Performance of copper coated two stroke spark ignition engine with

0 downloads 0 Views 692KB Size Report
mean lower chemical equilibrium losses ( ie., larger fraction of fuel energy is in the .... Khopkar.S.M (2004), Environmental Pollution Analysis, edited by New Age.
INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

Performance of copper coated two stroke spark ignition engine with  Gasohol with Catalytic converter with different catalysts 

Narasimha Kumar.S 1 , Murali Krishna M.V.S. 2 , Murthy P.V.K. 3 , Reddy D.N. 4 , Kishor K 5  1,2,5­ Mechanical Engineering Department, Chaitanya  Bharathi Institute of Technology,  Gandipet, Hyderabad­ 500 075.  3­ Vivekananda Institute of Science and Information Technology, Shadnagar,  Mahabubnagar­509216  4­ J.N.T. University, Hyderabad­ 500 085  [email protected]  ABSTRACT  Investigations  are  conducted  on  two­stroke,  single  cylinder  spark  ignition  (SI)  engine  with  gasohol  (80%  gasoline,  20%  ethanol,  by  vol)  having  copper  coated  engine  [CCE,  copper­  (thickness,  300  μ)  coated  on  piston  crown,  inner  side  of  liner  and  cylinder  head]  provided  with catalytic converter with different catalysts such as sponge  iron and  manganese ore and  compared  with  conventional  SI  engine  (CE)  with  gasoline  operation.  Brake  thermal  efficiency and volumetric efficiency increased with gasohol with both versions of the engine.  CCE  showed  improved  performance  and  decreased  pollution  levels  when  compared  to  CE  with  both  test  fuels.  Catalytic  converter  with  air  injection  significantly  reduced  pollutants  with  both test fuels on  both configurations of the engine. The catalyst, sponge  iron reduced  emissions effectively when compared with manganese ore in both versions of the engine with  both test fuels.  Keywords:  SI  engine,  CCE,  Copper  coating,  Performance,  Pollutants,  Catalytic  converter,  Air injection  1. Introduction  Gasohol  improved  engine  performance  and  decreased  pollution  levels  when  compared  to  pure gasoline on conventional engine (1­3) . Carbon monoxide (CO) and un­burnt hydrocarbons  (UBHC), major exhaust pollutants formed due to incomplete combustion of fuel, cause many  human health disorders 4­9 . Such pollutants also cause detrimental effects 9 on animal and plant  life, besides environmental disorders. Engine modification 10­11  with copper coating on piston  crown  and  inner  side  of  cylinder  head  improves  engine  performance  as  copper  is  a  good  conductor  of  heat  and  combustion  is  improved  with  copper  coating.  Catalytic  converter  is  effective  12­13  in  reduction  of  pollutants  in  SI  engine.  The  present  paper  reports  the  performance  evaluation  of  CCE,  which  consists  of  determining  the  performance  parameters  and  recording  pollution  levels  with  gasohol  and  compared  with  CE  with  pure  gasoline  operation. The pollutants of carbon monoxide (CO) and un­burnt hydro carbons (UBHC) are  controlled by catalytic converter with different catalysts such as sponge iron and manganese  ore and compared the performance of one over the other.  2. Materials and Methods  Fig.1  shows  experimental  set­up  used  for  investigations.  A  two­  stroke,  single­cylinder,  water­cooled, SI engine (brake power 2.2 kW at the rated speed of 3000 rpm) is coupled to an

