Utafiti huu unachunguza kwa majaribio ikiwa, katika injini ya silinda nne inayowashwa kwa cheche na kutumia petroli-hidrojeni, si kiasi cha hidrojeni pekee bali pia shinikizo ambalo hidrojeni inadungwa kwenye njia ya kuingiza hewa hubadilisha mwako, matumizi ya nishati na uzalishaji wa gesi za kutolea nje. Injini ya Nissan HR16DE iliendeshwa kwa 2500 rpm na shinikizo la wastani la ufanisi wa breki la 0,48 MPa katika hali ya stoikiometriki; hidrojeni kwa uwiano wa %10, %20 na %30 kwa uzito iliongezwa kwenye mafuta ya msingi E10H0, na hidrojeni ikadungwa kwa shinikizo la 1,2; 1,4; 1,6 na 1,9 bar. Matokeo yalionyesha kuwa kigezo kikuu kinachoamua tabia ya injini ni uwiano wa hidrojeni kwa uzito kuliko shinikizo la udungaji. Kadiri uwiano wa hidrojeni ulivyoongezeka, ucheleweshaji wa kuwaka ulipungua, kiwango cha utoaji wa joto na joto la silinda vikaongezeka, matumizi maalumu ya mafuta kwa msingi wa uzito yakapungua; uzalishaji wa HC na CO₂ ulipungua huku NOx ikiongezeka. Katika hali za kasi ya kati na mzigo wa kati zilizochunguzwa, 1,2 bar kwa ujumla ilionekana kuwa na manufaa zaidi, lakini matokeo haya hayapaswi kuhamishwa moja kwa moja hadi hali za kasi na mzigo wa juu zaidi.

Tofauti muhimu ya utafiti ni kutenganisha athari za “hidrojeni zaidi” na “shinikizo la juu zaidi la udungaji wa hidrojeni”. Kubadilisha uwiano wa hidrojeni kwa uzito hubadilisha kwa nguvu muundo wa kemikali wa mafuta, thamani ya chini ya joto na kinetiki za mwako, ilhali shinikizo la udungaji kati ya 1,2–1,9 bar lilifanya kazi zaidi kama kigezo cha pili cha kalibrasheni kinachoathiri namna hidrojeni inavyoingizwa na kuchanganyika katika manifold.

Kadiri uwiano wa hidrojeni ulivyoongezeka, joto la juu kabisa lililokokotolewa ndani ya silinda liliongezeka kutoka 2598 K kwa E10H0 hadi 2758 K kwa E10H10 na 2934 K kwa E10H30. Wakati huo huo, ucheleweshaji wa kuwaka ulipungua kutoka nyuzi 6,7 za pembe ya crank kwa E10H0 hadi takriban nyuzi 2,0–2,3 kwa E10H30. Kwa sababu ya mwako wa haraka zaidi, watafiti walichelewesha muda wa cheche kadiri hidrojeni ilivyoongezeka ili shinikizo la juu kabisa la silinda litokee takriban nyuzi 14–15 za pembe ya crank baada ya kituo cha juu kilichokufa.

Matumizi maalumu ya mafuta ya breki kwa msingi wa uzito yalikuwa takriban 242 g/kWh kwa E10H0, yakapungua hadi 199–204 g/kWh kwa E10H10, 176–179 g/kWh kwa E10H20 na takriban 155–158 g/kWh kwa E10H30. Hata hivyo, kupungua huku pekee hakumaanishi ongezeko la ufanisi wa joto kwa kiwango sawa. Kwa sababu thamani ya chini ya joto ya michanganyiko yenye hidrojeni huongezeka, katika tathmini inayotegemea nishati ufanisi wa joto wa breki ulibaki katika safu nyembamba ya takriban 0,351–0,362 katika majaribio yote.

Kwa mtazamo wa Uturuki, utafiti unatoa mfano wa kina wa kalibrasheni na upimaji kwa tafiti za majaribio zinazochunguza kuongeza hidrojeni kwenye injini za petroli zilizopo kupitia manifold ya kuingiza hewa. Hata hivyo, haiwezi kuhitimishwa kuwa 1,2 bar ni “shinikizo bora la hidrojeni” kwa injini tofauti. Jiometri ya injini, mzigo, kasi, uwezo wa injekta, uwiano wa hidrojeni, muda wa udungaji na uendelezaji wa cheche vinapobadilika, shinikizo linalofaa lazima liamuliwe tena kwa majaribio.

Swali kuu la utafiti ni lipi?

