автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Снижение выбросов углеводородов на режимах пуска и прогрева бензинового двигателя добавкой водорода в топливовоздушную смесь

Павлов Денис Александрович

СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ УГЛЕВОДОРОДОВ НА РЕЖИМАХ ПУСКА И ПРОГРЕВА БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ДОБАВКОЙ ВОДОРОДА В ТОПЛИВОВОЗДУШНУЮ СМЕСЬ

)

Специальность: 05.04.02 - Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тольятти - 2005

Работа выполнена на кафедре «Тепловые двигатели» Тольятгинского государственного университета

доктор технических наук, профессор Русаков Михаил Михайлович

доктор технических наук, профессор Носырев Дмитрий Яковлевич

доктор технических наук Цыбизов Юрий Ильич

ОАО «АВТОВАЗ»

Защита состоится «Х5 » декабря 2005 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.264.01 Тольятгинского государственного университета по адресу: 445667, Самарская область, Тольятти, ул. Белорусская, 14, актовый зал У НИ.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тольятгинского государственного университета

Автореферат разослан « JUL » ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.264.01, д.т.н., профессор

П.Ф Зибров

234ШЯ

з $

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На долю автомобильного транспорта в промыш-ленно развитых регионах, по оценкам специалистов, приходится порядка 60-80 % всех токсичных выбросов. Для снижения выбросов вредных веществ в окружающую среду, вызванного ростом парка автомобилей, начиная с 1972 г. правительства разных стран используют законодательные документы, в которых установлены требования к допустимому количеству токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ) выпускаемых автомобилей. При этом требования к экологическим показателям выпускаемых автомобилей с каждым годом ужесточаются.

Исследования показывают, что основное количество вредных веществ (до 50 %) выбрасываемых при испытаниях автомобиля на соответствие нормам токсичности (ЕСЕ, ЕРА, FTP, CARB и др.), приходится на режимы пуска и прогрева двигателя. Основными токсичными компонентами на указанных режимах являются продукты неполного сгорания, несгоревшие углеводороды (СН) и окись углерода (СО), что объясняется необходимостью значительного обогащения топли-вовоздушной смеси (TBC), а также неэффективной работой системы нейтрализации ОГ на этих режимах. При этом, наиболее трудно устранимыми из указанных компонентов являются несгоревшие углеводороды. Учитывая токсичные свойства СН, в том числе и канцерогенные, а также роль в образовании смога, снижение СН на режимах пуска и прогрева является актуальной задачей.

Одним из известных способов снижения количества токсичных выбросов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является использование водорода, как в чистом виде, так и в качестве добавки к основному топливу. Вопросу использования водорода посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ, как в нашей стране, так и за рубежом. Исследования показывают, что добавка небольшого количества водорода (около 5 % от массы топлива) позволяет заметно расширить пределы стабильного воспламенения и горения топливовоз-душной смеси и увеличить полноту сгорания топлива. Это приводит к значительному сокращению количества токсичных выбросов с ОГ ДВС и улучшению его экономических показателей.

Анализ литературы показывает, что применение водорода в качестве добавки в TBC на режимах пуска и прогрева ДВС практически не изучено, а имеющаяся информация по этому вопросу носит в основном исследовательский характер. Однако, за последние несколько лет количество публикаций, посвященых этой теме, значительно увеличилось, что свидетельствует о возрастающем интересе к данному вопросу. Так, например, известна разработка фирмы Delphi, в которой водородосодержащий газ, полученный в специальном риформере из ОГ, подается на впуск двигателя в период пуска и прогрева. Известны также недавние разработки фирм Volvo, Сименс и др., в которых для снижения токсичности ОГ на режимах пуска и прогрева ДВС используется водород.

Следует отметить, что согласно концепции развития горения и взрыва как области научно-технического прогресса, принятой научным советом РАН в 2001 г., «... перспективы улучшения экономических и экологических характеристик ДВС следует связывать с применением водорода... именно исследование процессов горения смесей водорода с углеводородами ... следует считать приоритетным направлением развития работ по горению применительно"'.,.„,miaS*

ьч 'гдгкл PK

Цель и задачи работы. Целью работы является снижение массовых выбросов СН в период пуска и прогрева бензинового двигателя путем добавки водорода к основному топливу.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- разработать методику испытаний по оценке влияния добавок водорода в TBC на параметры двигателя в период пуска и прогрева;

- определить количественные зависимости и выявить закономерности выбросов СН в период пуска и прогрева бензинового двигателя от величины добавки водорода;

- разработать автономную систему добавки водорода для обеспечения малотоксичной работы двигателя в период пуска и прогрева двигателя;

- оптимизировать работу системы подачи водорода в составе автомобиля по токсичности и экономичности ДВС;

- экспериментально определить пределы возможного снижения выбросов СН при добавке водорода на режимах пуска и прогрева с учетом ограниченного запаса водорода на борту автомобиля и работы каталитической системы нейтрализации ОГ.

Объект исследования. Объектам исследования являлся поршневой бензиновый двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием типа ВАЗ-2111с рабочим объемом 1,5 литра, степенью сжатия е = 9,9, оснащенный электронной системой распределенного впрыска топлива, как независимый объект, так и в составе автомобиля ВАЗ-21102 укомплектованного в соответствии с нормами Евро-2.

Предмет исследования. Предмет исследования заключается в изучении зависимостей выбросов с ОГ СН при добавках водорода в период пуска и прогрева двигателя.

Методы исследования. При проведении исследований применялся экспериментальный метод, включающий стендовые испытания двигателя и испытания двигателя в составе автомобиля.

Достоверность результатов исследования. Достоверность результатов исследования достигается проведением повторных (многократных) опытов и соответствующей статистической обработкой их результатов, а также проведением экспериментов в сертифицированной лаборатории УПД ДТР ОАО «АВТОВАЗ» по методике предусмотренной правилами 83-05 ЕЭК ООН.

Научная новизна:

- установлены эмпирические зависимости и выявлены закономерности изменения массовых выбросов СН от количества добавляемого водорода в TBC в период пуска и прогрева двигателя;

- исследована и опытно подтверждена эффективность использования малых добавок водорода для снижения выбросов СН бензинового двигателя, в том числе оснащенного системой нейтрализации ОГ, на режимах пуска и прогрева;

- определены пределы возможного снижения выбросов СН при использовании малых добавок водорода в TBC на режимах пуска и прогрева бензинового двигателя.

Практическую ценность представляют:

- разработанная, оптимизированная по энергопотреблению и апробированная опытной эксплуатацией на автомобиле конструкция автономной системы подачи водорода в TBC, обеспечивающая снижение массовых выбросов СН автомобилем;

- достоверные результаты испытания системы добавки водорода в период пуска и прогрева двигателя, показавшие возможность снижения СН на 30% (СО на 40%) от исходного уровня выбросов при добавке водорода в количестве до 10% от массы топлива;

- рекомендации по использованию водорода в качестве добавки к основному топливу бензинового двигателя на режимах пуска и прогрева для снижения массовых выбросов СЯ;

- доказанная эффективность использования ограниченного количества водорода для снижения выбросов СН до практически значимых уровней.

Реализация результатов работы. Результаты настоящих исследований использованы в следующих договорных и госбюджетных научно-исследовательских работах выполняемых кафедрой «Тепловые двигатели» Тольятгинского государственного университета:

1 «Экспериментальные исследования автомобиля ВАЗ-21102 оснащенного системой подачи водорода», договор № 17217 от 10.01.2001, ОАО «АВТОВАЗ» -Тольяттинский государственный университет, 2003.

2 «Исследования кинетики термического окисления токсичных составляющих в забалластированных газовых смесях», госбюджетный договор № 17549, Министерство образования и науки - Тольяттинский государственный университет, 2002 -2004.

3 «Исследования режимов работы генератора синтез газа, работающего на принципе воздушной конверсии природного газа», договор № 172401 от 01.09.2004, Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН - Тольяттинский государственный университет, 2004 -2005.

Материалы работы применяются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности «Тепловые двигатели» и смежных специальностей.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических семинарах кафедры «Тепловые двигатели» ТГУ, а также на следующих конференциях: Международная научно-практическая конференция «Прогресс транспортных средств» ВГТУ, Волгоград - 2002; Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России», Тольятти - 2004; Всероссийская научно-техническая конференция «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей», Самара - 2004; Международный симпозиум посвященный 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва -2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

На защиту выносятся следующие положения:

- экспериментальные зависимости влияния добавок водорода в TBC на массовые выбросы СН в период пуска и прогрева бензинового двигателя;

- эмпирические зависимости, определяющие взаимосвязь выбросов СН с количеством добавляемого водорода и параметров работы на режимах пуска и про-

грева бензинового двигателя, как отдельного объекта исследования, так и в составе автомобиля;

- система добавки водорода в TBC обеспечивающая снижение выбросов СН в период пуска и прогрева двигателя и алгоритмы ее работы, определенные по эмпирическим зависимостям.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 87 наименований. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста иллюстрированного 10 таблицами и 71 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено общее описание работы, обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель и задачи работы.

В первой главе диссертации проведен анализ литературных данных по вопросам применения водорода в бензиновых двигателях внутреннего сгорания и образования несгоревших углеводородов. Рассмотрены и проанализированы методы снижения СН бензиновыми двигателями, а также особенности рабочего процесса в присутствии водорода на режимах пуска и прогрева двигателя.

Снижение выбросов несгоревших углеводородов является актуальной задачей. Практика показывает, что это наиболее трудноустранимый в период пуска и прогрева нормируемый токсичный компонент. Необходимость обогащения для обеспечения гарантированного воспламенения и горения рабочей смеси и не эффективная работа, вследствие низкой температуры каталитического блока, нейтрализатора, приводят к существенным выбросам СН на режимах пуска и прогрева двигателя.

Анализ литературы показывает, что выделяются три основных источника несгоревших углеводородов (см. рисунок 1):

- объемные углеводороды;

- пристеночные (замороженные) слои;

- зазоры (объемы гашения).

Режимы пуска и прогрева характеризуются повышенными значениями выбросов СН из каждого источника. Основной причиной этого являются низкие температуры двигателя и топлива, влияющие как на размеры объемов гашения, замороженные пристеночные слои, так и на образование объемных углеводородов. Анализ кинетических основ процесса горения и образования СН показывает, что существенную роль в рассматриваемых процессах играет концентрация активных центров во фронте пламени, наиболее значимыми из которых являются радикалы Н и ОН Добавка водорода в TBC является дополнительным источником этих активных радикалов в пламени, а следовательно, добавка водорода в TBC оказывает непосредственное влияние на каждый из указанных источ-

1- источник объемных СН;

2- замороженные слои,

3- объемы гашения.

Рисунок I - Источники несгоревших углеводородов

ников СН, хотя физика (природа) воздействия в каждом конкретном случае может быть разной.

Вопросам изучения горения как чистого водорода, так и при добавке его к углеводородному топливу посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ. Этими вопросами занимались такие ученые, как Я.Б. Зельдович, Л.И. Хитрин, J. Warnatz и др. Практическими вопросами, в частности применением и эффективным использованием водорода в ДВС, занимались ученные А.И. Мищенко, В.Н. Луканин, Г.И Злотин, Ф.В. Смаль В.И. Хмыров и др.

Анализ литературы показал, что информация о влиянии добавок водорода в TBC в период пуска и прогрева двигателя, как на рабочий процесс, так и на токсичность практически отсутствует, хотя, как было отмечено выше, именно эти режимы определяют количество выбросов продуктов неполного сгорания, в частности СН, современных двигателей, в том числе и использующих каталитические нейтрализаторы.

Данное обстоятельство определило направление выполненного в диссертационной работе исследования.

Во второй главе представлены, проведенные в условиях моторного стенда, исследования влияния добавок водорода в TBC и их анализ. При этом потребовалось решить следующие задачи:

- разработать методику эксперимента, позволяющую в условиях моторного стенда проводить оценку влияния добавок водорода в TBC на параметры двигателя в период пуска и прогрева;

- определить количественные зависимости и выявить закономерности выбросов СН в период пуска и прогрева бензинового двигателя от величины добавки водорода;

- определить влияние добавки водорода на стабильность пуска и работы двигателя на режиме прогрева;

- определить оптимальные по токсичности параметры работы двигателя при заданных расходах водорода.

Испытания проводились на моторном стенде кафедры «Тепловые двигатели» Тольятгинского государственного университета, оборудованном в соответствии с ГОСТ 14846-81 «Автомобильные двигатели. Методы стендовых испытаний». Дополнительно стенд был оснащен системой подачи водорода, схема которой представлена на рисунке 2, обеспечивающей подачу водорода в количестве необходимом для проведения исследований.

Испытания проводились в следующей последовательности. Производился пуск двигателя при температуре, от 18 °С до 20 °С, и через определённые промежутки времени от 20 секунд до 30 секунд регистрировались показания измерительной аппаратуры. Водород подавался в момент пуска двигателя (в момент проворачивания коленчатого вала стартером двигателя) и его расход поддерживался постоянным в период выполнения одного испытания, длительность которого составляла от 4 до 5 минут.

0 @ Ьчжь

Р1

-й—

рг

Н

РЕ

Генератор импмльсов

БФ

две

АКБ

Н- баллон с водородом; М1-М2 - манометры, Р1-Р2 - редукторы; БФ - блок форсунок; РЕ - расходная емкость; БУФ - блок управления форсунками; АКБ - аккумуляторная батарея

Рисунок 2 - Схема системы подачи водорода

Пуски двигателя производились как с подачей водорода, так и без добавки водорода. При этом значения калибровочных таблиц контроллера изменялись в сторону обеднения по составу смеси на исследуемых режимах. Для получения достоверных данных каждое испытание проводилось с временным интервалом не менее 12 часов.

Оценка влияния водорода производилась методом сравнения результатов, полученных при пуске с использованием штатных параметров электронной системы управления двигателем (ЭСУД) и результатов, полученных при подаче водорода и обеднении TBC.

Для получения достоверной информации проводилась оценка погрешностей измерений в соответствии с ГОСТ 8.207-76, позволившая определить следующие значения относительных погрешностей:

- для определения СН,8сн = ± 10 %

- для определения СО, SCo = ± 2 %

- для расхода воздуха, 8е= ± 2%;

- для расхода водорода, Sq„ = ± 5%.

- для расхода бензина, 5g<;= ± 2%;

- для коэффициента избытка воздуха, 8а= ± 3 - 5%.

Погрешность измерений остальных величин соответствовала ГОСТ 1484681.

Характерные изменения коэффициента избытка воздуха, расхода топлива и выбросов СН на режиме прогрева при штатном пуске двигателя без добавки водорода и с добавкой водорода при изменении параметров таблиц ЭСУД представлены на рисунке 3.

Всего было проведено более 200 испытаний.

Анализ результатов проведенных экспериментов показал, что характер изменения выбросов СН соответствует характеру регулировочных характеристик

двигателя, при этом границы возможного регулирования двигателя, как по составу смеси, так и по УОЗ при использовании добавок водорода заметно расширяются. Для иллюстрации на рисунке 4 представлена характерная зависимость выбросов СН от коэффициента избытка воздуха а на режиме прогрева двигателя, где точками показаны экспериментальные данные, а линиями изображены осредненные зависимости изменения выбросов СН

Получено, что применение водорода в количестве до 10% от массового расхода топлива позволяет существенно увеличить полноту сгорания TBC на режиме прогрева, что проиллюстрировано на рисунке 5, где представлено изменение количества тепла (Q), подведенного к ДВС с топливом. Кроме этого было получено, что использование добавки водорода позволяет из-за возможности уменьшения УОЗ заметно увеличить температуру ОГ.

Результаты проведенных испытаний позволили установить эмпирическую зависимость выбросов СН от параметров двигателя в период пуска и прогрева. Определяющими выбросы СН факторами, в период пуска и прогрева

i

\ / \ШпгтыЙ пуск

\ к, iL

^о-

О 50 100 150 200 250 300

О СН, г/ч • СН, г/ч

□ <36, ИЛ ■ <36, кгЛ| « а • а

Рисунок 3 - Результаты измерений при штатном пуске и пуске двигателя при добавке водорода, от температуры

20 "С.

28 26 24 22 £20 О 18 16 14 12

• 30 секунд с монет пуске

■40 ■

• 60

4 ZI

■

■ | •

» «I

- Т

0 7 0.75 0 8 0 85 0 9 0 95 1 105 1 1 1 15 1 2 1 25 1 3

а

Рисунок 4 - Зависимости выбросов СН от коэффициента избытка воздуха а на режиме прогрева двигателя. Расход водорода G„ = 0.08 кг/ч

двигателя, были приняты: коэффициент избытка воздуха, угол опережения зажигания, температура двигателя, расход водорода

В качестве искомой величины принимались удельные выбросы СН определяемые по формуле:

СЯ'=—, (4) УИ п у '

где ГА - рабочий объем двигателя, л, и - частота вращения коленчатого вала, с'1;

СН - массовые выбросы несгорев-ших углеводородов, г/с

Выбор указанной величины в качестве критерия, позволяющего проводить оценку эффективности организации рабочего процесса с точки зрения снижения выбросов СН обоснован понятным физическим смыслом, простотой пересчета в массовые выбросы СН, возможностью обобщения и сравнения с экспериментами других авторов на других ДВС.

Определение зависимости СН' от параметров двигателя осуществлялось методом наименьших квадратов (МНК) с помощью программной оболочки Ма*ЪСас12002.

В результате была получена зависимость, позволяющая проводить количественную оценку массовых выбросов СН в период прогрева при пуске двигателя от температуры окружающей среды 20 °С в зависимости от количества добавляемого водорода и параметров двигателя, в виде полинома второго порядка:

1с

Рисунок 5 - Количества подведенной теплоты с топливом при работе двигателя на режиме прогрева

1а$((соеЯ§

СН' := X соей-81фЛо а',,-, оЛ2.Т1'-3.Смг11'4 (5)

\ =0

т- W ш W щ

i 0 а 0 1

'Ж* 0 1 0 0 1

0 0 1 0 1

0 0 0 1 1

0 0 0 0 2

я 0 0 0 0 1

Щ 1 0 0 1 0

i 0 1 0 1 0

Щ. 0 0 1 1 0

» 0 0 0 2 0

W 0 0 0 1 0

щ 1 0 1 0 0

ш 0 1 1 0 0

те 0 0 2 0 0

0 0 1 0 0

ш 1 1 0 0 0

ш 0 2 0 0 0

Л 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0

и 1 0 0 0 0

т 2 0 0 0 0

coefl&=

< 12S10 J

-í 548-10 •>

-2 2M 10 ■»

I >652 10 3

•2 736 10

CH, Mi/об-л

где ф - угол опережения зажигания °п к в , а - коэффициент избытка воздуха; Gi - массовый расход топлива, кг/ч, Т - текущая температура двигателя, °С; Gur - массовый расход водорода, кг/ч; coeffs - коэффициенты полинома, I - показатель полинома.

Сравнение результатов по полученной МНК зависимости с экспериментальным данными показывает, что их отклонение не превышают 20 % (см. рисунок 6).

В третьей главе представлены общее описание и алгоритм работы системы подачи водорода, методика проведения испытаний и результаты исследования токсичности автомобиля В АЗ-21102 при работе с добавкой водорода.

При выполнении исследований решались следующие задачи:

- разработка автономной системы добавки водорода для обеспечения малотоксичной работы двигателя в период пуска и прогрева двигателя;

- экспериментальное апробирование системы добавки водорода в составе автомобиля;

- определение количественных зависимостей изменения СН в ОГ при добавках водорода на режиме прогрева ДВС в составе автомобиля при пуске от температуры 20 "С;

- оптимизация работы системы подачи водорода в ДВС по токсичности и экономичности ДВС.

На основе результатов исследования, полученных в главе 2, были сформулированы требования которым должна соответствовать проектируемая система подачи водорода, а именно:

- система подачи водорода должна обеспечивать подачу водорода в количестве 0,04 - 0,08 кг/ч;

- длительность подачи водорода должна составлять не менее 60 -100 секунд с момента пуска двигателя.

УОЗ, °п к в.

Расход водорода О* = 0,08 кг/ч, Температура охл. жидкости !<» = 30 °С

Рисунок 6 - Сравнение экспериментальных данных с расчетными.

На рисунке 7 представлена принципиальная схема разработанной системы подачи водорода. Система содержит: источник водорода - электролизер (Эл-р), блок питания (преобразователь-стабилизатор), электронный блок управления (БУ), электропневпоклапаны (ЭПК), датчики давления (ДД), соединительную арматуру (трубопроводы, провода), манометр, жиклеры и ресивер. Алгоритм работы можно сформулировать следующим образом. При пуске двигателя, при соблюдении условий: частота вращения коленчатого вала п > 500 мин"1 и температура охлаждающей жидкости ^ < 50 °С, открывается ЭПК 4 и из ресивера в ДВС подается водород. При достижении температуры двигателя ^ = 50 "С, ЭПК 4 закрывается и подача водорода в ДВС прекращается. Накопление водорода в ресивере осуществляется с помощью электролизера. Электролизер вступает в работу по сигналу с БУ при достижении температуры > 50 "С и частоты вращения коленчатого вала п > 1500 мин"1. При превышении заданного давления в кислородной магистрали, образовавшийся в результате электролиза кислород, с помощью ЭПК1 стравливался в окружающую среду.

Кроме этого, при проектировании системы подачи водорода были определены дополнительные требования к системе:

- исходя из требований по технике безопасности, избыточное давление в системе не должно превышать 0,05-0,06 МПа;

- наполнение ресивера водородом должно осуществляться за время, не превышающее суммарное время ездового цикла автомобиля по методике 83-05 ЕЭК ООН.

Схема компоновки и внешний вид системы подачи водорода, установленной на автомобиле, представлены на рисунках 8,9.

Методика испытаний системы, установленной на автомобиле, заключалась в проведении пусков двигателя автомобиля при атмосферных условиях и проведении необходимых измерений во время его прогрева. Работы проводились как с подачей, так и без подачи водорода. Подбор оптимальных параметров работы ДВС осуществлялся путем изменения таблиц параметров контроллера ЭСУД. При проведении испытаний проводились измерения следующих величин:

- расхода водорода - б, (кг/ч);

- давления в системе подачи водорода - Рн (МПа);

- концентрации токсичных компонентов в отработавших газах: углеводородов - СН (ррт) и оксида углерода - СО (%);

- атмосферных условий: температуры воздуха - 1а (°С) и давления - Р, (МПа);

- параметров, характеризующих состояние двигателя: частоты вращения коленчатого вала - п (мин1) и температуры охлаждающей жидкости - ^ж (°С). Испытания проводились в следующей последовательности. Производился

пуск двигателя автомобиля при температуре окружающей среды от 18 до 22 °С. На режиме холостого хода через определенные промежутки времени (от 20 до 30 секунд) регистрировались показания измерительной аппаратуры. Длительность одного испытания составляла от 3 до 5 минут. Всего было проведено более 150 испытаний.

т

открыт до /« <70 при п > 500 мин*

АБ - аккумуляторная батарея, Г - генератор, ДД - датчик давления, Эл-р - электролизер, ЭПК - электропневматический клапан, БУ - блок управления системой, Ж-р - жиклер, ДВС - двигатель внутреннего сгорания

Рисунок 7 - Схема системы подачи водорода

2 3 1 4

1 - водородный баллон, 2 - электролизер, 3 - блок управления, 4 - двигатель внутреннего сгорания

Рисунок 8 - Схема компоновки системы подачн водорода на автомобиле

1- место подачи водорода в ДВС, 2- электролизер, 3- блок управления системой; 4- преобразователь; 5- приборы для контроля работы системы.

Рисунок 9 - Размещение системы подачи водорода на автомобиле ВАЗ - 21102

На рисунке 10 представлены результаты, полученные при проведении испытаний двигателя в составе автомобиля и добавке водорода в TBC, соответствующие наименьшим значениям СН и СО. Отметим, что эти результаты получены в процессе последовательного уточнения изменяемых табличных величин ЭСУД, как в статических условиях, так и при движении автомобиля в режиме приближенного воспроизведения первых 2-3 минуты ездового цикла. Для сравнения также приведены результаты, полученные при штатных значениях таблиц ЭСУД (при отсутствии подачи водорода).

t,c

Рисунок 10 - Зависимость концентрации СН и СО при прогреве двигателя на режиме XX.

На рисунке 10 приняты следующие обозначения: ХХ.ХХ.ХХ. (ТД ХХ.ХХ.ХХ.) - 1-я группа цифр обозначает дату проведения эксперимента, 2-я группа цифр (в скобках) означает имя файла таблиц контроллера.

Результаты испытаний показали, что уменьшение токсичности двигателя в период пуск и прогрева достигнуто только за счет добавки водорода при соответствующей оптимизации топливоподачи.

В четвертой главе представлены результаты испытаний токсичности автомобиля по методике 83-05 ЕЭК ООН (ГОСТ Р 41.83-99) и проведен их аналиИспытания по оценке токсичности автомобиля выполнялись в лаборатории токсичности УПД ДТР АО «АВТОВАЗ».

Значения суммарных выбросов СН, СО, NOx, СОг при движении автомобиля оснащенного системой добавки водорода по городскому ездовому циклу (1-я фаза движения автомобиля по ездовому циклу) в виде монограмм представлены на рисунках 11 - 14. Для сравнения на рисунках также приведены результаты испытаний автомобиля, укомплектованного в соответствии с нормами токсичности Евро-2 (без добавки водорода).

Результаты испытаний автомобиля при его движении по ездовому циклу показали, что наибольшее количество выбросов СН приходятся на первые 10-20 секунд работы двигателя. Учитывая свойства водорода, а именно пределы стабильного воспламенения и горения, определяемые его физико-химическими свойствами, была проведена количественная оценка снижения уровня СН в ОГ в зависимости от величины подачи топлива на пуске. Результаты экспериментов показали возможность снижения цикловой подачи топлива при добавке водорода в TBC в диапазоне принятой при испытаниях начальной температуры двигателя (20 ± 2 °С) до 50 % без изменения стабильности пуска.

ЯТД21 11 02 ■Штатная ЕВРО-2 ОТД1811 02

Рисунок 11 - Массовые выбросы СН при движении автомобиля по городскому ездовому циклу

■ ТД21 11 02 ■Штатная ЕВРО-2 аТД18 11 02

Рисунок 12 - Массовые выбросы СО при движении автомобиля по городскому ездовому циклу

Рисунок 13 - Массовые выбросы ЫОх при движении автомобиля по городскому ездовому циклу

CYCLE I CYCLE 2 CYCLE 3 CYCLE 4

Рисунок 14 - Массовые выбросы CO2 при движении автомобиля по городскому ездовому циклу

Результаты испытаний автомобиля ВАЗ 21102 на токсичность с учетом внесенных изменений параметров ЭСУД на режимах пуска и прогрева представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты испытаний автомобиля на токсичность по методике 83-05 ЕЭК ООН (ГОСТ 41.83-99)

г

Автомобиль с штатной системой нейтрализации ОГ, соответствующий нормам Евро-2

Токсичность ОГ, г/км Расход топлива, л/100км

СН СО NO, С02

0 86 6 14 0.15 225 Городской 10 0

0.08 0 59 0 07 135 Загородный 57

0 37 2 62 0 10 167 Смешанный 73

Требования Директивы 2003/76 ЕЭС(Е-3)

0 20 2 30 015

Автомобиль с штатной системой нейтрализации ОГ, соответствующий нормам Евро-2 и оснащенный системой добавки водорода

Токсичность ОГ, т/км Расход топлива, л/100км

СН СО NOx С02

0 57 3 29 0.17 225 Городской 10.0

0.07 0 57 0.06 130 Загородный 5.7

0.21 1 57 0.11 166 Смешанный 7.3

Требования Директивы 2003/76 ЕЭС(Е-З)

0.20 2.30 0 15

Из таблицы 1 видно, что использование добавки водорода на автомобиле в период пуска и прогрева двигателя позволяет снизить в среднем СН на 30 %, СО

на 36 %, а количество NOx и СОг практически сохранились на том же уровне. Расход топлива при использовании системы добавки водорода, как можно видеть из таблицы 1, не изменяется, что свидетельствует об эффективности предлагаемого метода снижения токсичности ОГ ДВС с точки зрения энергозатрат.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате выполненных работ сделаны следующие выводы.

1 Разработана методика испытаний, позволившая провести исследования по

оценке влияния добавок водорода в TBC на параметры двигателя в период пуска и прогрева.

2 Экспериментально исследована взаимосвязь выбросов несгоревших углеводородов и добавки водорода в TBC на режимах пуска и прогрева, при этом получено:

- добавка водорода в TBC заметно расширяет диапазон возможного регули-

рования двигателя по составу смеси и УОЗ, в частности добавка водорода в количестве 5-10 % от массового расхода топлива обеспечивает стабильную работу двигателя в период пуска и прогрева при коэффициенте избытка воздуха до 1,3 и УОЗ до 0 "п.к.в., что позволяет снизить выбросы СН и СО при уменьшении расхода топлива в среднем на 15-20 % и практическом сохранении уровня температуры ОГ;

- зависимость выбросов СН в период пуска и прогрева при добавке водорода

от а и УОЗ более пологая, причем с увеличением расхода водорода данная тенденция увеличивается;

- наименьшие выбросы СН в период пуска и прогрева имеют место при коэффициенте избытка воздуха а примерно равным 1,0, УОЗ - 5 "п.к.в. и расходе водорода - 7% от массового рг схода топлива (0,04 кг/ч) при обеспечении стабильной работы дгигателя.

3 Установлена эмпирическая зависимость предложенного параметра удельных выбросов СН' от количества добавтаемого -одорода в период пуска и прогрева двигателя, позволяющая:

- определять оптимальные параметры работы двигателя (а, УОЗ) и количест-

во подачи водорода в TBC, обеспечивающие максимальный эффект снижения выбросов СН в период пуска и прогрева;

- прогнозировать уровень выбросов СН двигателем в период пуска и прогре-

ва при добавке водорода.

4 Разработана и апробирована опытной эксплуатацией на автомобиле в течении двух лет автономная система подачи водорота, оптимизированная по токсичности и экономичности ДВС, в том числе оснащенного системой каталитической нейтрализации и определены пределы возможного снижения несгоревших углеводородов при использовании добавки водорода в количестве 10-20 литров при пуске и прогреве.

5 Оценена эффективность способа снижения выбросов углеводородов на режимах пуска и прогрева бензинового двигателя с электронной системой управления путем добавки в TBC малого количества водорода, в частности, испытания автомобиля ВАЗ-21102 в комплектации 4С(Е-2) по методике 83-05 ЕЭК ООН по-

казапи, что применение системы добавки водорода позволяет снизить массовые выбросы в среднем СН на 30%, СО на 40% при сохранении на том же уровне выбросов NO, и С02, что практически приближает показатели к нормам Евро-3.

Основное содержание работы опубликовано в работах:

1 Ахремочкин, О.А Дожигание токсичных составляющих отработавших газов/ О.А Ахремочкин, В.Н. Гордеев, В.H Пелипенко, Д.А. Павлов, М.М. Русаков// IV всероссийская научно-техническая конф. «Процессы горения, теплообмена и экологии тепловых двигателей»: Тезисы доклада/ СГАУ, Самара. / редкол.: A.A. Диденко, Э.Ю. Шишкова и др. - Самара:, 2002, № 2(2) - 111 е.; - 200 экз.

2 Ахремочкин, О.А Исследование возможности дожигания токсичных составляющих в отработавших газах/ О.А Ахремочкин, В.Н. Гордеев, В.Н. Пелипенко, Д.А. Павлов, М.М. Русаков// Международная научно-практическая конф. «Прогресс транспортных средств»' Сб. научных трудов/ ВГТУ, Волгоград - 2002.

3 Павлов, Д.А. Управление детонацией TBC в двигателе внутреннего сгорания/ Д.А. Павлов, М.М. Русаков// международная конференция «Забабахинские научные чтения»: сб. ст./ Снежинск - 2003.

4 Афанасьев, А.Н. Влияние добавки водорода на токсичность бензинового двигателя на режимах пуска и прогрева/ А.Н Афанасьев, Л.Н. Бортников, Д.А. Павлов, М.М. Русаков// Всероссийская науч -практическая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России»: Тезисы доклада / ТГУ, Тольятти/ редкол.: Т.Г Лаврова - Тольятти ТГУ - 2004. - 43 е.; - 300 экз.

5 Афанасьев, А.Н. Токсичность автомобиля BA3-2I012 при работе с добавкой водорода на режиме пуска и прогрева / А.Н Афанасьев, Л.Н. Бортников, В.Е. Лукашев, Д.А. Павлов, М.М. Русаков, В.А. Тимчук// Всероссийская науч.-практической конф. с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России»' Тезисы доклада / ТГУ, Тольятти/ редкол.: Т.Г. Лаврова - Тольятти, ТГУ - 2004. - 43 е.; - 300 экз.

6 Афанасьев, А.Н. Оценка токсичности бензинового двигателя при добавках водорода в режимах пуска и прогрева/ А.Н Афанасьев, Л.Н. Бортников, Д.А. Павлов// ежемесячный теоретический и прикладной научно-технический журнал «Автотракторное электрооборудование», № 5 - 2004.

7 Афанасьев, А.Н. Уменьшение токсичности отработавших газов и экономичность ДВС муниципального транспорта// А.Н. Афанасьев, Л.Н. Бортников, Н.Д. Уткин, Д.А. Павлов, Л.А. Перешивайлов, М.М. Русаков, Е.Л.Румянцева/ IX международной конференции «Окружающая среда для нас и будущих поколений»: Сб. статей / СГТУ, Самара / редкол.: C.B. Леванова и др. -Самара: СГТУ, 2004

8 Pavlov, D.A. Influence of Additives in Fuel-air Mixtures on Detonation in Spark-ignition engine// D.A. Pavlov, M.M. Rusakov/ International conference «Memorial Zeldovich», Progress in Combustion and Detonation/ Moscow - 2004.

9 Афанасьев, A H. Токсичность автомобиля ВАЗ-21012 при работе с добавкой водорода на режиме пуска и прогрева // А H Афанасьев, Л.Н Бортников, В.Е Лукашев, Д.А. Павлов, M M. Русаков, В.А. Тимчук/ Сборник научных трудов по проблемам двигателестроения, посвященный 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана//

00.O^OOf

под ред. Н.А. Иващенко, J1.B. Грехова. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 276 е.; -150 экз.

10 Афанасьев, А.Н. Использование водорода для улучшения показателей автомобильных ДВС с искровым зажиганием// А.Н. Афанасьев, Г.П. Беляков, J1.H. Бортников, В.А. Олехнович, Д.А. Павлов, М.М. Русаков / Труды Международного симпозиума по водородной энергетике/Москва/ - М.: Издательство МЭИ, 2005.

г

ООО « Ф - студия» 445010, г Тольятти, ул Мира д 62 Подписано в печать 17 11.05 Формат А5 Тираж 150 экз

Введение.

Глава 1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1 Источники несгоревших углеводородов в цилиндре бензинового двигателя внутреннего сгорания.

1.1.1 Объемные углеводороды.

1.1.2 Замороженные слои.

1.1.3 Объемы гашения.

1.2 Особенности рабочего процесса бензинового ДВС на режимах пуска и прогрева.

1.3 Особенности образования и разложения несгоревших углеводородов в цилиндре бензинового ДВС на режимах пуска и прогрева.

1.4 Методы снижения токсичности ОГ бензиновых двигателей.

1.4.1 Анализ эффективности применения систем нейтрализации

1.4.2 Воздействие на рабочий процесс.

1.5 Влияние добавки водорода на процесс горения ТВС.

Глава 2 Исследование на моторном стенде влияния добавки водорода на выбросы углеводородов на режимах пуска и прогрева бензинового ДВС. ill 2.1 Методика испытаний.

2.2 Оценка погрешностей измерений.

2.2.1 Оценка погрешностей прямых измерений.

2.2.2 Оценка погрешностей косвенных измерений.

2.3 Результаты стендовых испытаний двигателя ВАЗ-2111 и их анализ. гр 2.4 Определение зависимости выбросов СН от параметров двигателя ty на режиме прогрева.

Глава 3 Исследования токсичности автомобиля ВАЗ-21102 при работе с добавкой водорода на режимах пуска и прогрева.

3.1 Разработка и результаты испытаний автономной системы добавок водорода в ТВС.

3.1.1 Исходные предпосылки, общее описание и алгоритмы работы системы подачи водорода.

3.1.2 Описание работы системы подачи водорода.

3.1.3 Методика испытаний.

3.2 Определение параметров ЭСУД при добавке водорода на режимах пуска и прогрева.

3.2.1 Методика испытаний.

3.2.2 Определение параметров ЭСУД.

3.2.3 Результаты испытаний.

Глава 4 Результаты испытаний токсичности автомобиля ВАЗ-21102 по ездовому циклу Евро-3 и их анализ.

Актуальность работы. На долю автомобильного транспорта в про-мышленно развитых регионах, по оценкам специалистов, приходится порядка 60-80 % всех токсичных выбросов [3, 31, 37, 42, 58]. Для снижения выбросов вредных веществ в окружающую среду, вызванного ростом парка автомобилей, начиная с 1972 г. правительства разных стран используют законодательные документы, в которых установлены требования к допустимому количеству токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ) выпускаемых автомобилей. При этом требования к экологическим показателям выпускаемых автомобилей с каждым годом ужесточаются [31, 32, 55, 56].

