CC BY
31
Бортовое генерирование водородосодержащего газа для транспортных двигателей
В.М. Фомин, профессор МГМУ (МАМИ), д.т.н.,
В.Ф. Каменев, профессор, заведующий отделом ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», д.т.н., М.В. Хергеледжи, аспирант МГМУ (МАМИ)
Обсуждается стратегия совершенствования экологических качеств двигателя путем использования водородного синтез-газа как средства химической активации рабочего процесса. Рассмотрены технологии генерирования синтез-газа на борту транспортного средства. Приведено описание экспериментальной бортовой системы получения водородного синтез-газа путем термохимической конверсии бензина и представлены материалы ее испытаний в составе автомобиля.
Ключевые слова: автомобильный двигатель, экологические стандарты, холодный пуск, прогрев двигателя, термохимический реактор, водородосодержащий синтез-газ, система нейтрализации отработавших газов.
Проблема экологической безопасности неуклонно растущего транспортного комплекса обусловливает необходимость поиска новых методов и перспективных технологий, направленных на совершенствование экологических качеств рабочего процесса двигателей автотранспортных средств (АТС). К одному из перспективных направлений относят использование средств химической активации (реагенты), улучшающих работу двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Например, коммерческие присадки к топливу способствуют снижению дымности отработавших газов (ОГ), повышению антидетонационной стойкости бензинов и эффективности самовоспламенения дизельного топлива и др.
Методы реакционно-химического управления процессами рабочего цикла ДВС вызывают особый интерес в исследовательской практике вследствие их высокой эффективности и простоты практической реализации. Их отличительной особенностью является способность непосредственного воздействия на кинетические и экологические параметры процессов
окисления (сгорание) углеводородного топлива.
Особое место среди химически активирующих средств занимает водород. Детальный механизм воздействия водорода как химического реагента на процессы воспламенения и сгорания топливовоздушных смесей до настоящего времени остается еще малоисследованным. Однако уже сейчас, опираясь на известные положения теории химической кинетики и катализа, в рамках рабочей гипотезы можно указать на ряд характерных свойств этого реагента, влияющих на протекание внутрицилиндровых процессов двигателя, определяющих его экологические качества.
В контексте обсуждаемой проблемы авторами применен термин «водородный химический реагент», который в теории ДВС используются крайне редко. Обычно физическая добавка водорода интерпретируется как энергетически значимый компонент смесевого топлива, который проявляет свое активирующее влияние в качественном изменении характера протекания рабочего цикла ДВС, обусловливающее, как правило,
повышение механических и термических нагрузок в ДВС, а также эмиссии с ОГ оксидов азота. Терминология, принятая в данном исследовании, отражает несколько другие функциональные свойства водорода. Здесь строго дозированная незначительная по массе химическая присадка этого газа к горючей смеси интерпретируется как водородный химический реагент, если она оптимизирована и согласована по условию предельно возможного сохранения исходных максимальных уровней температуры и давления в рабочем цикле двигателя. При этом влияние водорода, как источника активных центров зарождения реакций [1], проявляется главным образом в механизме химической кинетики преобразования углеводородов топлива при его окислении.
Особенностью водорода является его способность в условиях окисления (горение) углеводородов топлива инициировать окислительные процессы в богатых и существенно обедненных смесях благодаря тому, что энергия, необходимая для начала реакции окисления водорода,
примерно в 10 раз ниже необходимой для углеводородов топлива (табл. 1). В соответствии с современной теорией сгорания эта способность водорода обусловливает специфику цепочного механизма его окисления [1]. При окислении водорода образуется Н2О и регенерируются активные центры зарождения реакций - переносчики цепи О. При этом возникают еще два переносчика цепи Н и ОН. Каждый из переносчиков цепи может начать новое звено с образованием еще большего числа активных центров. Очевидно, подобным цепочным механизмом можно объяснить тот факт, что регистрируемое многочисленными опытами влияние водорода столь велико, что при относительно небольших его присадках к горючей смеси представляется возможным реализовать такие степени ее обогащения и обеднения, которые недоступны любому другому способу. Поэтому использование водородной присадки к топливовоздушной смеси повсеместно рассматривается как наиболее эффективный способ направленного воздействия на ее концентрационные пределы сгорания.