Kuongeza hidrojeni kwenye injini za petroli zinazowashwa kwa cheche kunaweza kubadilisha kasi ya mwako na sifa za kemikali za mafuta. Hata hivyo, swali jembamba zaidi ambalo watafiti wamelenga hapa ni hili: Wakati uwiano uleule wa hidrojeni unatolewa kwenye injini, je, kubadilisha shinikizo la udungaji wa manifold kati ya 1,2 na 1,9 bar huleta athari ya udhibiti inayoweza kupimika katika tabia ya injini?

Mwanzo wa utafiti ulikuwa uchunguzi kwamba katika majaribio ya awali ya udungaji kwenye manifold, mabadiliko madogo ya shinikizo la udungaji yalileta mabadiliko yasiyotarajiwa hasa katika uzalishaji. Watafiti walitathmini kwamba usambazaji wa hidrojeni wa shinikizo la chini unaweza kuwa kigezo cha ziada cha kalibrasheni ya injini kinachoweza kubadilisha muda wa udungaji, maandalizi ya mchanganyiko wa hewa-hidrojeni na muda unaopatikana wa kuchanganyika kabla ya vali ya kuingiza kufungwa.

Jaribio lilifanywa kwenye injini gani?

Majaribio yalitumia injini ya Nissan HR16DE ya silinda nne zilizopangwa mstari, yenye ujazo wa 1,598 dm³ na inayowashwa kwa cheche. Kipenyo cha silinda ni 78,0 mm, stroke ya pistoni 86,6 mm na uwiano wa mgandamizo 10,7. Chanzo kinatoa nguvu ya juu kabisa ya injini kuwa 84 kW kwa 6000 rpm na torque ya juu kabisa 156 Nm kwa 4400 rpm.

Hidrojeni iliingizwa kwenye injini kwa njia gani?

Hidrojeni ilitolewa kupitia injekta tofauti iliyoongezwa kwenye manifold ya kuingiza hewa ya injini. Hidrojeni ilichukuliwa kutoka mitungi ya shinikizo la 200 bar; ikashushwa kwanza hadi 5 bar kwa kidhibiti cha shinikizo la juu, kisha hadi mojawapo ya shinikizo za majaribio kwa kidhibiti cha shinikizo la chini.

Shinikizo nne za udungaji wa manifold zilitumika katika utafiti:

• 1,2 bar
• 1,4 bar
• 1,6 bar
• 1,9 bar

Udungaji wa petroli na hidrojeni ulifanywa kwa mpangilio kamili wa mfululizo, na muda wa udungaji katika majaribio yote uliwekwa nyuzi 320 za pembe ya crank kabla ya kituo cha juu kilichokufa.

MoTeC M800 inayoweza kupangwa ilitumika badala ya ECU ya kiwandani ya injini. Mfumo huu uliwawezesha watafiti kurekebisha muda wa cheche na udhibiti wa udungaji wa petroli/hidrojeni kando.

Ni michanganyiko gani ya mafuta iliyotumika?

Mafuta ya msingi yaliitwa E10H0 na katika sehemu ya mbinu yalifafanuliwa kuwa petroli yenye %10 ethanoli. Hidrojeni ya %10, %20 na %30 kwa uzito iliongezwa mtawalia ili kuunda vikundi vya majaribio E10H10, E10H20 na E10H30.

Kadiri uwiano wa hidrojeni ulivyoongezeka, cheche ilitolewa baadaye. Lengo lilikuwa kuweka shinikizo la juu kabisa la silinda katika mafuta tofauti takriban nyuzi 14–15 za pembe ya crank baada ya kituo cha juu kilichokufa na kuzuia mwako usio wa kawaida unaofanana na knocking ulioonekana katika mipangilio ya awali.

Hali za jaribio ziliwekaje kuwa thabiti?

• Kasi ya injini: 2500 rpm
• Shinikizo la wastani la ufanisi wa breki: 0,48 MPa
• Uwiano wa hewa-mafuta: stoikiometriki, λ = 1
• Shinikizo la udungaji wa hidrojeni: 1,2–1,9 bar
• Uwiano wa hidrojeni: %10, %20 na %30 kwa uzito
• Uchambuzi wa shinikizo la silinda: mizunguko 100 mfululizo katika kila hali
• Marudio ya jaribio: angalau marudio 5

Katika mipangilio ya awali, baadhi ya mchanganyiko wa uwiano wa hidrojeni na muda wa cheche ulionyesha mwako unaofanana na knocking, uliotambuliwa kwa sauti isiyo ya kawaida ya injini na hitilafu kali katika trace ya shinikizo la silinda. Pointi hizi za majaribio zilisitishwa, cheche ikacheleweshwa au uwiano wa hidrojeni ukapunguzwa, na ni pointi thabiti za uendeshaji pekee zilizojumuishwa katika uchambuzi wa mwisho.

Shinikizo la silinda lilipimwaje?

Shinikizo la ndani ya silinda lilipimwa kwa sensa ya shinikizo ya AVL ZI31_Y7S iliyounganishwa na spark plug. Masafa ya uendeshaji ya sensa yaliwekwa kuwa 0–200 bar na unyeti wake 12 pC/bar. Ishara ilikuzwa kwa mfumo wa AVL DiTEST DPM 800 na kurekodiwa kwa LabVIEW Real-Time.

Katika kila hali ya jaribio, trace ya wastani ya shinikizo ya mizunguko 100 mfululizo ya injini ilikokotolewa. Thamani ya COV pia ilikokotolewa ili kutathmini tofauti kutoka mzunguko hadi mzunguko na ilikuwa chini ya %2 katika pointi zote za majaribio. Hii inaonyesha kuwa mwako ulikuwa thabiti katika pointi za uendeshaji zilizochunguzwa.

Kiasi cha hidrojeni kiliathirije shinikizo la silinda?

Mikondo ya shinikizo la silinda ya mafuta yenye hidrojeni kwa ujumla ilionyesha shinikizo za kilele za juu kuliko E10H0. Kwa kuwa kuongezeka kwa uwiano wa hidrojeni kuliongeza reactivity ya mwako na kasi ya kuenea kwa mwali, mwako ulikuwa mkali zaidi licha ya kucheleweshwa kwa muda wa cheche hatua kwa hatua.

Ndani ya uwiano uleule wa hidrojeni, athari ya shinikizo la udungaji ilikuwa ndogo zaidi. Katika %10 H₂, shinikizo liliposhushwa kutoka 1,4 bar hadi 1,2 bar, shinikizo la juu kabisa la silinda liliongezeka kwa takriban 0,4 bar. Katika %20 H₂, athari ya mabadiliko ya shinikizo kati ya 1,2–1,9 bar kwenye mkondo wa shinikizo ilikaribia kuwa isiyozingatiwa. Katika %30 H₂, kuongeza kutoka 1,2 bar hadi 1,9 bar kuliongeza shinikizo la juu kabisa kwa takriban 0,2 bar.

Matokeo haya yenye mielekeo tofauti yanaonyesha kuwa shinikizo la udungaji pekee haliwezi kutafsiriwa kama “juu zaidi daima ni bora”. Kwa mujibu wa watafiti, katika uwiano mdogo wa hidrojeni muda mrefu zaidi wa udungaji na uchanganyaji unaweza kuifanya 1,2 bar kuwa na faida; wakati kiasi kikubwa cha hidrojeni kinapotolewa, shinikizo la juu linaweza kurahisisha uhamishaji wa mafuta ndani ya stroke ya kuingiza.

Mwako uliongezeka kasi kwa kiasi gani?

Ucheleweshaji wa kuwaka wa E10H0 ulikokotolewa kuwa 6,7 CAD. Kwa E10H10, thamani ilishuka hadi 3,7 CAD kwa 1,2 bar na 4,0 CAD kwa 1,9 bar; kwa E10H30 ilishuka mtawalia hadi 2,3 na 2,0 CAD.

Katika michanganyiko yenye hidrojeni, kiwango cha juu kabisa cha kuongezeka kwa shinikizo la silinda pia kiliongezeka. Kwa E10H0 kilikuwa takriban 1,18 bar/CAD, kikafikia takriban 1,30 bar/CAD kwa E10H10 na takriban 1,36 bar/CAD kwa E10H30.

Katika sehemu ya matokeo, mabadiliko haya yalifupishwa kama ongezeko la takriban %10 katika kiwango cha juu kabisa cha kuongezeka kwa shinikizo kwa E10H10 na takriban %17 kwa E10H30; na ongezeko la kiwango cha juu kabisa cha utoaji wa joto la takriban %20 na %42 mtawalia.

Kwa nini joto la silinda ni muhimu?

Kadiri uwiano wa hidrojeni ulivyoongezeka, joto la juu kabisa la silinda lililokokotolewa liliongezeka kwa kiasi kikubwa. Ingawa muda wa cheche ulirekebishwa kwa michanganyiko tofauti, katika vikundi vyote vitatu vya mafuta joto la juu kabisa lilitokea karibu na 20 CAD ATDC.