Исследования показывают, что основное количество вредных веществ (до 50 %) выбрасываемых при испытаниях автомобиля на соответствие нормам токсичности (ЕСЕ, ЕРА, FTP, CARE и др.), приходится на режимы пуска и прогрева двигателя [3, 5, 58, 71]. Основными токсичными компонентами на указанных режимах являются продукты неполного сгорания, несгоревшие углеводороды (СН) и окись углерода (СО), что объясняется необходимостью значительного обогащения топливовоздушной смеси (ТВС), а также неэффективной работой системы нейтрализации ОГ на этих режимах. При этом, наиболее трудно устранимыми из указанных компонентов являются несгоревшие углеводороды [4, 35, 57]. Учитывая токсичные свойства СН, в том числе и канцерогенные, а также роль в образовании смога [35, 42, 58, 65, 74], снижение СН на режимах пуска и прогрева является актуальной задачей.

Одним из известных способов снижения количества токсичных выбросов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является использование водорода, как в чистом виде, так и в качестве добавки к основному топливу. Вопросу использования водорода посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ, как в нашей стране, так и за рубежом [9, 15, 22, 23, 26, 29, 32, 33, 45, 60, 64]. Исследования показывают, что добавка небольшого количества водорода (около 5 % от массы топлива) позволяет заметно расширить пределы стабильного воспламенения и горения топливовоздушной смеси и увеличить полноту сгорания топлива. Это приводит к значительному сокращению количества токсичных выбросов с ОГ ДВС и улучшению его экономических показателей.

Анализ литературы показывает, что применение водорода в качестве добавки в ТВС на режимах пуска и прогрева ДВС практически не изучено, а имеющаяся информация по этому вопросу носит в основном исследовательский характер. Однако, за последние несколько лет количество публикаций, посвященых этой теме, значительно увеличилось, что свидетельствует о возрастающем интересе к данному вопросу. Так, например, известна разработка фирмы Delphi, в которой водородосодержащий газ, полученный в специальном риформере из ОГ, подается на впуск двигателя в период пуска и прогрева [51]. Известны также недавние разработки фирм Volvo, Сименс и др., в которых для снижения токсичности ОГ на режимах пуска и прогрева ДВС используется водород [1, 17, 20].

Следует отметить, что согласно концепции развития горения и взрыва как области научно-технического прогресса, принятой научным советом РАН в 2001 г. [40], «. перспективы улучшения экономических и экологических характеристик ДВС следует связывать с применением водорода. именно исследование процессов горения смесей водорода с углеводородами . следует считать приоритетным направлением развития работ по горению применительно к ДВС».

Цель и задачи работы. Целью работы является снижение массовых выбросов СН в период пуска и прогрева бензинового двигателя путем добавки водорода к основному топливу.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- разработать методику испытаний по оценке влияния добавок водорода в ТВС на параметры двигателя в период пуска и прогрева;

- определить количественные зависимости и выявить закономерности выбросов СН в период пуска и прогрева бензинового двигателя от величины добавки водорода;

- разработать автономную систему добавки водорода для обеспечения малотоксичной работы двигателя в период пуска и прогрева двигателя;

- оптимизировать работу системы подачи водорода в составе автомобиля по токсичности и экономичности ДВС;

- экспериментально определить пределы возможного снижения выбросов СН при добавке водорода на режимах пуска и прогрева с учетом ограниченного запаса водорода на борту автомобиля и работы каталитической системы нейтрализации ОГ.

Объект исследования. Объектом исследования являлся поршневой бензиновый двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием типа ВАЗ-2111 с рабочим объемом 1,5 литра, степенью сжатия 8 = 9,9, оснащенный электронной системой распределенного впрыска топлива, как независимый объект, так и в составе автомобиля ВАЗ-21102 укомплектованного в соответствии с нормами Евро-2.

Предмет исследования. Предмет исследования заключается в изучении зависимостей выбросов с ОГ СН при добавках водорода в период пуска и прогрева двигателя.

Методы исследования. При проведении исследований применялся экспериментальный метод, включающий стендовые испытания двигателя и испытания двигателя в составе автомобиля.

Достоверность результатов исследования. Достоверность результатов исследования достигается проведением повторных (многократных) опытов и соответствующей статистической обработкой их результатов, а также проведением экспериментов в сертифицированной лаборатории УПД ДТР ОАО «АВТОВАЗ» по методике предусмотренной правилами 8305 ЕЭК ООН.

Научная новизна:

- установлены эмпирические зависимости и выявлены закономерности изменения массовых выбросов СН от количества добавляемого водорода в ТВС в период пуска и прогрева двигателя;

- исследована и опытно подтверждена эффективность использования малых добавок водорода для снижения выбросов СН бензинового двигателя, в том числе оснащенного системой нейтрализации ОГ, на режимах пуска и прогрева;

- определены пределы возможного снижения выбросов СН при использовании малых добавок водорода в ТВС на режимах пуска и прогрева бензинового двигателя.

Практическую ценность представляют:

- разработанная, оптимизированная по энергопотреблению и апробированная опытной эксплуатацией на автомобиле конструкция автономной системы подачи водорода в ТВС, обеспечивающая снижение массовых выбросов СН автомобилем;

- достоверные результаты испытания системы добавки водорода в период пуска и прогрева двигателя, показавшие возможность снижения СН на 30% {СО на 40%) от исходного уровня выбросов при добавке водорода в количестве до 10% от массы топлива;

- рекомендации по использованию водорода в качестве добавки к основному топливу бензинового двигателя на режимах пуска и прогрева для снижения массовых выбросов СН;

- доказанная эффективность использования ограниченного количества водорода для снижения выбросов СН до практически значимых уровней.

Реализация результатов работы. Результаты настоящих исследований использованы в следующих договорных и госбюджетных научноисследовательских работах выполняемых кафедрой «Тепловые двигатели»

Тольяттинского государственного университета:

1 «Экспериментальные исследования автомобиля ВАЗ-21102 оснащенного системой подачи водорода», договор № 17217 от 10.01.2001, ОАО «АВТОВАЗ» - Тольяттинский государственный университет, 2003.

2 «Исследования кинетики термического окисления токсичных составляющих в забалластированных газовых смесях», госбюджетный договор № 17549, Министерство образования и науки - Тольяттинский государственный университет, 2002 -2004.

3 «Исследования режимов работы генератора синтез газа, работающего на принципе воздушной конверсии природного газа», договор № 172401 от 01.09.2004, Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН - Тольяттинский государственный университет, 2004 -2005.

Материалы работы применяются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности «Тепловые двигатели» и смежных специальностей.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических семинарах кафедры «Тепловые двигатели» ТГУ, а также на следующих конференциях: Международная научно-практическая конференция «Прогресс транспортных средств» ВГТУ, Волгоград - 2002; Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России», Тольятти - 2004; Всероссийская научно-техническая конференция «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей», Самара-2004; Международный симпозиум посвященный 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва - 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

На защиту выносятся следующие положения:

- экспериментальные зависимости влияния добавок водорода в ТВС на массовые выбросы СН в период пуска и прогрева бензинового двигателя;

- эмпирические зависимости, определяющие взаимосвязь выбросов СН с количеством добавляемого водорода и параметров работы на режимах пуска и прогрева бензинового двигателя, как отдельного объекта исследования, так и в составе автомобиля;

- система добавки водорода в ТВС обеспечивающая снижение выбросов СН в период пуска и прогрева двигателя и алгоритмы ее работы, определенные по эмпирическим зависимостям.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, д.т.н. проф. М.М. Русакову, к.т.н. доценту J1.H. Бортникову, доценту А.Н. Афанасьеву, а также всем сотрудникам кафедры «Тепловые двигатели» Тольяттинского государственного университета.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате выполненных работ сделаны следующие выводы:

1 Разработана методика испытаний, позволившая провести исследования по оценке влияния добавок водорода в ТВС на параметры двигателя в период пуска и прогрева.

2 Экспериментально исследована взаимосвязь выбросов несгоревших углеводородов и добавки водорода в ТВС на режимах пуска и прогрева, при этом получено:

- добавка водорода в ТВС заметно расширяет диапазон возможного регулирования двигателя по составу смеси и УОЗ, в частности добавка водорода в количестве 5-10 % от массового расхода топлива обеспечивает стабильную работу двигателя в период пуска и прогрева при коэффициенте избытка воздуха до 1,3 и УОЗ до 0 °п.к.в., что позволяет снизить выбросы СН и СО при уменьшении расхода топлива в среднем на 15-20 % и практическом сохранении уровня температуры ОГ;

- зависимость выбросов СН в период пуска и прогрева при добавке водорода от а и УОЗ более пологая, причем с увеличением расхода водорода данная тенденция увеличивается;

- наименьшие выбросы СН в период пуска и прогрева имеют место при коэффициенте избытка воздуха а примерно равным 1,0, УОЗ - 5 °п.к.в. и расходе водорода - 7% от массового расхода топлива (0,04 кг/ч) при обеспечении стабильной работы двигателя.

3 Установлена эмпирическая зависимость предложенного параметра удельных выбросов СНЛ от количества добавляемого водорода в период пуска и прогрева двигателя, позволяющая:

- определять оптимальные параметры работы двигателя (а, УОЗ) и количество подачи водорода в ТВС, обеспечивающие максимальный эффект снижения выбросов СН в период пуска и прогрева;

- прогнозировать уровень выбросов СН двигателем в период пуска и прогрева при добавке водорода.

4 Разработана и апробирована опытной эксплуатацией на автомобиле в течении двух лет автономная система подачи водорода, оптимизированная по токсичности и экономичности ДВС, в том числе оснащенного системой каталитической нейтрализации и определены пределы возможного снижения несгоревших углеводородов при использовании добавки водорода в количестве 10-20 литров при пуске и прогреве.

5 Оценена эффективность способа снижения выбросов углеводородов на режимах пуска и прогрева бензинового двигателя с электронной системой управления путем добавки в ТВС малого количества водорода, в частности, испытания автомобиля ВАЗ-21102 в комплектации 4С(Е-2) по методике 83-05 ЕЭК ООН показали, что применение системы добавки водорода позволяет снизить массовые выбросы в среднем СН на 30%, СО на 40% при сохранении на том же уровне выбросов NOx и С02, что практически приближает показатели к нормам Евро-3.

1. Автомобили в России и за рубежом: информационный бюллетень №2, с. 26.-2003.

2. Апелинский Д.В. Повышение эффективности нейтрализации отработавших газов бензинового двигателя холодного пуска и прогрева: автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. 2003.

3. Асмус Т.У. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями / Т.У. Асмус, К. Бриннакке и др.; под ред. Д.Хиллиарада, Дж.С. Спрингера; перевод с англ. Васильева; под ред. А.В. Кострова. М.: Машиностроение, 1988.

4. Бортников Л.Н. Определение отношения бензин-водород для устойчивой работы поршневого ДВС на бедных смесях / Л.Н. Бортников, М.М. Русаков и др.; Вестник Самарского аэрокосмического университета. -2000.

5. Бортников Л.Н. Определение соотношения бензин-водород для обеспечения устойчивой работы поршневого ДВС на бедных смесях/ Л.Н. Бортников и др.; Сборник СГАУ вып. 3. 2000.

6. Воинов А.И. Процессы сгорания в быстроходных поршневых двигателях / А.И. Воинов; М.: Машиностроение. 1977.

7. Вырубов Д.Н. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей: учебник для втузов по спец. «двигатели внутреннего сгорания» / Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И.

8. Ивин и др.; под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. Изд. 4-е, перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1983.

9. Гамбург Д.Ю. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: справ. Изд. / Д.Ю. Гамбург, В.П. Семенов, Н.Ф. Дубовкин, JI.H. Смирнова. Под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубовкина. -М.: Химия. 1989.

10. Герц Е.В. Расчет пневмо-приводов: справочное пособие / Е.В. Герц, Г.В. Крейнин. М.: Машиностроение. - 1975.

11. Гибадулин В.З. Влияние микродобавок водорода на токсичность бензиновых ДВС / В.З. Гибидулин и др.; Вестник МАНЭБК № 1. 1998.

12. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений.

13. Двигатели внутреннего сгорания: реферативный журнал № 1.2001.

14. Двигатели внутреннего сгорания: учебник для втузов по спец. «двигатели внутреннего сгорания» / Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. Изд. 4-е перераб. и доп. - М.: Машиностроение. - 1984.

15. Жуковский А.Е. Испытание жидкостных ракетных двигателей: учеб. пособие для авиационных спец. вузов / А.Е. Жуковский, B.C. Кондрусев, В.Я. Левин, В.В. Опорочков; под ред. В.Я. Левина. М.: Машиностроение. -1975.

16. Заявка 10019007 Германия МПК 7 F02M25/12, F02M21/02. Устройство для снижения токсичности отработавших газов двигателей / (Германия); Siememens AG. Hummer Thomas. заявл. 17.04.2000; опубл. 16.11.2000; приоритет 20.04.99, № 19917697.3.

17. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания / В.А. Звонов. Изд. 2-е перераб. -М.: Машиностроение. - 1981.

18. Зельдович Я.Б. Теория горения и детонации газов / Я.Б. Зельдович; М.: АН СССР. 1994.

19. Злотин Г.И. Влияние добавки водорода на продолжительность первой фазы сгорания в карбюраторном двигателе / Г.И. Злотин и др.; Сборник докладов Рабочие процессы в поршневых ДВС. 1979.

20. Извещение по результатам испытаний на термошок нейтрализатора АО «Ладаэкспорт». 1994.

21. Инструкция по техническому обслуживанию и эксплуатации серийного инфрокрасного газоанализатора модели EIR 2005 марки «Янако».

22. Исследование процессов сгорания в двигателе, работающем на водороде: экспресс-информация ВНИИТИ, Поршневые и газотурбинные двигатели № 8, Москва. 1988.

23. Исследование рабочего процесса двигателя ВАЗ 2111с добавкой водорода: отчет о НИР/ ТолПИ, АО АВТОВАЗ. 2000. - № 01.20.0004377.

24. Исследование токсичности выхлопных газов при холодном запуске в различных температурных условиях: SAE International, SP-1335 №980401.- 1998.

25. Каштанов Н. О применении водорода в карбюраторных и дизельных двигателях / Н. Каштанов и др.; Сборник научных трудов Проблемы экономии топлива на автомобильном транспорте. МАДИ. -1983.

26. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учебное пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. Изд. 2-е -перераб. и доп. М.: Высш. Школа. - 1980.

27. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: учеб. пособие / А.Р. Кульчицкий; Владимирский гос. университет. Владимир, 2000.

28. Льотко В. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания / В. Льотко, В.Н. Луканин, А.С. Хачиян. М.: МАДИ, 2000 - 2 т.

29. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей / А.И. Мищенко; Киев.: Наука думка, 1984.

30. Новицкий П.В. Оценка погрешностей результатов измерений / П.В. Новицкий, И.А. Зограф; Л.: Энергоавтомиздат, Ленинград, отделение.- 1985.

31. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени; перевод с англ. Ю.Ф. Дитикина. Машиностроение. - 1981.

32. Основы горения углеводородных топлив; перевод с англ. под ред. Л.И. Хитрина и А.И. Попова. Изд. иностр. литературы. - 1960.

33. Площадь свободы: газета. 2001, январь - 30. - Еженед. 2001, № 16(2480). - 100000 экз.

34. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания: учебник для вузов / И.Я. Райков. М.: Высш. школа. - 1975.

35. Российская АН, научный совет по горению и взрыву, Институт макрокинетики и проблем материаловедения РАН. Концепция развития горения и взрыва как области научно-технического прогресса: Изд. «Территория». 2001.

36. Русаков М.М. Пределы стабильного сгорания обедненных бензовоздушных смесей в ДВС при различных способах интенсификации / М.М. Русаков и др.; Сборник трудов XI симпозиума по горению и взрыву.- 1996.

37. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива / И.Я. Сигал. Изд. 2-е, перераб. и доп. - Д.: Недра, 1988.

38. Смаль Ф.В. Перспективные топлива для автомобилей / Ф.В. Смаль, Е.Е. Арсенов. М.: Транспорт. 1979.

39. Химия горения: перевод с англ. / Под ред. M.JI. Гардинера. М.: Мир. - 1988.

40. Хитрин Л.И. Физика горения и взрыва / Л.И. Хитрин; М.: 1955.

41. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя ; перевод с немец. Г.А. Вольперта / Под ред. B.C. Авдуевского, В.Я. Лихушина. Изд. иностранной литературы, М.: 1956.

42. Adams, W. Emissions, Fuel Economy, and Durability of Lean Burn Systems / Adams, W., Marsee, F., Olree, R., and Hamilton, J.: SAE paper 760227.- 1976 February.

43. Agnew T. Combust. Flame / Agnew T. and Green K.A. 15, 189.1970.

44. Alik I.A. Future Automobile Fuel Economy: Technology and the Marketplace / I.A. Alik, U.U. Senney, Т.Е. Bull SAE Tech. Pap. 830983 -1983.

45. Automotive Design and Production, V 114,№9, c. 58-59.- 2002.

46. Brownson, D. Factors Influencing the Effectiveness of Air Injector in Reducing Exhaust Emissions / Brownson, D. and Stebar. R: SAE paper 650526. 1965, May.

47. Daniel W.A. SAE . Trans., 79, paper 700108 1970.

48. Daniel W.A. Sixth Symposium (International) on combustion, p. 886, Reinhold, New York 1957.

49. Emissions standards passenger cars worldwide: 2000 January.

50. Emission standarts passenger cars worldwide. September 1997.

51. Euro III / Euro IV Emissions A study of Cold Start and Warm Phases with a SI Engine: SAE paper. 1999, № 1999-01-1073.

52. Exhaust Gas Ignition: Automotive Enginering. / D. Eade, R. Grley, B. Rutter. 1996, April pp. 70-73.

53. Fridman R. Appl.Phys / Fridman R. and Sohnton W.C., 21, 791.1950.

54. Hacohen J. Driving Cycle Simulation of a Vehicle Motored by a SI Engine Fueled with H2 enriched Gasoline. / J. Hacohen, G. Pinhasi, Y.Puterman, E. Sher; Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 16, №10, pp. 695-702, Great Britain. - 1991.

55. Herrin R. Emission Perfomance of Lean Thermal Reactors Effects of Volume Configuration and Heat Loss: SAE paper 780008. - 1978 February.

56. Huls T. Spark Ignition Engine Operation and Design for Minimum Exhaust Emissions / Huls Т., Myers P., and Ugehara O.; SAE paper 660405. -1966.

57. Kido H. Improvement of Lear Hydrocarbon mixtures combustion performance by Hydvoqen Addition and Its. Mechanisms / H. Kido, S. Huanq, K. Tanoue and T. Nitta; International Symposium COMODIA. 1994.

58. Kido H. Improvementol Lean Hydrocarbon Mixtures Combustion Performance by Hudrogen Addition and Its. Mechanisms / H. Kido, S.Huanq, K.Tanoue and T.Nitta; Faculty of Engineering Kyushu University, Internutional Symposion Comodia. 1994 Japan.

59. Krammer, J. Catalysts for Automobile Emission Control / Prog. Energy Combust. 1980, Sci 6, 177-199.

60. Kuroda К. Economical Matching of the Thermal Reactor to Small Engine Low - Emission Concept Vehicles / Kuroda K, Nakajima Y, Hauashi Y, and Sugihara K.: SAE paper 720484. - 1972 May.

61. Lavoie G. A Fundamental Model for Predicting Fuel Consumption NOx and HC Emissions of the Conventional Spark Ignited Engine / Lavoie G. and Blumbery P. Comb. Sci & Tech. 21,225-258. -1980.

62. Marsee, F. Compression Ratio Effects with Lean Mixtures / Marsee, F., Olree, R., and Adams, W.: SAE paper 770640. 1977 June.

63. Mason H.B. Prediction of reaction rates in turbulent pre-mixed boundary Layer Flows / Mason H.B. and Spalding P.B.; Combustion Institute European Symposium (F.J. Weinbern E.D.) Academic Press., New York - 1973.

64. Novak J. Parametric Simulation of Significant Design and Operating Alternatives Affecting Fuel Economy and Emission of Spark Ignited Engines / Novak J. and Blumberg P; SAE paper 780943. 1978.

65. Pavlov, D.A. Influence of Additives in Fuel-air Mixtures on Detonation in Spark-ignition engine// D.A. Pavlov, M.M. Rusakov/ International conference «Memorial Zeldovich», Progress in Combustion and Detonation/ Moscow 2004.

66. Potter A.E., Jr., Berlad A.L., NACA TN 3398. 1955.

67. Pozniak P. The Exhaust Emission and Fuel Consumption Characteristics of an Engine During Warmup A Vehicle Study / SAE paper 800396.- 1980, February.

68. Quantification of Local Ozone Production Attributable to Automobile Hydrocarbon Emissions, Stanislav V. Bohac and Dennis N. Assanis, Society of Automotive Ingineers. 2001 Inc.

69. Sakai, Y. Fundamental Study of Oxidation in a Lean Reactor / Sakai, Y., Nakagawa,S., Tange, R., and Maruyama, R.: SAE paper 770297. 1977 February.

70. Sigworth, H. The Disappearance of Ethylene, Propylene, n Butane, and I - Butene in Spark Ignition Engine Exhaust / Sigworth, H., Jr., Myers, P., and Uyehara, O.: SAE paper 700472. - 1970 May.

71. Simon D.M. Fourth Symposium (International) on combustion / Simon D.M., Belles F.E., Spakowski A.E.; p. 126-138, Baltimore. 1953. См. 4-ый симпозиум (международный) по вопросам горения и детонационных волн: оборонгаз с. 100. - 1958.

72. Tabuczynski R.S. SAE Trans. / Tabuczynski R.S. Heywood J.B. and Keck J.C.; 83, paper 72112. 1972.

73. Timothy V. Jonson Gasoline Vehicle Emissions SAE 1999 In Review: SAE paper № 20100 - 01 -0855. - 2000.

74. Warnatz. J.: 18-th Symposium (International) on combustion p. 369.1981.

75. Warnatz. J.: 19th Symposium (International) on combustion (in press.). 1982.

76. Warnatz. J.: Comb. Sci. Technol. 26, 203. p. 369. 1982.

77. Wentworth J.T. SAE. Combust., Sci. Technol., 4, 970100. 1970.

78. Wentworth J.T. SAE. Combust., Trans., 81, paper 720939. 1972.

79. Wentworth J.T. SAE. Trans., 77, paper 68109. 1968.

80. Wentworth J.T. SAE. Trans., 80, paper 710587.- 1971.

81. W.W.W. valery lesov. chuf. ru / evrika ntm, Простой водород.