تأثير استخدام وقود الهيدروجين في محرك الاحتراق الداخلي على تحسين كفاءة محرك الاشتعال بالشرارة

sarmad A. Jassem; Rafid M. Hanoon

doi:10.52716/jprs.v15i4.983

المؤلفون

sarmad A. Jassem Department of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Thi-Qar, Thi-Qar, Iraq
Rafid M. Hanoon Department of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Thi-Qar, Thi-Qar, Iraq

DOI:

https://doi.org/10.52716/jprs.v15i4.983

الكلمات المفتاحية:

CI_engine , Engine performance, Hydrogen fuel, gasoline fuel

الملخص

تزايد الطلب على الوقود الاحفوري وتقليل الانبعاثات الناجمة عن وسائل النقل والصناعة والمرافق الأخرى إلى زيادة الاهتمام بالوقود البديل. يتمتع غاز الهيدروجين، وهو وقود بديل محتمل لمحركات الاحتراق الداخلي، بالقدرة على تعزيز كفاءة المحرك وتقليل استخدام الوقود والانبعاثات. تم استخدام البنزين في مرحلة واحدة، بينما تم استخدام الهيدروجين (H2) والبنزين في المرحلة الأخرى لتقييم أداء محرك الاختبار. تم تعديل معدل تدفق غاز الهيدروجين إلى 0.1 و 0.2 لتر في الدقيقة (LPM). خضع النموذجان للاختبار بسرعات محرك 2000 و 2250 دورة في الدقيقة، مع أحمال محرك متفاوتة (0 و 2 و 4 و 6 و 8 و 10 و 12 نيوتن متر) ونسب ضغط (6: 1 و 7: 1 و 9: 1). تضمنت التجارب الأولية مقارنة بين البنزين النقي والوقود المزدوج. حقق المختبر العديد من نتائج الاختبار الاستثنائية. أدى التشغيل بالوقود المزدوج عند 2000 دورة في الدقيقة إلى تحسن كبير في الكفاءة الحرارية للفرامل، بزيادة قدرها 9.5٪ و 10.6٪. انخفض استهلاك الوقود النوعي بنسبة 11.3٪ و 14.1٪، على الرغم من أن الكفاءة الحجمية انخفضت بشكل طفيف، تتراوح بين 1.9٪ و 2.6٪. حققت الفرامل كفاءات حرارية بنسبة 9.6٪ و 10.7٪، مما أدى إلى انخفاض في استهلاك الوقود النوعي بنسبة 11.4٪ و 14.3٪. شهدت الكفاءة الحجمية انخفاضًا طفيفًا، يتراوح بين 2.2٪ و 2.5٪ عند 2250 دورة في الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك، لوحظت درجات حرارة أقل لغاز العادم في كل موقع اختبار. وقد أثبت هذا أن وقود الهيدروجين هو بديل فعال من حيث التكلفة للبنزين التقليدي، دون الحاجة إلى أي تعديلات على المحرك. وهذا له أهمية اقتصادية كبيرة.

المراجع

B. Shadidi, G. Najafi, and T. Yusaf, "A review of hydrogen as a fuel in internal combustion engines", Energies, vol.14, no.19, p. 6209, 2021. https://doi.org/10.3390/en14196209.

H. A. Shahad, and N. Abdul-Hadi, "Experimental Investigation of the effect of hydrogen manifold injection on the performance of compression ignition engines", World Academy of Science, Engineering and Technology, vol. 76, pp. 277-282, 2011.‏

M. Kamil, and M. M. Rahman, "Performance prediction of spark-ignition engine running on gasoline-hydrogen and methane-hydrogen blends", Applied energy, vol. 158, pp. 556-567, 2015.‏ https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.08.041.

F. Amrouche, P. A. Erickson, J. W. Park, and S. Varnhagen, "Extending the lean operation limit of a gasoline Wankel rotary engine using hydrogen enrichment", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 41, no. 32, pp. 14261-14271, 2016.‏ https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.06.250.

T. Tsujimura, and Y. Suzuki, "The utilization of hydrogen in hydrogen/diesel dual fuel engine", International journal of hydrogen energy, vol. 42, no. 19, pp. 14019-14029, 2017.‏ https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.01.152.

