Experimental investigation on the effect of adding cyclohexanone to gasoline in si engine emissions and performance

• Published in: The Iraqi journal for mechanical and materials engineering. Vol. 21; no. 4; pp. 259 - 273
• Main Authors: Hasan, Abd al-Kazim Muhammad, Jasim, Sadiq Abd al-Aziz
• Format: Journal Article
• Language: Arabic; English
• Published: Babylon, Iraq University of Babylon, College of Engineering 31-12-2021
• Subjects: الاستهلاك; الخواص الفيزيائية; الغازات الخانقة; الهندسة الميكانيكية; الوقود
• ISSN: 2076-1819; 1819-2076; 2313-3783
• DOI: 10.32852/iqjfmme.v21i4.572

The aim of the present work is to investigate the influence of adding some ketone compounds on the performance, emissions, heat balance and exhaust gas temperature of spark ignition engine. The ketone used in this study is cyclohexanone (C6H10O). This ketone has been added to the base fuel (gasoline) with three concentration ranges (3, 6 and 9% ) respectively. All experimental tests were carried out on gasoline engine type (Nissan QG18DE), four cylinders, 4-stroke, direct injection, with compression ratio (9.5: 1). The acquired results showed that adding of ketones affect the physical properties of gasoline. Where the density changed from (710 kg/m3) for net gasoline to (740.8 kg/m3) for cyclohexanone at adding ratio of (9% ). The octane number also increased from (86) for pure gasoline to (97.7) for fuel with 9% cyclohexanone. The calorific value will be decrease from (43000 kJ/kg) for gasoline to (42077.5) for cyclohexanone at adding ratio of (9% ). The addition of ketones improves the emissions characteristic of engine. The best reduction of (UHC, CO_2, CO and NOx) was (49.04, 22.43, 35.02 and 42.14% ) recorded by cyclohexanone addition at ratio of (9% ). In the case of performance, all parameters of performance improved by adding ketones. The brake specific fuel consumption reduced by (8.9% ) by adding (9% ) of cyclohexanone which recorded as the best reduction through all types. The best increment of brake power, brake thermal efficiency, brake mean effective pressure and volumetric efficiency was (17.3, 8.98, 17.25 and 12.7% ) is achieved by adding (9% ) of cyclohexanone. Also, the exhaust gas temperature will be increase by adding ketones. The percentage increasing of exhaust gas temperature was (28.31% ) recorded by cyclohexanone addition at ratio of (9% ). In the case of heat balance, the best increment of total heat internal energy was (6.59) at (9% ) of cyclohexanone.
تم انجاز هذا البحث لدراسة و فحص تأثير إضافة بعض مركبات الكيتون على أداء، أنبعاثات، التوازن الحراري، و درجة حرارة غاز العادم لمحرك الاشتعال بالشرارة. الكيتون المستخدم في هذه الدراسة هو سيكلوهكسانون C6H10O. تمت إضافة هذا الكيتون إلى الوقود الأساسي الجازولين بثلاث تراكيز 3 و 6 و 9 ٪ على التوالي. أجريت جميع الاختبارات التجريبية على محرك بنزين من نوع Nissan QG18DE ، أربع اسطوانات ، رباعي الأشواط ، حقن مباشر، بنسبة انضغاط 9.5 : 1 ظهرت النتائج المكتسبة أن إضافة الكيتونات تؤثر على الخواص الفيزيائية للبنزين. حيث تغيرت الكثافة من 710 كجم / م ^ 3 لصافي البنزين إلى 740.8 كجم / م 3 للسيكلوهكسانون بإضافة نسبة 9٪. كما زاد عدد الأوكتان لجميع أنواع الكيتونات مقارنة بالوقود النقي ، حيث سيتحسن من 86 للبنزين النقي إلى 97.7 للسيكلوهكسانون بنسبة إضافة 9٪ بينما تنخفض القيمة الحرارية من 43000 كج / كغ للبنزين إلى 42077.5 لسيكلوهكسانون بإضافة نسبة 9 ٪. تعمل إضافة الكيتونات على تحسين خصائص الانبعاثات الخاصة بالمحرك. أفضل انخفاض في UHC ، CO2 ، CO و NOx كان 49.04 ، 22.43 ، 35.02 و 42.14 ٪ سجل بإضافة السايكلوهكسانون بنسبة 9٪. في حالة الأداء ، تم تحسين جميع معلمات الأداء بإضافة الكيتونات. انخفض استهلاك الوقود النوعي للفرامل بنسبة 8.9 ٪ بإضافة 9 ٪ من مادة سيكلوهكسانون التي سجلت أفضل تخفيض من خلال جميع الأنواع. أفضل زيادة في قوة المكابح ، الكفاءة الحرارية للفرامل ، متوسط الضغط الفعال والكفاءة الحجمية كانت 17.3 ، 8.98 ، 17.25 و 12.7 ٪ و ذلك بإضافة 9 ٪ من السايكلوهكسانون. أيضًا ، ستزداد درجة حرارة غاز العادم بإضافة الكيتونات. سجلت زيادة درجة حرارة غاز العادم 28.31 ٪ بإضافة سيكلوهكسانون بنسبة 9 ٪. في حالة التوازن الحراري فإن أفضل زيادة في الطاقة الحرارية الداخلية الكلية كانت 6.59 ٪ عند 9 ٪ من سيكلوهكسانون