Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Малогабаритные двигатели внутреннего сгорания и проблемы экологии 8
1.1. Оценка токсичности и дымности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания 20
1.2. Выбросы вредных веществ в атмосферу и затраты энергии при получении конструкционных материалов 26
1.3. Область распространения малогабаритных двигателей 30
Глава 2. Статистический анализ технико-экономических показателей малогабаритных двигателей 35
2.1. Технико-экономические показатели четырехтактных двигателей для средств малой механизации 36
2.2. Взаимосвязь массы двигателя, его мощности и рабочего объема 44
2.3. Оценка содержания конструкционных материалов малогабаритных двигателей 47
Глава 3. Методика расчета образования оксидов азота в камере сгорания малогабаритного дизеля 53
3.1. Методика расчета рабочего цикла двигателя 53
3.2. Методика расчета процесса окисления азота . 68
3.3. Программная реализация математической модели 70
3.4. Проверка достоверности методики расчета 73
Глава 4. Методика испытаний и оценка показателей токсичности двигателя в эксплуатации 77
4.1. Испытательный стенд и методика стендовых испытаний 79
4.2.Методика расчета выбросов вредных веществ 83
4.3. Метод и оценки токсичности малогабаритных двигателей по результатам стендовых испытаний 85
Глава 5. Сравнительная оценка уровня экологической безопасности малогабаритных двигателей внутреннего сгорания на основе оценки их жизненного цикла 94
5.1. Методика расчета экологического индикатора и расчет индикатора в производственнойчастижизненного цикла малогабаритных ДВС : 95
5.2. Оценка уровня экологической безопасности в эксплуатационный период жизненного цикла 102
5.3. Методы снижения содержания токсичных компонентов отработавших газов малогабаритных двигателей 107
5.4. Оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы 112
Основные результаты и выводы 117
Список использованной литературы
- Оценка токсичности и дымности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания
- Технико-экономические показатели четырехтактных двигателей для средств малой механизации
- Методика расчета рабочего цикла двигателя
- Испытательный стенд и методика стендовых испытаний
Введение к работе
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) играют огромную роль в обеспечении устойчивого развития общества, но одновременно оказывают негативное влияние на окружающую среду. При этом загрязнение окружающей среды обусловлено не только выбросами вредных веществ на стадии эксплуатации ДВС. Негативное воздействие на экологическое состояние атмосферы проявляется также на стадии производственных процессов, связанных с добычей сырья, с производством моторного топлива и масла, конструкционных материалов и т.д. Поэтому снижение совокупного воздействия ДВС на окружающую среду, как в производственном цикле, так и при эксплуатации, является актуальной проблемой современного двигателестроения.
Уровень экологического совершенствования ДВС в перспективе должен соответствовать не только требованиям Правил ЕЭК ООН (№ 49, № 83 и др.), но и требованиям экологической безопасности на всех стадиях жизненного цикла (ЖЦ) согласно международным стандартам серии ISO 14000.
Развитие экономики Республики Гаити наталкивается на ряд трудностей, источником которых является дефицит электроэнергии, потребляемой промышленными предприятиями и сельским хозяйством.
Дефицит обусловлен износом оборудования гидроэлектростанции и электросетей, которые не обновлялись в течение 30 лет. Недостаток электроэнергии в народном хозяйстве восполняется путем широкого применения мотогенераторов различной мощности. Особое значение приобретает энергоснабжение сельских районов, так как большая часть населения республики занята сельскохозяйственным производством. Средний размер угодий доходит до двух гектаров, и расположены они как в гористой местности, так и на равнине. Такие хозяйства требуют мотогенераторы и средства малой механизации с двигателями внутреннего сгорания мощностью в основном 3...7 кВт. В этом диапазоне применяют как дизели, так и бензиновые двигатели, которые вносят существенную долю в выбросы вредных веществ в атмосферу.
