автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение эффективности работы системы конверсии метанола и рабочего процесса энергоустановки на базе ДВС

На правах рукописи

Люхтер Александр Борисович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ КОНВЕРСИИ МЕТАНОЛА И РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА 'БАЗЕ ДВС

Специальность 05.04.02 - «Тепловые двигатели»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 2006

Работа выполнена на кафедре «Автомобильные и тракторные двигатели» Московского государственного технического университета

«МАМИ»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

В.И. Горохов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ю.С. Кустарёв

кандидат технических наук Е.Г. Пономарёв

Ведущая организация: ФГУП ГНЦ РФ «НАМИ»

Защита диссертации состоится 23.11.2006 г. в 160п часов в аудитории Б-304 на заседании диссертационного совета Д 212.140.01 в Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 107023, г. Москва, ул. Б. Семёновская, д.38.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу:

107023, г. Москва, ул. Б. Семёновская, д.38, МГТУ «МАМИ», ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета «МАМИ» по адресу: 107023, г. Москва, ул. В. Семёновская, д.38.

Автореферат разослан «2^» октября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.140.01 доктор технических наук, профессор-^

С.В. Бахмутов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ограниченность запасов углеводородного сырья для получения моторных топлив заставляет активизировать исследовательские работы по поиску путей практического массового применения моторных топлив на базе возобновляемого (биологического) сырья, не ограничиваясь частными фрагментарными исследованиями различных видов альтернативных топлив. С другой стороны, лавинообразный рост парка автотранспортных средств (АТС), обеспечивающего основный «вклад» в загрязнение воздушного бассейна вредными выбросами (в среднем до 60% выбросов, а в мегаполисах до 80% выбросов), настоятельно требует поиска и практической реализации экономически целесообразных путей радикального улучшения состава отработавших газов (ОГ) ДВС с точки зрения содержания вредных компонентов. При этом продолжают оставаться актуальными вопросы дальнейшего улучшения топливной экономичности ДВС всех типов. Эти три ограничения очерчивают для исследователей поле деятельности, усложняя тем самым общую задачу. По сути дела, проблема заключается в обоснованном выборе возобновляемого экологичного топлива, переход на которое транспортных ДВС (или хотя бы ДВС одного вида, например с внешним смесеобразованием) не вызовет проблем в эксплуатации, как, например, различные виды газа, диметиловый эфир и т.д., да еще при этом необходимо обеспечить дальнейшее улучшение топливной экономичности поршневого двигателя. С этих позиций исследователи все чаще обращают свой взор к водороду, как уникальному (по своим характеристикам), но весьма капризному (по своим свойствам) топливу. Трудно предположить революционный переход на водород в качестве моторного топлива, а накопление разностороннего опыта использования водородосодержащего топлива не только оправдано, но и целесообразно. Сказанное определяет актуальность темы диссертационной работы, в которой предпринята попытка для ДВС с внешним смесеобразованием добиться существенного снижения токсичности ОГ при одновременном улучшении их топливной экономичности на основе применения альтернативных возобновляемых топлив.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное обоснование разработки энергетической установки, обеспечивающей организацию малотоксичного и высокоэкономичного рабочего процесса ДВС с внешним смесеобразованием, использующего водородосодержащее топливо из метанола пригодного к массовому применению на установках указанного типа.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:

1. разработка рабочего процесса энергоустановки, состоящей из поршневой и водородогенерирующей (на базе метанола) частей и отличающейся улучшенными экономическими и экологическими показателями;

2. термодинамическое обоснование возможности повышения термического к.п.д. цикла с У=сош1 с частичной регенерацией теплоты дожигания энергоемких компонентов ОГ;

3. разработка математической модели рабочего процесса ДВС с внешним смесеобразованием водородосодержащего топлива;

4. разработка конверсионного реактора получения водородосодержащего топлива на основе метанола с улучшенной эффективностью конвертации;

5. практическая реализация энергоустановки и ее экспериментальные исследования;

6. подготовка практических рекомендаций по переводу серийновыпус-каемых и перспективных ДВС с внешним смесеобразованием на во-дородосодержащее топливо, получаемое из метанола на борту АТС.

Методы исследования. В работе применены экспериментальные и рас-четно-теоретические методы исследования, в т.ч. термодинамические и экспериментальные согласно международных процедур.

Достоверность результатов экспериментальных и расчетно-теорети-ческих исследований подтверждаются соответствием применяемого исследовательского оборудования и измерительной аппаратуры требованиям отечественных и международных стандартов, сходимостью результатов эксперимента и расчета, обработкой результатов повторных измерений с помощью методов математической статистики.

Научная новизна работы состоит в том, что теоретически и экспериментально обоснован рабочий процесс энергоустановки с ДВС с внешним смесеобразованием и реактором получения водородосодержащего топлива, дана термодинамическая интерпретация регенеративного цикла с использованием части теплоты продуктов конверсии и ОГ, разработана методика согласования температурно-энергетических потенциалов ОГ и процесса получения водородосодержащего топлива, приведено обоснование предпочтительности эволюционного вовлечения водородосодержащих топлив в топливный баланс ДВС.

Практическую ценность работы определяют следующие ее результаты:

• конверсионный реактор метанола против оточного типа, обеспечивающий требуемую эффективность процесса получения водородосодержащего топлива и прошедший полный цикл экспериментальной проверки;

• экспериментально установленный диапазон изменения режимных параметров энергетической установки, обеспечивающий реализацию регенеративного цикла;

• практическое подтверждение высокой эффективности энергоустановки водородосодержащего топлива по экономичности и токсичности ОГ по всем нормируемым компонентам;

• рекомендации по использованию разработанного способа получения водородосодержащего топлива на АТС и ДВС с внешним смесеобразованием.

Объектом исследования являлась энергетическая установка водородо-содержащего топлива, состоящая из поршневой (ДВС с высшим смесеобразованием) и реакторной частей, реализующая регенерацию теплоты ОГ.

Реализация результатов работы. Материалы исследования переданы и используются в ФГУП ГНЦ РФ «НАМИ» в НИОКР, обеспечивающих выполнение работ в соответствии с Концепцией развития автомобильной промышленности России, в учебном процессе кафедры «Автомобильные и тракторные двигатели МГТУ «МАМИ», в т.ч. при подготовке магистерских диссертаций и дипломных работ, включены в программу разрабатываемого курса лекций «Альтернативные топлива для ДВС».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на:

• 2-ом Международном автомобильном научном форуме, ФГУП ГНЦ РФ «НАМИ», 2004 г., г. Москва.

• ХХХХ Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», МГТУ «МАМИ», 2005 г., г. Москва;

• Научно-технической конференции «2-е Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе», МАДИ (ТУ), 2005 г., г. Москва;

• X Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей», ВГУ, 2005, Г.Владимир.

• Первая Международная научно-техническая конференция «Эксплуатация и методы исследования систем и средств автомобильного транспорта», ТулГУ, 2006, г. Тула.

Диссертационная работа в целом была заслушана и одобрена на заседаниях кафедры «Автомобильные и тракторные двигатели» МГТУ «МАМИ» в 2005 и 2006 гг.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 128 наименований. Результаты изложены на 173 страницах машинописного текста, иллюстрированного 17 таблицами и 51 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности проблемы разработки методов и средств, обеспечивающих использование экологичных возобновляемых топлив для ДВС с внешним смесеобразованием с целью экономии моторных топлив нефтяного происхождения и уменьшения загрязнения воздушного бассейна, особенно в мегаполисах.

В первой главе проведен обзор и анализ работ отечественных и зарубежных исследователей, направленных на решение проблемы. Отмечается,

что вопросы альтернативной энергетики, основанной на возобновляемой сырьевой базе получения моторных топлив в современных условиях крайне важны из-за доказанной ограниченности углеводородного сырья и катастрофической загрязненности атмосферы крупных городов. Указанной проблеме посвящены работы В.Н. Луканина, A.JI. Карунина, В.Ф. Кутенева, В.А. Зво-нова, H.H. Патрахальцева, Ю.С. Кустарева, Д.Д. Матиевского, В.В. Эфроса, В.А. Маркова, В.И. Ерохова, Г.Н. Камфера, В.Ф. Каменева, Woodford С., Haynes B.S., Glassman J., Hoseman G., Cerrini W.G. и др.

