Experimental study on performance and emission characteristics of lean burn SI engine fuelled with hydrogen methane blends

An experimental study on the performance and exhaust emissions of a spark ignition engine fueled with methane(CH₄)-hydrogen (H₂) blends was carried out at a constant speed of 1500 rpm and fixed excess air ratio (λ) of 1.5. The tests were carried out for pure methane and 2 blends (93% (by vol.) CH₄ + 7% (by vol.) of H₂, 77% (by vol.) CH₄ + 23% (by vol.) of H₂) at part load conditions in a naturally aspirated, three cylinder engine with a compression ratio of 9.3:1. The effects of hydrogen addition was studied at various spark timing and it is observed that the Maximum Brake Torque timing (MBT) retarded with increase in concentration of hydrogen. The coefficient of variation in indicated mean effective pressure (COV_imep) decreases in blends, indicating stable combustion with hydrogen enrichment. A decrease in burn duration is observed and the crank angle at which peak pressure occurred, is tending towards top dead center (TDC) with increase in concentration of hydrogen due to higher laminar flame speed of the mixture enriched with hydrogen. In case of blends, specific emissions of carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC) decreases. However, there is considerable increase in specific emissions of oxides of nitrogen (NO_x).

Przeprowadzono badania eksperymentalne energetycznych parametrów pracy silnika spalinowego ZI oraz jego oddziaływania na środowisko naturalne podczas zasilania mieszaniną metanu z wodorem. Analizowano pracę silnika podczas spalania mieszanki ubogiej (λ = 1,5) przy stałej prędkości obrotowej wynoszącej 1500 obr/min. Badania wykonano dla zasilania czystym metanem oraz dwiema mieszankami o różnym udziale objętościowym wodoru tj. 7% H₂, 93% CH₄ oraz 23% H₂, 77% CH₄. Badano wpływ kąta wyprzedzenia zapłonu na przebieg procesu spalania. Zaobserwowano, że optymalna wartość kąta wyprzedzenia zapłonu zmniejsza się dla wyższej zawartości wodoru w mieszance palnej. Ponadto wskaźnik sygnalizujący poziom niepowtarzalności pracy indykowanej w kolejnych cyklach roboczych osiąga niższe wartości dla mieszanek wzbogaconych wodorem, co oznacza stabilniejszy przebieg procesu spalania. Spalanie mieszanek metanu z wodorem prowadzi do nieznacznego ograniczenia emisji CO oraz HC, natomiast wielkość emisji NO_x rośnie za sprawą wyższej temperatury spalania dla mieszanki CH₄ , H₂.