Учитывая сложную экологическую обстановку и зависимость Республики Гаити от импорта нефтепродуктов, рациональный выбор типа двигателя для мотогенератора и средств малой механизации мощностью 3...7 кВт приобретает дополнительную актуальность.
К настоящему времени накоплены определенные сведения о технических изделиях с учетом функционирования их по фазам жизненного цикла. Однако по отношению к малогабаритным двигателям внутреннего сгорания методы экологической оценки жизненного цикла до настоящего времени остаются еще мало исследованными.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка методики оценки уровня воздействия на окружающую среду малогабаритных двигателей внутреннего сгорания (МДВС) и их рационального выбора с учетом жизненного цикла (ЖЦ) для обоснования мер по повышению экологической безопасности в условиях Республики Гаити.
ИДЕЯ РАБОТЫ базируется на основе стандартов серии ГОСТ Р ИСО 14000 и результатов статистической обработке российской и зарубежной литературной информации и баз данных, содержащих экологические параметры'производства конструкционных и эксплуатационных материалов и эксплуатации малогабаритных двигателей внутреннего сгорания.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:
На основе комплексного анализа и обобщения информационных базовых данных сформулировать алгоритм интегральной экологической оценки уровня воздействия на окружающую среду на стадиях производства и эксплуатации малогабаритных двигателей из различных конструкционных материалов.
На основе существующих методов математического моделирования разработать методику расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля для проведения анализа выбросов вредных веществ в окружающую среду на стадии эксплуатации МДВС и поиска средств по совершенствованию его экологических качеств.
Провести комплекс экспериментальных исследований на моторном стенде с целью проверки достоверности разработанной методики и результатов аналитического исследования и окончательного уточнения факторов, влияющих на экологические и экономические показатели цикла, для условий рабочего процесса малогабаритного дизеля.
Провести сравнительную оценку воздействия на окружающую среду в период жизненного цикла бензиновых двигателей и дизелей в диапазоне мощности 3,3.. .7 кВт.
По результатам проведенного исследования методически обосновать рекомендации по выбору типа малогабаритного двигателя и средств улучшения их экологических качеств с целью улучшения состояния экологической обстановки в локальных зонах их эксплуатации в условиях Республики Гаити.
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, выносимые на защиту, и их научная новизна.
Для сопоставления эффективности воздействия различных типов МДВС на окружающую среду обоснована целесообразность использования экологического критерия {«индикатора»), учитывающего интегральную степень экологического влияния на среду этих двигателей.
Предложена методика расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля, позволяющая проводить анализ выбросов вредных веществ в окружающую среду на стадии эксплуатации МДВС и обосновывать выбор наиболее рациональных средств по повышению его экологической безопасности.
По результатам исследования выявлены эффекты неоднозначного воздействия на окружающую среду МДВС в производственной и эксплуатационной фазах их существования. Установлено, что МДВС с диапазоном мощности от 3,3 до 7,0 кВт оказывают различное влияние на экологическую безопасность, что явилось основанием для выделения трех групп по эффективности их воздействия на окружающую среду.
4. На основе предложенной методики и полученных результатов осуществленного исследования предложена процедура проведения оценки экологической безопасности МДВС, предусматривающая комплексное рассмотрение технико-экономических и экологических параметров с учетом производственной и эксплуатационной фаз существования двигателей.
ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ обусловлена результатами собственных экспериментальных исследований МДВС, а также комплексным анализом информационных баз данных по выбросу вредных веществ в окружающую среду при эксплуатации МДВС и производстве для них конструкционных материалов с использованием отечественных и зарубежных апробированных методик с оценкой надежности по статистическим критериям. НАУЧНАЯ ЦЕННОСТЬ.
Научно - методически обоснован выбор целесообразного интегрального критерия (экологического индикатора) для оценки уровня негативного воздействия на окружающую среду МДВС с учетом их специфики, совокупно учитывающего производственные и эксплуатационные стадии существования двигателей.
На основе известных методов математического моделирования разработана методика расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля.
