Autoignition of sustainable fuels under dual operation with H2-carriers in a constant volume combustion chamber

Abstract

The expected increase in the use of environmentally friendly liquid fuels in medium and heavy-duty compression ignition engines (for both off-road and transport applications), together with the well-documented benefits of hydrogen-carriers to decrease energy dependence and to achieve a neutral-carbon economy (internal combustion engines highly contributing to the global CO2 emissions), have motivated this work. The autoignition characteristics of different alternative diesel-type fuels (hydrotreated vegetable oil, advanced biodiesel and blends of conventional diesel fuel with polyoxymethylene dimethyl ether and 1-butanol) under dual-fuel operation with H2, NH3, and CH4 were studied in a constant volume combustion chamber at 535 and 600 °C. The high reactivity fuel was replaced by the gaseous fuel up to 40 % by energy. The main ignition delay time was significantly affected not only by the type of low reactivity fuel, with ammonia considerably retarding autoignition, but also by the nature of the liquid fuel, biodiesel being the less sensitive to the presence of the H2-carrier fuel. Results also proved that the higher the reactivity of the diesel-type fuel (quantified through the cetane number), the lower the influence of the gaseous fuel on the autoignition time.

El aumento previsto en el uso de combustibles líquidos inocuos para el medio ambiente en motores de encendido por compresión de servicio mediano y pesado (tanto para aplicaciones todoterreno como de transporte), junto con los beneficios bien documentados de los vehículos de hidrógeno para disminuir la dependencia energética y lograr un economía neutral en carbono (motores de combustión interna que contribuyen en gran medida a las emisiones globales de CO 2 ), han motivado este trabajo. Las características de autoignición de diferentes combustibles alternativos de tipo diesel (aceite vegetal hidrotratado, biodiesel avanzado y mezclas de combustible diesel convencional con polioximetilen dimetil éter y 1-butanol) en operación de combustible dual con H 2 , NH 3 y CH 4fueron estudiados en una cámara de combustión de volumen constante a 535 y 600 °C. El combustible de alta reactividad fue reemplazado por el combustible gaseoso hasta en un 40 % por energía. El tiempo de retardo del encendido principal se vio significativamente afectado no solo por el tipo de combustible de baja reactividad, con el amoníaco retardando considerablemente el autoencendido, sino también por la naturaleza del combustible líquido, siendo el biodiesel el menos sensible a la presencia del combustible portador de H 2 . Los resultados también demostraron que cuanto mayor es la reactividad del combustible tipo diésel (cuantificada a través del número de cetano), menor es la influencia del combustible gaseoso en el tiempo de autoignición.