Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 9
1.1 Снижение токсичности отработавших газов как фактор повышения экологической безопасности дизелей 9
1.2 Вредные выбросы дизелей и их воздействие на окружающую среду 13
1.3 Оценка и нормирование вредных выбросов дизелей, природоохранные стандарты 16
1.4 Основные пути снижения вредных выбросов в процессе эксплуатации дизелей 21
1.5 Антидымные присадки к топливу, механизмы их действия 25
1.6 Выводы. Цель и задачи исследования 34
2 Общая методика исследований 36
2.1 Программа исследований 36
2.2 Методика теоретических исследований 38
2.3 Методика экспериментальных исследований 41
2.3.1 Оборудование и приборы для экспериментальных исследований 41
2.3.2 Тарировка приборов и оборудования, оценка точности и ошибок экспериментальных исследований 51
2.4 Выводы 54
3 Теоретические предпосылки снижения токсичности и дымности отработавших газов дизелей применением присадок к топливу 55
3.1 Выбор химических соединений для антидымных присадок на основе редкоземельных элементов 55
3.2 Механизм действия антидымных присадок на основе редкоземельных элементов 56
3.3 Тепловой расчёт рабочего процесса дизеля на топливе с антидымной присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия 59
3.4 Математическая модель процесса тепловыделения в цилиндре дизеля при добавлении в топливо антидымной присадки декааква-2-сульфобензоат эрбия 64
3.5 Математическая модель процесса образования сажи при горении в цилиндре дизеля топлива с антидымной присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия 70
3.6 Авторегрессионный метод математической идентификации параметров математических моделей рабочих процессов дизеля 44 11/12,5, работающего на топливе с присадками 77
3.7 Показатели эффективности использования антидымных присадок к топливу 81
3.8 Оценка точности разработанных математических моделей 83
3.9 Выводы по разработанным математическим моделям 85
4 Результаты экспериментальных исследований 87
4.1 Стендовые испытания дизеля с антидымными присадками в топливе 87
4.2 Анализ экологических показателей дизеля при использовании антидымных присадок на основе редкоземельных элементов 93
4.2.1 Анализ концентрации оксида углерода в отработавших газах дизеля 93
4.2.2 Анализ концентрации сажи в отработавших газах дизеля 102
4.2.3 Анализ концентрации оксидов азота в отработавших газах дизеля 111
4.2.4 Анализ концентрации углеводородов в отработавших газах дизеля 119
4.3 Анализ коэффициентов выхода токсичных компонентов и сажи с отработавшими газами дизеля, работающего на топливе с антидымными присадками 125
4.4 Выводы по результатам экспериментальных исследований 143
5 Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований 144
5.1 Анализ результатов физико-химических исследований антидымных присадок к дизельному топливу 144
5.2 Анализ результатов термогравиметрического анализа антидымных присадок к дизельному топливу 151
5.3 Анализ процесса тепловыделения при сгорании в цилиндре дизеля топлива с антидымной присадкой 160
5.4 Анализ процесса образования сажи при сгорании в цилиндре дизеля топлива с антидымной присадкой на основе редкоземельных элементов 172
5.5 Сравнительный анализ концентраций токсичных компонентов и сажи в отработавших газах дизеля при работе на топливе без присадок и с антидымными присадками 174
5.6 Сравнительный анализ коэффициентов выхода токсичных компонентов с отработавшими газами дизеля при работе на топливе с присадками 181
5.7 Результаты эксплуатационных исследований 183
5.8 Выводы по результатам сравнительного анализа 185
6 Экономическая оценка результатов исследования 187
6.1 Расчет годового экономического эффекта от применения антидымных присадок 187
6.2 Выводы 189
Общие выводы 190
Условные обозначения и сокращения 193
Список литературы 195
Приложения 206
- Оценка и нормирование вредных выбросов дизелей, природоохранные стандарты
- Математическая модель процесса тепловыделения в цилиндре дизеля при добавлении в топливо антидымной присадки декааква-2-сульфобензоат эрбия
- Анализ коэффициентов выхода токсичных компонентов и сажи с отработавшими газами дизеля, работающего на топливе с антидымными присадками
- Сравнительный анализ концентраций токсичных компонентов и сажи в отработавших газах дизеля при работе на топливе без присадок и с антидымными присадками
Введение к работе
Актуальность темы исследования. С каждым годом возрастает техногенное воздействие транспортных средств на окружающую среду. Около 40 % токсичных веществ и сажи поступает в атмосферу с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания. Ежегодный экологический ущерб от работы транспортных средств в Российской Федерации составляет более 900 млрд руб., или около 1,5 % валового национального продукта России.
В сельском хозяйстве РФ широко применяются мобильные сельскохозяйственные машины и тракторы (более 4 млн ед.), на которых в качестве силовых агрегатов используются дизели. Один из основных токсичных компонентов отработавших газов дизелей – сажа, содержащая канцерогенные вещества.
По сравнению с существующими методами снижения дымности ОГ дизелей (применение сажевых фильтров, систем рециркуляции ОГ, альтернативных видов топлива и др.) эффективным и малозатратным способом является добавление в дизельное топливо антидымных присадок.
В связи с этим актуальность исследования заключается в разработке и внедрении антидымных присадок к топливу на основе редкоземельных элементов. Такие присадки позволяют снизить выбросы вредных веществ с отработавшими газами без изменения конструкции дизелей и их систем питания.
Актуальность работы также подтверждается тем, что она выполнялась по приоритетному направлению развития ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова» № 01201151795 от 09.02.2011 г. «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК» по теме: «Проведение научных исследований по повышению надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».
Степень разработанности темы. В настоящее время существуют антидымные присадки к топливу, снижающие содержание сажи в ОГ дизелей, однако их органические компоненты при сгорании образуют вредные вещества. Поэтому необходима разработка эффективных и экологически безопасных присадок, в частности на основе редкоземельных элементов.
Цель работы – улучшение экологических показателей тракторного дизеля 4Ч 11/12,5 применением антидымных присадок к топливу на основе редкоземельных элементов, обеспечивающих эффективное снижение вредных выбросов при его эксплуатации.
Объект исследования – рабочий процесс дизеля на топливе с антидымными присадками: декааква-2-сульфобензоат эрбия и гидроксокарбонат лантана.
Предмет исследования – показатели и характеристики дизеля с антидымной присадкой к топливу работающего на различных скоростных и нагрузочных режимах.
Научную новизну работы представляют:
скорректированная методика теплового расчёта рабочего цикла дизеля, работающего на топливе с антидымными присадками на основе редкоземельных элементов;
математическая модель процесса тепловыделения при термическом разложении антидымной присадки;
математическая модель процесса образования сажи в цилиндре дизеля, работающего на топливе с антидымной присадкой;
комплексная оценка эффективных и токсических характеристик дизеля, работающего на топливе с антидымными присадками на основе редкоземельных элементов.
Теоретическая и практическая значимость. Разработаны математические модели процессов тепловыделения и образования сажи в цилиндре дизеля, работающего на топливе с антидымными присадками на основе редкоземельных элементов. Синтезированы и исследованы антидымные присадки декааква-2-сульфобензоат эрбия и гидроксокарбонат лантана, добавляемые в дизельное топливо и обеспечивающие эффективное снижение продуктов неполного сгорания (CO, CH и сажи). Новизна химических соединений антидымных присадок подтверждена двумя патентами РФ на изобретения.
Методология и методы исследований. Методологической основой для выполнения работы являлись современные методы теоретических и экспериментальных исследований антидымных присадок. Теоретические исследования включали в себя типовые апробированные методики: тепловой расчёт дизеля; построение регрессионных зависимостей по данным эксперимента; математическое моделирование процессов тепловыделения в цилиндре двигателя и образования сажи при сгорании топлива; идентификацию параметров математических моделей по данным экспериментов. Основу экспериментальных исследований составили лабораторные (химические), стендовые и эксплуатационные испытания.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Методика теплового расчёта рабочего цикла дизеля, работающего на топливе с антидымными присадками на основе редкоземельных элементов.
2. Математические модели процессов тепловыделения и образования сажи в цилиндре дизеля, работающего на топливе с присадками дека-аква-2-сульфобензоат эрбия и гидроксокарбонат лантана.
3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния антидымных присадок на основе редкоземельных элементов к дизельному топливу на процессы, протекающие в цилиндре дизеля.
4. Результаты экспериментальных исследований эффективных и токсических характеристик дизеля, работающего на топливе с антидымными присадками, технико-экономическая оценка их применения.
Степень достоверности и апробация работы. Степень достоверности подтверждена использованием современных методик исследования, применением оборудования и высокоточной измерительной аппаратуры, методами обработки экспериментальных данных с помощью методов математической статистики.
Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (Саратов, 2010–2012 гг.); Международной научно-технической конференции «Обеспечение и контроль промышленной чистоты» (Саратов, 2010 г.); научно-практической конференции ПГСХА (Пенза, 2010 г.); научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии» (Москва, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (Саратов, 2009–2011 гг.); учёных советах Поволжского межрегионального филиала ФГБУ «ВНИИ охраны и экономики труда» Минтруда России (Саратов, 2010–2012 гг.); на Международной научно-практической конференции «Михайловские чтения» (Саратов, 2011–2012 гг.); расширенном заседании кафедры «Отечественная и зарубежная мобильная энерготехника в АПК» (Саратов, 2010 г.); Всероссийской научно-практической конференции «2011 год – Международный год химии» (Саратов, 2012 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 26 работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК. Общий объём публикаций – 4,94 печ. л., из которых 3,0 печ. л. принадлежит лично соискателю. Получено два патента РФ на изобретение.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 205 страниц печатного текста,14 таблиц, 95 рисунков и 7 приложений. Список литературы включает в себя 126 наименований, из них 12 – на иностранном языке.
Оценка и нормирование вредных выбросов дизелей, природоохранные стандарты
В природоохранной практике России, как и во всем мире, экологическое нормирование используется в качестве одной из основных мер или инструментов охраны окружающей среды. Разработка и принятие экологических нормативов представляет собой одно из направлений природоохранной деятельности уполномоченных государственных органов.
Применительно к использованию отдельных природных ресурсов и их охране нормирование регулируется соответствующим природоресурсным законодательством - земельным, водным, лесным, об охране атмосферного воздуха и др.
В систему экологических нормативов входят:
- нормативы качества окружающей среды;
- нормативы предельно допустимого вредного воздействия на состояние окружающей среды;
- нормативы использования природных ресурсов;
- экологические стандарты;
- нормативы санитарных и защитных зон.
Понятие «экологические стандарты» включает в себя собственно стандарты как формы нормативных документов, в которых определяются отдельные экологические требования.
В Российской Федерации продолжают действовать природоохранные стандарты [27, 28]: ГОСТ 17.2.2.05-97 и 17.2.2.02-98 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин» (введены в действие соответственно с 1 июля 1999 г. и 1 января 2000 г.). Стандарты в части методов определения дымности и выбросов оксидов азота, оксида углерода и углеводородов в основном соответствуют Международному стандарту ИСО 789/4-86 «Сельскохозяйственные тракторы. Методы испытаний. Часть 4. Измерение дымности отработавших газов» и Правилам ЕЭК ООН № 96 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения дизелей для установки на сельскохозяйственных и лесных тракторах в отношении выброса этими дизелями загрязняющих веществ» [29]. В то же время установленные этими ГОСТами нормы выбросов и дымности менее жесткие, чем регламентированные Правилами № 96. Испытания, согласно ГОСТ 17.2.2.05-97, проводятся по тринадцатирежим-ному циклу, включающему три режима холостого хода с минимальной частотой вращения коленчатого вала двигателя и по пять режимов с номинальной частотой и частотой, соответствующей максимальному крутящему моменту. Двигатели следует испытывать в комплектации, предусмотренной техническими условиями. Сопротивление воздуха на впуске в двигатель и ОГ на выпуске из него должно соответствовать максимальным значениям, оговорённым в технических условиях на двигатель [52, 68].
К безусловному недостатку ГОСТ 17.2.2.05-97 надо отнести регламентирование тринадцатирежимного испытательного цикла, в то время как в нормативно-технической документации США и ЕЭС, в частности в Правилах № 96, используют более «экономичный» (за счет снижения продолжительности испытаний и уменьшения числа анализируемых проб ОГ) восьмирежимный цикл [52,66, 119].
Постановлением Госстандарта России от 1 апреля 1998 г. № 19 с 1 октября 1998 г. (в ред. Приказа Ростехрегулирования от 10.12.2007 № 3453) введены «Правила по проведению работ в системе сертификации механических транспортных средств и прицепов» [95].
Документом предусмотрено введение более жестких (по сравнению с ранее применявшимися в России) экологических требований. Переход на выпуск двигателей, соответствующих этим требованиям, осуществляется поэтапно и требует радикальных перемен в области производства и эксплуатации автотракторной техники [116].
Нормы предельной токсичности отработавших газов, принятые в Европе, базируются на Директивах R15 ЕЭК и 70/220 ЕЭС, а также дополнениях к этим документам. Существующие нормы для малотоннажных грузовиков (полной массой менее 3,5 т) указаны в Директиве 93/59 ЕС/ЕЭС. Менее строгие нормы применяются для дизелей с непосредственным впрыскиванием топлива. Следующим шагом в ужесточении норм токсичности является Директива 1997 г. ЕС 94/12 (таблица 1.3).
Опыт ведущих стран мира показывает, что внедрять экологические стандарты можно ступенчато на протяжении 10-20 лет (таблица 1.4). Необходимо создать развернутую инфраструктуру, обеспечивающую функционирование автотранспорта согласно данным стандартам. Речь, прежде всего, идет о соответствии экологическим стандартам топлива, потребляемого автотранспортом. Евро-1-5 - это нормы одновременно к двигателям и топливу.
Если смотреть на общую тенденцию введения норм Евро, то Россия значительно отстает от нее. Из таблицы 1.4 видно, что страна пытается ускоренными темпами сократить существующее отставание в 10 лет.
Реализацию на практике новых методов контроля применительно к национальным особенностям и условиям производства двигателей в РФ предлагается осуществлять на основе разработанного и принятого ГОСТ Р 52408-2005 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Измерения в условиях эксплуатации» [23], который является модификацией действующего Международного стандарта ИСО 8178/2-96. Модификация выполнена в части введения упрощенных и контрольных процедур и назначения временных норм выбросов для двигателей в случае применения этих процедур на месте установки. Стандарт содержит рекомендации к подготовке изготовителем нового документа, сопровождающего двигатель на протяжении его полного эксплуатационного цикла, — «Технического паспорта выбросов двигателя».
Новая техническая политика упрощенного контроля выбросов двигателей в процессе эксплуатации основана на следующих теоретически обоснованных и экспериментально подтверждённых положениях:
1. Двигатели со сходным конструктивным исполнением компонентов, влияющих на образование вредных веществ (системы воздухоснабжения, газообмена и выпуска, камеры сгорания и топливной аппаратуры), имеют сходные показатели выбросов. На основе такого конструктивного сходства двигатели могут объединяться в семейства или группы.
2. В пределах сформированного семейства (группы) показатели выбросов вредных веществ зависят от регулировок (угол опережения и закон подачи топлива, фаза газообмена) и рабочих параметров (температура и давление наддувочного воздуха, степень и давление сжатия, среднее эффективное и максимальное давление в цилиндре, противодавление выпуску) и находятся в непосредственной зависимости от их значений.
3. Двигатель по совокупности перечисленных регулировок, компонентов и рабочих параметров, имеющий наибольший уровень выбросов, является базовым и представляет сформированное семейство (группу) при сертификационных испытаниях на стенде.
4. Идентификация (маркировка) компонентов, регулировок и рабочих параметров базового двигателя семейства (группы) и результаты его стендовых испытаний регистрируются в «Техническом паспорте выбросов двигателя», содержание которого распространяется на каждый двигатель, входящий в семейство (группу).
5. Если подвергнутый инструментальному контролю базовый двигатель (представляющий семейство или группу) соответствует техническому нормативу выбросов, то результаты этого контроля распространяются на все двигатели, входящие в семейство (группу).
6. Технические нормативы выбросов каждого двигателя, входящего в семейство (группу) и установленного на объекте применения, продолжают соответствовать установленным нормам до тех пор, пока его компоненты, регулировки и рабочие параметры соответствуют данным «Технического паспорта выбросов двигателя».
Математическая модель процесса тепловыделения в цилиндре дизеля при добавлении в топливо антидымной присадки декааква-2-сульфобензоат эрбия
Основной задачей математического моделирования в теории ДВС является моделирование индикаторной диаграммы двигателя, которая определяет функциональную связь между давлением рабочего тела в цилиндре и перемещением поршня, позволяющую оценить количество выделяющейся и отводимой тепловой энергии, переменность массы рабочего тела. Как следует из постановки, эта задача решается применительно к ДВС с использованием первого начала термодинамики переменной массы [41, 82, 103]: где dig - подведенное к рабочему телу элементарное количество теплоты, Дж; ijdMj - поток энтальпии, Дж, внесенный (+) и вынесенный (-) с элементарными массами dMj, кг, из объёма цилиндра V, м3; М- масса рабочего тела в цилиндре, кг; и - удельная внутренняя энергия рабочего тела, Дж/кг; p - давление в цилиндре, Па.
В настоящем исследовании при моделировании процесс газообмена не рассматривается, так как присадка, введённая в топливо, влияет только на процесс сгорания, поэтому зависимостью изменения массы рабочего тела в цилиндре можно пренебречь. Для решения задачи достаточно рассмотреть следующие участки индикаторной диаграммы: конец процесса сжатия; начало процесса выделения тепла при сгорании и участок от начала расширения до окончания выделения тепла при сгорании.
Дифференциальное уравнение скорости изменения давления рабочего тела в цилиндре дизеля в процессе горения — расширения исходя из первого начала термодинамики переменной массы имеет вид [82]: где dQnm - количество теплоты, выделяющееся при сгорании относительной массы топлива gndx, Дж, dQnoa = guQudx; QH — низшее значение теплотворности топлива, Дж/кг; z dMT - энтальпия газа, поступившего в цилиндр дизеля при сгорании относительной массы топлива gndx, Дж, idMT = cpTgndx; idMH — энтальпия заряда, теряемая из-за наличия плотностей сгорания, Дж. Считая, что энтальпия і = срТ, Дж, и внутренняя энергия и = cvT, Дж, и предполагая, что в окрестности рассматриваемой точки теплоёмкости постоянны, т.е. ср= const и су = const, преобразуем выражение (3.23), поделив все его члены на величину мгновенного запаса внутренней энергии в цилиндре дизеля (М 7):
Сопоставив относительное изменение температуры dTIT с характеристическим уравнением pV = MRT, после несложных преобразований получаем следующий вид дифференциального уравнения скорости изменения давления в процессе горения - расширения в цилиндре дизеля:
В этом уравнении учтено многообразие факторов, которые влияют на скорость изменения давления в цилиндре дизеля. К ним относят: скорость выделения теплоты при сгорании топлива (dx/dcp); скорость изменения относительного объёма цилиндра (dlnF/d(p); скорость отводимого тепла от рабочего тела (dQJdy). Однако следует учитывать, что входящие в правую часть уравнения (3.25) величины -переменные (исключением являются постоянные QH = const и gn = const).
При определенных допущениях дифференциальное уравнение (3.25) можно упростить. Так, если не учитывать утечки рабочего тела через щели камеры сгорания, то dMH = О и уравнение примет вид: dp/dcp =p\gv/M(QH/cvT + k)dx /dtp - Win VIda? - 1 /( Mc T)dgw/d(p]. (3.26)
В расчетах настоящего исследования не требуется очень высокой точности вычислений.
Величина члена уравнения klQJcvT составляет 1,3/[104/(0,22-2-1(Г3] = 0,5-10 7, т.е. значение показателя адиабаты к существенно меньше величины члена уравнения QJcvT.
Поэтому дифференциальное уравнение скорости изменения давления газа в цилиндре дизеля можно представить в следующем виде: dp/dq =p(gnQH/MCv Tdp/dy - МІпШф - l/(MCv T)dgw/d9). (3.27)
Для интегрирования дифференциального уравнения (3.26) необходимо задаваться зависимостью изменения цикловой подачи gn дизельного топлива в цилиндр дизеля во времени от угла поворота коленчатого вала. Эта зависимость приведена в форме графика на рисунке 3.1 приложения 3.
Дифференциальное уравнение скорости изменения давления рабочего тела в цилиндре дизеля в процессе сокатня можно получить из уравнения (3.27). Для описания данного процесса исходными условиями будут аналогичные предпо сылки, которые принимались при выводе уравнения для процесса горения - расширения. Подвод тепла от сгорания топлива отсутствует, т.к. нет процесса сгорания, поэтому в уравнении (3.27) значение первого члена в скобках равно нулю. Если считать, что потери массы рабочего тела через щели камеры сгорания dM = Мн, получим дифференциальное уравнение скорости изменения давления рабочего тела на участке сжатия индикаторной диаграммы: ф/dcp = /?(MlnM/dcp + ЫЬШср + 1/(МСу T)d0w/d(p). (3.28)
Если не учитывать потери массы рабочего тела через щели камеры сгорания (потери массы через щели замков поршневых колец, щели между клапанами и сёдлами), то дифференциальное уравнение (3.28) примет вид: d/?/dcp = -p(kd\n Шф + 1 /(Мс T)dQJdq ). (3.29)
Так же, как и при газообмене, в процессах наполнения цилиндра газом и выпуска его в уравнениях (3.28) и (3.29) чпенр/(МСу T)dgw/dcp) можно рассчитать по формуле где D - диаметр цилиндра, м; Н- текущее положение поршня дизеля, м. Так как в настоящем исследовании не ставилась задача изучить влияние работы кольцевого уплотнения с учетом утечек через камеры сгорания, то, естественно, целесообразно использовать дифференциальное уравнение, описывающее процесс сжатия газа в виде дифференциального уравнения (3.29), а процесс горения -расширения - в виде дифференциального уравнения (3.27), в которых в явном виде устанавливается связь скорости изменения давления в цилиндре дизеля от изменения перечисленных ранее факторов.
Относительное изменение объёма цилиндра AVIV легко вычислить из уравнений, описывающих изменение мгновенного значения объёма цилиндра дизеля и его производной по углу поворота коленчатого вала.
Текущий объём цилиндра определили по формуле: где Vh - рабочий объём цилиндра, м3; 5х(ф) - текущий ход поршня для данного угла положения кривошипа коленчатого вала ф, п.к.в., м; к - отношение радиуса R, м, кривошипа к длине шатуна L, м; є - степень сжатия. После дифференцирования выражения (3.31) по углу поворота кривошипа коленчатого вала получили выражение производной [82] dНа основании уравнений (3.31) и (3.32) выражение для отношения производной от объёма по углу ф к текущему объёму примет вид:
Положение поршня Н рассчитывали по высоте камеры сгорания Sl(& - 1) и величине перемещения поршня:
В процессах сжатия и расширения при постоянном составе рабочего тела показатель теплоёмкости при постоянном давлении cv = cv(Z) и показатель адиабаты к = к(Т). При сгорании, как и при газообмене, меняется состав рабочего тела, поэтому показатели теплоёмкости и адиабаты в уравнениях являются функциями температуры и состава рабочего тела.
Анализ коэффициентов выхода токсичных компонентов и сажи с отработавшими газами дизеля, работающего на топливе с антидымными присадками
Расчётная зависимость коэффициента выхода оксида углерода с отработавшими газами дизеля 4411/12,5, работающего на топливе с присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия, от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давленияре в форме трёхмерного графика приведена на рисунке 4.36. Этот график позволяет наглядно оценить значения коэффициента выхода оксида углерода КСо с отработавшими газами при работе на всех скоростных и нагрузочных режимах.
Трёхмерный график на рисунке 4.36 показывает, что образующие поверхности графика коэффициента выхода оксида углерода в направлении оси частоты вращения имеют форму немного искривлённых парабол, а в направлении оси среднего эффективного давления - параболических кривых, переходящих в прямые линии. Более точные значения коэффициента выхода оксида углерода легко оценить го двухмерным графикам.
Одномерные расчётные зависимости коэффициента выхода оксида углерода с отработавшими газами дизеля 4411/12,5, работающего на топливе с присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия, от среднего эффективного давления ре при заданных значениях частоты вращения (п = 1000, 1400, 1600, 1800, 2000 и 2200 мин"1) приведены на рисунке 4.37.
Из анализа графиков на рисунке 4.37 видно, что с ростом нагрузок значения коэффициента выхода оксида углерода возрастают от КСо = 0,35.. .0,5 при ре = 0 МПа (на холостом ходу) до максимума прире = 0,04...0,05 МПа, а затем снижаются почти прямолинейно до ЛГсо = 0,13...0,35 при ре = 0,63 МПа. Исключением является график изменения значений Ксо при частоте вращения п = 1000 мин" , на котором значение коэффициента выхода составляет Ксо = 0,13 при ре = 0,63 МПа.
Расчётные зависимости коэффициента выхода оксида углерода с отработавшими газами дизеля 4411/12,5, работающего на топливе с присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия, от частоты вращения п дизеля при заданных значениях среднего эффективного давления ре в форме одномерных графиков приведены на рисунке 4.38.
Из анализа рисунка 4.38 видно, что форма графиков почти параболическая. С ростом частоты вращения значения коэффициента выхода оксида углерода резко увеличиваются, достигая максимумов Ксо = 0,4...0,48 при частоте вращения п = = 1600... 1800 мин-1, а затем плавно снижаются до Ксо = 0,3 5... 0,425 при п = 2200 мин 1.
Расчётная зависимость коэффициента выхода оксида углерода с отработавшими газами дизеля, работающего на топливе с присадкой гидроксокарбонат лантана, от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давления ре в форме трехмерного графика приведена на рисунке 4.39.
Трёхмерный график на рисунке 4.39 позволяет количественно оценить эффективность действия присадки гидроксокарбонат лантана при работе дизеля на каждом из скоростных и нагрузочных режимов.
Анализ поверхности трёхмерного графика показал, что его форма совпадает с формой искривлённого выпуклого параболоида. Более точные значения коэффициента выхода оксида углерода КСо с отработавшими газами дизеля, работающего га топливе с присадкой гидроксокарбонат лантана, легко оценить по двухмерным графикам.
Расчётные зависимости коэффициента выхода оксида углерода с отработавшими газами дизеля 4411/12,5, работающего на топливе с присадкой гидроксокарбонат лантана, от среднего эффективного давления ре при заданных значениях частоты вращения п в форме двухмерных графиков приведены на рисунке 4.40.
Анализ графиков на рисунке 4.40 дал возможность установить, что с ростом нагрузок значения коэффициента выхода оксида углерода возрастают по параболическим кривым от Ксо — 0,11.. .0,17 при/?е = 0 МПа (на холостом ходу) до максимума КСо = 0,2...0,23 ирире = 0,15...0,19 МПа, а затем снижаются до КСо = 0,125...0,147 при ре = 0,63 МПа. Исключением является график, отражающий изменения значений Лео при частоте вращения п = 1000 мин"1, на котором максимальный коэффициент Ксо = 0,16 прирг = 0,15 МПа и Ксо = 0,06 при/л = 0,63 МПа.
Расчётные зависимости коэффициента выхода оксида углерода с отработавшими газами дизеля 4411/12,5, работающего на топливе с присадкой гидроксокар-бонат лантана, от частоты вращения п при заданных значениях среднего эффективного давления/ в форме двухмерных графиков приведены на рисунке 4.41.
Из анализа на рисунке 4.41 видно, что форма графиков почти параболическая. С ростом частоты вращения значения коэффициента выхода оксида углерода с ОГ вначале увеличиваются от КСо - 0,108...0,163 при п = 1000 мин-1 до максимума Kco = 0,17...0,23 при n = 1750...1800 мин , а затем снижаются до Kco = = 0,14...0,205 при п = 2200 мин"1.
Расчётная трёхмерная зависимость коэффициента выхода сажи с отработавшими газами дизеля 4411/12,5, работающего на топливе с присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия, от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давления ре приведена на рисунке 4.42. Она позволяет наглядно оценить значения коэффициента выхода сажи Кс с отработавшими газами дизеля при его работе на всех скоростных и нагрузочных режимах.
Из анализа рисунка 4.42 видно, что образующие линии поверхности графика по оси среднего эффективного давления имеют форму выгнутых парабол, а по оси частоты вращения - выпуклых парабол. Более точные значения коэффициента выхода сажи легко оценить по двухмерным графикам, приведённым на рисунках 4.43 и 4.44.
Одномерная расчётная зависимость коэффициента выхода сажи с отработавшими газами дизеля 4411/12,5, работающего на топливе с присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия, от среднего эффективного давления ре при заданных значениях частоты вращения (и = 1000, 1400, 1600, 1800, 2000 и 2200 мин4) приведена на рисунке 4.43.
Сравнительный анализ концентраций токсичных компонентов и сажи в отработавших газах дизеля при работе на топливе без присадок и с антидымными присадками
Для сравнения экспериментальные зависимости концентрации оксида углерода в отработавших газах дизеля 4411/12,5 от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давления ре дизеля, работающего на топливе без присадки и с присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия, приведены в форме графиков на рисунке 5.21.
Сравнительный анализ поверхностей графиков на рисунке 5.21 показал, что наибольший эффект действия присадки декааква-2-сульфобензоат эрбия по снижению концентрации оксида углерода наблюдается на номинальном режиме работы дизеля; при частоте вращения п = 2200 мин-1; на режимах холостого хода и малых нагрузок при всех диапазонах значений частоты вращения коленчатого вала.
Экспериментальные зависимости концентрации оксида углерода в отработавших газах дизеля 4411/12,5 от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давления ре дизеля, работающего на топливе без присадки и с присадкой гидроксокарбонат лантана, приведены в форме графиков на рисунке 5.22.
Сравнительный анализ поверхностей графиков на рисунке 5.22 показал, что наибольший эффект действия присадки гидроксокарбонат лантана на снижение концентрации оксида углерода наблюдается на режимах холостого хода и малых нагрузок дизеля при всех диапазонах значений частоты вращения коленчатого вала. Из сравнения относительного расположения поверхностей графиков на рисунках 5.21 и 5.22 видно, что эффект действия присадки гидроксокарбонат лантана на снижение концентрации оксида углерода в отработавших газах дизеля в 1,4-2,2 раза слабее, чем присадки декааква-2-сульфобензоат эрбия.
Экспериментальные зависимости концентрации сажи в отработавших газах от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давления ре в цилиндре дизеля 4411/12,5, работающего на топливе без присадки и с присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия, в форме трёхмерных графиков приведены на рисунке 5.23.
Сравнительный анализ поверхностей графиков на рисунке 5.23, отражающих изменение концентраций сажи, показал, что наибольший эффект действия присадки декааква-2-сульфобензоат эрбия на снижение в 1,3-1,5 раза концентрации оксида углерода наблюдается на номинальном режиме работы дизеля; при частоте вращения п = 2200 мин-1; при полных нагрузках в диапазоне п = 1750...2200 мин" ; на режимах холостого хода при всех диапазонах частоты вращения коленчатого вала дизеля.
Экспериментальные зависимости концентрации сажи в отработавших газах от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давления ре дизеля 4411/12,5, работающего на топливе без присадки и с присадкой гидроксокарбонат лантана, в форме трёхмерных графиков приведены на рисунке 5.24.
Из сравнительного анализа поверхностей графиков на рисунке 5.24 видно, что наибольший эффект действия присадки гидроксокарбонат лантана, так же, как и присадки декааква-2-сульфобензоат эрбия, на снижение концентрации оксида углерода в 1,1-1,2 раза наблюдается на режимах холостого хода и полных нагрузок дизеля при всех значениях частоты вращения коленчатого вала. Сравнивая относительное расположение поверхностей графиков на рисунках 5.23 и 5.24, установили, что действие присадки гидроксокарбонат лантана на снижение концентрации оксида углерода в отработавших газах дизеля на 20 % слабее, чем присадки декааква-2-сульфобензоат эрбия.
Экспериментальные зависимости концентрации сажи в отработавших газах дизеля 4411/12,5 от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давления ре дизеля, работающего на топливе без присадки, с присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия и с присадкой гидроксокарбонат лантана, в форме трёхмерных графиков приведены на рисунке 5.25.
Анализ трёх поверхностей графиков на рисунке 5.25 показал, что присадка де-кааква-2-сульфобензоат эрбия эффективнее присадки гидроксокарбонат лантана по снижению содержания сажи в отработавших газах при частоте вращения п = 1600 мин-1 в среднем на 14%, при частоте вращения п = 2000 мин-1 - на 10 %. Экспериментальные зависимости концентрации оксидов азота в отработавших газах от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давления ре дизеля 4411/12,5, работающего на топливе без присадки и с присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия, в форме трёхмерных графиков приведены на рисунке 5.26.
Из сравнительного анализа поверхностей графиков на рисунке 5.26 видно, что присадка декааква-2-сульфобензоат эрбия увеличивает концентрацию оксидов азота в отработавших газах не значительно - на 8,1-8,4 %. Такое превышение гонцентрации наблюдается на номинальном режиме работы и режимах средних и полных нагрузок дизеля. Присадка гидроксокарбонат лантана способствует меньшему росту концентрации оксидов азота в отработавших газах дизеля, чем присадка декааква-2-сульфобензоат эрбия. Но из-за меньшего влияния присадки на основе лантана на снижение концентрации других токсичных компонентов соответствующие графики не приводятся.
Экспериментальные зависимости концентрации углеводородов Сен в отработавших газах от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давления ре дизеля 4411/12,5, работающего на топливе без присадки и с присадкой декааква-2-сульфобензоат эрбия, в форме трёхмерных графиков приведены на рисунке 5.27.
Анализ графиков зависимостей на рисунке 5.27 концентрации углеводородов Сен в отработавших газах от изменения частоты вращения п и среднего эффективного давления ре дизеля показал слабое влияние присадки декааква-2-сульфобензоат эрбия на изменение концентрации углеводородов, не превышающее 2-А %.