В этих работах отмечается, в частности, целесообразность поиска рациональных путей использования водорода и водородосодержащих топлив в плане перехода к водородной энергетике в будущем. Косвенно это отражается в объемах финансирования водородной транспортной энергетики в США, странах ЕС и Японии.

В рамках главы показана двуединая задача улучшения экологических показателей ДВС с внешнем смесеобразованием при одновременном повышении их экономичности. Подробно рассмотрены вопросы нормирования экологических показателей АТС, в т.ч. и по международным правилам, в частности, по процедуре Правил №83 ЕЭК ООН, моделирующей характерные ездовые циклы АТС. Детально рассмотрены возможные альтернативные топлива для ДВС с внешним смесеобразованием, отмечены их преимущества и недостатки, перспективы массового внедрения в эксплуатацию. Сделан вывод о перспективности водорода и водородосодержащих топлив, показана их роль и место в направлении поисковых работ, отмечается, что эти топлива являются радикальным средством одновременного совершенствования экологических и экономических показателей ДВС с внешним смесеобразованием. В материалах главы подробно проанализированы накопленный опыт применения водорода и водородосодержащих топлив, отмечены существенные недостатки различных способов хранения водорода на борту АТС (различные типы баллонов высокого давления, металлогидриды, термососуды) и сделан принципиальный вывод о целесообразности не хранения, а получения водорода на борту АТС при конвертации бортового топлива в водородосо-держащее. Эта задача может быть успешно решена при использовании в качестве базового топлива с повышенным содержанием связанного водорода, обладающего относительно низкой температурой диссоциации, соизмеримой с температурой ОГ и относящегося к возобновляемым видам топлив и не приводящего к коренному изменению конструкции силовой установки АТС. С этих позиций, наиболее приемлемым базовым топливом является метанол, одновременно отвечающий всем предъявляемым требованиям. Поскольку температурное и энергетическое состояние рабочего тела на выпуске двигателя меняется сообразно режимам его работы, то крайне важным является отработка характеристик процесса получения водородосодержащего топлива из метанола применительно к условиям работы конкретного двигателя. Речь идет о создании дополнительной системы (блока), обеспечивающей адекватное режимам работы ДВС получение водородосодержащего топлива из метанола на борту АТС. В более широкой постановке мы вправе говорить о создании энергетической установки, состоящей, как минимум, из двух, взаи-

мосвязанных термодинамически и теплофизически частях: поршневой, срабатывающей тепловой потенциал и генерирующей механическую работу; и реакторной, обеспечивающей устойчивые режимы конвертирования метанола в водородосодержащее топливо. Это обуславливает проведете комплекса расчетао-теоретических и экспериментальных исследований с акцентом на особенности применения водорода и водородосодержащих топ лив. Проведенный анализ позволил сформулировать цель и задачи исследования.

Во второй главе проведено теоретическое обоснование принципиальной возможности организации рабочего процесса энергоустановки с получением водородосодержащего топлива из метанола в конверсионном реакторе за счет использования теплоты ОГ и последующей подачи продуктов конверсии метанола в поршневую часть энергоустановки. Такой подход позволяет говорить о регенеративности (степени регенеративности) цикла энергетической установки. Необходимым условием высокой эффективности получения водородосодержащего топлива из жидкого метанола является обеспечение необходимого энергетического (теплового) баланса и температурного режима в реакционной камере реактора (рис.1.). Мощность теплоносителя (ОГ) используется не только для реализации эндотермического эффекта химической реакции (<2химр*аг)> но и для организации и других этапов конверсионного процесса: на предварительное нагревание жидкого метанола до температуры кипения (+45°С), на его испарение, на повышение температуры паров метанола до уровня температуры диссоциации (~ +300 °С), а также на компенсацию неизбежных тепловых потерь в окружающую среду через стенки реактора:

и». > % ■ <} хп>- рмкцаа

■ 9 м*гр» ютяма а* +45 °С ■ карм млшмл* з* □ Ч «рм<рк»ишя

■ 0 ■•игра

Рис.1. Энергетический баланс процесса конверсии.

Анализ показывает, что общие затраты тепловой энергии на организацию полностью завершенного процесса конверсии 1 кг метанола достигают 7 МДж. Следовательно, при расходе метанола через систему конверсии 1 кг/ч необходимая мощность теплового потока, отбираемая от теплоносителя и обеспечивающая эффективное протекание процесса, должна быть не менее 7 МДж/ч. Основное количество тепловой энергии расходуется на компенсацию эндотермического эффекта реакции диссоциации метанола (более 60%). При организации эндотермического процесса конверсии 1 кг метанола поглощается 4,2 МДж тепловой энергии. Расход энергии теплоносителя на организацию процесса парообразования составляет около 25%. Остальная часть (примерно 15%) энергетического потенциала теплоносителя расходуется на

организацию процессов нагревания жидкого и парообразного метанола до уровня необходимых температур (+45°С и ~+300°С соответственно).

По условию энергетического баланса системы располагаемая мощность теплоносителя (ОГ) должна соответствовать тепловой мощности, необходимой для организации конверсионного процесса.

Полная конверсия метанола, поступающего в реактор, обеспечивается при рабочих температурах не ниже +280 ... +300°С, что определяет минимально возможный предел по температуре выпускных газов двигателя, ниже которого конверсионный процесс становится малоэффективным. Для возможной компенсации дефицита теплоты для полной конверсии метанола существует тепловой резерв в виде теплоты дожигания продуктов неполного сгорания, содержащихся в ОГ. Это возможно при использовании в конверсионном реакторе каталитического блока доокисления СО и СН, что позволяет получить дополнительный тепловой эффект, величина которого определяется суммой произведений масс продуктов неполного сгорания топлива на соответствующие величины теплоты сгорания.

Изложенное концептуально потребовало проведение термодинамического анализа и соответствующей интерпретации цикла ДВС водородосо-держащего топлива на основе метанола с внешним смесеобразованием. Предположение о достижении более высокой топливной экономичности должны были получить строгое термодинамическое подтверждение. Как известно, цикл ДВС с внешним смесеобразованием осуществляется при У=соп151, термодинамически интерпретируется двумя изохорами и двумя адиабатами, при этом нас совершенно не интересует природа топлива, а только конечный результат в виде подводимой к циклу теплоты Эффективность цикла определяется соотношением и ф (теплота, отводимая из цикла с рабочим телом) и выражается:

Ч 1

77 = 1 - — = —, с учетом (ЗУ=0 и Я=Су(Т2-Т1),

' 9\ ч

для подводимой ql и отводимой я2 теплоты справедливо записать: ч2=Су-(Те-та) = сг'Та-(А-1) ;

с -Тя-СЛ-!) ,

„ -1 У а -1 1 •

'// - 1--ГГТ--1 V 1 5

у=сот1 Су ■ Та • г"'1 • (Л -1)

а удельная работа цикла

4 1 У=СОШ7 где

1

к -1

£

е = — -степень сжатия;

-степень повышения давления.

Рс

В реальном цикле мы имеем дело не с идеальным газом, а с рабочим телом (в т.ч. водородосодержащим), что приводит к изменению величины показателя адиабаты к от 1,67 у одноатомных газов до 1,33 у трехатомных. Получая в реакторе конверсии метанола водородосодержащее топливо, т.е. увеличивая концентрацию Н2, мы автоматически переходим на более высокие значения к по сравнению с базовым бензиновым ДВС. Это приводит к повышению к.п.д. цикла и улучшению топливной экономичности энергетической установки с питанием поршневой части водородосодержащим топливом, генерируемым в реакторной части. Графическая интерпретация сказанного в координатах р-У и Т-Б приведена на Рис. 2иЗ

где а-с-г-Ь-а — обычный цикл с подводом теплоты при У=сопз1

ы ».