Воспламенение горючей смеси электрической искрой является важным составляющим фактором в общей структуре организации рабочего процесса ДВС, а его эффективность в первую очередь зависит от уровня энергии активации углеводородной среды реагирования. Энергия воспламенения водородно-воздушной смеси более чем в 10 раз ниже необходимой для воспламенения воздушных смесей бензина. С учетом этого водородный реагент может рассматриваться как эффективный инициатор воспламенения. Таким образом, для двигателя с искровым зажиганием в присутствии водорода гарантировано воспламенение и сгорание сильно обедненных смесей, которое сопровождается снижением расхода топлива и токсичности ОГ двигателя.
Большое влияние на кинетику процессов термохимического преобразования углеводородов топлива при его окислении в двигателе оказывает диффузионная способность реагирующей среды. Водород обладает высокой скоростью диффузии, что обусловливает его способность за очень короткое время образовывать с углеводородными компонентами топлива и воздухом однородную смесь в цилиндре ДВС. При этом за счет возрастания скорости смешения реагента с топливовоздушной средой увеличивается объем зоны активированной смеси и уменьшается время полного ее сгорания.
При горении водорода толщина зоны гашения (пристеночный слой, в котором не идут окислительные процессы) примерно в 3 раза меньше, чем у углеводородных топлив (табл. 1). Это свойство водорода предопределяет высокую эффективность его воздействия на кинетику сгорания смеси в периферийных и холодных пристеночных зонах камеры сгорания. Ясно, что полнота сгорания топлива при этом возрастает, а эмиссия с ОГ токсичных продуктов неполного сгорания снижается.
С учетом рассмотренных свойств водородного реагента как источника
активных центров и при использовании основных положений теории химической кинетики попытаемся спрогнозировать качественные изменения в характере протекания рабочего цикла двигателя.
В обобщенном виде весь процесс сгорания топлива в двигателе условно разделим на три характерные фазы, отличающиеся по способу и эффективности проявляемых реагентом активирующих свойств. В самом начале своего распространения от свечи зажигания скорость пламени близка к скорости ламинарного горения. Процесс сгорания в начальной фазе в основном подчиняется закономерностям мелкомасштабного турбулентного горения, скорость которого обусловлена нормальной скоростью пламени. В этих условиях с учетом повышения реакционной способности смеси благодаря присутствию водородного реагента ее сгорание должно инициироваться с увеличением скорости ламинарного горения.
Скорость распространения пламени в основной фазе сгорания подчиняется законам крупномасштабного турбулентного горения, мало зависит от реакционных свойств горючей смеси, несмотря на присутствие в ней реагента, и практически
Таблица 1
Сравнительные физико-химические свойства бензина и водорода
Свойства Топливо
Бензин Водород
Молекулярная масса, кг/моль 117 2,015
Плотность, кг/м3 670 0,086
Низшая теплота сгорания, кДж/кг 44000 120085
Стехиометрическое соотношение воздух-топливо, кг/кг 14,95 34,2
Пределы воспламенения (объемная доля), % 1,2...6,0 4,0.75
Ламинарная скорость распространения пламени, м/с 0,37...0.43 1,9.2,7
Энергия воспламенения, мДж 0,25 0,02
Коэффициент диффузии, см2/с 0,08 0,63
Толщина зоны гашения, мм 2,0 0,6
Температура воспламенения на платиновом катализаторе, °С 270 30
целиком определяется скоростями крупных турбулентных пульсаций. В этой фазе происходит основное тепловыделение и достигается максимальная температура цикла, предопределяющая выход оксидов азота. Несколько большая температура горения водородного реагента (2449 К) в сравнении с бензином (2336 К) не может существенным образом способствовать увеличению эмиссии оксидов азота с ОГ вследствие малой доли реагента в заряде. Сгорание водорода в ДВС, как основного топлива, в отличие от небольших его присадок к горючей смеси реализуется по другим механизмам и сопровождается более высокими температурой цикла и эмиссией N0.
