1598005355-8175385b9c8404424807f40ff9c50b0a (811200), страница 44
Текст из файла (страница 44)
С помощью редуктора давление водорода понижается до 0,2 МПа и он посредством электромагнитных клапанов подается на впуск каждого цилиндра, куда впрыскивается н основное топливо — бензин. Управление комбинированной топливной системой осуществляется микропроцессором, входными сигналами для которого служат нагрузка и обороты двигателя, а также температура охлаждающей жидкости. Для аварийного отключения подачи водорода имеется электромагнитный запорный клапан, включаемый водителем (тумблер на панели приборов).
Пуск двигателя может производиться как на бензине, так и на водороде вплоть до температуры окружающего воздуха — 15'С Масса автомобиля при установке дополнительной водородной системы питания повысилась на 150 кг. Программа управления подачей топлива обеспечивает работу двигателя на смеси бензина и водорода на средних нагрузках с регулируемым соотношением компонентов, показанным на рис, 4.27 [173).
На режиме холостого хода и малых нагрузках двигатель работает только на водороде, при больших нагрузках — на чистом бензине, Прекращение подачи водорода при повышенных нагрузках обусловлено стремлением сохранить. максимальную мощность двигателя, а также избежать его жесткой работы, повышенных выбросов оксидов азота и проскокэ пламени на впуске.
178 12" 179 Рис. 4.27, Универсальная характери- Гз,р/0а стика бензино-водородного дзига. 0!0 теля: р — среднее зффсктввное дзвяскяе цвкяз; и — чвсгогз вращения; цвфры вз крввых укззывзюг огяпснгсльяос содержание Нз в гооякввой смеси; ! — область работы вз водороде; и — го же, кз бсвзявс Рис. 4.26. Основные элементы автомобиля ГМегзебез Вепз 280 ТЕ", работающего на бензино-водородной смеси: ! — мвкро-ЭВМ; 3 — звпввнзя горловина бензобака; 3 — бензобак; ! — мсгвявогпдрвдвый аккумулятор; Б — фвзьгр; б — гззовый редуктор; à — ззпорвый всвгяяы З вЂ” дросссзьвзя заслонка с приводом ог ссрводвкгзтсля; Р— распылитель водорода; га — бензиновая фарсувкз; т! — гепзообмспняк с крышкой; тз — блок зяскгравваго упрзвлсяня двмгягсясм; м — насос гсппообмсвкякз; гз — всвгяяяцвя пад кожухом мсгзялогядрвдвш о зкку.
музягорз; тд — всвгпляцвя салона Сравнительные испытания автомобиля показали следующие результаты (числитель — расход бензина, знаменатель — расход водорода): Бсвзвпо-во. дародвзя Свсгема пвгзввя Бсвзвковзя Расход топлива в бензиновом эквиваленте, л/100 км: при скорости 90 км/ч при скорости 120 км/ч по городскому циклу Выбросы токсичных веществ, г/цикл: оксида углерода углеводородов оксидов азота 2,9/4,1 6,0/5,5 3,7/10,8 9,3 11,7 15,0 5,6 8,5 4,9 41 !2,! 7,1 Перевод па бензино-водородное питание снижает расход бензина в диапазоне скоростей движения 90 — 120 км/ч при- 180 0 цнвн' !0 Водородно-воздушные смеси характеризуются широкой областью воспламенения 14 — 75% (об.)) и взрываемости 118,3— 74% (об.)1, что повышает их пожаро- и взрывоопасность.
В то же время водород отличается высокой температурой воспламенения (590'С) и способностью к быстрому рассеиванию в 181 мерно вдвое и дает его экономию около 28% при езде по городскому ездовому циклу. 02 При этом значительно снижа1отся выбросы токсичных продуктов: СΠ— в 7,3 раза, углеводородов и оксидов азота — примерно на 30%. В нашей стране Институтом проблем машиностроения АН УССР созданы опытные образцы автомобилей ГАЗ-24 «Волга» и «Москвич 412» с бензино-водородным питанием [166, 174(.
Гидридный аккумулятор на базе сплава РеТ1 при массе 180 кг содержит около 2,5 кг водорода, что обеспечивает пробег автомобиля в городских условиях эксплуатации 250 †3 км. Двигатель работает с переменной подачей водорода: на холостом ходу — на чистом водороде, на режиме максимальной мощности — на смеси 97% бензина и 3% водорода. На частичных нагрузках содержание водорода в топливной смеси изменяется в зависимости от состава топлнвно-воздушной смеси (коэффициента избытка воздуха) по оптимальному закону, обеспечивающему максимальную топливную экономичность двигателя и минимальную токсичность отработавших газов. В результате эксплуатационный расход бензина снизился на 35 — 40%, а вредные выбросы сократились в несколько раз.
Следует отметить некоторые физические особенности водорода, оппеделяющие дополнительные, специфические требования к конструкциойным материалам. Водород обладает способностью проникать через толщу материала, в частности металлов, и с повышением давления и температуры диффузия водорода в металлы возрастает. Глубина проникания молекул водорода в кристаллическую решетку металла в большинстве случаев не превышает 4 — 6 мм, а при нагартовке материала может быть снижена до 2,0 — 1,5 мм.
Для алюминия она достигает 15 — 30 мм, а при нагартовке снижается до 4 — 6 мм. Водородная диффузия в сталях практически полностью устраняется путем легирования с помощью хрома, молибдена, вольфрама и других элементов. воздушной среде, благодаря чему по суммарным показателям безопасности он приравнивается к природному газу 1171]. 4.8. продукты ГАзиФи!4Ации В течение ряда лет неоднократно изучалась и в отдельных случаях находила практическое воплощение идея использования продуктов предварительной газификации топлива в тепловых двигателях. Так, в 20 — 30-е годы широко использовали на автомобилях продукты газификации твердого топлива — древесные чурки, древесный и каменный уголь, торфяные и соломенные брикеты и др Газификация осуществлялась в специальном газогенераторе, установленном на автомобиле (такие автомобили называли газогенераторными), Газогенераторная установка включала агрегаты очистки и охлаждения получаемого газа и приспособления для розжига топлива и обеспечения пуска двигателя.
Основной топливный газ, получаемый при газификации, — оксид углерода. Кроме того, в продуктах газификации содержались водород, метан и другие горючие газы. Например, средний состав газа, получаемого из древесных чурок с абсолютной влажностью 20о/о, таков: 20,9о/о (об.) СО, 16! а/р (об.) Нй 2 Зо/о (об ) СНл 0 2о/й (об.) С,Н 9 2о/о (об.) СОй, 1,6% (об.) Ой и 49,7о/о (об.) Хй. Теплота сгорания газа— около 5 МДж/м', а горючей смеси с воздухом — 2,39 МДж/и'. В нашей стране серийно выпускались газогенераторные автомобили ГАЗ-42 и ЗИС-21 (рис. 4.28), имевшие массу снаряженной газогенераторной установки 360 и 600 кг соответственно.
При всех недостатках газогенераторных автомобилей (сложность эксплуатации, небольшие мощность двигателя и грузоподъемность) они обладали одним бесспорным преимуществом — возможностью работы на доступном и дешевом твердом топливе. В настоящее время в связи с изменением цены на нефтяные топлива во многих странах вновь возрождается интерес к газогеиераторным автомобилям. В качестве основных сырьевых горючих материалов для них предлагаются различные органические отходы сельского хозяйства и лесной промышленности. В последние годы возрос интерес к применению процессов газификации и конверсии жидких моторных топлив на борту автотранспортного средства с целью повышения энергетической эффективности традиционных поршневых двигателей и улучшения их экологических характеристик. С точки зрения практической эффективности разнообразные способы газификации можно разделить на две группы: 1) газификация топлива в высококалорийный газ, содержащий компоненты с повышенной детонационной стойкостью; 2) газификация и конверсия топлива в газ с повышенным содержанием водорода — водородный синтез-газ.
При этом возможна как !82 3 установки автомобиля Рнс 4.28. Основные элементы гаэогенераторной ГАЗ-42: à — аспомогательнмй «арбюратор, 2 — газогенератор; 3 — очистатечь-охладатель топливного газа, а — иенюзлитор дла запуска ~енератора; 5 — смсситель дли приготовлении га. заиоадуюной смеси б — тонкий очнстнтель газа полная, так и частичная газификация топлива. Преимущество всех процессов газификации то же, что и в известных случаях применения газовых топлив: улучшение смесеобразования н сгорания топлива, повышение энергетической экономичности двигателя, снижение содержания в отработавших газах вредных выбросов оксида углерода и суммарных углеводородов, Достоинством методов газификации топлива в высокооктановый газ является возможность использования в современных двигателях с повышенной степенью сжатия низкооктановых бензинов, что позволяет расширить их ресурсы в производстве и снизить потери нефтяных фракций, Одновременно, в случае полной или достаточно глубокой газификации исходного сырья степень сжатия двигателя может быть дополнительно повышена на 2 — 4 ед., что, в свою очередь, приведет к улучшению его энергетической эффективности, ,Наибольшее распространение получил процесс газификации путем неполного окисления сырья при коэффициентах избытка воздуха се=О,! — 0,5, В результате неполного сгорании топлива !83 образузотся водород, оксид углерода и углеводородные газы, в основном метан, этилен, пропилеи и бутены, Состав синтез- газа зависит от способа организации процесса, состава сырья и катализатора, давления и температуры.
Основными недостатками данного процесса газификации являются энергетические потери, связанные с частичным окислением углеводородного сырья, а также коксообразование, ухудшагошее эксплуатационные качества синтез-газа. При коэффициентах избытка воздуха а=0,1 тепловые потери сравнительно невелики и не превышают 5 — 1Ое/2, но содержание кокса составляет 0,2 — 0,3% (масс.) и значительно увеличивается при дальнейшем обогащении топливной смеси. Среди разнообразных конструкций устройств для газификации моторных топлив в высокооктановый газ следует отметить газификатор фирмы «5(ешепз», который испытан в стендовых условиях на двигателях «Ъ'01)сзтуадеп-1,61» и «Мегзег(ез Вен= 2,1», Из низкооктанового прямогонного бензина газификатор обеспечивал получение синтез-газа с октановым числом около 108 следующего состава: 4 — 6/о (об.) Н„8 — 19% (об.) СН„ 8 — 9% (об.) СО 35 — 6% (об.) С02 и 50 — 55% (об.) Хз, к.
п.д. газификатора — около 95%. Газификация топлива обеспечивала расширение предела обеднения топливной смеси до а= =1,45 — 1,6, что в совокупности с другими факторами позволило повысить энергетический к. п. д. двигателей на 10 — 15% и снизить выбросы оксидов углерода и азота в 3 — 6 и 1,2— 1,5 раза соответственно. Получение газа с повышенным содержанием водорода может быть осуществлено термовоздушной, паровой или термокаталитической конверсией. При термовоздушной конверсии происходит неполное окисление углеводородного сырья и в продуктах реакции наряду с Нз и СО содержится довольно много паров воды, диоксида углерода, метана и других углеводородов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