Joto la juu kabisa liliongezeka kutoka 2598 K kwa E10H0 hadi 2758 K kwa E10H10 na 2934 K kwa E10H30. Ongezeko hili la joto lilihusishwa na utaratibu mkuu wa mwako unaohusiana na ongezeko la NOx lililoonekana katika utafiti.

Athari ya shinikizo la udungaji kwenye joto ilikuwa ndogo. Hata hivyo, katika maandishi ya chanzo, wakati wa kulinganisha joto kwa E10H10, ilitumika kauli “kutoka 1,5 bar hadi 1,9 bar”. Kwa kuwa pointi ya jaribio ya 1,5 bar haikufafanuliwa katika mbinu, nambari hii haikubadilishwa na thamani nyingine ya shinikizo.

Kupungua kwa matumizi ya mafuta kwa %36 kunamaanisha nini?

Matumizi maalumu ya mafuta ya breki (BSFC) yanaeleza uzito wa mafuta unaotumiwa kwa kila kitengo cha nishati ya mitambo kinachozalishwa na injini. Katika utafiti, BSFC ya E10H0 ni takriban 242 g/kWh.

Kupungua kwa BSFC hadi takriban %36 kadiri uwiano wa hidrojeni unavyoongezeka hakupaswi kutafsiriwa kuwa ufanisi wa joto wa injini umeongezeka kwa kiwango sawa. Thamani ya chini ya joto kwa kila kilogramu ya michanganyiko yenye hidrojeni pia huongezeka sana. Kwa kuwa injini inahitaji uzito mdogo wa mafuta ili kuzalisha kazi ileile ya mitambo katika mzigo thabiti, BSFC hupungua kwa kawaida.

Ufanisi kwa msingi wa nishati ulikuwaje?

Kwa sababu hiyo, watafiti pia walitathmini matumizi maalumu ya nishati ya breki (BSEC). BSEC ya E10H0 ilikuwa 10,13 MJ/kWh na ikashuka hadi 9,89 MJ/kWh katika hali ya %10 hidrojeni. Kwa uwiano wa juu zaidi wa hidrojeni, thamani ilikuwa karibu 10,12 MJ/kWh.

Ufanisi wa joto wa breki (BTE) ulibaki takriban kati ya 0,351–0,362 katika safu yote ya uendeshaji. BTE ya juu kabisa, takriban 0,362 ilipatikana kwa E10H10 na 1,2 bar; BTE ya E10H0 ilikuwa takriban 0,355.

Kwa E10H10, kuongeza shinikizo la udungaji wa hidrojeni kutoka 1,2 bar hadi 1,9 bar kulisababisha kupungua kwa BTE kwa takriban %1,6. Kwa E10H20 na E10H30, kupungua kwa mabadiliko hayo ya shinikizo kuliripotiwa kuwa takriban %0,9 na %0,6 mtawalia.

Watafiti wanaeleza hili kwa dhana kwamba katika shinikizo la juu, kiasi fulani cha hidrojeni hutolewa katika muda mfupi zaidi, hivyo muda wa kuchanganyika kwenye manifold unaweza kupungua na mchanganyiko usio sawia zaidi ukaweza kutokea. Hata hivyo, kwa kuwa usawaziko wa ndani wa mchanganyiko haukuonyeshwa moja kwa moja katika utafiti, utaratibu huu si matokeo yaliyopimwa moja kwa moja kwa majaribio bali ni maelezo yanayoungwa mkono na tabia zilizopimwa za mwako na uzalishaji.

Oksijeni kwenye gesi ya kutolea nje ilionyesha nini?

Majaribio yote ya utafiti kwa ujumla yalifanywa katika hali ya stoikiometriki. Hata hivyo, uwiano wa O₂ kwenye gesi ya kutolea nje ulionyesha tofauti katika uundaji wa mchanganyiko na matumizi ya oksijeni.

Kwa E10H0, konsentrasheni ya O₂ ya kutolea nje ilikuwa takriban %0,83, ikashuka hadi takriban %0,44 kwa E10H10 na 1,2 bar. Katika uwiano huo huo wa %10 hidrojeni, shinikizo lilipoongezwa hadi 1,9 bar, O₂ iliongezeka hadi takriban %0,52. Kwa E10H30 na shinikizo la juu, thamani ilifikia takriban %0,60.