В пристеночных зонах камеры сгорания скорости и масштабы турбулентных пульсаций существенно меньше, чем в основном объеме камеры, поэтому скорости распространения пламени по мере приближения к стенкам уменьшаются. Это приводит к тому, что сгорание в завершающей третьей фазе (фаза догорания), как и в начальной фазе, начинает подчиняться законам мелкомасштабного турбулентного горения, скорость которого существенно зависит от реакционной способности горючей смеси, то есть от наличия в ней химического реагента.
В обычных условиях (без реагента) с уменьшением скорости сгорания фаза догорания в двигателе протекает в значительной доле рабочего заряда, и все горение существенно затягивается в такте расширения, что уменьшает эффективность использования выделяющейся при сгорании теплоты. В непосредственной близости от сравнительно холодных стенок камеры сгорания происходит гашение пламени и прекращение реакции горения в части смеси, находящейся в зоне гашения. Концентрация продуктов неполного сгорания возрастает.
Толщина зоны гашения бензо-воздушных смесей составляет 2 мм,
водородовоздушных не превышает 0,6 мм (см. табл. 1). Водородный реагент как источник генерирования активных частиц, способствуя повышению реакционных свойств реагирующей среды, обусловливает значительно больший объем сгоревшей смеси в зоне гашения, при этом полнота сгорания топлива повышается, а эмиссия вредных веществ уменьшается.
Обобщая сказанное выше, можно сделать следующие выводы:
• эффективность использования теплоты в завершающей фазе сгорания в двигателе, работающем с присадкой к горючей смеси реагента, повышается ввиду больших скоростей распространения пламени, и, следовательно, уменьшаются продолжительность этой фазы и тепловые потери в цикле;
• при использовании реакционно-активного средства толщина зоны гашения пламени уменьшается, концентрация несгоревших углеводородов, образующихся в этих зонах, снижается;
• по этой же причине горение при водородном реагенте происходит в непосредственной близости стенок камеры сгорания, в вытеснителях и в зазоре между цилиндром и поршнем (над первым поршневым кольцом), что в целом повышает полноту сгорания топлива и снижает эмиссию с ОГ токсичных продуктов неполного сгорания.
Анализ возможных эффектов активирующего воздействия водородного реагента на процессы рабочего цикла ДВС, безусловно, не является исчерпывающим и не исключает другие виды воздействия реагента на сложный механизм рабочего цикла. Тем не менее он позволяет в первом приближении прогнозировать важные для последующего анализа положительные изменения в характере протекания рабочего цикла в двигателе благодаря реакционному влиянию водородного реагента.
Аккумулирование(хранение) водорода на борту АТС
Однако при всех преимуществах водорода как химического реагента его широкое применение на транспорте в настоящее время сдерживается рядом объективных проблем, например, отсутствием инфраструктуры производства и распределения для мобильных средств, его высокой стоимостью, низким уровнем безопасности при авариях и др.
Выход из этой ситуации может быть найден при аккумулировании водорода на борту АТС в химически связанном состоянии в виде жидкого или газообразного соединения. Исследования жидких и газообразных сред как носителей водорода начаты относительно недавно. Тем не менее можно констатировать, что к настоящему времени уже накоплен определенный исследовательский опыт по разработке подобных сред и систем бортового генерирования водорода с их участием. Обоснованию выбора приемлемого исходного сырьевого продукта как носителя водорода для его бортового производства посвящено достаточно много работ, в которых в целом определен ряд газообразных и жидких углеводородных соединений, наиболее пригодных для достижения поставленной цели. Основными характеристиками исходного продукта для производства водорода на борту транспортных средств являются:
• содержание водорода и удельные энергетические характеристики;
• сложность и стоимость бортовой переработки продукта;
• наличие сырьевой базы, в том числе и возобновляемого сырья;
• стоимость продукта, наличие производства и заправочной инфраструктуры.
