Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ЭМИССРШ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ КАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 11
1.1 Факторы, влияющие на характеристики эмиссий 11
1.2 Некоторые особенности образования вредных веществ в цилиндрах карбюраторных двигателей 13
1.3 Влияние конструктивных параметров и условий эксплуатации на эмиссию ОГ 16
1.4 Выводы 36
2. НЕСТАБИЛЬНОСТЬ ВЫДЕЛЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ И ПУТИ ЕЕ СНИЖЕНИЯ 3 8
2.1 Разработка методики оценки стабильности эмиссии в ОГ 38
2.1.2 Пути стабилизации эмиссий ОГ 44
2.2 Оценка основных параметров, определяющих стабильность эмиссий ВВ в ОГ карбюраторных двигателей 54
2.2.1 Степень сжатия є 54
2.2.2 Коэффициента избытка воздуха а 61
2.2.2.1 Оценка значений коэффициента расхода [і при стационарных течениях 63
2.2.2.2 Дозирование в условиях вибраций и пульсаций 65
2.2.2.3 Перепад давлений в эмульсионном колодце 67
2.2.2.4 Дозирование топлива в условиях неустановившегося теплового режима 69
2.2.2.5 Оценка изменения давления в диффузоре 71
2.2.2.6 Стабильность уровня топлива в поплавковой камере 73
2.2.2.7 Условия возникновения колебательных процессов в топливовоздушной системе карбюратора 79
2.2.2.8 Работа насоса - ускорителя, стабильность смесеобразования 83
2.2.3 Смесеобразование в коллекторе 91
2.2.3.1 Течение пленок 91
2.2.3.2 Процесс распиливания 94
2.2.3.3 Неравномерность распределения смеси по цилиндрам 97
2.2.4 Техническое состаяние двигателя и состав отработавших газов 102
2.2.5 Проверка математической модели 106
2.2.6 Выводы ПО
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 117
3.1 Установка для исследования дозирующей системы при нестационарных температурных режимах 117
3.2 Методики и устройства для оценки величины массовых сил 119
3.2.1 Методика оценки массовых сил, вызванных неровностями пути 119
3.2.2 Устройство для исследования колебаний уровня топлива в поплавковой камере, действия наклонов и ускорений 120
3.2.3 Методика исследования 120
3.3 Установка для изучения влияния пульсации и вибраций 122
3.4 Устройство для исследования работы насоса-ускорителя 124
3.5 Моторные установки 125
3.6 Методика исследования вторичного распыливания 12 8
3.7 Обработка результатов измерений 130
3.8 Выводы 133
4. АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 134
4.1 Влияние нестационарного температурного режима 134
4.2 Влияние виброполя 134
4.3 Действие массовых сил 140
4.4 Работа насоса-ускорителя 142
4.5 Исследование вторичное распыл ивания 142
4.6 Закономерности изменения характеристик выделения вредных веществ с отработавшими газами двигателей 144
4.7 Выводы 153
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 156
5.1 Стабилизация совершенствованием процесса смесеприготовления бензовоздушных смесей 156
5.2 Стабилизация эмиссий ОГ введением водорода в бензовоздушную смесь 162
5.3 Оценка основных параметров электролизера и источников его питания 169
5.4 Некоторые перспективы использования водорода для стабилизации эмиссий ВВ в ОГ 173
5.5 К оценке загрязнения атмосферы 175
5.6 Экономическая эффективность 177
5.7 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 182
ЛИТЕРАТУРА 186
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 207
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 208
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 210
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 217
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 219
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 220
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 223
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 224
Введение к работе
Карбюраторные двигатели широко распространены в народном хозяйстве. Они применяются на различных мобильных машинах: строительно-дорожных, транспортных, сельскохозяйственных и др., а также используются в ручном инструменте, вспомогательных устройствах и агрегатах (пожарные и аварийные насосы, сварочные агрегаты и т.п.).
Подавляющее большинство карбюраторных двигателей находит применение в автотранспорте. Последний является связующим звеном между отдельными отраслями народного хозяйства, а также широко используется для внутриотраслевых целей.
