Hydrogen-diesel co-combustion anomalies in a CI engine

W artykule przedstawiono eksperymentalne wyniki z indykowania silnika wysokoprężnego z wtryskiem bezpośrednim oleju napędowego, w którym wodór współspalano z olejem napędowym. Wodór do silnika był doprowadzany przez urządzenie wtryskowe zamontowane na kolektorze dolotowym. Następnie poddano analizie przebiegi ciśnień podczas współspalania wodoru, którego udział energetyczny w całkowitej dawce paliwa wahał się od zera do kilkunastu procent. Pomiary przeprowadzono dla mieszanek ubogich. Analiza numeryczna danych eksperymentalnych pozwoliła uzyskać odpowiedzi na następujące zagadnienia: prędkość spalania, przebieg wydzielania ciepła i spalanie stukowe. Przy niesprzyjających warunkach wodór jako paliwo silnikowe ma skłonności do generowania tzw. "stuku" począwszy już od chwili jego zapłonu w komorze spalania silnika. Takim niesprzyjającym warunkiem w silniku wysokoprężnym jest wysoki stopień sprężania. Z drugiej strony efekt spalania stukowego można złagodzić spalając mieszankę palną przy dużym nadmiarze powietrza, co zostało zaobserwowane w silniku z zapłonem iskrowym zasilanym wodorem. Ponadto, współspalanie wodoru z olejem napędowym w silniku wysokoprężnym powinno przynieść korzyści w postaci zwiększenia sprawności indykowanej silnika, ze względu na przyśpieszenie procesu spalania oraz niższą emisję cząstek stałych PM ze względu na lepsze ujednorodnienie mieszanki palnej. Uzyskane przez autorów rezultaty skłaniają do kontynuacji badań w zakresie wykorzystania wodoru jako paliwa, nie tylko dla silnika z zapłonem iskrowym, ale również dla silnika z zapłonem samoczynnym, w którym zapłon inicjowany byłby pilotową dawką oleju napędowego.

Hydrogen as an engine fuel has tendency to generate knock, which starts from ignition in a combustion chamber under unfavourable conditions. In the CI engine such the unfavourable condition is high compression ratio (CR). Anyway, knock effect should be reduced. Burning lean air-fuel mixture is the effective method to achieve combustion without knock. Furthermore, burning diesel with hydrogen should increase the engine indicated efficiency due to increase of a combustion speed, which can be expressed by the mass fraction burnt (MFB). Hydrogen addition should also reduce the PM emission in the exhaust. The experimental results of indicating a compression ignition (CI) direct injection engine, in which hydrogen with diesel was co-combusted, are presented in the paper. Hydrogen was delivered to the engine cylinder by an injector mounted on an intake manifold. Hydrogen was injected at amount in the range of 0 to few percent of its energy share in relation to the entire energy of both diesel and hydrogen doses. Investigation was performed for lean air-hydrogen-diesel combustible mixture. The experimental data analysis makes it possible to find several correlations as follows: mass fraction burnt (MFB), coefficient of variation of indicated mean effective pressure (COVpi) and combustion knock intensity with the hydrogen energy share. The results of investigation obtained by authors induce to continue research on hydrogen as fuel not only for the SI engine but also for the CI engine, where hydrogen would assist diesel or it would be considered as basic fuel ignited by a diesel pilot.