Традиционно в качестве источников водорода для транспортных энергетических установок рассматривают углеводородные продукты. К носителям водорода могут быть
отнесены низшие спирты (метанол, этанол) и предельные углеводороды (метан, пропан, бутан и бензины). Эти вещества относятся к так называемым коммерческим и перспективным видам топлива (табл. 2).
По показателю удельного объемного энергосодержания для бортового получения водорода наиболее выгодно использовать жидкий метан и бензин, при этом для метана необходимы криогенные блоки хранения, что связано с соответствующими эксплуатационными проблемами. Приемлемым бортовым носителем водорода является также и метанол, производство которого в России освоено в крупномасштабном объеме. Этанол во многом близок метанолу, но уступает ему, прежде всего, по адаптации к существующим бортовым системам конверсии.
В настоящее время наиболее отработана в промышленности технология получения водородосодержащего газа из метана (природный газ) и метанола, которая используется для стационарных энергоустановок и в химической промышленности. Кроме того, среди углеводородов метан содержит наибольшее количество водорода, то есть имеет максимальные удельные энергетические характеристики и выделяет минимальное количество углекислоты СО2 (парниковый газ) на единицу произведенной теплоты. Для
энергетических установок АТС целесообразно использование природного газа в сжиженном состоянии, что сдерживается сложной технологией хранения сжиженного компонента. Это обусловливает необходимость разработки малогабаритных, надежных и безопасных криогенных блоков хранения. Однако бортовые системы переработки (конверсия) природного газа даже при криогенном хранении существенно проигрывают по массо-габаритным характеристикам системам с жидкими сырьевыми источниками водорода.
Наиболее отработаны в современной исследовательской практике технологии получения водорода на борту АТС, при которых в качестве исходного сырьевого продукта используют в основном следующие жидкие соединения:
• спирты - метанол СН3ОН, этанол С2Н5ОН;
бензин С Н2п+1 (п = 7...10).
Предпочтение следует отдать метанолу, термохимические реакции преобразования которого в водородный газ в присутствии катализатора идут при относительно невысокой температуре, что позволяет снизить затраты энергии для организации конверсионного процесса в бортовом реакторе и использовать для его конструкции более дешевые материалы. Промышленное получение метанола
Таблица 2
Сравнительные энергетические характеристики продуктов как источников водорода
Массовая доля водорода, % Удельная энергия
Исходное топливо массовая, МДж/кг объемная, МДж/л
Газообразный метан СН4 р = 35 МПа р = 100 МПа 25 25 50 50 12 35
Жидкий метан СН4 $ = -160 °С) 25 50 35
Пропан-бутан (сжиженный) 15.18 46.49 27.29
Метанол СН3ОН 12,5 20 16
Этанол С2Н5ОН 12 27 22
Бензин СпН2пи (п = 7.10) 14 43 30
практически исключает присутствие в нем серосодержащих соединений, снижающих эффективность катализаторов. При его использовании для получения водородного газа на борту АТС возможна его низкотемпературная каталитическая конверсия с применением «бесплатной» энергии ОГ двигателя, что существенно повышает эффективность энергетической установки в целом [2].
Бортовая система конверсии бензина
По предварительной оценке, системы конверсии бензина и метанола имеют близкие массогабаритные характеристики вследствие более простой конструкции конвертора (термохимический реактор). При этом применение на АТС базового топлива в качестве жидкой среды-носителя водорода более предпочтительно с точки зрения обеспечения полной автономности мобильного средства в условиях его эксплуатации. К тому же массовый показатель жидкой среды (бензин) аккумулирования водорода достаточно высок и составляет приблизительно 15 %.
