vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2018-63-2-214-219vestift-380Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERРАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА СМЕСИ БЕНЗИНА С ВОЗДУХОМ, ОБОГАЩЕННОЙ ВОДОРОДОМWORKING PROCESS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE RUNNING ON ENRICHED HYDROGEN GASOLINE-AIR MIXTUREАссадМ. С.AssadM. S.

Ассад Мохамад Сабетович – доктор технических наук, ведущий научный сотрудник.

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск.

Mohamad S. Assad – D. Sc. (Engineering), Leading Researcher.

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

assad@hmti.ac.byПенязьковО. Г.PenyazkovO. G.

Пенязьков Олег Глебович – академик Национальной академии наук Беларуси, доктор физико-математических наук, директор.

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск.

Oleg G. Penyazkov – Academician of the National Aca- demy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Physics and Mathematics), Director.

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

penyaz@dnp.itmo.byТарасенкоИ. Н.TarasenkoI. N.

Тарасенко Илья Николаевич – аспирант, младший научный сотрудник.

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск.

Ilya N. Tarasenko – Ph. D. Student, Junior Researcher.

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

yayo@tut.byИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси.A. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus.201803072018632214219Copyright © Ассад М.С., Пенязьков О.Г., Тарасенко И.Н., 20182018Ассад М.С., Пенязьков О.Г., Тарасенко И.Н.Assad M.S., Penyazkov O.G., Tarasenko I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/380

Изучено влияние добавок водорода на рабочий процесс бензинового двигателя внутреннего сгора- ния поршневого типа. Построена индикаторная диаграмма и дан анализ работы поршневого двигателя на бензинвоздушных смесях, обогащенных водородом в размере 0…20 % от объема поступающего в двигатель воздуха. Показана возможность получения удовлетворительных показателей при работе на бензине с добавками водорода. Исследовано изменение работы двигателя в зависимости от коэффициента избытка окислителя. Установлено, что коэффициент избытка окислителя, при котором достигается максимум индикаторного давления, смещается в область бедных смесей. При обогащении смеси водородом в размере 20 % от объема воздуха максимум индикаторного давления, равный pimax = 5,3…5,8 МПа, достигается при α = 1,15…1,25, а при 10%-ной добавке водорода имеет место максимум pimax = 4,9…5,2 МПа при α = 1,05…1,10 против pimax = 4,7…5,1 МПа при α = 0,90…0,95 для чистого бензина. По индикаторной диаграмме изучена динамика внутрицилиндровых параметров при обогащении смеси водородом. Так, при 20%-ной добавке водорода среднее индикаторное давление падает на 12…19 %, несмотря на некоторое возрастание максимального давления цикла (на 3…18 %), по сравнению с работой на бензине, что ведет к пропорциональному снижению как индикаторной мощности двигателя, так и индикаторного КПД.

The effect of hydrogen additives on the working process of a piston-type gasoline engine is studied. The indicator diagram has been built, and the operation of the piston engine on gasoline-air mixtures enriched with hydrogen in the amount of 0…20 % of the volume of air entering the engine has been analyzed. The possibility of obtaining satisfactory parameters when the engine works on gasoline with hydrogen additives is shown. The dynamics of the engine performance is studied depending on the oxidant excess coefficient. It has been established that the oxidizer excess ratio at which the maximum indicator pressure is reached is moved to the zone of poor mixtures. When the mixture is enriched with hydrogen in the amount of 20 % of the air volume, the maximum of indicator pressure pimax = 5.3...5.8 MPa is reached at α = 1.15...1.25, while for 10 % hydrogen addition the maximum pimax = 4.9...5.2 MPa takes place at α = 1.05...1.10 against pimax = 4.7...5.1 MPa at α = 0.90...0.95 for pure gasoline. According to the indicator diagram, the dynamics of intra-cylinder parameters is studied when the mixture is enriched with hydrogen. Thus, with a 20 % hydrogen addition the mean indicator pressure decreases by 12...19 %, despite a slight increase in the maximum cycle pressure (3...18 %), compared with gasoline operation, which leads to a proportional decrease in both the engine indicator power, and the indicator efficiency.

