автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Совершенствование экологических и топливо экономических показателей работы двигателя с принудительным зажиганием применением предварительной термохимической конверсии метанола

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»

*

На правах рукописи УДК 621.434.068.001.5:662.754 Хрипач Николай Анатольевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ТОПЛИВОЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ ПРИМЕНЕНИЕМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНОЛА

Специальность 05.04.02 - «Тепловые двигатели»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

В.Ф. Каменев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ю.С. Кустарёв

кандидат технических наук Е.Г. Пономарёв

Ведущая организация: ОАО «АвтоВАЗагрегат»

Защита диссертации состоится 26 февраля 2004 г. в 1482 часов в аудитории Б-304 на заседании диссертационного совета Д 212.140.01 в Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 105839, Москва, ул. Б. Семёновская, д.38.

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

105839, Москва, ул. Б. Семёновская, д.38, МГТУ «МАМИ», ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета «МАМИ» по адресу: 105839, Москва, ул. Б. Семёновская, д.38.

Автореферат разосла HUulM&fAl/ 2004 1

Ученый секретарь C.B. Бахмутов

диссертационного совета Д 212.14(f0l доктор технических наук, профессор

2004-4 24986

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Использование автомобильного транспорта в жизнедеятельности человека стало неотъемлемой частью общественного развития. Однако моторизация общества выдвигает ряд серьезных социальных проблем, среди которых экология и сохранение природных ресурсов.

Одним из решений этих проблем является разработка принципиально новых энергетических установок, работающих на новых экологически чистых видах топлив ненефтяного происхождения. Особое место среди альтернативных топлив, используемых в двигателях с принудительным воспламенением, занимает водород и водородосодержащие газовые смеси (синтез - газы), которые позволяют совершенствовать как тогшивоэкономические, так и экологические показатели двигателя.

Применение водорода в автомобиле сразу упирается в проблему энерговооруженности (или, проще говоря, запаса хода) автомобиля. Существующие системы хранения водорода неприемлемы для автотранспорта либо вследствие её малой емкости, либо вследствие их технической сложности и недостаточной безопасности в эксплуатации и аварийных ситуациях.

Особый интерес представляет возможность получения водорода на борту автомобиля из жидких углеводородных топлив. В этом случае появляется уникальная возможность утилизации энергии потока отработавших газов, использующейся для разложения жидкого топлива на синтез-газ, и являющейся необратимыми потерями рабочего цикла поршневого двигателя, обуславливая, тем самым, уровень его эффективности.

Сущность данного способа регенерации заключается в том, что процесс химического преобразования исходного топлива сопровождается поглощением теплоты, отбираемой от выпускных газов двигателя, в термохимическом реакторе, выполняющего в данном случае роль утилизационного устройства, что позволяет повысить химическую энергию конвертированного топлива по отношению к энергии исходного топлива на величину, равную количеству утилизированной теплоты ОГ, которая с полученным топливом вводится в двигатель для повторного участия в организации рабочего цикла. Такой, ещё малоисследованный на сегодняшний день, способ утилизации отводимой из цикла двигателя тепловой энергии назван термохимической регенерацией теплоты отработавших газов, так как в его основу положен принцип термохимического преобразования энергии исходного топлива на более высокий энергетический уровень с использованием теплоты ОГ.

При организации эндотермического процесса конверсии в условиях работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) важным вопросом является' выбор исходного углеводородного соединения, способного при заданном среднем температурно-энергетическом уровне теплоносителя разлагаться на

газообразные продукты.

Имеющийся в исследовательской практике опыт показывает, что продукты конверсии традиционных нефтяных топлив, в их числе и бензин, полученные в высокотемпературном реакторе на основе механизма экзотермических реакций неполного окисления углеводородов, имеют по сравнению с исходным продуктом более низкую теплоту сгорания, что исключает в принципе возможность реализации эффекта регенерации и, кроме того, не решает проблему снижения нефтяных запасов.

Очевидный практический интерес среди углеводородных соединений, способных участвовать в эндотермических реакциях конверсии в условиях относительно невысоких температур ОГ, представляет метанол, который в мировом двигателестроении уже сам по себе (в недиссоциированном виде) рассматривается как одно из наиболее перспективных альтернативных топлив и относится к разряду возобновляемых источников энергии, который может быть синтезирован из продуктов растительного происхождения (например, из отходов пищевой и деревоперерабатывающей промышленности), сырьевая база которых практически неисчерпаема.

Несмотря на очевидную простоту и возможность комплексного решения эколого-экономических проблем двигателестроения на основе применения данного способа, ряд важных теоретических и практических вопросов, связанных с его реализацией на двигателях с принудительным зажиганием, до настоящего времени остаются мало изученными.

Цель_работы: совершенствование экологических и

топливоэкономических показателей работы двигателя с принудительным зажиганием путём использования теплоты отработавших газов (её регенерации) для термокаталитического преобразования (конверсии) метанола в новый вид топлива - водородный синтез-газ с более высокими энергетическими показателями

Научную новизну составляют:

1. Выявленный механизм воздействия продуктов конверсии метанола на процессы смесеобразования и сгорания в ДВС с искровым зажиганием.

2. Сформулированный и научно обоснованный способ утилизации теплоты отработавших газов двигателя с принудительным воспламенением на основе предварительного термохимического преобразования спиртового топлива.

3. Полученные зависимости аналитического исследования эффективности термодинамического цикла поршневого двигателя с термохимической регенерацией энергии отработавших газов.

4. Научно обоснованные условия согласования уровней располагаемой энергии теплоносителя (ОГ) и энергетических затрат на реализацию эндотермического преобразования метанола в рабочих диапазонах изменения нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя с принудительным воспламенением.

5. Выявленные рабочие диапазоны изменения скоростных и нагрузочных режимов ДВС с принудительным воспламенением, при которых располагаемой ~ температурно-энергетический потенциал отработавших

>

газов (ОГ) обеспечивает наибольшую эффективность регенерации их теплоты с использованием системы конверсии метанола.

6. Новые данные по топливоэкономическим и экологическим показателям отдельно двигателя с искровым зажиганием, система питания которого оснащена термокаталитическим преобразователем спиртового топлива, и автомобиля, оборудованного этим двигателем.

7. Теоретически обоснованное положение о совокупной утилизации как тепловой, так и химической составляющих энергетического потенциала отработавших газов двигателя, обуславливающее возможность повышения эффекта регенерации и его реализации в более широком диапазоне изменения нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя.

Методы исследования. При выполнении работы применялись расчетно-анапитические и экспериментальные методы исследования. Экспериментальные исследования проводились на безмоторной установке, моторных стендах МГТУ «МАМИ», ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» и на стенде с беговыми барабанами последнего для имитации режимов движения автомобиля на различных ездовых циклах, которые оснащены современным автоматизированным оборудованием и средствами измерений в соответствии с ГОСТ-14846-81 и Правилами № 83 ЕЭК ООН.

Достоверность полученных результатов подтверждена сходимостью данных теоретических и экспериментальных исследований и обусловлена доверительным объёмом экспериментов, применением современных методов статистической обработки опытных данных и математического «I моделирования физико-химических процессов.

Практическую ценность представляют:

1. Устройство опытного образца термокаталитического реактора конверсии метанола повышенной эффективности благодаря использованию, наряду с тепловой, химической компоненты энергии ОГ, путём пропускания их потока через каталитическую среду доокисления содержащихся в них продуктов неполного сгорания топлива, главным образом СО и СН, размещённую на внешней части реакционной камеры.

2. Схемное решение системы конверсии метанола, адаптированной к условиям работы двигателя с принудительным зажиганием Уь= 1,478 л (Е)=82 мм, 8=70 мм) и позволяющей снизить на номинальном режиме удельный эффективный расход теплоты на 15,5 и 10,2 % по сравнению с его работой соответственно на бензине марки «Регуляр-91» (ГОСТ Р 51105-97) и метаноле.

3. Определённые в работе топливоэкономический и экологический эффекты от установки исследуемого двигателя с системой термохимического преобразования метанола на автомобиль.

4. Практические рекомендации по организации рабочего цикла двигателя с принудительным зажиганием, работающего совместно с термокаталитическим реактором конверсии метанола.

Реализация результатов работы. Материалы работы переданы в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» и использованы при выполнении программы фундаментальных и поисковых исследований научного центра в рамках проведения работ по Государственным контрактам с Министерством промышленности, науки и технологий Российской Федерации в 2001 -2003 гг. от 14 января 2000 г. № ГНТД/ГК-040 (00) - П (п. 1.3.4. «Разработка бортовой системы получения и хранения водорода» календарного плана к контракту); от 31 января 2002 г. № 41.600.1.4.0040 (п. 1.3.2. «Теоретические исследования процесса конверсии метанола и тепловой расчет реактора для питания водородом ДВС», п. 1.3.4. «Разработка принципиальной схемы системы и КД на реактор и элементы системы получения и хранения водорода на борту АТС» календарного плана от 31 января 2002г. к контракту и п. 1.3.1. «Изготовление элементов системы конверсии метанола», п. 1.3.2. «Изготовление реактора конверсии метанола», п. 1.3.3. «Лабораторные испытания реактора конверсии метанола», п. 1.3.4. «Лабораторные испытания'системы конверсии метанола в целом» календарного плана от 27 января 2003 г. к контракту), а также на ОАО «АвтоВАЗагрегат» для изучения с целью дальнейшего использования в работах предприятия. Результаты проведенного исследования используются в учебном процессе кафедры «Автомобильные и тракторные двигатели» МГТУ «МАМИ» при чтении курсов «Теория рабочих процессов и моделирование процессов в двигателях внутреннего сгорания (ДВС)», «Системы двигателей», «Экология и токсичность ДВС», в том числе при подготовке инженеров по специальности 101200 «Двигатели внутреннего сгорания», магистров по направлению 552700 «Энергомашиностроение» и аспирантов по специальности 05.04.02 «Тепловые двигатели».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на заседаниях кафедры «Автомобильные и тракторные двигатели» МГТУ «^АМИ» в 2001-2003 гг., кафедры «Эксплуатация автотранспортных средств» инженерного факультета Российского университета дружбы народов в 2003 г., секции «Двигатели и экология» НТС ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» в 2001-2003 гг. а также на следующих конференциях:

