Prospects of Using Hydrogen Microaddition to Improve Diesel Engine Ecological Indicators
The problem of environmental degradation in megapolises, particularly because of the toxicity of the exhaust gases of transport engines, requires an integrated solution. The peculiarity of the processes of mixture formation and combustion in diesel engines is the presence of local areas, rich in fue...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/170966 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Репозитарії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-170966 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
on-board electrolyzer hydrogen micro-additions diesel engine environmental indicators UDC 621.43 бортовий електролізер водень мікродомішки дизельний двигун екологічні показники УДК 621.43 бортовой электролизер водород микропримеси дизельный двигатель экологические показатели УДК 621.43 |
| spellingShingle |
on-board electrolyzer hydrogen micro-additions diesel engine environmental indicators UDC 621.43 бортовий електролізер водень мікродомішки дизельний двигун екологічні показники УДК 621.43 бортовой электролизер водород микропримеси дизельный двигатель экологические показатели УДК 621.43 Avramenko, Andrii M. Lievtierov, Anton M. Bhantsev, Valerii M. Hladkova, Nataliia Yu. Kirieieva, Vira M. Prospects of Using Hydrogen Microaddition to Improve Diesel Engine Ecological Indicators |
| topic_facet |
on-board electrolyzer hydrogen micro-additions diesel engine environmental indicators UDC 621.43 бортовий електролізер водень мікродомішки дизельний двигун екологічні показники УДК 621.43 бортовой электролизер водород микропримеси дизельный двигатель экологические показатели УДК 621.43 |
| format |
Article |
| author |
Avramenko, Andrii M. Lievtierov, Anton M. Bhantsev, Valerii M. Hladkova, Nataliia Yu. Kirieieva, Vira M. |
| author_facet |
Avramenko, Andrii M. Lievtierov, Anton M. Bhantsev, Valerii M. Hladkova, Nataliia Yu. Kirieieva, Vira M. |
| author_sort |
Avramenko, Andrii M. |
| title |
Prospects of Using Hydrogen Microaddition to Improve Diesel Engine Ecological Indicators |
| title_short |
Prospects of Using Hydrogen Microaddition to Improve Diesel Engine Ecological Indicators |
| title_full |
Prospects of Using Hydrogen Microaddition to Improve Diesel Engine Ecological Indicators |
| title_fullStr |
Prospects of Using Hydrogen Microaddition to Improve Diesel Engine Ecological Indicators |
| title_full_unstemmed |
Prospects of Using Hydrogen Microaddition to Improve Diesel Engine Ecological Indicators |
| title_sort |
prospects of using hydrogen microaddition to improve diesel engine ecological indicators |
| title_alt |
Перспективы применения микропримесей водорода для улучшения экологических показателей дизельного двигателя Перспективи застосування мікродомішок водню для поліпшення екологічних показників дизельного двигуна |
| description |
The problem of environmental degradation in megapolises, particularly because of the toxicity of the exhaust gases of transport engines, requires an integrated solution. The peculiarity of the processes of mixture formation and combustion in diesel engines is the presence of local areas, rich in fuel or air. This results in in-complete diesel fuel combustion and contributes to the formation of toxic and mutagenic-carcinogenic compounds. Exhaust gases from diesel engines contain solid particles (SPs) that, due to their developed surface, are carriers of mutagenic-carcinogenic compounds. A very important factor affecting the com-pleteness of fuel combustion in the cylinder of an internal combustion engine (ICE) is the intensive heat exchange between the walls of the combustion chamber and the working fluid. As a result, a relatively cold gas wall layer occurs. In this layer, the unburned hydrocarbons CnHm reside, and SPs are formed. The mi-croaddition of hydrogen to the incoming charge makes it possible to significantly reduce the thickness of the “cold” layer due to the intensification of the combus-tion process in the ICE cylinder and near-wall areas. The generation and use of hydrogen, on board a vehicle, as a microaddition to normal engine fuel is justified as follows. First, the activation of combustion processes in the engine cylinder and, accordingly, fuel combustion completeness increase, which helps reduce the level of mass emissions of SPs and unburned hydrocarbons with the exhaust gases from ICEs. Secondly, such an approach makes it possible to reduce the level of load on the regular exhaust gas neutralization systems of modern vehicle engines, and increase the reliability of their work and their resource. The design of the on-board small-size electrolyzer and its control algorithm are developed. Compre-hensive motor studies of the influence of hydrogen microadditions to diesel fuel on the effective 1H 8.5 / 11 diesel engine performance and the toxicity of its exhaust gases were carried out. Experimental studies show that with hydrogen microaddi-tions, owing to an increase in fuel reactivity and combustion completeness, carbon monoxide emissions and smoking at the exhaust are reduced by 5–6% and 20%, respectively, with practically no unburned hydrocarbons present. The use of the proposed design and algorithm of the on-board electrolyzer operation will signifi-cantly reduce the level of toxicity of the exhaust gases from vehicle ICEs with minimal energy consumption for the functioning of the system. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2019 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/170966 |
| work_keys_str_mv |
AT avramenkoandriim prospectsofusinghydrogenmicroadditiontoimprovedieselengineecologicalindicators AT lievtierovantonm prospectsofusinghydrogenmicroadditiontoimprovedieselengineecologicalindicators AT bhantsevvaleriim prospectsofusinghydrogenmicroadditiontoimprovedieselengineecologicalindicators AT hladkovanataliiayu prospectsofusinghydrogenmicroadditiontoimprovedieselengineecologicalindicators AT kirieievaviram prospectsofusinghydrogenmicroadditiontoimprovedieselengineecologicalindicators AT avramenkoandriim perspektivyprimeneniâmikroprimesejvodorodadlâulučšeniâékologičeskihpokazatelejdizelʹnogodvigatelâ AT lievtierovantonm perspektivyprimeneniâmikroprimesejvodorodadlâulučšeniâékologičeskihpokazatelejdizelʹnogodvigatelâ AT bhantsevvaleriim perspektivyprimeneniâmikroprimesejvodorodadlâulučšeniâékologičeskihpokazatelejdizelʹnogodvigatelâ AT hladkovanataliiayu perspektivyprimeneniâmikroprimesejvodorodadlâulučšeniâékologičeskihpokazatelejdizelʹnogodvigatelâ AT kirieievaviram perspektivyprimeneniâmikroprimesejvodorodadlâulučšeniâékologičeskihpokazatelejdizelʹnogodvigatelâ AT avramenkoandriim perspektivizastosuvannâmíkrodomíšokvodnûdlâpolípšennâekologíčnihpokaznikívdizelʹnogodviguna AT lievtierovantonm perspektivizastosuvannâmíkrodomíšokvodnûdlâpolípšennâekologíčnihpokaznikívdizelʹnogodviguna AT bhantsevvaleriim perspektivizastosuvannâmíkrodomíšokvodnûdlâpolípšennâekologíčnihpokaznikívdizelʹnogodviguna AT hladkovanataliiayu perspektivizastosuvannâmíkrodomíšokvodnûdlâpolípšennâekologíčnihpokaznikívdizelʹnogodviguna AT kirieievaviram perspektivizastosuvannâmíkrodomíšokvodnûdlâpolípšennâekologíčnihpokaznikívdizelʹnogodviguna |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:09Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:09Z |
| _version_ |
1800670333515071488 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-1709662019-06-26T10:43:40Z Prospects of Using Hydrogen Microaddition to Improve Diesel Engine Ecological Indicators Перспективы применения микропримесей водорода для улучшения экологических показателей дизельного двигателя Перспективи застосування мікродомішок водню для поліпшення екологічних показників дизельного двигуна Avramenko, Andrii M. Lievtierov, Anton M. Bhantsev, Valerii M. Hladkova, Nataliia Yu. Kirieieva, Vira M. on-board electrolyzer hydrogen micro-additions diesel engine environmental indicators UDC 621.43 бортовий електролізер водень мікродомішки дизельний двигун екологічні показники УДК 621.43 бортовой электролизер водород микропримеси дизельный двигатель экологические показатели