ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ТРАНСПОРТ
Транспортные средства на водородном топливе
HYDROGEN ENERGY AND TRANSPORT
Hydrogen fuel vehicles
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ НА ДИЗЕЛЬНО-ВОДОРОДНЫХ
ТОПЛИВНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ УДК 621.434
В. Ф. Каменев, В. М. Фомин, Н. А. Хрипач
Государственный научный центр РФ ФГУП «НАМИ» д.2, ул. Автомоторная, г. Москва, 125438, Россия Тел.: (095) 454-00-97; факс: (095) 456-70-97; e-mail: kamo@email.ru, khripachna@yandex.ru
* Российский университет Дружбы народов д. 6, ул. Миклухо-Маклая, г. Москва, 117198, Россия Тел., факс (095) - 434-02-12, e-mail: bendik@agro.pfu.edu.ru
Сведения об авторе: доктор техн. наук, профессор, заведующий научно-исследовательским и экспериментально-конструкторским отделом двигателей с принудительным зажиганием и водородных энергоустановок ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»; профессор кафедры «Автомобильные и тракторные двигатели» МГТУ «МАМИ», действительный член Академии проблем качества РФ, член Российской Ассоциации автомобильных инженеров, эксперт России в КВТ ЕЭК ООН по проблемам экологической безопасности, член SAE.
Образование: Московский автомеханический институт, инженер-механик (1967 г.).
Область научных интересов:
- рабочие процессы ДВС с искровым зажиганием;
- снижение выбросов вредных веществ автомобильными двигателями;
- методы испытаний автомобилей, двигателей и их компонентов по оценке их экологических и энергетических показателей, надежности и ресурса.
Автор оригинальных конструкций систем питания двигателей, каталитических нейтрализаторов. Он является научным руководителем ряда научно-технических проектов по:
- использованию альтернативных топлив для автомобильных двигателей;
- созданию водородного двигателя для АТС;
- разработке комбинированных энергетических установок для гибридных транспортных средств. Публикации: более 130 научных статей и докладов, в том числе на конгрессах FISITA и SAE,
3 монографии, имеет более 25 патентов России, США, Германии, Японии.
Каменев Владимир Федорович
Сведения об авторе: доктор техн. наук, профессор; профессор кафедры «Эксплуатация автотранспортных средств» Российского университета Дружбы народов, действительный член Академии проблем качества РФ, член Российской Ассоциации автомобильных инженеров, член SAE.
Образование: МВТУ им. Н. Э. Баумана, инженер-механик (1964 г.).
Область научных интересов:
- рабочие процессы ДВС с воспламенением от сжатия;
- совершенствование экологических показателей дизелей;
- средства и методы по применению водородных топлив в ДВС.
Автор оригинальных конструкций систем синтеза водорода из углеводородных соединений (термохимический, плазменный и термокаталитический виды синтеза).
Публикации: более 180 научных статей и докладов, в том числе на международных конференциях, 4 монографии, имеет более 15 патентов РФ.
Фомин Валерий Михайлович
Сведения об авторе: кандидат техн. наук, зам. заведующего научно-исследовательским и экспериментально-конструкторским отделом двигателей с принудительным зажиганием и водородных энергоустановок, заведующий научно-исследовательской и экспериментально-конструкторской лабораторией водородных энергоустановок ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»; старший преподаватель кафедры «Автомобильные и тракторные двигатели» МГТУ «МАМИ».
Образование: МГТУ «МАМИ», инженер по ДВС (2001 г.). Область научных интересов: экология автомобильных двигателей, разработка мероприятий по снижению вредных выбросов и созданию антитоксичных систем и устройств, проведение стендовых и сертификационных испытаний энергоустановок; ответственный исполнитель договоров с рядом предприятий и организаций, в том числе с ОАО «АвтоВАЗ», РКК «Энергия» и Институтом машиноведения им. А. А. Благонравова РАН и государственных контрактов с Министерством образования и науки РФ и Министерством промышленности и энергетики РФ. Основное направление деятельности — изучение вопросов безопасного получения, хранения и использования на борту автомобиля водородного топлива. Член авторского коллектива по разработке устройства по управлению газообменом в двигателе внутреннего сгорания, на которое в 2003 г. получен патент РФ. В своей работе широко применяет современные методы и методики исследований, использует новейшее отечественное и импортное оборудование и программное обеспечение.
Публикации: более 45 статей, монография; активный участник международных и российских научных конференциий и семинаров.
шш
Хрипач Николай Анатольевич
A problem of hydrogen fuel use in the diesel engines is discussied. The results of theoretical and practical testing have supported the reduction of emission and fuel economy by hydrogen fuel use.
