Biofuel and hydrogen influence for operation parameters of spark ignition engine

Abstract

Paper presents research of efficient and ecological parameters of gasoline engine working with biobuthanol (10% and 20% by volume) and addi-tionaly supplying oxygen and hydrogen (HHO) gas mixture (3.6 l/min), which was obtained from from water by electrolysis. Biobuthanol addition decreases rate of heat release, the combustion temperature and pressure are lower, which has an influence on lower nitrous oxide (NOx) emission in exhaust gases. However, biobuthanol increases carbon monoxide (CO) concentration. Biobuthanol fuel has a simplier molecular structure, therefore the concentration of HC in the exhaust gas is decreasing. Due to lower heating value of biobuthanol fuel and slower combustion process, the engine efficiency decreases and specific fuel consumptions increase. The change of engine energetical indicators due to biobuthanol, can be compensated with advanced ignition angle. Using experimental investigation, it was determined, that negative biobuthanol influence for the combustion process and engine efficient inicators can be compensated also by additional supplied HHO gas, in which the hydrogen element iprove fuel mixture com-bustion. Fuel combustion process analysis was carried out using AVL BOOST software. Experimental research and combustion process numerical simulation showed that using balanced biobuthanol and hydrogen addition, optimal efficient and ecological parameters could be achieved, when engine is working for petrol fuel typical optimal spark timing.

Article in Lithuanian.

Biodegalų ir vandenilio įtaka kibirkštinio uždegimo variklio veikimo rodikliams

Santrauka 

Straipsnyje pateikiami kibirkštinio uždegimo variklio energinių ir ekologinių rodiklių tyrimo rezultatai, gauti varikliui veikiant benzino ir biobutanolio (10 % ir 20 % tūrio) mišiniais ir papildomai tiekiant elektrolizės būdu iš vandens išgautą deguonies ir vandenilio (HHO) dujų mišinį (3,6 l/min). Biobutanolio priedas mažina šilumos išsiskyrimo intensyvumą degimo metu, mažėja degimo temperatūra bei slėgis. Tai mažina azoto oksidų (NOx) koncentraciją, tačiau didina anglies viendeginio (CO) koncentraciją išmetamosiose dujose. Dėl paprastesnės biobutanolio molekulinės struktūros ne iki galo sudegusių angliavandenilių (CH) koncentracija deginiuose mažėja. Biobutanolis dėl mažes-nio šilumingumo ir lėtesnio degimo mažina variklio efektyvų sukimo momentą ir didina lyginamąsias degalų sąnaudas. Biobutano-lio paveiktus variklio energinius rodiklius galima iš dalies kompensuoti paankstinus uždegimo paskubos kampą. Eksperimentiniu tyrimu nustatyta, kad neigiamą biobutanolio priedo įtaką degalų degimo procesui ir variklio energiniams rodikliams galima kompensuoti papildomai tiekiant HHO dujas, kuriose esantis vandenilis greitina ir gerina degalų mišinių degimą. AVL BOOST programa atlikta degalų mišinių de-gimo proceso analizė. Įvertinus eksperimentinių tyrimų ir degimo proceso skaitinio modeliavimo rezultatus nustatyta, kad, naudojant sude-rintą biobutanolio ir vandenilio priedą, optimalūs energiniai ir ekologiniai rodikliai gali būti pasiekti varikliui veikiant benzinui optimaliu už-degimo paskubos kampu.

Reikšminiai žodžiai: biobutanolis, vandenilis, uždegimo paskubos kampas, energiniai ir ekologiniai rodikliai, skaitinis modeliavimas.

Keyword : biobuthanol, hydrogen, advanced ignition angle, efficient and ecological indicators, numerical simulation