Перспективы применения альтернативного топлива в автомобильных двигателях

УДК 629.113

Ф.С. Ахмадуллин сержант

Научный руководитель: Рыбникова  Е.В., к.т.н., доцент

Омский филиал Военный  академии тыла и транспорта

Перспективы применения альтернативного топлива в автомобильных двигателях

Автомобилестроение сегодня  – одна из наиболее науко и капиталоемких  отраслей машиностроения. Практически  вся продукция машиностроения используется в автомобилестроении.

Развитие максимальных скоростей, достижение высокого уровня комфорта, обеспечение автотранспорта передовыми достижениями информационных технологий, повышение экологичности автотранспорта - вот приоритеты современного автомобилестроения. Одним из путей экологизации автомобильного транспорта является перевод его на альтернативные виды топлива.

Основным источником загрязнения  атмосферы в России являются транспортные средства с двигателями внутреннего  сгорания. Согласно данным Минздрава  РФ на долю автотранспорта в ряде регионов России приходится 70-87% от общего объёма выбросов загрязняющих веществ в  атмосферу. Федеральная целевая программа «Модернизация транспортной системы России» с подпрограммой «Автотранспортная экология России», предусматривает ужесточение экологических норм при производстве и эксплуатации автомобильного транспорта в России. Для военной автомобильной техники вопрос экологичности стоит пока не на первом месте, но рано или поздно он будет решаться, и важность его будет возрастать с каждым годом. Бесспорно, что для решения проблемы автотранспортной экологии необходимы новые технологии и разработки, направленные на повышение уровня технического состояния автомобилей.

Об исчерпаемости запасов  нефти и необходимости перехода на другие виды топлива ученые задумывались уже давно, но нефтяное изобилие в прошлом действовало расслабляющим образом. К альтернативным топливам обращались только в крайнем случае, главным образом, те страны, которые были обделены нефтяными ресурсами.

Водород - один из наиболее распространённых элементов на Земле. В земной коре из каждых 100 атомов 17 - атомы водорода. Универсальность водорода заключается в том, что он может заменить любой вид горючего в самых разных областях энергетики, транспорта, промышленности, в быту. Он заменяет бензин в автомобильных двигателях, керосин в реактивных авиационных двигателях, ацетилен в процессах сварки и резки металлов, природный газ для бытовых и иных целей, метан в топливных элементах. Известно, что впервые еще в 1941 году техник-лейтенант войск противовоздушной обороны (ПВО) защищавших Ленинград во время Великой Отечественной войны Борис Шелищ предложил использовать «отработанный» водород из заградительных аэростатов войск ПВО в качестве топлива для двигателей автомобилей ГАЗ-АА. Далее творческим коллективом работников МАМИ в 1979 году под руководством Шатрова Е.В. был разработан и испытан опытный образец микроавтобуса РАФ, работающий на водороде и бензине. В начале восьмидесятых годов начало зарождаться новое направление в применении водорода в качестве топлива для автомобилей. Это направление связано с созданием автомобилей работающих на топливных элементах.

В 1982 году Совет Московского автомеханического института (МАМИ) рассмотрел диссертацию Раменского А.Ю. (науч. рук. Шатров Е.В.) на соискание ученой степени кандидата технических наук по теме «Исследование рабочих процессов автомобильного двигателя на бензино-водородных топливных композициях». В России это по-видимому первая диссертация, в которой подробно изучались вопросы теории рабочих процессов ДВС, работающего на водороде. В конце 1980х-начале 90х проходил испытания авиационный реактивный двигатель на жидком водороде, установленный на самолёте ТУ-154. В 2003 год у создана Национальная ассоциация водородной энергетики, а в следующем году президентом ассоциации избран П. Б. Шелищ сын легендарного «Водородного лейтенанта».

По прошествии нескольких десятилетий водородные исследования, обрели второе дыхание – они оказались  созвучны современным «экологическим» настроениям. Действительно: сжигаем водород – получаем воду – вполне нейтральный и безвредный продукт.

В настоящее время большинство  развитых и развивающихся стран, в том числе и Россия, заинтересованы в развитии водородных энергетических технологий. Для этого требуется  объединение усилий государственного и частного секторов экономики, вовлечение бизнеса уже на стадии становления новой стратегической отрасли. Например, в ноябре 2005 г. исследовательское подразделение Honda R&D America совместно с компанией Plug Power (США) представили Домашнюю Энергетическую Станцию третьего поколения (Home Energy Station III). Её топливные элементы генерируют 5 кВт электроэнергии для бытовых нужд и тепло для обогрева дома. Home Energy Station III будет продаваться вместе с водородными автомобилями Honda FCX в Калифорнии с 2008 г. HES III может устанавливаться внутри гаража, или на улице. Автомобиль Honda FCX — первый в мире автомобиль на топливных элементах, который прошел государственную сертификацию в США.

В данный момент наиболее доступным  и дешёвым процессом является паровая конверсия. Согласно прогнозам, она будет использоваться в начальной  стадии перехода к водородной экономике. Наиболее старый способ получения водорода - электролиз воды, при котором, пропуская постоянный ток, на катоде накапливают водород, а на аноде - кислород. По отношению к бензину водород имеет в 3 раза большую теплотворную способность, в 13-14 раз меньшую энергию воспламенения, и, что существенно для ДВС, более широкие пределы воспламенения топливно-воздушной смеси. Такие свойства водорода делают его чрезвычайно эффективным для применения в ДВС, даже в качестве добавки. Падение мощности ДВС по сравнению с бензиновым аналогом, детонация на режимах высоких нагрузок - это недостатки водорода как топлива. Эта особенность водородного топлива требует изменений конструкции ДВС. Для существующих двигателей необходимо применять водород в композиции с углеводородными топливами, например с бензином или природным газом. Такой способ известен - способ работы силовой установки с двигателем внутреннего сгорания, работающим на водороде или на его смеси с углеводородным топливом, т.е. способ Колбенева.

В настоящее время особый интерес представляет топливный элемент. Топливный элемент — это электрохимическое устройство преобразования энергии, которое за счет химической реакции преобразовывает водород и кислород в электричество. В результате этого процесса образуется вода и выделяется большое количество тепла. Топливный элемент очень похож на аккумулятор, который можно зарядить и затем использовать накопленную электрическую энергию. Электричество, произведенное топливными элементами, может использоваться в электрической трансмиссии автомобиля.

На протяжении последних  лет большинство из ведущих мировых  производителей автомобилей инвестируют  большие средства в разработку конструкций  автомобилей, использующих топливные  элементы.

Переход транспорта, промышленности, быта на сжигание водорода - это путь к радикальному решению проблемы охраны воздушного бассейна от загрязнения  оксидами углерода, азота, серы, углеводородами. Водород легко транспортируется по трубам и распределяется по мелким потребителям, его можно получать и хранить в любых количествах. Водородные двигатели решают сразу две важнейшие задачи, во-первых, они делают автомобили и их выхлопы безвредными для окружающей среды, а во-вторых, они снижают зависимость транспортной системы, являющейся ключевой для современного мира, от нефти и ее производных.

Очевидно, что практическое внедрение альтернативных видов  энергоносителей будет проходить  поэтапно. Первым этапом в освоении водорода, может стать практическое использование его на существующих автотранспортных средствах в качестве добавки к бензину и природному газу. Такое использование водорода, уже сегодня может дать не только экономический эффект, но и решить экологические проблемы, особенно в  крупных мегаполисах.

Список использованной литературы:

1. Бондарович, А.Н. Сравнение характеристик отечественных и зарубежных автомобилей / Автомобильный транспорт.-2004. (статья из журнала).
2. История автомобильного транспорта. Режим доступа: www.auto-book.net
3. Непомнящий, А.Л. История автомобилей. Режим доступа :http:/automan.ru
4. Гусев, А.Л., Дедюченко, Ю.П. Применение водорода в автомобильных двигателях внутреннего сгорания в блокадном Ленинграде. Сборник тезисов докладов 2 Международного Симпозиума «Безопасность и экономика водородного транспорта» г. Саров, 2003 г., с.11-13
5. Шотт, А.В. Курс лекций по истории автомобильного транспорта /А.В. Шотт, И.С. Петров. – Минск: Асар, 2004 – 525 с.
6. Экология и жизнь -2005- №5- с.62-63 (статья из журнала)
7. Электронный ресурс - www.google.by
8. Электронный ресурс - www.library.by