а-с'-г'-Ь-а — цикл с подводом теплоты при ■у=сопЯ и увеличенным к « »

В цикле с увеличенным значением показателя адиабаты к подводимая теплота выразится

где д) - теплота, подводимая при У=сопз1 в обычном цикле;

Яз — дополнительная теплота за счет генерации водородосодержащих продуктов.

Жидкий метанол в энергетической установке претерпевает стадии нагрева и испарения, нагрева паров до температуры конверсии, термокаталити-

ческой конверсии паров и сгорания осуществляемого по цепному механизму с образованием промежуточных радикалов с разной степенью активности. Основные реакции цепного механизма приведены ниже.

О -*От+0* зарождение цепи

О* +#2 —> ОН* +Н* активные радикалы

ОН* +0* —> НО2 малоактивный - радикал

ОН* +Н* —> (¿/»о)* богатый энергией продукт сгорания

>со2

■+2 NO'

развитие цепи

разветвление цепи

со* + о* (^+20* -(л/о* +о*

\но[+о -+но+о*+о* У 2 > 2 2

Из приведенных выше, нас интересуют реакции с участием кислородного радикала: доокисление оксида углерода и реакции окисления азота, предложенные Я.Б. Зельдовичем. Поскольку скорость реакции первой из них существенно выше реакций окисления азота, то можно прогнозировать первоочередное расходование кислородного радикала на доокисление оксида углерода, что должно привести к меньшим суммарным концентрациям оксидов азота в ОГ из-за дефицита кислородного радикала по сравнению с базовым рабочим процессом. В исследовании обоснованно применение 2-х зонной модели рабочего процесса в интерпретации профф. Н.А. Иващенко и Р.З. Кавторадзе, как наиболее адекватно отражающая процессы в ДВС с внешним смесеобразованием и позволяющая получить текущее значение параметров в отдельных зонах, а также определять характер тепловыделения. Принципиальным является знание закона изменения температуры в несгоревшей и сгоревшей зонах смеси, что позволяет в последствии, используя математическую модель проф. В.А. Звонова провести расчетные исследования образования N0*. При использовании 2-х зонной модели были сделаны следующие допущения:

1. коэффициент избытка воздуха является постоянной величиной, т.е. суму

марный (а^), мгновенный (Од) и локальный («д,0 коэффициенты из-

= 0;

бытка воздуха совпадают; т.е. а „ = а п =а „. = const',

& ¡5 В1 dr

2.

не происходит изменение массы при закрытых органах газообмена, т.е. сЬп сЬп'__сЬп",

т ' т т

, - „

3. газовая постоянная для несгоревшей зоны неизменна, т.е. — = 0;

dr

4. лучистая составляющая теплового потока отсутствует, т.к. при сгорании в ДВС с внешним смесеобразованием сажа практически не образуется,

т.е. —= 0:

(¡Т

С учетом принятых допущений дифференциальные уравнения изменения температур в зонах получим: сГГ' 1 (РУ Фп'

----—-----Р---==- - несгоревшая зона

с/г ст'-Сга т' ¿г 4т Л- ) у

¿.г 1 (ру &п" п<й" <®х ¿2" , (аи'} ¿р]

"ТГй/Т -сгоревшаязона

где И, Р, Т, V, СЫ, СЬу, Ох, т, Я - внутренняя энергия, давление, температура, объем, теплота, передаваемая радиацией, теплота отводимая в стенки, масса, газовая постоянная, причем индекс «'» к несгоревшей зоне смеси, а индекс «"» - к сгоревшей. Зная температуру в локальных зонах и закон ее изменения в зоне сгоревшей смеси, можно рассчитать равновесный состав продуктов сгорания по методикам проф. Г.Б. Синярева (МГТУ им. Баумана) или проф. В.А. Звонова и концентрации отдельных компонентов, включая и оксиды азота.

Третья глава посвящена разработке и экспериментальным исследованиям конверсионного реактора метанола, обеспечивающего согласование располагаемой мощности теплоносителя и тепловой мощности конверсионного процесса. Для интенсификации теплообменных процессов в конверсионном реакторе была применена противоточная схема потоков теплоносителя (ОГ) и метанола. Доокисление энергосодержащих продуктов неполного сгорания в ОГ СО и СН обеспечивалось каталитической частью конверсионного реактора. При разработке и экспериментальных исследованиях конверсионного реактора было установлено влияние температуры в реакционном пространстве на степень конверсии метанола и на выход конверсионных компонентов. В обобщенном виде результаты этих исследований приведены на Рис.4, а схема конверсионного реактора метанола противоточного типа —

Рис. 4. Влияние температуры в реакционном пространстве на выход компонентов.

Секция двжнгпння ОГ

Q2>Ql

Рис. 5. Схема конверсионного реактора метанола протавоточного типа.

Тепловой эффект от дожигания в конверсионном реакторе составит:

где Huí — низшая теплота сгорания дожигаемого компонента, m¡ - масса

этого компонента.

Исследования конверсионного реактора показали, что практически полностью метанол диссоциирует при температуре 310 °С {tpk «100%) и выше, а при температуре 240-250 °С уже наблюдается частичный выход водородного компонента, что предопределяет возможность получения водородосодержа-щего топлива на режимах малых нагрузок и холостого хода двигателя, которым характерен недостаток тепловой энергии ОГ.

Для определения оптимального месторасположения конверсионного ве-актора в выпускном тракте двигателя АТС было проведено термометрирова-ние выпускного тракта, которое показало, что на расстоянии до 700 мм. от фланца выпускного коллектора по всему диапазону частот вращения коленчатого вала наблюдается температурный режим выше 300 °С. Это говорит о температурной достаточности потока ОГ для обеспечения устойчивого и полного процесса конверсии. Аэродинамические испытания реактора показали, что его гидравлические характеристики не превышают аналогичные для соответствующего нейтрализатора как прототипа дополнительного сопротивления на выпуске.

Четвертая глава содержатся материалы экспериментальных стендовых испытаний энергоустановки и ее испытания в составе АТС. Приведено подробное описание применявшегося экспериментально оборудования и средств измерений, включая газоаналитеческое оборудование фирм «Пирбург» (Германия) и «Янако» (Япония), стенда с беговыми барабанами фирмы «Шенк» (Германия) и т.д. Стендовые испытания приводились в соответствии со стандартами на проведение моторных испытаний, а полноразмерные испытания АТС с энергоустановкой — в соответствии с ездовыми циклом Правил №83 ЕЭК ООН с воспроизводством городского и ездового циклов. Испытания проводились на трех видах моторных топлив: бензин, жидкий метанол и про-

дукты конверсии метанола (водородосодержащее топливо). Снимались серии характеристик холостого хода, нагрузочных и внешних скоростных характеристик приведенные на Рис.6.

■ >3600 маш'1

/

У

у

1 г

а)

Рис. 5. Характеристики (а) холостого хода, (б) ВСХ и (в) нагрузочная.

Натурные испытания АТС с энергоустановкой показали, что дефицит теплоты, характерный для весьма непродолжительной зоны ездового цикла (примерно 60с.) соответствующий периоду запуска и прогрева двигателя. Эта зона составляет около 5 % от суммарного времени ездового цикла. В заключении главы приводится оценка погрешности измерений, подтверждающая достоверность полученных результатов

В пятой главе содержится комплексный анализ результатов расчетно-экспериментальных исследований энергетической установки на различных видах топлив, оценка адекватности использованной 2-х зонной модели рабочего процесса ДВС с внешним смесеобразованием. Приведены экспериментальные материалы, подтверждающие обоснованные во второй главе диссертации улучшение топливной экономичности энергоустановки по сравнению с работой базового двигателя на бензине и существенное снижение содержания токсичных компонентов в ОГ энергоустановки по сравнению с работой на бензине. Экологический эффект особенно значим по основному газообразному нормирующему компоненту N0* (68% снижения). Поскольку токсичные продукты неполного сгорания СО и СН могут достаточно эффективно снижаться применением различных каталитических нейтрализаторов, до-окисляющих их в конечный продукт. Что же касается N0* то для их снижения в ОГ бензинного двигателя требуется применение нейтрализаторов с элементами электроники и наличием весьма чувствительных датчиков кислорода, что снижает их надежность и значительно удорожает АТС в целом. На Рис.7 приведена обобщающая сравнительная оценка экологических пока-

зателей при тестовых испытаниях автомобиля АЗЛК 2141 на бензине, метаноле, на водородосодержащем топливе без дожигания энергосодержащих компонентов и с их дожиганием по процедуре правил №83 ЕЭК ООН.

1 - бензин; 2 - метанол; 3 - продукты конверсии метанола; 4 - продукты конверсии метанола + дожигание СО, СН в реакторе.

Рис. 7. Сравнительная оценка экологических показателей автомобиля АЗЛК-2141 по процедуре Правил № 83 ¡ЭК ООН при его работе на различных видах топлива.

В заключении следует отметить, что применение для транспортных средств энергетических установок с питанием от автономных систем синтеза водородосодержащего топлива представляется достаточно перспективным. Подобные установки могут быть созданы на базе серийных отечественных двигателей с искровым зажиганием (путем несложного конвертирования бензиновых ДВС, кстати, существенно отстающих по экологическим качествам от европейских аналогов), что не потребует серьезных технических изменений их базовой конструкции и соответствующих финансовых затрат.

С учетом существующего состояния российского автомобилестроения использование на транспорте подобных установок обуславливает реальную возможность удовлетворения по экологическим показателям международным требованиям, обеспечивая при этом замену традиционного нефтяного топлива альтернативным возобновляемым.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан и экспериментально апробирован рабочий процесс энергетической установки, состоящей из поршневого ДВС с внешним смесеобразованием и конверсионного блока, использующий в качестве рабочего тела водо-родосодержащее топливо на основе метанола как радикальное средство улучшения экономических и экологических показателей.

2. Дана термодинамическая интерпретация рабочего цикла энергетической установки с подводом теплоты при У=сопз1 и увеличенным к, получаемой при работе на водородосодержащем топливе.

3. Разработана духзонная модель рабочего процесса энергоустановки, учитывающая особенности применения водородосодержащего топлива, цепного механизм его окисления и возможность использования части теплоты ОГ.

4. Впервые реализован противоточный процесс термокаталитической конверсии метанола с экзотермическим дожиганием энергоэффективных продуктов неполного сгорания (СО и СН), содержащихся в обработавших газах в условиях окислительной среды.

5. Создана экспериментальная энергетическая установка, состоящая из поршневого ДВС с внешним смесеобразованием и конверсионного термокаталитического реактора, обеспечивающего непрерывное получение водосо-держащего топлива из метанола.

6. Проведен комплекс натурных и моторных экспериментальных исследований, позволивших согласовать и оптимизировать работу поршневой и реакторной частей энергоустановки с целью достижения наибольшей эффективности процесса.

7. Проведена тестовая экспериментальная проверка работоспособности энергетической установки в составе автомобиля АЗЛК — 2141, подтвердившая её работоспособность и высокую эффективность по топливной экономичности и токсичности ОГ по всем трем нормируемым компонентам.

8. По процедуре ГОСТ 20306-85 в условиях ездового цикла достигнуто улучшение топливной экономичности на 17,1% по сравнению с бензиновым ДВС, а по методике ездового цикла Правил № 83 ЕЭС ООН достигнуто снижение по сравнению с бензиновым ДВС по токсичности: окисям углерода (СО) на 95%, углеводородам на 98% и оксидам азота на 68%.

9. Данные проведенного исследования и разработанные рекомендации могут быть использованы в дальнейшем при решении вопросов по совершенствованию показателей работы перспективных моделей автомобильных ДВС с искровым зажиганием на основе организации предварительного термохимического преобразования углеводородных тогшив с низкой температурой диссоциации и, прежде всего метанола, как наиболее перспективного.

10. Получение водородосодержащего топлива в энергетической установке на борту транспортного средства представляется более оптимальным способом эволюционного вовлечения таких топлив в энергетический баланс на автотранспорте, т.к. не является пожаро- и взрывоопасным, опирается на достаточную сырьевую базу на основе растительного сырья и не требует радикальных конструкторских и производственных преобразований.

11. Предложенный способ получения водосодержащего топлива и его использования на автотранспортном средстве может быть распространен на все без ограничения ДВС с внешним смесеобразованием при соответствующей индивидуальной доработке энергоустановки в целом.

12. Реализация работы силовых установок АТС с ДВС внешнего смесеобразования на водородосодержащем топливе на основе метанола может рассматриваться как достаточно эффективное средство существенного снижения загрязнения воздушного бассейна мегаполисов токсичными веществами, содержащимися в ОГ. В практическом плане это не повлечет за собой кардинального изменения инфраструктуры топливного комплекса и может быть внедрено повсеместно без дополнительных капитальных затрат.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Фомин В.М., Каменев В.Ф., Хрипач H.A., Люхтер А.Б. Реализация способа термохимической регенерации теплоты отработавших газов в составе системы питания двигателя / Доклады 2-ого Международного автомобильного научного форума. Москва, ГНЦ НАМИ, 2004 г.

2. Фомин В.М., Хрипач H.A., Люхтер А.Б. Двигатель, работающий с добавкой продуктов конверсии метанола к основному топливу / Тезисы докладов научно-технической конференции «2-е Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе». - М.: МАДИ (ГТУ), 2005 г., с.33-35

3. Макаров А.Р., Фомин В.М., Люхтер А.Б. Применение водородного газа в качестве моторного топлива транспортных средств / Материалы 49-ой Международной научно-технической конференции ААИ «Приоре-теты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». Секция 2. «Поршневые и газотурбинные двигатели» Часть 2. - М.: МАМИ, 2005 г. ISSN 5-94099-035-5, с. 40-43

4. Каменев В.Ф., Фомин В.М., Хрипач H.A., Люхтер А.Б., Алёшин C.B., Папкин Б.А. Оценка методов и способов получения водородосодержа-щего топлива для питания силовых установок АТС / Сб. научн. тр. НАМИ. - 2005. - Вып. 234.

5. Каменев В.Ф., Фомин В.М., Хрипач H.A., Люхтер А.Б., Алёшин C.B. Улучшение энергоэкологических характеристик поршневых двигателей путем предварительного термохимического преобразования топлива. Известия ТулГУ, серия «Автомобильный транспорт» выпуск 10, с. 114-123.

6. Люхтер А.Б. Термодинамическая интерпретация рабочего процесса ДВС с внешним смесеобразованием и увеличенным значением показателя адиабаты. / Известия ТулГУ, серия «Автомобильный транспорт» выпуск 10, с. 139-145.

Люхтер Александр Борисович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

«ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ КОНВЕРСИИ МЕТАНОЛА И РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА БАЗЕ ДВС»

Подписано в печать2с. /О. 2£Х>С заказ г/Ж ~Тираж 100 Бумага типографская Формат60х90/16

МГТУ «МАМИ», Москва, 107023, Б. Семеновская ул., 38

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА КАК СРЕДСТВО И ПЕРСПЕКТИВА РАДИКАЛЬНОГО ОЗДОРОВЛЕНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА В МЕГАПОЛИСАХ.

1.1. Масштабы загрязнения атмосферы вредными выбросами энергетических установок автотранспортных средств и пути выхода из кризиса.

1.2. Нормирование экологических показателей автотранспортных средств.

1.3. Альтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием.

1.4. Водородосодержащее топливо как ближайшая альтернатива бензинам нефтяного происхождения.

1.5. О механизмах влияния водородосодержащего топлива на протекание рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием.

1 Выводы по главе. Постановка задач исследования.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА.

2.1. Исследование энергетических параметров и теплового баланса процесса конверсии метанола.

2.2. Термодинамическая интерпретация цикла с подводом теплоты при V=const и использованием теплоты отработавших газов.

2.3. Цепной механизм окисления водородосодержащего топлива и образования оксидов азота.

2.4. Кинетика сгорания водородосодержащего топлива на основе теории И. И. Вибе.

2.5. Модель рабочего процесса энергоустановки водородосодержащего топлива.

2-6- Выводы по главе. г - РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДО-ЛаВЗ ВАНИЯ КОНВЕРСИОННОГО РЕАКТОРА МЕТАНОЛА.

2 | Определение температурных границ эффективности конвер- ^ сионного процесса.

3.2. Исследование влияния температуры на выход конверсионных продуктов.

3.3. Требования к конверсионному реактору и повышение эффективности его работы.

3.4. Экспериментальная оптимизация параметров конверсионного реакгора метанола.

Глава 4. СТЕНДОВЫЕ И НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА.

4.1. Концепция и техническое решение опытной энергетической установки как объекта исследования.

4.2. Методика проведения моторных испытаний энергоустановки.

4.3. Стенд с беговыми барабанами и методика проведения натурных испытаний энергоустановки в составе автомобиля.

Оценка погрешностей экспериментов.

4.5. Результаты экспериментальных исследований.

4.5.1. Результаты моторных испытаний энергоустановки.

4.5.2. Результаты натурных испытаний в составе автомобиля на стенде с беговыми барабанами.

Глава 5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ВОДОРОДОСО ДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА.

5.1. Оценка адекватности модели рабочего процесса энергоустановки водородосодержащего топлива.

5.2. Анализ результатов сравнительных натурных моторных испытаний энергоустановки водородосодержащего топлива и

ДВС внешнего смесеобразования, работающего на бензине

5.3. О перспективах применения энергоустановок водородосодержащего топлива на автомобильном транспортне.

Современный уровень развития мировой цивилизации характеризуется пониманием широкими слоями мировой общественности и, как следствие, лидерами большинства стран невозможностью дальнейшего поступательного развития в рамках затратно-потребительской парадигмы. Постоянное смещение хрупкого равновесия в сторону усиления отрицательного воздействия техногенных объектов и предметов производственной деятельности человека на совокупность природных тел (атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы) не может продолжаться беспредельно. Нельзя позволить этим процессам перешагнуть точку не возврата, за которой нас ожидает экологический коллапс, последствия которого просто не предсказуемы.

В соответствии с законом сохранения массы (вещества) при любом физическом или химическом изменении вещество не возникает и не исчезает, но лишь меняет свое физическое или химическое состояние. За длительное время установились, причем в очень узких диапазонах, значения параметров ОС, при которых существует жизнь. Мы привыкли говорить о потреблении или расходовании ресурсов, но мы не потребляем вещество, а только временно используем какие-то виды ресурсов Земли, перемещая их, превращая в изделия, продукты, товары. Все, что выброшено, остается с нами [1].

В полной мере все сказанное относится к АТС как наиболее массовому продукту современной цивилизации, продукту, потребляющему огромные количества сырьевых ресурсов, металлов, топлива, электроэнергии и т.д., но и отдающих обратно в ОС также огромные количества вещества в виде ОГ, изношенной резины, металла и т.д. Да, конечно дальнейшее существование человечества без АТС уже немыслимо, но в наших силах сделать это существование гармоничным, не сдвигающим указанное равновесие в нежелательном направлении. Речь идет о гармонизации отношений и снятии противоречий между отдельными составляющими ОС.

Особенно выпукло эти противоречия ощущаются в мегаполисах, где АТС с одной стороны дает подавляющее количество рабочих мест, облегчает улучшение условий труда и быта, а с другой приводит к катастрофическому локальному загрязнению атмосферы и среды обитания.

Все это происходит на фоне прогрессирующего топливного тупика (имеется в виду ископаемое углеводородное сырье), лавинообразного роста количества АТС е мегаполисах и необходимости дальнейшего совершенствования экономических показателей АТС и, в первую очередь, их силовых агрегатов (энергетических установок). Практически, поле деятельности исследователей в силу отмеченных выше объективных обстоятельств уже давно очерчено, в значительной степени сужено, что многократно усложняет задачу поисков перспективных путей выхода из кризиса.

Одним из возможных путей разрешения указанных противоречий является постепенный, но не слишком длительный по времени (15-20 лет) переход хотя бы на частичное, но в тоже время массовое внедрение альтернативных, экологичных топлив, отличающихся доступными эксплуатационными свойствами и опирающихся на существенную сырьевую базу. Вот тот минимальный набор требований, который позволит на первом этапе обеспечить выполнение указанных требований.

На сегодня известны многочисленные попытки внедрения в практику некоторых видов AT: различные виды газа, диметиловый эфир и т.д. [2,3,4,5]. Однако, их нельзя признать успешными, хотя бы по той причине, что массового применения этих видов топлив не достигнуто и не просматривается в перспективе. При всех огромных запасах газа, он также является ископаемым, а, следовательно, ограниченным видом топлива и строить долгосрочную перспективу на его основе вряд ли разумно. С другой стороны, неудовлетворительные эксплуатационные свойства газа, а по этой причине и крайне медленное развитие соответствующей инфраструктуры, не позволяют широко использовать его как моторное топливо уже сегодня, не говоря уже об отдаленной перспективе. Сказанное в полной мере можно отнести и к димети-ловому эфиру, получаемому из газа.

Отсюда следуют по крайней мере два вывода: перспективное AT для ДВС должно быть возобновляемым (достаточность сырьевой базы) и жидким (минимизация затрат на инфраструктуру).

Касаясь проблемы экологии, особенно в мегаполисах, необходимо констатировать, что основной валовый выброс газообразных ВВ обеспечивается АТС с двигателями с внешним смесеобразованием (с принудительным воспламенением), что снижает требования к характеристикам воспламеняемости топлив, т.к. мощностью электрического разряда мы можем компенсировать недостаточность этих свойств по сравнению с бензином. С другой стороны ДВС с внешним смесеобразованием более адоптированы к использованию такого уникального по своим экологическим характеристикам топлива как водород или водородосодержащие газы. Однако его хранение на борту АТС не эффективно, не безопасно и не целесообразно по причине опять таки отсутствия соответствующей инфраструктуры. Это подводит нас к выводу о необходимости получения водородосодержащего газа непосредственно на борту АТС из жидкого топлива (возможность использования инфраструктуры), имеющего невысокий температурный уровень диссоциации и теплового эффекта в эндотермических реакциях разложения (затраты тепловой энергии на преодоление внутримолекулярных связей), соизмеримые с уровнем теплового потенциала ОГ, что и обеспечит конверсию жидкого топлива.

Наиболее предпочтительными с этих позиций являются простейшие спирты и эфиры, получаемые из возобновляемого сырья (биомассы) и, в частности, метанол, как наиболее доступный и технологичный продукт [6,7,8].

Широко известно, что даже частичные добавки (присадки) водорода к основному топливу резко улучшают экологические характеристики ОГ, и этот путь может обеспечить требуемое значительное снижение локального загрязнения воздушного бассейна в мегаполисах.

Влияние водородосодержащих продуктов, получаемых при конверсии спиртового топлива на внутрицилиндровые процессы ДВС и механизм окисления азота при сгорании водородосодержащего газообразного топлива до настоящего времени во многом остаются не раскрытыми, что обуславливает необходимость в проведении углубленных теоретических исследований характера и эффективности этого влияния с применением современных методов математического моделирования.

Решение задач по социально важным проблемам, указанным выше, определяет актуальность тематики диссертации.

Настоящая работа посвящена повышению эколого-экономических показателей энергетической установки автомобиля путем применения бортовой системы конверсии водородосодержащего топлива .изметанола.

На защиту выносятся:

Концепция организации рабочего процесса энергоустановки с ДВС и конверсионным реактором преобразования метанола в водородосодержащее топливо.

Термодинамическая интерпретация рабочего процесса, осуществляемого по циклу с V=const и использующего теплоту ОГ.

Теоретически обоснованные условия согласования температурно-энергетических потенциалов греющего теплоносителя (ОГ) и эндотермического процесса химического преобразования метанола в водородосодержащее топливо.

Модель рабочего процесса энергоустановки, работающей на водородосо-держащем топливе, с определением закономерностей окисления азота при сгорании.

Аналитически установленные факторы, обуславливающие уменьшение интенсивности окисления азота при сгорании в цилиндре ДВС, водородосодержащего топлива по сравнению с традиционным топливом.

Новые данные по экологическим и топливно-экономическим показателям ДВС с внешним смесеобразованием, использующим водородосодержащее топливо на основе метанола. Рекомендации по совершенствованию показателей работы существующих и перспективных моделей автомобильных двигателей на основе использования водородосодержащего топлива на основе метанола.

Изучение указанных выше положений проводилось на основе следующих методов исследований. Методология и методика моделирования процессов преобразования энергии в ДВС при сгорании альтернативного водородосодержащего топлива представляло собой совокупное сочетание расчет-но-теоретических и экспериментальных работ. Для проведения расчетно-теоретических исследований был дан термодинамический анализ и разработана модель рабочего процесса энергоустановки, позволяющая определить энергетические и экономические показатели ДВС, а также параметры процесса, лежащие в основе образования оксидов азота. Проверка адекватности модели проводилась на основе сравнения данных моделирования и результатов экспериментальных исследований ДВС, работающего на традиционном и водородосодержащем топливах.

Объектом исследования являлась транспортная энергетическая установка, созданная на базе серийного двигателя автомобиля АЗЛК-2141 с автономной системой питания водородосодержащим топливом, получаемым на борту АТС из метанола.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан и экспериментально апробирован рабочий процесс энергетической установки, состоящей из поршневого ДВС с внешним смесеобразованием и конверсионного блока, использующий в качестве рабочего тела водородосодержащее топливо на основе метанола как радикальное средство улучшения экономических и экологических показателей.

2. Дана термодинамическая интерпретация рабочего цикла энергетической установки с подводом теплоты при V=const и увеличенным к, получаемой при экзотермическом дожигании энергоэффективных продуктов ОГ.

3. Разработана духзонная модель рабочего процесса энергоустановки, учитывающая особенности применения водородосодержащего топлива, цепного механизм его окисления и возможность использования части теплоты ОГ.

4. Впервые реализован противоточный процесс термокаталитической конверсии метанола с экзотермическим дожиганием энергоэффективных продуктов неполного сгорания (СО и СН), содержащихся в обработавших газах в условиях окислительной среды.

5. Создана экспериментальная энергетическая установка, состоящая из поршневого ДВС с внешним смесеобразованием и конверсионного термокаталитического реактора, обеспечивающего непрерывное получение водосодержащего топлива из метанола.

6. Проведен комплекс натурных и моторных экспериментальных исследований, позволивших согласовать и оптимизировать работу поршневой и реакторной частей энергоустановки с целью достижения наибольшей эффективности процесса.

7. Проведена тестовая экспериментальная проверка работоспособности энергетической установки в составе автомобиля АЗЛК - 2141, подтвердившая её работоспособность и высокую эффективность по топливной экономичности и токсичности ОГ по всем трем нормируемым компонентам.

8. По процедуре ГОСТ 20306-85 в условиях ездового цикла достигнуто улучшение топливной экономичности на 17,1% по сравнению с бензиновым ДВС, а по методике ездового цикла Правил № 83 ЕЭС ООН достигнуто снижение по сравнению с бензиновым ДВС по токсичности: окисям углерода (СО) на 95%, углеводородам на 98% и оксидам азота на 68%.

9. Данные проведенного исследования и разработанные рекомендации могут быть использованы в дальнейшем при решении вопросов по совершенствованию показателей работы перспективных моделей автомобильных ДВС с искровым зажиганием на основе организации предварительного термохимического преобразования углеводородных топлив с низкой температурой диссоциации и прежде всего метанола, как наиболее перспективного.

10. Получение водородосодержащего топлива в энергетической установке на борту транспортного средства представляется более оптимальным способом эволюционного вовлечения таких топлив в энергетический баланс на автотранспорте, т.к. не является пожаро- и взрывоопасным, опирается на достаточную сырьевую базу на основе растительного сырья и не требует радикальных конструкторских и производственных преобразований.

11. Предложенный способ получения водосодержащего топлива и его использования на автотранспортном средстве может быть распространен на все без ограничения ДВС с внешним смесеобразованием при соответствующей индивидуальной доработке энергоустановки в целом.

12. Реализация работы силовых установок АТС с ДВС внешнего смесеобразования на водородосодержащем топливе на основе метанола может рассматриваться как достаточно эффективное средство существенного снижения загрязнения воздушного бассейна мегаполисов токсичными веществами, содержащимися в ОГ. В практическом плане это не повлечет за собой кардинального изменения инфраструктуры топливного комплекса и может быть внедрено повсеместно без дополнительных капитальных затрат.

1. Луканин В.Н, Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология /Под ред. В.НЛуканина. М.: Высш. шк., 2001. - 273 с.

2. Боксерман Ю.И., Мкртычан Я.С., Чиринов К.Ю. Перевод транспорта на грузовое топливо. М., Недра, 1998 г., 220с.

3. Кутенев В.Ф., Звонов В.А., Корнилов Г.С., Мазинг М.В., Козлов А.В. Проблемные вопросы применения диметилового эфира в качестве топлива для нереактивных малоксичных автомобилей: Сб.научн.тр./НАМИ. М., 1998 г. - с.133-140

4. Малов Р.В., Ерохов В.И., Беляев В.Б. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: Транспорт, 1982. - 200 с.

5. Магидович Л.Е., Румянцев В.В. Обсуждение проблемы применения водорода на транспорте//Двигателестроение, 1984 г., № 6 с.54-55

6. Звонов В.А., Кутенев В.Ф., Затраев Л.С., Козлов А.В. Сравнительная оценка различных способов использования метанола в дизельных двигателях.// Автомобильные и тракторные двигатели. Межвуз. сб. научн. тр. Вып.ХУ. М.: МАМИ, 1999 г. - с. 233-246

7. Звонов В.А., Козлов А.В., Кутенев В.Ф. Экономическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле. М.:НАМИ, 2001 г. - с. 248

8. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Райдерс Й. За пределами роста. М.: Прогресс, 1994 г.

9. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Экологически чистая энергоустановка: понятие и количественная оценка// Итоги науки итехники. ВИНИТИ. Сер. Автомобильный и городской транспорт. -1994 г., Т.18

10. Seiffert U., Walzer P., The Future for Automotive Technology. London: Frances Pinter, 1984.

11. ОКО Bilanz eines Autolebeus./ UPI - Bericht ~ 25. Umwelt-und Prognose - Institut Heidelberg. - Heidelberg, 1993/

12. Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. М.: Транспорт, 1986. - 176 с.

13. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. Изд. 2-е перераб.- М.: Машиностроение, 1981-160 с.

14. Лиханов В.А., Сайкин А.М. Снижение токсичности автотракторных дизелей. М.: Агропромиздат, 1991. - 208 с.

15. Погребняк Е.В., Белоусов А.Р., Кузнецов Б.В., Пахомов Д.Л. Автомобильная промышленность России: состояние и перспективы. -М.: Альпина Паблишер, 2002. 252 с.

16. Великанов Д.П. Эффективность применения автомобилей, работающих на альтернативных заменителях нефтяных топлив (метод определения) // Изв. АН СССР Энергетика и транспорт. 1984. - № 5. -С. 127-138.

17. Звонов В.А., Заиграев Л.С., Козлов А.В. Методика комплексной оценки эффективности применения альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания // Экотехнологии и ресурсосбережение. 1996. - № 1. - С. 10-13.

18. Перспективные автомобильные топлива виды, характеристики, перспективы: Пер. с англ./Под ред. Я.Б.Черткова. - М.: Транспорт, 1982.-319 с.

19. Терентьев Г.А., Тюков В.М., Смаль Ф.В. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов. М.: Химия, 1989. - 272 с.

20. Maxwell Т.Т., Jones J.C. Alternative fuels: Emissions, Economics and Performance. Texas Tech .University, 1995.

21. Moses C.A. Experiment with alcohol/diesel fuel blends in compression-ignition engine /ЯV Int. Symp. on Alcohol fuels Techn., San Paulo, October 5-8,1980, p. 85-92.

22. Clean Fleet Findings Volume 8: FLEET ECONOMICS / Columbus.: Battelle, OH, 1995.

23. Гуреев А.А., Камфер Г.М. Испаряемость топлива для поршневых двигателей. М.: Химия, 1982. - 264 с.

24. Звонов В.А., Теренченко А.С. Анализ причин уменьшения выброса вредных веществ при сгорании в цилиндре двигателя метанола и диметилового эфира по сравнению с дизельным топливом //Автомобили и двигатели: Сб. науч. тр. НАМИ.-2002.-Вып. 230. С.58-68.

25. Розовский А.Я. Демитиловый эфир и бензин из природного газа. Росхим. ж. (Ж. Рос. Хим. Об-ва им. Т.И. Менделеева) 2003, том XLVII №6 с 53-61.

26. Болдырев И.В., Смирнов Д.В. Двигателестроение, 1997, №4 с 39.

27. Звонов В.А., Черных В.И., Балакин В.К. Метанол как топливо для транспортных двигателей. Харьков: Основа, 1990. - 150с.

28. Fuel Cycle Evaluations of Biomass-Ethanol and Reformulated Gasoline, prepared for U.S. Department of Energy. Golden, Colo.: National Renewable Energy Laboratory, 1992.

29. Звонов В.А., Черных В.И., Заиграев JI.C. Технико-экономические и экологические показатели применения метанола как топлива длядвигателей внутреннего сгорания./ Экотехнология и ресурсосбережение, 1995, № 4,- С.11-18.

30. Nagalingam В., et all. Surface ignition initiated Combustion of alcohol in diesel engines a new approach // SAE Techn. Pap. Ser. - 1980. -№800262.-P.l-12.

31. Schaefer A.J., Metsch H.I., Bergmann H.K Vaporized alcohol fuel boosts engine efficiency // Automot. Eng. 1983,91. - № 2. - P.51-56.

32. Звонов B.A., Заиграев JI.C., Козлов A.B. Метанол и экологические показатели дизелей // Автомобильная промышленность. 1997. -№11.-С. 26-27.

33. Browning L.H., Powars С.A., Bailey В.К. Working Toward a Universal Methanol Fuel Formulation: XI International Symposium on Alcohol Fuels. Sun City, South Africa.- 1996.

34. Finegold J.G. Reformed methanol vehicle system considerations // 18th Intersoc. Energy convers. Eng. Conf. 1983, vol.1, p. 557-563.

35. Звонов B.A., Кутенев В.Ф., Заиграев Л.С., Козлов А.В., Жабер В. Сравнительная оценка различных способов использования метанола в дизельных двигателях // Автомобильные и тракторные двигатели. Межвуз. сб. научн. тр. Вып.ХУ. М.:МАМИ, 1999. - С.233-246.

36. Автомобильный справочник. Пер. с англ. М.: Изд. «За рулём», 1999.- 896 с.

37. Фомин В.М., Каменев В.Ф., Хрипач Н.А. Водород альтернативный энергоноситель для автотранспорта: проблемы и решения //Авто газозаправочный комплекс + альтернативное топливо.- 2004.-№1(13).-С.43-48.

38. Носач В.Г. Методы повышения эффективности использования топлива в технологических процессах //Теплофизика и теплотехника.- 1977. № 37. - с.44-47.

39. Носач В.Г. Энергия топлива. Киев: Наук.думка, 1989.-148 с.

40. Ленин И.М. Теория автомобильных и тракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1969. -368 с.

41. Звонов В.А., Корнилов Г.С., Заиграев Л.С. Методика расчета рабочего процесса и" образования оксидов азота в цилиндре дизеля с неразделенной камерой сгорания // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб. науч. тр./ НАМИ.- 1999.- Вып.224.-С.205-221.

42. Звонов В.А., Теренченко А.С. Математическая модель процесса сгорания и образования NOx в дизеле с добавкой испаренного метанола на впуск // Приводная техника. 2003. - №3 - С.32-42.

43. Звонов В.А., Теренченко А.С. Образование оксидов азота при сгорании альтернативных топлив в дизеле //Автомобильная промышленность.-2003 .-№3 .-С. 10-13.

44. Серебренников В.А., Батурин С.А., Румянцев В.В. Опыт применения присадок паро-водородной смеси в транспортном дизеле //Двигателестроение.-1982 .-No 2 .-С.41-44.

45. Матиевский Д.Д., Вагнер В.А. Осуществление присадок водорода к топливу и их влияние на показатели работы двигателя //Двигателестроение. -1985.-№2.-С.53-5б.

46. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. -Киев: Науково Думка, 1964.-143 с.

47. Когарко С.М., Басевич В.Н. Промотирование горения распыленного топлива//Физика горения и взрыва. 1977.-Т.13.-№2.-с.237-275

48. Войнов А.Н., Чети В.Д. Анализ воспламенения в дизеле с учетом влияния химико-кинетических и физических факторов// Известия вузов.-1979.-№4.-с.77-93

49. Bentley J.M. et all. The Impact of Electric Vehicles on C02 Emissions / Ed.: D. Little. Cambridge, Mass., 1992.

50. DeLucchi M. A. Emissions of Greenhouse Gases from the Use of Transportation Fuels and Electricity. ANL/ESD/TM-22. Center for Transportation Research. Argonne National Laboratory. -1991. Vol. 1.

51. Иващенко H.A., Аникин СЛ., Фомин В.М. Перспективы использования продуктов термохимической конверсии углеводородных топлив в транспортных дизелях //Двигатель-97Материалы междунар. н.-т. конфер. М.:МГТУ им.Э.Баумана,1997.-С.П4-П5.

52. Тавгер М.Д., Груздев В.Н., Талантов А.В. Влияние активных частиц на процессы горения // Электрофизика горения.-1979.-С.45-48.

53. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С.Орлина и М.Г.Круглова.-М.: Машиностроение, 1983.- 372 с.

54. Войнов А.Н. Сгорание в быстроходных двигателях Машиностроение, 1977,- 320 с.

55. Стеженский А.И. Паровая конверсия метанола. Наукова думка, 1972.283 с.

56. Исаев С.И. Курс химической термодинамики. -М.: Высшая школа, 1986.-268 с.

57. Фомин В.М., Каменев В.Ф., Макаров А.Р. Проблема энергетического баланса автомобильной системы конверсии метанола // Автомобильные и тракторные двигатели : Межвузовский сб. научных трудов. Вып. XVII.- М.: МАМИ, 2001.- С.136 -141.

58. Ilya Prigogine, Dilip Kondepudi Modern thermodynamics. From heat engines to dissipative structures. New York: John Wiley & Sons, 2002. -462 p.

59. Луканин B.H., Шатров М.Г., Канфер Г.М., Нечаев С.Г., Иванов И.Е., Матюхин Л.М., Морозов К.А. Тпелотехника: Учебн. для вузов. Под редакцией В.Н. Луканина. 2-е издание, перераб. - М.: Высшая школа, 2000. -671с.

60. Болгарский А.В., Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. Учебн. для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп.М., Высшая школа, 1975.-495с.

61. Вуканович М.П., Новиков И.И. Техническая термодинамика. М.: Изд. «Энергия», 1968. 518с.

62. Семенов Н.Н. Цепные реакции. ОНТИ, Госхимтехиздат, 1934

63. Семенов Н.Н. Acta Physicochim. URSS, 20,291,1945

64. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Фран-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М., издательство АН СССР, 1947 г.

65. Семенов Н.Н., Сергеев Г.Б., Капранова Г.И. ДАН СССР, 105, 301, 1955 г.

66. Семенов Н.Н. ДАН СССР, 44,265,1944 г.

67. Семенов Н.Н. Развитие теории цепных реакций и теплового воспламенения. М.: Знание, 1969. - 95 с.

68. Семенов Н.Н. Acta Physicochim. URSS, 6,25,1937 г.

69. Кондратьев В.Н. Спектроскопическое изучение химических газовых реакций. М., Издательство АН СССР, 1944 г.

70. Семенов Н.Н. Избранные труды: в 4 т/ Ин-т хим. физики им. Н.Н.Семенова РАН. Наука, 2004 г.

