Setembro 2023 vol. 10 num. 1 - XXX Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva

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Investigação da injeção de água para controle do phasing da combustão de hidrogênio em um motor de pesquisa monocilíndrico de ignição por centelha.

Investigation of water injection for hydrogen combustion phasing control on a boosted spark ingition single cylinder research engine.

SILVEIRA, Juliano ; ROSO, Vinicius ; SALAU, Nina Paula Gonçalves ; MARTINS, Mario Eduardo Santos ; LANZANOVA, Thompson Diórdinis Metzka ;

Trabalho completo:

Este artigo visa investigar o uso de injeção de água para permitir a operação segura de motores de ignição por centelha a hidrogênio em condições próximas a estequiométricas. O estudo se concentra em mitigar os fenômenos de detonação e melhorar o phasing da combustão em condições de operação de alta carga. Foram realizados testes experimentais em um motor de pesquisa monocilíndrico. Os resultados mostram que razões de excesso de ar mais baixas permitem cargas mais elevadas e requisitos de tempo de ignição reduzidos para o phasing ideal de combustão. No entanto, a ocorrência de detonação torna-se um desafio em cargas mais altas e mais próximas das condições estequiométricas. A injeção de água foi empregada para mitigar a detonação e foram analisados seus efeitos nos parâmetros relacionados à combustão e no desempenho do motor. Os resultados revelam que a injeção de água aumenta a duração da combustão e atrasa o tempo de ignição. A vazão mássica de água injetada e o tempo de ignição foram considerados fatores cruciais para alcançar uma operação sem detonação e manter a eficiência na operação do motor. Embora a injeção de água reduza ligeiramente a carga do motor, ela melhora a eficiência indicada.

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This paper investigates the use of water injection as a means to enable safe operation of hydrogen spark ignition engines near stoichiometric conditions. The study focuses on mitigating knock phenomena and improving combustion phasing in high-load operating conditions. Experimental tests were conducted on a single-cylinder research engine, and parameters were measured and analyzed. The results show that lower excess air ratios allow for higher achieved loads and reduced spark timing requirements for optimum combustion phasing. However, knock occurrence becomes a challenge at higher loads and closer to stoichiometric conditions. Water injection was employed to mitigate knock, and its effects on combustion-related parameters and engine performance were examined. The findings reveal that water injection increases combustion duration and delays ignition timing. The injected water mass flow rate and spark timing were found to be crucial factors in achieving knock-free operation and maintaining engine efficiency. Although water injection slightly reduces engine load, it improves indicated efficiency. This research demonstrates the potential of water injection as a strategy for enhancing the performance and safety of hydrogen spark ignition engines at near stoichiometric conditions.

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DOI: 10.5151/simea2023-PAP67

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Como citar:

SILVEIRA, Juliano; ROSO, Vinicius; SALAU, Nina Paula Gonçalves; MARTINS, Mario Eduardo Santos; LANZANOVA, Thompson Diórdinis Metzka; "Investigação da injeção de água para controle do phasing da combustão de hidrogênio em um motor de pesquisa monocilíndrico de ignição por centelha.", p. 387-392 . In: Anais do XXX Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva . São Paulo: Blucher, 2023.
ISSN 2357-7592, DOI 10.5151/simea2023-PAP67

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