УДК 621.43 The problem of environmental degradation in megapolises, particularly because of the toxicity of the exhaust gases of transport engines, requires an integrated solution. The peculiarity of the processes of mixture formation and combustion in diesel engines is the presence of local areas, rich in fuel or air. This results in in-complete diesel fuel combustion and contributes to the formation of toxic and mutagenic-carcinogenic compounds. Exhaust gases from diesel engines contain solid particles (SPs) that, due to their developed surface, are carriers of mutagenic-carcinogenic compounds. A very important factor affecting the com-pleteness of fuel combustion in the cylinder of an internal combustion engine (ICE) is the intensive heat exchange between the walls of the combustion chamber and the working fluid. As a result, a relatively cold gas wall layer occurs. In this layer, the unburned hydrocarbons CnHm reside, and SPs are formed. The mi-croaddition of hydrogen to the incoming charge makes it possible to significantly reduce the thickness of the “cold” layer due to the intensification of the combus-tion process in the ICE cylinder and near-wall areas. The generation and use of hydrogen, on board a vehicle, as a microaddition to normal engine fuel is justified as follows. First, the activation of combustion processes in the engine cylinder and, accordingly, fuel combustion completeness increase, which helps reduce the level of mass emissions of SPs and unburned hydrocarbons with the exhaust gases from ICEs. Secondly, such an approach makes it possible to reduce the level of load on the regular exhaust gas neutralization systems of modern vehicle engines, and increase the reliability of their work and their resource. The design of the on-board small-size electrolyzer and its control algorithm are developed. Compre-hensive motor studies of the influence of hydrogen microadditions to diesel fuel on the effective 1H 8.5 / 11 diesel engine performance and the toxicity of its exhaust gases were carried out. Experimental studies show that with hydrogen microaddi-tions, owing to an increase in fuel reactivity and combustion completeness, carbon monoxide emissions and smoking at the exhaust are reduced by 5–6% and 20%, respectively, with practically no unburned hydrocarbons present. The use of the proposed design and algorithm of the on-board electrolyzer operation will signifi-cantly reduce the level of toxicity of the exhaust gases from vehicle ICEs with minimal energy consumption for the functioning of the system. Проблема ухудшения экологической ситуации в мегаполисах, в том числе и из-за токсичности отработавших газов транспортных двигателей, требует комплексного решения. Особенностью процессов смесеобразования и сгорания в дизельных двигателях является наличие локальных зон, богатых топливом или воздухом. Это приводит к неполному сгоранию дизельного топлива и способствует формированию токсичных и канцерогенно-мутагенных соединений. Отработавшие газы дизельных двигателей содержат твердые частицы, которые благодаря своей развитой поверхности являются носителями канцерогенно-мутагенных соединений. Очень важным фактором, влияющим на полноту сгорания топлива в цилиндре двигателей внутреннего сгорания (ДВС), является интенсивный теплообмен между стенками камеры сгорания и рабочим телом. В результате этого возникает относительно холодный пристеночный слой газа. В этом слое остаются несгоревшие углеводороды CnHm и формируются твердые частицы. Добавление микропримесей водорода к свежему заряду позволяет значительно уменьшить толщину "холодного" слоя за счет интенсификации процесса сгорания в цилиндре ДВС и пристенных участках. Генерирование и использование на борту автомобиля водорода в качестве микропримеси к штатному топливу двигателя обосновано следующим. Во-первых, увеличивается активация процессов сгорания в цилиндре двигателя и, соответственно, полнота сгорания топлива, что способствует снижению уровня массовых выбросов твердых частиц и несгоревших углеводородов с отработавшими газами ДВС. Во-вторых, такой подход позволяет снизить уровень нагрузки на штатные системы нейтрализации отработавших газов двигателей современных транспортных средств, повысить надежность их работы и увеличить ресурс. Разработана конструкция бортового малогабаритного электролизера и алгоритм его управления. Проведены комплексные моторные исследования влияния микропримесей водорода к дизельному топливу на эффективные показатели дизеля 1Ч 8,5/11 и токсичность его отработавших газов. По данным результатов экспериментальных исследований установлено, что при добавлении микропримесей водорода, за счет повышения реакционной способности и полноты сгорания топлива, обеспечивается снижение уровня выбросов оксида углерода на 5–6% и на 20% дымности отработавших газов при практически полном отсутствии несгоревших углеводородов. Использование предлагаемой конструкции и алгоритма работы бортового электролизера позволит существенно снизить уровень токсичности отработавших газов транспортных ДВС при минимальных энергозатратах на функционирование системы. Проблема погіршення екологічної ситуації у мегаполісах, в тому числі й через токсичність відпрацьованих газів транспортних двигунів, потребує комплексного вирішення. Особливістю процесів сумішоутворення та згоряння в дизельних двигунах є наявність локальних зон, багатих паливом або повітрям. Це призводить до неповного згоряння дизельного палива та сприяє формуванню токсичних та канцерогенно-мутагенних сполук. Викиди дизельних двигунів містять тверді частинки, які завдяки розвиненій поверхні є носіями канцерогенно-мутагенних сполук. Дуже важливим чинником, що впливає на повноту згоряння палива в циліндрі двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), є інтенсивний теплообмін між стінками камери згоряння та робочим тілом. Внаслідок цього виникає відносно холодний пристінний прошарок газу. В цьому прошарку залишаються незгорілі вуглеводні CnHm та формуються тверді частинки. Додавання мікродомішок водню до свіжого заряду дозволяє значно зменшити товщину "холодного" прошарку за рахунок інтенсифікації процесу згоряння у циліндрі ДВЗ та пристінних ділянках. Генерування на борту автомобіля та використання водню як мікродомішки до штатного палива двигуна обґрунтовується таким. Підвищується активація процесів згоряння у циліндрі двигуна та, відповідно, збільшується повнота згоряння палива, що сприяє зниженню рівня масових викидів твердих частинок та незгорілих вуглеводнів з відпрацьованими газами ДВЗ. Крім того, такий підхід дозволяє знизити рівень навантаження на штатні системи нейтралізації відпрацьованих газів ДВЗ сучасних транспортних засобів, підвищити надійність їхньої роботи та збільшити ресурс. Розроблено конструкцію бортового малогабаритного електролізера та алгоритм його керування. Проведено комплексні моторні дослідження впливу мікродомішок водню до дизпалива на ефективні показники дизеля 1Ч 8,5/11 та токсичність його відпрацьованих газів. За даними результатів експериментальних досліджень встановлено, що під час додавання мікродомішок водню, за рахунок підвищення реакційної здатності та повноти згоряння палива забезпечується зменшення рівня викидів оксиду вуглецю на 5–6% й на 20% димності відпрацьованих газів за практично повної відсутності незгорілих вуглеводнів. Використання запропонованої конструкції та алгоритму роботи бортового електролізера дозволить суттєво знизити рівень токсичності відпрацьованих газів транспортних ДВЗ за мінімальних енерговитрат на функціонування системи. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2019-06-21 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/170966 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 22 No. 2 (2019); 70-75 Проблемы машиностроения; Том 22 № 2 (2019); 70-75 Проблеми машинобудування; Том 22 № 2 (2019); 70-75 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/170966/170667 https://journals.uran.ua/jme/article/view/170966/170668 Copyright (c) 2019 Andrey N. Avramenko, Anton M. Lievtierov, Valerii M. Bhantsev, Nataliia Yu. Hladkova, Vira M. Kirieieva https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |