„gaz browna – hho” jako dodatek do paliw...
TRANSCRIPT
* Dr inż.AndrzejSkrzyniowski, InstytutPojazdówSamochodowych iSilnikówSpalinowych,Wy-działMechaniczny,PolitechnikaKrakowska.
ANDRZEJSKRZYNIOWSKI*
„GAZBROWNA–HHO”JAKODODATEKDOPALIWZASILAJĄCYCHSILNIKISPALINOWE
„BROWNGAS–HHO”FORSUPPLYINGVEHICLE(ENGINE)
S t r e s z c z e n i e
Oszczędnośćenergiiipaliwawpojazdachsamochodowychtoodwiecznyproblemwłaścicie-lipojazdówsamochodowych.Wdobiewyczerpywania się zasobówpaliwa (kryzyspaliwo-wy),wzrostu cen, a takżeochrony środowiskaposzukuje się nowych źródeł energii, tanichijednocześnienieniszczącychśrodowiska.Jednązmożliwościwprzypadkupojazdówsamo-chodowychodniedawnajestwykorzystanietzw.gazuBrownadowspomaganiapracysilnikaspalinowego.Wprzedstawionymartykuleprzytoczonobadania,jakieprzeprowadzonowIn-stytuciePojazdówSamochodowychiSilnikówSpalinowychPKzwykorzystaniemhamownipodwoziowejiporównanomocorazmomentobrotowysilnikanapaliwiekonwencjonalnymorazwspomaganymgazemHHO.
Słowa kluczowe: gaz Browna – HHO, silniki wodorowe, silniki na wodę, oszczędność energii, ochrona środowiska, generator wodoru
A b s t r a c t
Savingenergyandfuelinautomobileisimmemorialproblemofautomobiles’owners.Inageofdepletionoffuelresources(fuelcrisis),increaseofpricesandenvironmentalprotectionitis lookedfornewenergysources,cheepandprotectingenvironment.Oneofpossibilities inautomobilesisBrown’sgasforfurtheranceinternal-combustionengine.Thisarticlepresentsresearching on chassis dynamometer and comparison power and torque of engine withconventionalfuelandwithHHOgas.
Keywords: Brown gas, HHO, 2HO, hydrogen engine, hydrogen generator, chassis dynamometer
282
Oznaczenia
H – entalpiawłaściwa[kJ/mol]P – moc[kM][kW]EngSpd – prędkośćobrotowasilnika(ilośćobrotównaminutę)[RPM]
1. Wstęp
Wysokiecenyropynaftowej1,acozatymidziewzrostcenwszystkichproduktówdo-stępnychnarynku,spowodowałynacałymświecieposzukiwaniaalternatywnychrozwiązań,którymimożnabyzastąpićdzisiejszepaliwapłynnedonapędunaszychsamochodów.
Jednymz takich jestmożliwośćzastosowaniadonapędupojazdów tzw.gazuBrowna(rys. 1) (HHO –mieszanina piorunująca,mieszanina tlenowodorowa; dawniej powietrzegrzmiące)[6].Niestetygaztenjestjeszczemałoznany,ajedyneinformacjenajegotematmożnaznaleźćwinternecielubpozyskaćodproducentówgeneratorówHHO(sprowadzanezUSA).
Rys.1.Pierwszypojazd–zsilnikiemzasilanym„wodą”[6]
Fig.1.Hydrogenbicykle[6]
HHO(gazBrowna)tomieszaninawodoruitlenuwstosunku2:1(objętościowo)lub1:8(wagowo),wytworzonapoprzezelektrolizęwody:
2H2O→2H2↑+O2↑
Mieszaninatakapowstajeprzezelektrolizęwody,produkującwodórnakatodzieitlennaanodzie.Gazytesąprzechwytywanewtymsamymczasiebezseparacji,apowstałamie-szaninatychgazówjestznanajakoHHO.Jesttobezbarwny,bezwonny,aconajważniejsze,nietrującygaz.GazBrownamatakiesameelementywodoruitlenuorazproporcjejakwodalubparawodna.Dlategoczęstomylonyjestzparąwodną.WilliamRhodesiprofesorYullBrownodkryli,żeHHOniejestparąwodną,azupełnieczymśinnym.Udowodnilioni,żewodawystępujewwięcejniż3postaciach,tj.stanstały(lód),ciekły(woda),gazowy(parawodna)iwpostacizwanejgazemBrowna(HHO).
