Обоснование эффективных методов снижения токсичности отработавших газов автотракторных дизелей

• Автор: Медведев, Юрий Станиславович
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Майкоп
• Количество страниц: 425 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

I. I Вредное воздействие тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин на окружающую среду.
1.2 Сравнительный анализ эффективности мероприятий по снижению токсичности отработавших газов автотракторных дизелей.
1.3 Особенности каталитической нейтрализации отработавших газов автотракторных дизелей

1.4 Анализ влияния эксплуатационных факторов на срок службы катализатора

1.5 Анализ основных причин повышенной дымности отработавших газов автотракторных дизелей
1.6 Анализ существующих способов снижения дымности отработавших газов автотракторных дизелей в условиях эксплуатации

1.7 Выводы по главе.

Глава 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО УЛУЧШЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИЗЕЛЯ
2.1 Физикохимические основы образования сажи в цилиндрах дизеля
2.2 араметры процесса сжатия с учтом износа цилиндропоршневой группы
2.3 Моделирование утечек рабочего тела в процессе сжатия
2.4 Математическая модель процесса сажсобразования с учтом утечек рабочего тела из цилиндров дизеля.
2.5 Обоснование возможности снижения сажесодержания в отработавших газах дизеля путм изменения регулировочных параметров топливной аппаратуры
2.6 Выводы по главе.
Глава 3 МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Методика экспериментальных исследований.
3.1.1 Цель и задачи экспериментальных исследований.
3.1.2 Экспериментальная установка и контрольноизмерительная аппаратура.
3.1.3 Методика экспериментальных исследований по стабилизации уровня дымности отработавших газов.
3.1.3.1 Методика исследования однофакторных зависимостей показателей работы и дымности отработавших газов дизеля от эксплуатационных факторов
3.1.3.2 Методика исследования комплексного влияния эксплуатационных факторов на показатели работы и дымность отработавших газов дизеля при использовании полного факторного эксперимента .
3.1.3.3 Методика определения значений регулировочных параметров дополнительной эксплуатационной регулировки топливной аппаратуры
3.1.4 Методика экспериментальных исследований по совершенствованию конструктивнотехнологической схемы каталитического нейтрализатора отработавших газов
3.1.4.1 Разработка конструкции каталитического нейтрализатора отработавших газов
3.1.4.2 Методика экспериментальных исследований по определению влияния количества катализатора в потоке отработавших газов на качество их очистки
3.1.4.3 Методика экспериментальных исследований по определению возможности проведения термической регенерации катализатора
3.1.4.4 Методика экспериментальных исследований системы снижения токсичности с постоянной периодичностью проведения термической регенерации
3.1.4.5 Методика экспериментальных исследований системы снижения токсичности с автоматическим проведением термической регенерации
3.1.5 Методика оценки погрешностей измерений.
3.2 Результаты экспериментальных исследований по стабилизации уровня дымности отработавших газов дизеля.
3.2.1 Результаты исследования влияния эксплуатационных факторов на показатели работы и дымность отработавших газов дизеля КамАЗ
3.2.1.1 Анализ результатов исследования однофакторных зависимостей показателей работы и дымности отработавших газов дизеля КамАЗ0 от эксплуатационных факторов.
3.2.1.2 Анализ результатов исследования комплексного влияния эксплуатационных факторов на показатели работы и дымность отработавших газов дизеля КамАЗ
3.2.2 Результаты определения значений регулировочных параметров дополнительной эксплуатационной регулировки топливной аппаратуры автотракторных дизелей.
3.2.2.1 Результаты определения значений регулировочных параметров дополнительной эксплуатационной регулировки топливной аппаратуры дизеля КамАЗ0.
3.2.2.2 Результаты определения значений регулировочных параметров дополнительной эксплуатационной регулировки топливной аппаратуры дизеля ЯМЗ 8.
3.2.2.3 Результаты определения значений регулировочных параметров дополнительной эксплуатационной регулировки топливной аппаратуры дизеля Д3.
3.2.2.4 Результаты определения значений регулировочных параметров дополнительной эксплуатационной регулировки топливной аппаратуры дизеля Д0.
3.3 Результаты экспериментальных исследований характеристик системы снижения токсичности отработавших газов
3.3.1 Влияние количества катализатора в потоке отработавших газов на качество их очистки
3.3.2 Исследование возможности проведения термической регенерации катализатора.
3.3.2.1 Влияние продолжительности термической регенерации на е эффективность.
3.3.2.2 Определение количества циклов регенерации катализатора.
3.3.3 Исследование возможности термической регенерации катализатора с постоянной периодичностью
3.4 Выводы по главе.
Глава 4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
4.1 Постановка задач
4.2 Математическая модель работы системы снижения токсичности отработавших газов.
4.2.1 Физикохимические процессы, протекающие в системе снижения токсичности на основе каталитического нейтрализатора отработавших газов с автоматическим распределительным устройством потока газов
4.2.2 Определение исходных данных для расчта величины противодавления выпуску отработавших газов.
4.2.3 Определение исходных данных для расчта величины каталитической активности
4.2.4 Математическая модель работы системы снижения токсичности
4.3 Математическое моделирование работы системы снижения токсичности при нормальных условиях эксплуатации.
