Ин таҳқиқот ба таври таҷрибавӣ меомӯзад, ки дар муҳаррики чорсилиндраи шарораафрӯз, ки бо бензин-ҳидроген кор мекунад, на танҳо миқдори ҳидроген, балки фишоре, ки бо он ҳидроген ба коллектори қабул тазриқ мешавад, оё сӯзиш, масрафи энергия ва партовҳои гази ихроҷро тағйир медиҳад ё не. Муҳаррики Nissan HR16DE дар 2500 rpm ва фишори миёнаи самараноки тормозии 0,48 MPa дар шароити стехиометрӣ кор карда шуда; ба сӯзишвории асосии E10H0 аз рӯи масса %10, %20 ва %30 ҳидроген илова гардида, ҳидроген дар фишорҳои 1,2; 1,4; 1,6 ва 1,9 bar тазриқ шудааст. Натиҷаҳо нишон доданд, ки тағйирёбандаи бартарие, ки рафтори муҳаррикро муайян мекунад, бештар ҳиссаи массаи ҳидроген аст, на фишори тазриқ. Бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген таъхири оташгирӣ кӯтоҳ, шиддати озодшавии гармӣ ва ҳарорати силиндр баланд, масрафи хоси сӯзишворӣ аз рӯи масса кам шуд; дар ҳоле ки партовҳои HC ва CO₂ коҳиш ёфтанд, NOx афзуд. Дар шароити суръат ва бори миёнаи омӯхташуда 1,2 bar умуман бартаритар ба назар расид, аммо ин натиҷаро набояд мустақиман ба суръат ва борҳои баландтар умумӣ кард.
Фарқи муҳими таҳқиқот дар он аст, ки таъсири «ҳидрогени бештар» аз таъсири «фишори баландтари тазриқи ҳидроген» ҷудо карда мешавад. Тағйир додани ҳиссаи массаи ҳидроген таркиби химиявии сӯзишворӣ, арзиши поёнии гармидиҳӣ ва кинетикаи сӯзишро ба таври назаррас тағйир медиҳад, дар ҳоле ки фишори тазриқ дар доираи 1,2–1,9 bar асосан ҳамчун тағйирёбандаи дуюмдараҷаи калибронӣ амал мекунад, ки тарзи ворид ва омехта шудани ҳидрогенро дар коллектор таъсир медиҳад.
Бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген ҳарорати максималии ҳисобшуда дар силиндр аз 2598 K барои E10H0 ба 2758 K барои E10H10 ва ба 2934 K барои E10H30 баланд шудааст. Ҳамзамон таъхири оташгирӣ аз 6,7 дараҷаи кунҷи кранк дар E10H0 то тақрибан 2,0–2,3 дараҷа дар E10H30 кӯтоҳ шудааст. Аз сабаби сӯзиши тезтар, муҳаққиқон бо зиёд шудани ҳидроген вақти шарораро дертар танзим карданд, то фишори максималии силиндр тақрибан 14–15 дараҷаи кунҷи кранк пас аз нуқтаи болоии мурда ба вуҷуд ояд.
Масрафи хоси тормозии сӯзишворӣ аз рӯи масса дар E10H0 тақрибан 242 g/kWh буд, дар E10H10 ба 199–204 g/kWh, дар E10H20 ба 176–179 g/kWh ва дар E10H30 ба тақрибан 155–158 g/kWh коҳиш ёфт. Аммо ин коҳиш худ аз худ маънои афзоиши самаранокии гармиро дар ҳамин миқёс надорад. Азбаски арзиши поёнии гармидиҳии омехтаҳои ҳидрогендор зиёд мешавад, дар арзёбии энергетикӣ самаранокии гармии тормозӣ дар ҳамаи санҷишҳо дар доираи танги тақрибан 0,351–0,362 боқӣ монд.
Аз назари Туркия, таҳқиқот барои корҳои таҷрибавие, ки илова кардани ҳидрогенро ба муҳаррикҳои мавҷудаи бензинӣ тавассути коллектори қабул меомӯзанд, намунаи муфассали калибронӣ ва ченкуниро пешниҳод мекунад. Бо вуҷуди ин, аз арзиши 1,2 bar набояд чунин хулоса бароварда шавад, ки он дар муҳаррикҳои гуногун «фишори идеалии ҳидроген» аст. Ҳангоми тағйир ёфтани геометрияи муҳаррик, бор, суръат, иқтидори инжектор, ҳиссаи ҳидроген, вақти тазриқ ва пешравии шарора фишори оптималӣ бояд аз нав ба таври таҷрибавӣ муайян карда шавад.
Саволи асосии таҳқиқот чист?
Илова кардани ҳидроген ба муҳаррикҳои бензинии шарораафрӯз метавонад суръати сӯзиш ва хусусиятҳои химиявии сӯзишвориро тағйир диҳад. Аммо саволи маҳдудтаре, ки муҳаққиқон дар ин ҷо ба он тамаркуз мекунанд, чунин аст: Ҳангоми ба муҳаррик додани як ҳиссаи якхелаи ҳидроген, оё тағйир додани фишори тазриқи коллектор аз 1,2 то 1,9 bar ба рафтори муҳаррик таъсири ченшавандаи идоракунӣ ба вуҷуд меорад?
