Сегодня в мире есть ряд проблем, связанных с тем, что традиционные виды топлив дорожают, экологическая ситуация с каждым днем ухудшается. Связано это с колоссальными выбросами вредных веществ в атмосферу. На данный момент разработан способ применения водорода как топлива для легковых и грузовых автомобилей. Серьезную проблему представляет водородное охрупчивание металла, не позволяющее использовать водород как топливо для обычного двигателя.
В данной статье рассматривается вариант решения проблемы низкой эффективности и экологичности стандартных видов топлива. Приведено краткое описание опыта использования генератора водорода на легковом и грузовом автомобилях. Описывается работа устройства (электролизера), вырабатывающего водород на борту автомобиля. Произведен ориентировочный подсчет экономической эффективности и сроков окупаемости.
Ключевые слова: экологичность, водород, двигатель, топливо, газ.
Today in the world there are a number of problems associated with the fact that traditional types of fuels are becoming more expensive, the environmental situation is deteriorating every day. This is due to the colossal emissions of harmful substances into the atmosphere. At the moment, a method has been developed for using hydrogen as a fuel for cars and trucks. A serious problem is the hydrogen embrittlement of the metal, which does not allow the use of hydrogen as fuel for a conventional engine.
This article discusses a solution to the problem of low efficiency and environmental friendliness of standard fuels. A brief description of the experience of using a hydrogen generator in cars and trucks is given. The operation of a device (electrolyzer) that produces hydrogen on board a car is described. An approximate calculation of economic efficiency and payback periods has been made.
Keywords: environmental friendliness, hydrogen, engine, fuel, gas.
Существует технология использования некоторого количества водорода вместе с традиционными видами топлива: бензином, дизельным топливом, пропаном, метаном. При изучении испытаний двигателей внутреннего сгорания, становится ясно, что их потенциал полностью не раскрыт. Нет необходимости отказа от привычного всем топлива, достаточно всего 1–6 % водорода (по массе), и процесс сгорания топлива в камере сгорания обычного двигателя существенно улучшаются. Стоит отметить, что в таком случае экономия основного топлива в теории может достигать 50 %.
Такой способ использования водорода дает прибавки в мощности и крутящем моменте на низких оборотах, повышает эффективность двигателя и значительно сокращает массу вредных выбросов в атмосферу.
Генератор водорода, берет энергию от аккумуляторной батареи автомобиля, преобразует дистиллированную воду, высвободившийся водород и кислород подается к впускному коллектору двигателя, это приводит к повышению полноты сгорания топлива. Видоизменив характер и скорость распространения пламени в камере сгорания, водород способствует повышению КПД двигателя и увеличению эффективности стандартного вида топлива.
Преимущества данной технологии:
- Не требуются специальные заправки, газ вырабатывается в компактном устройстве на борту автомобиля;
- Не нужно хранить топливные элементы, тяжёлые баллоны с газообразным водородом в автомобиле;
- Водород понижает температуру сгорания и тем самым защищает двигатель от детонации;
- Топливо сгорает более полно, что приводит к более чистому моторному маслу и снижению количества отложений в камере сгорания;
- Ощутимая экономия стандартного топлива.
Переоборудование всего коммерческого транспорта в регионе позволит не только повысить прибыль транспортных компаний, снизить стоимость проезда в наземном общественном транспорте, но и сократить в сотни тысяч раз количество вредных выбросов в атмосферу, что напрямую влияет на качество жизни населения.
Водород не хранится, он вырабатывается и сразу поступает в впускной коллектор, где смешивается с воздухом и стандартным топливом. Использование водорода совершенно безопасно. Датчики дополнительного оборудования постоянно считывают множество параметров двигателя, если какие-нибудь неполадки будут обнаружены, блок управления сразу перекроет клапан подачи водорода к двигателю. Контроллер автоматически отключает производство водорода при выключении двигателя.
Результаты испытаний бортового генератора водорода на двигателе Cummins KTA-38 приведены ниже в таблице 1.
Краткие характеристики двигателя KTA-38: Максимальная мощность кВТ/л.с. -970/1318; Объем двигателя- 37,8 л; количество и расположение цилиндров 12, V-образно.
Таблица 1
Результаты испытаний бортового генератора водорода на двигателе Cummins KTA-38
|
Наименование выброса |
Без применения водорода Мг/Нм3 |
С применением водорода Мг/Нм3 |
Разница% |
Снижение выбросов за 2500 часов работы(кг/год) |
|
Кислород (%) |
14,7 |
16,9 |
+14,97 |
|
|
СО2(%) |
4,6 |
2,3 |
-50 |
159000 |
|
СО(мг/м3) |
679 |
504 |
-25,77 |
828 |
|
NOx(мг/м3) |
1645 |
1332 |
-19,03 |
1773 |
|
Сажа(мг/м3) |
187 |
41,2 |
-77,97 |
446,75 |
Образованный в ходе реакции водород поступает к дросселю. Объем поступающего газа в камеру сгорания небольшой, но он ощутимо повышает полноту сгорания топлива, так как сгорает почти в 10 раз быстрее, чем обычное топливо. Процесс горения такой топливной смеси более полный, это способствует заметному сокращению вредных выбросов. Мощность и крутящий момент увеличиваются, а блок управления двигателем пересчитывает подачу топлива, в меньшую сторону. КПД такого двигателя в сравнении с двигателем на чистом бензине до 30 % больше.
Добавка водорода во впускной коллектор позволяет быстрее и более полно сгорать стандартному топливу. Более полное сгорание означает, что большая часть энергии преобразуется в полезную механическую энергию. Водород положительно влияет на мощность двигателя, экономию топлива и на содержание вредных веществ в выхлопных газах. Этот эффект достигается за путем высокой скорости распространения пламени в камере сгорания. Водород можно сравнить с большой «свечой зажигания», которая воспламеняет всё имеющееся топливо.
Используя водород как дополнительный компонент к стандартному топливу автомобиля, значительно снижаются вредные выбросы.
На базе АО «Автопарк № 1 Спецтранс» мной был проведен ряд экспериментов.
Первый эксперимент: на легковой автомобиль ВАЗ 2107 был установлен генератор водорода. В ходе эксперимента, я эмулировал сигнал кислородного датчика, сделав «богатую» смесь, завысил температуру на впуске до 70, засчет этого получаем меньшую плотность воздуха и занижаем данные с ДМРВ. Все эти действия необходимы для снижения подачи топлива. Снижая массовую долю воздуха, мы снижаем нагрузку на мотор, компенсируем недостаток топлива водородом. Получаем теоретически 10 % экономию топлива, сравнив входной и выходной сигналы ДМРВ. Ходовые испытания подтвердили теорию.
Второй эксперимент проведен с грузовым Автомобилем ЗИЛ-130 с ГБО. Генератор водорода работал с двигателем, работающим на пропане. Испытания длились 6 месяцев, удалось достичь средней экономии топлива в 20 % и максимальной в 25 %.
Испытания данной технологии еще не завершены, но уже с уверенностью можно сказать, что экономия топлива составляет 10–20 %, в зависимости от типа двигателя. Независимо от типа двигателя количество вредных выбросов сокращается в более чем 2 раза.
Сейчас более остро стоят проблемы экологии, чем экономичности. Правительство все чаще обсуждает законопроекты о запрете неэкологичного транспорта. Данные разработки не только помогут сократить расходы, но и сократить негативное воздействие на окружающую среду. Несомненно, такие меры приведу к повышению экологической безопасности в нашем регионе, и как следствие качества жизни.
Ориентировочная стоимость системы подачи водорода в двигатель внутреннего сгорания, составляет 110000 рублей. Исходя из этого можем произвести несложный подсчет целесообразности и сроков окупаемости в таблице 2.
Таблица 2
Подсчет целесообразности и сроков окупаемости.
|
Вид транспорта |
Пробег а/м |
Средний расход топлива |
Количество топлива |
Затраты на топливо |
Экономия топлива |
Срок окупаемости |
|
Легковой а/м |
20000 км/год |
12 л/100км |
2400 литров/год |
110000 рублей/год |
20 % |
5 лет |
|
Грузовой а/м |
120000 км/год |
50 л/100км |
60000 литров/год |
2820000 рублей/год |
10 % |
5 месяцев |
Подводя итог, хочу отметить, что такая система на данный момент целесообразна исключительно для коммерческого транспорта с большим годовым пробегом.
Необходимы колоссальные инвестиции в организацию переоборудования коммерческого транспорта в регионе, для того чтобы снизить нагрузку вредных выбросов на окружающую среду, повысить экономическую эффективность транспорта, как следствие повышения уровня удовлетворенности населения качеством жизни.
Литература:
- Водородные топливные элементы / Дионисиос В.// ПостНаука-2015. № 16 (11).-С. 32–36.
- Водородный двигатель / Видов О. // Авто-Питер-2016. № 130 С. 17–22.
- Электронный ресурс «Betterfuel»: https://www.hho-1.com/hydrogen-hho-facts/?lang=ru/#hho-explained –дата обращения 27.03.2010
- Электронный ресурс «Betterfuel»: https://www.hho-1.com/hydrogen-hho-setup-operation/?lang=ru/#benefits –дата обращения 28.03.2010