3. Определены численные значения безразмерных коэффициентов для расчета экологического индикатора производственной и эксплуатационной фаз жизненного цикла малогабаритных двигателей внутреннего сгорания.
5. Получены новые данные, устанавливающие, что: - экологическое воздействие МДВС на окружающую среду в период производственной фазы не превышает 3...5% от воздействия в период их эксплуатации. Стадия эксплуатации двигателей обуславливает наибольший вклад в нега- гативное воздействие на окружающую среду. Причем с увеличением срока эксплуатации эта цифра увеличивается пропорционально длительности работы МДВС. - расчеты экологического индикатора для бензиновых двигателей и дизели за весь период жизненного цикла позволили выделить три области воздействия на экосистему МДВС с учетом их мощности. До мощности 3,8 кВт наименьший ущерб окружающей среде наносит бензиновый двигатель. В диапазоне мощности от 3,8 до 4,6 кВт оба типа двигателей примерно равноценны. При мощности свыше 4,6 кВт преимущество имеет дизель.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается: в получении данных, позволяющих определить суммарное негативное воздействие на окружающую среду малогабаритных двигателей внутреннего сгорания в производственной и эксплуатационной стадиях их существования, и делать целесообразный выбор конкретного двигателя по данному критерию; в практических рекомендациях по выбору средств улучшения токсических характеристик МДВС, что обеспечивает повышение экологической безопасности среды в зонах их эксплуатации.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены на научных конференциях: «Актуальные проблемы экологии и природоиспользования» в 2001, 2002, 2004, 2005 г.г. в Российском университете дружбы народов, и кафедры «Промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности»; на международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» в г. Пенза, 2002,2006 гг.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работы.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа содержит 126 страниц машинного текста, введение, пять глав основного содержания, общие выводы, 29 рисунков, 27 таблиц и список литературных источников из 84 наименований.
Оценка токсичности и дымности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания
Для объективной оценки показателей дымности и токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в настоящее время разработан ряд методик, стандартизованных и исследовательских испытаний. Необходимость такой оценки очевидна не только для сравнительной оценки различных моделей двигателей и оценки эффективности антитоксичных мероприятий, но ее результаты могут быть использованы для оценки суммарных выбросов за эксплуатационный период жизненного цикла двигателя.
Количество выделяемых двигателем основных токсичных выбросов (СО, CnHm, NOx, сажи) в значительной мере зависит от его конструктивных особенностей и от качества процесса сгорания. Протекание и эффективность процесса сгорания обусловлены главным образом составом и однородностью топливно-воздушной смеси, углом опережения впрыска (углом опережения зажигания), затуханием пламени в пристеночном слое, конструкцией камеры сгорания, степенью сжатия, режимом работы двигателя, качеством топлива.
Для изучения характера влияния указанных факторов на содержание токсичных компонентов в ОГ двигателя удобно пользоваться характеристиками токсичности, которые снимают с двигателя в процессе его стендовых испытаний.
В качестве примера на рис. 1.2. и 1.3. [3] представлены характеристики токсичности дизеля LDA-100 (14 10/9), полученные при его работе в режиме нагрузочной и скоростной характеристик.
На основании измерений токсичных компонентов ОГ, полученных при работе двигателя в режиме нагрузочной характеристики, но при различной частоте вращения коленчатого вала, получают комбинированные характеристики токсичности двигателя с нанесенными изолиниями содержания токсичных компонентов ОГ (рис. 1.4.).
На комбинированной характеристике токсичности возможно выделение зоны рабочих режимов, полученной нами в результате тягового расчета. Это дает возможность предварительной расчетной оценки токсичности двигателя при его работе в составе силовой установки транспортного средства или другой энергетической установки.