205 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

rope  brake  dynamometer  for  measuring  brake  power.   Compression  ratio of  engine  is  7.5:1  Exhaust  gas  temperature,  torque,  speed  fuel  consumption  and  air  flow  rate  of  engine  are  measured with electronic sensors. In catalytic coated engine, piston crown and inner surface  of cylinder head are coated with copper by plasma spraying. A bond coating of NiCoCr alloy  is applied (thickness, 100 μ) using a 80 kW METCO plasma spray gun. Over bond coating,  copper (89.5%), aluminium (9.5%) and iron (1.0%) are coated (thickness 300 μ). The coating  has  very  high  bond  strength  and  does  not  wear  off  even  after  50  h  of  operation 12 .  Performance  parameters of  brake  thermal  efficiency  (BTE),  exhaust  gas temperature (EGT)  and volumetric efficiency (VE) are evaluated at different magnitudes of brake mean effective  pressure  (BMEP)  of  the  engine.  CO  and  UBHC  emissions  in  engine  exhaust  are  measured  with Netel Chromatograph analyzer. A catalytic converter 13  (Fig.2) is fitted to exhaust pipe of  engine. Provision is also made to inject a definite quantity of air into catalytic converter. Air  quantity  drawn  from  compressor  and  injected  into  converter  is  kept  constant  so  that  backpressure  does  not  increase.  Experiments  are carried  out on  CE  and  CCE  with  different  test  fuels  [pure  gasoline  and  gasoline  blended  with  ethanol  (20%  by  vol)]  under  different  operating conditions of catalytic converter like set­A, without catalytic converter and without  air  injection;  set­B,  with  catalytic  converter  and  without  air  injection;  and  set­C,  with  catalytic  converter  and  with  air  injection.  Air­fuel  ratio  is  varied  so  as  to  obtain  different  equivalence ratios.  3. Results and Discussion  Fig. 3 shows the variation of BTE with BMEP in different versions of the engine with pure  gasoline  and  gasohol  at  a  compression  ratio  of  7.5:1  and  at  a  speed  of  3000  rpm,  which  indicated  that  BTE  increased  with  an  increase  of  BMEP.  Higher  BTE  is  observed  with  gasohol over pure gasoline at all loads due to lower stoichiometric air requirement of ethanol  blended gasoline over pure gasoline operation. CCE showed higher thermal efficiency when  compared to CE with both test fuels at loads, particularly at near  full  load operation, due to  efficient  combustion  with  catalytic  activity,  which  is  more  pronounced  at  peak  load,  as  catalytic activity increases with prevailing high temperatures at peak load.  The ratio of moles  of products to the reactants for gasoline and alcohol is as follows.  1.058 C8H18 + 12.5O2  +47 N2  →8 CO2  + 9 H2O +47 N2  (60.5 moles)                                   (64.0 moles)  1.065 C2H5OH + 3 O2  + 11.3 N2 → 2CO2  +3 H2O +11.3 N2  (15.3 moles)                                                 (16.3 moles)  Assuming all the fuel enter the engine completely evaporated, the fuel giving largest number  of moles of product per mole of reactant should produce the greatest pressure in the cylinder  after  the  combustion,  all  other  factors  being  equal  (which  incidentally  are  not)  The  greater  pressure  taken  alone  would  results  in  an  increase  in  engine  power.  But  an  engine  may  not  ingest  its  mixture  with  the  fuel  already  evaporated.  Under  such  conditions  the  number  of  moles of products should be examined on the basis of number of moles of air inducted since  fuel occupies very little volume. Table ­1 shows the comparative moles of products per moles  of  air  at  chemically  correct  mixture  ratio  neglecting  dissociation.  Consider  the  fuel  to  enter  the cylinder in liquid state points to a somewhat enhanced power output  from ethanol on this  rather simple basis.

206 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

1.  Engine,  2.Electrical  swinging  field  dynamometer,  3.  Loading  arrangement,  4.Fuel  tank,  5.Torque  indicator/controller  sensor,  6.  Fuel  rate  indicator  sensor,  7.  Hot  wire  gas  flow  indicator, 8. Multi channel temperature indicator,  9. Speed indicator, 10. Air flow indicator,  11. Exhaust gas temperature indicator, 12. Mains ON, 13. Engine ON/OFF switch, 14. Mains  OFF,    15.  Motor/Generator  option  switch,  16.  Heater  controller,  17.  Speed  indicator,  18.  Directional  valve,  19.  Air  compressor,    20.  Rotometer,  21.  Heater,    22.  Air  chamber,  23.  Catalytic chamber,  24. CO/HC analyzer  Figure 1:  Experimental set up for two­stroke SI engine

207 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

Note: All dimensions are in mm.  1.Air  chamber,  2.Inlet  for  air  chamber  from  the  engine,  3.Inlet  for  air  chamber  from  compressor, 4.Outlet for air chamber, 5.Catalyst chamber, 6. Outer cylinder, 7. Intermediate  cylinder, 8.Inner cylinder, 9. Outlet for exhaust gases, 10.Provision to deposit the catalyst and  11.Insulation  Figure 2:  Details of Catalytic converter 

CE­ conventional engine:  CCE­ Copper coated engine: BTE­ brake thermal efficiency  BMEP­Brake mean effective pressure  Figure 3: Variation of BTE with BMEP in different versions of the engine with pure gasoline  and gasohol at a compression ratio of 7.5:1 and speed of 3000 rpm

