Библиографический список

Экспериментальная установка для исследований параметров работы двигателя ВАЗ-11183 при использовании водорода в качестве топливной добавки.

Иванов А. А. к. т. н., доцент студент ФГБОУ ВО Тверская ГСХА

Данилов И. А. студент ФГБОУ ВО Тверская ГСХА

Экспериментальная установка для исследований параметров работы двигателя состоит из: тормозного устройства для стендовых испытаний КИ-5543, соединенным через карданную передачу с МКПП ВАЗ-2101, МКПП жестко сцеплена с двигателем внутреннего сгорания ВАЗ-11183.

Система топливо подачи состоит из: стандартной системы питания ВАЗ-11183, тороидального баллона, водородной магистрали подачи, редуктора, электромагнитного клапана для водорода, электромагнитного клапана для бензина, переключателя автомобильного топлива.

Параметры	Значения
мощность электрической машины в режиме двигателя, кВт
мощность электрической машины в режиме генератора, кВт
диапазон регулирования частоты вращения электрической машины при работе в режиме двигателя, мин^-1	650-1450
диапазон частот при работе в режиме тормоза, мин^-1	1650-3000
предельный крутящий момент, Н*м

Табл. 1 - Основные характеристики тормозного стенда КИ-5540М

Параметры	Значения
Рабочий объём цилиндров, куб. см	1. 596
Номинальная мощность, л. с.
Максимальный крутящий момент, Н*м (при 2700 об/мин)
Количество цилиндров, шт
Диаметр цилиндра, мм
Ход поршня, мм	75, 6
Расход топлива, л/100км	8, 8

Табл. 2 - Основные технические характеристики двигателя ВАЗ-11183

Использование водорода в качестве моторного топлива для автомобилей может осуществляться путем применения:

· самого водорода;

· водорода совместно с традиционными нефтяными топливами;

· водорода как топлива в топливных элементах.

Внимание всегда привлекали своеобразные физико-химические свойства водорода, главным достоинством которых является экологическая чистота рабочего процесса. Известный научно-технический опыт использования водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания показывает, что водород совместим с существующей базовой конструкцией поршневого двигателя. При этом водород кардинально улучшает экологическую эксплуатационную характеристику и имеет широкую сырьевую базу.

Организация рабочего процесса двигателя, работающего на водороде или с его добавкой к другим топливам, имеет особенности и требует разработки новых способов топливоподачи.

При сгорании водорода в двигателе образуется практически только вода, и в этом отношении двигатель на водородном топливе является наиболее экологически чистым. Также водород имеет высокие энергетические свойства — низшая теплота сгорания водорода составляет 120 МДж/кг (бензин — 41... 44 МДж/кг, дизельное топливо — 42... 43 МДж/кг).

При высокой массовой энергоплотности объемная энергоплотность водорода на 15... 20 % ниже энергоплотности бензина. В смеси с воздухом водород устойчиво воспламеняется в широком диапазоне концентраций, вплоть до коэффициента избытка воздуха а = 10, что обеспечивает нормальную работу двигателя на всех скоростных режимах в широком диапазоне изменения состава смеси от а = 0, 2 до а = 5. Критическая степень сжатия при стехиометрическом водородно-воздушном составе смеси не превышает 4, 7, что соответствует октановому числу 46 по исследовательскому методу, в то время как при а = 3, 5 степень сжатия достигает 9, 4 и октановое число равно 114. Таким образом, при достаточном обеднении смеси возможна бездетонационная работа водородного двигателя в широком диапазоне степеней сжатия.

Качественное влияние па рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания определяется прежде всего свойствами водорода. Он обладает более высокой диффузионной способностью, большей скоростью сгорания, широкими пределами воспламенения. Энергия воспламенения водорода на порядок меньше, чем у углеводородных топлив. Реальный рабочий цикл определяет более высокую степень совершенства рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания, лучшие показатели экономичности и токсичности.

Кроме того, перевод на водород обычных двигателей внутреннего сгорания не только делает их чистыми, но и повышает термический КПД и улучшает гибкость работы. Это происходит потому, что водород обладает намного более широким по сравнению с бензином диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых еще возможен поджог смеси, и сгорает водород полнее, даже вблизи стенок цилиндра, где в бензиновых двигателях обычно остается несгоревшая рабочая смесь.

Чтобы приспособить существующие конструкции двигателей к работе на водороде как основном топливе, необходимы определенные изменения, в первую очередь конструкции топливоподающей системы. Известно, что применение внешнего смесеобразования приводит к уменьшению наполнения двигателя свежим окислителем, а значит, и к снижению мощности до 40 % из-за низкой плотности и высокой летучести водорода. Особенности организации рабочего процесса водородного двигателя определяются свойствами водородно-воздушной смеси, а именно: пределами воспламенения, температурой и энергией воспламенения, скоростью распространения фронта пламени, расстоянием гашения пламени. Но в водородных двигателях внутреннего сгорания скорость распространения фронта пламени при сгорании водорода в 5–6 раз выше, чем при сгорании бензина. Это приводит к большим механическим и тепловым нагрузкам на детали кривошипно-шатунного механизма двигателя. Для современных конструкций двигателей наиболее эффективно использование водорода в качестве добавки к бензинвоздушной смеси. При этом не требуется серьезных изменений в конструкции топливной системы и системы двигателя в целом. С другой стороны, добавка водорода в широких пределах активизирует рабочий процесс в двигателе.

Так, если целью является использование водорода в качестве основного топлива без потери мощности базового двигателя, то наиболее целесообразно внутреннее смесеобразование при воспламенении горючей смеси от запальной порции углеводородного топлива.

Предусматривается формирование водородно-воздушной смеси на такте сжатия в период после закрытия клапанов до подачи дизельного топлива. Газообразный водород, подаваемый в цилиндр клапаном-форсункой, поступает через отверстие, расположенное под углом 20…25° к тангенциальному направлению вращения заряда, усиливает вихревое движение заряда и способствует гомогенизации водородно-воздушной смеси. Если вершина струи водорода достигает противоположной стенки камеры сгорания, а энергия вихревого движения заряда достаточна, чтобы распределить водород по окружности, то можно считать, что водородновоздушная смесь гомофазная. Часть водорода направляется в зону струи углеводородного топлива, обеспечивая эффект торможения процесса сажеобразования.

Библиографический список

1. Электронный ресурс. Водородное топливо https: //extxe. com/11839/vodorodnoe-toplivo/. Дата обращения – 8. 02. 2022, 15: 23

2. Электронный ресурс. Способ использования водорода в качестве добавок к основному топливу на автомобиле https: //findpatent. ru/patent/209/2092700. html. Дата обращения –. 02. 2022, 13: 00

3. Электронный ресурс. Возможности использования водорода в качестве топлива http: //elib. altstu. ru/journals/Files/va2000_2/pages/14/14. htm. Дата обращения – 9. 02. 2022, 13: 23

4. Электронный ресурс. Применение водорода в двигателях внутреннего сгорания https: //studref. com/660758/tehnika/primenenie_vodoroda_dvigatelyah_vnutrennego_sgoraniya. Дата обращения – 9. 02. 2022, 14: 18

5. Электронный ресурс. Оценка способов применения водорода в качестве топливной добавки для двигателей внутреннего сгорания https: //www. elibrary. ru/item. asp? id=47182493. Дата обращения – 9. 02. 2022, 14: 10