Для испытаний малогабаритных двигателей в настоящее время не разработаны международные стандарты. Наиболее полным документом является стандарт Российской Федерации ГОСТ РФ 17.2.2.006-2000 «Охрана природы. Атмосфера [67]. Поршневые двигатели внутреннего сгорания для малогабаритных тракторов и средств малой механизации. Нормы и методы измерения выбросов вредных веществ с отработавшими газами». Указанным стандартом определяются режимы работы двигателей с искровым зажиганием (бензиновых) и дизелей по определению выбросов вредных веществ с отработавшими газами. Режимы приведены в таблицах 1.3. и 1.4 по данным [67]. Приведенные в таблицах значения коэффициентов весомости режима определяют относительную величину продолжительности работы на каждом режиме. Таким образом, как и двигатели транспортных средств, так и малогабаритные двигатели при определении выбросов вредных веществ с отработавшими газами испытывают на переменных режимах.
Машиностроительный комплекс, в который входят двигателестроитель-ные предприятия (включая специализированные предприятия, производящие детали двигателей), является промышленным образованием, предприятия которого расположены в крупных городах России и зарубежных стран.
Основными источниками загрязнения атмосферы на двигателестроитель-ных предприятиях являются литейное производство, цехи механической обработки, сварочные и покрасочные цехи и участки.
Выбросы предприятий характеризуются присутствием в них оксида углерода (36,9%), серы (22,1%), различных видов пыли и взвешенных веществ (21,5%), оксидов азота (8,45%), а также таких веществ как, ксинол, толуол, ацетон, бензин, бутилацетат, аммиак, марганец, хром, свинец и др. [24].
Двигателестроительные заводы со сточными водами сбрасывают большое количество сульфидов, хлоридов, цианидов, соединений азота, солей железа, меди, цинка, никеля, хрома, фосфора, кадмия.
Таким образом, предприятия двигателестроительного комплекса вносят существенный вклад в загрязнение окружающей среды, что требует внедрения современных природоохранных мероприятий.
Понимая всю важность проблемы, ведущие производители двигателей и автомобилей уже несколько лет ведут активные исследования, направленные на улучшение экологических показателей своей продукции в полном жизненном цикле.
В России понимание этой проблемы привело к созданию в 1999г. в составе ГНЦ РФ НАМИ научного центра «Экологическая безопасность изделия автомобилестроения по полному жизненному циклу». Задачей центра можно назвать разработку метода и программного обеспечения для оценки экологично-сти изделия.
Однако для правильной оценки экологической опасности необходимо иметь базы данных, содержащие сведения о вредных выбросах на всех стадиях получения топлива, энергии и материалов. От качества этих баз данных зависит правильность экологической оценки изделия.
Машиностроительные фирмы ведущих промышленных стран создавали базы данных в течение 20...30 лет при участии сотен специалистов. В России экологическим мониторингом машиностроительных предприятий начали заниматься недавно, поэтому баз данных, отражающих экологическую стоимость уровня производства, практически нет. Существующие публикации дают или крайне скудную информацию или информацию, дающую общую оценку загрязнения окружающей среды машиностроительными предприятиями. Непосредственное употребление такой информации в расчетах экологической оценки конкретного изделия или невозможно или крайне затруднено. В таблице 1.5 приводятся затраты энергии и выбросы вредных веществ при получении некоторых конструкционных материалов. Данные по России взяты из [43], были использованы так же базы данных Indemat (Технологический университет в Дел-фте, Нидерланды) и «SimaPro» (фирма PRe Consultants) [45-47].
Как видно из таблицы 1.5, затраты энергии на производство 1кг конструкционных материалов больше всего в России. Энергоемкость производства 1 кг стали больше на 78...80%, алюминия на 20...22% и чугуна на 26...81%. Также наблюдаются повышенные выбросы оксида углерода и аэрозолей. Остальные данные практически одинаковые.
Технико-экономические показатели четырехтактных двигателей для средств малой механизации
В теории двигателей внутреннего сгорания используют порядка 80 показателей, оценивающих их технический уровень. Эти показатели отражают различные качества двигателя (его теплонапряженность, надежность, степень форсирования, эффективность использования материала и др.). Приоритетность использования того или иного показателя определяется назначением двигателя и его типом.