208 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259  CE­GASOLINE 

CCE­GASOLINE 

CE­ETHANOL BLENDED GASOLINE 

CCE­ETHANOL BLENDED GASOLINE 

35  30 

BTE (%) 

25  20  15  10  5  0  0.7 

0.8 

0.9 



1.1 

1.2 

Equivalence ratio 

Figure  4:  Variation  of  BTE  with  Equivalence  ratio  in  both  versions  of  the  engine  with  different test fuels with a compression ratio of 7.5:1 at a speed of 3000 rpm 

CE,  conventional  engine;  CCE,  Copper  coated  engine;  EGT­  Exhaust  gas  temperature:  Figure 5: Variation of EGT with BMEP in different versions of the engine with pure  gasoline and    gasohol at a compression ratio of 7.5:1 and speed of 3000 rpm

209 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259  CE­GASOLINE  CCE­GASOLINE  CE­ETHANOL BLENDED GASOLINE  CCE­ETHANOL BLENDED GASOLINE 

700 

EGT ( o C) 

600  500  400  300  200  100  0  0.7 

0.8 

0.9 



1.1 

1.2 

Equivalance ratio 

Figure  6:  Variation  of  EGT  with  Equivalence  ratio  in  both  versions  of  the  engine  with  different test fuels with a compression ratio of 7.5:1 at a speed of 3000 rpm 

CE­Conventional  engine;  CCE­  Copper  coated  engine;  BMEP­  brake  mean  effective pressure;                        VE­ Volumetric efficiency  Figure 7: Variation of Volumetric efficiency (VE) with BMEP in different versions of the  engine with pure gasoline and gasohol at a compression ratio of 7.5:1 and speed of  3000 rpm

210 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

CE­GASOLINE 

CCE­GASOLINE 

CE­ETHANOL BLENDED GASOLINE 

CCE­ETHANOL BLENDED GASOLINE 

90 

Volumetric efficiency (%) 

89  88  87  86  85  84  83  82  81  80  79  0.75 

0.85 

0.95 

1.05 

1.15 

Equivalence ratio 

Figure 8 : Variation of Volumetric efficiency (VE)  with Equivalence ratio in both versions  of the engine with different test fuels with a compression ratio of 7.5:1 at a speed of  3000 rpm 

CE­Conventional  engine;  CCE­  Copper  coated  engine;  BMEP­  brake  mean  effective pressure;                        CO­ Carbon monoxide emissions  Figure 9: Variation of Carbon monoxide emissions with BMEP in different versions of the  engine with pure gasoline and gasohol at a compression ratio of 7.5:1 and speed of  3000 rpm 211 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

CE­GASOLINE 

CCE­GASOLINE 

CE­ET HANOL BLENDED GASOLINE 

CCE­ET HANOL BLENDED GASOLINE 

7  6 

CO (%) 

5  4  3  2  1  0  0.7 

0.8 

0.9 



1.1 

1.2 

Equivale nce raio 

Figure 10:  Variation of CO emissions with Equivalence ratio in both versions of the engine  with different test fuels with a compression ratio of 7.5:1 at a speed of 3000 rpm 

CE­GASOLINE 

CCE­GASOLINE 

CE­ETHANOL BLENDED GASOLINE 

CCE­ETHANOL BLENDED GASOLINE 

900  800  700 

UBHC, ppm 

600  500  400  300  200  100  0  0 

0.5 



1.5 



2.5 



3.5 

BMEP (bar) 

CE­Conventional  engine:  CCE­  Copper  coated  engine:    BMEP­  brake  mean  effective pressure:                        UHC­ Un­burnt hydro carbon emissions:

212 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

Figure  11: Variation of Un­burnt hydro carbon emissions (UBHC) with BMEP  in different  versions of the engine with pure gasoline and gasohol at a compression ratio of 7.5:1  and speed of 3000 rpm  CE­GASOLINE 

CCE­GASOLINE 

CE­ET HANOL BLENDED GASOLINE 

CCE­ET HANOL BLENDED GASOLINE 

1000  900  800 

UBHC, ppm 

700  600  500  400  300  200  100  0  0.7 

0.8 

0.9 



1.1 

1.2 

Equivale nce  ratio 

Figure 12:  Variation of UBHC emissions with Equivalence ratio in both versions of the  engine with different test fuels with a compression ratio of 7.5:1 at a speed of 3000  rpm  Table 1: Comparative moles of products per moles of air at chemically correct mixture ratio  neglecting dissociation  Dry basis 