Нуқтаи оғози таҳқиқот мушоҳидаи он буд, ки дар санҷишҳои аввалини тазриқи коллекторӣ тағйироти хурди фишори тазриқ, махсусан дар партовҳо, тағйироти ғайричашмдошт ба вуҷуд оварданд. Муҳаққиқон арзёбӣ карданд, ки таъминоти ҳидрогени пастфишор метавонад як параметри иловагии калибронии муҳаррик бошад, ки давомнокии тазриқ, омодасозии омехтаи ҳаво-ҳидроген ва вақти мавҷудаи омехташавиро пеш аз баста шудани клапани қабул тағйир медиҳад.
Таҷриба дар кадом муҳаррик гузаронида шуд?
Дар таҷрибаҳо муҳаррики чорсилиндраи қаторӣ ва шарораафрӯзи Nissan HR16DE бо ҳаҷми 1,598 dm³ истифода шуд. Диаметри силиндр 78,0 mm, гардиши поршен 86,6 mm ва таносуби фишурдашавӣ 10,7 аст. Дар манбаъ қувваи максималии муҳаррик 84 kW дар 6000 rpm ва моменти максималӣ 156 Nm дар 4400 rpm нишон дода шудааст.
| Параметри муҳаррик | Қимат |
|---|---|
| Муҳаррик | Nissan HR16DE |
| Тарҳбандии силиндрҳо | 4 силиндри қаторӣ |
| Ҳаҷми муҳаррик | 1,598 dm³ |
| Диаметри силиндр | 78,0 mm |
| Гардиши поршен | 86,6 mm |
| Таносуби фишурдашавӣ | 10,7 |
| Қувваи максималӣ | 84 kW @ 6000 rpm |
| Моменти максималӣ | 156 Nm @ 4400 rpm |
Ҳидроген ба муҳаррик чӣ гуна дода шуд?
Ҳидроген тавассути инжектори алоҳидае, ки ба коллектори қабули муҳаррик илова шудааст, дода шуд. Ҳидроген аз баллонҳои фишори 200 bar гирифта шуда; бо танзимгари фишори баланд аввал ба 5 bar ва баъд бо танзимгари фишори паст ба яке аз фишорҳои санҷишӣ коҳиш дода шуд.
Дар таҳқиқот чор фишори тазриқи коллекторӣ истифода шуд:
- 1,2 bar
- 1,4 bar
- 1,6 bar
- 1,9 bar
Ҳам бензин ва ҳам ҳидроген ба таври пурра пайдарпай тазриқ шуданд ва вақти тазриқ дар ҳамаи таҷрибаҳо нисбат ба нуқтаи болоии мурда 320 дараҷаи кунҷи кранк пеш доимӣ нигоҳ дошта шуд.
Ба ҷои ECU-и заводии муҳаррик MoTeC M800-и барномарезишаванда истифода шуд. Ин система ба муҳаққиқон имкон дод вақти шарора ва идоракунии тазриқи бензин/ҳидрогенро алоҳида танзим кунанд.
Кадом омехтаҳои сӯзишворӣ истифода шуданд?
Сӯзишвории асосӣ E10H0 номгузорӣ шуда, дар бахши усул ҳамчун бензини дорои %10 этанол таъриф шудааст. Ба он мутаносибан аз рӯи масса %10, %20 ва %30 ҳидроген илова карда шуда, гурӯҳҳои санҷишии E10H10, E10H20 ва E10H30 ташкил шуданд.
| Сӯзишворӣ | Ҳиссаи массаи H₂ (%) | Ҷузъи бензин (%) | Арзиши поёнии гармидиҳӣ (MJ/kg) | A/F-и стехиометрӣ | Вақти шарора (CAD BTDC) |
|---|---|---|---|---|---|
| E10H0 | 0 | 100 | 41,87 | 14,20 | 24 |
| E10H10 | 10 | 90 | 49,69 | 16,26 | 16 |
| E10H20 | 20 | 80 | 57,50 | 18,32 | 12 |
| E10H30 | 30 | 70 | 65,32 | 20,37 | 10 |
Бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген шарора дертар дода шуд. Ҳадаф нигоҳ доштани фишори максималии силиндр тақрибан 14–15 дараҷаи кунҷи кранк пас аз нуқтаи болоии мурда дар сӯзишвориҳои гуногун ва пешгирии сӯзиши номунтазами монанд ба детонатсия буд, ки дар танзимҳои ибтидоӣ мушоҳида шудааст.
Шароити таҷриба чӣ гуна доимӣ нигоҳ дошта шуд?
- Суръати муҳаррик: 2500 rpm
- Фишори миёнаи самараноки тормозӣ: 0,48 MPa
- Таносуби ҳаво-сӯзишворӣ: стехиометрӣ, λ = 1
- Фишори тазриқи ҳидроген: 1,2–1,9 bar
- Ҳиссаҳои ҳидроген: аз рӯи масса %10, %20 ва %30
- Таҳлили фишори силиндр: дар ҳар шароит 100 даври пайдарпай
- Такрори таҷриба: ҳадди ақал 5 такрор
Дар танзимҳои ибтидоӣ дар баъзе комбинатсияҳои ҳиссаи ҳидроген ва вақти шарора сӯзиши монанд ба детонатсия мушоҳида шуд, ки бо садои ғайримуқаррарии муҳаррик ва бетартибиҳои тез дар изи фишори силиндр тавсиф мешуд. Ин нуқтаҳои санҷишӣ қатъ карда шуданд, шарора дертар гузошта шуд ё ҳиссаи ҳидроген кам карда шуд ва ба таҳлили ниҳоӣ танҳо нуқтаҳои кори устувор дохил шуданд.
