The Octane Numbers Of Ethanol-Containing Multi-Component Gasoline Surrogates

Abstract

Motores de ignição por centelha são amplamente utilizados em veículos ligeiros. No passado, a maioria destes foram concebidos para serem movidos apenas com gasolina. Atualmente há uma tendência global para uso de etanol misturado à gasolina devido a necessidade de fontes renováveis de energia e também por conta das questões relacionadas a poluição ambiental. Em países como EUA, Brasil e também na União Europeia, existem leis que regulam o percentual de etanol na gasolina. Assim, as principais intenções dos fabricantes de motores são aumentar a eficiência e reduzir os poluentes emitidos. O objetivo deste trabalho foi estudar a influência da quantidade de etanol na gasolina em relação ao desempenho do motor através da avaliação do índice de octanagem (RON) da mistura etanol – substituto de gasolina. Neste estudo, um substituto de gasolina composto por isooctano, n-heptano, tolueno e diisobutileno foi utilizado para simular a gasolina real. Sete diferentes amostras (E0, E10, E20, E30, E50, E85 e E100) compostas pela mistura de etanol e substituto de gasolina foram utilizados para avaliar a influência da quantidade de etanol no valor de RON. Testes experimentais para determinar o índice de octanagem destas amostras foram realizadas utilizando um motor padronizado, Cooperative Fuel Research Engine (CFR), no laboratório do motores da Universidade de Ciências Aplicadas de Ingolstadt, na Alemanha. Para as amostras com valor de RON abaixo de 100, os procedimentos de medição foram baseados no método de ensaio ASTM D2699, enquanto para aqueles com maior valor de RON o procedimento utilizado foi baseado em metodologia usada em alguns laboratórios na União Européia, devido para o fato da não utilização de Tetraetilchumbo. Os resultados do estudo mostram que os valores de RON aumentam com a adição de etanol á gasolina. Com tais resultados foi possivel validar o substituto de gasolina utilizado, proposto por Cancino et al. (2011), já que este substituto mostra valores e o comportamento semelhantes ás gasolinas reais estudadas por Anderson et al. (2012).O aumento da percentagem de etanol na gasolina permite aumentar a taxa de compressão do motor e assim aumentar sua eficiência. Uma percentagem mais elevada de etanol também permite uma maior potência de saída do motor. Assim, quanto maior é o conteúdo de etanol misturada á gasolina, maior é o valor de RON, e maior pode ser a taxa de compressão do motor, o qual permite a melhoria da eficiência e aumento da potência. Assim, o uso de etanol permite que o motor opere dentro dos intervalos de emissões determinados por leis governamentais, e também permitem que os fabricantes de motores atinjam seus objetivos.

Spark ignition engines are widely used in light duty vehicles, in the past the majority was designed to run just with gasoline. Nowadays there is a global tendency to use gasoline- ethanol blends, due to the fact that there is a need for renewable energy sources and also because of the environmental concerns. In some countries, like USA, Brazil and also in European Union, there are laws which regulate the percentage of ethanol in gasoline. Thus, the main intentions of the engine manufacturers are increase the efficiency as well as the reduction of emissions. The objective of this research was study the influence of the quantity of ethanol in gasoline on the engine’s performance by evaluating its research octane number (RON). In this study, a gasoline surrogate composed by isooctane, n-heptane, toluene and diisobutylene was used to simulate a real gasoline. Seven different samples of gasoline- ethanol blends (E0, E10, E20, E30, E50, E85 and E100) were used to evaluate the influence of ethanol on the RON value. Experimental tests to determine the octane number of these samples were performed using a Cooperative Fuel Research (CFR) engine in the engine laboratory at the Ingolstadt University of Applied Sciences, in Germany. For those samples with a RON value below 100, the measurement procedures were based in the standard test method ASTM D2699, while for those with higher RON, the procedure utilized was based in a methodology used in some laboratories in the European Union, due to the fact that Tetraethyl lead is not used there. The results of the study show that the research octane number for the gasoline surrogate increases with the addition of ethanol. With these results it was possible to validate the gasoline surrogate used, proposed by Cancino et al. (2011), since this surrogate shows similar values and behavior when compared to real gasolines studied by Anderson et al. (2012).Increasing the percentage of ethanol in gasoline allows increasing the compression ratio of the engine, thus there is an increase in engine’s efficiency. A higher ethanol percentage also enables a greater output power from the engine. Thus, the higher the content of ethanol blended with gasoline, the greater is the octane number, consequently higher can be the compression ratio of a designed engine, which allows the improvement of efficiency and power. Therefore, the use of ethanol allows the engine operate within the emission ranges determined by governmental laws, and also allow the engine manufacturers reach its goal. Also, as the output power can be higher, ethanol in gasoline also favors for the development of downsized engines, which is also a global market tendency.