поршневой двигательбензинводородиндикаторная диаграммаиндикаторное давлениекоэффициент избытка окислителяpiston enginegasolinehydrogenindicator diagramindicator pressureoxidant excess ratioReferencesAndrea, T. D. The addition of hydrogen to a gasoline-fueled SI engine / T. D. Andrea, P. F. Henshaw, D. S.-K. Ting // Int. J. Hydrogen Energy. – 2004. – Vol. 29, № 14. – P. 1541–1552. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2004.02.002Andrea T. D., Henshaw P. F., Ting D. S.-K. The addition of hydrogen to a gasoline-fueled SI engine. International Journal of Hydrogen Energy, 2004, vol. 29, iss. 14, pp. 1541–1552. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2004.02.002De Boer, P. C. T. Performance and emission of hydrogen fueled internal combustion engines / P. C. T. De Boer, W. J. McLean, H. S. Homan // Int. J. Hydrogen Energy. – 1976. – Vol. 1, Iss. 2. – P. 153–172. https://doi.org/10.1016/0360-3199(76)90068-9De Boer P. C. T., McLean W. J., Homan H. S. Performance and emission of hydrogen fueled internal combustion engines. International Journal of Hydrogen Energy, 1976, vol. 1, iss. 2, pp. 153–172. https://doi.org/10.1016/0360-3199(76)90068-9Internal combustion engines fueled by natural gas–hydrogen mixtures / S. O. Akansua [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. – 2004. – Vol. 29, Iss. 14. – P. 1527–1539. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2004.01.018Akansua S. O., Dulgerb Z., Kahramana N., Veziroǧlu T. N. Internal combustion engines fueled by natural gas–hydrogen mixtures. International Journal of Hydrogen Energy, 2004, vol. 29, iss. 14, pp. 1527–1539. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2004.01.018Karim, G. A. Methane-hydrogen mixtures as fuels / G. A. Karim, I. Wierzba, Y. Al-Alousi // Int. J. Hydrogen Energy. – 1996. – Vol. 21, Iss. 7. – P. 625–631. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2004.01.018Karim G.A., Wierzba I., Al-Alousi Y. Methane-hydrogen mixtures as fuels. International Journal of Hydrogen Energy, 1996, vol. 21, iss. 7, pp. 625–631. https://doi.org/10.1016/0360-3199(95)00134-4Ogden, J. M. A comparison of hydrogen, methanol and gasoline as fuels for fuel cell vehicles: implications for vehicle design and infrastructure development / J. M. Ogden, M. M. Steinbugler, T. G. Kreutz // J. Power Sources. – 1999. – Vol. 79, Iss. 2. – P. 143–168. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(99)00057-9Ogden J. M., Steinbugler M. M., Kreutz T. G. A comparison of hydrogen, methanol and gasoline as fuels for fuel cell vehicles: implications for vehicle design and infrastructure development. Journal of Power Sources, 1999, vol. 79, iss. 2, pp. 143–168. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(99)00057-9Renewable energy systems based on hydrogen for remote applications / K. Agbossou [et al.] // J. Power Sources. – 2001. – Vol. 96, Iss. 1. – P. 168–172. DOI: 10.1016/S0378-7753(01)00495-5Agbossou K. Chahine R., Hamelin J., Laurencelle F., Anouar A., St-Arnaud J.M., Bose T.K. Renewable energy systems based on hydrogen for remote applications. Journal of Power Sources, 2001, vol. 96, pp. 168–172. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(01)00495-5Scenarios for a clean energy future / M. A. Brown [et al.] // Energy Policy. – 2001. – Vol. 29, Iss. 14. – P. 1179–1196. https://doi.org/10.1016/S0301-4215(01)00066-0Brown M. A., Levine M. D., Short W., Koomey J. G. Scenarios for a clean energy future. Energy Policy, 2001, vol. 29, iss. 14, pp. 1179–1196. https://doi.org/10.1016/S0301-4215(01)00066-0Ricardo, H. R. The High-Speed Internal Combustion Engine / H. R. Ricardo. – Glasgow: Blackie Publ., 1953. – 435 p.Ricardo H. R. The High-Speed Internal Combustion Engine. Glasgow, Blackie Publ., 1953. 435 p.Хмыров, В. И. Исследование рабочего процесса поршневого двигателя на водородно-воздушных смесях / В. И. Хмыров, Б. Е. Лавров // Тр. Ин-та энергии АН Каз. ССР: сб. науч. тр. – Алма-Ата: Наука КазССР, 1958. – Т. 1. – С. 17–25.Khmyrov, V. I., Lavrov B. E. Investigation of the working process of a piston engine on hydrogen-air mixtures. Trudy Instituta energii Akademii nauk Kazakhskoi SSR: sbornik nauchnykh trudov. Tom 1 [Proceedings of the Institute of Energy of the Academy of Sciences of the Kazakh SSR: a collection of scientific papers. Vol. 1]. Alma-Ata, Nauka KazSSR, 1958, pp. 17–25 (in Russian).Ассад, М. С. Продукты сгорания жидких и газообразных топлив: образование, расчет, эксперимент / М. С. Ассад, О. Г. Пенязьков. – Минск: Беларус. навука, 2010. – 305 с.Assad М. S., Penyazkov O. G. Products of combustion of liquid and gaseous fuels. Formation, calculation, experiment. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2010. 305 p. (in Russian).Горение водородсодержащих смесей в модели камеры сгорания ДВС / М. С. Ассад [и др.] // Инженерно-физический журнал. – 2009. – Т. 82, № 6. – С. 1031–1045.Assad M. S., Leshchevich V. V., Mironov V. N., Penyazkov O. G., Sevruk K. L., Skilond’ A. V. Burning of hydrogenous mixtures in the model of an internal-combustion-engine chamber. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2009, vol. 82, iss 6, pp. 1042–1058. https://doi.org/10.1007/s10891-010-0291-9Анализ работы поршневого двигателя на водороде / И. Л. Варшавский [и др.] // Изв. Высш. учеб. заведений. Машиностроение. – 1977. – № 10. – С. 110–114.Varshavskii I. L., Mishchenko A. I., Makarov A. A., Talda G. B. Analysis of operation of a hydrogen piston engine. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Mashinostroenie = Proceedings of Higher Educational Institutions. Маchine Building, 1977, no. 10, pp. 110–114 (in Russian).Ассад, М. С. Особенности работы двигателя внутреннего сгорания на водородсодержащих топливах / М. С. Ассад, О. Г. Пенязьков // Инженерно-физический журнал. – 2010. – Т. 83, № 4. – С. 814–820.Assad М. S., Penyazkov O. G. Distinctive features of operation of an internal combustion engine running on hydrogen-containing fuels. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2010, vol. 83, iss 4, pp. 869–875. https://doi.org/10.1007/s10891-010-0408-1

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