Исследование влияния температуры всасываемого воздуха на

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 11649 (2023) Цитировать эту статью

391 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

В последнее время аммиак (NH3), который имеет более высокую энергетическую плотность, чем водород, привлек внимание в целях достижения нулевых выбросов углерода в транспортном секторе. Однако в обычном двигателе внутреннего сгорания (ДВС) механизм сгорания NH3 все еще находится на стадии изучения. В этой статье, чтобы еще больше расширить знания об использовании NH3 в двигателях внутреннего сгорания, авторы провели эксперименты по совместному сгоранию NH3 и бензина в модифицированном, безнаддувном, искровом двигателе с подкамерой со степенью сжатия 17,7:1. Подкамера была выбрана для увеличения скорости сгорания NH3. Кроме того, подкамера была оборудована свечами накаливания и зажигания для преодоления высокой температуры самовоспламенения NH3. Работа двигателя и выбросы NOX были изучены при трех различных температурах всасываемого воздуха. В ходе экспериментов содержание NH3 постепенно увеличивалось при работе двигателя на обедненной смеси. Хотя по сравнению с нашей предыдущей работой было достигнуто более высокое содержание NH3, повышение температуры всасываемого воздуха привело к снижению эффективности зарядки. Кроме того, после 120 ч работы на поршневых кольцах была обнаружена коррозия, негативно влияющая на работу двигателя. Кроме того, продолжительность совместного сгорания NH3/бензина резко сократилась под влиянием подкамеры, где самая длинная продолжительность сгорания в данных условиях составила 17°CA.

В связи с недавними новостями об изменении Европейским Союзом своего первоначального плана по поэтапному отказу от двигателей внутреннего сгорания (ДВС), нетрадиционные виды топлива (такие как аммиак (NH3), водород (H2), синтетическое топливо (электронное топливо) и т. д.) набирает популярность в исследованиях ICE. Теперь в Европе можно будет продавать новые автомобили с ДВС, используя углеродно-нейтральное топливо1. Исходя из этого, NH3 является сильным кандидатом на дальнейшее расширение его использования в различных отраслях. Его можно использовать для хранения энергии из-за высокого содержания водорода, а также в транспортном секторе в качестве топлива для производства электроэнергии2,3. Как видно из его структуры, NH3 не содержит атомов углерода, поэтому не имеет выбросов CO2, поэтому считается безуглеродным топливом. Некоторые важные моменты, на которые необходимо обратить внимание, — это токсичность и выбросы NOX при повышенных температурах из-за наличия атома азота (N). Однако традиционная система селективного каталитического восстановления (SCR) способна существенно снизить выбросы NOX, если температура на входе в систему SCR поддерживается на уровне 200°C4.

В таблице 1 показаны избранные различные свойства NH3 и их сравнение с водородом и бензином. По сравнению с водородом, NH3 имеет более высокую объемную плотность энергии, однако по сравнению с бензином его объемная плотность энергии все же примерно на 30% меньше. Кроме того, проводятся многочисленные исследования по использованию H2 и NH3 в ДВС. Ким и др. использовали метод прямого впрыска H2 с различными режимами смесеобразования5. Кроме того, поскольку NH3 имеет более низкую скорость распространения пламени, более распространенным подходом было его использование в судовых двигателях с более низкими оборотами6. Чтобы использовать NH3 в легковых автомобилях, где необходимы более высокие обороты двигателя, необходимо учитывать его свойства. Как показано в таблице 1, NH3 имеет высокое октановое число и высокую скрытую теплоту парообразования, что позволяет использовать его в двигателях с высокой степенью сжатия (CR). В соответствии с этими знаниями Pochet et al. провели исследования двухтопливного сгорания аммиака и водорода в двигателе с CR 15:17, 16:18, 22:19 в режиме воспламенения от сжатия гомогенного заряда (HCCI). Люлье и др. провел эксперименты с использованием смесей NH3 и водорода в двигателе с искровым зажиганием (SI) с CR 10,510. Они также показали, что фазировка горения коррелирует с ламинарной скоростью горения (LBV) смеси в условиях времени SI. В более недавнем исследовании Mounaim-Rousselle et al. провел эксперименты с одноцилиндровым ДВС с искровым воспламенением от сжатия (CI) с CR от 14 до 17, работающим на чистом NH311. Им удалось добиться стабильного сгорания при низких нагрузках и различных оборотах двигателя, доказав, что высокий CR и метод искрового зажигания хорошо работают для NH3 в качестве топлива.