Hydrogen resistance to knock combustion in spark ignition internal combustion engines

The results of investigations focusing on knock combustion analysis of a hydrogen-fueled engine have been presented in the paper. Knock intensity was determined as the intensity of the in-cylinder combustion pressure pulsations (recorded with a sampling frequency of 100 kHz) and filtered through high-pass filtering with cut-off frequency of 3.5 kHz. The research was conducted on the CFR engine with a variable compression ratio ranging from 6 to 14. The research has shown a rapid increase in pressure pulsations amplitude was observed while the compression ratio was changed from 11 to 12. This was interpreted as a result of in-cylinder hydrogen-air mixture self-ignition at the end of the ,park ignition controlled combustion. Supporting this observation the theorem of dual nature of hydrogen knock combustion was postulated. 1ntensity of the pressure pulsations that accompany normal combustion without hydrogen self-ignition was in an exponential correlation with the compression ratio, which directly translates into a similar correlation of the pulsations and temperature of hydrogen-air mixture at the moment of ignition.

---

W artykule przedstawiono wyniki badań spalania stukowego w silniku zasilanym wodorem. Intensywność spalania stukowego określano za pomocą intensywności pulsacji ciśnienia odfiltrowywanych filtrem górnoprzepustowym o częstotliwości granicznej 3,5 kHz z przebiegu ciśnienia spalania rejestrowanego z częstotliwością 100 kHz. Badania przeprowadzono na silniku badawczym CFR o stopniu sprężania zmieniającym się od 6 do 14. Na podstawie przeprowadzonych badań zaobserwowano gwałtowny przyrost amplitudy pulsacji przy zmianie stopnia sprężania z 11 na 12, co zinterpretowano jako skutek pojawiania się samozapłonów mieszanki wodorowo-powietrznej w końcowej fazie spalania inicjowanego kontrolowanym zapłonem iskrowym. Na tej podstawie postawiono tezę o dwojakiej naturze stuku w silniku wodorowym. Dla przebiegu spalania bez samozapłonów intensywność pulsacji ciśnienia spalania pozostawała w wykładniczej relacji ze stopniem sprężania, co bezpośrednio przekładało się na podobną zależność pomiędzy intensywnością pulsacji i temperaturą mieszanki w chwili zapłonu.