ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Двигатель внутреннего сгорания на водороде: устройство и принцип работы

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп бензиновых и дизельных ДВС, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Не сильно меняется ситуация и после перевода автомобиля на газ, так как установка ГБО также не решает всех задач.

С учетом данных особенностей постоянно ведутся разработки альтернативных вариантов. Сегодня реальным конкурентом ДВС является электродвигатель. При этом относительно небольшой запас хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и всего электрокара (электромобиля) в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин закономерно тормозит их популяризацию.

По этой причине автопроизводители постоянно работают над тем, чтобы получить «безвредный» для окружающей среды и относительно дешевый в производстве силовой агрегат, который при этом не будет нуждаться в дорогом топливе.

Среди подобных двигателей следует отдельно выделить водородный ДВС, который вполне может заменить существующий на сегодня дизельный или бензиновый мотор, причем в обозримой перспективе. Давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет подобный мотор и в чем заключаются его особенности.

Содержание статьи

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Во времена Второй мировой войны, когда возникли сложности с поставками нефтяного топлива, техник из СССР Борис Исаакович Шелищ, который был родом из Украины, заложил основы российской водородной энергетики. Он также предложил использовать смесь водорода и воздуха в качестве горючего  для ДВС, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В результате появилось около полутысячи двигателей, работавших на водороде.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

Работа двигателя на водороде: особенности водородного ДВС

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.

Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.

Прежде всего, горение водорода по сравнению с нефтяным топливом отличается тем, что водород сгорает намного быстрее. В обычном двигателе смесь бензина или солярки с воздухом заполняет камеру сгорания тогда, когда поршень почти поднялся в ВМТ (верхняя мертвая точка), затем топливо какое-то время горит и уже после этого газы давят на поршень.

На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.

Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.

Однако чтобы этого добиться, на автомобиле должна стоять установка для электролиза (электролизер), которая и будет отделять водород от воды, чтобы затем получить нужную реакцию с кислородом в камере сгорания. На практике установка получается сложной и дорогой, а создать такую закрытую систему довольно сложно.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.

Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.

Также даже небольшая утечка водорода может стать причиной того, что топливо попадет на разогретый выпускной коллектор, после чего может произойти взрыв или пожар. Чтобы этого не случилось, для работы на водороде чаще задействуют  роторные двигатели. Такой тип ДВС больше подходит для этой задачи, так как их конструкция предполагает увеличенное расстояние между впускным и выпускным коллектором.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.

Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды  на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода  на полном баке водорода составляет около 300  км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).  Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

Водородный двигатель: дальнейшие перспективы

Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.

Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы  и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.

Также не особенно большим является и сам выбор водородных  легковых авто. Кроме Honda Clarity можно разве что упомянуть Mazda RX8 Hydrogen, а также BMW Hydrogen 7. Фактически это автомобили-гибриды, которые работают на жидком водороде и бензине. Еще можно добавить в список Mercedes GLC F-Cell. Эта модель имеет возможность подзарядки от бытовой сети электропитания и позволяет пройти до 500 км. на одном заряде.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель GDI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, принципах работы, а также преимуществах и недостатках моторов данного типа.

Прежде всего, это безопасность и сложность транспортировки такого топлива. Важно понимать, что водород  весьма горюч и взрывоопасен даже при относительно невысоких температурах. По этой причине его сложно хранить и перевозить. Получается, необходимо строить особые водородные резервуары для  авто с данным типом двигателя. Как результат, на практике водородных заправок очень мало.

К этому также можно добавить определенную сложность и высокие расходы на ремонт и обслуживание водородного агрегата, а также необходимость в подготовке и обучении большого количества высококвалифицированного персонала. Если же говорить о самом авто на водороде и его эксплуатационных характеристиках, наличие водородной установки делает машину более тяжелой, закономерно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Что касается недостатков и сложностей, машина с водородным двигателем сегодня имеет высокую стоимость, а также могут возникать проблемы с заправкой топливом по причине недостаточного количества заправочных станций. Не стоит забывать и о том, что также не просто найти специалистов, которые способны качественно и профессионально обслужить водородную силовую установку. При этом обслуживание будет достаточно затратным.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.

Toyota стремится создать водородную экономику для всего, от промышленного использования до высококлассного использования, например, луноходов. Он также только что подписал с Chevron стратегическое партнерство для достижения этой цели, охватывающее развитие инфраструктуры и исследования, связанные с транспортировкой и хранением водорода.

