Повышение экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Хасанова, Марина Леонидовна

• Хасанова, Марина Леонидовна
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хасанова, Марина Леонидовна

Основные условные обозначения и сокращения.

Введение.

Глава 1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания и окружающая среда (состояние проблемы).

1.1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания как источник экологической опасности.

1.1.1. Состав отработавших газов поршневых двигателей внутреннего сгорания.

1.1.2. Влияние отработавших газов поршневых двигателей внутреннего сгорания на состояние окружающей среды.

1.1.3. Расходование атмосферного кислорода.

1.1.4. Нормирование вредного воздействия отработавших газов поршневых двигателей внутреннего сгорания на окружающую среду.

1.2. Пути снижения вредного воздействия отработавших газов на окружающую среду.

1.2.1. Совершенствование конструкции двигателя и его систем.

1.2.2. Обезвреживание отработавших газов с помощью специальных устройств.

1.2.2.1. Термическая нейтрализация.

1.2.2.2. Каталитическая нейтрализация.

1.2.2.3. Жидкостная нейтрализация.

1.2.3. Использование нетрадиционных топлив и применение присадок.

1.2.4. Поддержание технического состояния двигателя и его малотоксичные регулировки.

1.3. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Система двухуровневого использования теплоты, включающая поршневой ДВС и утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

2.1. Принципы системного анализа установок двухуровневого использования теплоты.

2.2. Особенности исследуемой установки двухуровневого использования теплоты как многоуровневой технической системы.

2.3. Система показателей для экологической оценки установки двухуровневого использования теплоты, включающий дизель и утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

Глава 3. Методика проведения исследований.

3.1. Методика проведения натурного эксперимента.

3.2. Методика проведения натурно-математического эксперимента.

Глава 4. Экспериментальная установка.

4.1. Экспериментальная установка.

4.1.1. Силовая установка.

4.1.2. Оборудование экспериментальной установки. к.2. Оценка погрешности измерений.

Глава 5. Результаты экспериментального исследования.

5.1. Влияние регулировочных и эксплуатационных характеристик утилизационного двигателя на изменение экологических характеристик отработавших газов дизеля.

5.2. Изменение экологических показателей дизеля КамАЗ-740 цри утилизации теплоты его отработавших газов с помощью ДВПТВП.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов»

В течение тысячелетий человек смотрел на природу, как на неисчерпаемый склад, из которого можно брать все, что ему нужно, и как на огромную свалку, на которую можно выбрасывать все, что ему не нужно» [15]. Времена эти безвозвратно прошли. Воздействие техники на окружающую среду (антропогенное воздействие) стало в наше время сопоставимо по своим масштабам с происходящими на земле природными процессами [36].

Существенный вклад в антропогенное воздействие вносят поршневые двигатели внутреннего сгорания (ПДВС). Согласно статистическим оценкам суммарная доля энергии, выработанной этими двигателями в конце XX века, составляла около 25 %, а к середине XXI века, по прогнозам экспертов, может возрасти до 40-60 % [110]. При этом в ближайшем будущем характер этого увеличения останется, как и сейчас, экспотенциальным [86,92].

В процессе работы ПДВС непрерывно взаимодействуют с окружающей средой, забирая из нее топливо и воздух и выбрасывая в нее продукты своей деятельности. Эта ситуация рождает значительное количество экологических проблем.

Начинаются эти проблемы со сжигания в ПДВС огромного количества природного топлива. Разведанные же запасы его не безграничны. По прогнозам специалистов, при сохранении современных тенденций добычи, потребления и использования новых месторождений запасы нефти и газа истощатся через 70-140 лет [57].

Процесс превращения (трансформации) термохимической энергии топлива в механическую работу в ПДВС включает в себя, как обязательный элемент, окисление этого топлива с использованием кислорода атмосферного воздуха. Широкая распространенность обсуждаемых двигателей обусловливает интенсивное его расходование. Достаточно сказать, что один автомобиль среднего класса за один месяц работы сжигает столько ^ислорода, сколько воспроизводит его 1 га девственного леса за целый год. По подсчетам специалистов на сгорание разнообразных видов топлив сейчас требуется до 25 % кислорода, производимого зелеными растениями. Полагают, что в ближайшие 150-180 лет количество кислорода в атмосфере сократится на треть по сравнению с современным его содержанием [105].

Серьезнейшие проблемы в окружающей среде порождает и то, что выбрасывается в нее из ПДВС.

В первую очередь, здесь следует сказать о токсичных веществах, входящих в состав отработавших газов. Их более 280. Это и оксид углерода, и углеводороды, и оксиды азота, и сажа и многое другое, что наносит непоправимый вред здоровью человека, возведенным им зданиям и сооружениям, окружающей природе.

Кроме того, выбрасываемые из ПДВС газы имеют высокую температуру (до 700 °С) и нагревают атмосферу. Чем грозит человечеству такое тепловое «загрязнение» - хорошо известно [46,98,100 и др.].

Однако, тепловым «загрязнением» атмосферы не исчерпываются проблемы, связанные с выбросом в окружающую среду горячих отработавших газов. Известно, что в конечном счете полезность для человека ресурсов вещества и энергии определяется их пригодностью к действию, т. е. к превращению в работу (работоспособностью), которую сегодня называют эксергией [16, 101, 106 и др.]. В обсуждаемом аспекте эксергия - это свойство потока энергии, определяемое количеством работы, которое может быть получено внешним приемником энергии при их взаимодействии с окружающей средой до установления полного равновесия.

