Инновационные разработки по применению водорода на транспортных ДВС и в силовых установках

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. В статье проанализированы инновационные технологии и конструкторские решения, направленные на применение водорода в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и силовых водородных установках. Показаны преимущества водородного топлива и обозначены основные проблемы, c которыми сталкиваются западные автопроизводители и которые определяют пути решения проблем на автотранспорте. В этой связи метод использования энергии водорода в ДВС и силовых водородных установках становится решающим фактором.

Цель работы ― поиск рационального и эффективного метода применения водорода на транспорте.

Материалы и методы. Рассмотрены технологии получения водорода электролизным методом и генерированием водорода на борту автомобиля из водородосодержащих компонентов. Предложено использовать аммиак в качестве реагента-носителя водорода для работы в двух топливных дизельных ДВС.

Результаты. Отмечается, что аммиак, при высоком уровне содержания водорода в молекуле, относительно безопасен, имеет низкую стоимостью и значительный объем производства. Его проще хранить и транспортировать по сравнению с водородом. Для ДВС, работающем на углеводородным топливе, использование аммиака и его производного продукта водорода привлекательно необходимостью удаления высоко токсичных оксидов азота, содержащихся в выхлопных газах дизельных ДВС.

Рассмотрена одна из основных проблем создания экологически чистого дизельного ДВС связанная со снижением NOx до экологически безопасного уровня. Положительным фактором применения аммиака является генерирование водорода в термическом реакторе на борту автомобиля, а также возможность организации эффективного процесса нейтрализации оксидов азота в дизельном ДВС.

Заключение. Применение аммиака для генерирования водорода позволяет в дизельном ДВС реализовать процесс селективного восстановления оксидов азота при впрыскивании аммиака в камеру сгорания на такте выпуска.

Данный метод позволяет существенно повысить эффективность нейтрализации NОх в дизельном ДВС, за счет возможности температурного регулирования реакции нейтрализации NОх непосредственно в цилиндре и в выпускной системе ДВС.

Об авторах

Александр Викторович Шабанов

Научно-исследовательский Центр по испытаниям и доводке автомототехники Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ)

Автор, ответственный за переписку.
Email: saaha-1955@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2742-5311
SPIN-код: 2711-5000

канд. техн. наук, эксперт «Экспертного отдела»

Россия, 125438, Москва, ул. Автомоторная, д. 2

Андрей Юрьевич Дунин

Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)

Email: a.u.dunin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0676-4135
SPIN-код: 3964-8620

доктор технических наук, профессор кафедры "Теплотехника и автотракторные двигатели", доцент

Россия, 125319, Москва, Ленинградский проспект, д. 64

Владимир Константинович Ванин

Научно-исследовательский Центр по испытаниям и доводке автомототехники Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ)