Watafiti wanatafsiri thamani kubwa za O₂ ya kutolea nje kama kiashiria kisicho cha moja kwa moja cha mchanganyiko usio sawia zaidi ambapo maeneo ya ndani yaliyo tajiri na maskini zaidi yanaweza kujitokeza. Kwa sababu ya mipaka ya utafiti, usambazaji huu wa ndani haukupimwa moja kwa moja.

Uzalishaji wa CO ulibadilikaje?

Konsentrasheni ya CO ya E10H0 ilitolewa kuwa takriban %0,32. Katika michanganyiko ya %10 na %20 hidrojeni, CO ilikuwa juu kuliko mafuta ya msingi; ilipofikia kiwango cha %30 hidrojeni ilipungua tena.

Kadiri shinikizo la udungaji lilivyoongezeka, CO ilionyesha mwelekeo wa kuongezeka katika mafuta yote yenye hidrojeni:

• E10H10: takriban %0,43 → %0,45
• E10H20: takriban %0,38 → %0,42
• E10H30: takriban %0,24 → %0,33

Watafiti wanahusisha mwelekeo huu na kuzorota kwa usawaziko wa mchanganyiko na kupungua kwa oksidesheni kamili ya kaboni katika shinikizo la juu. Pia imesisitizwa kuwa muda wa cheche ni kigezo muhimu kwa CO.

Hidrokaboni ambazo hazijachomwa zilipungua kwa kiasi gani?

Konsentrasheni ya hidrokaboni ambazo hazijachomwa (HC), ambayo ilikuwa takriban 75 ppm kwa E10H0, ilipungua sana kadiri kiasi cha hidrojeni kilivyoongezeka:

• E10H10: takriban 51–54 ppm
• E10H20: takriban 30–34 ppm
• E10H30: takriban 19–21 ppm

Katika sehemu ya matokeo, kupungua kwa HC kwa E10H30 ikilinganishwa na E10H0 kumeripotiwa kufikia takriban hadi %73 .

Athari ya shinikizo la udungaji kwenye HC ni ndogo sana kuliko athari ya uwiano wa hidrojeni. Zaidi ya hayo, mwelekeo hubadilika kulingana na kiasi cha hidrojeni: katika %10 H₂, HC ilipungua kidogo shinikizo lilipoongezeka, lakini katika %30 H₂ iliongezeka kidogo.

Kwa nini NOx iliongezeka?

Mbadilishano mkuu wa kimazingira katika utafiti unaonekana katika uzalishaji wa NOx. NOx ilikuwa takriban 3120 ppm kwa E10H0:

• E10H10: takriban 3824–3944 ppm,
• E10H20: takriban 4060–4123 ppm,
• E10H30: takriban 4239–4438 ppm

na ikaongezeka hadi safu hizo.

Katika sehemu ya matokeo, mabadiliko haya yalifupishwa kama ongezeko la NOx la takriban %25 kwa E10H10 na takriban %40 kwa E10H30. Watafiti walihusisha ongezeko la NOx na mchakato wa utoaji wa joto ulioharakishwa na hidrojeni na joto la juu kabisa la silinda lililoongezeka kutoka 2598 K hadi 2934 K.

Hata hivyo, kadiri shinikizo la udungaji lilivyoongezeka, NOx ilipungua kidogo katika hali za %10 na %20 hidrojeni. Kupungua huku hakutafsiriwi kama “shinikizo la juu lilitoa mwako safi zaidi”. Kinyume chake, utafiti unajadili kwamba maandalizi duni zaidi ya mchanganyiko, joto la ndani la chini na matumizi dhaifu ya oksijeni katika shinikizo la juu yanaweza kuwa yamepunguza kidogo uundaji wa NOx ya joto. Katika kiwango cha %30 hidrojeni, shinikizo halikuonyesha athari dhahiri kwenye NOx.

Uzalishaji wa CO₂ ulibadilikaje?

Konsentrasheni ya CO₂ katika gesi ya kutolea nje ya E10H0 ilikuwa takriban %14,4. Kadiri uwiano wa hidrojeni ulivyoongezeka, kiwango cha jumla cha kaboni katika mafuta kilipungua na konsentrasheni ya CO₂ ikashuka.

• E10H10: takriban %21 chini kuliko E10H0
• E10H20: takriban %37 chini
• E10H30: takriban %50 chini

Kubadilisha shinikizo la udungaji kati ya 1,2–1,9 bar kulikuwa na athari ndogo kwenye CO₂ ikilinganishwa na athari ya uwiano wa hidrojeni.

Kwa nini 1,2 bar kwa ujumla ilionekana kuwa na manufaa zaidi?

