DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).1.383-391
Оцінка впливу водневих добавок на довговічність та надійність двигунів внутрішнього згоряння
Про авторів
Шалапко Денис Олегович , доцент, кандидат технічних наук, доцент кафедри суднового машинобудування та енергетики, Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування, м. Херсон, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4311- 3908, e-mail: shalapko.denys@gmail.com
Тарандушка Ян Іванович , здобувач вищої освіти на першому (бакалаврському) рівні за спеціальністю «Автомобільний транспорт», Черкаський державний технологічний університет, м. Черкаси, Україна; студент Жилінського університету, м. Жиліна, Словаччина, ORCID: https://orcid.org/0009-0004-6103-800X, e-mail: yan453620@gmail.com.
Анотація
У статті досліджено вплив водневих добавок на експлуатаційні характеристики, довговічність та надійність двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ). Проведено літературний огляд сучасних досліджень щодо ефективності згоряння, викидів шкідливих речовин та продуктивності двигунів при використанні водню як добавки до традиційних палив. Подано результати експериментальних досліджень з аналізом змін температурних режимів, зносу деталей, впливу водневої крихкості та підвищеного вмісту вологи на мастильні матеріали. Обґрунтовано технічні виклики та перспективи широкого впровадження водневих технологій у транспорті. Зроблено висновки щодо необхідності розробки нових матеріалів, систем охолодження та мастил для забезпечення тривалого ресурсу роботи ДВЗ з водневими добавками.
Ключові слова
водень, двигун внутрішнього згоряння, воднева крихкість, знос, довговічність, надійність, викиди, ефективність згоряння
Повний текст:
PDF
Посилання
1. Bari, S., & Esmaeil, M. M. (2010). Effect of H₂/O₂ addition in increasing the thermal efficiency of a diesel engine. Fuel, 89(2), 378–383. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.07.018
2. Bose, P. K., & Maji, D. (2009). An experimental investigation on engine performance and emissions of a single cylinder diesel engine using hydrogen as inducted fuel. International Journal of Hydrogen Energy, 34(11), 4847–4854. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.03.017
3. El-Kassaby, M. M., Eldrainy, Y. A., Khidr, M. E., & Khidr, K. I. (2016). Hydroxy (HHO) gas addition affects gasoline engine performance and emissions. Alexandria Engineering Journal, 55(1), 243–251. https://doi.org/10.1016/j.aej.2015.02.019
4. Gong, C., Li, Z., Yi, L., & Liu, F. (2023). Environmental and enviro-economic effect analysis of hydrogen- methanol-gasoline addition into an SI engine. Fuel, 345, 128237. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.128237
5. Green Car Congress. (2005, November 9). Hydrogen-enhanced combustion engine could improve gasoline fuel economy by 20% to 30%. Retrieved June 10, 2025, from www.greencarcongress.com/2005/11/hydrogenenhance.html
6. Li, Y., Wang, S., & Duan, X. (2021). Effects of hydrogen addition on the durability of internal combustion engine components. Journal of Cleaner Production, 312, 127845. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127845
7. San Marchi, C., & Somerday, B. P. (2012). Technical reference for hydrogen compatibility of materials. Sandia National Laboratories. https://doi.org/10.2172/1048362
8. Saravanan, N., & Nagarajan, G. (2008). An experimental investigation of hydrogen-enriched air induction in a diesel engine system. International Journal of Hydrogen Energy, 33(6), 1769–1775. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.11.027
9. Verhelst, S., Wallner, T., & Eichlseder, H. (2019). Hydrogen-fueled internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science, 35(6), 490–527. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2019.100713
10. Wang, S., Ji, C., & Zhang, B. (2023). Effect of hydrogen addition on the performance of a spark ignition engine fueled with methanol-gasoline blends. Energy, 262, 125456. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125456
11. White, C. M., Steeper, R. R., & Lutz, A. E. (2006). The hydrogen-fueled internal combustion engine: A technical review. International Journal of Hydrogen Energy, 31(10), 1292–1305. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2005.12.001
12. Shalapko, D. (2023). Optical-graphic studies of hydrogen additives’ effects on diesel fuel atomization parameters. Transport Problems, 18(4), 135–146. https://doi.org/10.20858/tp.2023.18.4.11
13. Kukharenko, O., Shalapko, D., & Tarandushka, L. (2024). Hydrogen internal combustion engines in transport: Enhancing efficiency and overcoming infrastructure challenges. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 9(40), 164–174. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).2.164-174
14. Shalapko, D., Pyrysunko, M., Radchenko, R., & Kornienko, V. (2024). Analysis of cooling air at the inlet of marine engine with exhaust gas recirculation by ejector and absorption refrigeration. In Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII (pp. 314–323). Springer Nature Switzerland. https://doi.org/10.1007/978-3-031-63720-9_27
15. Shalapko, D. (2024). Advanced fuel system with gaseous hydrogen additives. Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences, 72(2), 148837. https://doi.org/10.24425/bpasts.2024.148837
16. Shalapko, D. O. (2021). Investigation of the influence of the use of small hydrogen impurities to the main fuel on injection spraying. Collection of Scientific Publications NUS, 4, 14–19. https://doi.org/10.15589/znp2021.4(487).3
17. Shalapko, D. O. (2021). Investigation of the effects of wave oscillations in the fuel equipment of a diesel engine using hydrogen additives. Collection of Scientific Papers of Admiral Makarov National University of Shipbuilding, 3(486), 40–47. [in Ukrainian].
