Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема экологической безопасности неуклонно растущего транспортного комплекса обуславливает необходимость внедрения новых методов и перспективных технологий, обеспечивающих выполнение нормативных требований по выбросам вредных веществ (ВВ) с отработавшими газами (ОГ) дизелей транспортных средств (ТС). К наиболее перспективным направлениям повсеместно относят развитие методов дальнейшего совершенствования рабочего процесса двигателя. В связи с тем, что реализация традиционных методов часто сопряжена с повышенными финансовыми и технологическими затратами, основной удельный вес перемещается в область поиска альтернативных решений, в частности, основанных на концепции, в основу которой положен метод использования средств физико-химического управления этими процессами. При этом предполагается, что экологическая чистота рабочего процесса двигателя должна быть обеспечена при одновременном улучшении его топливной экономичности, что трудно осуществимо при использовании других методов. Одним из таких средств являются биологические соединения, производимые из растительных масел, которые в настоящее время находят широкое распространение в транспортной энергетике как заменители традиционных моторных топлив. Однако применение подобного соединения порождает сопутствующие проблемные задачи, в частности, повышение эмиссии с ОГ оксидов азота (NOx), а в ряде случаев и снижение эффективности рабочего цикла. Понятно, что без успешного решения этих задач эффективная реализация обозначенной концепции представляется проблематичной. Выход из подобной ситуации возможен на основе использование дополнительного реакционно-химического реагента, в частности, водорода.
Скоординированное активирующее воздействие на процессы рабочего цикла двигателя одновременно двух реакционных средств (биологического и водородного) обуславливает возможность совокупного повышения эффективности этого воздействия и, как следствие, реализации в полном объеме концепции метода экологического совершенствования дизеля.
Целью диссертационной работы является: научно-методическое обоснование концепции совершенствования экологических качеств транспортного дизеля на основе применения средств физико-химической активации процессов рабочего цикла и разработка метода её практической реализации.
Исходя из поставленной цели, определены следующие задачи диссертационного исследования: -провести исследование влияния кинетических характеристик процесса сгорания на экологические показатели дизеля и по его результатам сформулировать кон-
цепцию совершенствования этих показателей с использованием средств физико-химической активации;
-методически обосновать метод и комплекс функциональных и технических средств для практической реализации данной концепции, адаптированный к условиям работы тракторного дизеля;
-провести математическое исследование характеристик системы горения углеводородов в присутствии средств физико-химической активации с целью научно-методического обоснования экологически усовершенствованного способа организации рабочего цикла двигателя;
-создать специализированные испытательные стенды и разработать методики экспериментальных исследований для опытной апробации эффективности предложенного комплекса функциональных и технических средств, реализующих концепцию предложенного метода;
-обобщить и систематизировать результаты проведенных исследований с целью обоснования направлений перспективного развития предложенной концепции в сфере транспортной энергетики. Методы исследования представляют собой совокупное сочетание расчетно-теоретических и экспериментальных работ.
Достоверность и обоснованность научных положений и полученных результатов обусловлены удовлетворительным согласованием данных расчетно-теоретических исследований и натурного эксперимента. Научную новизну составляют:
-научно обоснованная концепция метода совершенствования экологических показателей дизеля на основе совместного применения биологического и водоро-досодержащего средств физико-химической активации процессов рабочего цикла;
-математический метод исследования кинетических и экологических характеристик системы горения углеводородов в присутствие биологического и водородо-содержащего средств физико-химической активации;
-методика по обоснованию оптимального соотношения доз физико-химических реагентов, вводимых в рабочее тело дизеля, по условию предельно возможного снижения эмиссии ВВ;
-установленное положение о характере и эффективности реакционного воздействия водородосодержащего реагента на кинетику окисления в цилиндре дизеля углеводородной и биологической сред, а также органической и углеродной фракций дисперсных частиц;
-новые данные о влиянии предложенных активирующих средств на эколого-экономические показатели тракторного дизеля. Практическую ценность работы представляют:
-предложенный способ организации рабочего процесса энергетической установки в составе дизеля, работающего на дизельном топливе с добавкой биологического компонента, и бортового генератора водородосодержащего химического реагента, практическая реализация которого обеспечивает снижение эмиссии ВВ; -опытный макетный вариант системы, оснащенной комплексом функциональных средств и технических устройств, адаптированных к условиям работы тракторного дизеля 44 10,5/12 и способствующих совершенствованию его экологических качеств; -рекомендации, направленные на дальнейшее развитие концепции предложенного метода, которые могут быть использованы специалистами при разработке новых и модификации существующих способов организации рабочего процесса транспортных дизелей с улучшенными экологическими качествами. Объектом исследования являлся тракторный дизель, работающий с использованием средств физико-химического воздействия на процессы рабочего цикла, определяющие его экологические качества.
Предмет исследования - закономерности изменения результирующего образования ВВ в системе горения углеводородов в присутствие средств физико-химической активации.
Реализация результатов работы. Теоретические и расчетные результаты проведенного исследования переданы в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» для использования при выполнении программы фундаментальных и поисковых исследований научного центра. Материалы диссертации и её результаты используются в учебных процессах кафедр «Автомобильные и тракторные двигатели» Университета машиностроения и «Эксплуатация автотранспортных средств» РУДН.
Апробация работы. Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседании кафедры «Автомобильные и тракторные двигатели» Университета машиностроения. По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады на: VI-ой международной научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве» (Протвино, 2012 г.); VIII-ой международной научно-технической конференции «Современные проблемы экологии» (Тула, ТулГУ, 2013 г.); международной научно-технической конференции «6-е Луканинские чтения. Решение энерго-экологических проблем в автотранспортном комплексе» (Москва, МАЛИ (ГТУ), 2013 г.); VII-ой международ-
ной научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве» (Протвино, 2013 г.); международной научно-практической конференции «Новости передовой науки» (Болгария, София, 2013 г); научных конференциях Университета машиностроения в 2011, 2012, 2013 гг.
Публикации. Основные положения диссертации представлены в 7 печатных работах, из них 6 - в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 122 страницах и содержит введение, четыре главы основного содержания, проиллюстрированных 9 таблицами и 29 рисунками, общие выводы и список использованной литературы из 88 наименований.
