Development prospects of the rotary combustion engine as a car power unit

Bohdan Zubenko; Oleksiy Vasyliev; Ivan Rohozin; Maksym Skoryk

doi:10.26906/znp.2022.59.3098

Перспективи розвитку роторного двигуна як рушія автомобіля

Автор(и)

Bohdan Zubenko Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка» https://orcid.org/0009-0002-1541-2369
Oleksiy Vasyliev Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка» https://orcid.org/0000-0002-9914-5482
Ivan Rohozin Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка» https://orcid.org/0000-0002-9052-4806
Maksym Skoryk Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка» https://orcid.org/0000-0001-9001-4913

DOI:

https://doi.org/10.26906/znp.2022.59.3098

Ключові слова:

згорання, викиди, система живлення двигуна, водень, роторний двигун

Анотація

У статті коротко описані основні переваги та недоліки роторного ДВЗ як рушія автомобіля та розглянуто варіант поліпшення характеристик двигуна за рахунок використання водню як палива. Аналізуючи багаторічні дослідження щодо застосування водневого палива для живлення роторного двигуна, встановлено можливість безаварійної роботи даних водневих ДВЗ за рахунок особливостей їх конструкції. Також з’ясовано, що заміна робочого палива фактично нівелює недоліки пов’язані з поганим згоранням бензино-повітряної суміші та викидами її недогорілих частин у атмосферу. Наведено опис основних характеристик водню (межі займистості, швидкість поширення полум'я, температура самозаймання та ін.) та його переваги в порівнянні з бензиновим паливом при застосуванні в роторному ДВЗ. Встановлено, що водневі роторні двигуни мають низький рівень викидів у порівнянні з бензиновими версіями, також для них доцільно застосувати системи рециркуляції вихлопних газів (EGR) для додаткового зниження рівня шкідливих речовин та одночасно з тим збільшення теплової ефективності. Запропоновано схему можливої інтеграції водневої системи живлення в конструкцію роторного ДВЗ, що складається з форсунок безпосереднього впорскування та форсунок зовнішнього впорскування, та коротко описано її роботу. Розглянуто вирішення проблеми слабкого крутного моменту роторного двигуна в діапазоні низьких обертів. Наведено дані 2022 року стосовно виробництва та застосування в автомобільному транспорті водневих роторних двигунів. Досліджено шляхом моделювання роботу верхівкового ущільнення між ротором і поверхнею корпусу двигуна з метою визначення обсягів витоків робочих газів та доведено, що вони не будуть чинити критичний вплив на ефективність двигуна. Обґрунтовано, що обладнані для роботи на водневому паливі роторні двигуни в майбутньому, потенційно, можуть використовуватися як рушії транспортних засобів, проте на сьогоднішній день дана силова установка не досягла свого найкращого рівня розвитку, її конструкція все ще потребує подальшого технологічного вдосконалення.

Посилання

Stutzenberger H., Boestfleisch V., Pischinger F. (1983). The suitability of rotary engines for hydrogen operation. Mtz mot zeitschrift, 44, 1-25

Morimoto K., Teramoto T., Takamori Y. (1992). Combustion Characteristics in Hydrogen Fueled Rotary Engine. SAE Technical Paper, 920302, 1-9 DOI: https://doi.org/10.4271/920302

Jaber N., Mukai M., Kagawa R., Nakakura H., Moriue O., Murase E. (2012). Amelioration of Combustion of Hydrogen Rotary Engine. International Journal of Aιιtomotive Engineering, 3, 81-88 DOI: https://doi.org/10.20485/jsaeijae.3.3_81

Meng H., Ji C.;Wang D., Xin G., Chang K., Yang J., Wang S. (2022). Research on the load control of hydrogen-fueled Wankel rotary engine. Int. J. Hydrogen Energy, 47, 16665–16675

doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.03.118 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.03.118

Gao J., Tian G., Ma C., Balasubramanian D., Xing S., Jenner P. (2020). Numerical investigations of combustion and emissions characteristics of a novel small scale opposed rotary piston engine fuelled with hydrogen at wide open throttle and stoichiometric conditions. Energy Convers. Manag, 221, 113-178

doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113178 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113178