Чем выше температура тела, обладающего определенным запасом энергии, тем больше его эксергия, т. е. тем большее количество работы может быть получено из имеющегося количества энергии. Поэтому при одинаковом количестве выбрасываемых в атмосферу отработавших газов, количество теряемой с ними эксергии будет различным в зависимости от их температуры. При этом следует иметь в виду, что эта эксергия не просто попадает в окружающую среду (где ее теоретически в последующем можно было бы к использовать). В процессе остывания отработавших газов в атмосфере их энтропия растет, количество содержащейся в них эксергии уменьшается: эксер-гия исчезает (происходит ее диссипация), превращаясь в анергию - составляющую энергии теплового потока, которую уже никогда нельзя будет превратить в работу [17]. В результате отмеченных необратимых процессов человечество безвозвратно теряет часть эксергии мировых энергетических запасов, теряет возможность использовать природные (в соответствии с законом сохранения энергии принципиально неуничтожимые) энергетические ресурсы в своих нуждах.

Кроме отмеченных негативных воздействий на окружающую среду ПДВС «засоряют» ее, излучая шум и вибрации.

Однако, сколь ни велики экологические проблемы, рождаемые этими двигателями, они широко используются практически во всех областях человеческой деятельности. Это обусловлено тем, что в результате многолетнего развития, ставшего возможным благодаря общему научно-техническому прогрессу, успехам металлургии и машиностроения, они достигли весьма высоких энергетических показателей и экономичности, обладают достаточной надежностью и хорошо освоены в технологическом отношении. Термодинамические показатели современных ПДВС близки к предельно теоретически возможному уровню.

Однако, несмотря на сказанное, работа ПДВС сопровождается значительными потерям. В первую очередь это относится к потерям теплоты с отработавшими газами (ОГ). В дизелях они составляют 86-107 % по отношению к эффективной мощности, в карбюраторных двигателях превосходят ее на 25-43 %. Приведенные данные свидетельствуют о существовании значительных резервов повышения экономичности и получения дополнительной мощности в случае утилизации энергии, теряемой с уходящими в атмосферу продуктами сгорания.

Анализ литературы показывает, что на объектах наземной мобильной техники сейчас нет доведенных до серийной зрелости систем, обеспечивающих использование энергии уходящих из ПДВС газов. Однако, известно, что в этом плане могут быть использованы паросиловые установки, термоэлектрические генераторы и др. Квалиметрический анализ возможных вариантов систем утилизации [111, 115, 132 и др.] показал определенное преимущество газовых двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ), в частности, ДВПТ с внутренним парообразованием (ДВПТВП). В цилиндры таких двигателей поступают отработавшие газы ДВС, сжимаются и в них впрыскивается вода. Расчеты показывают, что температура в конце сжатия может достигать 1500 °С и более. Распыленная вода в этих условиях интенсивно испаряется, рабочее тело расширяется, производя полезную работу. Эта дополнительно произведенная работа увеличивает общую мощность силовой установки (включающей ПДВС и утилизационный двигатель), и снижает удельный расход топлива.

Не останавливаясь во введении на конструкции и термодинамических вопросах функционирования упомянутого утилизационного двигателя, отметим, что при указанной выше температуре компоненты парогазовой смеси, находящиеся в цилиндре после впрыскивания в него воды, претерпевают сложные изменения. Предварительный анализ этих изменений [103] позволяет ожидать, что в результате прохождения отработавших газов ПДВС через утилизатор - двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием, токсичность этих газов будет снижаться.

Таким образом, можно предположить, что существующая острая научная проблема, связанная с высокой экологической опасностью использования поршневых двигателей внутреннего сгорания для нужд человечества, частично разрешается при утилизации теплоты их отработавших газов при помощи двигателя с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

Цель настоящего исследования - оценить повышение экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов при помощи двигателя с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Проанализировать экологические проблемы, вызываемые эксплуатацией поршневых двигателей внутреннего сгорания в окружающей среде.

2. Разработать основы системно-экологического подхода к исследованию силовых установок, включающих в себя поршневой двигатель внутреннего сгорания и утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

3. Разработать комплекс показателей для всесторонней оценки экологической безопасности отмеченных в предыдущем пункте силовых установок, и математическую модель, позволяющую определять принятые показатели в зависимости от режимных и регулировочных характеристик утилизационного двигателя.

4. Создать экспериментальную установку, включающую поршневой двигатель внутреннего сгорания и утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

5. Экспериментально оценить влияние утилизации теплоты отработавших газов поршневого двигателя внутреннего сгорания при помощи двигателя с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием на показатели экологической безопасности силовой установки.

6. Определить экономический эффект от снижения показателей экологической безопасности силовой установки при утилизации теплоты отработавших газов доршневых двигателей внутреннего сгорания двигателем с внешним подводом теплоты щ внутренним парообразованием

Объектом исследования служили процессы, влияющие на экологическую безопасность поршневых двигателей внутреннего сгорания при утилизации теплоты их отработавших газов.

Предметом исследования являлась техническая система, включающая в себя поршневой двигатель внутреннего сгорания и утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

Методика исследования базировалась на использовании основных положений системного подхода, элементов эксергетического метода термодинамического анализа, метода математического планирования многофакторного эксперимента и статистической обработки результатов на ЭВМ.

Работа носит теоретико-экспериментальный характер, в опытах использовалась современная измерительная и вычислительная аппаратура.

