Cтраница 3
При использовании водорода в смеси с бензином также основным нежелательным продуктом сгорания являются оксиды азота. Хотя в топливовоздушной смеси может содержаться довольно значительное количество бензина, возможность реализации нагрузочной характеристики двигателя при а 1 и необходимом соотношении бензин - водород можно получить выход СО и СН не выше, чем в водородном двигателе. Поэтому в наших исследованиях основное внимание было уделено оксидам азота. Максимальный выход оксидов азота в водородном двигателе ( рис. 35) наблюдается в области а 1 2, что близко к выходу в бензиновом двигателе, а уровень концентрации почти вдвое выше. ОГ водородного двигателя является следствием более высоких максимальных температур цикла при одинаковых коэффициентах а, что подтверждено результатами обработки индикаторных диаграмм. [31]
Состав отработавших газов водородного двигателя существенно отличается от состава газов бензинового двигателя внутреннего сгорания в основном за счет отсутствия углерода в топливе. Максимальный выброс оксидов азота вследствие более высоких температур сгорания водорода примерно вдвое превышает выбросы NO бензиновым двигателем. С обеднением смеси выбросы оксидов азота у водородного двигателя быстро снижаются и при сс1 8 практически отсутствуют. [32]
По программе НАСА ( США) в 80 - х годах для космических исследований и разработок будет ежегодно расходоваться около 10 тыс. т водорода. По имеющимся уже проектам в середине 80 - х годов должны быть созданы авиационные водородные двигатели и в конце 80 - х годов - экспериментальные самолеты. Локхид ( США) намерена использовать самолеты с водородными двигателями для рейсов США - Европа - Ближний Восток. [33]
Независимо от способа смесеобразования работа водородного двигателя на топливовоздуш-ных смесях состава, близкого к стехиометрическому, характеризуется высокой жесткостью рабочего процесса. Как известно, жесткость рабочего процесса определяется скоростью на-растания давления в процессе сгорания. В ряде работ [53, 77] скорость нарастания давления в водородном двигателе оценивается величиной около 5000 МПа с - 1 при максимальных давлениях 6 0 - 9 0 МПа. Большие значения относятся к двигателям с внутренним смесеобразованием. [34]
Широкие концентрационные пределы и высокая скорость сгорания водорода в воздухе дают возможность организовать качественное регулирование рабочего процесса двигателя, пра этом даже на полной нагрузке коэффициент избытка воздуха ниже единицы использовать нецелесообразно. Сравнивая КПД бензинового двигателя, для которого оптимальный коэффициент избытка воздуха равен 0 85 - 0 9, и водородного двигателя, можно отметить, что теоретически КПД последнего должен быть на 10 - 15 % выше. На частичных нагрузках в двигателе с количественным регулированием значительное влияние на снижение КПД оказывает дросселирование, этого можно избежать в водородном двигателе при качественном регулировании. [35]
Этот энергоноситель характеризуется высокой массовой теплотой сгорания и имеет широчайшую сырьевую базу. Целесообразность использования водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания объясняется его уникальными физико-химическими свойствами ( см. табл. 6.2) и наиболее высокими экологическими качествами двигателя, работающего на водороде, по сравнению с другими альтернативными топлива-ми. Широкие концентрационные пределы воспламенения водородно-воздуш-ных смесей ( 4 - 75 об. %) позволяют обеспечить оптимальные условия его сгорания с точки зрения топливной экономичности и токсичности ОГ. Отработавшие газы водородного двигателя значительно менее токсичны, чем ОГ традиционного дизеля. В ОГ такого двигателя присутствуют оксиды азота NOX, но и их содержание на 10 - 15 % ниже, чем у бензинового двигателя, и на 20 - 25 % ниже, чем у дизеля. Вместе с тем, из-за высокой скорости сгорания водородно-воздушных смесей отмечаются повышение жесткости цикла и соответствующий рост нагрузок на детали цилиндропоршневой группы двигателя. [36]
При использовании водорода в смеси с бензином также основным нежелательным продуктом сгорания являются оксиды азота. Хотя в топливовоздушной смеси может содержаться довольно значительное количество бензина, возможность реализации нагрузочной характеристики двигателя при а 1 и необходимом соотношении бензин - водород можно получить выход СО и СН не выше, чем в водородном двигателе. Поэтому в наших исследованиях основное внимание было уделено оксидам азота. Максимальный выход оксидов азота в водородном двигателе ( рис. 35) наблюдается в области а 1 2, что близко к выходу в бензиновом двигателе, а уровень концентрации почти вдвое выше. ОГ водородного двигателя является следствием более высоких максимальных температур цикла при одинаковых коэффициентах а, что подтверждено результатами обработки индикаторных диаграмм. [37]
Детонационно-подобные явления, характерные для работы двигателя на водороде, изучены недостаточно. Согласно большинству данных, водород начинает детонировать при степенях сжатия е6 в широком диапазоне а. По данным [169], критическая степень сжатия при стехиометрическом составе во-дородно-воздушных смесей не превышает 4 7, что соответствует октановому числу по исследовательскому методу 46, в то время как при а3 5 она достигает 9 4 и октановое число-114. Таким образом, при достаточном обеднении смеси возможна бездетонационная работа водородного двигателя в широком диапазоне степеней сжатия. [38]
При использовании водорода в смеси с бензином также основным нежелательным продуктом сгорания являются оксиды азота. Хотя в топливовоздушной смеси может содержаться довольно значительное количество бензина, возможность реализации нагрузочной характеристики двигателя при а 1 и необходимом соотношении бензин - водород можно получить выход СО и СН не выше, чем в водородном двигателе. Поэтому в наших исследованиях основное внимание было уделено оксидам азота. Максимальный выход оксидов азота в водородном двигателе ( рис. 35) наблюдается в области а 1 2, что близко к выходу в бензиновом двигателе, а уровень концентрации почти вдвое выше. ОГ водородного двигателя является следствием более высоких максимальных температур цикла при одинаковых коэффициентах а, что подтверждено результатами обработки индикаторных диаграмм. [39]
Современные двигатели внутреннего сгорания могут очень хорошо работать на водороде; для перевода их на водородное горючее необходимо лишь незначительно изменить конструкцию карбюратора и отрегулировать угол опережения зажигания для приведения его в соответствие с требуемым количеством воздуха и скоростью распространения фронта племени. Единственными продуктами сгорания явились бы водяной пар и окислы азота, причем выделение окислов азота можно регулировать при помощи реакторов каталитической конверсии. При его использовании в двигателях в воздух не выбрасывались бы несгоревшие углеводороды, соединения свинца и, разумеется, окись углерода. Но использованию водорода в качестве моторного топлива присущ и крупный недостаток. Проблема заключается в хранении газообразного водорода. Бензин, залитый в бак вместимостью 76 л, имеет массу 53 кг; эквивалентное по энергосодержанию количество газообразного водорода имело бы массу только 19 кг, но как его хранить. Пробег автомобилей с водородным двигателем, построенных до настоящего времени, между заправками обычно не достигал и 100 км. [40]