Снижение вредных выбросов тракторного дизеля при сохранении мощностно-экономических показателей

• Автор: Фролкин, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Состав продуктов сгорания. Природа образования вредных веществ
1.2 Организация рабочего процесса дизеля и способы
воздействия на него
1.3 Анализ возможностей компьютерной оптимизации рабочего процесса
1.4 Анализ современных способов снижения вредных выбросов
1 Использование рапсового масла в качестве топлива для
дизелей сельскохозяйственного назначения
1.6 Выводы по разделу. Задачи исследования
2 РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ МЕТОДИКИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЯ
9 Методика обеспечения современных экологических норм дизелями
сельскохозяйственного назначения
2.2 Методика подбора топливной аппаратуры дизеля
9 ^ Методика доводки впускных каналов головки цилиндров (включая
экспериментальную установку)
2.4 Методика подбора ТКР (включая экспериментальную установку)
2.5 Выводы по разделу
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБРАБОТКИ
ОПЫТНЫХ ДАННЫХ
3.1 Объект испытаний
3.2 Описание экспериментальной установки
3.3 Анализ погрешностей измерения и обработки опытных данных
3.4 Методика анализа индикаторного КПД
3.5 Выводы по разделу
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЕРСПЕКТИВНОГО ДИЗЕЛЯ СЕРИИ «30» ПРОИЗВОДСТВА ПО АМЗ
4.1 Этап 1 Снижение выбросов продуктов неполного сгорания

4.1.1 Воздействие на микросмешение топлива
4.1.2 Влияние производительности турбокомпрессора
4.1.3 Воздействие на макросмешение топлива
4.2 Этап 2 Снижение эмиссии Г>ЮХ
4.2.1 Влияние оптимизации диаметра камеры сгорания и воздушного вихря
4.2.2 Влияние увеличения степени сжатия
4.2.3 Влияние фаз газораспределения
^ ^ Анализ комплексного воздействия на рабочий процесс с целью снижения
выбросов продуктов неполного сгорания
4.4 Результаты расчета индикаторного КПД
^ ^ Результаты экспериментальных исследований по использованию рапса в
качестве топлива для дизеля серии «30»
4.6 Выводы по разделу
Общие выводы и рекомендации
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Современный двигатель должен отвечать широкому комплексу разнообразных достаточно жестких, нередко взаимно противоречивых требований. Невысокая стоимость производства, габаритные размеры и масса на единицу производимой работы, высокая надежность и постоянная техническая готовность к эксплуатации, низкий удельный расход топлива и других материалов, невысокая стоимость ремонта и большой моторесурс, соответствие регламентациям по шумности, а также дымности и токсичности отработавших газов - вот не полный перечень требований, предъявляемых к двигателям, сдаваемым в эксплуатацию.
Преобладающее влияние на большую часть показателей двигателя оказывает организация и качество осуществления рабочего процесса двигателя. Сложность, взаимосвязанность и недостаточная изученность явлений, формирующих рабочий процесс, большое число влияющих на него факторов не позволяют пока с достаточной для практических целей достоверностью определить расчетным путем многие показатели создаваемого двигателя и заставляют обращаться к экспериментальным доводочно-регулировочным работам.
На сегодняшний день современные разработки двигателей определяются следующими основными направлениями:
• законодательными требованиями;
• требованиями рынка;
• запросами общественности.
Только двигатели, способные наилучшим образом удовлетворить требованиям рынка, наивысшим запросам общественности и законодательным требованиям могут иметь успех. Что касается требований рынка, то большое значение имеют как характеристики двигателя (мощность, приемистость т.д.), так и экономические показатели (топливная экономичность, простота производства, надежность, долговечность, сервис и т.д.). Ввиду того, что Алтайские дизели являются относительно простыми и имеют при этом прекрас-
ную приемистость, они в значительной степени отвечают выше указанным требованиям. Однако на них оказывают влияние как законодательные требования по выбросам вредных веществ, так и требования общественности.
Массовое применение двигателей внутреннего сгорания (ДВС) обострило проблему ресурсоемкое многочисленного парка ДВС, главной составляющей которой является значительный общий расход топлива, измеряемый 40...45 % нефтедобычи. Кроме того, ДВС представляют собой один из основных источников загрязнения окружающей среды. Хотя в настоящее время есть много различных теорий дальнейшего протекания процессов изменения климата, но, вероятно, мало у кого существуют сомнения в необходимости минимального воздействия человечества на окружающую среду. Во многих работах делается упор на снижение одного или двух компонентов вредных выбросов. В этой диссертационной работе снижение вредных выбросов представлено в комплексе в соответствии с требованиями ГОСТа. Прогнозирование мировых топливных ресурсов показывает, что извлекаемые запасы нефти на земном шаре ограниченны, а её потребление прогрессивно возрастает, что, в конце концов, приведет к дефициту топлив нефтяного происхождения. Перспективным является получение топлив из возобновляемых источников - биомассы, сахарного тростника, рапса и т.п. В климатических условиях Алтайского края можно получать до 1 тонны рапсового масла с одного гектара посевов рапса.
Цель исследований заключается в разработке комплексной методики доводки экологических показателей тракторного дизеля, обеспечивающей снижение вредных выбросов с сохранением высокого уровня топливной экономичности (на примере перспективного дизеля серии «30» производства ОАО «ПО Алтайский моторный завод» (ПО АМЗ)).
Научная новизна. Разработана комплексная методика совершенствования рабочего процесса дизеля, включающая два этапа: на первом этапе решается задача снижения выбросов продуктов неполного сгорания с отработавшими газами (ОГ), на втором этапе - снижения эмиссии окислов азота (N0,).

топливоподачи и воздухоснабжения дизелей сельскохозяйственного назначения. Преобладают вопросы повышения эффективности энергопреобразования, а точнее улучшения экономичности дизеля. Вместе с этим зарубежные и отечественные нормативные документы ужесточают требования на выбросы вредных веществ, без выполнения которых невозможно выйти на рынок дви-гателестроения. На первый план встает проблема совмещения экологических и экономических требований.
3 Компьютерная оптимизация рабочего процесса могла бы позволить резко ускорить и удешевить трудоемкий процесс доводки дизелей. Однако утверждать, что эта задача решена, пока преждевременно. Достоверность результатов расчета пока недостаточна для практических нужд.
4 На основании изложенного в п. 1.2 и п. 1.4 можно сделать выводы, что для подавления эмиссии токсичных веществ в процессе сгорания топлива необходима оптимизация вихревого движения рабочего тела, микро- и макроструктуры горючей смеси, оптимизация временных и энергетических характеристик впрыскивания, сокращение периода задержки воспламенения.
5 Для решения задачи снижения вредных выбросов зарубежные компании предлагают сложную и зачастую излишне дорогую аппаратуру: индивидуальные насосные секции, насос-форсунки, аккумуляторные топливные системы, рециркуляцию ОГ, использование заслонок во впускных каналах и др. Во многом применение этих систем сдерживается отсутствием отечественных предприятий, которые могли бы выпускать указанную высокотехнологичную продукцию.
6 Еще одной проблемой является ресурсоемкость многочисленного парка ДВС. Во всем мире идут интенсивные исследования по поиску альтернативных источников энергии. В климатических условиях Алтайского края это могло бы быть рапсовое масло. Данные литературы говорят о том, что при его использовании есть неплохие перспективы по снижению выбросов вредных веществ.