Фишори силиндр чӣ гуна чен карда шуд?
Фишори дохили силиндр бо сенсори фишори AVL ZI31_Y7S, ки ба шамъ ҳамгиро шудааст, чен карда шуд. Диапазони кори сенсор 0–200 bar ва ҳассосияти он 12 pC/bar нишон дода шудааст. Сигнал бо системаи AVL DiTEST DPM 800 тақвият дода шуда, бо LabVIEW Real-Time сабт шудааст.
Дар ҳар шароити санҷиш изи миёнаи фишори 100 даври пайдарпайи муҳаррик ҳисоб шуд. Барои арзёбии тағйирот аз давр ба давр COV низ ҳисоб карда шуда, дар ҳамаи нуқтаҳои санҷиш аз %2 кам буд. Ин нишон медиҳад, ки сӯзиш дар нуқтаҳои кори омӯхташуда устувор буд.
Миқдори ҳидроген ба фишори силиндр чӣ гуна таъсир кард?
Каҷҳои фишори силиндр барои сӯзишвориҳои дорои ҳидроген умуман нисбат ба E10H0 фишорҳои қуллаи баландтар нишон доданд. Азбаски афзоиши ҳиссаи ҳидроген реактивияти сӯзиш ва пешрафти алангаро тезонд, сарфи назар аз дертар шудани тадриҷии вақти шарора, сӯзиш шадидтар гардид.
Дар дохили як ҳиссаи якхелаи ҳидроген таъсири фишори тазриқ хеле хурдтар буд. Дар шароити %10 H₂, вақте фишор аз 1,4 bar ба 1,2 bar паст карда шуд, фишори максималии силиндр тақрибан 0,4 bar зиёд шуд. Дар %20 H₂ таъсири тағйири фишор байни 1,2–1,9 bar ба каҷи фишор ба сатҳи қариб ночиз расид. Дар %30 H₂ бошад, баланд кардани фишор аз 1,2 bar ба 1,9 bar фишори максималиро тақрибан 0,2 bar зиёд кард.
Ин натиҷаҳои самтҳои гуногун нишон медиҳанд, ки фишори тазриқро ба танҳоӣ ҳамчун «ҳар қадар баланд бошад, ҳамон қадар беҳтар» тафсир кардан мумкин нест. Ба назари муҳаққиқон, дар ҳиссаи пасти ҳидроген вақти дарозтари тазриқ ва омехташавӣ метавонад 1,2 bar-ро бартарӣ диҳад; ҳангоми додани миқдори бештари ҳидроген бошад, фишори баланд метавонад интиқоли сӯзишвориро дар дохили такти қабул осон кунад.
Сӯзиш то чӣ андоза тез шуд?
Таъхири оташгирии E10H0 6,7 CAD ҳисоб шудааст. Дар E10H10 ин қимат барои 1,2 bar ба 3,7 CAD ва барои 1,9 bar ба 4,0 CAD; дар E10H30 бошад, мутаносибан ба 2,3 ва 2,0 CAD паст шуд.
Дар омехтаҳои ҳидрогендор суръати максималии афзоиши фишори силиндр низ баланд шуд. Дар E10H0 суръати максималии афзоиши фишор тақрибан 1,18 bar/CAD буд, дар E10H10 тақрибан 1,30 bar/CAD ва дар E10H30 тақрибан 1,36 bar/CAD расид.
Дар бахши натиҷаҳо ин тағйирот барои E10H10 ҳамчун тақрибан %10 афзоиши суръати максималии фишор, барои E10H30 тақрибан %17 афзоиш; ва барои суръати максималии озодшавии гармӣ мутаносибан тақрибан %20 ва %42 афзоиш ҷамъбаст шудааст.
Verianla Live: Вақтбандии сӯзиш дар фишори ҳидрогени 1,2 ва 1,9 bar
Ҷадвал нишондиҳандаҳои дақиқи сӯзишро, ки дар Ҷадвали 5-и таҳқиқот дода шудаанд, муқоиса мекунад. Қиматҳо нишон медиҳанд, ки дар як ҳиссаи ҳидроген таъсири фишори тазриқ нисбат ба тағйири ҳиссаи ҳидроген маҳдудтар аст.
| Сӯзишворӣ ва фишор | Таъхири оташгирӣ ID (CAD) | MBF50 (CAD) | MBF90 (CAD) | COVIMEP (%) | Манбаъ |
|---|---|---|---|---|---|
| E10H0 | 6,7 | 7,7 | 17,8 | 1,49 | Ҷадвали 5 |
| E10H10 — 1,2 bar | 3,7 | 7,4 | 15,6 | 1,49 | Ҷадвали 5 |
| E10H10 — 1,9 bar | 4,0 | 7,8 | 16,0 | 1,36 | Ҷадвали 5 |
| E10H30 — 1,2 bar | 2,3 | 8,9 | 15,7 | 1,34 | Ҷадвали 5 |
| E10H30 — 1,9 bar | 2,0 | 8,5 | 15,3 | 1,44 | Ҷадвали 5 |
Verianla Live: Намоиш аз ҷадвали намоёни маълумоти илмии боло сохта мешавад. Ҷадвал ҳамчун source-of-truth-и илмӣ нигоҳ дошта мешавад.
Чаро ҳарорати силиндр муҳим аст?
Бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген ҳарорати максималии ҳисобшудаи силиндр ба таври назаррас баланд шуд. Гарчанде вақти шарора барои омехтаҳои гуногун танзим шуда буд, дар ҳамаи се гурӯҳи сӯзишворӣ ҳарорати максималӣ тақрибан дар 20 CAD ATDC ба вуҷуд омад.
Ҳарорати максималӣ аз 2598 K дар E10H0 ба 2758 K дар E10H10 ва 2934 K дар E10H30 боло рафт. Ин афзоиши ҳарорат бо механизми асосии сӯзиш, ки афзоиши NOx-и мушоҳидашударо шарҳ медиҳад, алоқаманд карда шудааст.
Таъсири фишори тазриқ ба ҳарорат хурд буд. Аммо дар матни манбаъ ҳангоми муқоисаи ҳарорат барои E10H10 ибораи «аз 1,5 bar то 1,9 bar» истифода шудааст. Азбаски дар усул нуқтаи санҷишии 1,5 bar муайян нашудааст, ин рақам бо фишори дигар иваз карда нашудааст.
Коҳиши %36-и масрафи сӯзишворӣ чӣ маъно дорад?
Масрафи хоси тормозии сӯзишворӣ (BSFC) массаи сӯзишвориро ифода мекунад, ки барои ҳар воҳиди энергияи механикии истеҳсолкардаи муҳаррик сарф мешавад. Дар таҳқиқот BSFC барои E10H0 тақрибан 242 g/kWh аст.
| Сӯзишворӣ | BSFC (g/kWh) | Арзиши поёнии гармидиҳӣ (MJ/kg) |
|---|---|---|
| E10H0 | ≈242 | 41,87 |
| E10H10 | 199–204 | 49,69 |
| E10H20 | 176–179 | 57,50 |
| E10H30 | ≈155–158 | 65,32 |
Бо афзоиши ҳиссаи ҳидроген паст шудани BSFC то тақрибан %36 набояд чунин маънидод шавад, ки самаранокии гармии муҳаррик низ дар ҳамон миқёс боло рафтааст. Арзиши поёнии гармидиҳии омехтаҳои дорои ҳидроген барои ҳар килограмм низ хеле зиёд мешавад. Азбаски муҳаррик дар бори доимӣ барои иҷрои ҳамон кори механикӣ ба массаи камтари сӯзишворӣ ниёз дорад, BSFC табиатан коҳиш меёбад.
Самаранокӣ аз рӯи энергия чӣ гуна буд?
Аз ин сабаб муҳаққиқон масрафи хоси тормозии энергияро (BSEC) низ арзёбӣ карданд. Барои E10H0 BSEC 10,13 MJ/kWh буд, дар шароити %10 ҳидроген ба 9,89 MJ/kWh паст шуд. Дар ҳиссаҳои баландтари ҳидроген қимат тақрибан 10,12 MJ/kWh буд.
Самаранокии гармии тормозӣ (BTE) дар тамоми доираи кор тақрибан 0,351–0,362 боқӣ монд. Баландтарин BTE тақрибан 0,362 бо E10H10 ва 1,2 bar ба даст омад; BTE барои E10H0 тақрибан 0,355 аст.
Дар E10H10 ҳангоми баланд шудани фишори тазриқи ҳидроген аз 1,2 bar ба 1,9 bar коҳиши BTE тақрибан ба %1,6 расид. Барои E10H20 ва E10H30 коҳишҳо дар ҳамин тағйири фишор мутаносибан тақрибан %0,9 ва %0,6 гузориш шудаанд.
Муҳаққиқон инро бо фарзия шарҳ медиҳанд, ки дар фишори баланд миқдори муайяни ҳидроген дар вақти кӯтоҳтар дода мешавад, аз ин рӯ вақти омехташавӣ дар коллектор кам шуда, омехта камтар якхела гардад. Аммо азбаски якхелагии маҳаллии омехта дар таҳқиқот мустақиман тасвир нашудааст, ин механизм натиҷаи бевосита ченшудаи таҷрибавӣ нест, балки тавзеҳест, ки бо рафтори ченшудаи сӯзиш ва партовҳо дастгирӣ мешавад.
Оксиген дар гази ихроҷ чӣ нишон дод?
Ҳамаи санҷишҳои таҳқиқот умуман дар шароити стехиометрӣ гузаронида шуданд. Бо вуҷуди ин, ҳиссаи O₂ дар гази ихроҷ фарқиятҳои ташаккули омехта ва истифодаи оксигенро нишон дод.
Дар E10H0 консентратсияи O₂-и ихроҷ тақрибан %0,83 буд, дар E10H10 ва 1,2 bar ба тақрибан %0,44 паст шуд. Дар ҳамон ҳиссаи %10 ҳидроген, ҳангоми зиёд кардани фишор то 1,9 bar O₂ тақрибан ба %0,52 баланд шуд. Дар E10H30 ва фишори баланд қимат тақрибан ба %0,60 расид.
Муҳаққиқон қиматҳои баланди O₂-и ихроҷро ҳамчун нишондиҳандаи ғайримустақими ташаккули омехтаи камтар якхела маънидод мекунанд, ки дар он минтақаҳои маҳаллӣ бойтар ва камбағалтар пайдо шуда метавонанд. Аз сабаби маҳдудиятҳои таҳқиқот ин тақсимоти маҳаллӣ мустақиман чен нашудааст.
Партови CO чӣ гуна тағйир ёфт?
Консентратсияи CO-и E10H0 тақрибан %0,32 дода шудааст. Дар омехтаҳои %10 ва %20 ҳидроген CO аз сӯзишвории ибтидоӣ баландтар буд; ҳангоми гузаштан ба сатҳи %30 ҳидроген боз паст шуд.
