madiАвтомобиль. Дорога. Инфраструктура. = Avtomobil'. Doroga. Infrastruktura.Avtomobil'. Doroga. Infrastruktura.2409-7217МАДИmadi-1361Research Article2.4.7. Турбомашины и поршневые двигателиПрименение комбинированной энергетической установки при переводе двигателя внутреннего сгорания на альтернативное топливо для снижения выбросов с отработавшими газами углеродосодержащих соединенийA solution for converting gasoline engines to use an alternative fuel with a Combination Power System to reduce emissions of carbon compounds from exhaust gasesНгуенВан ЗунгNguyenVan Dung

аспирант

postgraduate

1nguyenvandung1996kchy@gmail.comДунинАндрей ЮрьевичDuninAndrey Yu.

д-р техн. наук, доц.

Doctor of Sciences (Technical), associate professor

a.u.dunin@yandex.ruДушкинПавел ВитальевичDushkinPavel V.

канд. техн. наук, доц.

Candidate of Sciences (Technical), associate professor

dushkin.pavel@gmail.comАхметжановаЭльмира УмяровнаAkhmetzhanovaElmira U.

аспирант

postgraduate

onti@nich.madi.ruПетровАндрей МихайловичPetrovAndrey M.

аспирант

postgraduate

psiholiric@inbox.ruМАДИРоссияMADIRussian Federation20241706202402(40)66Copyright © Нгуен В., Дунин А.Ю., Душкин П.В., Ахметжанова Э.У., Петров А.М., 20242024Нгуен В., Дунин А.Ю., Душкин П.В., Ахметжанова Э.У., Петров А.М.Nguyen V., Dunin A.Y., Dushkin P.V., Akhmetzhanova E.U., Petrov A.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.adi-madi.ru/madi/article/view/1361

Представлены результаты расчетного исследования рабочего процесса современного двигателя с искровым зажиганием (ДсИЗ) при его работе в составе комбинированной энергетической установки (КЭУ) легкового автомобиля, движущегося по ездовому циклу. В качестве объектов исследования рассмотрены двухцилиндровый (2Ч 7,6/7) и четырехцилиндровый (4Ч 7,6/7) двигатели со степенью сжатия ε = 9,9. Исследование проведено при условии поддержания коэффициента избытка воздуха α = 1 при обоих ДсИЗ как на бензине, так и на аммиаке. Результаты показывают, что применение КЭУ позволяет уменьшить рабочий объем двигателя и снизить расход топлива за ездовой цикл на 18%. Отмечено уменьшение количества теплоты, подводимого в цикл с топливом на режимах средних и высоких нагрузок при обеспечении суммарной заданной мощности КЭУ, необходимой для движения транспортного средства. Это нивелирует необходимость повышения запаса топлива на борту автомобиля при переходе с бензина на аммиак, однако возникает необходимость выбора рационального сочетания требуемой мощности ДсИЗ и электрического двигателя.

The results of a computational study of the working process of a modern spark ignition engine when operating as part of a combined power plant (CPP) of a passenger car moving along the driving cycle are presented. Two-cylinder and four-cylinder engines with a compression ratio ε = 9.9 were considered as objects of research. The study was carried out under the condition that the excess air coefficient α = 1 was maintained for both spark ignition engines using both gasoline and ammonia. The results show that the use of CPP makes it possible to reduce engine displacement and reduce fuel consumption over the driving cycle by 18%. A decrease in the amount of heat supplied to the cycle with fuel at medium and high load modes was noted while ensuring the total specified power of the CPP required for vehicle movement. This eliminates the need to increase the fuel supply on board the vehicle when switching from gasoline to ammonia, but there is a need to select a rational combination of the required power of a spark ignition engine and an electric motor.