В данной работе использованы следующие удельные показатели: - удельный расход топлива на номинальной мощности ge (г/кВт.ч), харак теризующий эффективность рабочего процесса (ГОСТ 18509, ГОСТ 20 000); - удельная масса туд (кг/кВт), которая является отношением конструктивной массы двигателя к номинальной мощности и характеризует степень рационального использования металла для достижения заданной номинальной мощности; - литровая мощность Nn (кВт/л) - отношение номинальной мощности к рабочему объему двигателя. Этот показатель характеризует степень форсирования двигателя; - среднее эффективное давление Ре (МПа).
Кроме удельных показателей использовались такие показатели, как моторесурс двигателя и его масса, а также отношение хода поршня к диаметру цилиндра.
Поскольку в задачи данной работы входило обоснование выбора типа двигателя в зависимости от диапазона его мощности, на первом этапе был проведен статистический анализ применяемости одно- и двухцилиндровых двигателей малой мощности. Для этого были привлечены данные, опубликованные в каталогах фирм, применяющих малогабаритные двигатели для комплектования средств малой механизации (СММ). Основным критерием при этом была выбрана масса СММ, определяющая их тягово-сцепные свойства и используемая в тяговых расчетах. Максимальным значением массы для средств малой механизации, включая мини тракторы, была принята величина 1400 кг. Тракторы, имеющие большую массу, уже относят к пропашным сельскохозяйственным тракторам класса тяги 0,6 т.
. На рисунке 2.1 в логарифмических координатах представлен график, иллюстрирующий зависимость мощности двигателя от массы тягового средства. Как видно из графика (по данным Владимирского Государственного Университета [ВлГУ]), одноцилиндровые двигатели мощностью от 3 до 7 кВт применяют на СММ массой от 40 до 150 кг. ( мотокультиваторы, легкие и тяжелые мотоблоки). Двухцилиндровые двигатели мощностью от 7 до 16 кВт используют на СММ массой от 400 до 800 кг, то есть на колесных мини-тракторах. Увеличение массы трактора свыше 1000 кг, т.е. переход его в тяговый класс 0.6 т., требует применения более мощных двух- и трехцилиндровых двигателей.
Для дальнейшей оценки выделена группа одноцилиндровых двигателей мощностью 3...7 кВт. В этой группе присутствуют как дизели, так и бензиновые двигатели. Использованы данные Всемирного каталога двигателей, публикуемого обществом SAE (США), каталогов фирм Ломбардини, Руджерини, АКМЕ, Дукати (Италия), Мицубиси, Исузи, Хонда, Кубота, Янмар (Япония), Листер-Петтер (Англия), КХД, Хатц, Фариман (Германия), Бриггс и Стретон (США), Славия (Чехия), ТМЗ, ВТЗ (Россия) и ГЗПД (Белоруссия). Всего было отобрано 302 модели двигателей, находящихся на производстве. Все двигатели одноцилиндровые, воздушного охлаждения и используются для комплектации средств малой механизации (мотокультиваторов, мотоблоков, мотопомп, мотогенераторов, коммунальных и строительно-дорожных машин). Структура производственной программы ведущих двигателестроительных фирм включает несколько типоразмерных (модельных) рядов двигателей, различного назначения и мощности. Основу модельного ряда составляет базовый двигатель. На его ос нове создают модификации различной мощности с соблюдением конструкторской и технологической унификации. Например, фирма ГЗПД (Белоруссия), выпуская базовую модель дизеля СН-8Д мощностью 8 кВт при диаметре цилиндра 82 мм, производит модификацию СН-бД, мощностью 6 кВт при диаметре цилиндра 80 мм для мотоблоков и строительно-дорожных машин и мощностью 3 кВт для мотогенераторов.