В результате изменившихся социальных условий и развития внешней торговли на просторах России появилось большое количество зарубежных автомобилей, снабженных карбюраторными двигателями. В связи с появлением фермерского хозяйства, развитием садоводства и приусадебного земледелия можно ожидать увеличения парка малолитражных карбюраторных двигателей, используемых в различных мобильных машинах (мотоблоки, минитракторы, транспортеры, погрузчики и т.п.).
Характерной особенностью всех мобильных двигателей является работа на неустановившихся, часто сменяемых режимах.
Мобильные карбюраторные двигатели часто эксплуатируются в закрытых помещениях (въезд и выезд из гаража, въезд в цехи при использовании в качестве внутризаводского транспорта), карьерах, плохо вентилируемых зонах, движение по узким городским улицам, в закрытых дворах и т.п.).
В этих случаях особенно важно точно рассчитывать количества веществ, выбрасываемых с ОГ, т.к. предельно допустимые концентрации различных веществ, содержащихся в атмосфере, нормируются Правилами техники безопасности, а предельно допустимое содержание веществ в ОГ ГОСТ-17.2.2.03-87.
Особого внимания заслуживает оценка выделений ОГ в тех случаях, когда рядом с двигателем находится обслуживающий персонал, животные и другие биологические объекты, т.к. в этих случаях неточность в оценке эмиссий может привести к серьезным последствиям, связанным с нарушением здоровья людей и животных, снижению биологической активности растений и т.п.
У людей воздействие отработавших газов вызывает головокружение, головные боли, повышенную утомляемость, различные нервные расстройства и другие отрицательные явления [27].
Превышение допустимой концентрации отработавших газов в животноводческих помещениях вызывает беспокойство у животных, ухудшает их аппетит, снижает удои и привесы, что приводит к снижению эффективности производства.
Под воздействием эмиссий ОГ происходят изменения в окружающей среде, что ведет к нарушению экологического равновесия в природе. При превышении некоторого допустимого предела такие изменения могут стать необратимыми. Выделение двигателями СО, по одной из теорий, способствует разрушению озонового слоя Земли, что губительно сказывается на животном и растительном мире и грозит глобальной катастрофой.
В связи с изложенным выше, следует обратить внимание на то, что несмотря на многочисленные исследования до сих пор не существует надежной методики оценки выделения вредных веществ (ВВ в ОГ).
Предлагаемые методы оценки по количеству сжигаемого топлива или по количеству эксплуатируемых двигателей являются несовершенными, т.к. не учитывают условия образования эмиссий. Двигатели одной и той же марки, и даже один и тот же двигатель, в различных эксплуатационных условиях может выделять различное количество ВВ в ОГ [Табл. 0.1].
При расчетах выделяющихся веществ исходят из их номинального содержания в ОГ, установленных при контроле двигателей в соответствии с ГОСТ 14846-81.
Даже при испытаниях наиболее многочисленной группы автомобиль ных двигателей по ездовым циклам не учитываются многие особенности эксплуатации.
Так, испытания проводятся при не перемещающемся двигателе, что не позволяет учесть ряд эксплуатационных факторов (профиль дороги, условия охлаждения, ускорения, вибрации и др.) и приводит к существенным ошибкам.
Мало изучен вопрос о взаимовлиянии конструктивных параметров, эксплуатационных факторов, окружающей среды и психофизиологических характеристик оператора (водителя).
Наблюдения за автомобильными и другими мобильными двигателями показывают, что условия их эксплуатации, характеристики экономичности, долговечности и др. имеют существенную дисперсию. Характеристики токсичности у каждого двигателя существенно отличаются и зависят от перечисленных выше причин.
Таблица 0.1 [24] Выброс ВВ с ОГ двигателями ЗАЗ-968А
Пробег Холостой ход Ездовой цикл Состояние, цикл
В связи с изложенным становится актуальным вопрос о стабильности характеристик эмиссий ОГ двигателей, как объекта системы оператор - двигатель - машина - орудие - окружающая среда.
Цель работы заключается в изыскании, научном обосновании и разработке новых методов и технических средств снижения ВВ в ОГ, позволяющих значительно повысить эффективность использования автотракторной техники за счет улучшения смесеобразования в эксплуатационных условиях.
Объекты исследования - процессы изменения содержания ВВ в ОГ в зависимости от эксплуатационных условий, конструктивных особенностей и технического состояния ДВС.
Научная новизна работы заключается:
- в обосновании и разработке методики оценки стабильности ВВ в ОГ и создании математической модели,
- в обосновании методов и средств снижения (стабилизации) эмиссий ВВ в ОГ существующих и проектируемых двигателей,
- в разработке методик оценки загрязнения окружающей среды, с учетом нестабильности выделения эмиссий, технически неисправными двигателями, находящимися в эксплуатации.
Практическая значимость работы и реализация.
Работа представляет интерес для конструкторов и разработчиков различных нормативно-технических документов, регламентирующих экологические характеристики двигателя на продолжении всего жизненного цикла (в процессе проектирования, производства, эксплуатации, ремонта, испытаний, сертификации и т.п.), а также при установлении нормативов и оценке загрязнения окружающей среды; при прогнозировании, проведении, оценке и реализации природоохранных мероприятий, при решении градостроительных задач, проектировании технологических процессов в АПК.
Результаты исследований реализованы и используются в народном хозяйстве и армии, для научных целей и в учебном процессе. Внедрения были выполнены на предприятиях Алтайского края,а также на автопредприятии 106 Ленинградской области. Материалы исследований переданы в Акционерное общество «Алтай-Лада» и в Челябинское высшее военное автомобильное училище.
Обоснованность и достоверность исследований.
Построенная математическая модель базируется:
- на известном механизме образования токсичных веществ при горении, в основе которого лежит теория цепных реакций, разработанная ак. Н.Н.
Семеновым, развитая применительно к двигателям последующими исследователями (Д Алева и Ловелл, Звонов В.А. и др.),
- на известных уравнениях гидродинамики газо-жидкостных систем (Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. и их последователи) и полученных на их базе зависимостях,
- на теории подобия,
- теории вероятностей,
- теории колебаний,
- теории размерных цепей.
Взаимосвязь исследуемых явлений устанавливалась на основании экспериментов, сборе и выявлении статистических зависимостей.
Эксперименты проводились по стандартным методикам, приборами, соответствующими действующим нормативно-техническим требованиям. Результаты обрабатывались по общепринятым методикам, описанным в ГОСТ 8.207-76, СТ СЭВ 545-77.
О надежности исследований и разработанных методах свидетельствует хорошее совпадение ранее выполненных результатов расчетов по разработанным методикам с результатами экспериментов, позже и независимо проведенных на автополигоне НАМИ [68]. Сопоставление результатов расчета и эксперимента дано в приложении. "
Апробация работы осуществлялась путем докладов и сообщений на постоянно действующем семинаре при кафедре ДВС АлтГТУ, на кафедре ДВС СПбГТУ, на кафедре ДВС МГАДИ, семинаре в СибИМЭ и публикаций материалов диссертации в трудах постоянно действующего семинара при кафедре ДВС АлтГТУ, межвузовских сборниках статей, научно-производственном журнале «Автомобильная промышленность», материалах Всесоюзной научно-технической конференции (г.Челябинск, 1991г.), Международных научно-технических конференциях (Барнаул, 1992г., Барнаул, 1994г., Челябинск 2002г.), а также путем патентования и депонирования.
По материалам диссертации опубликована 31 работа, в том числе авторских свидетельств и патентов.
В соответствии с содержанием работы диссертант представляет к защите комплекс исследований по проблеме снижения эмиссий ВВ в ОГ путем стабилизации состава, а именно:
- математическую модель и методику оценки стабильности эмиссий ВВ вОГ,
- результаты экспериментов по выявлению причин изменения состава эмиссий ВВ в ОГ,
- результаты оценки изменений эмиссий ВВ в ОГ существующих конструкций в различных эксплуатационных условиях,
- результаты опытно-конструкторских разработок по стабилизации эмиссий ВВ в ОГ.
