بررسي اثرات تغيير نرخ هيدروژن بر متغيرهاي احتراقي، آلايندگي و اقتصاد سوخت در موتوري تزريق مستقيم

Investigation of Effects of changing hydrogen injection rate on combustion, environment and fuel economy parameters in a DI engine

امروزه هيدروژن به عنوان سوختي پاك نسبت به سوخت‌هاي معمول براي استفاده در سامانه‌هاي احتراقي مختلف مورد توجه مراكز تحقيقاتي قرار گرفته است. دليل اين موضوع ايجاد آلاينده‌هاي بسيار كمتر از ساير سوختهاي متداول است. با اين حال، نياز است تا اثرات استفاده از سوخت هيدروژن در شرايط عملياتي بررسي شوند. شرايطي مانند دور موتورهاي مختلف براي رسيدن به يك حالت تعادل كلي با در نظر گرفتن اكثر آلاينده‌ها و متغيرهاي احتراقي، ميتوانند جزء اين محدوده باشند. در پژوهش حاضر تمركز اثر كسر جرمي هيدروژن تزريقي در محدوده وسيعي از دور موتورها (1500 تا 5000 د.د.د.) بررسي شده است. تحليلها با در نظر گرفتن اكثر آلاينده‌هاي منتشر شده (دي‌اكسيد كربن‌، مونوكسيد كربن، دوده، هيدروكربن) در كنار متغيرهاي احتراقي و اقتصاد سوخت (مصرف سوخت ويژه ترمزي) انجام شدهاند. بررسيها براي دستيابي به حالت تعادل كلي در موتور بار سنگين ISM 370 اند. براي ايجاد هندسه‌هاي لازم، شبيه‌سازي قسمت‌هاي مختلف موتور و تحليل عددي از نرمافزار AVL FIRE استفاده شده است. بررسي‌ها نشان مي‌دهند چرخش هوا در استوانه قبل از پاشش سوخت ديزل مناسب است و افزايش هيدروژن تزريقي سبب افزايش آشفتگي هوا مي‌شود. با بررسي نرخ‌هاي مختلف هيدروژن (0.86%، 1.027%، 1.28% و 1.7%) در نسبت‌هاي تعادلي مشخص، 1.027 درصد جرمي هيدروژن از هواي ورودي براي ايجاد تعادلي بين اكثر ‌آلاينده‌هاي توليدي و متغيرهاي احتراقي مناسب ‌شناخته شد. همچنين انتخاب زمان تزريق 2 درجه قبل از نقطه مكث بالا، مزيت بهره گيري از كسر جرمي 1.027 درصد هيدروژن را دو چندان مي‌كند.

Nowadays hydrogen fuel as a clean energy due to making much less emissions besides proper combustion effects in comparison to other usual fuels has been highly considered by research centers for using at various combustion systems. Nevertheless, effects of using hydrogen fuel under various operating conditions such as different engine speeds for meet the general balanced situation with taking into account most emissions and power parameters of engine need to further investigations. Unlike similar studies, in the present work, emphasis was on investigation of effects of injected hydrogen mass fraction at a wide range of engine speeds (from 1500 to 5000 rpm) and analyses have been performed with consider to most of emissions (CO2, CO, soot, HC, etc.) besides combustion and fuel economy parameters to yield a general balanced state at ISM370 HDئengine. For constructing required geometries, simulation of different parts of the engine and numerical analyze, AVL Fire software has been used. Results of conducted studies show that air swirl in the cylinder is suitable before fuel injection and injecting more hydrogen fuel leads to increasing air turbulence. With study on the various rates of injected hydrogen (0.86%, 1.027%, 1.28% and 1.7%) in equivalence ratios specified, mass fraction of 1.027% hydrogen entered from intake port for meet to a balanced state between most of emissions, combustion parameters, etc. was known proper. Furthermore, it was determined that 2 deg BTDC injection timing makes doubles advantages of using 1.027% hydrogen mass fraction.