Виявлення впливу плазмохімічної обробки пропан-бутанового палива на екологічні характеристики двигуна внутрішнього згоряння
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259477Ключові слова:
газова суміш, голчасті електроди, пропан-бутан, плазмохімічна обробка, відпрацьовані гази, екологічні показникиАнотація
Однією з ключових проблем сучасного двигунобудування є поліпшення екологічних показників при забезпеченні конкурентоспроможної ціни виробляємих двигунів. Це досягається використанням надсучасних систем керування, коштовною паливною апаратурою та складними системами нейтралізації відпрацьованих газів. Пошук шляхів поліпшення екологічних показників транспортних двигунів без суттєвого ускладнення їх конструкції – є пріоритетним напрямом сучасних досліджень.
Плазмохімічна обробка газу дозволяє в 1,5–4 рази знизити рівень шкідливих речовин у відпрацьованих газах відносно роботи на пропан-бутані без обробки. Розглянуто можливість застосування способу динамічної стабілізації плазми і проведення електричного розряду без контакту з металевими електродами для здійснення ендотермічних реакцій, на реалізацію яких необхідні витрати енергії від зовнішнього джерела. У процесі тестових експериментів було отримано вольт-амперні характеристики системи з голчастими електродами, відстань між якими становила 2–5 мм при різних тисках подачі пропан-бутанової газової суміші (75 % пропан і 25 % бутан). На виході з плазмохімічного реактора отримується водневовмісна газова суміш, яка в подальшому, через штатну газову паливну систему двигуна подається в камеру згоряння. В подальшому, при згорянні такої газової суміші у камері згоряння водень виступає у якості каталізатора хімічних реакцій, що дозволяє зменшити товщину фронту гасіння полум’я, підвищити швидкість та повноту згоряння газової суміші. За результатами порівняльних моторних досліджень встановлено, що плазмохімічна обробка пропан-бутану майже не впливає на ефективний ККД двигуна та питому витрату палива. Також слід зазначити, що використання плазмохімічних реакторів на борту транспортного засобу дозволяє їх інтегрувати у штатні газові паливні системи двигуна з мінімальними змінами їх конструкції, що майже не впливає на масогабаритні показники та умови обслуговування газової паливної системи
Посилання
- Langshaw, L., Ainalis, D., Acha, S., Shah, N., Stettler, M. E. J. (2020). Environmental and economic analysis of liquefied natural gas (LNG) for heavy goods vehicles in the UK: A Well-to-Wheel and total cost of ownership evaluation. Energy Policy, 137, 111161. doi: https://doi.org/10.1016/j.enpol.2019.111161
- Solovey, V., Vnukova, N., Grytsenko, A., Kanilo, P. (2014). Influence of energy-environmental factors on the competitiveness of hydrogen as a motor fuel (in transport energy installations). Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (8 (71)), 41–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.27657
- Faris, A. S., Al-Naseri, S. K., Jamal, N., Isse, R., Abed, M., Fouad, Z. et. al. (2012). Effects of Magnetic Field on Fuel Consumption and Exhaust Emissions in Two-Stroke Engine. Energy Procedia, 18, 327–338. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.05.044
- Wolf, A. J., Righart, T. W. H., Peeters, F. J. J., Groen, P. W. C., van de Sanden, M. C. M., Bongers, W. A. (2019). Characterization of CO2 microwave plasma based on the phenomenon of skin-depth-limited contraction. Plasma Sources Science and Technology, 28 (11), 115022. doi: https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab4e61
- Bromberg, L., Rabinovich, A., Alexeev, N., Cohn, D. (1999). Plasma Reforming of Diesel Fuel. Proceedings of the 1999 U.S DOE Hydrogen Program Review NREL/CP-570-26938. Available at: https://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/26938n.pdf
- Bromberg, L. Cohn, D., Hadidi, K., Heywood, J., Rabinovich, A. (2005). Plasmatron Fuel Reformer Development and Internal Combustion Engine Vehicle Applications. MIT Plasma Science and Fusion Center. Available at: http://hdl.handle.net/1721.1/94127
- Kohse-Höinghaus, K. (2021). Combustion in the future: The importance of chemistry. Proceedings of the Combustion Institute, 38 (1), 1–56. doi: https://doi.org/10.1016/j.proci.2020.06.375
- Yao, S., Nakayama, A., Suzuki, E. (2001). Methane conversion using a high-frequency pulsed plasma: Discharge features. AIChE Journal, 47 (2), 419–426. doi: https://doi.org/10.1002/aic.690470218
- Vialetto, L., van de Steeg, A. W., Viegas, P., Longo, S., van Rooij, G. J., van de Sanden, M. C. M. et. al. (2022). Charged particle kinetics and gas heating in CO2 microwave plasma contraction: comparisons of simulations and experiments. Plasma Sources Science and Technology, 31 (5), 055005. doi: https://doi.org/10.1088/1361-6595/ac56c5
- Gritsuk, I. V., Pohorletskyi, D. S., Adrov, D. S., Bilai, А. V. (2021). Peculiarities of determination of fuel consumption and emissions of harmful substances of engines of vehicles operating on gas fuel. Internal Combustion Engines, 1, 25–35. doi: https://doi.org/10.20998/0419-8719.2021.1.04
- Rusanov, A., Solovei, V., Zipunnikov, M., Shevchenko, A. (2018). Thermogasdynamics of physical and energy processes in alternative technologies. Kharkiv: PC TECHNOLOGY CENTER, 336. doi: https://doi.org/10.15587/978-617-7319-18-3
- Bruggeman, P. J., Kushner, M. J., Locke, B. R., Gardeniers, J. G. E., Graham, W. G., Graves, D. B. et. al. (2016). Plasma–liquid interactions: a review and roadmap. Plasma Sources Science and Technology, 25 (5), 053002. doi: https://doi.org/10.1088/0963-0252/25/5/053002
- National Research Council (2011). Assessment of Fuel Economy Technologies for Light-Duty Vehicles. The National Academies Press. doi: https://doi.org/10.17226/12924
- Van Rooij, G. J., van den Bekerom, D. C. M., den Harder, N., Minea, T., Berden, G., Bongers, W. A. et. al. (2015). Taming microwave plasma to beat thermodynamics in CO2 dissociation. Faraday Discussions, 183, 233–248. doi: https://doi.org/10.1039/c5fd00045a
- Kosarev, I. N., Kindysheva, S. V., Momot, R. M., Plastinin, E. A., Aleksandrov, N. L., Starikovskiy, A. Y. (2016). Comparative study of nonequilibrium plasma generation and plasma-assisted ignition for C2-hydrocarbons. Combustion and Flame, 165, 259–271. doi: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2015.12.011
- Holota, V. I., Karas, V. I., Pashchenko, I. O., Taran, H. V., Shylo, S. N., Kochetov, I. V. et. al. (1998). Doslidzhennia heneratsiyi ozonu v obiemnomu peremishchenomu rozriadi pry atmosfernomu tysku. Pytannia atomnoi nauky ta tekhniky. Ser. Plazmova elektronika ta novi metody pryskorennia, 1, 60–64.
- Frank-Kamenetskiy, D. A. (1968). Lektsii po fizike plazmy. Moscow: Atomizdat, 289.
- Golota, V. I., Zavada, L. M., Kadolin, B. B., Karas', V. I., Paschenko, I. A., Pugach, S. G., Yakovlev, A. V. (2003). Issledovanie nestatsionarnykh mod v igla-ploskost' gazovom razryade pri atmosfernom davlenii v razlichnykh N2-O2 smesyakh. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki, 4, 258–262. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111171
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Andrii Avramenko, Nataliia Vnukova, Oleksandr Kozlovskyi, Mykola Zipunnikov, Nina Hradovych, Eleonora Darmofal, Katarina Khaneichuk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
