Информационно-измерительная система для определения экологических характеристик двигателей внутреннего сгорания

• Автор: Чернышев, Сергей Витальевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 259 с. : ил

Содержание
Введение
1 Общие подходы к определению экологических характеристик двигателей внутреннего сгорания

1.1. Современные методы исследования токсичности отработавшего газа

1.2. Анализ процессов образования токсичных газов

1.3. Исследование оптических свойств горящих газов

1.4. Изучение возможностей построения ИИС

1.5. Выводы к первому разделу

2 Построение математической модели объекта измерений

2.1. Моделирование работы автомобильного двигателя

2.2. Описание процесса сгорания топлива
2.3. Применение квантовой теории при определении спектров
2.4. Аналитическое представление процессов излучения
2.5. Выводы ко второму разделу
3 Исследование информационных характеристик сигнала
3.1. Определение частотных составляющих сигнала
3.2. Определение функции распределения интенсивности сигнала
3.3. Исследование характеристик оптических шумов
3.4. Выводы к третьему разделу
4 Создание алгоритмического обеспечения ИИС
4.1. Описание алгоритмов предварительной обработки
4.2. Разработка алгоритма аналого-цифрового преобразования
4.3. Разработка алгоритмов восстановления исходного сигнала
4.4. Разработка алгоритмов определения концентраций компонентов ОГ
4.5. Выводы к четвертому разделу
5 Описание технических средств ИИС
5.1. Описание функциональной схемы разрабатываемой ИИС
5.2. Построение микропроцессорного модуля обработки измерений
5.3. Анализ погрешностей проектируемой ИИС
5.4. Выводы к пятому разделу
Заключение
Приложения
Библиографический список

Введение
Автомобильный транспорт занимает одно из первых мест среди антропогенных факторов, загрязняющих окружающую среду. Выбрасываемые им вещества составляют порядка 40% всех вредных выбросов в атмосферу /21. Большое значение для уменьшения загрязнения атмосферного воздуха отработавшими газами имеет повседневный технический контроль состояния автомобиля.
Низкий уровень технического обслуживания и полное отсутствие обязательного технического контроля за состоянием автотранспортных средств приводят к повреждению узлов и систем автомобиля. В результате выбросы вредных веществ у таких автомобилей возрастают, намного превышая установленную для данного типа автомобилей норму. Все это приводит к тому, что эффективность мероприятий, осуществляемых автомобильной промышленностью по обеспечению требований стандартов, снижается, а нередко вообще сводится на нет.
Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение
автомобиля, а 85% «летит на ветер». К тому же камера сгорания
автомобильного двигателя - это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже безвредный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые окислы азота /1/.
В отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержится свыше 17 вредных компонентов, из них около 10 - производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в двигателе. Наличие в отработавших газах вредных веществ
обусловлено в конечном итоге видом и условиями сгорания топлива.
Отработавшие газы, продукты износа механических частей и покрышек автомобиля, а также дорожного покрытия составляют около половины
атмосферных выбросов антропогенного происхождения. Наиболее исследованными являются отработавшие и картерные газы автомобиля. В состав этих выбросов, помимо азота, входят такие вредные компоненты, как окись углерода, углеводороды, окислы азота и серы, твердые частицы /2/.

Состав отработавших газов зависит от рода применяемых топлив, присадок и масел, режимов работы двигателя, его технического состояния, условий движения автомобиля и др. Токсичность отработавших газов карбюраторных двигателей обуславливается главным образом содержанием окиси углерода и окислов азота, а дизельных - окислов азота и сажи /1/.
К числу вредных компонентов относятся и твердые выбросы, содержащие свинец и сажу, на поверхности которой адсорбируются циклические углеводороды (некоторые из них обладают канцерогенными свойствами). Закономерности распространения в окружающей среде твердых выбросов отличаются от закономерностей характерных для газообразных продуктов. Крупные фракции (диаметром более 1 мкм), оседая поблизости от центра эмиссии на поверхности почвы и растений, в конечном счете накапливаются в верхнем слое почвы. Мелкие фракции (диаметром менее 1 мкм) образуют аэрозоли и распространяются с воздушными массами на большие расстояния.
Двигаясь со скоростью 80-90 км/ч в среднем автомобиль превращает в углекислоту столько же кислорода, сколько это делают 300-350 человек. Но дело не только в углекислоте. Годовой выхлоп одного автомобиля - это 800 кг окиси углерода, 40 кг окислов азота и более 200 кг различных углеводородов. Из них наиболее токсична окись углерода, ее допустимая концентрация в атмосферном воздухе не должна превышать 1 мг/м3. В одноместном гараже смертельная концентрация окиси углерода возникает уже через 2-3 минуты после включения стартера. В холодное время года, остановившись для ночлега на обочине дороги, неопытные водители иногда включают двигатель для обогрева машины, но из-за проникновения окиси углерода в кабину такой ночлег может оказаться последним /1/.
Окислы азота токсичны для человека и, кроме того, обладают раздражающим действием. Особо опасной составляющей отработавших газов являются канцерогенные углеводороды, обнаруживаемые прежде всего на перекрестках у светофоров (до 6,4 мкг/100м3, что в 3 раза больше, чем в середине квартала). При использовании этилированного бензина автомобильный двигатель выбрасывает вместе с отработавшими газами соединения свинца. Свинец опасен тем, что способен накапливаться как во внешней среде, так и в организме человека /1, 21.

310 320 330 340 350 0 10 20 30 Л °
Угол поворота коленвала ■вен ШВН? ИИШНгО ИИИСгИг
Рисунок 1.10 - Изменение концентраций компонентов перед сгоранием, млн'
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 /, А 5,
Сила тока разрыва
Рисунок 1.11 - Вольт-амперная характеристика искрового пробоя, кВ