madiАвтомобиль. Дорога. Инфраструктура. = Avtomobil'. Doroga. Infrastruktura.Avtomobil'. Doroga. Infrastruktura.2409-7217МАДИmadi-1429Research Article2.4.7. Турбомашины и поршневые двигателиОценка показателей двигателя с искровым зажиганием при его работе на аммиакеAssessment of the performances of a spark ignition engine when operating on ammoniaНгуенВан ЗунгNguyenVan Dung

аспирант

postgraduate

nguyenvandung1996kchy@gmail.comДунинАндрей ЮрьевичDuninAndrey Yu.

д-р техн. наук, доц.

Doctor of Sciences (Technical), associate professor

a.u.dunin@yandex.ruАхметжановаЭльмира УмяровнаAkhmetzhanovaElmira U.

аспирант

postgraduate

onti@nich.madi.ruПетровАндрей МихайловичPetrovAndrey M.

аспирант

postgraduate

psiholiric@inbox.ruФилипповаЕвгения МаксимовнаFilippovaEugenia М.

магистрант

undergraduate student

dasistzhenia@yandex.ruМАДИРоссияMADIRussian Federation20242512202404(42)11Copyright © Нгуен В., Дунин А.Ю., Ахметжанова Э.У., Петров А.М., Филиппова Е.М., 20242024Нгуен В., Дунин А.Ю., Ахметжанова Э.У., Петров А.М., Филиппова Е.М.Nguyen V., Dunin A.Y., Akhmetzhanova E.U., Petrov A.M., Filippova E.М.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.adi-madi.ru/madi/article/view/1429

В данной работе представлены характеристики двигателей с искровым зажиганием 4Ч 7,6/7 и 4ЧН 7,6/7 (ДсИЗ 4Ч 7,6/7 и 4ЧН 7,6/7) при переводе с бензина на аммиак. Аммиак рассматривается как одно из перспективных топлив, не содержащих углерод, благодаря его низкой стоимости, практически неограниченной сырьевой базе, доступности и относительной простоте хранения при нормальных условиях. При полном сгорании аммиака образуется только один токсичный компонент – NOx, причём в незначительных количествах, так как температуры горения аммиачно-воздушных смесей ниже, чем у бензо-воздушных. Высокое октановое число (ОЧ = 130) делает возможным применение аммиака в двигателях с искровым зажиганием с бόльшей степенью сжатия или с высоким давлением наддува. В качестве объектов расчетного исследования выбраны показатели двигателей с искровым зажиганием без наддува (4Ч 7,6/7) и с наддувом (4ЧН 7,6/7). Анализ полученных результатов показывает, что переход с бензина на аммиак и сопутствующее этому введение наддува обеспечило увеличение максимального крутящего момента Me на 15,8 %, максимальной мощности Ne – 11,3 % (по сравнению с работой 4Ч 7,6/7 на бензине по внешней скоростной характеристике). При этом удельный расход аммиака почти в 2,5 раза выше, чем у бензина. Это обусловлено меньшей объемной плотностью энергии и меньшей теплотворной способности аммиачно-воздушной смеси по сравнению с бензином. Увеличение суммарного количества NOx в ОГ при сжигании аммиака по сравнению с бензином связано с более высокой максимальной температурой цикла. Доля детонирующего топлива бензина существенно выше, чем у аммиака. Из-за высокой температуры самовоспламенения и низкой ламинарной скорости горения аммиака оптимальный угол опережения зажигания (УОЗ) значимо увеличивается. Так при частоте вращения коленчатого вала n = 2000 мин-1 и коэффициенте избытка воздуха α = 1,0 УОЗ составил 60о ПКВ до ВМТ при полностью открытой дроссельной заслонке (. Повышение значения степени сжатия и совместное применение наддува с циклом Миллера способствует улучшению мощностных и экономических показателей двигателя с искровым зажиганием при его работе на аммиаке.

This study presents the characteristics of a spark-ignition internal combustion engines 4CH 7.6/7 and 4CHN 7.6/7 (SI engines 4CH 7.6/7 and 4CHN 7.6/7) when converting from gasoline to ammonia. Ammonia is a promising fuel due to its low cost, unlimited raw material base, availability and ease of storage under normal conditions. With complete combustion of ammonia, only one harmful component is formed - NOx, and in small quantities, since the combustion temperatures of ammonia-air mixtures are relatively low and there are practically no products containing carbon compounds, which are the main causes of the greenhouse effect. High octane number (RON=130) makes ammonia suitable for engines with high compression ratios or high boost pressure to improve engine efficiency, as its resistance to detonation is higher than that of gasoline. The results show that when converting from gasoline to ammonia at the external speed characteristic (ESC), the maximum torque Me on the ESC increases by 15.8 %, the maximum power Ne on the ESC increases by 11,3 % (compared to the operation of 4CH 7.6/7 on gasoline in terms of ESC). The specific fuel consumption of ammonia is almost 2.5 times higher than that of gasoline. This is due to the lower volumetric energy density and lower calorific value of the ammonia-air mixture compared to gasoline. The increase in the total amount of NOx in the exhaust gases during combustion of ammonia compared to gasoline is due to the higher maximum temperature of the cycle. The proportion of detonating fuel in gasoline is significantly higher than that of ammonia. Due to the high auto-ignition temperature and low laminar combustion rate of ammonia, the optimal ignition timing is 60 ͦ bTDC at n = 2000 min-1, full throttle opening and α = 1.0. Increasing the compression ratio or combining the use of the Miller cycle for turbocharged engines helps improve engine performance such as power, torque and efficiency; reduction of specific fuel consumption.

двигатель с искровым зажиганием (ДсИЗ)аммиакдетонациястепень сжатиянаддувцикл Миллераspark ignition internal combustion engine (SI engine)ammoniaknock probability determinationcompression ratioturbochargedMiller cycleReferencesАльтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания / А. А. Александров, И. А. Архаров, В. В. Багров, А. И. Гайворонский, Л. В. Грехов, С. Н. Девянин, Н. А. Иващенко, В.А. Марков, 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., Arkharov Y. A., Bagrov V. V., Gaivoronsky A. I., Grekhov L. V., Devyanin S. N., Ivashchenko N. A., Markov V. A. Al'ternativnye topliva dlya dvigatelej vnutrennego sgoraniya (Alternative fuels for internal combustion engines), Moscow, OOO NIC «InzheneR», OOO «Oniko-M», 2012, 790 p., ISBN 978-5-7013-0140-3.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., Devyanin С. N., Semenov С. N., Shakhov A. V., Bagrov V. V. Ispol'zovanie rastitel'nykh masel i topliv na ikh osnove v dizel'nykh dvigatelyakh (Use of vegetable oils and fuels based on them in diesel engines), Moscow, InzheneR, 2011, 534 p., ISBN 978-5-7013-0120-5.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., Bebenin E. V., Podnyakov E. F. Transport na al'ternativnom toplive, 2013, no. 5(35), pp. 24-29.Моделирование рабочего процесса двигателя с искровым зажиганием, питаемого безуглеродным топливом / В. З. Нгуен, А. Ю. Дунин, Э. У. Ахметжанова, А. М. Петров, Д.С. Конюшков // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. – 2023. – № 4(38). – EDN XMIVQD.Dung N. V., Dunin A. Yu., Akhmetzhanova E. U., Petrov A. M., Konyushkov D. S. Avtomobil’. Doroga. Infrastruktura, 2023, no 4(38).Dauaud, A. M. Four – Octane – Number Method for Predicting the Anti Knock Behavior of fuels and Engines / A. M. Dauaud, P. Eyzat // SAE Transactions. – 1978. – P. 294-308. – DOI 10.4271/780080.Dauaud A.M., Eyzat P. Four – Octane – Number Method for Predicting the Anti Knock Behavior of fuels and Engines, SAE Transactions, 1978, pp. 294-308, doi 10.4271/780080.Ammonia for power / A. Valera-Medina, H. Xiao, P. J. Bowen [et al.] // Progress in Energy and Combustion Science. – 2018. – Vol. 69. – P. 63-102. – DOI 10.1016/j.pecs.2018.07.001. – EDN VJIYIV.Valera-Medina A., Xiao H., Bowen P.J., Owen-Jones M., David W.I.F. Ammonia for power, Progress in Energy and Combustion Science, 2018, vol. 69, pp. 63-102, doi 10.1016/j.pecs.2018.07.001.Ammonia/hydrogen mixtures in an SI-engine: Engine performance and analysis of a proposed fuel system / C. S. Mørch, A. Bjerre, M. P. Gøttrup [et al.] // Fuel. – 2011. – Vol. 90, No. 2. – P. 854-864. – DOI 10.1016/j.fuel.2010.09.042. – EDN OBEAYB.Mørch C.S., Bjerre A., Gøttrup M.P., Sorenson S.C., Schramm J. Ammonia/hydrogen mixtures in an SI-engine: Engine performance and analysis of a proposed fuel system, Fuel, 2011, vol. 90, no. 2, pp. 854–864, doi 10.1016/j.fuel.2010.09.042.The role of hydrogen for future internal combustion engines / A. Onorati, R. Payri, Bm. Vaglieco [et al.] // International Journal of Engine Research. – 2022. – Vol. 23, No. 4. – P. 529-540. – DOI 10.1177/14680874221081947. – EDN JRPOGW.Onorati A., Payri R., Vaglieco Bm., Agarwal Ak., Bae C., Bruneaux G., Canakci M., Gavaises M., Günthner M., Hasse C., Kokjohn S., Kong S.C., Moriyoshi Y., Novella R., Pesyridis A., Reitz R., Ryan T., Wagner R., Zhao H. The role of hydrogen for future internal combustion engines, International Journal of Engine Research, 2022, vol. 23, no. 4, pp. 529–540, doi 10.1177/14680874221081947.Ammonia as Fuel for Transportation to Mitigate Zero Carbon Impact / C. Mounaïm-Rousselle, P. Brequigny, A. Valera-Medina, E. Boulet, D. Emberson, T. Løvås // Engines and Fuels for Future Transport, Energy, Environment, and Sustainability. – Singapore : Springer, 2021. – P. 257–279. – DOI 10.1007/978-981-16-8717-4_11.Mounaim R. C., Brequigny P., Medina A.V., Boulet E., Emberson D., Lovas T. Ammonia as Fuel for Transportation to Mitigate Zero Carbon Impact, Engines and Fuels for Future Transport, Energy, Environment, and Sustainability, Singapore, Springer, 2021, pp. 257-279, doi 10.1007/978-981-16-8717-4_11.Combustion stability limits and NOx emissions of non-premixed ammonia-substituted hydrogen-air flames / D. H. Um, J. M. Joo, S. Lee, O. C. Kwon // International Journal of Hydrogen Energy. – 2013. – Vol. 38, No. 34. – P. 14854-14865. – DOI 10.1016/j.ijhydene.2013.08.140.Um D. H., Joo J. M., Lee S., Kwon O. C. Combustion stability limits and NOx emissions of non-premixed ammonia-substituted hydrogen-air flames, International Journal of Hydrogen Energy, 2013, vol. 38, no. 34, pp. 14854-14865, doi 10.1016/j.ijhydene.2013.08.140.

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