Методика расчета рабочего цикла двигателя
Методика расчета рабочего цикла двигателя С использованием фундаментальных положений теории ДВС и классических методов моделирования [15,53,60,61,68,69,71,72] в данном исследовании для определения образования оксидов азота была разработана методика расчета рабочего процесса, которая ориентирована на условия организации рабочего цикла маломощного дизеля МД-6.
С учетом параметров исследуемого дизеля (табл.3.1) в примененной методике расчета, сформированной на основе известных методов моделирования рабочего цикла дизеля [53,68,69], состояние рабочего тела рассматривается как открытая термодинамическая система [68,69], обменивающаяся массой и энергией с остальными системами двигателя. Это позволяет сформировать математическую модель рабочего цикла в общепринятом представлении [53,68,69] в виде подмоделей следующих процессов: 1) процессов газообмена; 2) процесса, сжатия; 3) процессов сгорания - расширения.
Каждая из подмоделей включает в себя следующие фундаментальные уравнения: - уравнение материального баланса: ex где m, men, твып, общая масса рабочего тела и его массы, подводимые и отводимые через впускные и выпускные органы газообмена; й-внутренняя энергия рабочего тела; Qw - теплоотдача от рабочего тела к стенкам КС; hem Кып удельные энтальпии потоков при входе в цилиндр и при выходе из него соответственно; R,T,p, V- газовая постоянная, температура, давление, объем рабочего тела.
Расчетный процесс начинают с момента начала открытия выпускного клапана, для которого ориентировочно задаются температура и давление газа. Полученные параметры рабочего тела в цилиндре в конце процесса газообмена являются исходными данными для расчета последующих процессов сжатия и сгорания - расширения. Заканчивается расчет, когда абсолютная величина давления в момент закрытия выпускного клапана, подсчитанная на предыдущем и последующем шагах окажется меньше заданной погрешности (1 %).
На каждом шаге счета сначала рассчитывается текущий объем цилиндра, скорость изменения объема, текущая площадь поверхности цилиндра, потом свойства рабочего тела (теплоемкость, показатель адиабаты, газовая постоянная) и параметры теплообмена (коэффициент теплоотдачи и скорость теплообмена со стенками). Затем последовательно моделируются процессы газообмена, сжатия и сгорания - расширения.
Моделирование процесса газообмена.
Период газообмена характеризуется интенсивным обменом газовой среды между рабочим пространством ДВС и полостями впуска и выпуска. С учетом этих явлений при расчете необходимо в динамике (по углу поворота коленчатого вала р) отслеживать изменение массы свежего заряда и массы отработавших газов в цилиндре двигателя. Для того чтобы модель позволяла отображать текущую массу свежего заряда и продуктов сгорания в начале расчета, на момент открытия выпускного клапана, задается давление и состав газов в цилиндре, во впускном и выпускном каналах (табл. 3.1).
Началом расчета процесса газообмена считается момент открытия выпускного клапана, а его окончанием- момент закрытия впускного клапана. Согласно диаграмме фаз газораспределения (табл. 3.1) этот интервал делится на следующие части: 1) интервал выпуска; 2) интервал продувки; 3) интервал наполнения.
Процессы газообмена в цилиндре описывают системой уравнений, в которую входят дифференциальное уравнение сохранения энергии, дифференциальное уравнение сохранения массы и дифференциальное уравнение состояния. Начальными данными при численном интегрировании дифференциальных уравнений являются параметры состояния рабочего тела в момент начала расчетного интервала.
При описании внутрицилиндровых процессов во время газообмена принимается гипотеза о мгновенном перемешивании входящей смеси с зарядом цилиндра [51,68], т. е. в цилиндре содержится гомогенная смесь продуктов сгорания и воздуха. Причем газовая смесь рассматривается как однородная термодинамическая система, т.е. давление и температура распределены равномерно по объему надпоршневой полости.
Испытательный стенд и методика стендовых испытаний
Оценка методов снижения содержания токсичных компонентов в отработавших газах двигателей позволяет выделить следующие направления в их разработке.