Wet basis 

Fuel 

Ratio 

Compared  gasoline 

Gasoline 

1.058 

1.000 

1.075 

1.000 

Ethanol 

1.065 

1.008 

1.140 

1.061 

to  Ratio 

Copmpared  gasoline 

to 

Table 2: Data of ‘co’ emissions (%) with different test fuels with different configurations of  the engine at different operating conditions of the catalytic converter with different catalysts  Conventional Engine (CE)  Pure Gasoline  Gasohol  Spong  Mangane  Spong  Mangane  e iron  se ore  e iron  se ore  5.0  5.0  3.5  3.5 

Copper Coated Engine (CCE)  Pure Gasoline  Gasohol  Spong  Mangane  Sponge  Mangane  e iron  se ore  iron  se ore  4.0  4.0  2.9  2.9 

Set  Set­  A  Set­B  3.0  4.0  2.3  2.8  2.4  3.2  1.9  2.32  Set­C  2.0  3.0  1.5  2.1  1.6  2.4  1.26  1.74  Set­A­ Without catalyst, Set­B­ With catalyst, Set­C­ With catalyst and with air injection

213 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

Table 3: Data of ‘UBHC’ emissions ( ppm) with different test fuels with different  configurations of the engine at different operating conditions of the catalytic converter with  different catalysts  Conventional Engine (CE)  Pure Gasoline  Gasohol  Spong  Mangane  Spong  Mangane  e iron  se ore  e iron  se ore  750  750  562  562 

Copper Coated Engine (CCE)  Pure Gasoline  Gasohol  Spong  Mangane  Sponge  Mangane  e iron  se ore  iron  se ore  600  600  450  450 

Set  Set­  A  Set­B  450  600  340  450  360  480  270  360  Set­C  300  450  225  330  240  360  180  270  Set­A­ Without catalyst, Set­B­ With catalyst, Set­C­ With catalyst and with air injection 

Fig.  4  shows  the  variation  of  BTE  with  equivalence  ratio, f  with  both  test  fuels  in  both  configurations  of  the  engine.  Efficiency  is  observed  to  be  higher  for  both  fuels  at  leaner  mixture.  When f  is  equal  to  0.9,  gasoline  fuel  with  both  versions  of  the  engine  attains  maximum value. It should be noted that it is necessary to use a lean mixture to eliminate fuel  waste, while rich mixture is required to utilize all oxygen. Slightly leaner mixture would give  maximum  efficiency  but  too  lean  a  mixture  will  burn  slowly,  increasing  the  time  losses  or  will  not  burn  at  all  causing  total  waste.    In  the  rich  mixture  some  of  the  fuel  will  not  get  oxygen  and  will  be  completely  wasted.  Also  the  flame  speed  in  the  rich  mixture  is  low  thereby  increasing  the  time  losses  and  lowering  the  efficiency.  The  composition  of  the  working  mixture  influences  the  rate  of  combustion  and  the  amount  of  heat  evolved.  With  hydro carbon fuels the maximum flame velocities occur when the mixture strength is 110 %  stoichiometric.  When  the  mixture  is  made  leaner  or  enriched  and  still  more  the  velocity  of  flame  diminishes.  Lean  mixture  release  less  thermal  energy  resulting  in  lower  flame  temperature and flame speed. Very rich mixtures have incomplete combustion (Some carbon  only  burns  to  CO  and  not  to  CO2,  which  results  in  production  of  less  thermal  energy  and  hence again flame speed is again low.  Fuel air analysis suggests that thermal efficiency will  deteriorate as the mixture supplied to the engine is enriched. That is explained by increasing  losses due to variable specific heat and dissociation, is as the engine temperatures are raised  by  enrichment  towards  the  chemically  correct  ratio.  Enrichment  beyond  the  chemically  correct  ratio  results  in  the  supply  of  unusable  excess  fuel  and  the  thermal  efficiency  drops  very rapidly. It would therefore appear that thermal efficiency would increase as the mixture  is weakened. However, beyond a certain weakening the combustion becomes erratic with loss  of efficiency. Thus the maximum efficiency is within the weak zone bear chemically correct  ratio.  As  the  mixture  is  made  lean  due  to  less  energy  input  the  temperature  rise  during  the  combustion  will  be  less.  The  low temperature  will  result  in  lower  specific  heat. It  will  also  mean lower chemical equilibrium losses ( ie., larger fraction of fuel energy is in the form of  sensible  energy  ).  The  efficiency  is  therefore  higher  in  fact  approaches  the  air­cycle  efficiency  as  the  fuel  ratio  is  reduced.  As  the  mixture  becomes  richer  the  efficiency  falls  rapidly. This  is  because  in addition to higher specific heats and chemical equilibrium  losses  there is insufficient air which will result in the formation of CO and H2  in the combustibles,  which  represents  the  direct  wastage  of  fuel.  At  chemically  correct  ratio  there  is  still  some

