Снижение выбросов углеводородов на режимах пуска и прогрева бензинового двигателя добавкой водорода в топливовоздушную смесь

• Автор: Павлов, Денис Александрович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тольятти
• Количество страниц: 185 с. : ил.

'<* СОДЕРЖАНИЕ
Глава 1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования
1.1 Источники несгоревших углеводородов в цилиндре бензинового двигателя внутреннего сгорания
1.1.1 Объемные углеводороды
1.1.2 Замороженные слои
1.1.3 Объемы гашения
1.2 Особенности рабочего процесса бензинового ДВС на режимах

пуска и прогрева
1.3 Особенности образования и разложения несгоревших углеводородов в цилиндре бензинового ДВС на режимах пуска и прогрева
1.4 Методы снижения токсичности ОГ бензиновых двигателей
1.4.1 Анализ эффективности применения систем нейтрализации
% ОГ
1.4.2 Воздействие на рабочий процесс
1.5 Влияние добавки водорода на процесс горения ТВС
Глава 2 Исследование на моторном стенде влияния добавки водорода на
выбросы углеводородов на режимах пуска и прогрева
бензинового ДВС
(* 2.1 Методика испытаний
2.2 Оценка погрешностей измерений
2.2.1 Оценка погрешностей прямых измерений
2.2.2 Оценка погрешностей косвенных измерений
2.3 Результаты стендовых испытаний двигателя ВАЗ-2111 и их
анализ
^ 2.4 Определение зависимости выбросов СН от параметров двигателя

.'(* на режиме прогрева
Глава 3 Исследования токсичности автомобиля ВАЗ-21102 при работе с
добавкой водорода на режимах пуска и прогрева
3.1 Разработка и результаты испытаний автономной системы добавок водорода в ТВС
3.1.1 Исходные предпосылки, общее описание и алгоритмы работы системы подачи водорода
3.1.2 Описание работы системы подачи водорода
3.1.3 Методика испытаний
* 3.2 Определение параметров ЭСУД при добавке водорода на
режимах пуска и прогрева
3.2.1 Методика испытаний
3.2.2 Определение параметров ЭСУД
3.2.3 Результаты испытаний
Глава 4 Результаты испытаний токсичности автомобиля ВАЗ-21102 по
» ездовому циклу Евро-3 и их анализ
Заключение
Список использованных источников
Приложение А. Результаты стендовых испытаний двигателя
ВАЗ-2111
Приложение Б. Определение зависимости выбросов СН от параметров
работы двигателя на режиме прогрева при добавке водорода в ТВС
Приложение В. Модель истечения водорода из ресивера конечного
объема
Приложение Г. Определение параметров работы ДВС для минимизации
выбросов СН
Приложение Д. Результаты испытаний двигателя ВАЗ-2111
в составе автомобиля ВАЗ-21102
* Приложение Е. Акты внедрения

ВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. На долю автомобильного транспорта в промышленно развитых регионах, по оценкам специалистов, приходится порядка 60-80 % всех токсичных выбросов [3, 31, 37, 42, 58]. Для снижения выбросов вредных веществ в окружающую среду, вызванного ростом парка автомобилей, начиная с 1972 г. правительства разных стран используют законодательные документы, в которых установлены требования к допустимому количеству токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ) выпускаемых автомобилей. При этом требования к экологическим показателям выпускаемых автомобилей с каждым годом ужесточаются [31, 32, 55,56].
Исследования показывают, что основное количество вредных веществ (до 50 %) выбрасываемых при испытаниях автомобиля на соответствие нормам токсичности (ЕСЕ, ЕРА, FTP, CARB и др.), приходится на режимы пуска и прогрева двигателя [3, 5, 58, 71]. Основными токсичными компонентами на указанных режимах являются продукты неполного сгорания, несгоревшие углеводороды (СН) и окись углерода (СО), что объясняется необходимостью значительного обогащения топливовоздушной смеси (ТВС), а также неэффективной работой системы нейтрализации ОГ на этих режимах. При этом, наиболее трудно устранимыми из указанных компонентов являются несгоревшие углеводороды [4, 35, 57]. Учитывая токсичные свойства СН, в том числе и канцерогенные, а также роль в образовании смога [35, 42, 58, 65, 74], снижение СН на режимах пуска и прогрева является актуальной задачей.
Одним из известных способов снижения количества токсичных выбросов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является использование водорода, как в чистом виде, так и в качестве добавки к основному топливу. Вопросу использования водорода посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ, как в нашей стране, так и за рубежом [9, 15, 22, 23, 26, 29, 32, 33, 45, 60, 64]. Исследования показывают, что
2.3 Результаты стендовых испытаний двигателя ВАЗ-2111 и их анализ Основные результаты стендовых испытаний двигателя ВАЗ-2111 в виде графиков изменения регистрируемых параметров по времени приведены на рисунках 2.4 - 2.7 и А1- 6. При этом при проведении экспериментов количество подаваемого водорода в ДВС изменялось в пределах от 0 до 0,12 кг/ч, а угол опережения зажигания - в пределах от 15 до 0 °п.к.в.
-*-COEFF=var, Н=0 -&-COEFF=var; Н=0; Y03=var.
COEFF=var; Н=0,04; УОЗ=уаг.
*-*—COEFF=var; Н=0,04; УОЗ=5.
—COEFF=0,8; Н=0,04; УОЗ=уаг. —COEFF=0,75; Н=0,04; УОЗ=5. —b~COEFF=0,7; Н=0,04; УОЗ=5. — COEFF=0,7; Н=0,04; УОЗ=Ю. COEFF=0,852; Н=0; УОЗ=5.
О 50 100 150 200 250
t с
Рисунок 2.4 - Изменение коэффициента избытка воздуха на режиме прогрева двигателя. Штатные значения таблиц контроллера
-♦-COEFF=var, Н=0 -*-COEFF=var, Н=0,01 —*-COEFF=var. Н=0,08
COEFF=var, Н=0,08; УОЗ=10. -*-COEFF=var, Н=0,08; УОЗ=5. -^COEFF=var, Н=0,04; УОЗ=5. COEFF=0,7; Н=0,08; УОЗ=Ю.
COEFF=0,797; Н=0,08; УОЗ=Ю.
COEFF=var, Н=0,12; УОЗэдг.
-*-COEFF=0,7; Н=0,12; УОЗ=5.
О 50 100 150 200 250
t с
Рисунок 2.5 - Изменение коэффициента избытка воздуха на режиме прогрева двигателя. Значения таблиц контроллера изменены для работы с водородом
1.4 1.3 1.2 1.1 а
0.9 0.8 0.7 0.6 п с

Jl 1
ч Y
--