Разработка экономичных и малотоксичных рабочих процессов. Следует указать на достаточную противоречивость требований к созданию такого рабочего процесса: улучшение теплоиспользования в процессе сгорания - расширения и, как следствие улучшение экономичности приводит к повышению температур рабочего тела и к интенсификации образования оксидов азота. Вместе с тем, можно отметить взаимосвязь экономичности дизеля и содержания сажи в ОГ: улучшение экономичности на 10 г/кВт.ч приводит к снижению содержания сажи в ОГ на 18...20%.
Однако мероприятия, направленные на улучшение показателей дизеля не могут быть реализованы на двигателях, находящихся в эксплуатации и могут быть использованы только при разработке новых моделей двигателей. Разработка специализированных устройств снижения токсичности.
В настоящее время разработаны эффективные системы каталитической нейтрализации токсичных компонентов ОГ двигателей с принудительным воспламенением. Эти системы позволяют без значительных изменений в конструкции двигателя проводить в реакторе нейтрализатора реакции окисления СО в СОг и кроме этого в системах двигателей с принудительным зажиганием (при низких значениях коэффициента избытка воздуха) реализовывать реакции восстановления оксидов азота до атомарного азота. Эти системы разработаны на основе дорогих катализаторов, на основе благородных металлов для легковых автомобилей и, в силу своих больших габаритов и высокой стоимости не могут быть использованы на маломощных двигателях. Отметим также, что у дизелей, в силу присутствия в выхлопных газах большого содержания кислорода, восстановительная реакция между оксидами азота и углерода практически невозможна.
Изменение регулировочных параметров (угол опережения подачи топлива у дизелей, угол опережения зажигания, обогащение смеси у двигателей с принудительным зажиганием) снижая содержанияNOx на 25.. .45%, приводит к одновременному снижению экономичности.
Применение антидымных органических металлосодержащих присадок к топливу, приводит к снижению дымности ОГ дизелей до 50%.
Очевидно, что последние два метода не требуют изменения конструкции двигателя и могут быть использованы в двигателях, находящихся в эксплуатации. Наибольший эффект эти мероприятия могут дать при использовании их в дизелях; изменение регулировок приводит к некоторому ухудшению экономичности (увеличению энергозатрат), которая у бензиновых двигателей при оптимальных регулировках существенно хуже дизелей.
На рис. 5.5 приведен график, иллюстрирующий относительное изменение удельного расхода топлива, выбросов оксида азота и сажи при изменении угла опережения впрыска топлива. График получен при испытании дизеля СН-6Д мощностью в 6 кВт на стенде в Российском Университете дружбы народов.
Как видно из графика, уменьшение угла опережения впрыска топлива на 6 ПКВ приводит к уменьшению содержания оксидов азота в ОГ на 25%, но к одновременному ухудшению экономичности ge на 5% и увеличению выбросов сажи на 45%. WNOX CC
Изменение удельного расхода топлива ge, выбросов сажи С и оксидов азота NOx при изменении угла опережения впрыска топлива на номинальном режиме работы дизеля СН-6Д.
В качестве органических (т.е. растворимых в дизельном топливе) в настоящее время используют металлоорганические присадки, синтезированные в основном с использованием Fe, Са, Mg и Мп. Известны товарные антидымные присадки, выпускаемые фирмами Licky Molly (Германия), STP (Дания), Vol-voline (Нидерланды), Wynn s (Бельгия), K&W (США).
Указанные присадки были испытаны на двигателе СН-6Д (мощность 6 кВт), установленном на стенде в РУДН. В результате испытаний было установлено, что присадки эффективно (до 50%) снижают содержание сажи в отработавших газах, однако их действие избирательное. Например, присадка фирмы K&W эффективно снижает дымность ОГ в области высоких нагрузок (Ме/Мном= 0,7...1,0), в то время как некоторые присадки (Wynn s и Volvoline)