Выводы и рекомендации сформулированы на основе результатов натурного и математического экспериментальных исследований технической системы, включающей в себя поршневой двигатель внутреннего сгорания и утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

Научная новизна заключается в следующих положениях, выносимых автором на защиту:

- впервые выдвинута и экспериментально подтверждена гипотеза о возможности снижения вредного воздействия на окружающую среду поршневых двигателей внутреннего сгорания при утилизации теплоты их отработавших газов;

- создана математическая модель, позволяющая исследовать изменение экологических показателей поршневых двигателей внутреннего сгорания в зависимости от температуры продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу и параметров впрыскивания воды в утилизационный двигатель;

- установлена зависимость и объяснена природа улучшения экологических показателей поршневых двигателей внутреннего сгорания от температуры продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу, и параметров впрыскивания воды при утилизации теплоты отработавших газов с помощью двигателя с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

Практическая ценность работы состоит в том, что получена математическая модель (система полиномиальных уравнений), использование которой позволяет расчетным путем количественно оценить снижение вредного воздействия на окружающую среду поршневых двигателей внутреннего сгорания при утилизации теплоты их отработавших газов с помощью двигателей с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

Представленные в диссертации материалы могут найти применение в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях, занимающихся созданием теплосиловых установок на базе двигателей внутреннего сгорания.

Реализация результатов работы. Материалы диссертационного исследования реализованы в ФГУП 21 НИИИ, приняты к использованию в центре энергосбережения РАО ЕС России; используются и внедрены при выполнении курсовых и дипломных работ, а также при чтении отдельных разделов курсов лекций по дисциплинам «Двигатели военной автомобильной техники» и «Теплотехника» в Челябинском и Рязанском военных автомобильных институтах.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на третьем Международном Форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва, 2001 г.); седьмом Республиканском семинаре «Ресурсосбережение и новые технологии» (Мелитополь, 2001 г.); Российской конференции «Естественные науки в военном деле» в рамках четвертой Международной выставки вооружения и военной техники (Омск, 2001 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Инженерная защита окружающей среды в транспортном строительстве» (Челябинск, 2002 г.); межрегиональной научно-технической конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование» (Омск 2002 г.); научно-методическом семинаре с участием сотрудников кафедр «Двигатели», «Автомобильная техника» Челябинского военного автомобильного института; «Двигатели внутреннего сгорания»,

Автомобили и тракторы» Южно-Уральского государственного университ# та; «Тракторы и автомобили» Челябинского агроинженерного университета и отдела силовых установок научно-исследовательского института промышленных тракторов (Челябинск, 2002 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, получено 3 свидетельства на полезную модель.

Диссертация содержит 163 страницы машинописного текста, 29 рисунков, 16 таблиц и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка основной использованной литературы, включающего 135 наименований, и приложений.

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Хасанова, Марина Леонидовна

Выводы по работе

1. Экспериментально подтверждена гипотеза о возможности повышения экологической безопасности поршневых ДВС при утилизации теплоты их отработавших газов двигателем с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

2. Разработаны основы системно-экологического подхода к исследованию установок двухуровневого использования теплоты, включающих в себя два контура: первичный - поршневой ДВС, и вторичный - двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием, предназначенный для утилизации теплоты отработавших газов первичного контура. Проведенный поэтапный анализ внешних, внутренних и промежуточных связей на трех иерархических уровнях рассматриваемой системы раскрыл с экологических позиций природу происходящих в ней процессов

3. Разработана система показателей для оценки эффективности повышения экологической безопасности поршневых ДВС в случае утилизации теплоты их отработавших газов двигателем с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием.

4. Получена математическая модель (система из восьми полиномиальных уравнений второго порядка), позволяющая расчетным путем оценивать: удельную (приведенную к единице рабочего объема) эффективную мощность утилизационного двигателя; степени снижения: теплового «загрязнения» окружающей среды, диссипации эксергии при выбросе в нее отработавших газов, дымности выбросов; концентрации в них: оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и степень снижения комплексного показатель вредности выбросов в окружающую среду в зависимости: от температуры отработавших газов дизеля на входе в цилиндр утилизационного двигателя; температуры стенок внутрицилиндрового пространства; давления впрыскивания воды в цилиндр; продолжительности и момент начала впрыскивания. Адекватность модели проверена по критерию Фишера и при исследовании работы дизеля по внешней скоростной и нагрузочной характеристикам (расхождение опытных и расчетных показателей составило 7,9 и 6,4 % соответственно).

5. Оценено (качественно и количественно) влияние перечисленных выше режимных и регулировочных характеристик утилизационного двигателя на экологические показатели силовой установки и объяснена природа установленных влияний.

6. Экспериментально и расчетами установлено, что при утилизации теплоты отработавших газов поршневого ДВС (дизеля КамАЗ-740) с помощью разработанного при участии автора двигателя с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием вредное воздействие первого на окружающую среду существенно уменьшается.

Так при работе дизеля по внешней скоростной характеристике дым-ность отработавших газов в среднем уменьшилась на 29 %, содержание углеводородов - на 46 %, оксида углерода - на 62 %, оксидов азота - на 24 %, комплексный показатель вредности выбросов на 24 %, расход топлива и воздуха - на 14 %, тепловое «загрязнение» атмосферы - на 69 %, диссипация эк-сергии -на 66 %. Коэффициент экологической безопасности в среднем равен 0,38.

При работе по нагрузочной характеристике (п = 1600 мин"1) экологические показатели в среднем уменьшились соответственно на 57, 48, 48, 33, 36, 21 и 13, 71, 74 %. Коэффициент повышения экологической безопасности в среднем равен 0,40.

При эксплуатации дизеля КамАЗ-740 в городских условиях дым-ность отработавших газов уменьшилась на 35 %, содержание углеводородов -на 54 %, оксида углерода - на 55 %, оксидов азота - на 29 %, комплексный показатель вредности выбросов на 39 %, расход топлива и воздуха - на 9 и 2 %, тепловое «загрязнение» атмосферы - на 79 %, диссипация эксергии -на 76 %. Коэффициент повышения экологической безопасности равен 0,41.