двигатель с искровым зажиганиемальтернативное топливоаммиаккомбинированная энергетическая установкаspark ignition enginealternative fuelammoniaCombination Power SystemReferencesАльтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания / А. А. Александров, И. А. Архаров, В. В. Багров [и др.] ; Под редакцией А. А. Александpова, В. А. Маpкова. – Москва : ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2012. – 790 с. – ISBN 978-5-7013-0140-3. – EDN VCHZNB.Aleksandrov, A. A. Alternative fuels for internal combustion engines / A. A. Aleksandrov, Arkharov Y. A. and etc.; edited by A. A. Aleksandrov, V. A. Markov. Moscow: OOO «Engineer», 2012. – 791 pp.Использование растительных масел и топлив на их основе в дизельных двигателях / Марков В. А. [и др.]. – Москва : Инженер, 2011. – 534 с. – (Банк знаний XXI века). – ISBN 978-5-7013-0120-5. – EDN QNYBFP.Markov, V. A. Use of vegetable oils and fuels based on them in diesel engines / V. A. Markov, С. N. Devyanin, V. G. Semenov, and etc. Moscow: «Engineer», 2011. – 536 pp.Марков, В. А. Сравнительная оценка альтернативных топлив для дизельных двигателей / В. А. Марков, Е. В. Бебенин, Е. Ф. Поздняков // Транспорт на альтернативном топливе. – 2013. – № 5(35). – С. 24-29. – EDN RBTZBL.Markov, V. A. Comparative assessment of alternative fuels for diesel engines/ V. A. Markov, E. V. Bebenin, E. F. Podnyakov// Alternative fuel transport. 2013. – Pub. no 5. - pp. 24–29.Легасов, В.А. Водородная энергетика / В.А. Легасов // Природа. – 1977. – № 3. – С. 3-17.Legasov, V. A. Hydrogen energy/ V.А. Legasov// Nature. – 1977. –no 3. – pp. 3-17.Моделирование рабочего процесса двигателя с искровым зажиганием, питаемого безуглеродным топливом / В. З. Нгуен, А. Ю. Дунин, Э. У. Ахметжанова [и др.] // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. – 2023. – № 4(38). – EDN XMIVQD.Dung, N. V., Dunin A. Yu., and etc./ Simulation of the operating process of a spark ignition engine powered by carbon-free fuel// Avtomobil’. Doroga. Infrastruktura. 2023. -no 2.Гридин, В. М. Расчет параметров и характеристик асинхронных двигателей [Электронный ресурс] : методические указания к выполнению домашнего задания по курсу "Электротехника и электроника" / В. М. Гридин, 2011. – С. 11-13.Gridin, V. M. Calculation of parameters and characteristics of asynchronous motors [Electronic resource]: guidelines for completing homework for the course " Electrical and Electronics " / V. M. Gridin, 2011. – pp. 11-13.Гольдберг, О. Д. Проектирование электрических машин : Учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению электротехника, электромеханика и энергетика / О. Д. Гольдберг, Я. С. Гурин, И. С. Свириденко; Под ред. О. Д. Гольдберга. – 2. изд., перераб. – Москва : Высш. шк., 2001. – 430 с. ISBN 5-06-003842-4Goldberg, O. D. Electrical machine design: Textbook for university students studying in the specialties of electrical engineering, electromechanics and energy/ О.D. Goldberg ,Ya. S. Gurin, I. S. Sviridenko; edited by. О. D. Goldberg. - 2. edition., elaberation. - Moscow : Higher. school., 2001. - 430 pp.].Meulenbelt, J. Ammonia / J. Meulenbelt // Medicine. – 2012. – Vol. 40, No. 2. –P. 94–95. – DOI 10.1016/j.mpmed, 2011.11.006.Meulenbelt, J. Ammonia / J. Meulenbelt // Medicine. – 2012. – Vol. 40, no. 2. –P. 94–95. – DOI: 10.1016/j.mpmed, 2011.11.006.Sarafraz, M. M. Sustainable three-stage chemical looping ammonia production (3CLAP) process / M. M. Sarafraz, F. C. Christo // Energy Conversion and Management. – 2021. – Vol. 229. – Art. No. 113735. – DOI 10.1016/j.enconman.2020.113735.Sarafraz, M. M. Sustainable three-stage chemical looping ammonia production (3CLAP) process / M. M. Sarafraz, F. C. Christo // Energy Conversion and Management. – 2021. – Vol. 229. – Art. No. 113735. – DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113735.Frigo, S. Analysis of the behaviour of a 4-stroke Si engine fuelled with ammonia and hydrogen / S. Frigo, R. Gentili // International Journal of Hydrogen Energy. – 2013. – Vol. 38(3). – P. 1607-1615. – DOI 10.1016/j.ijhydene.2012.10.114.Frigo, S. Analysis of the behaviour of a 4-stroke Si engine fuelled with ammonia and hydrogen / S. Frigo, R. Gentili // International Journal of Hydrogen Energy. – 2013. – Vol. 38(3). – P. 1607-1615. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.10.114.Bell, T. E. H2 Production via Ammonia Decomposition Using Non-Noble Metal Catalysts: A Review / T. E. Bell, L. Torrente-Murciano // Topics in Catalysis. – 2016 – Vol. 59(15-16). – P. 1438-1457. – DOI 10.1007/s11244-016-0653-4.Bell, T. E.; Torrente-Murciano, L. H2 Production via Ammonia Decomposition Using Non-Noble Metal Catalysts: A Review / T. E. Bell, L. Torrente-Murciano // Topics in Catalysis. – 2016 – Vol. 59(15-16). – P. 1438-1457. – DOI: 10.1007/s11244-016-0653-4.Klerk, A. Ammonia for Hydrogen Storage: Challenges and Opportunities / A. Klerk, C. H. Christensen, J. K. Nørskov, T. Vegge // Journal of Materials Chemistry. – 2008. – Vol. 18(20). – P. 2304-2310. – DOI 10.1039/B720020J.Ammonia for Hydrogen Storage: Challenges and Opportunities / A. Klerk, C. H. Christensen, J. K. Nørskov, T. Vegge // Journal of Materials Chemistry. – 2008. – Vol. 18(20). – P. 2304-2310. – DOI: 10.1039/B720020J.Ferguson, C. R. Internal combustion engines: applied thermosciences / C. R. Ferguson // New York: John Wiley & Sons; 2016. – 546 p.Ferguson, C. R. Internal combustion engines: applied thermosciences / C. R. Ferguson. – New York: John Wiley & Sons; 2016. – 546 p.Ryu, K. Performance enhancement of ammonia-fueled engine by using dissociation catalyst for hydrogen generation / K. Ryu, G. E. Zacharakis-Jutz, S. C. Kong // International Journal of Hydrogen Energy. – 2014. – Vol. 39(5). – P. 2390-2398. – DOI 10.1016/j.ijhydene.2013.11.098.Ryu, K. Performance enhancement of ammonia-fueled engine by using dissociation catalyst for hydrogen generation / K. Ryu, G. E. Zacharakis-Jutz, S.-C. Kong // International Journal of Hydrogen Energy. – 2014. – Vol. 39(5). – P. 2390-2398. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.11.098.Ryu, K. Effects of gaseous ammonia direct injection on performance characteristics of a spark-ignition engine / K. Ryu, G. E. Zacharakis-Jutz, S. C. Kong // Apple Energy. – 2014. – Vol. 116. – P. 206-215. – DOI 10.1016/j.apenergy.2013.11.067.Ryu, K. Effects of gaseous ammonia direct injection on performance characteristics of a spark-ignition engine / K. Ryu, G. E. Zacharakis-Jutz, S.-C. Kong // Apple Energy. – 2014. – Vol. 116. – P. 206-215. – DOI: 10.1016/j.apenergy.2013.11.067.Cornelius, W. Ammonia as an engine fuel / W. Cornelius, L. W. Huellmantel, H. R. Mitchell // SAE Technical Paper. – 1965. – Art. No. 650052. – DOI 10.4271/650052.Cornelius, W. Ammonia as an engine fuel / W. Cornelius, L. W. Huellmantel, H. R. Mitchell // SAE Technical Paper. – 1965. – Art. No. 650052. – DOI: 10.4271/650052.Starkman, E. S. Ammonia as a Spark Ignition Engine Fuel: Theory and Application / E. S. Starkman, H. K. Newhall, R. Sutton, T. Maguire, L. Farbar // SAE Technical Paper. – 1966. – Art. No. 660155. – DOI 10.4271/660155.Ammonia as a Spark Ignition Engine Fuel: Theory and Application / E. S. Starkman, H. K. Newhall, R. Sutton, T. Maguire, L. Farbar // SAE Technical Paper. – 1966. – Art. No. 660155. – DOI: 10.4271/660155.Comotti, M. Hydrogen generation system for ammonia-hydrogen fuelled internal combustion engines / M. Comotti, S. Frigo // International Journal of Hydrogen Energy. – 2015. – Vol. 40(33). – P. 10673-10686. – DOI 10.1016/j.ijhydene.2015.06.080.Comotti, M. Hydrogen generation system for ammonia-hydrogen fuelled internal combustion engines / M. Comotti, S. Frigo // International Journal of Hydrogen Energy. – 2015. – Vol. 40(33). – P. 10673-10686. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.06.080.Morch, C. S. Ammonia/hydrogen mixtures in an SI-engine: Engine performance and anslysis of a proposed fuel system / C. S. Morch, A. Bjerre, M. P. Gottrup, S. C. Sorenson, J. Schramm // Fuel. – 2011. – Vol. 90(2). – P. 854-864. – DOI 10.1016/j.fuel.2010.09.042.Ammonia/hydrogen mixtures in an SI-engine: Engine performance and anslysis of a proposed fuel system / C. S. Morch, A. Bjerre, M. P. Gottrup, S. C. Sorenson, J. Schramm // Fuel. – 2011. – Vol. 90(2). – P. 854-864. – DOI: 10.1016/j.fuel.2010.09.042.Pozzana, G. A. Hybrid Vehicle Powered by Hydrogen and Ammonia / G. Pozzana, N. Bonfanti, S. Frigo, N. Doveri et al. // SAE Technical Paper. – 2012. – Art. No. 2012-32-0085. – DOI 10.4271/2012-32-0085.A Hybrid Vehicle Powered by Hydrogen and Ammonia / G. Pozzana, N. Bonfanti, S. Frigo, N. Doveri et al. // SAE Technical Paper. – 2012. – Art. No. 2012-32-0085. – DOI: 10.4271/2012-32-0085.Cremer, M. A. Development and implemention of reduced chemistry for computional fluid dynamics modeling of selective non-catalytic reduction / M. A. Cremer, C. J. Montgomery, D. H. Wang, M. P. Heap, J. Chen // Proc. Combust. Inst. – 28 (2000). – P. 2427-2434.M.A. Cremer, C.J. Montgomery, D.H. Wang, M.P. Heap, J. Chen /Proc. Combust. Inst., 28 (2000), P. 2427-2434.Charles, L. Experimental study on ammonia/hydrogen/air combustion in spark ignition engine conditions Fuel / L. Charles, B. Pierre, C. Francesco, M. Christine -Rousselle // 269 (2020). – P. 117448.L. Charles, B. Pierre, C. Francesco, M. Christine -Rousselle /Experimental study on ammonia/hydrogen/air combustion in spark ignition engine conditions Fuel, 269 (2020). P. 117448.Dauaud, A. M. Four – Octane – Number Method for Predicting the Anti Knock Behavior of fuels and Engines / Dauaud A. M., Eyzat P. // SAE Transactions. – 1978. – P. 780080. – https://doi.org/10.4271/780080.M. A. Cremer, C. J. Montgomery, D. H. Wang, M. P. Heap, J. Chen /Proc. Combust. Inst., 28 (2000). P. 2427-2434.Dauaud A.M., Eyzat P. Four – Octane – Number Method for Predicting the Anti Knock Behavior of fuels and Engines. SAE Transactions. 1978 780080 https://doi.org/10.4271/780080Dauaud A.M., Eyzat P. Four – Octane – Number Method for Predicting the Anti Knock Behavior of fuels and Engines. SAE Transactions. 1978 780080 https://doi.org/10.4271/780080

The authors declare that there are no conflicts of interest present.