Wzbogacanie utleniacza w tlen – analiza przypadku silnika ZI

• Autorzy: Król Marcin

Warianty tytułu

EN

Oxygen enrichment in internal combustion engines – spark ignition engine study

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnich latach obserwowany jest dynamiczny rozwój tzw. energetyki odnawialnej w tym energetyki wiatrowej. Cechą charakterystyczną tej formy energii jest niestabilność oraz mała przewidywalność warunków pogodowych. Powoduje to intensyfikację prac nad sposobami magazynowania energii. Jedną z możliwości jest produkcja wodoru poprzez elektrolizę wody. Oprócz wodoru, elektroliza wody produkuje znaczące ilości tlenu. Celem tej pracy jest przeanalizowanie efektów, jakie dałoby wzbogacenie utleniacza w tlen, w stacjonarnych silnikach tłokowych o zapłonie iskrowym. Prace naukowe innych autorów, biorące pod uwagę wszystkie rodzaje spalania w silnikach spalinowych, wykazały niejednoznaczność w wynikach. Wspólna płaszczyzna została znaleziona dla: jednostkowej pracy generowanej przez silnik, przyrostów ciśnienia oraz wskaźników emisji. Przy wszystkich założeniach podczas badań wraz ze wzrostem zawartości tlenu: praca jednostkowa, przyrosty ciśnienia oraz wskaźnik emisji NOx zwiększyły swoją wartość. Pozostałe wartości wskaźników emisji szkodliwych substancji CO i HC okazały się niższe niż w spalaniu w normalnej zawartości tlenu. W ramach pracy opracowano model obliczeniowy bazujący na obiegu Otto celem określenia wpływu zawartości tlenu w utleniaczu na parametry termodynamiczne obiegu. Ponadto, wykonano badania eksperymentalne na silniku o zapłonie iskrowym zasilanym gazem ziemnym Gz50. Jako wynik badań otrzymano przebieg ciśnienia w cylindrze podczas jednego cyklu, strumień wykorzystanego paliwa, udziały molowe gazów toksycznych zawartych w spalinach oraz strumień dodatkowego tlenu.

EN

By the growing importance of unstable wind energy, efforts to creating energy storage system should be considered. One of the possibilities to achieving this goal would be the hydrogen production through water electrolysis process. Besides hydrogen water electrolysis produce significant amounts of oxygen. Aim of this work was the examine effect of oxygen enrichment in the SI engine. Previous research taking into account all the ways of combustion in internal combustion engines (SI, CI, and DF) showed ambiguity in the results. Common ground in the results was found with the case of specific work done by cycle, pressure rises and emissions. They have been found that in every conditions, with the increment of oxygen concentration, specific work done by engine grow as well as the pressure and NOx emission. HC and CO emission found to be lower. Change in efficient wasn’t constant. Authors showed that efficiency is very dependent on the test conditions and assumptions. In this work theoretical engine model was created to examine different oxygen concentrations for various gaseous fuels. Through model maximum temperature in cycle, specific work done by cycle and cycle efficiency were analyzed. Besides theoretical analysis experimental research was carried out. Experiment was conducted on the three cylinder SI engine which was originally adapted to work on the gasoline. As a result achieved: pressure course in the cylinder, emissions, oxygen and fuel flow. Nonetheless through them energetic parameters, maximum temperature and combustion model were analyzed.

Słowa kluczowe

PL

wzbogacanie tlenem; silnik ZI; obieg Otto; analiza spalania

EN

oxygen enrichment; SI engine; Otto cycle; combustion characteristics; energy storage

• Wydawca: Instytut Techniki Cieplnej, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Śląska
• Czasopismo: Archiwum Instytutu Techniki Cieplnej
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 2
• Strony: 59--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Król Marcin

• Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] European Commission climate action, strona internetowa http://ec.europa.eu http://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2020/index_en.html , dostęp 04 November 2016.
• [2] P. Piotrowski, K. Gryszpanowicz, Analiza statystyczna oraz prognozy godzinowej produckji energii przez elektrownię wiatrową z horyzontem do 1 godziny, elektro.info(2012), 3:2012.
• [3] R. Loisel, L. Baranger, N. Chemouri, S. Spinu, S. Pardo, Economic evaluation of hybrid off-shore wind power and hydrogen storage system, International Journal of hydrogen energy(2015), 40:6727-6739,
• [4] A. Vuorinen, Planning of optimal power system 2009 Edition, Ekoenergo Oy, Finland (2008),
• [5] G. Verma, R.K. Prasad, R.A. Agarwal, S. Jain, A.K. Agarwal, Experimental investigations of combustion, performance and emission characteristics of a hydrogen enriched natural gas fuelled prototype spark ignition engine, Fuel(2016), 178:209-217,
• [6] A. Gharehghani, R. Hosseini, M. Mirsalim, T.F. Yusaf, A computational study of operating range extension in a natural gas SI engine with the use of hydrogen, International Journal of hydrogen energy(2015), 40:5966-5975
• [7] J.R. Anstrom, K. Collier, Blended hydrogen-natural gas-fueled internal combustion engines and fueling infrastructure, Coolier Technologies Inc. (CTI), The Pennsylvania State University, Reedsport, OR, USA
• [8] Office of Energy Efficiency & Renewable Energy, strona interetowa https://energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-electrolysis, dostęp 22 Grudzień 2016.
• [9] P. Baskar, A. Senthilkumar, Effects of oxygen enriched combustion on pollution and performance characteristics of a diesel engine, Engineering Science and Technology, an International Journal (2015), Article in press.
• [10] W. Zhang, Z. Cheng, Y. Shen, G. Shu, G. Chen, B. Xu, W. Zhao, Influence of water emulsified diesel & oxygen-enriched air on diesel engine NO-smoke emissions and combustion characteristics, Energy(2013), 55:369-377,
• [11] H.C. Watson, E.E. Milkins, A new look at oxygen enrichment 1) The Diesel Engine, SAE Technical Paper Series(1990), Numer artykułu: 900344,
• [12] S. Masimalai, V. Kuppusamy, J. Mayakrishnan, Assessment of Performance, Emission and Combustion Behaviour of a WCO Based Diesel Engine Using Oxygen Enrichment Technique, SAE Technical Paper Series(2015), 2015-01-0895,
• [13] M.M. Abdelaal, B.A. Rabee, A.H. Hegab, Effect of adding oxygen to the intake air on a dual-fuel engine performance, emissions, and knock tendency, Energy(2013), 61:612- 620,
• [14] K. Cacua, A. Amell, F. Cadavid , Effects of oxygen enriched air on the operation and performance of a diesel-biogas duel fuel engine, Biomass and Bioenergy(2012), 45:159- 167
• [15] S. Kajitani, N. Sawa, A Spark Ignition Engine Operated by Oxygen Enriched Air, SAE Technical Paper Series(1992), Numer artykułu: 922174,
• [16] S. Kajitani, N. Sawa, E. Classen, S. Cambell, K.T. Rhee, Partial-load and Start-Up Operations of Spark-ignition Engine with oxygen enriched air, SAE Technical Paper Series(1993), Numer artykułu: 932802,
• [17] Y. Karagoz, N. Yuca, T. Sandalci, A.S. Dalkihe, Effect of hydrogen and oxygen addition as a mixture on emissions and performance characteristics of a gasoline engine, International Journal of Hydroge Energy (2015), 40:8750-8760
• [18] N. Homdoung, N. Tippayawog, N. Dussadee, Performance and emissions of a modified small engine operated on producer gas, Energy Conversion and Management(2015), 94:286-292
• [19] G. Przybyła, Studium stosowania biopaliw gazowych do zasilania silników spalinowych. Monografia 575, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice(2015), ISBN 978-83-7880-316-4.
• [20] S. Postrzednik , Z. Żmudka, Termodynamiczne oraz Ekologiczne Uwarunkowania Eksploatacji Tłokowych Silników Spalinowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (2007),
• [21] S. Postrzednik, G. Przybyła, Z. Żmudka, Influence of IC Engine Load On The Energy Conversion Efficiency in the System, Czasopismo Techniczne, z. 7-M/2008:173-188,
• [22] M. Klein , A Specific Heat Ratio Model and Compression Ratio Estimation, Linkoping Studies in Science and Technology, Thesis No. 1104(2004)

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).