8. Уменьшение экологического ущерба, наносимого окружающей среде одним дизелем КамАЗ-740 в условиях городской эксплуатации при утилизации теплоты его отработавших газов с помощью двигателя с внешним под-водом теплоты и внутренним парообразованием составляет 4958 руб/год. Снижение удельного экономического ущерба на единицу выработанной мощности - 0,015 руб/(кВт ч). Снижение удельного экономического ущерба на единицу израсходованного топлива - 0,165 руб/л топлива. Общий годовой экономический эффект от утилизации теплоты продуктов сгорания, выбрасываемых дизелем в окружающую среду 18636,15 руб. Суммарный экономический эффект на одну машину (с учетом снижения расхода топлива при утилизации) составит 26911,1 руб/г.

9. Материалы теоретических и экспериментальных исследований, изложенные в диссертации и опубликованные в работах в автора, реализованы в ФУГП 21 НИИИ МО РФ; вошли в типовую программу развития малой энергетики, разработанную центром энергосбережения РАО «ЕЭС России»; используются и внедрены при выполнении курсовых и дипломных работ, а также при чтении отдельных разделов курсов лекций по дисциплинам «Двигатели военной автомобильной техники» и «Теплотехника» в Челябинском и Рязанском военных автомобильных институтах.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Хасанова M.JI., Кукис B.C., Руднев В.В., и др. Утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты. Свидетельство на полезную модель. RU 21068 U1 7F 01 К 7/00. Опубл. 20.12.2001. Бюл. № 35.

2. Хасанова M.JI., Кукис B.C., Дерябин В.А. и др. Свободнопоршне-вой паровой термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов ДВС. Свидетельство на полезную модель. Заявка № 2002113208/20(014137). Решение о выдаче свидетельства от 14.08.2002.

3. Кукис B.C., Хасанова M.JI. Повышение экологической безопасности двигателей мобильной техники. // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. / МАДИ (ГТУ). М., -2001.-С. 130-132.

4. Руднев В.В., Хасанова M.JI, Смолин А.Б. Система утилизации тепловых потерь автомобильных двигателей. // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. / МАДИ (ГТУ). М.,-2001. - С. 165-167.

5. Хасанова M.JI. Улучшение экологических показателей автомобильных двигателей. // Материалы научной краеведческой конференции «Челябинск в прошлом и настоящем». - Челябинск, 2001. - С. 147-149.

6. Кукис B.C., Хасанова M.JI., Пятковская H.A. Возможность снижения токсичности двигателей внутреннего сгорания при утилизации теплоты их отработавших газов. // Пращ Таврийськой державной агротехничной академии - Вип. 2, Т. 17. - Мелшшоль: ТДАТ, 2001. - С. 151-155.

7. Кукис B.C., Хасанова М.Л., Богданов А.И. и др. Проблемы функционирования системы «Поршневой двигатель и окружающая среда» и возможности ее решения. // Труды международного форума по проблемам науки, техники и образования. Т. 3. - Москва, 2001. - С. 82-83.

8. Кукис В.С, Хасанова М.Л., Пятковская H.A. Снижение токсичности отработавших газов двигателей военной автомобильной техники при утилизации тепловых потерь. // Научно - методический сборник: Материалы Российской конференции «Естественные науки в военном деле». Вып. 50, ч. 1. -Омск: Изд-во ОТИИ, 2001. - С. 50-52.

9. Хасанова М.Л. Изменение токсичности отработавших газов дизеля КамАЗ -740 при работе по внешней скоростной характеристике в случае утилизации тепловых потерь. // Научный вестник «Автомобильная техника». Вып. № 14. - Челябинск: ЧВАИ, 2002. - С. 136-140.

10. Хасанова М.Л. Утилизация тепловых потерь отработавших газов автомобильных двигателей как один из способов улучшения их экологических показателей. // Научный вестник «Автомобильная техника». Вып. № 14. -Челябинск: ЧВАИ, 2002. - С. 133-135.

11. Хасанова М.Л. Влияние системы утилизации теплоты отработавших газов на экологические характеристики дизеля КамАЗ-740. // Материалы межрегиональной науч.-техн. конф. « Многоцелевые гусеничные и колесные машины». - Ч. 2. - Омск, 2002. - С. 19-21.

12. Хасанова М.Л., Кукис B.C., Руднев В.В. и др. Двигатель с разделенными процессами газо-парообразования. Свидетельство на полезную модель. Заявка № 2002116607. Решение о выдаче свидетельства от 26.09.2002.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эксплуатация поршневых двигателей внутреннего сгорания создает значительные экологические проблемы, которые связаны со сжиганием огромного количества природного топлива; интенсивным расходованием кислорода атмосферного воздуха; выбросом в окружающую среду большого количества токсичных веществ. Кроме того, выбрасываемые из поршневых ДВС газы имеют высокую температуру и нагревают атмосферу. В процессе остывания отработавших газов их эксергия исчезает (происходит ее диссипация), превращаясь в анергию - составляющую энергии теплового потока, которую уже никогда нельзя будет превратить в работу. Кроме отмеченных негативных воздействий на окружающую среду ПДВС «засоряют» ее, излучая шум и вибрации.

Проведенное исследование показало, что частично эти проблемы могут быть решены при утилизации теплоты отработавших газов поршневых ДВС двигателем с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием, разработанным, изготовленным с участием автора диссертации и на который получено свидетельство на полезную модель.

Принцип компоновки силовой установки, исследованной в настоящей работе, может быть рекомендован для внедрения на стационарных мини-ТЭЦ и других стационарных объектах, где источником механической энергии являются двигатели внутреннего сгорания (не обязательно поршневые).

На объектах мобильной техники целесообразными представляются другие конструктивные решения. В частности - перевод одного или нескольких цилиндров многоцилиндрового поршневого ДВС на работу по принципу двигателя с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием (приоритетная справка на полезную модель такой силовой установки диссертантом получена). В этом случае при существенном повышении экономических и экологических показателей практически не изменяются массогабарит-ные характеристики поршневой машины, что весьма важно с точки зрения компоновки силовой установки в моторном отсеке. Незначительно увеличивается и стоимость такого двигателя.

Другим путем решения проблемы создания силовой установки с утилизацией теплоты отработавших газов для мобильной техники может служить перевод четырехтактных поршневых ДВС на шеститактный цикл. В этом случае после завершения в каждом цилиндре традиционных четырех тактов и прихода поршня в нижнюю мертвую точку, не следует открывать выпускные органы. Тогда в процессе последующего перемещения поршня от нижней мертвой точки к верхней (пятый такт) оставшиеся в цилиндре продукты сгорания будут сжиматься, и температура их существенно увеличится, При приближении поршня к верхней мертвой точке в цилиндр через форсунку подается вода, происходит ее интенсивное испарение, перегрев и расширение парогазообразной смеси (шестой такт) с совершением работы.

Окончательный выбор компоновки силовой установки, в которой осуществляется утилизация теплоты отработавших газов поршневого ДВС с помощью использованного в работе принципа, в каждом конкретном случае представляет собой серьезную самостоятельную экономическую задачу, решение которой выходит за рамки настоящего исследования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хасанова, Марина Леонидовна, 2002 год

1. Аборина C.B., Бажов Е.М., Сушко Б.А., Харунжин В.В. Роль автотранспорта в загрязнении атмосферного воздуха г. Челябинска // Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения: Сб. науч. статей науч.-практич. конф. Челябинск, 2001. - С. 11-14.

2. Автомобильные двигатели / Под ред. М.С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977. - 591 с.

3. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учеб. пособ. для вузов под ред. В.Н. Луканина. М.: ИНФРА - М, 1998. - 408 с.

4. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1971. - 284 с.

5. Атаур Рахман. Применение легких добавок к утяжеленным топливам с целью снижения дымности и токсичности отработавших газов дизеля / Авто-реф. дис. . канд. техн. наук. М.: Рос. ун-т. Дружбы народов, 1993. - 15 с.

6. Ашмарин И.П., Васильев H.H., Амбросимов В.А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов. Л.: Госуниверситет, 1975. - 77 с.

7. Белов П.М. и др. Двигатели армейских машин. Часть вторая. Конструкция и расчет. М.: Воениздат, 1972. - 568 с.

8. Бикбулатов И.Х., Еришко В.М., Зейферт Д.В., Иванов П.П. Программа мониторинга и оценки окружающей среды США. Уфа, 1996. -146 с.

9. Богданов А.И. Расширение возможностей утилизации энергии отработавших газов дизеля в случае использования нейтрализаторов // Сб. науч. трудов. Челябинск: ЧВВАИУ, 1996. - Вып. 6. - С. 117-119.

10. Большее Л.Н. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Наука, 1987. 284 с.

11. Большее JI.H., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. -М.: Наука, 1965. 474 с.

12. Бояджиев Д. Комплексная термоэкологическая оценка теплотехнических систем и ее влияние на выбор оптимального варианта: Тр. IX Межд. конф. по пром. энергетике. Бухарест, 1978. С. 3-8.

13. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.: Энергия, 1973. - 296 с.

14. Бродянский В.М., Фратшер B.C., Михалек K.M. Эксергетический метод и его приложения. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 288 с.

15. Брякотин Э.И., Лоскутов А.С, Обработка результатов эксперимента при испытаниях дизелей внутреннего сгорания: Учеб. пособ. / Алт. политехи, ин-т И.И. Ползунова. Барнаул, 1990. - 90 с.

16. Бунов В.М., Бунова Е.В., Зайцев Л.К., Гун B.C. Снижение содержания сажи в отработавших газах дизелей автотранспортных средств // Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения: Сб. науч. статей науч,-практич. конф. Челябинск, 2001. - С. 21-22.

17. Бунова Е.В. Снижение сажесодержания в отработавших газах тракторного дизеля за счет улучшения условий смесеобразования и сгорания: Спец.05.04.02. Дис. . канд. техн. наук. Челябинск ЧГТУ, 1996. 119 с.1.i

18. Вагнер В.А., Иващенко Н.А., Русаков В.Ю. Моделирование образования вредных веществ в цилиндре дизеля. Учеб. пособие. - Барнаул, 1997. -202 с.

19. Валеев Д.Х. Двигатель КамАЗ 740.11-240 // Грузовик. 1997. - № 12. -С. 19-22.

20. Варшавский И.Л. Некоторые теоретические вопросы обеспечения малотоксичной работы автомобильных двигателей: Тр. Республиканской науч,-техн. конф. по проблемам развития автомобильного транспорта (14-17 октября 1965 г.). Ереван, 1966. - С. 166-192.

21. Варшавский И.Л., Малов Р.В. Как обезвредить отработавшие газы автомобиля. М.: Транспорт, 1968. - 127 с.

22. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. -М.: Машиностроение, 1977. -277 с.

23. Гигиеническая оценка влияния промышленных выбросов бенз(а)пирена от основных цехов ЧЭМК на состояние качества воздушной среды в районе его размещения: Отчет по НИР. Екатеринбург-Челябинск, 1995. -85 с.

24. Гизаури К.Ш., Джавахишвили Д.Н., Бадршвили Г.Н. Фазы газораспределения и токсичность отработавших газов бензиновых двигателей. Тбилиси: Мецниерба, 1985. 102 с.

25. Головчук А. Снижение дымности дизелей // Автомобильная промышленность. 1984. - № И. - С. 35-36.

26. Горская Л.В., Пицнова В.Н. Математическая статистика с элементами теории планирования эксперимента. Саратов: СПИ, 1975. - 103 с.

27. Горшков A.M., Нестратова З.Н., Подольский А.Г. Процессы в открытых термодинамических системах // Машиностроение. -1987. № 9. - С. 45-51.

28. Грехов Л.В. Насос-форсунки с гидроимпульсным управлением иглой для дизелей с улучшенными экологическими показателями. Математическое моделирование и исследование процессов в ДВС. Уч. пособ. / Под ред.

29. B.А. Вагнера, М.А. Иващенко, В.Ю. Русакова. Изд-во Алт. ГТУ - Барнаул, 1997. - 198 с.

30. Гуссерль Э. Кризис европейских наук и трансцендентальная феноменология // Вопросы философии. 1993. - № 7. - С. 136-176.

31. Данилов-Данильян В.И., Горшков В.Т., Арский Ю.М. и др. Окружающая среда между прошлым и будущим: Мир и Россия: Опыт эколого -экономического анализа. М., 1994. 133 с.

32. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. A.C. Орлина, М.Г. Круглова. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

33. Дмитриенко В.Д., Савельев Г.М. Пути снижения расхода топлива и токсичности автомобильных двигателей. М.: ИППК АП, 1981. - 91 с.

34. Драгунов Г.Д., Лобунько С.И. Оценка вредности выхлопных газов автомобилей в городских условиях // Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения: Сб. науч. статей науч.-практич. конф. Челябинск, 2001.1. C. 24-25.

35. Евдокимов Ю.А., Колесников В.И., Тетерин А.И. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. М.: Наука, 1980. -228 с.

36. Емельянов В.Е., Данилов A.M. Бензины с улучшенными экологическими свойствами // Автомобильная промышленность. 1996. - № 12. -С. 33-35.

37. Жигалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985. - 120 с.

38. Зайцев C.B. Оценка эффективности утилизационной установки // Исследование и методы повышения эффективности технической эксплуатации çy-довых энергетических установок: Сб. науч. работ НИИВТ. Новосибирск, 1984.-С. 109-114.

39. Заслонов В .Г., Арав Б. Л., Лазарев Е.А., Сидоренко A.B. Некоторые вопросы технико-экономической оценки совершенствования тракторных дизелей // Тематический сб. науч. трудов. Челябинск: ЧПИ, 1983. - С. 127-132.

40. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. -М.: Машиностроение, 1981. 160 с.

41. Звонов В.А., Дядин А.П. Измерение дымности отработавших газов дизелей // Двигатели внутреннего сгорания: Республиканский межведомственный тематический науч.-техн. сб. Харьков: Вища шк., 1974. - Вып. 19. -С. 93-98.

42. Звонов В.А., Симонова Е.А. Проблемы оценки дизеля как источника загрязнения окружающей среды дисперсным материалом // Автостроение за рубежом 2002. - № 2. - С. 4-8.

43. Звонов В.А., Фурса В.В. Применение метода математического планирования эксперимента для оценки токсичности двигателя // Сб. "Двигатели внутреннего сгорания". Харьков: ХГУ, 1973. - Вып. 17. - С. 99-105.

44. Звонова З.Т., Атрощенко В.И., Звонов В.А. Каталитическая нейтрализация отработавших газов дизелей // Двигатели внутреннего сгорания: Республиканский межведомственный тематический науч.-техн. сб. Харьков: Вища шк., 1974. - Вып. 20. - С. 153-159.

45. Зедгенидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1978. - 260 с.

46. Игнатьев Ю.В. Снижение расхода топлива автотранспортом в городах // Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения: Сб. науч. статей науч.-практич. конф. Челябинск, 2001. - С. 38-41.

47. Исследование загрязнения атмосферного воздуха под влиянием выбросов автотранспорта на основных автомагистралях города Челябинска: Отчет по НИР. Челябинск. Челяб. обл. центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 1996. - 36 с.

48. Калиновский В.Н. Вторичное использование теплоты, как резерв повышения топливной экономичности дизеля 10Д100 // Двигатели внутреннего сгорания: Республиканский межведомственный тематический науч.-техн. сб. -Харьков: Вища шк., 1983. Вып. 20. - С. 34-39.

49. Каталитические нейтрализаторы транспортных двигателей / Под ред. О.И. Жегалина, H.A. Китросского и др. М.: Транспорт, 1979. - 80 с.

50. Козлов Ю.С. и др. Экологическая безопасность автомобильного транспорта: Учеб. пособ. для студентов автомобильных техникумов и колледжей. -М.: Агар: Рандеву AM, 2000. - 175 с.

51. Колбенев И.Л. Снижение токсичности и методы испытаний автотракторных двигателей. // Двигателестроение. 1989. - № 7. - С.57-58.

52. Константинов В.М. Охрана природы. М: Издательский центр «Академия», 2000. - 240 с.

53. Костенко Г.Н. Эксергетический анализ тепловых процессов и аппаратов. Одесса: ОПИ, 1964. - 32 с.

54. Котляров В.И., Лосев К.С., Гракович В.Ф. Экологическая безопасность и возможные стратегии развития // Известия РАН. 1991. № 6. С. 5-13.

55. Крутов В.И., Макаров В.А. и др. Система управления транспортным дизелем с регулированием угла опережения впрыскивания // Грузовик. 1997. -№12.-С. 26-30.

56. Кукис B.C., Руднев В.В., Хасанова M.JI. и др. Утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты. Свидетельство на полезную модель. RU 21068 U1 7F 01 К 7/00. Опубл. 20.12.2001. Бюл. №35.

57. Кукис B.C., Хасанова M.JL, Дерябин В.А. и др. Свободнопоршневой паровой термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов ДВС. Свидетельство на полезную модель. Заявка № 2002113208/20(014137). Решение о выдаче свидетельства от 14.08.2002.

58. Кукис B.C., Хасанова M.JT. Повышение экологической безопасности двигателей мобильной техники. // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр./ МАДИ (ГТУ). М.,-2001. -С. 130-132.

59. Кукис B.C., Чекемес Ю.Т. Зависимость эксергии отработавших газов ДВС от параметров окружающей среды // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. 1979. - № 11. - С. 90-94.

60. Лаврик A.H. Использование спиртов в качестве топлив для двигателей внутреннего сгорания // Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения: Сб. науч. Статей науч.-практич. Конф. Челябинск, 2001. - С. 53-54.

61. Лазарев Е.А., Лазарев В.Е. Снижение содержания токсичных веществ в отработавших газах дизеля // Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения: Сб. науч. статей науч.-практич. конф. Челябинск, 2001. -С. 54-58.5h

62. Лоскутов A.C., Новоселов А.Л., Вагнер В.А. Снижение выбросов окислов азота дизелями в атмосферу. Барнаул: Алтайское краевое правление Союза НИО СССР, 1990. - 120 с.

63. Малов Р.В., Ерохов В.И., Щетинин В.А. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. -М.: Транспорт, 1982. 200 с.

64. Марков В.А., Аникин С.А., Сиротин Е.А. Экологические показатели ДВС // Автомобильная промышленность. -2002. № 2. - С. 13-15.

65. Медведков В.И., Билык С.Т., Гришин Г.А. Автомобили КамАЭ-5320, КамАЭ-4310, Урал-4320: Учеб. пособие. -М.: ДОСААФ, 1987. 372 с.

66. Мелик Ахназаров Т.Х., Онойченко С.Н., Емельянов В.Е., Митусова Т.Н. ГОСТ и ТУ по бензинам // Автомобильная промышленность. - 2000. - № 6. - С. 24-26.

67. Мельберт A.A. Конструкции нейтрализаторов отработавших газов дизелей. Совершенствование быстроходных дизелей // Межвузовский сб. науч. трудов. Барнаул: Алт. ГТУ, 1991. - С. 129-132, 180.

68. Мельберт A.A., Павлюк A.C. Оценка эффективности нейтрализации отработавших газов дизелей // Сб. научн. трудов. Барнаул: Алт. ГТУ, 1997. -С. 5-8.

69. Моделирование образования вредных веществ в цилиндре дизеля. Математическое моделирование и исследование процессов в ДВС: Учебн. по-соб. под ред. Вагнера В.А., Иващенко H.A., Русакова В.Ю. Барнаул: Алт. ГТУ, 1997.-С. 84-99.

70. Морозова B.C. Улучшение экологических характеристик дизеля конструктивными изменениями топливной системы // Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения: Сб. науч. статей науч.-практич. конф. -Челябинск, 2001. С. 58-60.

71. Новиков Л.А., Юрченко Э.Н., Шляхтов В.А. Создание установок очистки газов для стационарных дизелей и испытательных станций // Двигате-лестроение, 1995,С. 72-77.

72. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособ. для вузов, средних школ и колледжей. М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. - 320 с.

73. Новиков Ю.В., Голубев И.Р. Окружающая среда и транспорт. М: Транспорт, 1987. 207 с.

74. Новоселов A.JI., Мельберт A.A., Беседин C.JI. Основы инженерной экологии в двигателестроении: Учеб. пособ. Барнаул: АГТУ, 1993. - 99 с.

75. Новоселов A.JI., Новоселов С.В., Мельберт A.JL, Унгефук A.B. Снижение токсичности автотракторных дизелей: Учеб. пособ. по целевой подготовке специалистов ДВС. Барнаул: Алт. ГТУ, 1996. - 122 с.

76. Новоселов A.JI., Павлюк A.C., Мельберт A.A. Выбор конструкции нейтрализатора для дизеля сельскохозяйственного назначения // Сб. науч. трудов. Барнаул: Алт. ГТУ, 1997. - С. 121-126.

77. Общие технические требования (OTT 11. 10. 99).

78. Павлова Е.И. Экология транспорта: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 2000. - 248 с.

79. Парниковый эффект и проблематика СОг. Экологические проблемы на транспорте // Экспресс информация, 1990, № 45. Реферат 276. - С. 2-5.

80. Печуркин Н.С. Энергия и жизнь. Новосибирск: Наука, 1988.190 с.

81. Поликер Б.Е., Михальсктй JI.JI. О повышении экономичности и снижении токсичности отработавших газов дизелей // Грузовик. 1997. - № 10. -С. 29-31.

82. Поповиченко Р.Н. Автомобильный транспорт и окружающая среда. -Караганда: КПИ, 1986. 85 с.

83. Реймерс Н.Ф. Экология: теория, законы, правила, принципы и гипотезы. М.: Россия молодая, 1994. 367 с.

84. Семенов H.H. Развитие теории цепных реакций и теплового воспламенения. М.: Знание, 1969. - 126 с.

85. Семина Н.В. Экологически чистый автомобиль мечта или реальность? М.: Транспорт, - 1990. - 44 с.

86. Скалкин Ф.В., Канаев A.A., Копп И.З. Энергетика и окружающая среда. Л.: Энергоиздат, 1988. 180 с.

87. Смайлис В.И. Малотоксичные дизели. Особенности конструкции, рабочего процесса и испытаний. Л.: Машиностроение, 1972. - 128 с.

88. Смаль Ф.В., Аксенов В.Е. Перспективные топлива для автомобилей. М.: Транспорт, 1979. - 151 с.

89. Современные дизели: повышение топливной экономичности и длительной прочности: Под ред. А.Ф. Шеховцева / Ф.И. Абрамчук, А.П. Марченко и др. К.: Техника, 1992 - 27 с.

90. Ставров А.П. Снижение токсичности отработавших газов автомобилей, применением перспективных топлив // Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения: Сб. науч. статей науч.-практич. конф. Челябинск, 2001.-С. 71-73.

91. Толшин В.И., Якунчиков В.В., Чуб Т.В. Рециркуляция ОГ как средство снижения оксидов азота судового дизель генератора // Двигателестрое-ние. - 2000. - № 4. - С. 20-21.

92. Филипосянц Т.Р. Ограничение выброса вредных веществ с отработавшими газами дизелей // Автомобильная промышленность. 1982. - № И. -С. 33-34.

93. Хазен М.М Научно-методическое значение эксергии для термодинамического анализа тепловых процессов теплоэнергетических установок //

94. Сб. науч.-метод. статей по теплотехнике. М.: Высш. шк., 1977. - Вып. 2. - С. 12-18.

95. Химический энциклопедический словарь / Под ред. И.И. Клунянца. М.: Советская энциклопедия, 1983. 103 с.

96. Химия нефти и газа: Учеб. пособ. под ред. В.А. Проскурякова, А.Е. Драпкина. Л.: Химия, 1989 - 301 с.

97. Хортов В.П. Новый взгляд на экологическую опасность АТС // Автомобильная промышленность. 2000. - № 6. - С. 22-24.

98. Хортов В.П. Новый взгляд на токсичность автомобильных двигателей в условиях городского движения // Грузовик. 2000. - № 5. - С. 8-11.

99. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия / Пер. с польского Ю.И. Батурина и Д.Ф. Стржижовского. М.: Энергия, 1968. - 279 с.

100. Шахидулла С.A.M. Оценка уменьшения расхода топлива в карбюраторном двигателе при использовании бензоэтиленной смеси и системы утилизации теплоты: Дис. . канд. тех. наук. Харьков, 1985. 209 с.

101. Шечков Г.Т., Лебедева O.A., Арискина И.Н. Проблемы создания каталитических нейтрализаторов отработанных газов ДВС / Совершенствование быстроходных дизелей: Тезисы докладов международной науч.-практич. конф. Барнаул: Алт. ГТУ, 1993. - С. 69-71.

102. Шилейко A.B., Шилейко Т.И. В океане энергии М.: Знание, 1989.192 с.

103. Экономичность и токсичность дизелей грузовых автомобилей. / Bidault/M. // Pollut. Atmos. 1980.-22.-№ 85,- С. 116-121.

104. Юрковский И.М., Толпыгин В.А. Автомобиль КамАЗ. Устройство, техническое обслуживание, эксплуатация. М.: ДОСААФ, 1975. - 406 с.

105. Aly S.E. Diesel engine waste heat power cycle // Heat Recov. Syst. and CHP, 1987. № 5. - 7. - P. 445-451.

106. Baehr H„ Schmidt E. // BWK. 1964. - 16. - № 2. - P. 63-66.

107. Daudas Ir. Moteurs composites alternatifs a combustion // "Rev. M.", 1986. № 3-4. - 29. - P. 219-227.

108. Direct digital control of electronic unit injectors/ Society of Automotive Engineers, Technical Parer Series, 1984, № 840274. - 10 p.

109. Diesel emission control for the 1990. // Automate Eng. 1988. - 96 p.

110. Engines and Emission // Commer. Carrier. J. 1989. 1989. 146, № 0.3. -P. 139-140, 142-144.

111. Evolution of emissions legislation of Europe and impact on technology/ Cucchi C., Hublin M. / SAE Techn. Pap. Ser. 1989.-P. 96-101.

112. Jeaple F. Engines and cycles aim for efficiency // Product Engineering, 1977.-№1.-P. 35-38.

113. Kittelson D.B. Review of diesel particulate matter sampling methods / Final report/ University of Minnesota. 1999. - 6 p.

114. Kittelson D.B., Abdul-Khalek I. Formation of nanoparticles during exhaust dilution // EFI Members conference " Fuels, Lubricants, Engines & Emissions'- 1999. January 18-20. - 13 p.

115. Lies K.H., Postulka A., Grig H. Characterization of exhaust emissions from diesel-powered passenger cars with particular reference to unregulated components // SAE Tech. Pap. Ser. 1984. - N 840361. - 27 p.

116. Lipkea W.H., Johnson J.H., Vuk C.T. The physical and chemical character of diesel particulate emissions measurement techniques and fundamental considerations // SAE Tech. Pap. Ser. 1978. - N 780108. - 57 p.

117. Nauss K. Diesel exhaust: a critical analysis of emission exposure and health effects // Summary of HEI special report. 1997. 6 p.

118. Publow G., Grinberg L. Performance of late model cars with gasoline -methanol fuel/ SAE Techn. Pap. Ser. 1978, № 780948, 8 p.

119. Rant Z. Energies and Exercise. Dusseildorf, 1965. - P. 33-39.

120. Report to Air resources Board on the proposed identification of diesel exhaust as toxic air contaminant / Part A. Exposure assessment. 1978. 103 p.

121. Robertson C.S., Eckord S.E. A multi-vane expander, by adding power, can improve the fuel economy of long haul diesel trucks // SAE Tech. Paper Series, 1978.-№780. 689.-P. 1-19.

122. Schulte Horst. The contribution of the fuel injection system to meeting future demands on truck diesel engineers, Technical Parer Series, 1990, № 900822. -P. 1-6.

123. Stricland G. Device to reuse waste engine heat seen as significant development in greater fuel efficiency for heavy-duty trucks // Commercial Car Journal, 1978. -№11. -P. 19-22.