Введение к работе
Актуальность работы. Проблемы охраны окружающей среды в настоящее время приобретают межнациональное значение. Доля отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в общем загрязнении атмосферы промышленными выбросами составляет 80-85 Ж, из которых на долю дизелей приходится не менее 60-65 Ж. В ОГ дизелей содержится свыше 200 токсичных элементов, из которых наибольшую опасность представляют окислы азота и сака. Содержание оксидов азота в ОГ дизелей доходит до 0,5 Ж (по массе), содержание сажи до 1,0-1,1 г/и3. Токсические свойства саки обусловлены не углеродом, а присутствием на ней канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Относительно крупные частицы размером от 2 до 10 мкм выводятся из организма, а мелкие размером до 2 мкм в задерживаются легких, вызывают аллергию дыхательных путей .
В настоящее время сформировались четыре направления по снижению токсичности ОГ: разработка малотоксичных рабочих процессов; применение присадок к топливу; применение альтернативных видов топлив; разработка системы нейтрализации ОГ и систем улавливания сажи.
Очевидно, что создание малотоксичных силовых установок с ДВС возможно только при комплексном применении всех указанных мероприятий. Применение малотоксичных рабочих процессов возможно только на стадии разработки новых моделей ДВС. Применение альтернативных топлив также требует создания новых или модифицированных систем топливоподачи. По этому для снижения токсичности ОГ дизелей, находящихся в эксплуатации, перспективными являются применение присадок к дизельному топливу и разработка систем улавливания сажи, которые можно устанавливать в выхлопные системы без существенного изменения их конструкции. В настоящее время ведется интенсивная разработка систем улавливания сажи, содержащейся в ОГ дизелей. Известны разработки фирмы Бош (Германия), Корнинг Гласе и Вибаста (США). Но при практическом осуществлении систем встречаются серьезные трудности. Применяемые обычно фильтрующие элементы представляют пористую структуру из гранулированного или волокнистного материала, на поверхности которого с целью регенерации фильтра осуществляется процесс сжигания саки и других продуктов неполного сгорания.
При температуре 500 С горение частиц сажи происходит самопроизвольно. Однако такая температура ОГ не типична для
реальных условии эксплуатации дизелей. Поэтому применяются различные, достаточно сложные и дорогие автоматизированные системы облегчения воспламенения частиц для обеспечения регенерации фильтров. Это приводит к усложнению систем фильтрации, снижению надежности фильтрующих элементов из-за больших термических напряжений, резкому повышению стоимости силовых установок, оснащенных дизелями и, как следствие, к ограниченному применению систем фильтрации ОГ. Ввиду этого в настоящей работе ставилась задача разработки качественно нового термостойкого элемента на основе пенометалла и разработки способа очистки фильтра ОГ дизеля, основанного на каталитической саморегенерации фильтрующего элемента. При этом фильтрующий элемент- должен иметь ресурс, соизмеримый со сроком службы автомобиля или другой установки, оснащенной системой фильтрации.
Цель работы. Разработать саморагенерирунцийся сажевый фильтр для систем очистки ОГ дизеля,обладающий степенью очистки 80 - 90.
Научная новизна. Предложен метод комбинированной очистки очистки отработавших газов дизеля, основанный на совместном применении сажевого фильтра изготовленного из пенометалла, обладающего каталитической активностью (пеноникеля) и металлоор-ганической присадки к топливу (ферроцена), позволяющей реализовать саморегенерацию фильтра.
Разработана конструкция сажевого фильтра, в котором применены фильтрующие элементы изготовленные из пенометалла на основе никеля.
Разработаны методики стендовых моторных испытаний, термогравиметрических исследований металлосодержащих соединений, и исследований фильтрующей . и каталитической способностей пеноникелевых фильтрующих элементов.
Методы исследования. При выполнении работы применялись расчетные и экспериментальные метода исследования. Обзор и анапиз состояния вопроса осуществлялся по научным публикациям, отечественным и зарубежных патентам. Проведен сравнительный анализ механизмов сажеобразования, эффективности существующих антидымных присадок к топливу и механизмов сажеподавления, разработанных систем улавливания сажи, содержащейся в ОГ дизелей. Применен метод термогравиметрического исследования выгорания дизельной саки в присутствии металлоорганических соединений, проведены лабораторные исследования фильтрующей и каталитической способностей пеноникелевых фильтрующих элементов. Экспериментальные
исследования эффективности очистки отработавших газов от сажи при комплексном применении фильтра и присадки (ферроцена) к топливу на дизеле 14 8,5/11 осуществлены при применении современных методов измерения и регистрации параметров исследуемых процессов и в достаточном объеме.
Практическая ценность. Использование разработанного способа очистки отработавших газов дизелей позволит улучшить экологическую обстановку в регионе. Очистка сажевого фильтра от сажистих частиц, которые улавливаются и накапливаются в порах фильтрующих элементов осуществляется без применения дорогой и сложной системы, и что наиболее важно, без существенного повышения теплового воздействия на фильтр.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно-технических конференциях инженерного факультета РУДН в 1993 и 1994 гг., на научном семинаре в МТТУ им Н.Э.Баумана в декабре 1994 г. и на двух научных конференциях (1993 и 1995 гг.) в городе Владимире.
Публикации работы. По результатам исследований опубликованы три печатные работы. Одна статья находится в печати.
Объем работы. Диссертация состоит из введения,четырех глав, выводов, списка литературы из 108 наименований. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, включая 34 рисунка.