LHRエンジンにおけるナノAl2O3エマルジョンバイオディーゼル燃料の圧縮比最適化：RSMと機械学習の応用

科学分野:

• 燃焼工学
• 代替燃料
• エンジン性能分析

背景:

• ディーゼルエンジンのための高度な燃焼戦略の調査は、厳しい排出ガス規制を満たすために不可欠です。
• 熱バリアコーティングを施した低熱放出（LHR）エンジンは、熱効率の向上の可能性を提供します。
• ナノ添加剤、特にナノAl2O3を含むバイオディーゼルブレンドは、従来のディーゼル燃料の持続可能な代替燃料として探求されています。

研究 の 目的:

• フライアッシュコーティングされたLHRディーゼルエンジンの性能と排出ガスに対する様々な圧縮比（CR）の影響を評価すること。
• ナノAl2O3ベースのエマルジョン化綿実バイオディーゼルブレンド（B20W10Al200）を異なるCR下で評価すること。
• 効率の向上と排出ガスの削減のために、機械学習と多応答デシジビリティを用いてエンジンパラメータを最適化すること。

主な方法:

• ブレーキパワー（BP）とCRを変数とする応答曲面法（RSM）を用いた実験的調査。
• エンジン性能パラメータ（BTE、BSFC）と排気ガス（NOx、HC、CO、煤煙濃度）の分析。
• 予測モデリングと因子重要度分析のためのExtreme Gradient Boosting（XGBoost）とSHapley Additive exPlanations（SHAP）の適用。

主要な成果:

• CR18で最適な性能が達成され、最大のBTE（29.03%）と最小のBSFC（0.269 kg kW−1 h−1）が得られました。
• CR18ではCO（0.104%）と煤煙濃度（19.3%）の大幅な削減が観察されましたが、CR16ではNOx排出量が低くなりました。
• XGBoostモデルは高い予測精度（R² > 0.90）を示し、ブレーキパワーが応答に影響を与える主要因であることが特定されました。

結論:

• 熱バリアコーティングされたLHRエンジンとナノエマルジョン化バイオ燃料の組み合わせは、よりクリーンで効率的な燃焼のための大きな可能性を示しています。
• BP = 2.49 kWおよびCR = 18の最適な動作点が、複合デシジビリティ0.751を達成しました。
• 本研究は、圧縮着火エンジンにおける持続可能なエネルギーソリューションを実現するために、高度なエンジン技術と代替燃料の使用の実現可能性を検証するものです。