214 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

oxygen  present  at  the  maximum  temperature  point  because  of  the  chemical  equilibrium  effects  and  hence  rich  mixture  will  cause  more  fuel  to  combine  with  oxygen  at  maximum  temperature point raising the temperature further. However, at rich mixtures more formation  of  CO  overcomes  the  effect  of  more  combustion  and  maximum  temperature  becomes  less.  However, maximum efficiency is attained for gasohol fuel when f  =0.8 as stoichiometric air  requirement of gasohol  is  less, compared to hydro carbon fuel. There  is  no effect of copper  coating  on  the  variation  of  BTE  with  fuel  air  equivalence  ratio.  However,  copper  coating  improves the efficiency of the engine with both test fuels.  Fig. 5 shows the variation of EGT with BMEP  in different versions of the engine with both  test fuels. EGT is lower with gasohol when compared to pure gasoline at all loads in CE and  CCE  because,  with  gasohol,  work  transfer  from  piston  to  gases  in  cylinder  at  the  end  of  compression  stroke  is  too  large,  leading  to  reduction  in  the  magnitude  of  EGT. This  is  also  due to high latent heat of evaporation of ethanol. CCE registered lower EGT when compared  to CE for both test fuels, which confirm efficient combustion with the CCE than CE.  Fig.6 shows the variation of EGT with equivalence ratio f  in different versions of the engine  with both test fuels. EGT increases up to the value of f  =1 and later decreases for both test  fuels  with  both  configurations  of  the  engine.  The  exhaust  temperature  is  higher  at  the  chemical  correct  mixture.  At  this  point,  the  fuel  and  oxygen  are  completely  used  up  as  the  effect  of  chemical  equilibrium  is  not  significant.  At  the  lean  mixtures  because  of  less  fuel,  maximum temperature is less and hence exhaust gas temperature is less. At rich mixtures the  formation of CO and UBHC emissions increases the fuel wastage and decreases the exhaust  gas temperature.  Fig.7 shows the variation of volumetric efficiency (VE) with BMEP with both test fuels and  different  configurations  of  the  engine.  VE  decreased  with  increase  of  BMEP.  CCE  showed  higher  VE  at  all  loads  in  comparison  with  CE  with  different  test  fuels,  due  to  reduction  of  residual  charge  and  deposits  in  the  combustion  chamber  of  CCE  when  compared  to  CE,  which  shows  the  same  trend  as  reported  earlier 13 .  Gasohol  showed  higher  VE  than  pure  gasoline  operation  in  both  versions  of  the  engine  at  all  loads,  due  to  increase  of  mass  and  density  of  air  with  reduction  of  temperature of  air  due to  high  latent  heat of  evaporation  of  ethanol.  Fig.  8  shows  the  variation  of  VE  with  equivalence  ratio, f  in  both  versions  of  the  engine  with different test fuels. Volumetric efficiency  is  more at leaner  mixtures and rich  mixtures  with both test fuels and with different configurations of the engine. At leaner  mixtures, fuel  intake is less and air intake is more leading to produce higher volumetric efficiency. At richer  mixtures,  charge  cooling  takes  place  due  to  latent  heat  of  evaporation  of  fuel  gives  higher  density of air and hence higher volumetric efficiency.  Fig. 9 shows the variation of CO emissions with BMEP in different versions of the engine wit  both test fuels. Gasohol decreased CO emissions at all loads when compared to pure gasoline  operation  on  CCE  and  CE,  as  fuel­cracking  reactions 1  are  eliminated  with  ethanol.    The  combustion  of  alcohol  produces  more  water  vapor  than  free  carbon  atoms  as  ethanol  has  lower C/H ratio of 0.33 against 0.5 of gasoline. Ethanol has oxygen in its structure and hence