Бо баланд шудани фишори тазриқ дар ҳамаи сӯзишвориҳои ҳидрогендор тамоюли афзоиши CO дида шуд:
- E10H10: тақрибан %0,43 → %0,45
- E10H20: тақрибан %0,38 → %0,42
- E10H30: тақрибан %0,24 → %0,33
Муҳаққиқон ин тамоюлро бо бад шудани якхелагии омехта ва кам шудани оксидшавии пурраи карбон дар фишори баланд алоқаманд мекунанд. Таъкид шудааст, ки вақти шарора низ барои CO тағйирёбандаи муҳим аст.
Карбогидридҳои насӯхта чӣ қадар кам шуданд?
Консентратсияи карбогидридҳои насӯхта (HC), ки барои E10H0 тақрибан 75 ppm буд, бо зиёд шудани миқдори ҳидроген ба таври қавӣ коҳиш ёфт:
- E10H10: тақрибан 51–54 ppm
- E10H20: тақрибан 30–34 ppm
- E10H30: тақрибан 19–21 ppm
Дар бахши натиҷаҳо гуфта шудааст, ки коҳиши HC дар E10H30 нисбат ба E10H0 тақрибан то %73 расидааст.
Таъсири фишори тазриқ ба HC нисбат ба таъсири ҳиссаи ҳидроген хеле хурд аст. Илова бар ин, самти тамоюл вобаста ба миқдори ҳидроген тағйир меёбад: дар %10 H₂ бо зиёд шудани фишор HC андаке кам шуд, дар %30 H₂ бошад андаке афзуд.
Чаро NOx зиёд шуд?
Мубодилаи асосии экологӣ дар таҳқиқот дар партовҳои NOx дида мешавад. NOx, ки дар E10H0 тақрибан 3120 ppm буд:
- Дар E10H10 тақрибан 3824–3944 ppm,
- дар E10H20 тақрибан 4060–4123 ppm,
- дар E10H30 тақрибан 4239–4438 ppm
ба ин диапазонҳо баланд шуд.
Дар бахши натиҷаҳо ин тағйирот барои E10H10 ҳамчун тақрибан %25 ва барои E10H30 ҳамчун тақрибан %40 афзоиши NOx ҷамъбаст шудааст. Муҳаққиқон афзоиши NOx-ро бо раванди озодшавии гармӣ, ки ҳидроген тезондааст, ва ҳарорати максималии силиндр, ки аз 2598 K то 2934 K боло рафтааст, алоқаманд карданд.
Бо вуҷуди ин, ҳангоми баланд шудани фишори тазриқ дар шароити %10 ва %20 ҳидроген NOx андаке кам шуд. Ин коҳиш ҳамчун «фишори баландтар сӯзиши тозатарро таъмин кард» маънидод намешавад. Баръакс, таҳқиқот муҳокима мекунад, ки дар фишори баланд омодасозии бадтари омехта, ҳарорати маҳаллии пасттар ва истифодаи заифтари оксиген метавонанд ташаккули NOx-и гармиро андаке кам кунанд. Дар сатҳи %30 ҳидроген таъсири назарраси фишор ба NOx мушоҳида нашуд.
Партови CO₂ чӣ қадар тағйир ёфт?
Дар гази ихроҷи E10H0 консентратсияи CO₂ тақрибан %14,4 аст. Бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген миқдори умумии карбони сӯзишворӣ коҳиш ёфта, консентратсияи CO₂ паст шуд.
- E10H10: нисбат ба E10H0 тақрибан %21 пасттар
- E10H20: тақрибан %37 пасттар
- E10H30: тақрибан %50 пасттар
Тағйир додани фишори тазриқ дар доираи 1,2–1,9 bar ба CO₂ нисбат ба таъсири ҳиссаи ҳидроген таъсири хурдтар дошт.
Чаро 1,2 bar умуман бартаритар дониста шуд?
Дар шароити омӯхташудаи 2500 rpm ва 0,48 MPa BMEP баланд кардани фишор аз 1,2 bar ба боло ба кори умумӣ бартарии назаррас надод. Хусусан дар E10H10, 1,2 bar бо:
- BTE-и баландтар,
- BSEC-и пасттар,
- O₂-и ихроҷи пасттар,
- тамоюли пасттари CO
алоқаманд буд.
Муҳаққиқон гумон мекунанд, ки фишори паст метавонад боиси муддати дарозтар кушода мондани инжектор ва вақти бештари омехта шудани ҳидроген бо ҳавои қабул шавад.
Аммо дар баъзе нишондиҳандаҳои сӯзиш дар сатҳи %30 ҳидроген, 1,9 bar бартарии ночиз нишон дод. Ин ишора мекунад, ки барои интиқоли массаи бештари ҳидроген дар вақти маҳдуди қабул фишори баландтар метавонад муфид бошад.
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад
- Дар 2500 rpm ва 0,48 MPa BMEP рафтори муҳаррикро ҳиссаи массаи ҳидроген нисбат ба фишори тазриқи ҳидроген қавитар муайян кардааст.
- Бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген таъхири оташгирӣ ба таври назаррас кӯтоҳ шуд.
- Бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген суръати максималии афзоиши фишор ва суръати озодшавии гармӣ зиёд шуд.
- Ҳарорати максималии ҳисобшудаи силиндр аз 2598 K дар E10H0 ба 2934 K дар E10H30 баланд шуд.
- BSFC бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген ба таври назаррас коҳиш ёфт, аммо BTE дар доираи тақрибан 0,351–0,362 боқӣ монд.
- Дар E10H30 HC то тақрибан %73 ва консентратсияи CO₂ то тақрибан %50 кам шуд.
- Бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген NOx афзуд; барои E10H30 афзоиш тақрибан ба %40 расид.
- Дар шароити кори омӯхташуда, хусусан дар сатҳи %10 ҳидроген, фишори тазриқи ҳидрогени 1,2 bar умуман бартаритар дониста шуд.
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад ё насанҷидааст
- Нишон дода нашудааст, ки 1,2 bar барои ҳамаи муҳаррикҳои бензинии бо ҳидроген дастгиришаванда фишори оптималии тазриқ аст.
- Натиҷаҳо дар суръати баланд ё бори баланди муҳаррик тасдиқ нашудаанд.
- Якхелагии маҳаллии омехтаи ҳидроген-ҳаво-бензин дар коллектор ё силиндр мустақиман чен нашудааст.
- Ташаккули омехта бо тасвирбардории оптикӣ ё CFD тасдиқ нашудааст.
- Устувории дарозмуддати муҳаррик арзёбӣ нашудааст.
- Самаранокии воқеии партовҳои автомобил пас аз катализатор таҳқиқ нашудааст; намунаи ихроҷ пеш аз конвертери каталитикӣ гирифта шудааст.
- Коҳиши CO₂ дар ин таҳқиқот нишон намедиҳад, ки партовҳои газҳои гулхонаии давраи ҳаёти автомобил ё занҷири истеҳсоли ҳидроген низ ба ҳамон андоза кам мешаванд.
- Таҳқиқот тамоми масъалаҳои истеҳсоли ҳидроген, нигоҳдорӣ ё бехатарии системаи болои автомобилро арзёбӣ намекунад.
Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот
Ҷузъҳои техникии дастгоҳи таҷрибавӣ
Стенди санҷиши муҳаррик муҳаррик, динамометр, хатҳои таъминоти ҳидроген ва бензин, ченкунии фишори силиндр, ченкунии ҷараёни ҳаво, ECU ва системаҳои таҳлили гази ихроҷро якҷо дар бар мегирад.
| Ҷузъ | Модел / хусусият | Вазифа |
|---|---|---|
| Муҳаррик | Nissan HR16DE | Муҳаррики таҷрибавӣ |
| ECU | MoTeC M800 | Идоракунии шарора ва тазриқи дугонаи сӯзишворӣ |
| Динамометр | AMX200/100 | Идоракунии суръат ва бор |
| Инжектори H₂ | Hana Engineering | Тазриқи ҳидроген ба коллектор |
| Сенсори фарохмаҷрои O₂ | Bosch LSU 4.9 | Назорати таносуби ҳаво-сӯзишворӣ |
| Сенсори массаи ҳаво | Bosch HFM 5 | Ченкунии массаи ҳавои қабул |
| Ҷараёнсанҷи H₂ | RHEONIK RHM 015 | Ченкунии ҷараёни массаи ҳидроген |
| Сенсори фишори силиндр | AVL ZI31_Y7S | Ченкунии фишори дохили силиндр |
| Системаи сигнали фишор | AVL DiTEST DPM 800 | Тақвияти сигнали фишор |
| Таҳлилгари гази ихроҷ | AVL DiCom 4000 | Ченкунии NOx, CO, CO₂, HC ва O₂ |
| Нармафзори таҳлили сӯзиш | AVL BOOST BURN 2024 R1 | Ҳисоб кардани параметрҳои сӯзиш |
Диапазонҳои ченкунии таҳлилгари гази ихроҷ
| Ҷузъ | Диапазони ченкунӣ | Дақиқӣ |
|---|---|---|
| NOx | 0–5000 ppm | ±1 ppm |
| CO | %0–10 ҳаҷмӣ | ±%0,01 |
| CO₂ | %0–20 ҳаҷмӣ | ±%0,1 |
| HC | 0–20.000 ppm | ±1 ppm |
| O₂ | %0–25 ҳаҷмӣ | ±%0,01 |
Нишондиҳандаҳои сӯзиш
| Шароит | SOC (CAD) | ID (CAD) | MBF50 (CAD) | MBF90 (CAD) | COVIMEP (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| E10H0; ST = 24° BTDC | −17,3 | 6,7 | 7,7 | 17,8 | 1,49 |
| E10H10; 1,2 bar; ST = 16° BTDC | −12,3 | 3,7 | 7,4 | 15,6 | 1,49 |
| E10H10; 1,9 bar; ST = 16° BTDC | −12,0 | 4,0 | 7,8 | 16,0 | 1,36 |
| E10H30; 1,2 bar; ST = 10° BTDC | −7,7 | 2,3 | 8,9 | 15,7 | 1,34 |
| E10H30; 1,9 bar; ST = 10° BTDC | −8,0 | 2,0 | 8,5 | 15,3 | 1,44 |
Тағйироти қавитарини нишондиҳандаҳои сӯзиш бо ҳиссаи ҳидроген ба вуҷуд омад. Ҳангоми гузариш аз E10H0 ба E10H30 таъхири оташгирӣ аз 6,7 CAD ба тақрибан 2 CAD паст шуд, дар ҳоле ки барои як ҳиссаи ҳидроген фарқи байни 1,2 ва 1,9 bar танҳо тақрибан 0,3 CAD буд.
Тафсири якҷояи нишондиҳандаҳои энергия
Гарчанде паст шудани BSFC бо миқдори ҳидроген натиҷаи назаррас аст, таҳқиқот махсус таъкид мекунад, ки самаранокии энергетикӣ набояд танҳо аз рӯи BSFC арзёбӣ шавад. Бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген арзиши поёнии гармидиҳӣ низ зиёд мешавад.
| Сӯзишворӣ | LHV (MJ/kg) | BSFC (g/kWh) | Қимати гузоришшуда барои BSEC | Натиҷаи гузоришшуда барои BTE |
|---|---|---|---|---|
| E10H0 | 41,87 | ≈242 | 10,13 MJ/kWh | ≈0,355 |
| E10H10 | 49,69 | 199–204 | Пасттарин ≈9,89 MJ/kWh | Максимум ≈0,362; 1,2 bar |
| E10H20 | 57,50 | 176–179 | ≈10,12 MJ/kWh | Дар доираи умумӣ |
| E10H30 | 65,32 | ≈155–158 | ≈10,12 MJ/kWh | Дар доираи умумӣ |
Дар ҳамаи таҷрибаҳо дар доираи тақрибан 0,351–0,362 боқӣ мондани BTE нишон медиҳад, ки коҳиши калони масрафи массаи сӯзишворӣ мустақиман маънои афзоиши ҳамонҳаҷми самаранокии гармиро надорад.
Мубодилаи партовҳо
| Нишондиҳанда | E10H0 | E10H10 | E10H20 | E10H30 | Тамоюли асосӣ |
|---|---|---|---|---|---|
| HC | ≈75 ppm | ≈51–54 ppm | ≈30–34 ppm | ≈19–21 ppm | Бо афзоиши H₂ коҳиши қавӣ |
| NOx | ≈3120 ppm | ≈3824–3944 ppm | ≈4060–4123 ppm | ≈4239–4438 ppm | Бо афзоиши H₂ зиёдшавӣ |
| CO₂ | ≈%14,4 | ≈%21 коҳиши нисбӣ | ≈%37 коҳиши нисбӣ | ≈%50 коҳиши нисбӣ | Бо афзоиши H₂ коҳиш |
Ғанисозӣ бо ҳидроген баъзе партовҳои дорои карбонро кам карда, NOx-ро зиёд кардааст. Аз ин рӯ таҳқиқот на натиҷаи яксамтаи «сӯзишвории тозатар», балки мубодилаи равшани муҳандисиро байни намудҳои гуногуни партовҳо нишон медиҳад.
Такроршавандагии таҷрибавӣ
Дар ҳар нуқтаи кор фишори силиндри 100 даври пайдарпай сабт шуда, изи миёна ҳисоб шудааст. Санҷишҳои ҳолати устувор ҳадди ақал панҷ маротиба такрор шудаанд. Дар ҳамаи комбинатсияҳои сӯзишворӣ ва фишори тазриқ COV аз %2 кам мондааст, ки муҳаққиқон онро нишондиҳандаи сӯзиши устувор ва такроршаванда мешуморанд.
Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот
Якхелагии маҳаллии омехтаи ҳидроген-ҳаво-бензин мустақиман чен нашудааст. Арзёбиҳои муҳаққиқон дар бораи якхелагии омехта ба нишондиҳандаҳои ғайримустақим, аз ҷумла рафтори тазриқ, каҷҳои фишор, суръати озодшавии гармӣ, MBF, BTE ва тамоюлҳои O₂, CO, HC ва NOx дар ихроҷ асос ёфтаанд.
Ҳамчун кори оянда якҷоя кардани таҷрибаҳои муҳаррик бо динамикаи ҳисоббарории моеъҳо (CFD) ва омӯзиши миқдории тақсимоти маҳаллии ҳидроген пешбинӣ шудааст.
Илова бар ин, танҳо нуқтаи кори 2500 rpm ва 0,48 MPa BMEP ба таври муфассал санҷида шудааст. Азбаски дар суръат ва борҳои баландтар мумкин аст массаи бештари ҳидроген дар вақти кӯтоҳтар интиқол дода шавад, таҳқиқоти мавҷуда нишон намедиҳад, ки бартарии 1,2 bar нигоҳ дошта мешавад ё не.
Нуқтаҳои муҳими таҳрирӣ/рақамӣ дар манбаъ
Ифодаи 1,5 bar: Фишорҳои ҳидроген дар усул 1,2; 1,4; 1,6 ва 1,9 bar нишон дода шудаанд. Аммо дар муҳокимаи ҳарорат барои E10H10 ибораи тағйирот «аз 1,5 bar то 1,9 bar» мавҷуд аст. Азбаски 1,5 bar ҳамчун нуқтаи санҷишӣ муайян нашудааст, рақам ислоҳ нашуда, ҳамчун номуайянии дохилии манбаъ нигоҳ дошта шудааст.
Номгузории E10H0: Гарчанде усул E10H0-ро ҳамчун бензини дорои %10 этанол таъриф мекунад, баъзе тавзеҳоти расмҳо ва бахши хулоса муқоисаро бо ибораи “pure petrol/gasoline” баён мекунанд. Таърифи техникии равшани гурӯҳи таҷрибавӣ ҳамчун E10H0 нигоҳ дошта шудааст.
Параметри идоракунии инжектор: Дар Ҷадвали 2 параметрҳои идоракунии инжектори ҳидроген барои ECU дар баъзе ҳолатҳо бо фишор зиёд мешаванд. Бахши муҳокима бошад мегӯяд, ки фишори баландтар миқдори муайяни ҳидрогенро дар давомнокии кӯтоҳтари тазриқ таъмин мекунад. Манбаъ робитаи табдили қиматҳои ҷадвал бо вақти воқеии кушода мондани инжекторро ба таври муфассал шарҳ намедиҳад; бинобар ин ин ду маълумот пинҳонӣ мувофиқ карда нашудаанд.
Ёддошт оид ба манбаъ ва усул
Номи пурраи аслии таҳқиқот: Hydrogen Injection Pressure as a Control Parameter for Combustion, Efficiency, and Emissions in a Spark-Ignition Engine
Муаллифон: Saugirdas Pukalskas, Alfredas Rimkus, Gabrielius Mejeras, Donatas Kriaučiūnas, Saulius Stravinskas, Tadas Vipartas, Andrius Ušinskas.
Тартиби муаллифон: Тартиби манбаъ айнан нигоҳ дошта шудааст.
Муаллифи масъул: Saugirdas Pukalskas.
Саҳми баробар/муаллифи аввали баробар: Дар манбаъ чунин изҳорот мавҷуд нест.
Муассисаҳо: 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.
Маҷалла: Machines.
Ношир: MDPI.
Сабти библиографӣ: Machines 2026, 14(6), 661.
DOI: 10.3390/machines14060661.
Пайванди расмии нашр:https://doi.org/10.3390/machines14060661
Санаи нашр: 7 июни 2026.
Навъи манбаъ ва ҳолати тақриз: Мақолаи аслии таҳқиқотии тақризшуда.
Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).
Маблағгузорӣ: Таҳқиқот дар доираи лоиҳаи “Mission-driven Implementation of Science and Innovation Programmes” (No. 02-002-P-0001) аз ҷониби “New Generation Lithuania” Economic Revitalization and Resilience Enhancement Plan маблағгузорӣ шудааст.
Дастрасии маълумот: Гуфта шудааст, ки маълумоти пешниҳодшуда дар таҳқиқотро бо дархост аз муаллифи масъул дастрас кардан мумкин аст.
Сипосгузорӣ: Қисме аз натиҷаҳои таҳқиқот бо истифода аз нармафзори симулятсияи муҳаррики дарунсӯзи AVL BOOST™, ки дар доираи созишномаи ҳамкорӣ байни AVL Advanced Simulation Technologies ва Vilnius Gediminas Technical University Faculty of Transport Engineering дастрас шудааст, арзёбӣ гардидааст.
Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо надоранд.
Саҳми муаллифон: Saugirdas Pukalskas ва Alfredas Rimkus дар консептуализатсия; Donatas Kriaučiūnas ва Saulius Stravinskas дар усул; Alfredas Rimkus ва Andrius Ušinskas дар нармафзор; Alfredas Rimkus, Andrius Ušinskas ва Tadas Vipartas дар санҷиш; Saugirdas Pukalskas дар таҳлили формалӣ; Saugirdas Pukalskas, Gabrielius Mejeras, Donatas Kriaučiūnas ва Saulius Stravinskas дар таҳқиқот иштирок кардаанд. Саҳмҳо дар таъмини захираҳо, танзими маълумот, тарҳи аввалия, бозбинӣ/таҳрир, визуализатсия, назорат, идоракунии лоиҳа ва маблағгузорӣ низ дар манбаъ муфассал нишон дода шудаанд.
Усули таҷрибавӣ, параметрҳои муҳаррик ва таҷҳизот, таркиби сӯзишворӣ, нишондиҳандаҳои сӯзиш, натиҷаҳои энергетикӣ, қиматҳои партов, тафсирҳо ва маҳдудиятҳои ин мақолаи Verianla ба кори манбаи омӯхташуда асос ёфтаанд. Ба ҷуз санҷиши шахсияти библиографӣ, аз манбаъҳои беруна таҷриба ё натиҷаи нави илмӣ илова нашудааст.
Маҳдудияти асосии методологӣ: Натиҷаҳо дар муҳаррики Nissan HR16DE дар 2500 rpm, 0,48 MPa BMEP ва шароити стехиометрӣ ба даст омадаанд. Якхелагии маҳаллии омехта мустақиман чен нашудааст; шарҳҳои марбут ба он аз нишондиҳандаҳои сӯзиш ва партовҳо бароварда шудаанд. Фишори оптималии тазриқи ҳидроген барои суръати баландтар, бори баландтар ё геометрияи дигари муҳаррик бо ин таҳқиқот муайян нашудааст.
Ёддошти дохилии манбаъ: Гарчанде дар усул нуқтаҳои санҷиши 1,2; 1,4; 1,6 ва 1,9 bar гузориш шудаанд, дар қисми муҳокимаи ҳарорат ифодаи 1,5 bar пайдо мешавад. Илова бар ин, E10H0 дар бахши усул ҳамчун бензини дорои %10 этанол таъриф шудааст, аммо дар баъзе тавзеҳоти расмҳо ибораи “pure petrol” истифода шудааст. Ин фарқиятҳо дар шакли мавҷудаи манбаъ муайян ва бе тағйири пинҳонӣ нигоҳ дошта шудаанд.
Шарҳ гузоред
Нишонии почтаи электронии шумо нашр намешавад. Майдонҳои ҳатмӣ бо * нишон дода шудаанд