1 Kryzyspaliwowy–1973.
283
Pierwsze„prymitywne”instalacjegazuBrownaaraczej„mgiełkiwodnej”wykorzysty-wanebyływlotnictwiepodczasIIwojnyświatowej.ZasadatworzeniagazuBrownapodobnabyładoPatentupanaprofesoraJanaGulaka.Parawodna(wprzypadkupatentupanaGulakaprzegrzanapara)dostarczanabyładokomoryspalania,gdzierozbijanazostawałanawodóritlen,anastępniespalanazpaliwem.BadanianadgazemBrownabyłyprowadzonewSta-nachZjednoczonych.ObecnieHHOmożnawytworzyćwtzw.generatorzeHHO(rys.2).
2. Zastosowanie gazu browna w instalacjach samochodowych
Systempolegazasadniczonaprzystosowaniupojazdu(systemuzasilaniapaliwowegosil-nika)doużyciawodyjakoźródłauzupełniającegolubnawet(teoretycznie)pierwszorzędnegopaliwa.Silnikjestzasilanymieszankąwodoruztlenemuzyskanychprzezelektrolizęwody.
Jedynym produktem ubocznym spalania wodoru z tlenemw silniku jest para wodnai dlatego emisje spalin są zwykle czystsze i wydzielają mniej zanieczyszczeń. Krótkomówiąc,HHOsystemzwiększatrwałośćsilnika,zwiększabezpieczeństwo,redukujeCO2 ,dajemożliwośćwyborutrybupracysilnika:benzynaczyzewspomaganiemHHO,aponadtodziękiprostejprodukcjigazuHHOiprostemumontażowibezingerencjiwpodzespołyjestniedrogiweksploatacji.
HHOsystemwprowadza„czyste”uzupełniającepaliwouzyskanezdarmowego inie-wyczerpanegozasobu–czyliWODY.Wodamaunikalnązaletęusuwaniazanieczyszczeńpodczasspalaniainawetredukujepozostałościwęgla(nagaru)wsilniku[2].
Rys.2.ZasadadziałaniageneratoragazuBrowna–HHO[1]
Fig.2.PrincipleofoperationBrown’gasgenerator[1]
Rys.3.KompletnysystemHHOwraz zgeneratoremEKO[1]
Fig.3.CompletelyBrown’gasgenerator withEKO[1]
284
Rys.4.PodłączeniegeneratoraHHOdoukładusamochodowego
Fig.4.ConnectionofAutomobilewithHHOgenerator
Rys.5.GeneratorHHOzamontowanywsamochodzie
Fig.5.AutomobilewithHHOgenerator
Wpływ układu zasilania gazem HHO na parametry silnika – redukcja CO2. Przebieg spalania gazu Browna
Głównymcelemstosowaniaalternatywnychpaliwjestochronaśrodowiska.Douzyska-niagazuBrownawystarczawodaiprąd.Wodajesttakżeproduktemspalania,któreprzed-stawiasięwnastępującysposób:
2 2 286 022 2 2H O H O( ) , kJmol H O( ) ( )
2g g c H+ → = −
( )∆
2 2 241 992 2 22
H O H O , kJmol H O( ) ( ) ( )g g g H+ → = −
( )∆
DziękizastosowaniuHHOzmniejszasięilośćCO2wśrodowisku–zmniejszasięefektcieplarniany.
Systemnietylkopomagawzmniejszeniuemisjiszkodliwychskładników,aletakżeusu-wanagar.Powodujetakżecichszą,stabilniejsząpracęsilnika.