Существующее на сегодняшний день научно-техническое и технологическое состояние отечественного двигателестроения по экологическим и топливно-экономическим показателям в условиях перехода страны в рыночные отношения и присоединение России к нормативам ЕЭК ООН по ограничению вредного воздействия компонентов продуктов сгорания дизелей на окружающую среду заставляет моторостроительные заводы коренным образом перестраивать свою техническую политику с учетом необходимости обязательной сертификации своей продукции, в первую очередь в отношении нормативных требований по экологии.
Значительные успехи были достигнуты при разработке и создании ряда отечественных и зарубежных перспективных дизелей. Однако поиск принципиально новых технических решений, переоснащение и повышение технологического уровня предприятий сопряжены с большими капитальными затратами.
В то же время существует реальная альтернативная концепция развития и совершенствования рабочего цикла дизеля без существенного изменения его базовой конструкции на основе применения методов физико-химического воздействия на внутрицилиндровые процессы.
Результаты экспериментальных исследований последних лет показали, что применение этих методов позволяет рационализировать спо-
собы организации рабочего процесса дизеля, усовершенствуя его одновременно по экологическим и топливно-экономическим качествам.
Согласно современным положениям теории сгорания, процесс окисления углеводородов является совокупностью цепочно-тепловых реакций. При этом ряд последовательных и параллельных цепных реакций протекают с большими скоростями, чем «прямая» реакция непосредственно по стехиометрическому уравнению. Это объясняется малой энергией активации компонентов, образующихся в ходе многостадийной реакции.
Таким образом, эффективно воздействовать на химическую кинетику процессов окисления топлива можно изменением реакционной способности среды реагирования, т. е. целенаправленным увеличением в ней активных частиц. Повышение концентрации активных частиц в реагирующей углеводородно-воздушной среде в камере сгорания представляется возможным путем введения в ее объем продуктов с реакционно-активными компонентами.
До настоящего времени механизм промоти-рованного самовоспламенения и сгорания угле-водородно-воздушных смесей в поршневых двигателях на теоретическом уровне изучен недостаточно, а список публикации по этому вопросу весьма ограничен. Однако экспериментально установлено, что процессы активации молекул окисления углеводородов весьма чувствительны
Статья поступила в редакцию 07.07.2005. The article has entered in publishing office 07.07.2005.
к воздействию даже незначительных доз активных компонентов и есть основание полагать, что введение в топливно-воздушную смесь даже небольших доз реакционно-активных продуктов позволит значительно расширить пределы оптимального управления процессами рабочего цикла дизеля, определяющими его эколого-эконо-мические показатели.
Особое место среди активизирующих средств, используемых в двигателях, занимает водород. Высокая эффективность его воздействия на рабочие процессы двигателя связана, в первую очередь, с необычайно высокой скоростью сгорания этого газа. Обращает на себя внимание и другое важное свойство водорода — проявление промо-тирующего эффекта в актах превращений углеводородов. В высокотемпературной стадии рабочего цикла дизеля молекула водорода диссоциирует с образованием реакционно-активных радикалов атомарного водорода.
Применительно к дизелям рассматриваются возможности использования водорода как в качестве самостоятельного вида топлива, когда дизельное топливо используется только в качестве запального, так и в качестве присадки к основному топливу. При этом отмечается улучшение экономических и токсических характеристик дизеля при работе с относительно большими добавками водорода (до 5 масс. % по отношению к основному топливу), так и при малых (0,020,1 масс. %).
Эффективность активирования топливно-воздушной смеси водородом или газовыми смесями, содержащими водород, зависит от относительного содержания водорода в составе рабочего тела, газодинамического состояния реагирующей среды, которые в совокупности определяют временную (кинетическую) и пространственную протяженность активированной зоны камеры сгорания, а также суммарный эффект активации по выходным показателям двигателя, определяющим его эколого-экономичес-кие качества. В результате воздействия активирующих компонентов условная (кажущаяся) энергия активации основной массы топливно-воздушной смеси, характеризующая ее реакционную способность, уменьшается, что связано с уменьшением участия в суммарном химическом процессе реакций самозарождения, требующих больших энергий активации.
Влияние водорода на процессы окисления азота и сажевыделения в дизеле проявляется на различных стадиях рабочего цикла. Например, его реакционная активность обуславливает возможность расширения пределов воспламеняемости смеси, способствуя тем самым эффективному выгоранию зон, как с богатым, так и с бедным составом топливно-воздушных смесей. Отсюда следует вывод, что для условий рабочего цикла дизеля, когда воспламенение носит многоочаговый характер, присутствие в смеси реак-
ционно-активных продуктов уменьшает термодинамическую неоднородность реагирующей среды в объеме камеры сгорания из-за увеличения зон (очагов) воспламенения. При этом снижается количес
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.