Воднева система на автомобіль

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Цю статтю треба вікіфікувати для відповідності стандартам якості Вікіпедії. Будь ласка, допоможіть додаванням доречних внутрішніх посилань або вдосконаленням розмітки статті.

Водне́ва система на автомобіль – це пристрій, що забезпечує сукупність фізико-хімічних процесів для інтенсифікації процесу згоряння у двигунах внутрішнього згоряння з використанням добавок-активаторів – водню та кисню.

У пальному елементі автомобіля під час руху виробляється водневмісний газ, який складається з молекул і атомів водню і кисню. Цей газ отримують електролізом водних розчинів лугів або кислот і подають у впускний трубопровід двигуна до повітряного заряду.

Воднева система – це впровадження першого етапу водневого двигуна.

Добавка водневмісного газу приводить до зменшення витрати палива, підвищення ККД бензинових і дизельних двигунів і зниження концентрацій продуктів неповного  згоряння у відпрацьованих газах двигунів.

Даний метод не потребує зміни конструкції двигуна і його можна реалізувати в умовах експлуатації автомобіля.

Вироблення водневмісної суміші[ред. | ред. код]

Шляхом електролізу з використанням електричного струму воднева система дисоціює молекули води Н2O на водень H2 і кисень O2.

Електроліз: 2 H2O → 2 H2 + O2

Горіння: 2 H2 + O2 → 2 H2О

Цю суміш також можна позначати як Кналлгас (Скандинавська та німецька Кналлгас: «вибух-газ»), хоча деякі автори визначають кналгаз загальним терміном для суміші палива з точною кількістю кисню, необхідної для повного згоряння, отже, оксигідроген у співвідношенні 2: 1 буде називатися «водневим газом».

В деяких країнах для оксиводню використовують терміни «Газ Брауна» і HHO.[1]

Такий водневмісний активатор, що додається до основного палива, має у 9 разів вищу швидкість згоряння ніж швидкість згоряння бензину[2] та у 10 разів у порівняння з дизелем[3]. Завдяки додатковій турбулізації заряду для інтенсифікації перенесення теплоти із зони горіння у свіжий заряд підвищується швидкість і повнота згоряння основного палива та ефективний ККД двигуна.

Невелика добавка водню призводить до підвищення ККД бензинового та дизельного двигуна і зниження питомої витрати палива на 8-40%[4].

Зниження питомої витрати палива на 8-40%[ред. | ред. код]

Невелика добавка водню призводить до зниження питомої витрати палива на 8-40% через використання систем запалювання з більшою енергією і тривалістю процесу запалювання. Це пояснюється тим, що при роботі двигуна на суміші, що характеризується низькою швидкістю поширення полум’я, необхідно, щоб займання виникало в багатьох точках заряду одночасно. Це може бути реалізовано або рухом заряду суміші через єдине джерело запалювання або розподіленням їх по об’єму заряду.

Вироблення водню на борту транспортного засобу може подовжити інтервал між заправками. Одним із способів отримання водневмісних сполук може бути конвертація водню із води шляхом електролізу під дією електричного струму на борту автомобіля. Це в свою чергу одночасно інтенсифікує процес згоряння в середині циліндра[5].

Максимальна кількість домішок водню, яка склала 0,05…0,12% від маси основного дизельного палива. Це досягалось шляхом використання хвильових процесів в паливній апаратурі високого тиску, налаштування змішуючого пристрою, коригування кута випередження впорскування в межах -2…-7° та параметрів додавання водню. При цьому ефективна потужність двигуна збільшилась на 2,6…5,5%, а ефективна витрата палива зменшилась на 4,5…5,7%[6].

Добавка водневмісного газу призводить до зменшення годинної витрати традиційного пального під час роботи двигуна в різних швидкісних режимах активного холостого ходу. Доведено, що за рахунок меншого відкриття дросельної заслінки і часткового заміщення водневмісним газом знижується витрата повітря в усьому діапазоні частот обертання, що призвело до зменшення масових викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами[6].

Добавка газу Н2/О2 знижує загальну величину витрати палива двигуна при всіх використаних режимах навантаження. Зниження загальної витрати палива відбувається шляхом кращого згоряння отриманої суміші внаслідок вищої швидкості полум'я водню.

