Mixture Dilution on a Natural Gas SI Engine Operating at Low Load

Abstract

SHRNUTÍV článku je prezentován výsledek experimentálního průzkumu spalování zředěné směsi zemního plynu se vzduchem při nízkém zatížení zážehového motoru. Zředění směsi vzduchem a recirkulujícími spalinami bylo porovnáno s provozem na stechiometrickou směs. Byla provedená detailní termodynamická analýza záznamu průběhu tlaku ve válci a byl vyhodnocen a analyzován průběh hoření. Výsledky naznačují potenciál ke zlepšení účinnosti motoru a současně možnost významného snížení emise NO X v surových spalinách v porovnání se spalováním homogenní stechiometrické směsi. KLÍČOVÁ SLOVA: CHUDÁ KONCEPCE, RECIRKULACE SPALIN, VÝVIN TEPLA, EMISE NO X ABSTRACTAn experimental investigation of homogeneous mixture combustion in a natural gas fuelled spark ignition engine at low load operation is presented in the paper. The low energy density of the mixture is a well-known limiting factor for the peak cycle temperature during combustion of the homogeneous mixture in spark ignition (SI) engines. The most exact approach for description of fully optimized implementation of mixture dilution with a conventional combustion system is presented. This is a starting point for comparison with an advanced combustion system being prepared as the next step in ongoing research activity. The two methods of mixture dilution: 1) air dilution, and 2) cooled exhaust gas recirculation (EGR) are compared with the stoichiometric operation. Real-world data are presented, taking into account constraints observed on a particular engine. Detailed thermodynamic analysis of the cylinder pressure traces is performed and the combustion rates are evaluated and analyzed. The results show an increase in engine thermal efficiency (up to 7%) together with a significant reduction of nitrogen oxides (NO X ) emissions (up to 70%) in raw exhaust gas compared to the homogeneous stoichiometric spark ignition operation, which is a conventional combustion strategy. Advanced combustion systems can further extend the improvement in both efficiency and NO X emissions.