Наиболее полно исследованы процессы конверсии моноуглеводородов (метан, метанол и др.), имеющих относительно простую химическую структуру. Бензин не является монокомпонентным соединением, его композиционный состав включает смесь нескольких предельных углеводородов СпН2п+1 с длиной углеродной цепочки п = 7.10. Ни один из компонентов не является преобладающим в составе, и для каждого сорта бензина существует индивидуальная химическая формула. Например, формула бензина Аи-95 - С714 Н1428 , поэтому конверсия нефтяного топлива, содержащего в своем составе большое количество углеводородных фракций с различными физико-химическими свойствами, представляет собой более сложный химический акт, отличающийся многостадийностью
химических превращении углеводородов. Конечная эффективность конверсии определяется энергозатратами, связанными с ее реализацией, и содержанием в продуктах конверсии целевого продукта - водорода.
Несмотря на отмеченные трудности, используя накопленный отечественный и зарубежный опыт, авторы разработали опытный вариант бортовой системы для получения водоро-досодержащих продуктов (водородный синтез-газ) на основе конверсии бензина и экспериментальный образец бортового термохимического реактора (ТХР), являющегося главным функциональным звеном в составе этой системы (рис. 1).
Термохимическое преобразование топлива в реакционно-активные продукты в условиях высоких температур осуществляется в реакционной зоне ТХР, куда подаются предварительно испаренный бензин и воздух. В зависимости от условий протекания химических преобразований углеводородов - температурных, концентрационных и др. - меняется количественное соотношение инертных и реакционно-активных компонентов в конверсионных продуктах.
Для поддержания необходимого теплового режима конверсии в ТХР используется теплота ОГ двигателя. Реакционная камера выполнена в виде набора дисков, внутри которых размещены носители катализатора из мелкоячеистого никеля с развитой теплообменной поверхностью, что обеспечивает равномерное распределение теплоты по объему реакционной зоны и смешение потока, способствуя гомогенизации смеси. Мелкоячеистая структура носителя позволяет увеличить активную площадь теплообмена ОГ и каталитической подложки реактора. Небольшие размеры пор каждого носителя катализатора (менее критического диаметра распространения пламени) предохраняют реактор от образования и обратного проскока пламени в реакционный объем. Подобный конверсионный процесс в ТХР позволяет смешивать нагретые компоненты без воспламенения, благодаря чему в продуктах реакции и на катализаторе практически отсутствуют углеродные отложения (сажа). Предварительными исследованиями установлено, что продукты конверсии бензина (ПКБ) имеют следующий объемный компонентный
соста в (%): 4.. .6 Н2; 8.. .19 СН4; 8.. .10 СО; 3,5...б СО2; 50.55
Основными особенностями опытной конструкции ТХР являются простота, легкость демонтажа блока катализатора и компактность. Реактор характеризуется малым объемом катализатора на единицу продукции и высокой степенью конверсии. В перспективных разработках конструкций ТХР закладывается возможность обеспечения предельной концентрации в ПКБ водорода (~15 %), соответствующей равновесному составу полного разложения исходного продукта (бензин). Данные показатели предполагается обеспечить за счет организации оптимальных по температурным и концентрационным факторам условий проведения конверсии моторного топлива, что, безусловно, может быть реализовано на основе применения гибких автоматизированных систем управления этим процессом.
Апробация метода
Рассмотрим практическое применение опытного образца бортовой системы для повышения стартовой экологической эффективности автомобильного двигателя с системой нейтрализации ОГ.
В общем виде стратегия совершенствования стартовых экологических качеств ДВС за счет применения водородосодержащего реагента впервые в отечественной исследовательской практике была предложена в работе [3]. Ее отличительной особенностью стало получение водоро-досодержащего реагента на основе конверсии метанола. Используемые при этом функциональные и технические средства для генерирования реагента и его компонентный состав отличаются по целому ряду показателей от предлагаемой «бензиновой» версии. Целесообразность и практическая возможность использования базового топлива (бензин) в качестве исходного продукта для получения водородосодержащего реагента, ко-
торый применяется в качестве средства улучшения экологических характеристик ДВС, были обоснованы в работе [4]. Эти работы и послужили научно-методическим стимулом для разработки нового метода на основе обобщения результатов приведенного выше анализа характерных свойств водородного реагента. Комплексный характер этого метода обусловлен тем фактом, что один и тот же реакционно-активный компонент используется для повышения эффективности как двигателя, так и системы нейтрализации ОГ, что способствует решению в целом проблемы холодной фазы ездового цикла АТС.
