Александр Петрович Шайкин - доктор технических наук, профессор
д. 14, ул. Белорусская, Тольятти, 445667
Alexander Shaikin - D.Sc. in Engineering, Professor
14 Belorusskaya Str., Togliatti, 445667
Ильдар Ринатович Галиев - кандидат технических наук, доцент
д. 14, ул. Белорусская, Тольятти, 445667
Ildar Galiev - Ph.D. in Engineering, Associate Professor
14 Belorusskaya Str., Togliatti, 445667
Анализировалось влияние химического состава композитного топлива hythane (смеси природного газа с водородом) на давление в камере сгорания двигателя. Обзор литературы показал актуальность использования hythane в транспортной энергетике, а также выявил научные работы, посвященные изучению влияния hythane на экологические и тягово-динамические характеристики двигателя. Собственные исследования проводились на одноцилиндровом двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Варьируемыми факторами в экспериментах являлись: частота вращения коленчатого вала двигателя (600 мин-1и 900 мин-1), коэффициент избытка воздуха и концентрация водорода в природном газе, составляющая 29 %, 47 % и 58% (по объему). Показано, что в режиме холостого хода и близким к нему частотам вращения коленчатого вала двигателя максимальное давление в камере сгорания зависит от коэффициента избытка воздуха и доли водорода в топливовоздушной смеси – чем беднее топливовоздушная смесь и выше содержание водорода, тем интенсивнее рост давления. Позитивное влияние водорода на давление объясняется тем, что добавление водорода способствует увеличению теплоты сгорания топлива и скорости распространения пламени. В результате при сгорании выделяется больше тепла, а само топливо сгорает в меньшем объеме. Установлено, что добавление водо-рода может обеспечить устойчивое сгорание бедной топливовоздушной смеси без потерь мощности двигателя. Кроме того, показано, что несмотря на изменение скоростного режима двигателя, количества добавленного водорода, коэффициента избытка воздуха, вида топлива (природный газ и бензин) сохраняется степенная зависимость максимального давления в цилиндре двигателя от объема камеры сгорания. Обработка и анализ результатов зарубежных и отечественных исследований продемонстрировали, что выявленные авторами данной статьи закономерности применимы для двигателей разных конструкций, работающих в разных скоростных режимах и использующих разное углеводородное топливо. Представленные результаты исследования позволяют сократить временные и материальные затраты при создании новых энергетических установок, использующих hythane и соответствующих современным требованиям по мощности, экономичности и токсичности.
The article analyzes the influence of chemical composition of hythane (a mixture of natural gas with hydrogen) on pressure in an engine combustion chamber. A review of the literature has showed the relevance of using hythane in transport energy industry, and also revealed a number of scientific papers devoted to studying the effect of hythane on environmental and traction-dynamic characteristics of the engine. We have studied a single-cylinder spark-ignited internal combustion engine. In the experiments, the varying factors are: engine speed (600 and 900 min-1), excess air ratio and hydrogen concentration in natural gas which are 29, 47 and 58% (volume).The article shows that at idling engine speed maximum pressure in combustion chamber depends on excess air ratio and proportion hydrogen in the air-fuel mixture – the poorer air-fuel mixture and greater addition of hydrogen is, the more intense pressure increases. The positive effect of hydrogen on pressure is explained by the fact that addition of hydrogen contributes to increase in heat of combustion fuel and rate propagation of the flame. As a result, during combustion, more heat is released, and the fuel itself burns in a smaller volume. Thus, the addition of hydrogen can ensure stable combustion of a lean air-fuel mixture without loss of engine power. Moreover, the article shows that, despite the change in engine speed, addition of hydrogen, excess air ratio, type of fuel (natural gas and gasoline), there is a power-law dependence of the maximum pressure in engine cylinder on combustion chamber volume. Processing and analysis of the results of the foreign and domestic researchers have showed that patterns we discovered are applicable to engines of different designs, operating at different speeds and using different hydrocarbon fuels. The results research presented allow us to reduce the time and material costs when creating new power plants using hythane and meeting modern requirements for power, economy and toxicity.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.