Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах

• Автор: Скрябин, Максим Леонидович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Киров
• Количество страниц: 202 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Влияние отработавших газов автомобильного транспорта на окружающую среду

1.2. Методы снижения содержания оксидов азота в отработавших газах дизелей

1.3. Образование оксидов азота при сгорании природного газа и дизельного топлива в дизелях с турбонаддувом и ПОНВ
1.3.1. Образование термических оксидов азота в процессе горения углеводородных топлив
1.3.2. Образование оксидов азота из гемиоксида азота в процессе горения углеводородных топлив

1.3.3. Образование быстрых оксидов азота в процессе горения углеводородных топлив

1.3.4. Образование топливных оксидов азота в процессе горения углеводородных топлив
1.4. Задачи исследований
2. ТЕОРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ 4ЧН 11,0/12,5 С ПОНВ ПРИ РАБОТЕ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ
2.1. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на природном газе
2.2. Математическая модель расчета содержания оксидов азота в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на природном газе
2.3. Теоретические расчеты объемного содержания и массовой концентрации оксидов азота в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на природном газе
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Объект испытаний
3.2. Методика стендовых исследований работы дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ на природном газе
3.3. Методика обработки результатов исследований
4. УЛУЧШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЯ 4ЧН 11,0/12,5 С ПОНВ ПРИ РАБОТЕ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ
4.1. Влияние применения природного газа на эффективные и экологические показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе дизеля на природном газе в зависимости от изменения установочного УОВТ
4.1.1. Влияние применения природного газа на эффективные показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе дизеля на ПГ в зависимости от изменения установочного УОВТ
4.1.2. Влияние применения природного газа на экологические показатели

дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения установочного УОВТ
4.2. Влияние применения природного газа на эффективные и экологические показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения нагрузки
4.2.1. Влияние применения природного газа на эффективные показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения нагрузки
4.2.2. Влияние применения природного газа на экологические показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения нагрузки
4.3. Влияние применения природного газа на эффективные и экологические показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала
4.3.1. Влияние применения природного газа на эффективные показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала
4.3.2. Влияние применения природного газа на экологические показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала
4.4. Влияние применения природного газа на объемное содержание и массовую концентрацию оксидов азота в отработавших газах и показатели процесса сгорания в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ
4.4.1. Влияние применения природного газа на объемное содержание и массовую концентрацию оксидов азота в отработавших газах и показатели процесса сгорания в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения установочного УОВТ
4.4.2. Влияние применения природного газа на показатели процесса сгорания, объемное содержание и массовую концентрацию оксидов азота в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от угла поворота коленчатого вала
4.4.3. Влияние применения природного газа на объемное содержание и массовую концентрацию оксидов азота в отработавших газах и показатели процесса сгорания в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ на различных нагрузочных режимах
4.4.4. Влияние применения природного газа на объемное содержание и массовую концентрацию оксидов азота в отработавших газах и показатели процесса сгорания в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ в зависимости от изменения частоты вращения
5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА В КАЧЕСТВЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА В АВТОМОБИЛЬНОМ ДИЗЕЛЕ 4ЧН 11,0/12,5 С ПОНВ ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ЛИТЕРАТУРА ПРИЛОЖЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
1. ДВС - двигатель внутреннего сгорания
2. ДТ - дизельное топливо
3. КС - камера сгорания
4. МВС - метановоздушная смесь
5. МВВ - метановоздушный вихрь
6. ОГ - отработавшие газы
7. ПГ - природный газ
8. ПОНВ - промежуточное охлаждение наддувочного воздуха
9. ТНВД - топливный насос высокого давления
10. УОВТ - угол опережения впрыскивания топлива
11. в.м.т. - верхняя мертвая точка
12. н.м.т. - нижняя мертвая точка
13.п.к.в. - поворот коленчатого вала
14. N0 - оксид азота, %, ppm, г/(кВт-ч)
15. NOx - оксиды азота, %, ppm, г/(кВт-ч)
16. CNOx - массовая концентрация оксидов азота, г/м3
17. Гыох - объемное содержание оксидов азота, ppm
18. Смохтеор - теоретическая массовая концентрация оксидов азота, г/м3
19. Гмохтеор - теоретическое объемное содержание оксидов азота, ppm
20. Смохопыт - опытная массовая концентрация оксидов азота, г/м3
21. rNOx опыт - опытное объемное содержание оксидов азота, ppm
22. CNox мах reop - максимальная теоретическая массовая концентрация оксидов
азота, г/м3
23. Гмохмахтеор " максимальное теоретическое содержание оксидов азота, ppm
24. Сиохвыхтеор - выходная теоретическая массовая концентрация оксидов
азота, г/м3
25. гох выхтеор - выходное теоретическое содержание оксидов азота, ppm
26. Схохмахрасч - максимальная расчетная массовая концентрация оксидов
азота, г/м3
27. Гмохмахрасч - максимальное расчетное содержание оксидов азота, ppm
28. Смохвыхрасч - выходная расчетная массовая концентрация оксидов
азота, г/м3
29. гмохвыхрасч - выходное расчетное содержание оксидов азота, ppm
30. СО - оксид углерода, %, ppm, г/(кВт-ч)
31. С02 - диоксид углерода, %, ppm, г/(кВт-ч)
32. С - сажа, ед. по шкале Bosch
33. CnHm - углеводороды, %, ppm, г/(кВт-ч)
34. ре - среднее эффективное давление, МПа
35. pz - давление сгорания в цилиндре, МПа
36. pzmax - максимальное давление сгорания в цилиндре, МПа
37. рс - давление конца сжатия, МПа
3 8. рвп - давление во впускном трубопроводе, МПа

Если концентрация кислорода в ядре пламени увеличивается, как при подаче топлива через большее число сопел (лучшее распыливание), количество максимальных концентраций NOx, образовавшихся в ядре, увеличивается [96].
Увеличение максимальной температуры цикла может и не сопровождается соответствующим увеличением количества NO, согласно цепному механизму Я.Б. Зельдовича. В этом случае можно сказать, что неоднородность температурного поля при турбулентном горении в цилиндре достаточно большая и максимальные пики температур выше, но количество очагов этих температур в КС меньше. Этим подтверждается тот факт, что эмиссия N0 двигателями с непосредственным впрыском, турбонаддувом и ПОНВ главным образом связана с горением в зонах бедной смеси.
В настоящее время можно отметить 4 пути образования оксидов азота в продуктах сгорания углеводородных топлив [35]. Это термический путь, быстрое образование NO, образование через образование N20 и образование оксидов азота из топливного азота. Так как источники и механизмы этих процессов различны, рассмотрим каждый из них в отдельности.
1.3.1. Образование термических оксидов азота в процессе горения углеводородных топлив
Условия протекания цепной реакции окисления атмосферного азота свободным кислородом при горении, формальная кинетика которой может быть описана уравнением (1.5) рассмотрены в работах H.H. Семенова, Я.Б. Зельдовича, П.Я. Садовникова, Д.А.Франк-Каменецкого, Ю.П. Райзера, И.Я. Сигала, А.М. Маркевича.
N2 + О2 2N0 - 180 кДж/моль. (1-5)
Эти исследования позволяют определить влияние концентрации исходных веществ, температуры и давления газов на равновесную концентрацию, а также на время установления равновесия реакций образования окси-