Mazda stops RX-8 production. Autoblog.com: веб-сайт. URL: https://www.autoblog.com/2011/08/22/mazda-stops-rx-8-production/ (дата звернення: 22.04.2023)

Meng H., Ji C., Yang J., Wang S., Chang K., Xin G. (2021). Experimental study of the effects of excess air ratio on combustion and emission characteristics of the hydrogen-fueled rotary engine. Int. J. Hydrogen Energy, 46, 32261–32272

doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.06.208 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.06.208

Negurescu N., Pana C., Cernat A. (2012). Aspects of using hydrogen in SI engine. U.P.B. Sci. Bull. Series D, Vol. 74, Iss. 1. 1-10

Gong C., Si X., Liu F. (2021). Combustion and emissions behaviors of a stoichiometric GDI engine with simulated EGR (CO2) at low load and different spark timings. Fuel, 295, 120-614 DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120614

doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120614 DOI: https://doi.org/10.1016/S1464-2859(21)00206-6

Verhelst S., Maesschalck P., Rombaut N., Sierens R. (2009). Increasing the power output of hydrogen internal combustion engines by means of supercharging and exhaust gas recirculation. Int. J. Hydrogen Energy, 34, 4406–4412

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.03.037 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.03.037

Fontana G., Galloni E. (2010). Experimental analysis of a spark-ignition engine using exhaust gas recycle at WOT operation. Appl. Energy, 87, 2187–2193 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.11.022

doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.11.022 DOI: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2009/11/022

Yip H.L., Srna A., Yuen A.C.Y., Kook S. (2019) A Review of Hydrogen Direct Injection for Internal Combustion Engines: Towards Carbon-Free Combustion Appl. Sci. 2019, 9(22), 42-48 DOI: https://doi.org/10.3390/app9224842

Tokyo Motor Show: Mazda Premacy Hydrogen RE hybrid. Autoblog.com: веб-сайт. URL: https://www.autoblog.com/2007/10/24/tokyo-motor-show-mazda-premacy-hydrogen-re-hybrid/ (date of application: 22.04.2023)

Mazda Hydrogen Rotary Now Street Legal. newsroom.mazda.com: веб-сайт. URL: https://newsroom.mazda.com/en/publicity/release/2004/200410/1027e.html (date of application: 22.04.2023)

Mazda Delivers Two Rotary Hydrogen Vehicles to Hiroshima Government Authorities. newsroom.mazda.com: веб-сайт. URL:

https://newsroom.mazda.com/en/publicity/release/2006/200604/060421.html

Wankel supertec. wankelsupertec.de:

https://www.wankelsupertec.de/en/

Wankel Super Tec – Success Story: Die Energie der Zukunft soll emissionsfrei und nachhaltig sein. www.fundernation.eu:

https://www.fundernation.eu/blog/wankel-super-tec-success-story-die-energie-der-zukunft-soll-emissionsfrei-und-nachhaltig-sein/

Abdalla A.M., Hossain S., Nisfindy O.B., Azad A.T., Dawood M., Azad A.K. (2018). Hydrogen production, storage, transportation and key challenges with applications: A review. Energy Convers. Manag, 165, 602–627 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.03.088

Srinivasan C., Subramanian R. (2014). Hydrogen as a spark ignition engine fuel: technical review. Int J Mech Mechatron Eng; 14, 7-111

doi.org/10.2298/HEMIND0206256K DOI: https://doi.org/10.2298/HEMIND0206256K

Salvi B.L., Subramanian K.A. (2016). Experimental investigation on effects of compression ratio and exhaust gas recirculation on backfire, performance and emission characteristics in a hydrogen fueled spark ignition engine. Int J Hydrogen Energy; 41, 5842-5855 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.02.026

doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.02.026 DOI: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2016/02/026

Downloads

PDF (English)

Опубліковано

2022-12-17

Як цитувати

Zubenko, B., Vasyliev, O., Rohozin, I., & Skoryk, M. (2022). Перспективи розвитку роторного двигуна як рушія автомобіля. Збірник наукових праць Галузеве машинобудування будівництво, 2(59), 41–47. https://doi.org/10.26906/znp.2022.59.3098