• XXXIX Международная научно-техническая конференция Ассоциации автомобильных инженеров РФ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» (г. Москва, МГТУ «МАМИ», 2002 г.);

• Международная научно-техническая конференция «Луканинские чтения Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» (г. Москва, МАДИ (ГТУ), 2003 г.);

• Второй Международный симпозиум «Безопасность и экономика водородного транспорта» 1Р88ЕНТ-2003 (г. Саров, РФЯЦ ВНИИЭФ, 2003 г.);

• 5-ая Международная автомобильная конференция «Двигатели для российских автомобилей» (г. Москва, Экспоцентр на Красной Пресне, 2003г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 142 наименований. Результаты изложены на 199 страницах машинописного текста, иллюстрированного 24 таблицами и 60 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы и выбранного направления исследования, сформулирована его цель и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации проанализированы основные направления совершенствования энергетики и экологии автомобильного транспорта. Основное внимание при анализе уделялось вопросам применения на транспортных двигателях с искровым зажиганием альтернативных видов топлива. В результате выяснялось, что наиболее эффективным методом воздействия на экологические и топливоэкономические характеристики транспортных двигателей, в том числе с искровым зажиганием, является использование в качестве энергоносителя водорода и водородосодержащих i газовых смесей (синтез - газы). Однако, существующие системы хранения

водорода на борту АТС неприемлемы для автотранспорта либо вследствие их малой емкости, либо вследствие их технической сложности и недостаточной * безопасности в эксплуатации и аварийных ситуациях; поэтому особый

интерес представляет возможность получения водорода на борту автомобиля из жидких углеводородных топлив. Был проведен сравнительный анализ известных способов получения водородосодержащих газообразных продуктов из жидких углеводородных соединений.

Исследования, посвящённые данной проблеме, выполнены за последние годы в ряде научно-исследовательских и учебных центров России (МГТУ им. Н.Э. Баумана, РУДН, НИИАТ, ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» и др.), а также за рубежом (ИПМаш АН Украины, ТПУ Узбекистана, NASA (США)). Исследовательские работы, отражающие развитие методов и средств физико-химического воздействия на процессы рабочего цикла двигателей, осуществлены такими учеными, как А.Н. Воинов, В.3.Махов, В.Н. Луканин, H.A. Иващенко, В.Ф. Кутенёв, В.И. Толшин, В.А. Звонов, H.H. Патрахальцев, И.О. Лернер, Е.Г.Пономарев, М.Г. Шатров, A.C. Хачиян и другие. Большой вклад в развитие тематики по использованию различных видов газов и их смесей, в том числе и водорода и водородосодержащих синтезированных продуктов в качестве средств совершенствования рабочих процессов ДВС внесли российские ученые: Д.Д. Матиевский, Ю.С. Кустарёв, В.М. Фомин, В.А. Вагнер, В.Г. Носач, В.Ф. Каменев, Н.И. Носков, В.А. Лукшо, Ю.Л. Маслов, A.M. Сайкин и другие.

Обобщение результатов выполненных по рассматриваемой проблеме исследований позволило сделать следующие выводы:

• Ужесточение экологического законодательства, ограничивающего выбросы вредных веществ автотранспортными двигателями, и снижение нефтяных запасов вынуждают автопроизводителей переходить на использование альтернативных источников тепловой энергии для ДВС.

• Использование водорода и водородосодержащих газов в качестве топлива для двигателей с принудительным воспламенением является эффективным способом улучшения их экологических и топливо экономических показателей.

• Известны способы получения подобных газов на основе термохимической или термокаталитической конверсии целого ряда углеводородных соединений.

• Значительная доля энергии, полученной при сжигании топлива в цилиндрах ДВС, отводится с его отработавшими газами, обуславливая тем самым высокий уровень необратимых (невосполнимых) тепловых потерь цикла и соответствующее снижение его эффективных показателей.

• Известны способы частичной утилизации тепловой энергии ОГ, например, с помощью обменников давления, газовых турбин, утилизационных контуров, реализующих парогазовый цикл Ренкина, и другие.

• Способ регенерации теплоты, направленный на повышение эффективности использования энергии топлива, на основе термохимической его конверсии в среде отходящих газов (способ термохимической регенерации), разработанный В.Г.Носачем, уже нашел свое применение в промышленных теплосиловых установках, где практически была подтверждена его высокая эффективность. В то же время, в области разработки и исследования двигателей внутреннего сгорания и, в частности, с искровым зажиганием, до настоящего времени этот способ остается« малоизученным, о чем свидетельствует крайне малое число публикаций по данной проблеме в отечественной и зарубежной литературе.

• Основным функциональным звеном данного способа является система термохимического преобразования исходного топлива в новый вид топлива с более высокими энергетическими возможностями (конвертированное топливо). Наиболее значимым, с точки зрения воздействия на рабочий цикл ДВС, компонентом такого топлива является водород.

• Применение на транспортных и стационарных установках конверсионных систем, использующих в качестве исходного сырьевого продукта базовое (моторное) топливо, обеспечивает очевидную простоту и удобство в условиях эксплуатации, но в то же время обладает рядом серьезных недостатков: высокий температурный уровень диссоциации (разложения) этого вида углеводородов обуславливает необходимость дополнительных затрат энергии на организацию конверсионного процесса (например, сжигание части моторного топлива для поддержания необходимого

теплового режима работы термохимических реакторов); присутствие серы в топливе исключает возможность использования каталитических средств для повышения эффективности реакций конверсии. Высокое относительное содержание инертных негорючих компонентов в составе продуктов конверсии моторного топлива (N2, С02, и др.) оказывает негативное влияние на кинетику сгорания в двигателе, снижая при этом промотирующий эффект реакционно-активных компонентов.

• Использование в качестве исходного топлива жидких углеводородных соединений с низкой температурой диссоциации и с повышенным содержанием элементного водорода (например - спирты, эфиры и др.) позволяет избежать этих недостатков. Для этих соединений уровни температуры диссоциации и тепловых эффектов в эндотермических реакциях конверсии (затраты на преодоление внутримолекулярных связей) соизмеримы с температурными и энергетическими возможностями ОГ на выпуске двигателя, что обуславливает реальную возможность процесса регенерирования их теплоты.

• Накоплен определенный опыт по применению метилового спирта в качестве частичного заменителя традиционных топлив ДВС как в жидком, так и в парообразном состоянии. Однако эти методы питаййя искрового двигателя сохраняют все трудности связанные с организацией рабочего процесса, возникающие при использовании метанола, главные из которых -обеспечение надежного испарения топлива и пуск холодной установки. При этом отмечается целесообразность использования метанола в диссоциированном виде.

• Несмотря на накопленный исследовательский опыт в области разработок термокаталитических систем конверсии спиртов, в том числе и малогабаритных систем для ДВС с искровым зажиганием, по-прежнему остается до конца нерешенным ряд научно-практических проблем: выбор наиболее рациональной схемы энергосиловой установки, работающей по циклу с термохимической регенерацией, с теоретическим и экспериментальным обоснованием эффективности этого цикла, с подбором исходного вида топлива с характеристиками, отвечающими условиям организации процесса его конверсии в выпускной системе ДВС; совершенствование массогабаритных характеристик конверсионных аппаратов на основе, в частности, разработок компактных теплообменных устройств с высокой интенсивностью теплообмена, рациональный выбор (или создание) высокоэффективной каталитической среды с заданными характеристиками по селективности химических реакций конверсии, обуславливающими наибольший выход целевого продукта, рациональное согласование рабочих параметров конверсионной системы и двигателя для широкого диапазона изменения его нагрузочных и скоростных режимов его работы, в том числе по уровням располагаемой энергии греющего теплоносителя (ОГ) и энергетических затрат на реализацию термохимического преобразования исходного топлива, а также ряд других проблем.

На основании вышесказанного очерчен круг следующих задач исследования:

1. Обосновать механизм воздействия продуктов конверсии метанола на процессы смесеобразования и сгорания в ДВС с искровым зажиганием.

2. Сформулировать и обосновать способ утилизации теплоты ОГ двигателя с принудительным воспламенением на основе предварительного термохимического преобразования спиртового топлива.

3. Провести аналитическое исследование эффективности термодинамического цикла поршневого двигателя с термохимической регенерацией теплоты ОГ.

4. Исследовать условия согласования уровней располагаемой энергии греющего теплоносителя (ОГ) и энергетических затрат на реализацию термохимического преобразования метилового спирта в конвертированное топливо с более высокими энергетическими показателями.

5. Разработать и исследовать опытный образец термохимического реактора,'обеспечивающего высокую эффективность процесса разложения метанола.

6. Выявить рабочий диапазон изменения скоростных и нагрузочных режимов работы ДВС с искровым зажиганием, при которых располагаемая тепловая мощность ОГ обеспечивает наибольшую эффективность регенерации их теплоты с использованием системы конверсии метанола.

7. Исследовать топливоэкономические, экологические и энергетические * показатели двигателя с принудительным зажиганием, оборудованного системой предварительного термохимического преобразования метанола.

8. Разработать рекомендации по совершенствованию рабочего процесса f исследуемого двигателя, работающего по циклу с термохимической регенерацией теплоты ОГ с целью получения водородосодержащего топлива на основе конверсии метанола.

Во второй главе проведено научно-методическое обоснование механизма воздействия продуктов конверсии метанола на процессы рабочего цикла двигателя с принудительным воспламенением с точки зрения влияния на его топливоэкономические и экологические качества. В рамках рабочей гипотезы проанализировано влияние конверсионных продуктов на эффективность этого воздействия.

При проведении анализа предполагалось, что основными компонентами, определяющими состав конвертированного топлива, являются монооксид углерода (СО) и водород (Н2). Учитывалось также, что наиболее эффективное воздействие на внутрицилиндровые процессы, протекающие в ДВС, проявляет водород и, следовательно, его содержание в продуктах конверсии метанола является определяющим фактором уровня их активности.

Большое влияние на рабочий цикл двигателя оказывают свойства топлива, определяющие качество смесеобразования. В случае внешнего смесеобразования степень гомогенности смеси определяется такими свойствами топлива, как температура кипения и диффузионная способность,

а именно - с уменьшением температуры его кипения и улучшением диффузионной способности, пропорциональной коэффициенту молекулярной диффузии (ум), гомогенность горючей смеси улучшается. Значения указанных параметров для основных компонентов конвертируемого топлива в сравнении с бензином приведены в табл. 1.

Таблица 1

—---__Топливо Свойство --------_ Водород (Н2) Монооксид углерода (СО) Бензин

Температура кипения, иС -252,61 - 191 32-215

Коэффициент молекулярной диффузии (хм) с воздухом, см3/с (при р0=0,1 МПа, Т0=293К) 0,63 0,21 0,085

Выявилось, что высокие значения нормальной скорости горения водорода (250 см/с) в сравнении с бензиновым топливом (скорость горения отдельных групп углеводородов бензина не превышает 40 см/с), сокращают длительность всех фаз сгорания в цилиндрах двигателя, а, особенно, начальную и конечную из них, которые, в основном, обуславливают уровень тепловых потерь в систему охлаждения и с ОГ. Кроме того, этот параметр предопределяет улучшенные показатели воспламенения смеси конвертированного топлива с воздухом электрической искрой, в виду обратной кубической зависимости её критической тепловой мощности {<2кр)

от нормальной скорости сгорания (и„у. @ ~ X.

При проведении анализа предполагалось, что ряд химических превращений углеводородного топлива в двигателе протекает по цепному механизму. При этом, в соответствии с положениями современной теории цепных реакции, ведущая роль в их развитии принадлежит химически активным частицам, легко вступающим в соединение с исходными или промежуточными продуктами, возобновляя тем самым последовательную цепь превращений. Применительно к наиболее активному компоненту конверсионных продуктов (водороду) рассмотрен возможный вариант зарождения и развития цепи, в котором водород выполняет роль возбудителя цепной реакции. Реакция окисления водорода кислородом воздуха развивается по приведенной ниже цепной схеме, где начальный акт реакции представляет собой или процесс термической диссоциации молекулы водорода на два атома Н, или образование двух радикалов ОН в результате столкновения молекул водорода и кислорода, обладающих достаточно высокими кинетическими энергиями: Н2 Н + Н;

Н2 + 02- ОН + ОН; (зарождение цепи) (а) Далее следует серия отдельных элементарных актов с участием монорадикалов Н и ОН и образующихся в ходе реакции бирадикалов О: Н + 02 = ОН + О; (разветвление цепи) (б) О + Н2 = Н + ОН; (разветвление цепи) (в) ОН + Н2 = Н + Н20 (продолжение цепи) (г)

и так далее.

При этом реакция (г) повторяется дважды в соответствии с образованием двух радикалов ОН в реакциях (б) и (в). В итоге указанного цикла превращений, инициированного одним атомом Н, образуются две молекулы воды и три атома Н, которые могут дать начало трём новым аналогичным циклам, т.е. реакция идет с «саморазгоном». Одновременно также идут и другие реакции, но их значение в общем развитии процесса менее существенно. Таким образом, суммарный итог единичного цикла выражается равенством:

Н + 02 + ЗН2 = 2Н20 + ЗН

Наличие радикалов ОН при окислении водорода способствует горению второго основного компонента продуктов конверсии метанола - окиси углерода, которое осуществляется по следующей схеме:

СО + ОН = С02 + Н; Н + 02 = ОН + О; СО + О = со2.

В рамках этой главы выполнено теоретическое исследование эффективности способа утилизации теплоты ОГ двигателя на основе предварительного термохимического преобразования (конверсии) топлива.

Предварительная энергетическая оценка эффекта термохимической регенерации теплоты ОГ двигателя, работающего совместно с системой конверсии углеводородного топлива, например, метанола, может быть установлена на основе сравнения величины теплоты сгорания исходного (жидкого) топлива и газообразных продуктов его диссоциации.

При сгорании 1 кг жидкого метанола (исходный продукт) выделяется тепловая энергия в количестве 19,67 МДж. Продукты конверсии той же массы (1 кг) метанола (конвертированное топливо) выделяют при их сгорании 23,87 МДж, то есть на 4,2 МДж (21,4%) больше. Согласно закону Гесса, эта энергия отбирается от внешнего греющего теплоносителя, в данном случае, - от 0{" в процессе эндотермической реакции. Отобранная от выпускных газов энергия (4,2 МДж) термохимическим путем преобразуется в реакторе для повышения химической энергии нового вида топлива -конвертированного.

В этом случае тепловая машина представляет собой комбинированный двигатель внутреннего сгорания, сочетающий в себе традиционный поршневой двигатель и реактор термохимического преобразования топлива. Рассмотрев термодинамический цикл такой установки в Т-э диаграмме можно определить, что термический КПД поршневой машины, являющейся частным случаем комбинированной, будет равен:

„ = (1) '«" & а

а комбинированной, состоящей из поршневой и ТХР:

_ аа-о-до. (2) а а

где - теплота, подводимая к поршневой части комбинированной машины;

<2г - теплота, отводимая от поршневой части комбинированной машины; со -степень регенерации отводимой теплоты в идеальном цикле комбинированной тепловой машины, определяемая из выражения:

др=со'-<52, (3)

где (2Р - тепло, использованное на термохимическое преобразование топлива в ТХР и регенерируемое в цикл.

С целью определения зависимости экономичности реальных рабочих циклов сравним работу двух идентичных поршневых двигателей внутреннего сгорания, осуществляющих преобразование подведенного тепла в работу по некоторому произвольному (необратимому) термодинамическому циклу, учитывая следующие условия сравнения:

1. Количество подведенной (СЬдвпОивг), отведенной теплоты в цикле, работа, совершенная за цикл, и характеристики преобразования теплоты в работу одинаковы для обеих двигателей.

2. Подвод теплоты в рабочем цикле первого двигателя осуществляется за счёт сгорания некоторого количества топлива Сит с теплотворной способностью Ни.

3. Подвод теплоты в рабочем цикле второго двигателя осуществляется за счёт сгорания продуктов термохимической конверсии топлива первого двигателя Спкт, приобретшего в результате неё теплоту сгорания Ни+Д Н„.

Таким образом, количество подведенных в термодинамических циклах двигателей теплот, исходя из их равенства, определяются следующими зависимостями:

(4)

Приравнивая эти выражения (условие 1), после преобразования я

получим: —= 1+к *£У» (5)

В,

'пкт

где к - коэффициент, зависящий от вида топлива (для метанола к =0,214), подвергаемого термохимическому преобразованию и характеризующий максимальную степень повышения его теплотворной способности в результате такой конверсии; <в - степень регенерации энергии ОГ.

Кроме того, выяснилось, что при соответствующей организации термохимического преобразования спиртового топлива появляется уникальная возможность регенерации не только тепловой (ют), но и химической (сох) составляющей потока ОГ. Такой эффект можно достичь путём пропускания ОГ через каталитическую среду доокисления продуктов неполного сгорания топлива, входящих в их состав (СО, СН и др.), при её размещении на наружной части реакционной камеры. В этом случае теплота, выделяющаяся при окислении этих продуктов, главным образом СО и СН, частично компенсирует эндотермический эффект диссоциации метанола. Количественная оценка такой утилизации (6) была получена на основании

рассмотрения закона сохранения энергии для открытой термодинамической системы применительно к данным условиям: очевидно, что со=сот+сох, (6)

а для каждого момента времени преобразования 1=1„

• - ^ - *,= -т С^Т^+О.в * , (7)

тогда, с учётом выражения (7) зависимость (5) можно записать как: —^- = 1+к-(<ут+шх)- (8)

^I

пкт

Одной из важнейших проблем нормального функционирования конверсионной системы является обеспечение необходимого количества тепловой энергии и заданного уровня температур в рабочей камере каталитического реактора с целью достижения наибольшей глубины протекания' термохимического преобразования метанола и максимальной степени конверсии фк: (рк = (С?,, - См') /»100, %, (9)

где (Яи'- массовый выход не прореагировавшего метанола, кг/ч; - масса метанола, поступившего в реактор, кг/ч,

Это вызывает необходимость в интенсивном подводе теплоты (Зогнеобх от ОГ к реакционной зоне, которая используется не только для реализации эндотермического эффекта химической реакции ((Зхим), но и для организации конверсионного процесса в целом: на предварительное нагревание жидкого метанола до температуры кипения (~65°С), на его испарение и повышение температуры паров метанола до уровня температуры диссоциации (~300°С), а также на компенсацию неизбежных тепловых потерь в окружающую среду через стенки реактора:

<3оп«обх =Ом(дхим+гм+СМрЛ1м +С">пм)+<Зпот; (10)

где гм - теплота испарения метанола; Смр, Спмр - средние в рассматриваемом интервале температур изобарная теплоемкости жидкого и парообразного метанола соответственно; д1м - разность между температурами метанола на входе в реактор и его кипения; д1пм - разность между температурами кипения метанола и его диссоциации; <3,10т - тепловые потери, которые могут быть минимизированы путем принятия мер по теплоизоляции стенок реактора.

Анализ уравнения (10) показал, что основное количество тепловой энергии греющего теплоносителя расходуется на компенсацию эндотермического эффекта реакции диссоциации метанола (более 60%) и на его испарение (около 25%).

Таким образом, эффективность процесса конверсии спирта определяется рациональностью конструкции термохимического реактора (ТХР). С целью уменьшения ОКР было проведено математическое моделирование процессов переноса теплоты в системе выпуска двигателя, оборудованного системой конверсии метанола, и разработан метод теплового расчёта реактора. При моделировании получены аналитические зависимости, определяющие термогазодинамические параметры ОГ с учётом работы

двигателя с внешним смесеобразованием на режимах малых нагрузок и холостом ходу - на т.н. режимах глубокого дросселирования.

Проведен анализ по поиску активных и стабильных катализаторов конверсии метанола. Рассмотрены каталитические среды на основе композиций из оксидов металлов, металлических никельсодержащих систем, благородных и редкоземельных металлов, а также интерметаллических соединений. В результате выбран оксидный цинк-хром-медный катализатор на цеолитном алюмосиликатом носителе, обеспечивающий высокую макрокинетическую активность процесса разложения метанола при значительной удельной поверхности адсорбции.

Такой катализатор обеспечивает условия совершенной конверсии ($,.-100%) при рабочих температурах не ниже 280...300 °С, что определяет минимально возможный предел по температуре ОГ двигателя, ниже которого реализация эффективного конверсионного процесса не достигается.

В третьей главе обосновывается цель и задачи экспериментальных исследований, приводится описание объекта исследований и экспериментальной установки (рис.1), излагаются методики проведения исследований, а также дается оценка точности проведенных измерений и погрешностей опытов.

В соответствии с задачами, исследования проводились на бензиновом двигателе Уь= 1,478 л (0=82 мм, Б=70 мм) с жидкостным охлаждением с А карбюраторной и газобаллонной системами питания, то есть двигателе с

принудительным зажиганием и внешним смесеобразованием на моторном стенде по стандартным методикам ГОСТ 14846-81. При проведении исследований использовался метод сравнительного анализа результатов изучения выходных показателей работы двигателя на стандартном топливе -бензине, метаноле и продуктах его термокаталитической конверсии, а также на синтез-газе, состоящем из смеси водорода (65% об.) и монооксида углерода (35% об.), с использованием газобаллонной системы питания.

Перед началом моторных испытаний с целью определения рационального места установки реактора в выпускную систему двигателя для обеспечения наибольшей глубины протекания термохимического преобразования метанола было проведено определение зависимости температуры отработавших газов в разных точках выпускного тракта и оценка аэродинамического сопротивления реактора.

Конечной стадией экспериментальных исследований явились испытания автомобиля АЗЛК-2141, оборудованного исследуемым двигателем с системой конверсии метанола на стенде с беговыми барабанами, по определению его топливной экономичности в соответствии с ГОСТ 20306-85 и выбросов токсичных компонентов с отработавшими газами по процедуре Правил № 83 ЕЭК ООН тип I на различных видах топлива.

Состав продуктов конверсии определялся химическим анализом с помощью хроматографа «Газохром-3101», который проходил предварительную тарировку с использованием образцовых смесей согласно ТУ-6-16-2956-87. Содержание токсичных компонентов в ОГ при стендовых

и

испытаниях двигателя определялось с помощью газоаналитического комплекса фирмы «Янако» (Япония), а при стендовых автомобиля - с помощью комплексной газоаналитической системы АМА-224 фирмы «Пирбург» (Германия).

Рис.1 Схема экспериментальной установки

Четвертая глава диссертации посвящена анализу результатов исследования показателей отдельно двигателя с принудительным воспламенением, работающего совместно с системой конверсии метанола, и автомобиля, оборудованного таким двигателем. На начальном этапе исследования было проведено определение зависимости температуры ОГ в разных точках выпускного тракта.

Термометрирование выпускного тракта велось при работе двигателя на метаноле на различных скоростных и нагрузочных режимах. В ходе испытаний было установлено, что оптимальным местом установки реактора является зона выпускного тракта длиной до 600 мм от выпускного окна головки блока цилиндров. На такой длине обеспечивается профицит температурного потенциала ОГ над необходимым температурным уровнем (-300 °С) осуществления реакции диссоциации метанола. Однако при работе двигателя на холостом ходу при частоте вращения коленчатого вала ниже 1600 мин"1, наблюдался дефицит тепловой энергии теплоносителя. В данной работе восполнение нехватки энергии для преобразования на этих режимах осуществлялось использованием дожигания продуктов неполного сгорания

топлива, содержащихся в отработавших газах, при их пропускании через каталитическую среду, прилегающую к наружным стенкам реакционной камеры.

Для определения зоны работоспособности реактора при эксплуатации автомобиля в условиях городского движения, проведены его испытания по ездовому циклу Правил № 83 ЕЭК ООН. В результате такого моделирования выяснилось, что дефицит теплоты в этом случае наблюдается лишь в зоне ездового цикла, для которой характерен пониженный тепловой режим работы двигателя (его прогрев до рабочей температуры). Длительность этого периода составляла примерно 60 с или 4,92 % от суммарного времени ездового цикла без учета 40 с прогрева и 8,2 % при его учёте.

Термокаталитический реактор, установленный в выпускном тракте двигателя создает определенное противодавление. Для оценки аэродинамического сопротивления реактора было решено использовать методику оценки такой характеристики нейтрализаторов ОГ, которые, как и реактор, устанавливаются в системе выпуска, а значит, и должен обеспечивать минимальное противодавление. За допустимую величину перепада давлений были приняты требования ТУ 4591-127-00232934-97 по аэродинамическому сопротивлению нейтрализаторов 2110-1206010 производства ОАО «АвтоВАЗагрегат». Результаты испытаний показывают (рис.2), что перепад давлений на входе и выходе проточной части термокаталятического реактора, ниже требований ТУ и аналогичных характеристик нейтрализатора во всем диапазоне изменения расхода воздуха через неё. Так, при расходе воздуха 100 м3/ч запас по перепаду давления в сравнении с ТУ составляет - 21,85 %, а при 250 м3/ч - 6,72 %, в то время как у нейтрализатора 2110-1206010 - 13,57 и 2,22 %, соответственно.

IN 150 200

Расход B0MVXI, иЗ/час

Рис. 2. Зависимость перепада давления на входе и выходе проточной части термокаталитического реактора в функции расхода воздуха через неё

-ййгтрализатор ВАЗ ■

-TXP - - - - ТУ на нейтралюатор ВАЗ

Дальнейшие исследования работы опытного образца термохимического реактора конверсии метанола включали в себя проверку

его работоспособности, определение зоны устойчивой работы по выходу водородосодержащего продукта, производительности по основным (целевым) компонентам синтезированного газа и снятие рабочих характеристик, устанавливающих взаимосвязь состава получаемых в реакторе продуктов конверсии, степени конверсии метанола и температурным режимом конверсионного процесса. Опытной проверкой установлено, что практически полная (^-100 %) конверсия метанола достигается в опытном реакторе при температуре 310°С и выше. При температуре 300°С процесс диссоциации близок к своему завершению {(рк=92 %). При этом выбранная каталитическая среда способствует началу процесса разложения метанола уже при температурах порядка 240...250°С, что обуславливает возможность частичной конверсии метанола с выходом водородного компонента на низких нагрузочных режимах работы двигателя с дефицитом по температуре.

Влияние предварительного термохимического преобразования метанола на топливоэкономические показатели двигателя с принудительным воспламенением определялось на моторном стенде путем снятия стандартных характеристик в соответствии с ГОСТ 14846-81: холостого хода, нагрузочной (при п=3000 мин'1) и внешней скоростной (рис.3).

Внешняя скоростная характеристика Vh=1,478 л (№82 мм, S-70 мм)

0 1000 2000 3000 ПКМ —--синтез-газ — • т.

4000 5000 метанол -

- 800

Рис 3. Изменение 600 удельного эффективного (qe) и часового (Q,)

— 4оо расходов теплоты, эффективного КПД (tje),

— 200 температуры отработавших газов (Т„) и эффективной

0 мощности (Ne)

исследуемого двигателя rj при его работе на 035 различных видах топлива по внешней скоростной _ 0 ад характеристике

Л, мин

6000

бензин

Работа двигателя во время стендовых испытаний происходила на 4 видах топлива при соответствующем оборудовании систем топливоподачи:

1. На бензине марки «Регуляр-91» (ГОСТ Р 51105-97) с карбюратором, стандартно устанавливаемым на серийно выпускаемый двигатель, обозначенном «бензин» на рис. 3, 4.

2. На метаноле, с оборудованием двигателя системой питания метанолом (обозначение «метанол») (проведены ранее в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» под научным руководством д-ров техн. наук, проф-ров Каменева В.Ф и Звонова В.А.).

3. На продуктах термокаталитической конверсии метанола (обозначение «ГЖМ»).

4. На синтез-газе состава 65%об. Н2 и 35%об. СО с газобаллонной системой его подачи в цилиндры двигателя (обозначение «синтез-газ»). Использование для питания двигателя продуктов конверсии метанола

способствовало устойчивому росту эффективного КПД двигателя на всех исследованных режимах его работы.

При работе двигателя с системой термохимической регенерацией теплоты ОГ на холостом ходу среднее повышение экономичности цикла, определяемое разницей часовых расходов теплоты С>с, МДж/ч составляло в сравнении с бензином 13,7%, с метанолом - 8,03 %.

Влияние системы термохимической переработки метанола на »' показатели исследуемого двигателя при изменении нагрузки на него при

неизменной частоте вращения коленчатого вала (п=3000 мин'1) оказалось следующим: в сравнении с бензином 24,4 %, с метанолом - 17,1 %, а при ч работе по внешней скоростной характеристике - 21,6 и 15,3 %,

соответственно.

Следует отметить, что улучшение топливоэкономических характеристик исследуемого двигателя обусловлено совокупным влиянием двух факторов:

- эффектом термохимической регенерации теплоты ОГ;

улучшением кинетических показателей процесса сгорания (совершенствованием рабочего цикла).

Для выделения доли участия в повышении экономичности двигателя каждого из названных факторов было решено подавать в цилиндры двигателя синтез-газ состава 65%об. Н2 и 35%об. СО с газобаллонной системой питания, то есть без использования тепловой энергии ОГ при адекватном составе топливовоздушной смеси.

Снижение расхода топлива за счет эффекта термохимической регенерации, определяемой разницей часовых (для холостого хода) и удельных эффективных (для остальных режимов) расходов теплоты двигателя с ТХР и при его питании синтез-газом из баллона, составило: на холостом ходу - в среднем 4,3 %, при работе по нагрузочной характеристике (п=3000 мин'1) - 4,7%, по внешней скоростной - 4,22%.

Заключительной стадией исследований явились испытания автомобиля АЗЛК-2141, оборудованного исследуемым двигателем с системой конверсии

метанола, на стенде с беговыми барабанами, по определению его топливной экономичности в соответствии с ГОСТ 20306-85 (рис.4) и выбросов токсичных компонентов с ОГ по процедуре Правил № 83 ЕЭК ООН тип I (табл. 2) на различных видах топлива.

Рис. 4. Результаты испытаний автомобиля АЗЛК-2141 с двигателем Л/ь=1,478 л (0=82 мм, 8=70 мм) на топливную экономичность по процедуре ГОСТ 20306-85 при его работе на различных видах топлива в абсолютных (расход энергии на 1 км пробега) (а) и относительных (в процентах по отношению к бензину) (б) единицах

Таблица 2

Относительные выбросы вредных веществ автомобиля АЗЛК-2141 с исследуемым двигателем по процедуре Правил № 83 ЕЭК ООН при его работе на различных видах топлива, с различными антитоксичиыми и топливоподающими системами _

" -—-^__Выбросы, % Вид топлива -- СО СН Шх СН+Шх

Бензин (карбюрирование) 100 100 100 100

Бензин + впрыск 25 70 77 73,5

Бензин+впрыск+нейтр^лизатор 1,35 1,65 0,15 0,75

Метанол 67 54 48 51

Метанол + синтез-газ 12 29 40 34,5

Метанол+синтез-газ+ +нейтрализатор (СО, СН) 0,5 1,05 32 16,525

Синтез-газ 0 4,7 25 14,85

Водород 0 0 27 13,5

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснован механизм воздействия продуктов конверсии метанола на процессы смесеобразования и сгорания в ДВС с искровым зажиганием.

2. Сформулирован и теоретически обоснован способ утилизации теплоты отработавших газов двигателя с принудительным воспламенением на основе предварительного термохимического преобразования спиртового топлива.

3. Проведено аналитическое исследование эффективности термодинамического цикла поршневого двигателя с термохимической регенерацией энергии отработавших газов.

4. Сформулировано и теоретически обосновано положение о совокупной утилизации как тепловой, так и химической составляющих энергетического потенциала отработавших газов двигателя, обуславливающее возможность повышения эффекта регенерации и его реализации в более широком диапазоне изменения нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя. Это положение позволяет расширить представление о сущности способа термохимической регенерации, определив его не только, как утилизацию тепловой энергии выпускных газов, но и как регенерацию суммарной их энергии, имея в виду при этом и химическую компоненту.

5. С учетом параметров исследуемого искрового двигателя разработан опытный образец реактора конверсии метанола, работающего в составе его системы питания, который конструктивно и функционально объединен с каталитическим дожигателем продуктов неполного сгорания (СН и СО) топливовоздушной смеси, что позволяет одновременно совершенствовать его экологические показатели.

6. Выявлен рабочий диапазон изменения скоростных и нагрузочных режимов ДВС с принудительным воспламенением, при которых располагаемый температурно-энергетический потенциал отработавших газов обеспечивает наибольшую эффективность регенерации их теплоты с использованием системы конверсии метанола.

7. На основе результатов исследования разработаны рекомендации по совершенствованию показателей работы двигателя с искровым зажиганием У|,=1,478 л (Б=82 мм, 8=70 мм), реализация которых позволила на номинальном режиме работы снизить удельный эффективный расход теплоты на 15,5% и 10,2 по сравнению с его работой на бензине марки «Регуляр-91» (ГОСТ Р 51105-97) и метаноле, соответственно.

8. Экспериментальные исследования автомобиля АЗЖ-2141 с искровым двигателем \г(1=1,478 л (0=82 мм, 8=70 мм), оборудованным системой предварительного термохимического преобразования метанола, установили улучшение его топливной экономичности, оцениваемое расходом энергии на 100 км его пробега при испытаниях по ездовому циклу ГОСТ 20306-85, на 15,1 и 9 % по сравнению с бензиновым и метанольным вариантами, соответственно. Испытания этого же автомобиля по ездовому циклу Правил X? 83 ЕЭК ООН позволили определить улучшение его экологических характеристик, определяемых выбросами нормируемых вредных компонентов с отработавшими газами двигателя при его работе на ПКМ по сравнению с бензиновым и метанольным питанием: выбросы СО снизились на 88 и 55 %, СН - на 71 и 25%, ЫОх - на 60 и 8%, соответственно.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Грановский М.С., Иванов Е.Б., Макунин A.B., Фомин В.М., Хрипам H.A. Экспериментальное исследование термокаталитического реактора конверсии спиртов для системы питания ДВС / Сборник избранных трудов XXXIX Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». Москва, МГТУ «МАМИ», 2002 г., ISBN 5-94099-020-7 (электронное издание на CD).

2. Каменев В.Ф., Фомин В.М., Хрипач H.A. Реактор конверсии метанола как средство повышения эффективности термодинамического цикла двигателя / Тезисы докладов XXXIX Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». Москва, МГТУ «МАМИ», 2002 г.

3. Каменев В.Ф., Фомин В.М., Хрипач H.A. Реакторы конверсии метанола автотранспортных средств / Тезисы докладов XXXIX Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». Москва, МГТУ «МАМИ», 2002 г.

4. Каменев В.Ф., Фомин В.М., Хрипач H.A. Метод термохимической регенерации теплоты отработавших газов ДВС / Тезисы докладов научно-технической конференции «Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса». Москва, МАДИ (ГТУ), 2003 г.

5. Каменев В.Ф., Фомин В.М., Хрипач H.A. Энергетический баланс процесса термохимической диссоциации метанола / Автомобили и двигатели: Сб. научн. тр. / НАМИ. - 2003. - Вып. 231. - С. 86-102.

6. Каменев В.Ф., Корнилов Г.С., Фомин В.М., Хрипач H.A. Регенерация теплоты отработавших газов ДВС путем термохимического преобразования спиртового топлива / Автомобили и двигатели: Сб. научн. тр. / НАМИ. - 2003. - Вып. 231. - С. 135 - 145.

7. Каменев В.Ф., Макаров А.Р., Фомин В.М., Хрипач H.A. Повышение эффективности работы ДВС применением термохимической регенерации теплоты его отработавших газов / Сборник научных докладов III международного совещания по проблемам энергоаккумулирования и экологии в машиностроении, энергетике и на транспорте. Москва, ИМАШ РАН, 2003 г. - с. 156 - 171

8. Каменев В.Ф., Корнилов Г.С., Хрипач H.A. Гибридное автотранспортное средство с энергетической установкой, работающей на водородном топливе / Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». Специальный выпуск. Сборник тезисов Второго Международного Симпозиума «Безопасность

и экономика водородного транспорта» IFSSEHT-2003. Сэров, НТЦ «TATA», 2003 г. ISSN 1608-8298 - с.63

9. Каменев В.Ф., Хрипач H.A. Конструкции «водородных» ДВС. Поиски и решения / Автомобильная промышленность, 2003, № 11. - с. 20 - 22.

10. Хрипач H.A. Организация процесса термохимической конверсии метанола на борту автотранспортных средств / Сборник избранных трудов XXXIX Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». Москва, MI "ГУ «МАМИ», 2002 г., ISBN 5-94099-020-7 (электронное издание на CD).

11. Хрипач H.A. Синтез-газ - новое альтернативное топливо для транспортных двигателей / Международный научно-технический журнал «Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо», №5,2003 г. - с. 54 - 56.

РНБ Русский фонд

2004-4 24986

ХРИПАЧ Николай Анатольевич

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

«СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ТОПЛИВОЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ ПРИМЕНЕНИЕМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНОЛА»

Подписано в печать 13.01.04 Заказ 006-04 Тираж 80

Усл. п. л. Уч.- изд. л.

Бумага типографская_Формат 60x90/16_

МГТУ "МАМИ", Москва, 105839 Б. Семеновская ул., 38

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ КОНВЕРСИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ КАК СПОСОБ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ.

1.1 Проблемы экологии и энергетики автотранспорта.

1.2 Нормирование экологических и энергетических показателей автотранспортных средств и пути их улучшения.

1.3 Организация процесса предварительного термохимического преобразования топлива в составе системы питания двигателя.

1.4 Выводы, постановка цели и задач диссертационной работы.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТОПЛИВ В СОСТАВЕ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ.

2.1 Эффект термохимической регенерации тепловой энергии отводимой в рабочем цикле комбинированной энергетической установки, включающей систему предварительной конверсии топлива.

2.2 Особенности показателей рабочего цикла двигателя с термохимической регенерацией отводимой теплоты.

2.3 Вопросы математического моделирования явлений переноса теплоты в системе выпуска двигателя с системой термохимического преобразования топлива. Тепловой расчет реактора.

2.4 Согласование энергетических потоков при термохимическом преобразовании топлива в составе системы питания двигателя с принудительным воспламенением.

2.5 Анализ влияния продуктов конверсии метанола на топливо экономические и экологические показатели двигателя с искровым зажиганием.

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ.

3.1 Задачи экспериментальных исследований.

3.2 Экспериментальная установка и оборудование.

3.3 Методика проведения исследований на моторном стенде.

3.4 Оборудование, аппаратура и методы проведения исследований двигателя в составе автомобиля на стенде с беговыми барабанами.

3.5 Оценка погрешностей измерений.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Результаты термометрирования выпускного тракта двигателя при его работе на метаноле.

4.2 Результаты исследования по оценке аэродинамического сопротивления реактора конверсии метанола.

4.3 Результаты исследования влияния режимных параметров двигателя с опытной системой конверсии метанола на эффективность термохимической регенерации теплоты ОГ.

4.4 Исследования топливо экономических показателей двигателя с термохимической регенерацией теплоты ОГ.

4.5 Исследования экологических показателей двигателя с системой питания с термохимическим реактором конверсии метанола.

Использование автомобильного транспорта в жизнедеятельности человека стало неотъемлемой частью общественного развития. Однако моторизация общества выдвигает ряд серьезных социальных проблем, среди которых экология и сохранение природных ресурсов. Автомобили -основные потребители энергии и одни из главных источников загрязнения атмосферы. Наиболее энергоемким и экологически опасным компонентом автомобиля является его энергетическая установка. Главные направления совершенствования автомобильных энергоустановок в настоящее время определяются двумя важнейшими социально-экономическими проблемами:

- рациональное использование топлива нефтяного происхождения, в том числе замена его альтернативными энергоносителями;

- снижение вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду.

Постоянно ужесточающиеся международные требования по ограничению выброса вредных веществ автотранспортными средствами (АТС) и экономии энергоресурсов требуют от производителей разработки принципиально новых энергетических установок, работающих на новых экологически чистых видах топлив ненефтяного происхождения. Особое место среди альтернативных топлив, используемых в двигателях с принудительным воспламенением, занимает водород и водосодержащие газовые смеси (синтез - газы).

Водород интересен в данном случае, во-первых, как реагент с собственными, весьма высокими характеристиками сгорания (его нормальная скорость горения равна 250 см/с, в то время как скорость горения отдельных групп углеводородов бензина не превышает 40 см/с) [1,22], во-вторых, как химически реакционно-активный компонент, оказывающий эффективное воздействие на процессы образования вредных веществ.

Применение водорода в автомобиле сразу упирается в проблему энерговооруженности (или, проще говоря, запаса хода) автомобиля. Существующие системы хранения водорода неприемлемы для автотранспорта либо вследствие малой емкости, либо вследствие технической сложности и недостаточной безопасности в эксплуатации и аварийных ситуациях [50,53,77]. Даже наилучший из них по энергоплотности - криогенный - уступает по этому показателю нефтяным топливам в несколько раз, не говоря уже о том, что в техническом отношении он неизмеримо сложнее систем хранения и транспортирования жидких топлив.

Снижение расхода топлива, как нефтяного, так и альтернативного, транспортными двигателями является одним из решений уменьшения выбросов вредных веществ. Топливо экономические характеристики ДВС в основном обусловлены эффективностью использования теплоты подводимой в его рабочем цикле.

По данным внешнего теплового баланса поршневого двигателя существенная часть энергии топлива, вводимого в цилиндр, не реализуется в виде работы, а выводится из цикла, в том числе и с выпускными газами, обуславливая тем самым соответствующие необратимые потери цикла.

В двигателях с искровым зажиганием доля потерь энергии топлива, уносимой из рабочего пространства с отработавшими газами, составляет 30.55%, что соответствует 12000.23000 кДж на каждый килограмм израсходованного топлива [22].

Традиционные способы регенерации теплоты, направленные на снижение тепловых потерь с отработавшими газами, используются в крупных судовых и стационарных силовых установках, в частности на основе применения котлов-утилизаторов для получения пара или горячей воды. На двигателях меньшей размерности, например, автотракторного типа реализация подобных способов утилизации тепловой энергии отработавших газов практически трудно осуществима.

В двигателях такого типа располагаемая энергия газового потока на выходе частично может быть преобразована в работу в волновых обменниках давления или в газовых турбинах. В последнее время получают также развитие исследования по разработке для транспортных силовых установок утилизационных контуров, работающих по циклу Ренкина [21,103].

Отдельной и ещё малоисследованной проблемой является поиск возможности утилизации располагаемой тепловой энергии отработавших газов на основе использования предварительного термохимического преобразования исходного вида топлива в другой вид топлива (названным [51,82,88,110] конвертированным топливом) с более высокими энергетическими возможностями. Сущность данного способа регенерации заключается в том, что процесс химического преобразования исходного топлива сопровождается поглощением теплоты, отбираемой от выпускных газов двигателя, в термохимическом реакторе, выполняющего в данном случае роль утилизационного устройства.

В результате эндотермического преобразования химическая энергия конвертированного топлива возрастает по отношению к энергии исходного топлива на величину, равную количеству утилизированной теплоты выпускных газов. Регенерированная часть отходящей теплоты с конвертированным топливом вводится в двигатель для повторного участия в организации рабочего цикла. Такой способ утилизации отводимой из цикла двигателя тепловой энергии назван термохимической регенерацией теплоты отработавших газов, так как в его основу положен принцип термохимического преобразования энергии исходного топлива на более высокий энергетический уровень с использованием теплоты ОГ.

Реализация данного способа утилизации тепловой энергии отработавших газов двигателей позволяет комплексно решать проблемы повышения их топливной экономичности и снижения токсичных выбросов в атмосферу, так как газообразные продукты конверсии исходного жидкого топлива содержат в своем составе в основном оксид углерода и водород и химически активные продукты переходных реакций — альдегиды, переоксиды и др.; участие которых в организации рабочего цикла двигателя, как было отмечено выше, способствует совершенствованию процесса сгорания.

Принципиальная возможность осуществления термохимической регенерации теплоты отработавших газов в поршневом двигателе обусловлена, главным образом, благодаря наличию двух обстоятельств. Первое заключается в том, что отдельные виды углеводородов обладают способностью под воздействием теплоты вступать в реакции конверсии с эндотермическим эффектом. Второе - температурный уровень теплоты отработавших газов двигателя является достаточным для эффективной организации конверсионного процесса этих углеводородов, в частности, при соответствующем выборе активирующей каталитической среды.

Впервые термохимические превращения топлива, сопровождающиеся эндотермическим эффектом, предложили использовать в теплоэнергетических установках И.И.Перелетов (паровая конверсия) и В.Г.Носач (смешанная конверсия) в 1964 г. [82]. По схеме, предложенной В.Г.Носачем, природное топливо, используемое для питания теплосиловой промышленной установки, перед сжиганием конвертировалось в среде со своими продуктами сгорания, содержащими в своем составе диоксид углерода и пары воды - реагенты реакции конверсии.

При организации эндотермического процесса конверсии в условиях работы двигателя внутреннего сгорания важным вопросом является выбор исходного углеводородного соединения, способного при относительно невысоком среднем уровне отработавших газов (теплоносителя) конвертировать в целевые газообразные продукты заданного химического состава (монооксид углерода и водород).

Накопленный в исследовательской практике опыт показывает, что продукты конверсии традиционных нефтяных топлив, в частности, бензина, полученные в высокотемпературном реакторе [8,95] на основе механизма экзотермических реакций неполного окисления углеводородов, имеют по сравнению с исходным продуктом более низкую теплоту сгорания, что исключает в принципе возможность реализации эффекта регенерации. В то же время организация эндотермического цикла конверсии углеводородов нефтяного топлива, в частности бензина, на основе высокотемпературных реакций их диссоциации с использованием теплоты отработавших газов представляется трудно осуществимой вследствие дефицита по температуре.

Наиболее целесообразным вариантом использования в качестве исходного продукта для конверсии являются химические соединения, имеющие температуру диссоциации (в соответствующей каталитической среде) ниже среднего температурного уровня отработавших газов двигателя, что обеспечивает принципиальную возможность утилизации их тепловой энергии для организации эндотермического цикла конверсии. К числу таких соединений относятся спирты (метиловый, этиловый и другие), простейшие эфиры (диметиловый, диэтиловый) и другие соединения.

Очевидный практический интерес среди перечисленных углеводородных соединений представляет метанол, который в мировом двигателестроении уже сам по себе (в недиссоциированном виде) рассматривается как одно из наиболее перспективных альтернативных топлив.

В настоящее время основным потребителем метанола является химическая промышленность, однако имеется обширная сырьевая база для увеличения его производства и более широкого использования в качестве моторного топлива. Кроме того, метанол, как и все другие перечисленные выше соединения, относятся к разряду возобновляемых источников энергии, синтезируемых из продуктов растительного происхождения (например, из отходов пищевой и деревоперерабатывающей промышленности), сырьевая база которых практически неисчерпаема.

Следует отметить также, что использование в энергетических установках топлив, получаемых из биомассы, обеспечивает поддержание баланса в атмосфере диоксида углерода СОг, так как его выбросы с продуктами сгорания практически полностью компенсируются в процессах фотосинтеза при выращивании биологического сырьевого продукта. Это способствует решению одной из важнейших мировых проблем - уменьшение парникового эффекта в биосфере.

Как уже отмечалось выше, по комплексу эффектов воздействия на показатели работы двигателя рассматриваемый способ отличается многофункциональностью. Направленный на повышение эффективности использования химической энергии топлива за счет снижения уровня необратимых потерь в цикле, он позволяет одновременно решать задачи экологического совершенствования рабочего процесса двигателя благодаря тому, что в состав конвертированного топлива входит водород, а также ресурсосбережения топлив нефтяного происхождения.

Настоящая работа посвящена совершенствованию экологических и топливо экономических показателей работы двигателя с принудительным зажиганием путём использования теплоты отработавших газов (её регенерации) для термокаталитического преобразования (конверсии) метанола в новый вид топлива - водородный синтез-газ с более высокими энергетическими показателями.

На защиту выносятся:

• Механизм воздействия продуктов конверсии метанола на процессы смесеобразования и сгорания в ДВС с искровым зажиганием (в рамках научной гипотезы).

• Способ утилизации теплоты отработавших газов двигателя с принудительным воспламенением на основе предварительного термохимического преобразования спиртового топлива.

• Зависимости по оценке эффективности термодинамического цикла поршневого двигателя с термохимической регенерацией энергии отработавших газов.

• Физико-математическое моделирование явлений переноса теплоты в системе выпуска двигателя с искровым зажиганием, оборудованного системой термохимического преобразования топлива. Метод теплового расчёта термохимического реактора преобразования метилового спирта.

• Условия согласования уровней располагаемой энергии греющего теплоносителя (потока ОГ в выпускной системе двигателя) и энергетических затрат на реализацию эндотермического процесса преобразования исходного топлива в конвертированное топливо с более высокими энергетическими качествами.

• Выявленный рабочий диапазон изменения скоростных и нагрузочных режимов ДВС с принудительным воспламенением, при которых располагаемый температурно-энергетический потенциал отработавших газов обеспечивает наибольшую эффективность регенерации их теплоты с использованием системы конверсии метанола.

