Стаття

Отримано 27.07.2023

Доопрацьовано 07.11.2023

Прийнято 12.12.2023

Взято з Том 27, № 4, 2023

Сторінки 81 -89

Ryaboshapka, V., & Lysenko, R. (2023). Problems and prospects of creating modern agricultural gas diesel engines: A literature review. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 27(4), 81-89. https://doi.org/10.56407/bs.agrarian/4.2023.81

Проблеми та перспективи створення сучасних сільськогосподарських газодизелів: літературний огляд

Вадим Рябошапка Роман Лисенко

В умовах постійного зростання вартості традиційних нафтопродуктів та їх дефіциту, актуальним постає питання використання альтернативних палив. Метою статті є виявлення шляхів використання альтернативних видів палива для роботи дизельних двигунів. Методи досліджень – аналіз та верифікація даних отриманих з наукових публікацій, що входять до всесвітньо відомих наукометричних баз, на актуальність предмету досліджень. Результатами досліджень є виявленні переваги й недоліки двопаливних двигунів, що працюють на газоподібному паливі з присадкою дизельного палива, вплив цього типу двигунів на викиди та токсичність відпрацьованих газів, зокрема окисів азоту NOx. Обґрунтовано застосування так званої газової форсунки та поперечного перерізу отворів її розпилювачів. Проаналізовано та встановлено, що найбільш економічно доцільним є використання для роботи дизельних двигунів зрідженого нафтового газу шляхом реалізації газорідинного циклу; виявлено, що найбільш перспективним для цього є газобалонне обладнання так званого 4-го покоління. Ретроспективний аналіз досліджень двигунів внутрішнього згорання з газобалонним обладнанням, показав збільшення моторесурсу при використанні газоподібних палив, а також негативну сторону використання газоподібних палив, яка полягає у знижені потужності при переобладнанні карбюраторних двигунів, однак використання цих палив для роботи дизелів повністю нівелює цей недолік. На основі аналізу досліджень, встановлено також вплив запальної дози, при роботі двигуна по газодизельному циклі, на показники роботи при різних навантаженнях та знайдено рекомендацію переходити на дизельний цикл з газодизельного при навантаженнях менших за 30 % від номінального. Обґрунтовано та вибрано оптимальну схему реалізації газодизельного циклу, що є актуальною і перспективною для більш розповсюджених енергетичних та транспортних засобів. Виходячи з проаналізованих схем, встановлено, що схемою, яку можна взяти за основу при подальших дослідженнях цього напрямку – це схема газодизельної системи DG-Flex BOSCH. Практична цінність роботи полягає в обґрунтуванні комплексного переобладнання з частковим заміщенням дизельного пального зрідженим нафтовим газом як найбільш раціонального способу переведення серійних дизельних двигунів в двопаливні

транспорт; зріджений нафтовий газ; газобалонне обладнання; система живлення

[1] Al-Dawody, M.F., Al-Chlaihawi, K.K.I., & Al-Farhany, K.A. (2022). Numerical simulation of the effect of LPG blending on the characteristics of a diesel engine. Heat Transfer, 51(2), 1918-1938. doi: 10.1002/htj.22381.

[2] Anisimov, V., Ryaboshapka, V., & Ivanovs, S. (2016). Calculation of the performance indicators of machine and tractor aggregates using biofuel. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 61(3), 16-20. Retrieved from https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-a64917a2-d68a-4e5f-8c73-97f953e35735.

[3] Ashok, B., Ashok, S.D., & Kumar, C.R. (2015). LPG diesel dual fuel engine - a critical review. Alexandria Engineering Journal, 54(2), 105-126. doi: 10.1016/j.aej.2015.03.002.

[4] Bagagiolo, G., Vigoroso, L., De Paolis, G., Caffaro, F., Cavallo, E., & Pampuro, N. (2022). Barriers to adoption of alternative fuels for agricultural machinery: A study on a group of Italian farmers. SAE Technical Paper, 2022-24-0028. doi: 10.4271/2022-24-0028.

[5] Bennour, M. (2021). LPG-diesel dual fuel engine: Literature review and CFD analysis. Retrieved from http://repository.enp.edu.dz/jspui/handle/123456789/10357.

