Оценка показателей двигателя с искровым зажиганием при его работе на аммиаке

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 – NO_x, 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 M_e на 15,8 %, максимальной мощности N_e – 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 NO_x 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 60^о 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.

1. Альтернативные 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.