تأثير افزودن هيدروژن و نيتروژن بر آلاينده‌ هاي موتور ديزل سنگين با احتراق اشتعال تراكمي با واكنش ‌پذيري مهار شده

The effect of hydrogen and nitrogen addition on heavy duty diesel engine emissions under reactivity controlled compression ignition combustion

هدف از اين مطالعه ارزيابي عملكرد يك موتور ديزل سنگين با احتراق اشتعال تراكمي با واكنش پذيري مهار شده با سوخت هاي گاز طبيعي و گازوئيل است كه توسط گازهاي هيدروژن و نيتروژن غني سازي شده ­اند. در اين مطالعه، موتور ديزل سنگين تك استوانه كاترپيلار تحت فشار مؤثر متوسط درست ناخالص معادل 9.4 بار (در محدوده بار مياني) تنظيم شده است. مقدار سوخت تزريق شده درون محفظه احتراق در هر چرخه ثابت بوده و با فرض ثابت بودن محتوي كل انرژي سوخت­ ها، گازهاي هيدروژن و نيتروژن با نسبت حجمي %75 به %25 به همراه گازهاي بازگرداني شده از خروجي دود به تدريج به گاز طبيعي افزوده ميشوند. نتايج مطالعه نشان مي دهد با افزودن گازهاي هيدروژن و نيتروژن به گاز طبيعي ميتوان سهم انرژي هيدروژن به كل سوخت ها را بدون افزايش قابل توجه شدت صوت احتراق به مقدار 40.24% افزايش داد و به بازده درست ناخالص بيش از 50% دست يافت. همچنين، بدون تلفات قابل ملاحظه­ اي در توان خروجي موتور، سطوح آلاينده هاي موتور نظير اكسيدهاي نيتروژن، مونوكسيد كربن، هيدروكربن هاي نسوخته و فرمالدئيد كاهش قابل ملاحظه ­اي خواهد داشت.

The aim of this study is to evaluate a heavy duty diesel engine operation under reactivity controlled compression ignition combustion fueled with diesel oil and natural gas enriched with hydrogen and nitrogen addition. In this study, a single cylinder heavy– duty diesel engine is set to operate at 9.4bar gross IMEP (Mid- Load). The amount of injected diesel oil per cycle into the engine combustion chamber assumes to be fixed and hydrogen and nitrogen (75:25 volumetric proportion of hydrogen: nitrogen) along with exhaust gas recirculation are gradually added to natural gas while the total fuel energy content is kept fixed. The results show that by adding hydrogen and nitrogen to natural gas, without the exposure to the excessive combustion noise, the hydrogen energy share can be enhanced up to 40.24% and the gross indicated efficiency more than 50% is achievable. Moreover, without significant engine power losses, the engine emission levels such as NOx, carbon monoxide, unburned hydrocarbon, and formaldehyde are reduced significantly.