Пристатейна бібліографія ГОСТ
1. Bari S., Esmaeil M. M. Effect of H₂/O₂ addition in increasing the thermal efficiency of a diesel engine. Fuel. 2010. Vol. 89, № 2. P. 378–383. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.07.018.
2. Bose P. K., Maji D. An experimental investigation on engine performance and emissions of a single cylinder diesel engine using hydrogen as inducted fuel. International Journal of Hydrogen Energy. 2009. Vol. 34, № 11. P. 4847–4854. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.03.017.
3. El-Kassaby M. M., Eldrainy Y. A., Khidr M. E., Khidr K. I. Hydroxy (HHO) gas addition affects gasoline engine performance and emissions. Alexandria Engineering Journal. 2016. Vol. 55, № 1. P. 243–251. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aej.2015.02.019.
4. Gong C., Li Z., Yi L., Liu F. Environmental and enviro-economic effect analysis of hydrogen-methanol- gasoline addition into an SI engine. Fuel. 2023. Vol. 345. Art. 128237. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.128237.
5. Hydrogen-enhanced combustion engine could improve gasoline fuel economy by 20% to 30%. Green Car Congress : веб-сайт. 2005. 9 November. URL: www.greencarcongress.com/2005/11/hydrogenenhance.html (дата звернення: 10.06.2025).
6. Li Y., Wang S., Duan X. Effects of hydrogen addition on the durability of internal combustion engine components. Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 312. Art. 127845. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127845.
7. San Marchi C., Somerday B. P. Technical reference for hydrogen compatibility of materials. Sandia National Laboratories. 2012. DOI: https://doi.org/10.2172/1048362.
8. Saravanan N., Nagarajan G. An experimental investigation of hydrogen-enriched air induction in a diesel engine system. International Journal of Hydrogen Energy. 2008. Vol. 33, № 6. P. 1769–1775. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.11.027.
9. Verhelst S., Wallner T., Eichlseder H. Hydrogen-fueled internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science. 2019. Vol. 35, № 6. P. 490–527. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2019.100713.
10. Wang S., Ji C., Zhang B. Effect of hydrogen addition on the performance of a spark ignition engine fueled with methanol-gasoline blends. Energy. 2023. Vol. 262. Art. 125456. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125456.
11. White C. M., Steeper R. R., Lutz A. E. The hydrogen-fueled internal combustion engine: A technical review. International Journal of Hydrogen Energy. 2006. Vol. 31, № 10. P. 1292–1305. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2005.12.001.
12. Shalapko D. Optical-graphic studies of hydrogen additives’ effects on diesel fuel atomization parameters. Transport Problems. 2023. Vol. 18, № 4. P. 135–146. DOI: https://doi.org/10.20858/tp.2023.18.4.11.
13. Kukharenko O., Shalapko D., Tarandushka L. Hydrogen internal combustion engines in transport: Enhancing efficiency and overcoming infrastructure challenges. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences. 2024. Vol. 9, № 40. P. 164–174. DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).2.164-174.
14. Shalapko D., Pyrysunko M., Radchenko R., Kornienko V. Analysis of cooling air at the inlet of marine engine with exhaust gas recirculation by ejector and absorption refrigeration. In: Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII. Springer Nature Switzerland, 2024. P. 314–323. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-63720-9_27.
15. Shalapko D. Advanced fuel system with gaseous hydrogen additives. Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences. 2024. Vol. 72, № 2. Art. 148837. DOI: https://doi.org/10.24425/bpasts.2024.148837.