4.4 Математическое моделирование работы системы снижения токсичности с учтом воздействия различных факторов
4.4.1 Выбор факторов и определение их меры воздействия на показатели работы системы снижения токсичности
4.4.2 Математическое моделирование работы системы снижения токсичности при неблагоприятных условиях эксплуатации
4.4.3 Математическое моделирование работы системы снижения токсичности при благоприятных условиях эксплуатации
4.5 Проверка адекватности результатов математического моделирования работы системы снижения токсичности.
4.5.1 Сравнительные стендовые испытания дизеля, оснащнного каталитическим нейтрализатором и системой снижения токсичности отработавших газов разработанной конструкции
4.5.2 Определение показателей работы системы в результате эксплуатационных испытаний
4.6 Выводы по главе.
Глава 5 НАУЧНОТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1 Мероприятия по снижению дымности отработавших газов дизеля
5.1.1 Разработка прибора для определения значений регулировочных параметров топливной аппаратуры.
5.1.2 Методика проведения дополнительной эксплуатационной регулировки топливной аппаратуры
5.1.3 Предложения и рекомендации по использованию разработанной методики и прибора
5.1.4 Техникоэкономическая оценка разработанной методики с использованием прибора
5.2 Мероприятия по снижению токсичности отработавших газов дизеля
5.2.1 Предложения и рекомендации по использованию разработанной системы снижения токсичности отработавших газов.
5.2.2 Техникоэкономическая оценка разработанной системы снижения токсичности отработавших газов
5.3 Выводы по главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Следует отметить, что необходимым условием нормальной работы КН является ограничение уровня дымности ОГ дизеля. Превышение уровня дымности незамедлительно приводит к его выходу из строя. Анализ литературных источников 1, , , , , 6, 8 показывает, что дымность и токсичность ОГ дизеля в значительной мере зависит от его технического состояния. На основании изучения взаимосвязи технического состояния дизеля и состава ОГ разработан ряд методик диагностирования дизеля по составу ОГ , , , , 9, , 6, 0, 1. Неисправности и нарушения регулировок систем и механизмов дизеля могут значительно увеличивать уровень дымности ОГ. ГосНИТИ выделяют три основные причины повышенной дымности ОГ нарушение регулировок ТА, разрегулировка тепловых зазоров клапанного механизма ГРМ и засорнность воздухоочистителя. Значительное влияние данных факторов на дымность ОГ выделяется и исследователями ВАТТ9, 3, 0. Анализ литературы 8, 3, 2, 8 показал, что в всех случаев повышенной дымности ОГ дизелей, причиной является постепенное ухудшение технического состояния и нарушение регулировок топливной аппаратуры, влияющие на организацию и протекание рабочего процесса дизеля. Ото влияние носит временной многофакторный характер вследствие неоднозначности и протяжнности по времени процессов, определяющих условия смесеобразования и сгорания 3, 9. Наиболее распространнной причиной повышенной дымности является снижение давления начала подъма иглы форсунки вследствие усадки пружины форсунки , , , . Во многих источниках отмечается заметное влияние начальной затяжки пружины иглы форсунки на экономичность дизеля. Это объясняется, прежде всего, тем, что поддержание оптимального давления начала впрыскивания топлива обеспечивает своевременное и качественное смесеобразование. При этом процесс сгорания оптимизирован, меньшая доля топлива сгорает на линии расширения, снижается жсткость работы и температура деталей, улучшается экономичность. Вс это приводит к уменьшению тангенса угла наклона средней скорости износа и снижению дымности ОГ рис. Отмечается, что при уменьшении начальной затяжки пружины уменьшается максимальное давление впрыскивания и энергия струи топлива. Кроме того, характер изменения в эксплуатации начальной затяжки пружины иглы форсунки строго индивидуален. Это приводит к неравномерным механическим и тепловым нагрузкам на детали цилиндропоршневой группы и снижению моторесурса силовой установки 3. Рис. Так, снижение давления начала подъма иглы форсунки с МПа до 9 МПа у тракторных двигателей приводит к увеличению неоднородности распыливания на , увеличению диаметра капель на , и ухудшению показателей работы дизеля 9. Уменьшение установочного угла опережения впрыскивания топлива, наблюдаемое, согласно , , 9 у дизелей, приводит к смешению сгорания на линию расширения, впрыскиваемое в цилиндр топливо не успевает сгореть полностью, в результате дымность возрастает на
При изменении угла опережения впрыскивания топлива очень сильно изменяются условия предпламенной подготовки, так как физические параметры заряда вблизи верхней мртвой точки при его сжатии значительно изменяются. Влияние изменения угла опережения впрыскивания топлива на показатели рабочего процесса приведено на рис. Угол опережения впрыскивания топлива в начальный период эксплуатации почти полностью соответствует действительному моменту впрыскивания, но в процессе работы дизеля изза износа плунжерных пар, увеличения зазоров, уменьшения давления начала подъма иглы форсунки он изменяется. Впрыскивание топлива особенно интенсивно изменяется в сторону запаздывания в первые часы работы нового двигателя по причине комплексного влияния всех факторов . Утечки через прецизионные пары также оказывают влияние на углы опережения и продолжительности подачи затягивают начало и ускоряют завершение впрыскивание топлива. В связи с неидентичностью прецизионных пар, вызванной технологией изготовления и погрешностью регулировок геометрического начала подачи топлива разброс параметра в эксплуатации также значителен для каждого цилиндра 0.