Email: v.vanin@nami.ru
ORCID iD: 0009-0009-8370-7354

главный специалист

Россия, 125438, Москва, ул. Автомоторная, д. 2

Список литературы

  1. Мастепанов А., Араи Х. Водородная стратегия Японии // Энергетическая политика. 2020. № 11(153). С. 62–73. doi: 10.46920/2409-5516_2020_11153_62
  2. Дунин А.Ю., Шабанов А.В., Нгуен Т.К., и др. Улучшение энергетических и экологических показателей дизельного ДВС путем применения водородосодержащей добавки // Известия МГТУ “МАМИ“. 2022. Т. 16, № 2. C. 125–133. doi: 10.17816/2074-0530-108908
  3. Столяревский А.Я. Технология производства водороднометановой смеси для автотранспорта // Наука и техника в газовой промышленности. 2008. № 3 . С. 73–80.
  4. Технико-экономическая оценка различных вариантов хранения водорода. https://studme.org/152663/tehnika/tehniko_ ekonomicheskaya_otsenka_razlichnyh_variantov_hraneniya_ vodoroda (дата обращения: 25.07.2023)
  5. Раменский A.Ю., Шелищ П.Б., Нефедкин С.И. Применение водорода в качестве моторного топлива для автомобильных двигателей внутреннего сгорания. история, настоящее и перспективы // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2006. № 11(43). С. 63–70.
  6. Попель О.С., Тарасенко А.Б. Водородная энергетика – возможные пути развития в условиях России // VII всероссийская конференция с международным участием «Топливные элементы и энергоустановки на их основе» Сборник трудов. Москва: МФТИ, 2020. С. 42–46.
  7. Пономарев-Степной Н.Н., Столяревский А.Я. Атомно-водородная энергетика – пути развития // Энергия. 2004. № 1. С. 3–9. Масленников Д.С. Особенности применение водорода для повышения эффективности процесса сгорания бензинового ДВС на режиме холостого хода. Магистерская диссертация Тольятти, 2019.
  8. 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. P. 971–5.
  9. Кавтарадзе Р.З., Сун Б., Голосов А.С., и др. Эффективные показатели водородного двигателя с модифицированной системой топливоподачи при работе на обеднённой смеси // Труды НАМИ. 2021. № 3(286). C. 58–64.
  10. Пономарев-Степной Н.Н., Столяревский А.Я. Международный проект создания паровой конверсии метана с выделением водорода. Атомно-водородная энергетика пути развития // Энергия. 2004. № 1. С. 3–9.
  11. Фомин В.М., Каменев В.Ф., Хергеледжи М.В. Бортовое генерирование водородосодержащего газа для транспортных двигателей // Транспорт на альтернативном топливе. 2013. № 2(32).
  12. С. 41–47.
  13. Каким должно быть топливо будущего. Все, что нужно знать о водородном топливе будущего. Методы получения H2. https://www.avtoprin.ru/deprivation/kakim-dolzhno-byt-toplivobudushchego-vse-chto-nuzhno-znat-o-vodorodnom/ (дата обращения 25.07.2023)
  14. Савостьянов А.П., Кравченко О.А. Водородная энергетика и технологии. Новочеркасск: Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, 2021.
  15. Фомин В.М. Повышение эффективности использования альтернативного топлива на транспорте // Известия МГТУ “МАМИ“. 2016. Т. 10, № 2. C. 84–92. doi: 10.17816/2074-0530-66945
  16. Каменев В.Ф., Фомин В.М., Апелинский Д.В., и др. Генерирование водородосодержащего газа на борту транспортного средства // Известия МГТУ “МАМИ“. 2013. Т. 7, № 1–1. C. 204–212. doi: 10.17816/2074-0530-68332
  17. Фомин В.М., Каменев В.Ф. Предварительное термохимичекое преобразование топлива в системах питания двигателей внутреннего сгорания // Вестник РУДИ. Серия. Инженерные исследования. 2003. № 1. С. 59–65.
  18. Фомин В.М. Эффективное применение водородных энергоресурсов в структуре энергообеспечения АПК // Тракторы и сельхозмашины. 2014. Т. 81, № 6. C. 3–7. doi: 10.17816/0321-4443-65540
  19. Использование аммиака для хранения и транспортировки возобновляемой энергии. https://h2.d3.ru/ispolzovanie-ammiakadlia-khraneniia-i-transportirovki-vozobnovliaemoi-energii2140871/?sorting=rating (дата обращения: 25.07.2023)
  20. MAN возглавляет новый проект на четырехтактном ДВС, работающем на аммиаке. https://www.marinelog.com/technology/ project-on-ammonia-fueled-four-strokes-kicks-off/ (дата обращения: 25.07.2023)
  21. Шабанов А.В., Кондратьев Д.В., Ванин В.К., и др. К вопросу повышения эффективности систем нейтрализации оксидов азота в дизельных ДВС // Известия МГТУ “МАМИ“. 2021. Т. 15, № 2. C. 101–112. doi: 10.31992/2074-0530-2021-48-2-101-112 22.
  22. Кутенев В.Ф., Кисуленко Б.В., Шюте Ю.В. Экологическая безопасность автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. М.: Экология. Машиностроение, 2009.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Реактор с паровой конверсией метана [11].

Скачать (58KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема генерирования водорода на борту автомобиля [12].

Скачать (86KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Технологическая схема получения водорода из аммиака [14]. 1 — ёмкость для хранения аммиака; 2 — насос; 3 — теплообменник; 4 — огневой подогреватель; 5 — реактор разложения аммиака; 6 — мембранный сепаратор; 7 — блок очистки водорода.

Скачать (35KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема подачи аммиака в камеру сгорания дизельного ДВС (a) и температурная характеристика нейтрализации оксидов азота в дымовых газах (b). 1 — аккумулятор аммиака, 2 — запорный клапан, 3 — подающая магистраль, 4 — форсунка, 5 — распылитель, 6 — канал подачи дизтоплива, 7 — канал подачи аммиака, 8 — игла распылителя, 9 — ТНВД, 10 — топливный бак.

Скачать (374KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах