СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ ГАЗ-3102 ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ВОДОРОДА
Морозов В.А. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
Научный руководитель работы - д.т.н., профессор Рогалев В.В.
Perfection of the engine of the car gas-3102 by use as fuel hydrogen
В последние десятилетия стало очевидным, что дальнейшее интенсивное развитие современной энергетики и транспорта, стремительное сокращение запасов ископаемого топлива приведет человечество к масштабному экологическому кризису. В связи с этим многие ученые и практики все больше высказываются в пользу альтернативных и нетрадиционных источников энергии. В частности, они обращаются к водороду, запасы которого в водах Мирового океана неисчерпаемы.
В свободном состоянии и при нормальных условиях водород - бесцветный газ, без запаха и вкуса. Поскольку он химически чрезвычайно активен, редко присутствует как несвязанный элемент.
Суммарная масса водорода составляет 1% общей массы Земли, а число атомов - 16%. Особенно важен здесь тот фактор, что при сгорании водород превращается в воду и полностью возвращается в круговорот природы. Весовая теплотворная способность водорода (28630 ккал/кг) в 2.8 раза выше по сравнению с бензином. При использовании водорода как топлива исключается возможность усиления парникового эффекта, не выделяются вредные вещества (автомобильный двигатель выбрасывает 45 токсичных веществ, в том числе и канцерогены).
Отметим и отрицательные качества водорода. Это низкие плотность и объемная теплотворная способность, более широкие пределы взрываемости и более высокая температура воспламенения по сравнению с углеводородами.
Таким образом, работая над дипломным проектом на тему: «Совершенствование двигателя автомобиля ГАЗ – 3102 путем использования в качестве топлива водорода», пришли к выводу, что карбюраторные двигатели, имеющие систему зажигания, могут быть легко переделаны для работы на водороде. Но для исключения в двигателе пожарной опасности водородно-воздушную смесь необходимо приготовлять непосредственно в цилиндре. В качестве такого устройства на двигателе ЗМЗ-402 может быть использован уже имеющийся впускной клапан форкамеры. Соответственно для перевода данного типа двигателя на водород не потребуется никаких конструктивных изменений.
Также в дипломном проекте была решена и главная проблема водородного двигателя – как хранить водород в автомобиле? Для хранения водородного топлива на ГАЗ – 3102 был выбран криогенный бак, который состоит из внутреннего сосуда, наружной дюралевой оболочки, полости в которой поддерживается высокий вакуум и подвешивается внутренний сосуд на теплоизолирующем устройстве. Вместе с тем водородные криогенные баки снабжаются предохранительными клапанами, устройствами для зарядки водородом и очистки их от скапливающихся примесей. Для контроля за давлением и запасом водорода баки снабжаются датчиками, а для регулирования интенсивности расхода топлива – подогревателями. В проекте присутствует схема криогенного бака, схема питания двигателя сжиженным водородом и конструкция разработанного низкотемпературного насоса.
В свою очередь были выполнены и расчеты прочности основных деталей двигателя, подтверждающие их работоспособность при значительном увеличении мощности и давления на кривошипно-шатунный механизм.
Был проработан вопрос технического обслуживания модернизированного водородного двигателя ЗМЗ-402. Например, промывку системы смазки двигателя и замену масла необходимо делать гораздо реже, чем у бензинового двигателя.
Подытоживая, хотелось бы сказать, что несмотря на возросшие себестоимость, оптовую цену и удельные затраты на топливо модернизированного двигателя, значительно снизились затраты на эксплуатацию. А при снижении стоимости получения водорода как топлива, совершенствовании технологий, формировании инфраструктуры водородных автотранспортных комплексов, накапливании опыта технического обслуживания таких автомобилей откроется новая эра использования водорода в качестве основного топлива для двигателей внутреннего сгорания.