71. Т.З: О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности., 2005 г. 499 с.75. .Авраменко Л.И. Acta Physicochim. URSS, 17,197,194276. .Семенов H.H. Acta Physicochim. URSS, 20,291,194577. .Ковальский A.A. Phys.Zt.Sow., 4,723,1933

72. Bracco F.V. Nitric Oxide Formation in Droplet Diffusion Flames // Proceedings of Fourteenth International Symposium on Combustion, 1973. -P. 831-838.

73. Karuhiko N., Kohji F. A study of NOx generation mechanism in diesel exhaust gas // SAE Techn. Pap. Ser. 1990. - №901615. - P. 1-9.

74. Henningsen S. Some heat release aspects of compression igniting a single cylinder DI diesel on neat methanol // SAE Techn. Pap. Ser. 1989. -№892055.-P. 1-16.

75. Матиевский Д.Д., Вагнер А.Е. Осуществление приладки водорода к топливу и ее влияние на показатели работы дизеля.// Л.Двигателестроение, 1985 г. №2 - с.53-56

76. Finegold J.G. Reformed methanol vehicle system considerations // 18th Intersoc. Energy convers. Eng. Conf. 1983, vol.1, p. 557-563.

77. Лендер Ю.З., Краснянская А.Г., Лелека В.Э. Исследование механизма низкотемпературного синтеза метанола // Метанол и его переработка. -М. :НИИТЭХИМ- 1985.-С. 45-49.

78. Nagalingam В., et all. Surface ignition initiated Combustion of alcohol in diesel engines a new approach // SAE Techn. Pap. Ser. - 1980. -№800262.-P.l-12.

79. Schaefer A.J., Metsch H.I., Bergmann H.K Vaporized alcohol fuel boosts engine efficiency // Automot. Eng. 1983,91. - № 2. - P.51-56.

80. Фомин В.М., Каменев В.Ф., Хрипач Н.А. Водород альтернативный энергоноситель для автотранспорта: проблемы и решения //Авто газозаправочный комплекс + альтернативное топливо.- 2004.-№1(13).-С.43-48.

81. Фомин В.М., Емельянов В.В. Продукты конверсии метанола -эффективное средство совершенствования экологических и топливно-экономических показателей дизеля // Грузовик.-2003.- № 1 .-С.41-45.

82. Каменев В.Ф., Корнилов Г.С., Фомин В.М. Термохимическое преобразование топлив в системах питания энергетических установок автотранспортных средств. М.: Изд-во НАМИ, 2002,- 168 с.

83. Фомин В.М., Макунли А.В., Грановский М.С. термохимический модуль для получения водорода методом конверсии метанола//Химическое и нефтегазовое машиностроение.-2003.-№12.-с. 19-22.

84. Фомин В.М., Каменев В.Ф., Корнилов Г.С. Способ работы двигателя// Патент РФ №2249807, опубл.: 10.04.2005-Бюл. №10.

85. Григорьев М.А. и др. Современные автомобильные двигатели и их перспективы / М.А. Григорьев, В.Т. Желтяков, Г.Г. Тер-Мкртичьян, А.Н. Терехин // Автомобильная промышленность. 1996. - N7. - С.9-16.

86. Жегалин О.И., Пугачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. -М.: Транспорт, 1985. 120 с.

87. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Высшая школа, 1975.-320с.

88. Филипосьянц Т.Р., Иванов А.Г. К вопросу об ускоренных методах контроля и доводки дизелей по экологическим параметрам .//Экология двигателя и автомобиля: Сб.научн.тр. НАМИ.-М., 1998. с.19-25

89. Фомин В.М. Пути совершенствования эколого-экономических показателей дизей// Автомобильные и тракторные двигатели. Межвузовский сб. науч. трудов: Вып. XVI. 1999. С.54-60.

90. Фомин В.М., Каменев В.Ф., Макаров А.Р. Проблема энергетического баланса автомобильной системы конверсии метанола // Автомобильные и тракторные двигатели : Межвузовский сб. научных трудов. Вып.' XVII.- М.: МАМИ, 2001.- С.136 -141.

91. Топливная экономичность автотранспортных средств. Номенклатура показателей и методы испытаний. ГОСТ 20306-85. Введено 01.01.86.-М., 1985.

92. Яковлев В.М. Математическая обработка результатов исследования. М.: Физматиздат,1988.-480 с.

93. Преображенский В.Н. Теплотехнические измерения и приборы .М.: Энергия, 1978.-703 с.

94. Ю1.Гутер Р.С., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1970.-215 с.

95. Ю2.Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдения. М.:Наука,1970.-104 с.

96. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. М.: МАДИ (ТУ), 2000. -311с.

97. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С.Орлина и М.Г.Круглова.-М.: Машиностроение, 1983,- 372 с.

98. Ю5.Вибе И.И. Полуэмперическое уравнение скорости сгорания в двигателях. Труды конференции по поршневым двигателям. М., АН СССР, 1956

99. Юб.Вибе И.И. О закономерном протекании процесса сгорания в двигателях. Труды конференции по поршневым двигателям. М., АН СССР, 1956

100. Ю7.Вибе И.И. Расчет рабочего цикла двигателя с учетом скорости сгорания и угла опережения воспламенения. «Автомобильная и тракторная промышленность», 1957, №1

101. Вибе И.И. Влияние продолжительности и характера сгорания на рабочий цикл двигателя с воспламенением от электрической искры. -Сб. научн. статей «Энергетика и автоматика», №6., М.: - АНСССР, 1959.

102. Вибе И.И. Адиабатное изменение состояния газа при высоких температурах.- «Известия вузов. Машиностроение.», №9,1965.

103. Вибе И.И. Изменение энтропии воздуха и продуктов сгорания углеводородных топлив при высоких температурах. В сб. «Автомобили, тракторы и двигатели», - №75., - Челябинск, ЧПИ, 1969

104. Энгельс Ф. Диолектика природы. Д., Гослитиздат, 1952

105. Семенов Н.Н. Успехи химических наук. T.XXII. Вып.5., М., АН СССР, 1953

106. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателя (скорость сгорания и рабочий цикл двигателя). М.-Свердловск, Машгиз, 1962

107. Вибе И.И. Теория двигателей внутреннего сгорания (конспект лекций), Издательство ЧПИ, Челябинск, 1974 г., 252 с.

108. Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. Учеб. пособие. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997 г., 58 с.

109. Кавтарадзе Р.З., Петриченко М.Р. Эволюция учения о теплообмене в дизелях от Нуссельта до наших дней// Двигателестроение. 1993, №1/2. С. 33-35

110. Чайнов Н.Д., Иващенко Н.А. Расчет теплового и напряженно-деформированного состояния деталей ДВС на ЭВМ. М.: МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1982 г., 70 с.

111. Pischinger R., Krassing G., Taucar G., Sams Th. Thermodinamik der Verbrennungskraftmaschine. Wien-New York. Springer-Verlag, 1989. 524

112. Prescher K. Zwei-Zonnen-Rechenmodell fur die Verbrennung im Ottomotor unter Berucksichtigung der Gasdissotiation//MTZ. 1983. N 2. S. 85-89.

113. Wannemacher H., Muller W. Numerische Modelle zur Berechnung des Brennverlafs in Vorkammer-Dieselmotoren//N 6.1987. S. 239-245.

114. Звонов В.А., Теренченко А.С. Математическая модель процесса сгорания и образования NOx в дизеле с добавкой испаренного метанола на впуск // Приводная техника. 2003. - №3 - С.32-42.

115. Звонов В.А., Теренченко А.С. Образование оксидов азота при сгорании альтернативных топлив в дизеле //Автомобильная промышленность.-2003 .-№3 .-С. 10-13.

116. Демидов В.П., Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 2002. - 496 с.

117. Казанская А.С., Скобло В.А. Расчеты химических равновесий. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая Школа, 1974. - 288 с.

118. Кондратьев В.М. Константы скорости газо-фазных реакций: Справочник. М.: Наука, 1971.- 351 с.

119. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа,1969. 432 с.

120. Гурвич JI.B. Термодинамические и теплофизические свойства индивидуальных веществ. АН СССР, 1962.- Т.1-2. 207с.