Введение к работе
Актуальность работы. Автомобильный транспорт эксплуатируется в различных климатических условиях, которые оказывают большое влияние на его экологические показатели. Исследования, проведенные в США, Канаде и в Скандинавских странах, показывают, что выброс оксидов углерода и углеводорода с отработавшими газами (ОГ) при эксплуатации автомобилей с двигателями с искровым зажиганием при низких или отрицательных температурах увеличивается в 6 - 10 раз. Поэтому в современных Правилах ЕЭК ООН № 83.05 предусмотрен дополнительный тип испытаний автомобиля при минус 7С по первой городской фазе ездового цикла и введены отдельные нормы на выброс СО и СН автомобильным двигателем за эту фазу испытаний.
Подобные изменения в процедуре испытаний потребовали от производителей введения в конструкцию автомобильного двигателя новых технических решений, обеспечивающих эффективную работу системы бифункциональной нейтрализации в период прогрева ДВС, особенно при отрицательных температурах окружающей среды. Одним из наиболее эффективных решений является использование в качестве добавок к рабочему телу химически активных веществ.
Все это указывает на актуальность темы диссертационной работы, которая посвящена разработке комплексного метода повышения экологических качеств автомобильного двигателя в период его холодного пуска и прогрева на основе использования химически активного реагента.
Цель работы. Снижение вредных выбросов легковыми автомобилями до уровня нормативных требований действующих и перспективных стандартов РФ путем разработки комплексного метода ускорения прогрева и выхода на режимы эффективной работы бензинового двигателя и системы нейтрализации отработавших газов после холодного пуска.
Исходя из поставленной цели, определены следующие задачи исследования.
Сформулировать и методически обосновать комплексный метод улучшения экологических показателей автомобильного двигателя в период холодного пуска и последующего прогрева и ускоренного выхода системы нейтрализации на режим максимальной эффективности путем использования химического активного реагента, полученного в бортовой системе конверсии бензина.
Провести расчетно-теоретическое исследование влияния на температурно-энергетическое состояние рабочего тела во впускном и выпускном тракте ДВС и эффективность системы нейтрализации присадки водородосодержа-щих продуктов конверсии бензина, в период холодного пуска и последующего прогрева.
Разработать функциональную систему средств и технических решений для реализации предложенного комплексного метода, адаптированную к условиям работы двигателей легковых автомобилей.
Провести серию экспериментальных исследований на моторном стенде для проверки эффективности предложенной системы средств и технических решений, реализующих концепцию предложенного метода.
Провести исследование автомобиля с предложенной системой с целью оценки ее эффективности и соответствие перспективным экологическим требованиям Правил ЕЭК ООН № 83.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являются бензиновые двигатели и разрабатываемые на заводе ОАО «АвтоВАЗагрегат» каталитические нейтрализаторы ОГ для автомобилей семейства ВАЗ. Решение поставленных задач в соответствии с поставленной целью диссертационной работы осуществлялось с использованием методов теоретического анализа и обобщения ранее проведенных исследований, а также собственных расчетно-аналитических и экспериментальных исследований на основе использования стандартизованных и специально разработанных методик исследований.
Достоверность результатов исследований обеспечивалась использованием современных методов, оборудования для испытаний и средств измерений, приемлемым совпадением результатов расчетов с экспериментальными данными.
Научная новизна.
В процессе выполнения работы был решен ряд обладающих новизной научных задач, основными из которых являются:
Разработан расчетно-аналитический метод поэтапного определения характера изменения температурного состояния рабочего тела на отдельных участках выпускного тракта двигателя и в полостях нейтрализатора на режимах холодного пуска и прогрева ДВС.
Предложена оригинальная стратегия ускоренного прогрева двигателя после его холодного пуска с использованием бортовой системы генерирования и дозированной подачи на впуск химически активных водородосодержащих продуктов конверсии бензина (ПКБ), которые совокупно используются для интенсивного нагрева свежего заряда, а также для химической активации процесса сгорания.
Предложен оригинальный метод интенсификации прогрева и выхода на режим «light off» нейтрализатора путем подачи и экзотермического окисления в его рабочем пространстве химически активных водородосодержащих продуктов конверсии бензина.
Практическая ценность.
По результатам диссертационного исследования разработан комплекс средств для ускоренного выхода двигателя и системы нейтрализации на эффективный режим работы после холодного пуска. Были спроектированы и изготовлены следующие оригинальные компоненты системы:
Термохимический реактор для конверсии бензина с целью получения химически активных водородосодержащих газообразных продуктов.
Конвертер-дожигатель на впуске двигателя, служащий для каталитического доокисления продуктов конверсии бензина, которые используются для повышения температуры поступающего в двигатель свежего заряда, а также
для инициирования процессов смесеобразования, воспламенения и сгорания в
две.
Разработанный пакет рабочих программ, а также ряд практических рекомендаций могут служить основой при разработке новых моделей автомобильных ДВС, обеспечивающих выполнение перспективных нормативных требований по выбросу вредных веществ. Это позволит повысить эффективность проектных и доводочных работ и снизить трудозатраты на их реализацию.
Реализация результатов работы. Теоретические и расчетные результаты проведенного исследования переданы в ФГУП ГНЦ «НАМИ» для использования при выполнении программ фундаментальных и поисковых исследований. Материалы диссертации и ее результаты используются в учебном процессе кафедры теплотехники и тепловых двигателей РУДН.
Апробация работы.
Основные результаты работы были доложены в 2011 - 2012 г.г. на международной научно-технической конференции ГТУ «МАДИ» и на открытом заседании кафедры теплотехники и тепловых двигателей РУДН.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ в различных научных изданиях, в том числе и рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы.
