Разработка модели бифункционального нейтрализатора как объекта диагностирования и управления

• Автор: Мельников, Владимир Игоревич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Анализ методов диагностирования бифункционального нейтрализатора отработавших газов ДВС
1.1. Бортовое диагностирование бифункционального нейтрализатора по показаниям датчиков кислорода
1.1.1. Теоретические предпосылки
1.1.2. Диагностирование нейтрализатора по показаниям одного датчика кислорода
1.1.3. Диагностирование нейтрализатора по показаниям двух датчиков кислорода
1.2. Бортовое диагностирование бифункционального нейтрализатора по температуре
1.3. Бортовое диагностирование бифункционального нейтрализатора по показаниям датчиков состава отработавших газов
1.4. Итоги главы
Глава 2. Математическая модель бифункционального нейтрализатора отработавших газов
2.1. Требования к построению математической модели нейтрализатора как объекта диагностирования и управления
2.2. Анализ физико-химических процессов в нейтрализаторе
2.3. Уравнения математической модели
2.3.1. Уравнения энергетического баланса
2.3.2. Уравнения массового баланса
2.3.3. Расчет скоростей химических реакций
2.3.4. Расчет теплоемкости газовой смеси в зависимости от температуры
2.3.5. Расчет теплового эффекта химических реакций в зависимости от температуры
2.4. Численное решение дифференциальных уравнений математической модели нейтрализатора
2.4.1. Система решений уравнений энергетического баланса
2.4.2. Решения уравнений массового баланса
2.5. Алгоритм расчета по математической модели каталитического нейтрализатора
Глава 3. Идентификация математической модели бифункционального каталитического нейтрализатора по экспериментальным данным
3.1. Экспериментальные данные
3.2. Исходные данные для расчета
3.2.1. Расчет концентраций недостающих компонентов ОГ
3.2.2. Расчет концентраций с учетом осушения продуктов сгорания
в газоанализаторе
3.2.3. Алгоритм расчета недостающих компонентов ОГ с учетом осушения проб в газоанализаторе
3.3. Идентификация кинетических параметров модели

Глава 4. Математическая модель работы датчика состава смеси
4.1. Математическая модель релейного датчика кислорода (Л-зонда)
4.2. Математическая модель широкодиапазонного датчика состава смеси
Глава 5. Применение математической модели для оценки методов диагностирования бифункционального нейтрализатора
5.1. Возможность применения математической модели нейтрализатора для оценки методов диагностирования
5.2. Исходные данные для моделирования
5.3. Оценка методов диагностирования нейтрализатора по показаниям двух Л-зондов
5.3.1. Возможности тестового бортового диагностирования нейтрализатора
5.3.2. Диагностирование при случайном изменении тестового
сигнала
5.4. Применение широкодиапазонного датчика состава смеси для диагностирования нейтрализатора
5.5. Анализ возможности диагностирования БН по температуре
5.6. Итоги главы
Глава 6. Исследование возможности применения математической модели бифункционального нейтрализатора для описания режима прогрева
6.1. Исходные данные для моделирования
6.2. Результаты расчетов
6.2.1. Идентификация теплофизических характеристик нейтрализатора
6.2.2. Идентификация кинетических характеристик нейтрализатора
6.3. Итоги главы
Выводы
Литература
Приложение
Приложение
Приложение

Введение
В настоящее время в автомобильной промышленности все большее внимание уделяется разработке систем, улучшающих экологические
характеристики двигателя внутреннего сгорания. Главным образом, разработки идут по пути снижения токсичности отработавших газов (ОГ)
две.
Бифункциональный нейтрализатор (БН) является наиболее
эффективным средством очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. БН способен эффективно работать только в узком диапазоне режимов работы ДВС. В частности, наивысшая эффективность
нейтрализатора достигается при стехиометрическом составе смеси. Колебания коэффициента избытка воздуха допускаются в пределах ±2% относительно 1. При этом эффективность не должна быть ниже 80%. Большие отклонения от стехиометрического состава смеси или температурного режима работы БН приводят к значительному снижению эффективности преобразования токсичных веществ. При значительных долговременных отклонениях снижение эффективности становится
необратимым. Кроме того, даже при надлежащих условиях эксплуатации трехкомпонентного нейтрализатора происходит снижение его эффективности с течением времени (так называемое старение). В результате, для поддержания высокой эффективности БН в течение всего срока службы необходимы специальные меры.
Наиболее действенным средством поддержания эффективности нейтрализатора является наблюдение за его состоянием в процессе эксплуатации. Эти функции берет на себя система бортового диагностирования автомобиля. В ряде стран бортовое диагностирование нейтрализатора является обязательным, и в случае выхода его из строя эксплуатация автомобиля становится невозможной по экологическим показателям.
Для диагностирования состояния бифункционального нейтрализатора предлагается множество методов и алгоритмов. В ходе изучения патентов по

Каталитический нейтрализатор рассматривается как реактор идеального вытеснения с однофазным потоком. Режим идеального вытеснения характеризуется пренебрежимо малой ролью диффузии и теплопроводности в продольном (т.е. параллельном движению реагирующей смеси) направлении. Соответственно, каждая порция потока, проходя реактор, не взаимодействует с предыдущей и последующей порциями, и остается в реакторе, перемещаясь вдоль него со скоростью и, строго фиксированное время, необходимое для прохождения длины реактора. При этом значение концентраций реагентов и температуры постоянны по сечению канала, независимо от расстояния до его стенок.
По уравнениям энергетического баланса рассчитывается изменение температуры ОГ и носителя катализатора по длине нейтрализатора и во времени.
В газообразной фазе температура газа по длине нейтрализатора изменяется в результате его конвективного теплообмена с носителем катализатора. Этот процесс может быть описан уравнением энергетического баланса на единицу объема реакционной зоны:
где Тд(8) - температура газа (носителя катализатора), К
и - средняя скорость газа, м/с
Сд(з) - удельная теплоемкость газа (носителя), Дж/(кг К)
Рд(8) - плотность газа (носителя катализатора), кг/м3
а - коэффициент конвективной теплоотдачи газ - носитель, Вт/(м2
2.3.1. Уравнения энергетического баланса

Г - площадь теплообмена, м2
V - объем реакционной зоны, м3
х - длина монолита, м
I - время, с