[6] Caban, J., Gniecka, A., & Holeša, L. (2013). Alternative fuels for diesel engines. Advances in Science and Technology. Research Journal, 7(20), 70-74. doi: 10.5604/20804075.1073063.

[7] Canelada, M.M., & Tischer, F. (2007). DualFuel system, diesel and natural gas - optimizing the concept. SAE Technical Paper, 2007-01-2616. doi: 10.4271/2007-01-2616.

[8] Ciniviz, M. (2010). Full load performance and emission characterictics of a LHR diesel engine for different insulation levels. Technological Applied Sciences, 5(2), 40-50. Retrieved from https://dergipark.org.tr/en/pub/nwsatecapsci/issue/20180/213935.

[9] D’Agosto, M. de A., Oliveira, C.M., & Assumpção, F. do C. (2014). Energy alternatives for urban public transportation in Rio de Janeiro: A Life Cycle Inventory (LCI) analysis. TRANSPORTES, 22(1), 76-97. doi: 10.14295/transportes.v22i1.736.

[10] Das, A.K., Sahu, S.K., & Panda, A.K. (2022). Current status and prospects of alternate liquid transportation fuels in compression ignition engines: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 161, 112358. doi: 10.1016/j.rser.2022.112358.

[11] Dasappa, S., & Sridhar, H.V. (2011). Performance of a diesel engine in a dual fuel mode using producer gas for electricity power generation. International Journal of Sustainable Energy, 32(3), 1-16. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/239792335.

[12] Emaish, H., Abualnaja, K.M., Kandil, E.E., & Abdelsalam, N.R. (2021). Evaluation of the performance and gas emissions of a tractor diesel engine using blended fuel diesel and biodiesel to determine the best loading stages. Scientific Reports, 11(1), 9811. doi: 10.1038/s41598-021-89287-0.

[13] Fontaras, G., Manfredi, U., Martini, G., Dilara, P., & Deregibus, G. (2012). Experimental assessment of a Diesel-LPG dual fuel supply system for retrofit application in city busses. SAE Technical Paper, 012-01-1944. doi: 10.4271/2012-01-1944.

[14] Giorgi, C., Teimuraz, K., & Romanoz, T. (2020). The possibility and analysis of using gas as an alternative fuel in the diesel engine. Trans Motauto World, 5(2), 68-70. Retrieved from https://stumejournals.com/journals/tm/2020/2/68.

[15] Gopalakrishnan, M., & Tischer, F.P. (2014). Torque model for a dual fuel engine. SAE Technical Paper, 2014-01-2417. doi: 10.4271/2014-01-2417.

[16] Hua, Y. (2021). Ethers and esters as alternative fuels for internal combustion engine: A review. International Journal of Engine Research, 24(1), 178-216. doi: 10.1177/14680874211046480.

[17] Kabeyi, M., & Olanrewaju, O. (2023). Diesel to gas engine power plant conversion: A review and preliminary design for an operting power plant. Journal of Energy Management and Technology, 7(2), 103-115. doi: 10.22109/JEMT.2022.292982.1312.

[18] Kabeyi, M.J.B., & Olanrewaju, O.A. (2022). Feasibility of conversion from diesel engine to natural gas power plants. In IECON 2022 - 48th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (pp. 1-7). doi: 10.1109/IECON49645.2022.9968428.

[19] Kalinichenko, A., Havrysh, V., & Atamanyuk, I. (2019). The acceptable alternative vehicle fuel price. Energies, 12(20), 3889. doi: 10.3390/en12203889.

[20] Kovbasenko, S., Nazarenko, M., Petrenko, V., & Golyk, A. (2016). Prospects for the use of natural gas by vehicle engines in Ukraine. In Systems and means of motor transport: Selected problems (Vol. 7; pp. 159-164). Rzeszow: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej.

[21] Kryshtopa, S., Panchuk, M., Kozak, F., Dolishnii, B., Mykytii, I., & Skalatska, O. (2018). Fuel economy raising of alternative fuel converted diesel engines. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8), 6-13. Retrieved from http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/.

[22] Kumar, N., Sonthalia, A., & Pali, H.S. (2018). Alternative fuels for diesel engines: New frontiers. In Diesel and gasoline engines. London: IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.80614.

