Publication details
Abstracts and keywords
Rozprawa doktorska dotyczy problemu spalania stukowego w obiekcie badawczym jakim był silnik Wankla zasilany paliwem wodorowym, co jest ważne dla rozwoju technologii niskoemisyjnych. W literaturze naukowej brakuje badań łączących pośredni wtrysk wodoru, zmianę początku wtrysku oraz analizę skłonności do spalania stukowego w silnikach Wankla. Wynika to z kilku powodów: silniki Wankla są mniej popularne niż tłokowe, mają one specyficzny przebieg procesu spalania, różniący się od silników tłokowych. Ponadto wtrysk wodoru wiąże się z dodatkowymi wyzwaniami, zwłaszcza przy kontrolowaniu procesu spalania. Istnieją badania dotyczące zasilania wodorem, ale nie koncentrują się one na wpływie zasilania wodorem na spalanie stukowe. W związku z tym autor podjął się w swojej rozprawie doktorskiej zbadania tego tematu, aby wypełnić lukę w nauce i dostarczyć cennych danych, które mogą mieć praktyczne zastosowanie w przyszłości, zwłaszcza w przemyśle motoryzacyjnym. Celem pracy było zbadanie wpływu wtrysku wody w czasie pracy silnika spalinowego na zdolność przeciwdziałaniu niekorzystnemu zjawisku jakim jest proces spalania stukowego. Postawiono hipotezę, że istnieje metoda ograniczania zjawiska spalania stukowego w silniku Wankla wykorzystująca wtrysk wody i dostrojenie kąta początku wtrysku wodoru. W rozprawie opisano adaptowany do badań silnik badawczy oraz zakres wykonanych prac adaptacyjnych na fabrycznej jednostce napędowej, do zasilania paliwem wodorowym. Przedstawiono także opis stanowiska badawczego oraz zakres realizowanych badań stanowiskowych. W celu zweryfikowania postawionej tezy naukowej przeprowadzono badania obiektu na hamowni silnikowej w warunkach ustalonych. W oparciu o uzyskane wyniki wykonano ich analizę statystyczną mającą na celu ocenę istotności czasu wtrysku wody na kąt wtrysku oraz analizę przebiegów wartości ciśnienia w komorze spalania. Wykazano, że kąt wtrysku wodoru istotnie wpływa na potrzebną ilość wody do redukcji spalania stukowego oraz, że zwiększenie kąta wyprzedzenia wtrysku wodoru prowadzi do zmniejszenia maksymalnego ciśnienia w komorze spalania. Stwierdzono także, że krótkie czasy wtrysku wody powodują niestabilne warunki spalania, podczas długie czasy wtrysku poprawiają jego stabilność, zaś zwiększenie ilości wody wtryskiwanej do komory spalania może całkowicie wyeliminować spalanie stukowe. Najważniejsze osiągnięcia pracy obejmują: przegląd metod wykrywania i ograniczania spalania stukowego, zasilania silników spalinowych wodorem oraz badania silników Wankla zasilanych wodorem; opracowanie obiektu i stanowiska badawczego do testowania procesu roboczego silnika Wankla zasilanego wodorem z dodatkiem wody, oraz wyjaśnienie wpływu kąta wtrysku wodoru na proces roboczy silnika.
he PhD thesis is concerned with the problem of knocking combustion in a hydrogen-fuelled Wankel engine test object, which is crucial for the development of low-emission technologies. There is a lack of research in the scientific literature combining indirect hydrogen injection, variation of the start of injection and analysis of the propensity to knock combustion in Wankel engines. This is due to several reasons: Wankel engines are less common than reciprocating engines, they have a specific combustion process that differs from reciprocating engines. In addition, hydrogen injection presents additional challenges, especially in controlling the combustion process. There are studies on hydrogen fuelling, but they do not focus on the effect of hydrogen fuelling on knock combustion. Therefore, the author undertook to investigate this topic in his PhD thesis in order to fill a gap in the science and provide valuable data that may have practical applications in the future, especially in the automotive industry. The aim of the study was to investigate the effect of water injection during the operation of an internal combustion engine on the ability to counteract the adverse phenomenon of knock combustion. It was hypothesised that there is a method to reduce knocking combustion in a Wankel engine. The thesis presents the research facility and the scope of the adaptation work carried out on the factory drive unit, to run on hydrogen fuel. A description of the test stand and the scope of the bench tests carried out are also presented. In order to verify the scientific thesis, tests were carried out on an engine dynamometer under steady-state conditions. Based on the results obtained, a statistical analysis was carried out to assess the significance of water injection timing on the injection angle and to analyse combustion chamber pressure waveforms. It was shown that the hydrogen injection angle significantly affects the amount of water needed to reduce knocking combustion, and that increasing the hydrogen injection advance angle leads to a reduction in maximum combustion chamber pressure. It was also found that short water injection times result in unstable combustion conditions, while long injection times improve combustion stability, and that increasing the amount of water injected into the combustion chamber can completely eliminate knocking combustion. The main achievements of the work include: a review of methods for detecting and reducing knock combustion, feeding internal combustion engines with hydrogen, and testing hydrogen-fuelled Wankel engines; the development of a facility and test rig for testing the working process of a hydrogen-fuelled Wankel engine with the addition of water, and an explanation of the effect of hydrogen injection angle on the working process of the engine.