• Данные по топливо экономическим и экологическим показателям двигателя с принудительным воспламенением, система питания которого оснащена термокаталитическим преобразователем метилового спирта.

• Данные по топливо экономическим и экологическим показателям автомобиля с искровым двигателем, оборудованным системой предварительного термохимического преобразования метанола.

• Рекомендации по совершенствованию показателей работы двигателя с искровым зажиганием, работающего по циклу с термохимической регенерацией теплоты ОГ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснован механизм воздействия продуктов конверсии метанола на процессы смесеобразования и сгорания в ДВС с искровым зажиганием.

2. Сформулирован и теоретически обоснован способ утилизации теплоты отработавших газов двигателя с принудительным воспламенением на основе предварительного термохимического преобразования спиртового топлива.

3. Проведено аналитическое исследование эффективности термодинамического цикла поршневого двигателя с термохимической регенерацией энергии отработавших газов.

4. Сформулировано и теоретически обосновано положение о совокупной утилизации как тепловой, так и химической составляющих энергетического потенциала отработавших газов двигателя, обуславливающее возможность повышения эффекта регенерации и его реализации в более широком диапазоне изменения нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя. Это положение позволяет расширить представление о сущности способа термохимической регенерации, определив его не только, как утилизацию тепловой энергии выпускных газов, но и как регенерацию суммарной их энергии, имея в виду при этом и химическую компоненту.

5. С учетом параметров исследуемого искрового двигателя разработан опытный образец реактора конверсии метанола, работающего в составе его системы питания, который конструктивно и функционально объединен с каталитическим дожигателем продуктов неполного сгорания (СН и СО) топливовоздушной смеси, что позволяет одновременно совершенствовать его экологические показатели.

6. Выявлен рабочий диапазон изменения скоростных и нагрузочных режимов ДВС с принудительным воспламенением, при которых располагаемый температурно-энергетический потенциал отработавших газов обеспечивает наибольшую эффективность регенерации их теплоты с использованием системы конверсии метанола.

7. На основе результатов исследования разработаны рекомендации по совершенствованию показателей работы двигателя с искровым зажиганием Vh=l,478 л (D=82 мм, S=70 мм), реализация которых позволила на номинальном режиме работы снизить удельный эффективный расход теплоты на 15,5% и 10,2 по сравнению с его работой на бензине марки «Регуляр-91» (ГОСТ Р 51105-97) и метаноле, соответственно.

8. Экспериментальные исследования автомобиля A3JIK-2141 с искровым двигателем Vh=l,478 л (D=82 мм, S=70 мм), оборудованным системой предварительного термохимического преобразования метанола, установили улучшение его топливной экономичности, оцениваемое расходом энергии на 100 км его пробега при испытаниях по ездовому циклу ГОСТ 20306-85, на 15,1 и 9 % по сравнению с бензиновым и метанольным вариантами, соответственно. Испытания этого же автомобиля по ездовому Правил № 83 ЕЭК ООН позволили определить улучшение его экологических характеристик, определяемых выбросами нормируемых вредных компонентов с отработавшими газами двигателя при его работе на ПКМ по сравнению бензиновым и метанольным питанием: выбросы СО снизились на 88 и 55 %, СН - на 71 и 25%, NOx - на 60 и 8%, соответственно.

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

2. Арсенов Е.Е., Сабиров Ж.М., Смаль Ф.В. Синтетические топлива и перспективы их применения на автомобильном транспорте. М.: НИИАТ, 1979.-43 с.

3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высш. шк., Изд. Центр «Академия», 2001. 743 с.

4. Балабин И.В., Куров Б.А., Лаптев С.А. Испытания автомобилей. — М.: Машиностроение, 1988. 192 с.

5. Беляев Н.М. Основы теплопередачи. Киев: Высшая школа, 1989. - 343 с.

6. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. — М.: Наука, 1972. — 720 с.

7. Вержбицкий В.М. Основы численных методов. М.: Высш. шк., 2002. — 840 с.

8. Веселов В.В, Рафал А.Н. Состав газа конверсии углеводородов. Киев: Наукова думка, 1986. - 188 с.

9. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. Москва -Свердловск: Машгиз., 1962.-270 с.

10. Ю.Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях.- М.: Машиностроение, 1977. 277 с.11 .Выбросы парниковых газов энергетическим комплексом России на период до 2020 года. М.: Энергоиздат, 2001. - 53 с.

11. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Высш. шк., 2003. 479 с.

12. Гречихин Л.И. Двигатели внутреннего сгорания: Физические основы технической диагностики и оптимизации управления. — Минск: Наука и техника, 1995.-270 с.

13. Гуревич Г.Р., Брусиловский А.И. Справочное пособие по расчету фазового состояния и свойств газоконденсатных смесей. М.: Недра, 1994. -284 с.

14. Гуреев А.А. Применение автомобильных бензинов. — М.: Химия, 1972. — 368 с.

15. Гуреев А.А., Кампфер Г.М. Испаряемость топлив поршневых двигателей.-М.: Химия, 1982.-264 с.

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

17. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний. ГОСТ 1484681. -Введ. 01.01.82. -М., 1981.

18. Двигатели автомобильные. Основные термины и определения. ОСТ 37.001.295 84. -Введ. 01.01.85. -М., 1984.

19. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Учеб./ В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, А.Ю. Труш и др.; Под ред. В.Н. Луканина. — М.: Высш. шк., 1995. -256 с.

20. Двигатели внутреннего сгорания. В 4 т. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1980 - 85 гг.

21. Демидов В.П., Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высш. шк., 2002. - 496 с.

22. Дмитриевский А.В., Шатров Е.В. Топливная экономичность бензиновых двигателей. — М.: Машиностроение, 1985. 208 с.

23. Дьяченко А.В., Васильев А.В., Мищенко А.И. Использование метанола в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением. Харьков: ИПМаш АН УССР, 1984. - 42 с.

24. ЗО.Звонов В.А. Образование загрязнений в процессах сгорания. Луганск: ВУГУ, 1998.-126 с.

25. ЗЗ.Звонов В.А., Козлов А.В., Кутенёв В.Ф. Экологическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле. М.: НАМИ, 2001. - 248 с.34.3вонов В.А., Черных В.И., Балакин В.К. Метанол как топливо для транспортных двигателей. Харьков: Основа, 1990. - 150 с.

26. Звонов В.А., Черных В.И., Заиграев Л.С. Технико-экономические и экологические показатели применения метанола как топлива для двигателей внутреннего сгорания//Экотехнология и ресурсосбережение, 1995,№4.-с. 11-18.

27. Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочего процесса ДВС. М., 1997.

28. Идельчик И.Е. Гидравлические сопротивления. — М., J1.: Госэнергоиздат, 1954.-316 с.

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

30. Исаев С.И. Термодинамика: Учеб. для вузов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.-416 с.

31. Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива. Справочное пособие. — Л.: Недра, 1987. 336 с.

32. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 592 с.

33. Калабин В.П. Техническая термодинамика. М.: Изд. ВАБВ, 1954. - 708 с.

34. Каменев В.Ф. Метод оценки эффективности рабочего процесса на режимах малых нагрузок и глубокого дросселирования. // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвуз. сб. научн. тр. МАМИ. М., 1995. — с. 189-195.

35. Каменев В.Ф., Корнилов Г.С., Фомин В.М., Хрипач Н.А. Регенерация теплоты отработавших газов ДВС путем термохимического преобразования спиртового топлива / Автомобили и двигатели: Сб. научн. тр. /НАМИ.-М., 2003.-Вып. 231.-е. 135 145.

36. Каменев В.Ф., Куров Б.А. Российское и международное нормирование вредных выбросов автотранспортных средств. // Автомобильная промышленность, 1993, № 12.-е. 30-33.

37. Каменев В.Ф., Кутенёв В.Ф. Водород экологически чистое топливо для автомобилей // Международный симпозиум «Альтернативная энергетика для автотранспортных средств, 1995. - с. 47 - 52.

38. Каменев В., Кузнецов В., Никитин И. Автомобиль на водороде: новый взгляд на старую проблему / AutoShop Magazine, 1994, № 6. с. 90 - 92.

39. Каменев В.Ф., Фомин В.М., Хрипач Н.А. Энергетический баланс процесса термохимической диссоциации метанола / Автомобили и двигатели: Сб. научн. тр. / НАМИ. М., 2003. - Вып. 231. - с. 86-102.

40. Каменев В.Ф., Хрипач Н.А. Конструкции «водородных» ДВС. Поиски и решения / Автомобильная промышленность, 2003, № 11. с. 20 - 22.

41. Кантарович Б. В. Основы теории горения и газификации топлив. — М.: Изд. АН СССР, 1958. 380 с.

42. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М.: Высш. шк., 2001. - 550 с.

43. Карышев А.К., Лапин Ю.Д., Симонов В.П. Теплофизика. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 108 с.

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

45. Коллеров Д.К. Газоанализаторы. Проблемы практической метрологии. — М.: Изд-во стандартов, 1980. — 176 с.

46. Корн Г.А., Корн Т.М. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1968. - 720 с.

47. Кустарёв Ю.С., Кузнецов В.В., Родькин К.П. Тепловой расчёт реактора для получения водородного топлива для газотурбинных двигателей // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвуз. сб. научн. тр. МАМИ. — М., 1995.-с. 47-52.

48. Кутенев В.Ф., Игнатович И.В., Топунов В.Н. Теория и практика оценки токсичности двигателей суммарным показателем// Автомобильная промышленность, 1981, № 3. с. 8 - 9.

49. Кутенёв В.Ф., Каменев В.Ф. Вредные выбросы автомобильных двигателей, нормирование и методы измерений. — М.: МАМИ, 1999. — 68 с.

50. Кутенёв В.Ф., Свиридов Ю.Б. Экологические проблемы автомобильного двигателя и путь оптимального их решения // Двигателестроение, 1990, №10.-с. 55-62.

51. Лавров Н.В., Щурыгин А.П. Введение в теорию горения и газификации топлива//Изв. АН СССР. 1982. - с.81-92.

