found to possess favorable flash point and reasonable density and viscosity. The higher calorific value is found to be 39.9 MJ/kg which is higher than other biomass derived pyrolysis oils.

Production of liquid fuel and activated carbon from mahogany seed by using pyrolysis technology

The renovation of biomass waste in the form of Mahogany seed waste into bio-fuel as well as activated carbon by fixed bed pyrolysis reactor has been taken into consideration in this study. The mahogany seed in particle form is pyrolyzed in an enormously heated fixed bed reactor with nitrogen as the carrier gas. The reactor is heated from 4000C to 6000C using a external heater in which rice husk and charcoal are used as the heater biomass fuel. Reactor bed temperature, running time and feed particle size have been varied to get the optimum operating conditions of the system. The parameters are found to influence the product yields to a large extent. A maximum liquid and char yield are 49 wt. % and 35 wt. % respectively obtained at a reactor bed temperature 5000C when the running time is 90 minutes. Acquired pyrolyzed oil at these optimal process conditions were analyzed for some of their properties as an alternative fuel. The oil possesses comparable flame temperature, favorable flash point and reasonable viscosity along with somewhat higher density. The kinematic viscosity of the derived fuel is 3.8 cSt and density is 1525 kg/m3. The higher calorific value is found 32.4 MJ/kg which is significantly higher than other biomass derived fuel. Moderate adsorption capacity of the prepared activated carbon in case of methyl blue & tea water was also revealed.

Influence of fatty acid structure on fuel properties of algae derived biodiesel

Physical and chemical properties of biofuel are influenced by structural features of fatty acid such as chain length, degree of unsaturation and branching of the chain. A simple and reliable calculation method to estimate fuel property is therefore needed to avoid experimental testing which is difficult, costly and time consuming. Typically in commercial biodiesel production such testing is done for every batch of fuel produced. In this study 9 different algae species were selected that were likely to be suitable for subtropical climates. The fatty acid methyl esters (FAMEs) of all algae species were analysed and the fuel properties like cetane number (CN), cold filter plugging point (CFPP), kinematic viscosity (KV), density and higher heating value (HHV) were determined. The relation of each fatty acid with particular fuel property is analysed using multivariate and multi-criteria decision method (MCDM) software. They showed that some fatty acids have major influences on the fuel properties whereas others have minimal influence. Based on the fuel properties and amounts of lipid content rank order is drawn by PROMETHEE-GAIA which helped to select the best algae species for biodiesel production in subtropical climates. Three species had fatty acid profiles that gave the best fuel properties although only one of these (Nannochloropsis oculata) is considered the best choice because of its higher lipid content.