Разработка и исследование каталитических нейтрализаторов бензиновых двигателей для автомобилей массой до 3,5 т, обеспечивающих выполнение экологических требований

• Автор: Папкин, Борис Аркадьевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 190 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ С
БЕНЗИНОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ И ПУТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ
1Л. Проблема снижения выброса вредных веществ автомобильными двигателями
1.2. Нормирование экологических показателей автотранспортных средств
1.3. Методы снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания
1.4. Нейтрализатор отработавших газов. Классификация, устройство и принцип его работы
1.5. Выводы, постановка цели и задач диссертационной работы
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ПРОТОЧНЫХ ТРАКТАХ ДВИГАТЕЛЯ И НЕЙТРАЛИЗАТОРА
2.1. Основные направления теоретических исследований
2.2. Принципы построения математической модели процессов тепломассообмена в двигателе с принудительным зажиганием и системе выпуска с целью расчета параметров отработавших газов и нейтрализатора
2.3. Процессы массогазообмена в двигателе и влияние их на термодинамические параметры отработавших газов в выпускной
системе
2.4. Расчет рабочего цикла двигателя
2.5. Моделирование термодинамических процессов в выпускной
системе на участке до нейтрализатора
ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ ИСПЫТАНИЙ. ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Объекты испытаний и оборудование, используемое при испытаниях
3.2. Методики исследований нейтрализаторов на эффективность, надежность работы и ресурс на моторном стенде
3.3. Методики исследований нейтрализаторов в составе

автомобиля
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ
4.1; Исследование распределения температур отработавших газов по длине выпускного трубопровода
4.2. Исследования нейтрализаторов различных конструкций и типов блоков носителей катализаторов
4.3. Исследование влияния количества драгметаллов и их соотношения
в катализаторе на эффективные показатели и ресурс нейтрализатора
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА НОВЫХ НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ЛЕГКОВЫХ И ГРУЗОПАССАЖИРСКИХ АВТОМОБИЛЕЙ МАССОЙ ДО 3,5 Т
5.1. Основы проектирования нейтрализаторов для бензиновых двигателей автомобилей массой до 3,5 т экологического класса
5.2. Разработка новых конструкций нейтрализаторов для грузопассажирских и легковых автомобилей массой до 3,5 т экологического класса
5.3. Испытания опытных образцов нейтрализаторов для бензиновых двигателей автомобилей массой до 3,5 т экологического класса
5.4. Разработка и исследование нейтрализаторов для автомобилей массой до 3,5 тонн с бензиновыми двигателями, обеспечивающих выполнение требований экологического класса 4 автомобильной
техники
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Р„ - давление в цилиндре, МПа;
Р„„п - давление в выпускной системе, МПа;
Рвп - давление во впускной системе, МПа;
Т - текущая температура, К;
Т0 - температура окружающей среды, К;
Т%у - температура тепловоспринимающей поверхности камеры сгорания, К;
п - частота вращения коленчатого вала, мин'1;
Ф - угол поворота вала коленчатого двигателя, п.к.в.;
N(5 - эффективная мощность, кВт;
Ме — эффективный крутящий момент, Н м;
ёе— удельный эффективный расход топлива, г/(кВт-ч);
а — коэффициент избытка воздуха;
Яс — степень рециркуляции отработавших газов;
Я - универсальная газовая постоянная, 8314,3 Дж/(кмоль-К);
5 - средняя толщина стенок камеры сгорания, м;
1Р - функция истечения;
Ь - работа, Дж;
-коэффициенттеплопроводности материала, Вт/(м-К); г - степень сжатия; р - плотность, кг/м3;
V - объем, м3;
Б - ход поршня, м;
Э - диаметр цилиндра, м; су - изохорная теплоемкость, Дж/(кг-К); ср - изобарная теплоемкость, Дж/(кг-К ); а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К);
Ни - низшая топлива сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м3; о - постоянная Стефана-Больцмана Вт/(м2 К4).

Важной характеристикой нейтрализатора является температура начала эффективной работы, при которой значение конверсии по СО (Ксо) достигает 50% [20]. В мировой практике для этого принят термин - «light off». Минимальная температура разогрева нейтрализатора до уровня - «light off» является важнейшим и решающим параметром при выборе места установки нейтрализатора. Данная температура определяет скорость прогрева нейтрализатора после пуска холодного двигателя. Из сказанного выше следует, что при запуске и прогреве двигателя каталитический нейтрализатор не полностью обеспечивает эффективность очистки ОГ. Вследствие чего в мировой практике применяются так называемые стартовые нейтрализаторы меньшего объема с каталитическим блоком устойчивым к перегреву, которые устанавливаются близко к выпускному коллектору. Они обеспечивают снижение токсичности отработавших газов в момент запуска и прогрева двигателя на богатой смеси и требуют дополнительной подачи воздуха для повышения окилительных реакций на катализаторе в этот период. Другим вариантом является нейтрализаторы с электрическим подогревом в этот период работы двигателя. Однако такие системы усложняют систему нейтрализации и увеличивают расход топлива.
Нейтрализатор достигает конверсии по СО 50% при Tnght 0гг ~250°С. Наиболее эффективно он работает при 400...800°С. Допускается кратковременная работа нейтрализатора при 1000°С. При более высокой температуре происходит спекание сот керамических блоков, что в свою очередь приводит к резкому возрастанию аэродинамического сопротивления нейтрализатора (рисунок 1.17.). Это не позволяло приблизить нейтрализатор К выпускному коллекторы и ускорить его прогрев.
У нейтрализаторов с металлическими каталитическими блоками характер разрушения иной. Происходит деформация и характерное осевое выпучивание центральной части блока (рисунок 1.18.).