P. Sharma, and A. Dhar, "Effect of hydrogen supplementation on engine performance and emissions", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 43, no. 15, pp. 7570-7580, 2018.‏ https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.02.181.

O. K. Obayes and H. A. K. Shahad, “An Experimental Study of the Effect of Different Blending Ratios of Dual and Triple Fuel Mixtures (Gasoline-Hydrogen-Ethanol) on Laminar Flame Speed”, Journal of Petroleum Research and Studies, vol. 12, no. 1, pp. 206-225, Mar. 2022. https://doi.org/10.52716/jprs.v12i1.599.

M. T. Chaichan, "Practical study of the performance of a compression ignition engine fueled with a mixture of diesel fuel and ethanol", In Proceeding to the Third International Conference on Modelling, Simulation, and Applied Optimization (ICMSAO’09), Al-Sharija, UAE. 2009.

M. Y. Abdullah, "Analisis Penggunaan HHO dan Tanpa HHO Terhadap Kinerja Motor Bensin", Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya 30, 2014.

Y, Karagöz, N. Yuca, T. Sandalcı and A. S. Dalkılıc, "Effect of hydrogen and oxygen addition as a mixture on emissions and performance characteristics of a gasoline engine", International Journal of hydrogen energy, vol. 40, no. 28, pp. 8750-8760, 2015. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.05.039

N. Abbas, M.A. Badshah, M. B. Awan and N. Zahra, "Performance and Gaseous Emission Investigation of Low Powered Spark Ignition Engine Fueled with Gasoline and Hydroxyl Gas: Hydroxyl Gas-gasoline Mixture Engine", Proceedings of the Pakistan Academy of Sciences: A. Physical and Computational Sciences, vol. 55, no. 1, pp. 11-20, 2018.

M. I. Shajahan, P. Sambandam, J. J. Michael and H. M. Abdelmoneam Hussein, "Environmental impact of oxyhydrogen addition on high-speed gasoline engine characteristics", Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, vol. 24, no. 1, pp. 15632–15645, 2020. https://doi.org/10.1080/15567036.2020.1812768

B. K. Jambukiya, K. B. Patel, G. Rathod, and T. M. Patel, "Effect of HHO gas on fuel consumption and brake thermal efficiency of four-stroke spark ignition engine with variable compression ratio", IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE), vol. 13, no. 2, pp. 74-80, 2016. https://doi.org/10.9790/1684-1302037480.

N. N. Patil, C. B. Chavan, A. S. More, and P. Baskar, "Generation of oxy-hydrogen gas and its effect on performance of spark ignition engine", In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 263, no. 6, p. 062036, 2017. https://doi.org/10.1088/1757-899X/263/6/062036.

S. E. A. Musmar and A. A. Al-Rousan, "Effect of HHO gas on combustion emissions in gasoline engines", Fuel, vol. 90, no. 10, pp. 3066-3070, 2011. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.05.013.

N. Abbas, M. A. Badshah, M. B. Awan, and N. Zahra, "Performance and Gaseous Emission Investigation of Low Powered Spark Ignition Engine Fueled with Gasoline and Hydroxyl Gas: Hydroxyl Gas-gasoline Mixture Engine", Proceedings of the Pakistan Academy of Sciences: A. Ph. Co. Sciences, vol. 55, no. 1, pp. 11-20, 2018.

K. V. Shivaprasad, S. Raviteja, P. Chitragar, and G. N. Kumar, "Experimental investigation of the effect of hydrogen addition on combustion performance and emissions characteristics of a spark ignition high-speed gasoline engine", Procedia Technology, vol. 14, pp. 141–148, 2014. https://doi.org/10.1016/j.protcy.2014.08.019

Tashie-Lewis, B. C., & Nnabuife, S. G. "Hydrogen production, distribution, storage and power conversion in a hydrogen economy-a technology review", Chemical Engineering Journal Advances, vol. 8, p. 100172, 2021. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2021.100172

H. A. Shahad, and E. A. Abood, "An Experimental Investigation on Performance and Emissions of a Single Cylinder DI Diesel Engine with Manifold Hydrogen Induction", Journal of University of Babylon for Engineering Sciences, vol. 25, no. 2, pp. 632-651, 2017.