16. Shalapko D. O. Investigation of the influence of the use of small hydrogen impurities to the main fuel on injection spraying. Collection of Scientific Publications NUS. 2021. № 4. P. 14–19. DOI: https://doi.org/10.15589/znp2021.4(487).3.
17. Шалапко Д. О. Дослідження ефектів хвильових коливань в паливній апаратурі дизельного двигуна із застосуванням водневих добавок. Збірник наукових праць Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова. 2021. № 3(486). С. 40–47.
Copyright (c) 2025 Д. О. Шалапко, Я. І. Тарандушка
Оцінка впливу водневих добавок на довговічність та надійність двигунів внутрішнього згоряння
Про авторів
Шалапко Денис Олегович , доцент, кандидат технічних наук, доцент кафедри суднового машинобудування та енергетики, Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування, м. Херсон, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4311- 3908, e-mail: shalapko.denys@gmail.com
Тарандушка Ян Іванович , здобувач вищої освіти на першому (бакалаврському) рівні за спеціальністю «Автомобільний транспорт», Черкаський державний технологічний університет, м. Черкаси, Україна; студент Жилінського університету, м. Жиліна, Словаччина, ORCID: https://orcid.org/0009-0004-6103-800X, e-mail: yan453620@gmail.com.
Анотація
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
1. Bari, S., & Esmaeil, M. M. (2010). Effect of H₂/O₂ addition in increasing the thermal efficiency of a diesel engine. Fuel, 89(2), 378–383. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.07.018
2. Bose, P. K., & Maji, D. (2009). An experimental investigation on engine performance and emissions of a single cylinder diesel engine using hydrogen as inducted fuel. International Journal of Hydrogen Energy, 34(11), 4847–4854. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.03.017
3. El-Kassaby, M. M., Eldrainy, Y. A., Khidr, M. E., & Khidr, K. I. (2016). Hydroxy (HHO) gas addition affects gasoline engine performance and emissions. Alexandria Engineering Journal, 55(1), 243–251. https://doi.org/10.1016/j.aej.2015.02.019
4. Gong, C., Li, Z., Yi, L., & Liu, F. (2023). Environmental and enviro-economic effect analysis of hydrogen- methanol-gasoline addition into an SI engine. Fuel, 345, 128237. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.128237
5. Green Car Congress. (2005, November 9). Hydrogen-enhanced combustion engine could improve gasoline fuel economy by 20% to 30%. Retrieved June 10, 2025, from www.greencarcongress.com/2005/11/hydrogenenhance.html
6. Li, Y., Wang, S., & Duan, X. (2021). Effects of hydrogen addition on the durability of internal combustion engine components. Journal of Cleaner Production, 312, 127845. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127845
7. San Marchi, C., & Somerday, B. P. (2012). Technical reference for hydrogen compatibility of materials. Sandia National Laboratories. https://doi.org/10.2172/1048362
8. Saravanan, N., & Nagarajan, G. (2008). An experimental investigation of hydrogen-enriched air induction in a diesel engine system. International Journal of Hydrogen Energy, 33(6), 1769–1775. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.11.027
9. Verhelst, S., Wallner, T., & Eichlseder, H. (2019). Hydrogen-fueled internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science, 35(6), 490–527. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2019.100713
10. Wang, S., Ji, C., & Zhang, B. (2023). Effect of hydrogen addition on the performance of a spark ignition engine fueled with methanol-gasoline blends. Energy, 262, 125456. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125456
11. White, C. M., Steeper, R. R., & Lutz, A. E. (2006). The hydrogen-fueled internal combustion engine: A technical review. International Journal of Hydrogen Energy, 31(10), 1292–1305. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2005.12.001
12. Shalapko, D. (2023). Optical-graphic studies of hydrogen additives’ effects on diesel fuel atomization parameters. Transport Problems, 18(4), 135–146. https://doi.org/10.20858/tp.2023.18.4.11
13. Kukharenko, O., Shalapko, D., & Tarandushka, L. (2024). Hydrogen internal combustion engines in transport: Enhancing efficiency and overcoming infrastructure challenges. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 9(40), 164–174. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).2.164-174
14. Shalapko, D., Pyrysunko, M., Radchenko, R., & Kornienko, V. (2024). Analysis of cooling air at the inlet of marine engine with exhaust gas recirculation by ejector and absorption refrigeration. In Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII (pp. 314–323). Springer Nature Switzerland. https://doi.org/10.1007/978-3-031-63720-9_27
15. Shalapko, D. (2024). Advanced fuel system with gaseous hydrogen additives. Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences, 72(2), 148837. https://doi.org/10.24425/bpasts.2024.148837
16. Shalapko, D. O. (2021). Investigation of the influence of the use of small hydrogen impurities to the main fuel on injection spraying. Collection of Scientific Publications NUS, 4, 14–19. https://doi.org/10.15589/znp2021.4(487).3
17. Shalapko, D. O. (2021). Investigation of the effects of wave oscillations in the fuel equipment of a diesel engine using hydrogen additives. Collection of Scientific Papers of Admiral Makarov National University of Shipbuilding, 3(486), 40–47. [in Ukrainian].
Пристатейна бібліографія ГОСТ
1. Bari S., Esmaeil M. M. Effect of H₂/O₂ addition in increasing the thermal efficiency of a diesel engine. Fuel. 2010. Vol. 89, № 2. P. 378–383. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.07.018.
2. Bose P. K., Maji D. An experimental investigation on engine performance and emissions of a single cylinder diesel engine using hydrogen as inducted fuel. International Journal of Hydrogen Energy. 2009. Vol. 34, № 11. P. 4847–4854. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.03.017.
3. El-Kassaby M. M., Eldrainy Y. A., Khidr M. E., Khidr K. I. Hydroxy (HHO) gas addition affects gasoline engine performance and emissions. Alexandria Engineering Journal. 2016. Vol. 55, № 1. P. 243–251. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aej.2015.02.019.
4. Gong C., Li Z., Yi L., Liu F. Environmental and enviro-economic effect analysis of hydrogen-methanol- gasoline addition into an SI engine. Fuel. 2023. Vol. 345. Art. 128237. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.128237.
5. Hydrogen-enhanced combustion engine could improve gasoline fuel economy by 20% to 30%. Green Car Congress : веб-сайт. 2005. 9 November. URL: www.greencarcongress.com/2005/11/hydrogenenhance.html (дата звернення: 10.06.2025).
6. Li Y., Wang S., Duan X. Effects of hydrogen addition on the durability of internal combustion engine components. Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 312. Art. 127845. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127845.
7. San Marchi C., Somerday B. P. Technical reference for hydrogen compatibility of materials. Sandia National Laboratories. 2012. DOI: https://doi.org/10.2172/1048362.
8. Saravanan N., Nagarajan G. An experimental investigation of hydrogen-enriched air induction in a diesel engine system. International Journal of Hydrogen Energy. 2008. Vol. 33, № 6. P. 1769–1775. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.11.027.
9. Verhelst S., Wallner T., Eichlseder H. Hydrogen-fueled internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science. 2019. Vol. 35, № 6. P. 490–527. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2019.100713.
10. Wang S., Ji C., Zhang B. Effect of hydrogen addition on the performance of a spark ignition engine fueled with methanol-gasoline blends. Energy. 2023. Vol. 262. Art. 125456. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125456.
11. White C. M., Steeper R. R., Lutz A. E. The hydrogen-fueled internal combustion engine: A technical review. International Journal of Hydrogen Energy. 2006. Vol. 31, № 10. P. 1292–1305. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2005.12.001.
12. Shalapko D. Optical-graphic studies of hydrogen additives’ effects on diesel fuel atomization parameters. Transport Problems. 2023. Vol. 18, № 4. P. 135–146. DOI: https://doi.org/10.20858/tp.2023.18.4.11.
13. Kukharenko O., Shalapko D., Tarandushka L. Hydrogen internal combustion engines in transport: Enhancing efficiency and overcoming infrastructure challenges. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences. 2024. Vol. 9, № 40. P. 164–174. DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).2.164-174.
14. Shalapko D., Pyrysunko M., Radchenko R., Kornienko V. Analysis of cooling air at the inlet of marine engine with exhaust gas recirculation by ejector and absorption refrigeration. In: Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII. Springer Nature Switzerland, 2024. P. 314–323. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-63720-9_27.
15. Shalapko D. Advanced fuel system with gaseous hydrogen additives. Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences. 2024. Vol. 72, № 2. Art. 148837. DOI: https://doi.org/10.24425/bpasts.2024.148837.
16. Shalapko D. O. Investigation of the influence of the use of small hydrogen impurities to the main fuel on injection spraying. Collection of Scientific Publications NUS. 2021. № 4. P. 14–19. DOI: https://doi.org/10.15589/znp2021.4(487).3.
17. Шалапко Д. О. Дослідження ефектів хвильових коливань в паливній апаратурі дизельного двигуна із застосуванням водневих добавок. Збірник наукових праць Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова. 2021. № 3(486). С. 40–47.
Copyright (c) 2025 Д. О. Шалапко, Я. І. Тарандушка