Токсичность отработавших газов в бензиновых двигателях при работе на сжатом природном газе и бензине

Наталья Михайловна Смоленская, Виктор Владимирович Смоленский

Аннотация


Снижение токсичности отработавших газов бензиновых двигателей с искровым зажиганием обуславливается необходимостью снизить экологическую напряженность при активном использовании автотранспорта в крупных городах. Целью проводимой работы являлось выявление возможностей снижения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием. Исследования проводились в условиях одноцилиндровой установки УИТ-85, имитирующей рабочий процесс при максимальной нагрузке и двигателе ВАЗ-2111 на режиме холостого хода. Эти режимы оказывают наибольшее влияние на токсичность бензинового двигателя. Экспериментальные исследования на двигателе ВАЗ-2111 проводились при стандартной степени сжатия 9,8 и при пониженной степени сжатия 7,5, за счет установки специальной алюминиевой пластины толщиной 4 мм. При проведении экспериментальных исследований фиксировалось давление в цилиндре двигателя, электропроводность пламени в зонах установки датчиков ионизации, а также расход топлива и воздуха на впуске и характеристики токсичности отработавших газов. В качестве топлива использовался бензин и сжатый природный газ. Для оценки возможностей снижения токсичности за счет активизации процесса сгорания для испытаний на двигателе ВАЗ-2111 применялась добавка водорода в размере 4 % (0,02 кг/ч) и 6 % (0,03 кг/ч) от массы топлива. При исследованиях на УИТ-85 для бензина применялась добавка водорода в 5 % и для сжатого природного газа 5, 10, 15 % соответственно. Показано, что природный газ может обеспечить снижение токсичности отработавших газов как по оксидам азота, так и по углеводородам и монооксиду углерода, при сохранении мощностных показателей работы двигателя, если будут подобраны оптимальные углы опережения зажигания. Для эффективного сгорания при работе на холостом ходу необходимо применение способов интенсификации процесса сгорания, как вариант показано эффективное воздействие водорода при добавке в 4 % от массы топлива. При этом влияние водорода более эффективно при работе на природном газе. 


Ключевые слова


сжатый природный газ; бензин; водород; токсичность отработавших газов; ДВС с искровым зажиганием

Полный текст:

PDF

Литература


Wallington T. J., Kaiser E. W., Farrell J. T. Automotive Fuels and Internal Combustion Engines: A Chemical Perspective. The Royal Society of Chemistry, 2006, vol. 35, pp. 335–347. DOI: 10.1039/B410469M

Das L., Gulati R., Gupta P. Comparative Evaluation of the Performance Characteristics of a Spark Ignition Engine Using Hydrogen and Compressed Natural Gas as Alternative Fuels. International Journal of Hydrogen Energy, 2000, vol. 25 (8), pp. 783–93. DOI: 10.1016/S0360-3199(99)00103-2

Ranjan R., Tyagi R.K. Emission Characteristic of Hydrogen and Gasoline Blend in Spark-Ignited Engine. International Journal of Ambient Energy, 2015. DOI: 10.1080/01430750.2015.1023840

Das L.M. Hydrogen Engine: Research and Development Programmes in Indian Institute of Technology, Delhi. International Journal of Hydrogen Energy, 2002, vol. 27 (9), pp. 953–65. DOI: 10.1016/S0360-3199(01)00178-1

Unich A., Morrone B., Mariani A. The Impact of Natural Gas – Hydrogen Blends on Internal Combustion Engines Performances and Emissions. SAE Paper, 2009, 2009-24-0102. DOI: 10.4271/2009-24-0102

Sierens R., Rosseel E. Variable Composition Hydrogen/Natural Gas Mixtures for Increased Engine Efficiency and Decreased Emissions. Eng. Gas Turbines Power, vol. 122, iss. 1, pp. 135–140. DOI: 10.1115/1.483191