[23] Kutkovetska, T.O., Kravchenko, V.V., & Petrychenko, E.A. (2022). Prospects for the development of gas-diesel power tools in modern agricultural production. Scientific Notes of the Tavrida V.I. Vernadsky National University. Series: Technical Sciences, 33(6), 13-16. Retrieved from https://lib.udau.edu.ua/handle/123456789/9497.

[24] Liu, L., Zhang, M., & Liu, Zh. (2023). A review of development of natural gas engines. International Journal of Automotive Manufacturing and Materials, 2(1), 16. doi: 10.53941/ijamm0201004.

[25] Lopatin, O.P. (2020). Natural gas combustion in diesel engine. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 421(7), 072019. doi: 10.1088/1755-1315/421/7/072019.

[26] Mathur, S., Waswani, H., Singh, D., & Ranjan, R. (2022). Alternative fuels for agriculture sustainability: Carbon footprint and economic feasibility. AgriEngineering, 4(4), 993-1015. doi: 10.3390/agriengineering4040063.

[27] Mattarelli, E., Rinaldini, C.A., & Savioli, T. (2019). Dual fuel (natural gas diesel) for light-duty industrial engines: A numerical and experimental investigation. In K. Srinivasan, A. Agarwal, S. Krishnan, & V. Mulone (Eds.), Natural gas engines (pp. 297-328). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-13-3307-1_11.

[28] Mattarelli, E., Rinaldini, C.A., Savioli, T., & Scrignoli, F. (2021). Optimization of a high-speed dual-fuel (natural gas-diesel) compression ignition engine for gen-sets. SAE International Journal of Engines, 14(3), 369-386. Retrieved from https://www.jstor.org/stable/27039294.

[29] Melnyk, V., Voytsehivska, T., & Sumer, A. (2018). Studying main technical-operating characteristics of the alternative fuels for diesel iternal combustion engines. Scientific Works of Vinnytsia National Technical University, 2. Retrieved from https://works.vntu.edu.ua/index.php/works/article/view/540.

[30] Mohsen, M.J., Al-Dawody, M.F., Jamshed, W., El Din, S.M., Abdalla, N.S.E., Abd-Elmonem, A., ... Shah, H.H. (2023). Experimental and numerical study of using of LPG on characteristics of dual fuel diesel engine under variable compression ratio. Arabian Journal of Chemistry, 16(8), 104899. doi: 10.1016/j.arabjc.2023.104899.

[31] Mueller, F., & Guenthner, M. (2023). Comparison of premixed fuel and premixed charge operation for propane-diesel dual-fuel combustion. SAE Technical Paper, 2023-24-0059. Retrieved from https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/2023-24-0059/.

[32] Murthy, K., Srinivas, V.G., & Kumar, S. (2021). Modeling and prediction of NOx emission in an LPG-diesel dual‐fuel CI engine. Heat Transfer, 50(7), 6847-6867. doi: 10.1002/htj.22206.

[33] Owczuk, M., Matuszewska, A., Kruczyński, S., & Kamela, W. (2019). Evaluation of using biogas to supply the dual fuel diesel engine of an agricultural tractor. Energies, 12(6), 1071. doi: 10.3390/en12061071.

[34] Pham, Q., Park, S., Agarwal, A.K., & Park, S. (2022). Review of dual-fuel combustion in the compression-ignition engine: Spray, combustion, and emission. Energy, 250, 123778. doi: 10.1016/j.energy.2022.123778.

[35] Pielecha, I., & Sidorowicz, M. (2021). Effects of mixture formation strategies on combustion in dual-fuel engines - a review. Combustion Engines, 184(1), 30-40. doi: 10.19206/CE-134237.

[36] Poliakov, A.P., & Mariyanko, B.S. (2014). Study of the effect on gas-diesel performance of improving the power supply system using a gas release device. Scientific Works of Vinnytsia National Technical University, 2. Retrieved from http://ir.lib.vntu.edu.ua/bitstream/handle/123456789/4793/405.pdf?sequence=3.

[37] Poliakov, A.P., Galushchak, О.О., & Galushchak, D.О. (2015). Technique of motor vehicle indices calculation while transition of its engine for operation at the mixture of diesel and biodiesel fuels. TEHNOMUS - New Technologies and Products in Machine Manufacturing Technologies, 22, 76-81. Retrieved from http://inmad.vntu.edu.ua/portal/static/0AA9A0E8-0C4E-484D-BFAC-4C2CF5DF8066.pdf.

[38] Sain, M., Kaur, M., Singh, M., & Kumar, S. (2018). Development of a dual fuel system to operate tractor on biogas. International Journal of Pure & Applied Bioscience, 6(1), 1710-1720. doi: 10.18782/2320-7051.8065.

[39] Saleem, M. (2022). Possibility of utilizing agriculture biomass as a renewable and sustainable future energy source. Heliyon, 8(2), E08905. doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e08905.

[40] Saleh, H.E. (2008). Effect of variation in LPG composition on emissions and performance in a dual fuel diesel engine. Fuel, 87(13-14), 3031-3039. doi: 10.1016/j.fuel.2008.04.007.

[41] Semenov, V.G., Komaha, V.P., & Ryaboshapka, V.B. (2015). The simulation of the combustion process in a tractor and combine diesel engines running on different fuels by using more refined models I.I. Vibe, based on the approximation experimental data. Technology, Energy, Transport of Agricultural Industry, 1(91), 52-58. Retrieved from http://socrates.vsau.org/repository/getfile.php/10269.pdf.

[42] Shyamkishore, I., Mundra, S., & Bhande, R. (2022). Alternative transportation fuels. World Journal of Advanced Engineering Technology and Sciences, 7(2), 044-053. doi: 10.30574/wjaets.2022.7.2.0123.

[43] Singh, A.P., Mustafi, N.N., Sharma, Y.C., & Agarwal, A.K. (2020). Introduction to alternative fuels and their utilization strategies in internal combustion engines. In Fuels and their utilization strategies in internal combustion engines (pp. 3-6). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-15-0418-1_1.

[44] Singh, G., Dogra, D., Ramana, R., Chawla, J., Sutar, P.S., Sagare, V.S., ... Thipse, S.S. (2021). Development of dual fuel (diesel + CNG) engine for off-road application. SAE Technical Paper, 2021-26-0119. doi: 10.4271/2021-26-0119.

[45] Stålhammar, P., Erlandsson, L., Willner, K., & Johannesson, S. (2011). Demonstration and evaluation of dual-fuel technology. Malmo: Svenskt Gastekniskt Center. Retrieved from https://www.osti.gov/etdeweb/servlets/purl/1035259.

[46] Vo, T.C., Tran, D.L., Sy, N.Q., Khai, C.Q., Nhan, N.T., & Hao, L.V.M. (2022). A study on LPG injection based speed regulator for dual fuel diesel engine. Journal of Technical Education Science, 72A, 1-9. doi: 10.54644/jte.72A.2022.1264.

[47] Wang, Y., Cao, Q., Liu, L., Wu, Y., Liu, H., Gu, Z., & Zhu, C. (2022). A review of low and zero carbon fuel technologies: Achieving ship carbon reduction targets. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 54, 102762. doi: 10.1016/j.seta.2022.102762.

[48] Wei, L., & Geng, P. (2016). A review on natural gas/diesel dual fuel combustion, emissions and performance. Fuel Processing Technology, 142, 264-278. doi: 10.1016/j.fuproc.2015.09.018.

[49] Zaharchuk, V., & Zaharchuk, O. (2020). Indexes of gas engine converted from a tractor diesel. Trans Motauto World, 5(2), 71-73. Retrieved from https://stumejournals.com/journals/tm/2020/2/71.

[50] Zhu, Y., & Fan, L. (2022). Fuel delivery system for alternative fuel engines: A Review. In A.K. Agarwal, & H. Valera (Eds.), Potential and challenges of low carbon fuels for sustainable transport (pp. 67-95). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-16-8414-2_4.

[51] Zhuk, G.V. (2022). Prospects for the production of alternative automotive fuel in Ukraine: Transcript of the report at the meeting of the Presidium of the National Academy of Sciences of Ukraine on June 8, 2022. Visnyk of the National Academy of Sciences of Ukraine, 8, 19-24. doi: 10.15407/visn2022.08.019.