ЭМПИРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ДОБАВКАХ ВОДОРОДА В ТВС ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ

Приводится эмпирическая модель, позволяющая прогнозировать концентрацию оксидов азота при добавке водорода в топливно-воздушную смесь в поршневых двигателях с искровым зажиганием. Использованы результаты экспериментов, проведенных на одноцилиндровой установке УИТ-85. Для получения информации о процессе горения в цилиндре экспериментальной установки использовалось явление электропроводности углеводородного пламени. На основе моментов возникновения ионного тока у электродов датчика ионизации получены значения скорости распространения фронта пламени и ширины зоны турбулентного горения в удаленной от свечи зажигания зоне камеры сгорания. Приведены графики зависимостей скорости пламени и ширины зоны горения от коэффициента избытка воздуха при различной частоте вращения коленчатого вала и доле добавляемого водорода в топливно-воздушную смесь. При использовании датчика давления, установленного в камеру сгорания экспериментальной установки, получены значения индикаторного давления по углу поворота коленчатого вала. Приведена зависимость продолжительности основной фазы сгорания от скорости распространения пламени и ширины зоны турбулентного горения. Показано, что характеристики пламени в значительной степени определяют время на протекание процесса сгорания. Проведен анализ значимых параметров, влияющих на образование оксидов азота при добавках водорода в топливно-воздушную смесь двигателей с искровым зажиганием. Разработана эмпирическая модель на основе безразмерного комплекса параметров, позволяющая прогнозировать концентрацию оксидов азота при добавках водорода в топливно-воздушную смесь, изменении частоты вращения коленчатого вала и угла опережения зажигания в двигателях с искровым зажиганием. Приведенная модель позволяет оценивать концентрацию оксидов азота при тепловом расчете проектируемого двигателя.

1. Малов Р.В., Ерохов В.И., Щетина В.А. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: Транспорт, 1982. 200 с.

2. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 720 с.

3. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев: Наукова думка, 1984. 141 c.

4. Шатров Е.В., Раменский А.Ю., Кузнецов В.М. Исследование мощностных, экономических и токсических характеристик двигателя, работающего на бензоводородных смесях // Автомобильная промышленность. 1979. № 11. С. 3–5.

5. Бортников Л.Н., Павлов Д.А., Русаков М.М., Шайкин А.П. Состав продуктов сгорания бензоводородовоздушных смесей в сферической камере сгорания постоянного объема // Химическая физика. 2011. Т. 30. № 1. С. 56–65.

6. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во АН СССР, 1947. 148 с.

7. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981. 160 с.

8. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.: Недра, 1988. 312 с.

9. Райзер Ю.П. Образование окислов азота в ударной волне при сильном взрыве в воздухе // Журнал физической химии. 1959. Т. 33. № 3. С. 700–709.

10. Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 60 с.

11. Чесноков С.А., Демидов М.И. Моделирование тепломассообмена и химической кинетики образования окиси азота в ДВС с искровым // Известия Тульского Государственного университета. Автомобильный транспорт. 2003. № 7. С. 255–264.

12. Mustafi N.N., Miraglia Y.C., Raine R.R., Bansal P.K., Elder S.T. Spark-Ignition Engine Performance with ‘Powergas’ Fuel (Mixture of CO/H2): A Comparison with Gasoline and Natural Gas Fuel // The Science and Technology of Fuel and Energy. 2006. Vol. 85. P. 1605–1612.

13. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1977. 277 c.

14. Иноземцев Н.В., Кошкин В.К. Процессы сгорания в двигателях. М.: Машгиз, 1949. 344 c.

15. Heywood J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals. N.Y.: McGraw-Hill, 1988. 930 p.

16. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателя. М.: Машгиз, 1962. 271 с.

17. Шайкин А.П., Дерячев А.Д. Взаимосвязь ширины зоны горения с ионным током и скоростью распространения пламени в условиях двигателя с искровым зажиганием // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2014. № 3. C. 82–86.

18. Ивашин П.В., Рамазанов М.П., Твердохлебов А.Я., Шайкин А.П., Ясников И.С. О взаимосвязи скорости распространения и электропроводности пламени в ДВС // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). 2013. № 3-1. С. 103–112.

19. Ясников И.С., Ивашин П.В., Шайкин А.П. К вопросу о турбулентном распространении пламени в замкнутом объеме // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. № 11. С. 39–43.

20. Ивашин П.В., Рамазанов М.П., Твердохлебов А.Я., Шайкин А.П., Ясников И.С. Об оценке работы цикла ДВС ионизационным зондом // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). 2013. № 3-2. С. 122–127.