215 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

its  blends  have  lower stoichiometric air requirements compared to gasoline. Therefore more  oxygen  that  is  available  for  combustion  with  the  blends  of  ethanol  and  gasoline,  leads  to  reduction  of  CO  emissions.  Ethanol  dissociates  in  the  combustion  chamber  of  the  engine  forming  hydrogen,  which  helps  the  fuel­air  mixture  to  burn  quickly  and  thus  increases  combustion  velocity, which  brings about complete combustion of carbon present  in the fuel  to CO2  and also CO to CO2  thus makes leaner mixture more combustible, causing reduction  of  CO  emissions.  CCE  reduces  CO  emissions  in  comparison  with  CE.  Copper or  its  alloys  acts  as  catalyst  in  combustion  chamber,  whereby  facilitates  effective  combustion  of  fuel  leading  to  formation  of  CO2  instead  of  CO.  Similar  trends  are  observed  with  Reference­10  with pure gasoline operation on CCE.  Fig.10 shows the variation of CO emissions with equivalence ratio, f  in both configurations  of the engine with both test fuels. At leaner mixtures marginal increase in CO emissions, and  at rich mixtures drastic increase in CO emissions are observed with both test fuels in different  configurations of the engine. With gasohol operations  minimum CO emissions are observed  at f = 0.85 and with pure gasoline operations minimum CO emissions are observed at f = 0.9  with  both  configurations  of  the  engine.  This  is  due  to  lower  value  of  stoichiometric  air  requirement  of  gasohol  when  compared  with  gasoline.  Very  rich  mixtures  have  incomplete  combustion.  Some  carbon  only  burns  to  CO  and not to  CO2. Table­2  shows  the  data of  CO  emissions  with  different  test  fuels  with  different  configurations  of  the  engine  at  different  operating conditions of the catalytic converter with different catalysts.  From the table, it can  be observed that CO emissions deceased considerably with catalytic operation  in set­B with  gasohol and further decrease in CO is pronounced with air injection with the same fuel. The  effective combustion of the gasohol itself decreased CO emissions  in both configurations of  the  engine.  Sponge  iron  decreased  CO  emissions  effectively  when  compared  with  the  manganese ore in both versions of the engine with both test fuels.  Fig.11  shows  the  variation  of  un­burnt  hydro  carbon  emissions  (UBHC)  with  BMEP  in  different  versions  of  the  engine  with  both  test  fuels.  UBHC  emissions  followed  the  same  trend  as  CO  emissions  in  CCE  and  CE  with  both test  fuels,  due  to  increase  of  flame  speed  with  catalytic  activity  and  reduction  of  quenching  effect  with  CCE.  Catalytic  converter  reduced  pollutants  considerably  with  CE  and  CCE  and  air  injection  into  catalytic  converter  further reduced pollutants. In presence of catalyst, pollutants get further oxidised to give less  harmful  emissions  like  CO2.  Sponge  iron  decreased  CO  emissions  considerably  when  compared with manganese ore in both versions of the engine with different configurations of  the  engine.  Similar  trends  are  observed  with  Reference­10  with  pure  gasoline  operation  on  CCE.  Fig. 12 shows the variation of UBHC emissions with equivalence ratio, f with both test fuels  in both configurations of the engine. The trends followed by UBHC emissions are similar to  those of CO emissions. Drastic increase of UBHC emissions is observed at rich mixtures with  both test duels in different configurations of the engine. In the rich mixture some of the fuel  will  not  get  oxygen  and  will  be  completely  wasted.  During  starting  from  the  cold,  rich  mixture is supplied to the engine, hence marginal increase of UBHC emissions is observed at  lower value of equivalence ratio.

216 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

Table­3  shows  the  data  of  UBHC  emissions  with  different  test  fuels  with  different  configurations of the engine at different operating conditions of the catalytic converter with  different  catalyst.  The  trends  observed  with  UBHC  emissions  are  similar  to  those  of  CO  emissions in both versions of the engine with both test fuels. Sponge iron is more effective in  reducing UBHC emissions in both versions of the engine with different test fuels.  4. Conclusions  Thermal  efficiency  and  volumetric  efficiency  increased  by  22%  and  3%  respectively  with  gasohol  with  copper  coated  engine  in  comparison  with  pure  gasoline  operation  with  conventional engine at a compression ratio of 7.5:1 and speed of 3000 rpm of the engine. CO  and  UHC  in  exhaust  decreased  by  30%  and  25%  respectively  in  conventional  engine  with  gasohol when compared to pure gasoline operation. These pollutants decreased by 20% with  catalytic  coated  engine  when  compared  to  conventional  engine  with  both  test  fuels.  Set­B  operation  decreased  CO  and  UBHC  emissions  by  40%,  while  Set­C  operation  decreased  these  emissions  by  60%  with  test  fuels  when  compared  to  Set­A  operation.  Sponge  iron  is  more  effective  in  reducing  CO  and  UHC  emissions  in  both  versions  of  the  engine  with  different test fuels.  Acknowledgements  Authors  thank  authorities  of  Chaitanya  Bharathi  Institute  of  Technology,  Hyderabad  for  facilities  provided.  Financial  assistance  from  Andhra  Pradesh  Council  of  Science  and  Technology (APCOST), Hyderabad, is greatly acknowledged.  5. References  1.  M.V.S.Murali  Krishna,  K.Kishor,  A.Sahithy  and  B.Kavya,  (2006),  “Control  of  pollutants from copper coated spark ignition engine with gasohol”, Indian Journal of  Environmental Projection, 26(8)8, pp 718­723.  2.  M.V.S.  Murali  Krishna,  K.Kishor,  P.V.K.Murthy,  A.V.S.S.K.S.  Gupta  and  S.Narasimha  Kumar,  (2010),  “Performance  evaluation  of  copper  coated  four  stroke  spark ignition engine with gasohol with catalytic converter”,  International Journal of  Engineering Studies, ,2(4), pp  465­473.  3.  P.V.K.Murthy, M.V.S.Murali Krishna, S.Narasimha Kumar, K.Kishor and P. Giridhar  Reddy, (2011), “Performance of copper coated two stroke spark ignition engine with  alternate  fuels  with  catalytic  converter”,  International  Journal  of  Engineering  &  Techno­science, 2(2), pp 145­149.  4.  Khopkar.S.M  (2004),  Environmental  Pollution  Analysis,  edited  by  New  Age  International (P) Ltd, Publishers, New Delhi,  180­190.  5.  Fulekar M H, (1999), “Chemical pollution – a threat to human life”, Indian Journal of  Environmental Protection, 1, pp 353­359.

217 

INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ENGINEERING RESEARCH, DINDIGUL  Volume 2, No 1, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  REVIEW ARTICLE 

ISSN ­ 0976­4259 

6.  Usha  Madhuri  T,  Srinivas  T  &  Ramakrishna  K,  (2003),    “A  study  on  automobile  exhaust  pollution  with  regard  to  carbon  monoxide  emissions”,  Nature,  Environment  and Pollution Technology, 2 ,  pp 473­474.  7.  Sastry M S, Suneela  M, Kumar  N P S  & Hussain S K, (2004),  “Air quality status at  selected  locations  in  Hyderabad  city”,  Journal  of  Environmental  Science  and  Engineering.46,  pp  86­91.  8.  Ghose M  K, Paul R & Benerjee S K, (2004),  “Assessment of the impact of  vehicle  pollution on urban air quality” , Journal of Environmental Science and Engineering ,  46, pp 33­40.  9.  Sharma  .B.K  (2005),  Engineering  Chemistry,  edited  by  Pragathi  Prakashan  (P)  Ltd,  Meerut, pp 150­160.  10. Dhandapani  S,  (1991),  Theoretical  and  experimental  investigation  of  catalytically  activated lean burnt combustion, Ph D Thesis, IIT, Chennai.  11. Nedunchezhian  N  &  Dhandapani  S, (2000),  “Experimental investigation of cyclic  variation  of  combustion  parameters  in  a  catalytically  activated  two­stroke  SI  engine  combustion chamber”, Engineering  Today, 1, pp 11­18.  12. Murali  Krishna  M  V  S,  Vara  Prasad  C  M  &    Venkata  Ramana  Reddy  Ch,  (2000),  “Studies  on  control  of  carbon  monoxide  emissions  in  spark  ignition  engine  using  catalytic converter” ,  Ecology and Environmental Conservation, 6,  pp  377­380.  13. M.V.S.Murali  Krishna,  K.Kishor,  P.R.K.Prasad, G.V.V.Swathy,  (2006),  “Parametric  studies of pollutants from copper coated spark ignition engine with catalytic converter  with gasoline blended methanol”, Journal of Current Sciences, 9(2),  pp 529­534.

218