Методы воздействия на рабочий процесс (часть 47)
Токсичность двигателей внутреннего сгорания

 

Основными недостатками водорода как топлива для двига­телей являются возможность обратных вспышек (во впускном трубопроводе), преждевременное воспламенение и «грубое» сго­рание. Последнее объясняется высокой скоростью сгорания во­дородных смесей. Указанные недостатки могут быть в значи­тельной степени устранены разбавлением водородно-воздушных смесей инертными компонентами (с этой целью добавляют воду, осуществляют рециркуляцию отработавших газов).

Водород может подаваться в двигатель как через карбюра­тор, так и путем непосредственного впрыска в цилиндр. При карбюраторном смесеобразовании водород в газообразном со­стоянии смешивается с воздухом. Часть воздуха, поступающего в цилиндр, замешается водородом. При стехиометрическом со­ставе смеси водород занимает около 30% объема цилиндра (па­ры бензина — только примерно 2%). В результате снижается но­минальная мощность двигателя (примерно до 20%).

Вследствие широких пределов воспламеняемости в двигателях, работающих на водороде, можно применять качественное пли сме­шанное регулирование, что су­щественно повышает индикатор­ный КПД двигателя при малых  нагрузках.

Выделение   N0 одноцилиндровым двигателем при работе на бензине и водороде   (при   внешнемсмесеобразовании) пока­зано на рис. 98. Из рис. 98 видно, что при работе двига­теля на водороде в диапазоне а=1-1,5 выделяется значи­тельно большее количество N0X. Это можно объяснить более высокими температурами пламени водородно-воздушных смесей по сравнению с бензино-воздушными смесями при тех же условиях по составу смеси. При работе водородного двигателя на очень обедненных смесях (а>2) выделение N02 практически равно нулю.

Результаты проведенных до настоящего времени исследова­ний подтверждают пригодность водорода как топлива для дви­гателей внутреннего сгорания. Основная проблема, которую необходимо решить для широкого использования водорода в транспортных двигателях, состоит в создании условий для хра­нения водорода (криогенные емкости, гидриды металлов и т. д.).

Следует также отмстить, что применение водорода не увели­чивает огне- и взрывоопасность автомобиля и значительно улучшает условия работы смазочного масла, так как оно не загрязняется продуктами неполного сгорания.

Аммиак. В последнее время проведены работы по использо­ванию аммиака в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Очевидно, что в отработавших газах двигателя в этом случае будут отсутствовать такие загрязнители атмосфер­ного воздуха, как углекислый газ, углеводороды, окись углеро­да, сажа. Однако содержание окислов азота оказывается боль­шим.

Экспериментальное исследование двигателя CFRна ам­миаке и изооктане показало (рис. 99), что при работе на ам­миаке концентрация N0Xв отработавших газах существенно выше в зоне бедных смесей (при а>1,1). Теоретическая макси­мальная температура цикла с аммиаком ниже (при прочих равных условиях), чем с углеводородным топливом нефтяного происхождения. Поэтому более высокие концентрации N0Xобъясняются образованием N0 из азота, содержащегося в NH3 в процессе сгорания (см. выше). Максимум концентрации N0Xсмещается в сторону бедных смесей (а=1,25) при работе на аммиаке.

Следует также отметить, что аммиак является жидким гид­ридом, содержание водорода в котором составляет около 20% по массе. Учитывая возможность сжижения NH3 при темпера­туре окружающей среды, а также возможность разложения NH3 на H2 и N2 перед подачей в двигатель, необходимо более деталь­но исследовать и этот способ хранения и получения водорода.

Экономическая целесообразность применения аммиака для массового автомобиля в настоящее время является проблематичной.

 

Новое на сайте