285
3. Badania wstępne dotyczące zastosowania gazu browna w instalacjach samochodowych
BadaniaprzeprowadzononapojeździesamochodowymVWPassatB3.Samochód tenposiadasilnik2.02E8V(przebiegok.200000km).WyposażonyjestwinstalacjęgazowąIIgeneracji.BadaniazostałyprzeprowadzonenahamownipodwoziowejmodelAutodyn30amerykańskiejfirmySuperFlow.Jesttohamowniapodwoziowaprzeznaczonadotestowaniasamochodówwwarunkachstanowiskowych.
AutoDyn30jesturządzeniemskalowanym,któremożnadostosowaćdowarunkównie-zbędnychdoprzeprowadzanychbadań.Testyprzeprowadzonenahamownizastępujątestydrogowe,zwiększającprzytymwydajnośćidokładnośćpomiarową.
Podczastestówrealizowanopomiarmocyimomentusilnikawsposóbpośredni.Podsta-wowezastosowanietejhamowniobejmuje: – badaniestratmomentuobrotowegoimocywukładzieprzeniesienianapędu, – pomiarmomentuobrotowegoimocynakołachnapędowychpojazdu, – wyznaczenieskorygowanejmocyimomentuobrotowegosilnika, – diagnozowaniesilnikaijegoosprzętupodobciążeniem, – pomiarśredniegolubchwilowegozużyciapaliwa, – diagnostykaukładuprzeniesienianapędupodobciążeniem, – odczytdanychzOBD.Badanianahamownipodwoziowejzaczętoodkalibracjidokonanejna4biegu.Mato
naceluskalibrowanieobrotówsilnikazkomputeremhamowni.Następniezrealizowanotesttzw.strathamowniiukładunapędowego.Wykonanotentestprzezrozpędzeniepojazduna4 biegu domaksymalnej prędkości, następniewłączono bieg neutralny. Resztę dokonałyurządzeniapomiarowehamowni.Pokalibracjiiobliczeniustratdokonanopomiarówmocyimomentu.Pomiaryprzeprowadzonowpierwszejkolejnościnabenzynie,następnienaben-zyniezdodatkiemgazuHHOinakońcuzzastosowaniemsterownikaEFIE.Dodatekgazuwynosiłok.0,4–0,5l/min,sterownikEFIEustawionyzostałnaok.1/3.Testy,któredokony-wano,totestyinercyjne(bezwładnościowe)itestyobciążeniowe.Obciążeniewynosiło10%.
Testybezwładnościowesątoprostetestyprzyspieszenia,któreniewprowadzająobcią-żenianahamulecelektrowirowypodczasdokonywania testu.Testy te sąuruchamianenajednymbieguprzymaksymalnieotwartejprzepustnicy.Mocobliczanajestzewspółczyn-nikaprzyspieszeniamasybezwładnościsystemuhamowniorazzestratwłasnychsystemuhamowni.Nakoniectestuwłączanyzostajehamulecelektrowirowy.
Testyobciążeniowesątotestysymulacjiobciążeniadrogowego.Używająoneszacun-kowejmasypojazduiszacunkowejpowierzchniczołowejdosymulowaniaobciążeniadzia-łającegonapojazd,gdyrośniejegoprędkość.Mogązostaćwykorzystanepodczaskontrolidiagnostycznychpojazduwwarunkachobciążeniapodobnegodopanującychnadrodze.
4. Wyniki badań na hamowni
Badaniaprowadzonebyłynahamownipodwoziowej superflowAutoDyn30.Podczastestówrealizowanopomiarmocyimomentusilnikawsposóbpośredni,przyobciążeniu10%hamulcahamowniiinercyjniewróżnychkonfiguracjachzasilaniagazemBrowna.
286
Przytoczonewykresyprzedstawiająwynikibadań.Rys.6przedstawiastratymocywsil-nikuVW2.0związanezoporamiukładuprzeniesienianapędusamochoduihamownipod-woziowej.Rysunki7–13przedstawiająwynikitestówbezwładnościowychiobciążeniowychpojazduzasilanegobenzynąorazdodatkiemwpostacigazuHHOiwłączeniusterownikaEFIEprzyróżnychstężeniachwmieszaninie.
Rys.6.StratymocywsilnikuVW2.08V
Fig.6.Powerlossesofengine
Rys.7.Benzynatestbezwładnościowy(VWPassatB3111)
Fig.7.Fuelinertialtest(VWPassatB3111)
287
Rys.8.Benzynatestobciążeniowy(VWPassatB3112)
Fig.8.Fuelstresstest(VWPassatB3112)
Rys.9.HHOtestbezwładnościowy
Fig.9.HHOinertialtest
288
Rys.10.HHOtestinercyjny
Fig.10.HHOinertialtest
Rys.11.HHO(12%stężenieKOH)testbezwładnościowy
Fig.11.HHO(Higherconcentrationofelectrolyte)inertialtest
289
Rys.12.HHO(12%stężenieKOH)+EFIEtestbezwładnościowy
Fig.12.HHO(higherconcentrationofelectrolyte)+EFIEinertialtest
Rys.13.HHO(12%stężenieKOH)+EFIEtestobciążeniowy
Fig.13.HHO(higherconcentrationofelectrolyte)+EFIEstresstest
290Ta b e l a 1
Wyniki testów na hamowni podwoziowej
Rodzajpaliwa/test Maksymalnamoc[KM]
Maksymalnymomentobrotowy[Nm]
Benzyna/bezwładnościowy 101,2 157Benzyna/obciążenie10% 100,9 160
Benzyna+HHO/bezwładnościowy 99,6 153Benzyna+HHO/bezwładnościowy 100,1 160Benzyna+HHO/obciążenie10% 99,1 160
Benzyna+HHO+EFIE/bezwładnościowy 98,3 153Benzyna+HHO+EFIE/obciążenie10% 98,9 154
Jakwynikaz tabeli1wczterechostatnichpomiarachwgeneratorzebyłozwiększonestężenieKOHdo12%,cowpłynęłonawiększąprodukcjegazuBrowna,atymsamymbyćmożenazwiększenieudziałuobjętościowegowmieszaniniepaliwowejspalanejwsilnikutzw.gazuBrowna(HHO).
5. Wnioski
Pierwszewyniki testu zużycia paliwapozwalają przypuszczać żewykorzystanie gazuBrownawskazuje na pewne oszczędności paliwa, a przez to chroni środowisko poprzezograniczenieilościszkodliwychzwiązkówtworzącychsięwprocesiespalaniamieszaninybenzyny i powietrza.ZastosowaniegazuBrownazmniejsza tworzenie zwęglonegoosadu(nagaru)wsilnikuwydłużającjegożywotność.
Wdalszejkolejnościplanujesiękolejnebadaniamającenacelupotwierdzeniewnioskówwynikającychzpierwszychpodstawowychbadańirozszerzeniebadańdlainnychpojazdówsamochodowych(innychsilników).
L i t e r a t u r a
[1] Autonawodę(http://www.autonawode.eu–eBook.[2] Superflow(http://www.www.superflow.com).[3] Rzeczpospolita, Samochód na wodór zaprezentowano na Politechnice Lubelskiej
(http://www.rp.pl/artykul/55386,875802-Samochod-na-wodor-zaprezentowano-na-Politechnice-Lubelskiej.html)
[4] M i c h a ł e k B.,Wpływ układu zasilania gazem HHO na parametry silnika,pracady-plomowainżynierska.
[5] InstrukcjaobsługiimontażuHHO.[6] AlternativeEnergyNews(http://www.alternative-energy-news.info/hydrogen-fuel-cell-
-bikes).[7] Generator i palnik jubilerski – budowa, zasada działania, eksploatacja (http://autona-
wode.otwarte24.pl/6,DRY-CELL-HHO-Generator-i-palnik-jubilerski-budowa-zasada-dzialnia-eksploatacja).