Сущность этой проблемы общеизвестна и заключается в следующем. Современная стандартная методика, регламентируемая Правилами № 83 ЕЭК ООН, предусматривает испытание охлажденного до температуры -7°С автомобиля в условиях ездового цикла с непосредственным отбором проб ОГ для оценки вредных выбросов сразу после пуска двигателя. Понятно, что двигатель в период его прогрева не может устойчиво работать на смеси стехиометрического состава, необходимого для эффективной работы нейтрализатора в бифункциональном режиме. Устойчивая работа двигателя в этот период обеспечивается за счет соответствующего обогащения смеси, что обусловливает высокий уровень эмиссии токсичных продуктов неполного сгорания топлива (СО и СН), которые не могут быть преобразованы (нейтрализованы) в еще непрогретом каталитическом блоке нейтрализатора. В течение этого стартового периода в атмосферу выбрасывается более 80 % СО и СН от суммарного количества за весь ездовой испытательный цикл [3, 4].
Для успешного решения обсуждаемой проблемы необходимо обеспечить два основных условия:
• быстрый перевод двигателя в начальный период после его
холодного пуска на работу при сте-хиометрическом составе смеси;
• ускоренный выход каталитического нейтрализатора на эффективный режим работы.
Необходимой мерой для обеспечения одного из этих условий является предельно возможное сокращение времени прогрева нейтрализатора за счет использования высокоэффективного источника с тепловой мощностью в несколько киловатт. В предлагаемом методе в качестве такого источника используется химическая энергия водородо-содержащего реагента, вырабатываемого в бортовой системе на основе конверсии бензина.
Водород, обладая высокой скоростью диффузии (см. табл. 1), за очень короткий промежуток времени смешивается с другими компонентами ОГ при его введении в проточный тракт нейтрализатора, активно проникая в мелкоячеистую структуру его каталитической матрицы. При окислении водорода толщина зоны гашения предельно минимальна, что предопределяет его высокую эффективность воздействия как химического реагента в порах еще непрогретого каталитического блока. При этом проявляется одно из уникальных свойств водорода, которое заключается в его способности
экзотермически окисляться на поверхности катализатора практически при комнатной температуре. Необходимая тепловая энергия для нагревания каталитического блока может быть обеспечена при окислении незначительного количества водорода благодаря его высокому показателю теплоты сгорания, которая, например, в 3 раза превышает этот показатель для бензина. Реакция окисления водорода позволяет извлечь (химически связать) свободный кислород из компонентного состава ОГ, что формирует необходимые условия (отсутствие избыточного кислорода в ОГ) для восстановления (нейтрализация) оксидов азота даже на частично прогретом катализаторе.
Однако, как отмечалось выше, ускоренный прогрев нейтрализатора является необходимым, но не единственным условием для решения в целом проблемы холодной фазы ездового цикла. Ее решение требует скоординированного подхода, при котором уменьшение времени разогрева нейтрализатора должно сочетаться с одновременным интенсивным прогревом ДВС с целью ускоренного выхода его на режим со стехиометрическим составом смеси. С учетом этого ПКБ, содержащие свободный водород, вводятся в ДВС в период его холодного старта и прогрева
Рис. 2. Схема, иллюстрирующая стратегию ускоренного прогрева ДВС и нейтрализатора
Таблица 3
Результаты сравнительных испытаний
Объект испытаний Выбросы токсичных компонентов ОГ, г/км
СО СН
Автомобиль серийный модернизированный 2,3 0,533 0,2 0,09 0,15 0,07
Нормативные требования Евро-4 1,0 0,1 0,08
Примечание. Нормы Евро-4, г/км: СО - 1,0; СН - 0,1; 1\Ю - 0,0
скоординированно с началом их поступления в газовую среду проточного тракта нейтрализатора (рис. 2).
Введение в состав топливовоз-душной смеси двигателя активных компонентов ПКБ существенно повышает ее реакционную способность, расширяет концентрационные пределы воспламенения, обеспечивает устойчивую работу ДВС и, что важно, без традиционного пускового обогащения смеси. При этом достигаются высокая полнота сгорания смеси с минимальным выходом токсичных продуктов, существенное сокращение длительности прогрева ДВС, возможность быстрого перехода на режим горения смеси стехиометрического состава, при котором обеспечивается эффективная работа уже предварительно прогретого нейтрализатора.
Для поддержания необходимого теплового режима конверсии ТХР устанавливается в непосредственной близости от выпускного коллектора ДВС. Предусмотрен также дополнительный подогрев паров бензина перед их поступлением в реактор в специальном теплообменнике с использованием теплоты ОГ. Кроме того, существует «штатная» возможность повышения температуры ОГ на входе реактора в послепусковой период работы двигателя. Большинство современных микропроцессорных систем управления работой ДВС изначально программируются на временную корректировку частоты вращения и момента зажигания с целью повышения температуры ОГ на выходе из двигателя в период его прогрева.
Таким образом, благодаря ускоренному скоординированному прогреву всех составляющих системы двигатель - нейтрализатор в стартовый период обеспечиваются условия ее быстрого (в пределах 15 с) выхода на эффективный режим работы, а главное - существенно снижается эмиссия токсичных продуктов неполного сгорания, что решает главную задачу холодной фазы ездового цикла.
Для оценки эксплуатационной эффективности предложенного метода проведена его опытная апробация на автомобиле в условиях стандартного ездового цикла. Для этой цели разработанная опытная система с комплексом необходимых функциональных и технических средств, реализующих данный метод, была установлена на автомобиле ВАЗ-2112 и адаптирована к условиям работы его двигателя и системы нейтрализации. Сравнительные испытания серийного автомобиля (штатная комплектация) и его модернизированного варианта (опытная система) проводились на беговых барабанах в соответствии с
регламентом Правил № 83 ЕЭК ООН (табл. 3).
Реализация метода позволила улучшить исходные экологические показатели исследованного автомобиля по всем нормируемым компонентам ОГ до уровня нормативных требований Евро-4 с гарантированным запасом, что дает основание рекомендовать его в качестве эффективного альтернативного варианта для предстоящей разработки малотоксичных двигателей перспективных отечественных автомобилей.
Результаты работы позволили сделать вывод, что предложенный метод можно отнести к одному из перспективных направлений в области исследований по созданию малотоксичного конкурентоспособного двигателя для отечественных АТС. Данный метод, а также функциональные и технические средства его реализации следует рассматривать как один из альтернативных вариантов решения проблемы экологической безопасности на транспорте. Метод может быть направлен на разработку новых типов экологически усовершенствованных транспортных двигателей с различными способами организации рабочего процесса и на модификацию уже существующих. Его применение может быть успешно совмещено с рядом других известных мероприятий по экологическому совершенствованию ДВС, дополняя и усиливая при этом их совокупную эффективность.
Литература
1. Фомин В.М., Хакимов Р.Р., Шевченко Д.В. Водород как химический реагент в кинетическом механизме образования углерода в дизеле // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - № 3 (21). - С. 10-13.
2. Шевченко Д.В., Фомин В.М. Повышение эффективности использования энергии альтернативного топлива // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - № 5 (23). - С. 46-53.
3. Фомин В.М., Каменев В.Ф., Герасименко С.А. Стратегия стартового прогрева автомобильной системы нейтрализации на основе использования водородного реагента / Труды НАМИ. - Вып. № 242: Комбинированные энергоустановки автотранспортных средств: сб. науч. тр. - М., 2009. - С. 105-132.
4. Гусаков С.В., Каменев В.Ф., Шарипов А.З. Снижение вредных выбросов городского автомобиля с бензиновым двигателем // Транспорт на альтернативном топливе. - 2012. - № 2 (26). - С. 36-39.
