Методология повышения экологической безопасности двигателей автотранспортных средств в условиях эксплуатации

• Автор: Шапошников, Юрий Андреевич
• Шифр специальности: 05.22.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 438 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЕЕ АНАЛИЗ. КОНЦЕПЦИЯ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Общая характеристика контроля автотранспорта как источника загрязнения окружающей природной среды и потребителя ее энергетических ресурсов
1.2 Современные представления о природе образования и способах уменьшения вредных выбросов применительно к автомобильным ДВС

1.2.1 Воздействие основных параметров организации рабочего процесса

на образование вредных веществ в цилиндрах ДВС

1.2.2 Воздействие состава топлива на токсичность и дымность отработавших газов ДВС

1.2.3 Взаимосвязь конструктивного исполнения ДВС с эмиссией

вредных веществ в атмосферу.

1.2.4 Методы обезвреживания отработавших газов ДВС в гозовыпускном тракте

1.3 Анализ возможностей для рационального использования тепла, сбрасываемого в окружающую среду
1.4 Выводы, концепция, цель и задачи диссертационного исследования
ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДОМИНИРОВАНИЯ ФАКТОРОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВС АВТОТРАНСПОРТА
2.1 Оценка загрязняющих факторов двигателей автотранспортных
средств.
2.2 Исследование влияния технического состояния дизельного ДВС
на дымность отработавших газов
2.3 Влияние процессов газообмена на состав рабочей смеси и отработавших газов ДВС
2.4 Расчет реакции горения углеводородных топлив и их влияние на
состав ОГ.
2.4.1 Материальные балансы при сжигании топлив
2.4.2 Образование токсичных веществ при горении топлива.
2.5 Выводы по главе.
ГЛАВА 3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ, ФОРМИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ТОПЛИВА ДЛЯ ДВС ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ
3.1 Расчет состава продуктов сгорания при использовании в ДВС многокомпонентного топлива
3.2 Применение испарителя в топливной системе ДВС
3.3 Моделирование движения потока по впускному коллектору
3.4. Моделирование работы установки газодинамических испытаний
3.5 Выводы по главе.
Глава 4 НАУЧНОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВС ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ТОПЛИВА
4.1 Исследование влияния применения многокомпонентного топлива
на каталитическую нейтрализацию отработавших газов ДВС
4.1.1 Модель каталитического нейтрализатора.
4.1.2 Процессы изотермического дожигания продуктов неполного сгорания
4.1.3 Адиабатный процесс каталитического превращения
4.1.4 Выбор основных параметров активной зоны нейтрализаторов
4.2 Использование теплоты отработавших газов для подготовки и формирования многокомпонентного топлива
4.2.1 Анализ работоспособности отработавших газов.
4.2.2 Расчет эффективности работы испарителя ДВС
4.3 Выводы по главе.
ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ МЕТОДОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДВС НА СТЕНДАХ И В ЭКСПЛУАТАЦИИ
5.1 Планирование эксперимента.
5.2 Испытательные стенды, оборудование и аппаратура.
5.2.1 Испытательный стенд нндицирования ДВС.
5.2.2 Стенды для испытания каталитических нейтрализаторов,
испарителя и оценки потерь теплоты ОГ.
5.2.3 Установка для газодинамических испытаний, приборы.
5.3 Оценка погрешности определения параметров
5.3.1 Измерение параметров индикаторного процесса
5.3.2 Измерение теплоты отработавших газов.
5.4 Методика проведения экспериментов.
5.4.1 Индицирование ДВС
5.4.2 Процесс утилизации теплоты ОГ
5.4.3 Испытание нейтрализаторов
5.4.4 Работа ДВС с испарителем.
5.4.5 Газодинамических испытаний впускного и выпускного трактов
5.5 Экспериментальные исследования применения многокомпонентного топлива на примере дизеля
5.5.1 Сравнительные исследования параметров рабочего процесса и анализ индикаторного КПД при использовании многокомпонентных топлив.
5.5.2 Исследование экологических показателей ДВС при работе на многокомпонентных топливах.
5.6 Оценка эффективности работы каталитических нейтрализаторов.
5.7 Ресурс каталитических нейтрализаторов с пористыми проницаемыми блоками.
5.8 Утилизация теплоты отработавших газов
5.9 Выводы по главе.
ГЛАВА 6 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТОК. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ИХ ВНЕДРЕНИЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
6.1 Конструктивные решения, повышающие экологические показатели .
6.1.1 Совершенствование топливной системы.
6.1.2 Нейтрализация отработавших газов.
6.1.2.1 Каталитический нейтрализатор с утилизацией теплоты ОГ
6.1.2.2 Каталитический нейтрализатор отработавших газов.
6.1.2.3 Многоступенчатый каталитический нейтрализатор дизеля
6.1.2.4 Многоступенчатый каталитический нейтрализатор.
6.2 Экономический эффект результатов работы.
6.2.1 Оценка экологического загрязнения окружающей среды ДВС автомобилей
6.2.2 Анализ мероприятий направленных на снижение вредных
веществ в ОГ.
6.2.3 Расчет экономического эффекта от уменьшения загрязнения окружающей среды.
6.3 Выводы по главе.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Уменьшение выбросов СО менее значительно, и по различным данным составляет от 0, до 0, на каждые воды. Однако эмиссия углеводородов при этом возрастает пропорционально содержанию воды, что определяется в основном недогоранием определенного количества углеводородов изза увеличения холодного пристеночного слоя. Рисунок 1. В большинстве исследований работы дизельных двигателей на эмульгированном топливе отмечаются значительные изменения в характере индикаторных диаграмм. При переходе на водотопливные эмульсии увеличивается период задержки воспламенения и скорость нарастания давления при сгорании, а также уменьшается максимальное давление цикла. ОГ уменьшается на . Однако изменение удельного расхода топлива носит более сложный характер. Обводнение топлива до ведет к некоторому снижению за счет эффекта вторичного дробления. На это указывает также некоторое увеличение а и повышение индикаторного коэффициента полезного действия . Добавка метанола к бензинам наиболее реальная возможность расширения энергетической базы автотранспорта в рамках современной технологической готовности. Вместе с тем использование бензометанольных смесей позволяет несколько снизить загрязнение окружающей среды ОГ. В настоящее время исследования бензометанольного топлива ведутся практически во всех промышленно развитых странах , , 4, 1, 7. Оптимальными являются добавки . Однако и в этом случае возникает ряд проблем, связанных с существенным различием физикохимических свойств метанола и бензина, что приводит к низкой стабильности бензометанольных смесей 4. Добавки метанола улучшают процесс сгорания топлива благодаря образованию радикалов, активизирующих цепные реакции окисления, что приводит к сокращению периода задержки воспламенения и продолжительности сгорания топлива 5. При этом теплоотвод из зоны реакции снижается, а предел обеднения смеси расширяется и становится максимальным для чистого метанола. Добавки метанола к бензину способствуют улучшению состава ОГ автомобиля. Замена бензина смесью М уменьшает выбросы СО в среднем в 3 раза. Эмиссия СпНт также снижается, причем в основном за счет полицкклических ароматических углеводородов. Уменьшение уровня выбросов Ох зависит от конструкции двигателя, в частности его впускной системы 6. Одним из направлений расширения ресурсов высокооктановых неэтилированных бензинов является использование различных спиртов, простых и сложных эфиров. Наибольший интерес представляют метилтретичнобутиловый эфир, втор и третбутанолы, а также их смеси 7, 8. По антидетонационной эффективности метилтретичнобутиловый эфир МТБЭ в 3. Следует отметить, что использование топлив с МТБЭ несколько улучшает мощностные и экономические показатели двигателя во всем диапазоне нагрузок и частоты вращения. Одновременно, как показали испытания ряда автомобилей по Европейскому ездовому циклу, суммарные выбросы СО снижаются на . СпНт на 7. Антидетонационная эффективность вторичнобутилового спирта ВБС значительно повышается при добавке МТБЭ, в связи с чем наиболее целесообразно использование смесей этих продуктов. Смеси бензинов с МТБЭ и ВБС характеризуются высокой водоустойчивостью и удовлетворительной физической и химической стабильностью. Применение совместных добавок ВБС и МТБЭ улучшает экономические и токсические показатели двигателя. Испытания ряда автомобилей по Европейскому ездовому циклу показали, что использование топлив с смеси ВТБ и МТБЭ ведет к снижению суммарных выбросов СО на . СпНт на 4. Третичный бутиловый спирт ТБС является побочным продуктом производства этилена и пропилена. Добавка ТБС в количестве . Основной концепцией долгосрочного энергообеспечения автотранспорта является переход на синтетические энергоносители. Среди множества синтезированных веществ только некоторые спирты, водород и аммиак удовлетворяют этим требованиям и одновременно характеризуются достаточной термодинамической и эксплуатационной совместимостью с автомобильными двигателями. К идее использования синтетических спиртов в качестве моторного топлива неоднократно обращались на всем протяжении развития ДВС.