Mohammed S.E., Baharom M.B., Aziz A.R. Analysis of Engine Characteristics and Emissions Fueled by In-Situ Mixing of Small Amount of Hydrogen in CNG. International Journal of Hydrogen Energy, 2011, vol. 36 (6), pp. 4029–4037. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2010.12.065

Ma F. Wang Y., Liu H.Q., Li Y. Experimental Study on Thermal Efficiency and Emission Characteristics of a Lean Burn Hydrogen Enriched Natural Gas. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, vol. 32, pp. 5067–5075. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2007.07.048

Wallace J.S., Cattelan A.I. Hythane and CNG Fuelled Engine Exhaust Emission Comparison. Proceedings 10th World Hydrogen Energy Conference, 1994, pp.1761–1770.

Al-Janabi H., Al-Baghdadi S. A Prediction Study of the Effect of Hydrogen Blending on the Performance and Pollutants Emission of a Four Stroke Spark Ignition Engine. International Journal of Hydrogen Energy, 1999, vol. 24, pp. 363–375.

Chatterjee A., Dutta S., Mandal B.K. Combustion Performance and Emission Characteristics of Hydrogen as an Internal Combustion Engine Fuel. Journal of Aeronautical and Automotive Engineering (JAAE), 2014, vol. 1, no. 1, September, pp. 1–6.

Tinaut F.V., Melgar A., Gimenez B., Reyes M. Prediction of Performance and Emissions of an Engine Fuelled with Natural Gas/Hydrogen Blends. International Journal of Hydrogen Energy, 2011, vol. 36, pp. 947–956. Available at: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.10.025.

Andrea T.D., Henshaw P.F., Ting D.S.K. Formation and Restraint of Toxic Emissions in Hydrogen-Gasoline Mixture Fuelled Engine. International Journal of Hydrogen Energy, 1998, vol. 23, pp. 971–975. DOI: 10.1016/S0360-3199(97)00141-9

Ji C., Wang S. Effect of Hydrogen Addition on Combustion and Emissions Performance of a Spark Ignition Gasoline Engine at Lean Conditions. International Journal of Hydrogen Energy, 2009, vol. 34, pp. 7823–7834. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2009.06.082

Zervas E., Montagne X., Lahaye J. Influence of Fuel and Air/Fuel Equivalence Ratio on the Emission of Hydrocarbons from a SI Engine. Fuel, 2004, vol. 83 (17–18), pp. 2301–2311. DOI: 10.1016/j.fuel.2004.06.029

Smolenskaya N.M., Smolenskii V.V., Bobrovskij I. Research of Polytropic Exponent Changing for Influence Evaluation of Actual Mixture Composition on Hydrocarbons Concentration Decreasing on Deep Throttling Operation. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 2017, vol. 50, 012016. DOI: 10.1088/1755-1315/50/1/012016

Smolenskaya N.M., Smolenskii V.V., Korneev N.V. Increase in the Thermodynamic Effi-ciency of the Working Process of Spark-Ignited Engines on Natural Gas with the Addition of Hyd-rogen. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 2018, vol. 121, 052009. DOI: 10.1088/1755-1315/121/5/052009

Li H., Karim G.A. Knock in Spark Ignition Hydrogen Engine. International Journal of Hydrogen Energy, 2004, vol. 29 (8), pp. 859–65. Available at: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2003.09.013.

Sharma S.K., Goyal P. and Tyagi R.K. Hydrogen-Fueled Internal Combustion Engine: A Review of Technical Feasibility. International Journal of Performability Engineering, 2015, vol. 11, no. 5, September, pp. 491–501.

Xu J., Zhang X., Liu J., Fan L. Experimental Study of a Single Cylinder Engine Fueled with Natural Gas – Hydrogen Mixtures. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, vol. 35 (7), pp. 2909–2914. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2009.05.039

Kahraman E., Ozcanlı S.C., Ozerdem B. An Experimental Study on Performance and Emission Characteristics of a Hydrogen Fuelled Spark Ignition Engine. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, vol. 32, pp. 2066–2072. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.09.037


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.