СЕКЦИЯ 1. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ 351

Алимов В.А. Alimov V.A.

магистрант второго года обучения graduate student of the second year of

Волгоградского государственного the Volgograd State Technical

технического университета, РФ University, Russian Federation

Гаврилов Д.С. Gavrilov D.S.

аспирант Волгоградского postgraduate student of the Volgograd

государственного технического State Technical

университета, РФ University, Russian Federation

Захаров E.A. Zakharov E.A.

канд. техн. наук, проректор по Ph.D., Vice-Rector for Academic

учебной работе Волгоградского Affairs, Volgograd State Technical

государственного технического University, Russian Federation

университета, РФ

Федянов E.A. Fedyanov E.A.

д-р техн. наук, зав. кафедрой Dr. Sc., professor,

«Теплотехника и гидравлика» head of heat engineering and hydraulics

Волгоградского государственного department, Volgograd State Technical

технического университета, РФ University, Russian Federation

УЛУЧШЕНИЕ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА ДОБАВКАМИ ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕГО СИНТЕЗ-ГАЗА

IMPROVING THE PROCESS OF COMBUSTION OF LPG ADDITIVES HYDROGEN-CONTAINING SYNTHESIS GAS

Ключевые слова: альтернативные источники, водород, синтез-газ,

энергоэффективность, экологические показатели

Keywords: integration of heat, hydrogen, synthesis-gas, energy efficiency, environmental performance

В статье приведены результаты экспериментальных исследований влияния добавок синтез-газа на динамику развития процесса сгорания топливо-воздушной смеси на основе сжиженного углеводородного газа (СУГ) и показатели вредных выбросов на двигателе ВАЗ- 11194.

The results of experimental studies of the effect of the addition of synthesis gas in the dynamics of the process of combustion of liquefied petroleum gas (LPG) and environmental parameters of the engine VAZ 11194 are presented.

Сжиженный углеводородный газ является реальной альтернативой традиционным видам топлив. Однако работа двигателя на СУГ требует изменения его регулировок с целью оптимизации процесса сгорания.

Интерес к водороду как энергоэффективному и экологически чистому виду топлива с каждым годом усиливается на фоне неизменного роста цен на традиционные углеводороды, а также неутешительных прогнозов по сокращению их мировых запасов. Однако при современном уровне технологий, осуществить хранение на борту транспортного средства необходимого количества Н₂ не представляется возможным, а также отсутствует должного рода инфраструктура, специализированных заправочных станций [1, с 16 - 17]. Следовательно, широкое использование водорода в качестве основного топлива не возможно. А значит, целесообразным является лишь применение его в виде малых добавок к основному углеводородному топливу. Опыты [2, с. 75 - 77; 3, с 111 - 116] показывают, что добавки водорода к топливовоздушным смесям позволяют существенно расширить пределы воспламенения, в свою очередь, обеспечивая снижение расхода основного топлива, особенно на малых нагрузках и режиме холостого хода. Эксперименты, проведенные в ВолгГТУ, показали положительное влияние на процесс сгорания также добавок к углеводородному топливу водородосодержащего синтез-газа [4, с. 17-19; 5, с. 77 - 80].

Проведенные ранее эксперименты [5, с. 24 - 26; 6, с. 56 - 59; 7, с. 112 — 113; 8, с. 16 - 18] показали, что локальные добавки синтез-газа положительно влияют на динамику процесса сгорания. Так, существенно увеличивается скорость сгорания, снижается длительность формирования начального очага, а также увеличивается полнота сгорания ТВ С.

В статьях [9,10] представлены результаты иностранных коллег, которые также ведут работы над добавками синтез-газа к основному топливу. Однако результаты эксперимента показывают неоднозначность по ряду моментов с данными полученными в ВолгГТУ, что, несомненно, является стимулом к дальнейшей работе в этом направлении.

Для эксперимента был использован двигатель марки ВАЗ 11194 с рабочим объемом 1,4 литра, оснащенный газобаллонным оборудованием четвертого поколения. Оценка показателей по количеству выбросов несгоревших углеводородов и оксидов углерода в отработавших газах (ОТ) производилась с помощью газоанализатора АСКОН-02. Забор проб осуществлялся непосредственно перед каталитическим нейтрализатором ОТ. Замеры проводились на режиме холостого хода при частоте вращения коленчатого вала 840 об/мин. Индициро- вание ДВС осуществлялось по всем четырем цилиндрам с помощью пьезоэлектрических датчиков фирмы «Kistler» (тип 6118В), встроенных в свечи зажигания.

Рисунок 1 - Индикаторная диаграмма по четырем цилиндрам

Данные от датчиков передавались в специализированный усилитель сигнала, а от него через аналогово-цифровой преобразователь на рабочий компьютер. Впоследствии, обработка полученных данных производилась с применением программного пакета (L-Graph и Power Graph). Данный пакет позволил очистить итоговый сигнал от внешних шумов и помех.

Рисунок 2 - Фильтрация итогового сигнала

Основным топливом в экспериментах являлся сжиженный углеводородный газ СУГ, а именно пропан-бутановая летняя автомобильная композиция. В качестве синтез-газа использовалась, искусственным образом приготовленная, газовая смесь, состоящая из 11,5 % водорода и 88,5 % углекислого газа С0₂, взятых по массе. Данная смесь представляет собой аналог синтез-газа, получаемого путем паровой конверсии из метанола, который можно получить на борту автомобиля, тем самым решая ряд вопросов, связанных с хранением, дефицитом заправочных станций и дороговизной получения чистого водорода.