Katika hali zilizochunguzwa za 2500 rpm na 0,48 MPa BMEP, kuongeza shinikizo juu ya 1,2 bar hakutoa faida dhahiri kwa utendaji wa jumla. Hasa kwa E10H10, 1,2 bar ilihusishwa na:

• BTE ya juu zaidi,
• BSEC ya chini zaidi,
• O₂ ya kutolea nje ya chini zaidi,
• mwelekeo wa CO wa chini zaidi

.

Watafiti wanafikiri shinikizo la chini huenda lilifanya injekta ibaki wazi kwa muda mrefu zaidi na kutoa muda zaidi wa hidrojeni kuchanganyika na hewa ya kuingiza.

Hata hivyo, katika baadhi ya viashiria vya mwako kwa kiwango cha %30 hidrojeni, 1,9 bar ilitoa faida ndogo. Hii inaonyesha kwamba shinikizo la juu linaweza kusaidia wakati uzito mkubwa wa hidrojeni unahitaji kutolewa ndani ya muda mdogo wa kuingiza.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Katika 2500 rpm na 0,48 MPa BMEP, uwiano wa hidrojeni kwa uzito uliamua tabia ya injini kwa nguvu zaidi kuliko shinikizo la udungaji wa hidrojeni.
• Kadiri uwiano wa hidrojeni ulivyoongezeka, ucheleweshaji wa kuwaka ulipungua kwa kiasi kikubwa.
• Kadiri uwiano wa hidrojeni ulivyoongezeka, kiwango cha juu kabisa cha kuongezeka kwa shinikizo na kiwango cha utoaji wa joto viliongezeka.
• Joto la juu kabisa la silinda lililokokotolewa liliongezeka kutoka 2598 K kwa E10H0 hadi 2934 K kwa E10H30.
• BSFC ilipungua kwa kiasi kikubwa kadiri uwiano wa hidrojeni ulivyoongezeka, lakini BTE ilibaki katika safu ya takriban 0,351–0,362.
• Kwa E10H30, HC ilipungua hadi takriban %73 na konsentrasheni ya CO₂ hadi takriban %50.
• Kadiri uwiano wa hidrojeni ulivyoongezeka, NOx iliongezeka; kwa E10H30 ongezeko lilifikia takriban %40.
• Katika hali zilizochunguzwa, hasa katika kiwango cha %10 hidrojeni, shinikizo la udungaji wa hidrojeni la 1,2 bar kwa ujumla lilionekana kuwa na manufaa zaidi.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono au haukuyajaribu

• Haijaonyeshwa kuwa 1,2 bar ndiyo shinikizo bora la udungaji kwa injini zote za petroli zinazosaidiwa na hidrojeni.
• Matokeo hayajathibitishwa katika kasi kubwa ya injini au hali za mzigo mkubwa.
• Usawaziko wa ndani wa mchanganyiko wa hidrojeni-hewa-petroli katika manifold au silinda haukupimwa moja kwa moja.
• Uundaji wa mchanganyiko haukuthibitishwa kwa upigaji picha wa macho au CFD.
• Uimara wa muda mrefu wa injini haukutathminiwa.
• Utendaji halisi wa uzalishaji wa gari baada ya kichocheo haukuchunguzwa; sampuli ya gesi ya kutolea nje ilichukuliwa kabla ya catalytic converter.
• Kupungua kwa CO₂ katika utafiti huu hakuonyeshi kwamba uzalishaji wa gesi chafuzi wa mzunguko wa maisha wa gari au mnyororo wa uzalishaji wa hidrojeni utapungua kwa uwiano huo huo.
• Utafiti haujatathmini kwa ukamilifu uzalishaji wa hidrojeni, uhifadhi wake au usalama wa mfumo kwenye gari.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Vipengele vya kiufundi vya mpangilio wa jaribio

Benchi la majaribio la injini katika utafiti linajumuisha injini, dynamometer, njia za usambazaji wa hidrojeni na petroli, kipimo cha shinikizo la silinda, kipimo cha mtiririko wa hewa, ECU na mifumo ya uchambuzi wa gesi ya kutolea nje.

Masafa ya vipimo ya kichanganuzi cha gesi ya kutolea nje

Viashiria vya mwako

Mabadiliko makubwa zaidi katika viashiria vya mwako yalitokana na uwiano wa hidrojeni. Kutoka E10H0 hadi E10H30, ucheleweshaji wa kuwaka ulipungua kutoka 6,7 CAD hadi takriban 2 CAD, huku tofauti kati ya 1,2 na 1,9 bar katika uwiano uleule wa hidrojeni ikiwa takriban 0,3 CAD pekee.

Tafsiri ya pamoja ya viashiria vya nishati

Ingawa kupungua kwa BSFC kadiri kiasi cha hidrojeni kinavyoongezeka ni matokeo muhimu, utafiti unaonyesha hasa kwamba ufanisi wa nishati haupaswi kutathminiwa kwa BSFC pekee. Kadiri uwiano wa hidrojeni unavyoongezeka, thamani ya chini ya joto pia huongezeka.

Kubaki kwa BTE katika safu ya takriban 0,351–0,362 katika majaribio yote kunaonyesha kuwa kupungua kwa kiasi kikubwa kwa matumizi ya mafuta kwa uzito hakumaanishi moja kwa moja ongezeko la ufanisi wa joto kwa kiwango hicho hicho.

Mbadilishano wa uzalishaji

Kuongeza hidrojeni kulipunguza baadhi ya uzalishaji wenye kaboni huku kukiongeza NOx. Kwa hiyo, utafiti hauonyeshi hitimisho la upande mmoja la “mafuta safi zaidi”, bali unaonyesha wazi mabadilishano ya kihandisi kati ya aina tofauti za uzalishaji.

Uwezo wa kurudia majaribio

Katika kila pointi ya uendeshaji, shinikizo la silinda la mizunguko 100 mfululizo lilirekodiwa na trace ya wastani ikakokotolewa. Majaribio ya hali thabiti yalirudiwa angalau mara tano. Thamani za COV kubaki chini ya %2 katika michanganyiko yote ya mafuta na shinikizo la udungaji zilichukuliwa na watafiti kuwa ishara ya mwako thabiti na unaoweza kurudiwa.

Vikwazo vikuu vya utafiti

Usawaziko wa ndani wa mchanganyiko wa hidrojeni-hewa-petroli haukupimwa moja kwa moja. Tathmini za watafiti kuhusu usawaziko wa mchanganyiko zinategemea viashiria visivyo vya moja kwa moja kama tabia ya udungaji, mikondo ya shinikizo, kiwango cha utoaji wa joto, MBF, BTE na mielekeo ya O₂, CO, HC na NOx kwenye gesi ya kutolea nje.

Kama kazi ya baadaye, imepangwa kuunganisha majaribio ya injini na computational fluid dynamics (CFD) na kuchunguza kwa kiasi usambazaji wa ndani wa hidrojeni.

Aidha, ni pointi moja tu ya uendeshaji ya 2500 rpm na 0,48 MPa BMEP iliyojaribiwa kwa kina. Kwa kuwa katika kasi na mizigo ya juu zaidi uzito mkubwa wa hidrojeni unaweza kuhitaji kutolewa katika muda mfupi zaidi, utafiti wa sasa hauonyeshi kama faida ya 1,2 bar itaendelea.

Mambo ya kuzingatia ya uhariri/nambari ndani ya chanzo

Kauli ya 1,5 bar: Shinikizo za hidrojeni zilizotumika katika mbinu zimeainishwa kuwa 1,2; 1,4; 1,6 na 1,9 bar. Hata hivyo, katika mjadala wa joto kwa E10H10 kuna kauli ya mabadiliko “kutoka 1,5 bar hadi 1,9 bar”. Kwa kuwa 1,5 bar haikufafanuliwa kama pointi ya jaribio, nambari haikusahihishwa na imehifadhiwa kama utata wa ndani wa chanzo.

Uteuzi wa E10H0: Ingawa mbinu inafafanua E10H0 kuwa petroli yenye %10 ethanoli, baadhi ya maelezo ya vielelezo na sehemu ya muhtasari hueleza ulinganisho kama “pure petrol/gasoline”. Ufafanuzi wazi wa kiufundi wa kundi la jaribio umehifadhiwa kama E10H0.

Kigezo cha udhibiti wa injekta: Katika Jedwali 2, vigezo vya udhibiti wa injekta ya hidrojeni vilivyotolewa kwa ECU huongezeka pamoja na shinikizo katika baadhi ya hali. Sehemu ya mjadala, kwa upande mwingine, inasema kwamba shinikizo la juu hutoa kiasi fulani cha hidrojeni katika muda mfupi wa udungaji. Chanzo hakielezi kwa kina uhusiano wa ubadilishaji kati ya thamani za jedwali na muda halisi wa injekta kubaki wazi; kwa hiyo taarifa hizi mbili hazijapatanishwa kimyakimya.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la awali la utafiti: Hydrogen Injection Pressure as a Control Parameter for Combustion, Efficiency, and Emissions in a Spark-Ignition Engine

Waandishi: Saugirdas Pukalskas, Alfredas Rimkus, Gabrielius Mejeras, Donatas Kriaučiūnas, Saulius Stravinskas, Tadas Vipartas, Andrius Ušinskas.

Mpangilio wa waandishi: Mpangilio wa chanzo umehifadhiwa bila kubadilishwa.

Mwandishi wa mawasiliano: Saugirdas Pukalskas.

Mchango sawa/mwandishi wa kwanza sawa: Hakuna tamko la aina hiyo katika chanzo.

Taasisi: Department of Automobile Engineering, Faculty of Transport Engineering, Vilnius Gediminas Technical University, Vilnius, Lithuania; Department of Transport Engineering, Faculty of Technics, Vilniaus Kolegija/Higher Education Institution, Vilnius, Lithuania.

Jarida: Machines.

Mchapishaji: MDPI.

Rekodi ya bibliografia: Machines 2026, 14(6), 661.

DOI: 10.3390/machines14060661.

Kiungo rasmi cha chapisho:https://doi.org/10.3390/machines14060661

Tarehe ya kuchapishwa: 7 Juni 2026.

Aina ya chanzo na hali ya uhakiki: Ni makala asilia ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Utafiti ulifadhiliwa ndani ya mradi wa “Mission-driven Implementation of Science and Innovation Programmes” (No. 02-002-P-0001) na mpango wa “New Generation Lithuania” Economic Revitalization and Resilience Enhancement Plan.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kuwa data zilizowasilishwa katika utafiti zinaweza kupatikana kutoka kwa mwandishi wa mawasiliano kwa ombi.

Shukrani: Sehemu ya matokeo ya utafiti ilitathminiwa kwa kutumia programu ya uigaji wa injini za mwako wa ndani AVL BOOST™ iliyopatikana ndani ya makubaliano ya ushirikiano kati ya AVL Advanced Simulation Technologies na Vilnius Gediminas Technical University Faculty of Transport Engineering.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kuwa hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Saugirdas Pukalskas na Alfredas Rimkus walihusika katika uundaji wa dhana; Donatas Kriaučiūnas na Saulius Stravinskas katika mbinu; Alfredas Rimkus na Andrius Ušinskas katika programu; Alfredas Rimkus, Andrius Ušinskas na Tadas Vipartas katika uthibitishaji; Saugirdas Pukalskas katika uchambuzi rasmi; Saugirdas Pukalskas, Gabrielius Mejeras, Donatas Kriaučiūnas na Saulius Stravinskas katika utafiti. Michango katika rasilimali, uandaaji wa data, rasimu ya kwanza, ukaguzi/uhariri, taswira, usimamizi, usimamizi wa mradi na ufadhili pia imeelezwa kwa kina katika chanzo.

Mbinu ya majaribio, vigezo vya injini na vifaa, muundo wa mafuta, viashiria vya mwako, matokeo ya nishati, thamani za uzalishaji, tafsiri na vikwazo katika makala hii ya Verianla vinategemea utafiti wa chanzo uliochunguzwa. Mbali na kuthibitisha utambulisho wa bibliografia, hakuna jaribio au matokeo mapya ya kisayansi yaliyoongezwa kutoka vyanzo vya nje.

Kikomo kikuu cha mbinu: Matokeo yalipatikana kwenye injini ya Nissan HR16DE kwa 2500 rpm, 0,48 MPa BMEP na hali ya stoikiometriki. Usawaziko wa ndani wa mchanganyiko haukupimwa moja kwa moja; tafsiri kuhusu suala hilo zilitokana na viashiria vya mwako na uzalishaji. Shinikizo bora la udungaji wa hidrojeni kwa kasi ya juu zaidi, mzigo wa juu zaidi au jiometri tofauti za injini halikuamuliwa na utafiti huu.

Dokezo la ndani ya chanzo: Ingawa pointi za majaribio za 1,2; 1,4; 1,6 na 1,9 bar zimeripotiwa katika mbinu, kauli ya 1,5 bar inaonekana katika sehemu ya mjadala wa joto. Aidha, E10H0 imefafanuliwa katika sehemu ya mbinu kuwa petroli yenye %10 ethanoli, lakini baadhi ya maelezo ya vielelezo hutumia kauli “pure petrol”. Tofauti hizi zimetambuliwa kama zilivyo katika chanzo na hazijabadilishwa kimyakimya.