Experimental investigations of hydrogen effects on performance and emissions of renewable diesel fueled RCCI

Abstract

The article presents the study of hydrogen effects on performance, combustion and emissions characteristics of renewable diesel fueled single cylinder CI engine with common rail injection system in RCCI mode. The renewable diesel fuels as the HRF are the HVO and it blend with petrol diesel further named PRO Diesel, investigated in this study. The purpose of this investigation was to examine the influence of the LRF – hydrogen addition to the HRF on combustion phases, engine performance, efficiency, and exhaust emissions. HES was changed within the range from 0 to 35%. Hydrogen injected through PFI during intake stroke to the combustion chamber, where it created homogeneous mixture with air. The HRF was directly injected into combustion chamber using electronic controlled unit. Tests were performed at both fixed and optimal injection timings at low, medium and nominal engine load. After analysis of the engine bench results, it was observed that lean hydrogen – HRF mixture does not support the flame propagation and efficient combustion. While at the rich fuel mixture and with increasing hydrogen fraction, the combustion intensity concentrate at the beginning of the combustion process and shortened the ignition delay phase. Decrease of CO, CO2 and smoke opacity was observed with increase of hydrogen amounts to the engine. However, increase of the NO concentration in the engine exhaust gases was observed.

Straipsnyje pateikti tyrimo rezultatai, gauti atlikus bandymą vieno cilindro slėginio uždegimo variklyje su biodegalais – rapsų metilesterį (RME) ir vandenilį. Biodegalai įpurškiami akumuliatorine įpurškimo sistema „Common rail“. Šio tyrimo tikslas – ištirti, kaip vandenilis veikia biodegalų degimą, variklio veikimą, jo efektyvumą ir deginių susidarymą. Vandenilio energinė dalis degimo mišinyje buvo keičiama nuo 0 iki 44 %. Vandenilis buvo tiekiamas įsiurbimo fazės metu įsiurbimo kanalu į degimo kamerą, kurioje jis, susimaišęs su oru, sudaro homogeninį mišinį. Bandymai buvo atliekami nekeičiant įpurškimo kampo, nustačius optimalų įpurškimo kampą esant žemai, vidutinei ir nominaliai variklio apkrovai. Išnagrinėjus variklio bandymų rezultatus ir sumodeliavu AVL BOOST programa, buvo pastebėta, kad, esant liesam vandenilio ir RME mišiniui, liepsnos plitimas yra lėtas, mišinys dega neveiksmingai. Tačiau riebus degalų mišinys ir padidinta vandenilio energijos dalis užtikrina degimo intensyvumą degimo proceso pradžioje ir sutrumpina uždegimo gaišties trukmę. AVL BOOST modeliavimas, atliktas plačiu vandenilio energijos dalies diapazonu (16–80 %), patvirtino teiginį, kad degimas tampa intensyvesnis degimo pradžioje dėl padidinto vandenilio kiekio. Didinant vandenilio kiekį, buvo pastebėta, kad išmetamosiose dujose sumažėjo CO, CO2 ir kietųjų dalelių, tačiau padidėjo NO koncentracija.