СУГ подавался в двигатель уже готовой смесью с синтез-газом в заранее рассчитанных пропорциях по массовым долям от 0 до 10%.

Полученные результаты показали, что добавки водородсодержащего синтез-газа уменьшают показания выбросов СО на всем интервале рассматриваемых композиций. Наиболее резкое падение количества оксидов углерода в отработавших газах наблюдается уже с 5% добавки СГ по массе и неуклонно снижается, практически в прямолинейной зависимости. Однако снижение в ОГ количества частиц СН наблюдается лишь до определенного момента.

Рисунок 3 - Зависимости выбросы СО и СН от процентной величины добавки синтез- газа

При превышении добавки в 7% зафиксирован явный рост данного показателя, что, скорее всего, связанно со значительным увеличением в готовой смеси количества углекислого газа - С0₂, который, по сути, является балластом в процессе сгорания.

В результате обработки полученных диаграмм, также можно сделать вывод, что величина добавки СГ практически не влияет на среднее индикаторное давление цикла P_icp, и лишь при добавлении более 7% синтез-газа, наблюдается незначительное снижение данного показателя. По результатам наших исследований изменения коэффициента вариации не показали какой-либо четкой математической зависимости от количества добавки синтез газа, а скорее носили стохастический характер.

Библиографический список

• 1. Абу-Ниджим Р.Х., Григорян А.В., Фомин В.М. Водородная энергетика и современный транспорт // Альтернативные источники энергии в транспортнотехнологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования. 2015. Т. 2. № 1. С. 13-17. DOI: 10.12737/13790.
• 2. Автомобильный двигатель, работающий на смесевом топливе бензин-водород / В. М. Фомин, В. Ф. Каменев, Н. А. Хрипач // АГЗК + Альтернативные топлива. - 2006. - №1,- С.72-77.
• 3. Экспериментальные исследования процесса сгорания пропан-бутановоздушных смесей с добавками водорода / Федянов Е. А., Захаров Е. А., Левин Ю. В., Гаврилов Д. С. // Вестник Саратовского гос. техн. ун-та. - 2013. - № 2, вып. 2. - С. 111-116.
• 4. Влияние добавок синтез-газа на скорость распространения пламени при горении пропан-бутановой смеси / Федянов Е. А., Захаров Е. А., Левин Ю. В., Кузьмин В. Н., Гаврилов Д. С. // Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы преобразования энергии и энергетические установки». Вып. 5 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2013. - № 12 (115).-С. 17-19.
• 5. Форсирование развития начального очага горения в ДВС с искровым зажиганием / Злотин Г. Н., Гибадуллин В. 3., Федянов Е. А., Шумский С. Н., Захаров Е. А., Свитачев А. Ю. // Наука - производству. - 2000. - № 1. - С. 24-26.
• 6. Исследование процессов формирования и воспламенения топливовоздушной смеси при локальной подаче синтез-газа в область электродов свечи зажигания / Е.А. Федянов, Е.А. Захаров, В.З. Гибадуллин, Д.С. Гаврилов, В.А. Алимов // Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы преобразования энергии и энергетические установки». Вып. 6 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2014. - № 18 (145). - С. 56-59.
• 7. Улучшение процесса сгорания сжиженного углеводородного газа добавками водорода/ Е. А. Федянов, Е.А. Захаров, Д.С. Гаврилов, Ю. В. Левин //Молодой ученый. - 2013. -№. 3.- С. 111-114.
• 8. Теоретическое исследование процесса сгорания в роторно-поршневых двигателях Ванкеля с добавками водорода / Е. А. Федянов, Ю. В. Левин, Е. А. Захаров, Е. М. Иткис // Двигателестроение. - 2014. - № 4. - С. 16-18.
• 9. Dai X. et al. Effect of syngas addition on performance of a spark-ignited gasoline engine at lean conditions //International Journal of Hydrogen Energy. - 2012. - T. 37. - №. 19. - P. 14624- 14631.
• 10. Ji C. et al. Experimental study on combustion and emissions performance of a hybrid syngas-gasoline engine //International Journal of Hydrogen Energy. - 2013. - T. 38. - №. 25. - P. 11169-11173.

©Алимов В. А., Гаврилов Д. С., Захаров Е. А., Федянов Е. А., 2015

Березовский Ю.С. Berezovsky Y.S.

аспирант, Graduate student

Томский политехнический Tomsk Polytechnic University,

университет, РФ Russian Federation

Тетерин B.C. Teterin V.S.

аспирант, aspirant,

Омский государственный Omsk State Technical University,

технический университет, РФ Russian Federation

Деева B.C. Deeva V.S.

кандидат технических наук, доцент, PhD, assistant professor,

Томский политехнический Tomsk Polytechnic University,

университет, РФ Russian Federation

Слободян C.M. Slobodyan S.M.

доктор технических наук, профессор Doctor of Technical Science, professor,

Томский политехнический Tomsk Polytechnic University,

университет, РФ Russian Federation