52. Леонтьев А.И., Иванов В.Л., Манушин Э.А., Осипов М.И. Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 592 с.

53. Лернер М.О. Химические регуляторы горения моторных топлив. — М.: Химия, 1979.-224 с.

54. Линчевский В.П. Топливо и его сжигание. М.: Металлургиздат,1959 -598 с.

55. Луканин В.Н., Буслаев А.П., Яшина М.В. Автотранспортные потоки и окружающая среда 2. - М.: ИНФРА-М, 2001. - 646 с.

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

57. Лукшо В.А., Шатров Е.В., Соколов В.В., Шифрин Г.Г. Бензо-метанольные смеси топливо для карбюраторных двигателей// Автомобильная промышленность. - 1980. - № 6. - с. 32 - 35.

58. Лукъянчиков B.C., Стеженский А.И. Паровая конверсия метанола. Киев: Наукова думка, 1972. - 287 с.

59. Лушпа А. И. Основы химической термодинамики и кинетики химических реакций. М.: Машиностроение, 1981. - 240 с.

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

61. Магарил Р.З. Механизм и кинетика гомогенных термических превращений углеводородов. М.: Химия, 1980. - 224 с.

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

63. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. -344 с.

64. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. — Киев: Наук, думка, 1984. 143 с.

65. Морев А.И., Ерохов В.И., Бекетов Б.А. Газобаллонные автомобили: Справочник. М.: Транспорт, 1992. — 175 с.

66. Морозов К.А., Черняк Б.Я., Синельников Н.И. Особенности рабочих процессов высокооборотных карбюраторных двигателей. — М.: Машиностроение, 1971. 100 с.

67. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука. - 1965. - 175 с.

68. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. — М.: Машиностроение, 1989. 559 с.

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

70. Носач В.Г., Кривоконь А.А. Повышение экономичности двигателя внутреннего сгорания путем конверсии топлива в продуктах сгорания//Промышленная теплотехника, 1985, т.7, № 5. с.88-92.

71. Носач В.Г., Кривоконь А.А. Совершенствование превращения топливной энергии в двигателях внутреннего сгорание//Вестник УкрАН, 1985, № 2. -с.63-67.

72. Овсянников М.К., Орлова Е.Г., Емельянов П.С. Основы гидромеханики. — М.: РКонсульт, 2003. 160 с.

73. Павловский А.Н. Измерение расхода и количества жидкостей, газов и паров. -М: Наука, 1951. 107 с.

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

75. Правила ЕЭК ООН № 83.04. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении выделяемых ими загрязняющих веществ.

76. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1975. - 320 с.

77. Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Конструкция автомобильных и тракторных двигателей. — М.: Высш. шк., 1986. 352 с.

78. Рамбуш Н.У. Газогенераторы. М.: ГОНТИД, 1959. - 422 с.

79. Розовский А. Я. Теоретические основы процесса синтеза метанола. М.: Химия, 1990. - 272 с.

80. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука. 1971.- 192 с.

81. Сабиров Ж.М. Газификация и конверсия автомобильных топлив. -Ташкент: «Фан» УзССР, 1984.-96 с.

82. Семёнов Н.Н. Цепные реакции. 2-е изд., исправл. и дополн.- М.: Наука, 1986.- 536 с.

83. Семенов Н.Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М.: Наука, 1980. - 207 с.

84. Систер В.Г., Мартынов Ю.В. Принципы повышения эффективности тепломассообменных процессов. Калуга: Изд. Н.Бочкаревой, 1998.-508 с.

85. Снижение токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Доклады участников симпозиума специалистов стран-членов СЭВ в декабре 1978 г. в Суздале. -М., 1981.-354 с.

86. Соколик А.С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М.: АН СССР, 1980.-427 с.

87. Стефановский Б.С., Скобцов Е.А., Кореи Е.К. и др. Испытания двигателей внутреннего сгорания. — М.: Машиностроение, 1972. — 368 с.

88. Сурин В.Н. Газобаллонная аппаратура на легковом автомобиле. — М.: Транспорт, 2001. 43 с.

89. Теплотехника: Учеб. для вузов/ В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и др.; Под ред. В.Н. Луканина. — М.: Высш. шк., 2000. — 671 с.

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

91. Тимофеев B.C., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. — М.: Высш. шк., 2003. — 536 с.

92. Топливная экономичность автотранспортных средств. Номенклатура показателей и методы испытаний. ГОСТ 20306-85. Введ. 01.01.86. — М., 1985.

93. Устройство для обработки топлива в двигателе внутреннего сгорания//Патент ФРГ № 491258, МКИ Р.02 М 27/02. Сименс. -Опубл.06.02.91.

94. Харт X. Введение в измерительную технику: Пер. с нем. М.: Мир, 1999.-391 с.

95. Хрипач Н.А. Синтез-газ — новое альтернативное топливо для транспортных двигателей / Международный научно-технический журнал «Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо», 2003, №5. — с. 54-56.

96. Чистяков B.C. Краткий справочник по теплотехническим измерениям. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 320 с.

97. Шрайнер Д.Д. Способ работы двигателя внутреннего сгорания//А.с.№ 1275100 СССР, МКИ Р.02 В 45/08. Заявлено 19.05.81. Опубликовано 07.12.86.

98. Элементы системы автоматизированного проектирования ДВС. Алгоритмы прикладных программ / Р.М.Петриченко, С.А Батурин и др. -Л.: Машиностроение, 1990. 328 с.

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

100. А.с. 1184935 СССР, МКИ F02 В43/08. Двигатель внутреннего сгорания/ В.А. Звонов, В.И. Черных, В.К. Балакин, В.Е. Леонов (СССР). -№ 3698613/25-06; заявлено 26.01.84.; опубл. 15.10.85, бюл. № 38.

101. А.с. 954592 СССР, МКИ F02 М 27/00. Автомобильный газификатор/ Ф.В. Смаль, Н.М. Пушкин, В.М. Городовицин, Е.Е. Аринов (СССР), № 2993924/25.06; заявлено 30.09.80; опубл. 30.08.82.

102. А.с. № 1071790А /СССР/ Двигатель внутреннего сгорания. /Орлов В.В., Лигай С.А., Дмитренко В.И./ опубл. в Б.И., 1984, №5.

103. Заявка 54-23683 Япония, МКИ С104 31/00. Установка для риформинга метанола Ниссан дзидося К.К. (Япония). № 51-46096; заявлено 24.04.75, опубл. 15.08.79.

104. Заявка 57-8308 Япония, МКИ F02 М27702. Устройство для преобразования жидкого моторного топлива в газообразное//Ниссан дзидося К.К. (Япония). № 51-33166; заявлено 26.03.76.; опубл. 16.02.82.

105. Заявка 58-60602 Япония, МКИ F02 М 27/02. Устройство для конверсии спирта. Ниссан дзидося К.К. (Япония). № 56-159413, заявлено 03.10.81, опубл. 11.04.83.

106. Пат. 2717993 ФРГ, МКИ F02 М26/02. Zueno, Nissan motor Co. заявлено 03.06.77, опубл. 24.11.77.

107. Пат. 4088450, США, МКИ F02 J 81/02 HYDROGEN GENERATORAL KATUAKI KASAKA ETAL (ЯПОНИЯ) Nissan motor со. №721047; заявлено

108. Пат. 4318369 США, МКИ F02 В43/03. Заявлено 06.06.79; опубл. 09.03.82, НКИ 123-3.

109. Пат. 4378336 США, МКИ F02 U8/02, Monolith reactor/ Heeyoung Yoonetal (США), № 341946; заявлено 22.01.82.,опубл. 29.03.83, НКИ 422201.

110. Пат. 45073&7 США, МКИ F02 В 43/08, Combustion engine system/ John Houseman etal. Пат 34685; заявлено 12,05.83; опубл. 02.04.86, НКИ 123-3.

111. Пат. США, Кл. F 026 43/08, № 3635200, опубл. 18.01.72.

112. Benson R.S., et al. The thermodynamics and Gas dynamics of Internal Combustion Engines.- Oxford: Clarendon Press, 1982 -86.

113. Bird, R.B., W.E. Stewart, E.N Lightfoot. (1960). Transport phenomena. New York, John Wiley & Sons.

114. Blizard N.C., and Keck J.C. "Experimental and Theoretical Investigation of Turbulent Burning Model for Internal Combustion Engines", SAE paper 740191 (1974).

115. Churchill, S. W. and Chu, H. H. S. (1975). Correlating Equations for Laminar and Turbulent Free Convection from a Horizontal Cylinder. Int. J. Heat Mass Transfer, 1975, Vol. 18, ppl049-1053.

116. Collier John G. (1972). Convective boiling and condensation. New York: McGraw-Hill Book Company.

117. Daniel W.A. Engine Variable Effects on Exhaust Hydrocarbon Composition. SAE Paper 670124, 1967, 22 p.

118. Gnielinski, V. (1976). New equations for heat and mass transfer in turbulent pipe and channel flow. Int. Chem. Eng., Vol. 16, 1976, pp359-368.

119. Greening, P.: The Future Of European Emission Regulations. Conference. Engine and Environment, Graz, 1997.

120. Hauman D.J. et al. A Multi-step overall kinetic mechanism for the oxidation of hydrocarbons .//Combust. Sci. Technol. 1981. -25. P. 219-235.

121. Hausen, H. (1983). Heat Transfer in Counter Flow, Parallel Flow and Cross Flow. McGraw-Hill, New York.

122. Hirota T. Study of the methanol reformed gas engine // ISAE Review /1981-N4.-p.7-13.

123. Hoseman G., Cerini W.G. On-board generator supplies hydrogen for i-c engine. — Automotive Engineering, 1974, №8.

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

125. Incropera, F. P. and Dewitt, D. P. (1990). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. Third Edition, John Willey & Sons.

126. Iric W., Henkel H.I., Kostra H Research and Development Reports Compact Gas Generator for fuel Gasification aboard Motor vehicles, Siemens jern, 1978, №2.

127. Paul B. Analog Measuring and Control System for Jest Bench Experiments with a Gas Generator. -. Combustion Engine Combination, 1978, №3.