Для генерації водню в Європі досить поширені системи з використанням продуктів гідролізу, оскільки вони найдешевші у виробництві і дообладнання ними автомобіля не вимагає суттєвих конструктивних змін у конструкції ДВЗ. До того ж енерговитрати 210 необхідні для отримання відповідної кількості воднево-кисневої суміші, як основного продукту гідролізу, цілком можливі для бортової системи двигуна. Електролізери витрачають на одержання кубічного метра чистого водню з води близько 4 кВт/г електроенергії або близько 3 кВт/г на кубічний метр суміші водню і кисню. Діючі промислові установки витрачають на цей процес в 1,5–2 рази більше. Енергія ж, що отримується при спалюванні одного кубічного метра лише водню, становить близько 3,5 кВт/г. Хоча за іншими даними вона може бути значно меншою[7].

Встановлено, що використання водню у двигунах з іскровим запалюванням дає можливість покращити якість згоряння палива та покращити їх екологічні показники[8]. Фізико-хімічні властивості водню дозволяють реалізувати ступені збіднення, які не вдається забезпечити іншими способами. ККД двигунів підвищується на 10–15%, а в режимах часткових навантажень – на 17–22%. До того ж, при переході на такий тип живлення ДВЗ витрата палива та викиди шкідливих речовин у відпрацьованих газах зменшуються.

З урахуванням витрат енергії на отримання газу економія палива залишилась на рівні 12%[9].

Підвищення ККД бензинового та дизельного двигуна[ред. | ред. код]

Зі збагаченням основного палива воднево-кисневою сумішшю підвищується індикаторний ККД[10] і зменшується потужність механічних втрат, зменшується індикаторна потужність, яка необхідна для отримання однакової ефективної потужності. В результаті збільшення ефективного ККД поліпшується паливна економічність двигуна.

Індикаторний ККД робочого циклу двигуна зростає з підвищенням ступеня стискання і збідненні паливоповітряної суміші повітрям і рециркульованими відпрацьованими газами. При цьому надлишкове повітря і відпрацьовані гази призводять до зниження втрат на газообмін в часткових навантаженнях, а також зниження температури згоряння, внаслідок чого зменшуються втрати теплоти на дисоціацію і в стінки циліндра.

Добавка водневмісного газу інтенсифікує процес згоряння, при цьому скорочуються усі три фази згоряння та зменшується ступінь невідтворності послідовних робочих циклів, що позитивно впливає на індикаторні показники двигуна.

Зниження концентрації викидів шкідливих речовин[ред. | ред. код]

Додавання водню суттєво впливає на поліпшення екологічних показників відпрацьованих газів. При роботі двигуна внутрішнього згоряння з добавкою водню кількість викидів вуглеводнів (СmНn) знизилася на 40–50%, монооксиду вуглецю (СО) – на 15–25%[11].

Наявність додатково водню всередині камери згоряння дозволяє зменшити димність, оскільки водень виступає активатором зон окиснення частинок сажі, сприяючи їх більш повному вигорянню[12]. Вплив водню на процеси окислення азоту та сажоутворення в дизелях проявляється на різних стадіях робочого циклу. Наприклад, його реакційна здатність спричиняє розширення меж самозаймання суміші і, як результат, сприяє вигорянню зон з бідним та багатим складом 211 паливо-повітряної суміші. Це, в свою чергу, покращує процес горіння в середині циліндра.

В результаті додавання газу Н2/О2 спостерігалося зниження викидів вуглеводнів на 6,7%, викиди оксидів вуглецю знизилися на 14,4%[13] у порівнянні з роботою на чистому бензині чи дизелі.

Історія створення[ред. | ред. код]

Ідею створення водневого генератора розробляв ще в 1806 році Франсуа Ісаак де Ріваз, який отримував водень із води методом електролізу. Спроби запустити ДВС на водні були зроблені не для захисту навколишнього середовища, а з метою економії палива та пошуку його альтернатив.

З того часу різні компанії та фірми доопрацьовують розробки з використанням суміші водню та кисню. Сьогодні системи генерації водню для авто є популярними у Європі, США та Канаді.

Перша воднева система в Україні[ред. | ред. код]

В Україні запатентовану водневу систему виробляє компанія Hydroxy Ukraine з 2014 року.

У 2022 році водневі системи стали проєктом Програми сприяння інноваційному та науково-технологічному розвитку Львівської обласної ради[14], а на основі розробок Hydroxy Ukraine на базі SID City Scientific Park Національного університету «Львівська політехніка» відкрили Центр водневих технологій[15].

Дивись також[ред. | ред. код]

Джерела[ред. | ред. код]

  1. ↑ BRODIE, ROBERT (2014). MERSEY RAILWAY. 1885—1887. The Reminiscences of a Civil Engineering Contractor. Elsevier. с. 23—27.
  2. ↑ Мосикян, К.; Барсегян, М.; Папинян, М. (18 січня 2021). КОНВЕРТОР ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. EurasianUnionScientists. Т. 5, № 12(81). с. 12—16. doi:10.31618/esu.2413-9335.2020.5.81.1167. ISSN 2413-9335.
  3. ↑ Мосикян, К.; Барсегян, М.; Папинян, М. КОНВЕРТОР ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. EurasianUnionScientists. Т. 5, № 12(81). с. 12—16. doi:10.31618/esu.2413-9335.2020.5.81.1167. ISSN 2413-9335.
  4. ↑ Ji, Changwei; Wang, Shuofeng (2009-09). Effect of hydrogen addition on combustion and emissions performance of a spark ignition gasoline engine at lean conditions. International Journal of Hydrogen Energy. Т. 34, № 18. с. 7823—7834. doi:10.1016/j.ijhydene.2009.06.082. ISSN 0360-3199.
  5. ↑ ТУЛЕЙ, Ю. Л. (5 вересня 2016). Математичне моделювання та експериментальні дослідження роботи дерев'яних шпал під дією просторових навантажень. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. Т. 0, № 4. с. 3. doi:10.18664/ikszt.v0i4.78876. ISSN 2413-3833.
  6. ↑ а б Gutarevych, Y.F.; Shuba, Y.V.; Syrota, A.V.; Trifonov, D.N. (2019). EFFECT OF THE ADDITION OF HYDROGEN-CONTAINING GAS ON THE ENVIRONMENTAL PERFORMANCE OF ENGINES WITH SPARK IGNITION AT IDLE. The National Transport University Bulletin. Т. 1, № 43. с. 39—48. doi:10.33744/2308-6645-2019-1-43-039-048. ISSN 2308-6645.
  7. ↑ Захарчук В.І.; Захарчук О.В.; Галущак О.О.; Галущак Д.О. (30 червня 2021). Захарчук В.І., Захарчук О.В.,Галущак Д.О., Галущак О.О. Перспективні технології та прилади. № 18. с. 61—65. doi:10.36910/6775-2313-5352-2021-18-9. ISSN 2313-5352.
  8. ↑ Марченко Д. Д. (30 листопада 2018). ВПЛИВ ЯКОСТІ ОЧИСТКИ МАСЛА НА МОТОРЕСУРС ДИЗЕЛЬНИХ ДВИГУНІВ АВТОМОБІЛЬНОГО ТРАНСПОРТУ. European Journal of Intelligent Transportation Systems. № 1(1). с. 27—29. doi:10.31435/rsglobal_ejits/30112018/6220. ISSN 2657-4225.
  9. ↑ Станішевська, В. (5 травня 2022). ВПЛИВ ЕКСТРЕМАЛЬНИХ УМОВ ДІЯЛЬНОСТІ НА ПСИХІЧНУ СТІЙКІСТЬ ОСОБИСТОСТІ. Вісник Національного університету оборони України. с. 107—112. doi:10.33099/2617-6858-2022-66-2-107-112. ISSN 2617-6866.
  10. ↑ Джанибекова, Ф.Р.; Хубиева, М.К. (2017). Пути повышения конкурентоспособности предприятий АПК в КЧР. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ. НИЦ «Л-Журнал». doi:10.18411/lj-30-04-2017-1-08.
  11. ↑ Вплив інформаційного шуму на прийняття рішення. ТЕЗИ ДОПОВІДЕЙ МІЖНАРОДНОЇ НАУКОВО-ПРАКТИЧНОЇ КОНФЕРЕНЦІЇ. Київський національний торговельно-економічний університет. 19 березня 2019. doi:10.31617/k.knute.2019-03-19.21.
  12. ↑ ТУЛЕЙ, Ю. Л. (5 вересня 2016). Математичне моделювання та експериментальні дослідження роботи дерев'яних шпал під дією просторових навантажень. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. Т. 0, № 4. с. 3. doi:10.18664/ikszt.v0i4.78876. ISSN 2413-3833. Процитовано 29 липня 2022.
  13. ↑ Famoriji, Oluwole John; Shongwe, Thokozani (2021). A Recovery Performance Study of Compressive Sensing Methods on Antenna Array Diagnosis from Near-Field Measurements. The Applied Computational Electromagnetics Society Journal. Т. 36, № 8. с. 973—979. doi:10.47037/2021.aces.j.360805. ISSN 1054-4887. Процитовано 29 липня 2022.
  14. ↑ В області презентували інноваційні проєкти Програми сприяння інноваційному та науково-технологічному розвитку. Офіційний сайт Львівської обласної державної адміністрації.
  15. ↑ У Львівській політехніці створили Центр водневих технологій. Сайт Львівської обласної ради.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Воднева_система_на_автомобіль&oldid=40968259