Автопроизводитель продемонстрировал свою технологию топливных элементов при транспортировке грузов по малой петле и разработал модуль топливных элементов для питания грузовиков и автобусов будущего.Однако Toyota часто избегает рассмотрения того, как поставляется большая часть водорода, и экологических последствий этой цепочки поставок.

Что касается единственного серийного автомобиля Toyota с топливными элементами, мы думаем, что Mirai — лучший или один из лучших седанов Toyota в настоящее время.

Лучше ли внутреннее сгорание водорода, чем топливные элементы?

Хотя водород — и водородные топливные элементы — все еще могут играть важную роль в транспорте будущего, даже многие сторонники водорода признают, что внутреннее сгорание водорода, вероятно, не будет.

Так было не всегда. Около 15 лет назад была большая надежда на идею внутреннего сгорания водорода — по сути, запуск двигателей, мало чем отличающихся от бензиновых, на хранении первого элемента таблицы Менделеева.

BMW предлагала версию BMW 7-й серии 2005-2007 годов под названием Hydrogen 7 с 6,0-литровым двигателем V-12, который мог работать на бензине или водороде. Он заявлял, что КПД на водороде составляет около 40 процентов — по сравнению с большинством бензиновых двигателей.

НЕ ПРОПУСТИТЕ: Энергопотребление для транспортных средств на водородных топливных элементах: выше, чем у электриков, даже у гибридов

Mazda была особенно активна в этой области и утверждала, что ее роторный двигатель Ванкеля особенно хорошо подходит для водорода, поскольку конструкция двигателя уже имеет тенденцию работать при более низких температурах, чем обычные поршневые двигатели, и, таким образом, может снизить опасения по поводу NOx. Сначала у него была двухтопливная версия RX-8, которая могла при необходимости переключаться между водородом и бензином, а затем в Premacy h3 RE как часть серийной гибридной системы.Когда мы ездили на этом автомобиле в первые дни выпуска Green Car Reports , мы обнаружили, что он довольно веселый благодаря своей системе электродвигателя.

Mazda Premacy Hydrogen RE Гибрид

Проблемой для любого из этих транспортных средств — не считая чистой стоимости — была непрактичность хранения достаточного количества водорода для получения значимого диапазона. Hydrogen 7 мог проехать всего 125 миль на 17,6 фунтах водорода, после чего в игру вступил бензин. С другой стороны, нынешний автомобиль на топливных элементах Hyundai Nexo 2019 года может проехать 380 миль на 13.7 фунтов водорода.

В последние годы эффективность транспортных средств на топливных элементах превысила отметку в 50 процентов — это означает, что более половины энергии, содержащейся в водороде, используется для работы транспортного средства. Hyundai, например, заявила, что сама батарея топливных элементов в Nexo работает с КПД до 60 процентов.

ПРОВЕРКА: Эта диаграмма 11-летней давности объясняет проблему с автомобилями на водородных топливных элементах

Хранение водорода в автомобиле по-прежнему остается проблемой, поэтому технология, которая может идти дальше за драгоценную унцию водорода (то есть топливные элементы), является победителем.Топливный элемент Honda Clarity, например, проезжает 366 миль на своих 12 фунтах водорода, хранимых при давлении 10000 фунтов на квадратный дюйм и требующих трех отдельных цилиндрических баков для поддержания достаточно практичной упаковки (даже при этом спинки задних сидений не складываются и не позволяют сквозной.

2017 Honda Clarity Топливный элемент

Кроме того, внутреннее сгорание водорода не решает основную проблему с водородом, а именно его доставку и распределение из устойчивых источников. Ассортимент водородных транспортных средств является еще одним препятствием, поскольку инфраструктура постепенно развивается.

Конечно, должна была быть причина, по которой руководители отделов исследований и разработок и инженеры нескольких крупных автопроизводителей, часто имеющие докторские степени и очень хорошо понимающие, как работают энергия и сгорание, а также проблемы, с которыми сталкиваются топливные элементы и производство водорода, принимали во внимание в первую очередь внутреннее сгорание водорода.

Я посетил несколько таких презентаций. В то время топливные элементы были громоздкими и непомерно дорогими. Сохранение схемы внутреннего сгорания считалось более дешевым и могло производиться наряду с существующими моделями.

ПОДРОБНЕЕ: из-за нехватки водорода автомобили на топливных элементах задыхаются в Калифорнии

Но времена изменились. Топливные элементы стали намного меньше и более энергоемкими и теперь имеют размер примерно с чемодан для ручной клади, а в следующем поколении потенциально могут стать еще меньше.

Водородные двигатели внутреннего сгорания по-прежнему производят одни из самых скандальных загрязняющих веществ, NOx, из-за которых их выбросы «хорошо для колес» не так экологичны, даже до того, как скандал с выбросами Volkswagen сосредоточил внимание на этом компоненте выхлопных газов.

Хотя приведенное ниже видео из Engineering Explained, выпущенное в конце прошлого года, объясняет, почему внутреннее сгорание водорода сейчас выглядит глупой идеей, стоит вспомнить, почему: инженерные разработки и экономическое обоснование того, что работает в настоящее время (и почему), очень сильно развиваются. быстро.

Итак, объявите водородное внутреннее сгорание мертвым. Но мы не готовы делать такие заявления в отношении топливных элементов. По мере того, как растет количество электрических и электрифицированных транспортных средств, топливные элементы могут все больше функционировать как часть всей экосистемы электромобилей; и, возможно, обменять на батареи — в промышленных приложениях или в контурах коммерческих автомобилей, где они, в конце концов, могут оказаться разумной идеей.

Почему бы нам просто не запустить двигатели внутреннего сгорания на водороде?

Мы знаем, что нам нужно найти замену ископаемому топливу. Автопроизводители прилагают все усилия, чтобы найти решение этой дилеммы. Похоже, что большинство из этих решений связано с избавлением от наших любимых двигателей внутреннего сгорания. Но не могли бы мы просто перепроектировать типичный поршневой двигатель, чтобы он работал на чем-то более чистом, например, на водороде?

Если бы это было так просто. Как объясняет Джейсон Фенске из Engineering Explained, вы можете сконструировать поршневой двигатель, работающий на водороде.Это было бы не очень хорошо.

Водород — заманчивое альтернативное топливо. При правильном сжигании выделяется только водяной пар. Уже в этом месяце компания Fenske изучает возможности водорода в нескольких видеороликах, как в качестве топлива для поршневых двигателей, так и для роторных двигателей.

Есть две основные проблемы с водородным двигателем внутреннего сгорания. Во-первых, водород не такой энергоемкий, как другие виды топлива, а это означает, что вам нужно много его, чтобы выполнить небольшую работу. Добавьте к этому присущую поршневому двигателю неэффективность (в лучшем случае вы превращаете только около 30 процентов энергии топлива в поступательное движение), и вы получите рецепт разочарования.

Вторая проблема? Когда вы сжигаете водород, вы получаете другие выбросы, помимо водяного пара. В основном, вы получаете NOx, токсичные выбросы, лежащие в основе скандала с мошенничеством с дизельными двигателями Volkswagen. Если вы ищете чистую альтернативу бензину, выбросы водорода NOx исключают его из эксплуатации.

Ответ? Используйте водород в топливном элементе для выработки электроэнергии. Топливные элементы намного эффективнее двигателей внутреннего сгорания, а водородный топливный элемент имеет более чистые выбросы, чем водородный двигатель внутреннего сгорания.Чтобы узнать больше, посмотрите полное видео Фенске ниже.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Основы водорода — Двигатели внутреннего сгорания

Водород обладает высокой удельной энергией, высокой скоростью пламени, широким диапазоном воспламеняемости и характеристиками чистого горения, которые предполагают возможность высокой производительности в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).Эти атрибуты были реализованы более чем полвека с начала разработки водородных двигателей. В начале 1990-х годов FSEC провела исследования по использованию водорода в ДВС. Результатом этой работы стала разработка смешанного топлива под названием HYTEST. Сегодня производители автомобилей и Министерство энергетики продолжают работать над водородными ДВС.

Заправка водородом / природным газом (топливо HYTEST) Ford Ranger, FSEC h3 Lab
(Фото.Спенсер)
Существует четыре основных вопроса, касающихся двигателей и транспортных средств, работающих на водороде: обратная вспышка двигателя и восприимчивость водорода к воспламенению на поверхности, несколько сниженная мощность двигателя, выбросы большого количества оксида азота (NOx) и проблема хранения топлива на борту и безопасность. Хотя частичные решения были найдены для большинства этих проблем, до сих пор нет единого мнения о наилучшем методе окончательного решения всех этих проблем.

Что касается характеристик водородного двигателя, его предел воспламеняемости в воздухе является наиболее важным фактором. Низкий предел воспламеняемости водорода на обедненной смеси дает возможность довольно успешно использовать концепцию двигателя с обедненной смесью (LBE) с водородными двигателями. Концепция LBE относится к более обедненной работе двигателя (более высокое отношение массы воздуха к топливу), чем к стехиометрической (химически правильное соотношение воздух-топливо). Объем работы, выполняемой в процессе расширения в двигателе, работающем на обедненной смеси, относительно велик (из-за более низкой температуры цикла), что приводит к пропорционально более высокому тепловому КПД.

Концепция LBE с водородом дополнительно облегчает и способствует использованию так называемого «регулирования смеси» или «контроля качества» при малых нагрузках двигателя. В отличие от двигателей, работающих на бензине, которые требуют дросселирования при более низких нагрузках двигателя, двигатели, работающие на водороде, могут работать на пониженных уровнях мощности, ограничивая только скорость подачи топлива, не ограничивая расход всасываемого воздуха. Таким образом, полностью исключаются «насосные потери» двигателя, которые возникают при использовании дроссельной заслонки.Высокая температура самовоспламенения водорода дает возможность эксплуатировать двигатели, работающие на водороде, при более высоких степенях сжатия, чем те, которые обычно используются с бензиновыми двигателями. Результатом является дальнейшее увеличение указанного теплового КПД.

Препятствия для использования водорода в ДВС вызваны его низкой энергией воспламенения и широкими пределами воспламеняемости. Это делает водородные двигатели особенно склонными к преждевременному воспламенению. Ситуация усугубляется высокой скоростью пламени водорода.Предварительное зажигание приводит к опасным обратным вспышкам в карбюратор и плохой работе и, как полагают, происходит из-за развития поверхностных «горячих точек». Индукционное зажигание может произойти из-за чрезмерных температур как компонентов камеры сгорания, так и небольших отложений на поверхности или взвешенных частиц. Исключительно низкая энергия воспламенения водорода требует, чтобы средняя температура, преобладающая в пространстве сгорания во время индукции, была достаточно низкой, чтобы избежать образования горячих точек.Для этого требуется соответствующее охлаждение головки блока цилиндров, поршня, клапанов, стенки камеры сгорания и использование холодных свечей зажигания (свечи зажигания с неплатиновыми наконечниками). Одним из способов уменьшить влияние горячих точек камеры сгорания на преждевременное воспламенение свежего заряда является использование методов термического разбавления. Необычные характеристики тепломассопереноса водорода делают практически необходимым переосмысление конструкции камеры сгорания и системы охлаждения, чтобы в полной мере использовать уникальные свойства водорода.

Другой важный вопрос, связанный с работой двигателя, особенно с почти стехиометрическими смесями водорода и воздуха, — это степень образования NOx. Эта проблема решается с помощью любого типа термического разбавления заряда за счет использования избыточного воздуха (концепция обедненного сжигания), впрыска воды в цилиндр и рециркуляции выхлопных газов. Коллективные результаты многих исследователей, по-видимому, указывают на то, что для того, чтобы в полной мере использовать преимущества концепции сжигания обедненной смеси и широкие пределы воспламеняемости водорода для снижения выбросов NOx до приемлемых уровней, необходимо ограничить работу двигателя коэффициентами эквивалентности, равными примерно 0.65 или ниже. Также возможно достичь низких уровней выбросов NOx с водородными двигателями, использующими внутреннее смесеобразование с помощью DCI или впрыска в порт. В методе внутреннего смесеобразования водород впускается в камеру сгорания непосредственно и под давлением. Этот подход потребовал разработки системы криогенного впрыска под высоким давлением, а также конструктивных элементов камеры сгорания, которые способствуют турбулентности и быстрому перемешиванию водорода и воздуха в цилиндре.Представляется, что возможны мощные водородные двигатели, работающие на обедненной смеси, которые также производят минимальные выбросы NOx.

Персонал

FSEC провел большую работу по использованию водорода и природного газа в качестве топлива для ДВС, изучив перспективы смешивания водорода с природным газом для улучшения характеристик двигателя и снижения выбросов двигателя. Исследователи начали работу со смешивания небольшого количества водорода (от 5 до 10 процентов) с природным газом, но результаты показали, что для достижения желаемого сокращения выбросов потребуются смеси, содержащие более 20 процентов водорода.

Эта работа была сосредоточена на смеси обогащенного водородом природного газа, которая позволила увеличить «предел сжигания обедненной смеси» и, таким образом, снизить выбросы двигателя без использования каталитического нейтрализатора. В ходе этой работы FSEC провела серию испытаний смеси метана, обогащенной водородом более 30%, которая использовалась для работы двигателя V8 объемом 350 кубических дюймов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *