Снижение выбросов оксидов азота с отработавшими газами бензинового двигателя 4Ч9,2/8,6 в условиях эксплуатации автомобилей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Сивов, Александр Александрович

• Сивов, Александр Александрович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сивов, Александр Александрович

Введение.

Глава 1. Сравнительный анализ современных методов и средств снижения вредных выбросов автомобильных двигателей.

1.1. Состав отработавших газов автомобильных двигателей и степень их воздействия на окружающую среду.

1.2 Оценка степени загрязнения окружающей среды токсичными компонентами.

1.3 Нормирование токсичности вредных выбросов двигателей.

1.4 Методы и средства направленные на улучшение экологических показателей двигателей.

1.5 Способы и технические решения, применяемые для восстановления оксидов азота.

1.6 Выводы и задачи исследования.

Глава 2. Моделирование и исследование процессов нейтрализации оксидов азота отработавших газов бензиновых двигателей в условиях эксплуатации автомобилей.

2.1 Исследование режимов работы автомобиля в условиях эксплуатации.

2.2 Моделирование процесса нейтрализации оксидов азота отработавших газов двигателя в условиях эксплуатации автомобилей.

Глава 3. Методика экспериментальных исследований и применяемое оборудование.

3.1 Общая методика экспериментальных исследований.

3.2 Объект исследований, экспериментальная установка, измерительная аппаратура.

3.3 Методика исследований параметров работы двигателя и нейтрализатора

3.4 Методика исследований эксплуатационных показателей двигателя ЗМЗ - 4062.10 при установке нейтрализатора оксидов азота.

Глава 4 Результаты экспериментальных исследований показателей работы нейтрализатора оксидов азота в условиях эксплуатации.

4.1 Исследование показателей работы двигателя ЗМЗ - 4062.10.

4.2 Исследование показателей работы нейтрализатора оксидов азота при эксплуатации автомобиля.

4.3 Оптимизация параметров работы нейтрализатора и повышение эффективности восстановления оксидов азота.

Глава 5. Нормативно-техническая документация и экономическое обоснование внедрения нейтрализатора оксидов азота.

5.1 Нормативно-техническая документация по применению нейтрализатора оксидов азота.

5.2 Экономическое обоснование внедрения нейтрализатора оксидов азота

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение выбросов оксидов азота с отработавшими газами бензинового двигателя 4Ч9,2/8,6 в условиях эксплуатации автомобилей»

На данный момент в России и в мире сложилась крайне неблагоприятная экологическая обстановка, обусловленная тем, что деятельность человека формирует существенное превышение допустимых нагрузок на природные комплексы в частности, загрязнение воздушного бассейна отработавшими газами, а восстановление нарушенных геосистем происходит крайне медленно.

Поскольку большая часть вредного воздействия связана с эксплуатацией автомобильных двигателей, улучшение их экологических показателей является преобладающей тенденцией в развитии двигателестроения.

Существующие методы улучшения эксплуатационных и экологических показателей двигателей, направленные на совершенствование рабочего процесса и топливной аппаратуры двигателя, оснащение систем выпуска отработавших газов (ОГ) нейтрализаторами и другими антитоксичными устройствами, уменьшают выброс продуктов неполного сгорания - оксидов углерода, углеводородов, сажи, но приводят к росту содержания оксидов азота в ОГ, которые, являются не только наиболее токсичными веществами, но активными компонентами, способствующими образованию нитрозосоединений -канцерогенных веществ.

На современном этапе выполнение требований стандарта Евро - IV в эксплуатационных условиях без использования специальных мероприятий по снижению токсичности ОГ в процессе выпуска, не достигнуто еще ни одним из производителей двигателей. Актуальность решения данной экологической проблемы, в том числе снижение выбросов оксида азота путем разработки и использования нейтрализаторов ОГ, в настоящее время несомненна.

В связи с этим целью данной работы является снижение концентрации выбросов оксидов азота с отработавшими газами бензиновых двигателей в условиях эксплуатации автомобилей, путем модернизации модуля нейтрализации оксидов азота ОГ.

Научную новизну работы представляют:

• термодинамическая модель процесса нейтрализации оксидов азота ОГ, учитывающая реальные условия эксплуатации автомобиля;

• математическая модель, позволяющая оценить влияние эксплуатационных режимов работы бензинового двигателя на степень восстановления оксидов азота ОГ в модернизированном модуле - нейтрализаторе.

Практическая ценность работы:

• Модернизирован и исследован модуль нейтрализации оксидов азота ОГ бензинового двигателя, позволяющий уменьшить выброс оксидов азота до нормируемых значений Евро-1У при эксплуатации автомобилей.

• Разработана нормативно-техническая документация применения модуля нейтрализации оксидов азота ОГ бензиновых двигателей при эксплуатации автомобилей.

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Сивов, Александр Александрович

выводы

1. Исследованием современных методов и способов снижения содержания наиболее токсичного компонента ОГ автомобильных двигателей -оксидов азота, установлено, что наиболее эффективным и экономически целесообразным способом является применение внешней физико-химической очистки ОГ.

2. Разработан модернизированный модуль нейтрализации оксидов азота ОГ, позволяющий снизить выброс оксидов азота до 65% на неустановившихся режимах и выполнить нормы Евро - IV в условиях эксплуатации автомобилей.

3. Экспериментальными исследованиями системы нейтрализации в составе двигателя ЗМЗ - 4062.10 подтверждена целесообразность внедрения разработанного устройства нейтрализации оксидов азота ОГ энергетических установок, обеспечивающего перспективные нормы токсичности. Разработанная система нейтрализации обеспечивает эффективную очистку ОГ от оксидов азота - степень восстановления до 80-90%.

4. Исследованиями по изучению влияния режимов работы двигателя в условиях эксплуатации автомобилей на параметры модуля нейтрализации оксидов азота ОГ установлена оптимальная область изменения параметров: частота вращения двигателя 2400<п<3000 мин"1, время цикла разгона 18<тг/<26 с и нагрузка 30<Ре<67%, обеспечивающая минимальный выход оксидов азота и выполнение стандартов Евро - IV.

5. Разработана нормативно-техническая документацию применения модуля нейтрализации оксидов азота ОГ бензиновых двигателей, реализация, которой позволит выполнение норм Евро-ГУ при эксплуатации автомобилей. Результаты исследований внедрены в учебный процесс СПб ГУСЭ, и переданы ОАО "Автомобильная корпорация «Грузомобиль»" для оценки токсичности выбросов бензиновых двигателей. Годовой экономический эффект от применения модернизированного модуля нейтрализатора оксидов азота ОГ составляет 2570 рублей на один автомобиль.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сивов, Александр Александрович, 2011 год

1. Абрамович Г.Н Прикладная газовая динамика. - М. - 1969. - 824с.

2. Анциферов В.Н., Макаров A.A., Ханов A.M. Экологические технологии: высокопористые ячеистые материалы в каталитических технологиях очистки газов / Инженерная экология. 2003. - №3. - С.20-25.

3. Анализ технического уровня ДВС. вып.26 / Под ред. Давтяна Р.И.- М.:Информцентр-НИИД. 1998. - 115 с.

4. Балацкий О.Ф. Экономика чистого воздуха. Киев: Навукова думка, 1979.-295 с.

5. Битколов Н.З. Жидкостные нейтрализаторы дизельного выхлопа двигателей / Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути ее снижения: Доклады участников симпозиума. М.: Наука. - 1966. - С. 229-266.

6. Бордуков В.Т. Стандарты и нормы по эмиссии вредных веществ / Двигателестроение. 2003. -№1. - С. 37-40.

7. Бордуков В.Т. По страницам зарубежных изданий. Нормы (стандарты) эмиссии Япония // Двигателестороение. - 2003. - №2. - С.39 - 56.

8. Бобров Л.Н., Носков A.C., Матрос Ю.Ш., Славинская Е.М. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота аммиаком в нестационарном режиме // Химическая технология. Киев. - №5. - 1989. - С. 8085.

9. Боровиков A.B., Салова Т.Ю., Сивов A.A. Методика исследования двигателя ЗМЗ 406.2 на неустановившихся режимах работы / //Известия СПбГАУ. - 2011, № 23, С. 421-428.

10. Воробьев-Обухов А.Н. Евро с большой буквы // За Рулем. 2005.- №8. С.200 - 205.

11. Валге A.M. Обработка экспериментальных данных и моделирование динамических систем при проведении исследований по механизации сельскохозяйственного производства. СПб.: СЗНИИМЭСХ. - 2002. - 176 с.

12. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей // Под ред. В.Н. Лазарева. В Зт. JL: Химия. 1976. С.198.

13. Гзовский М. Твердый курс евро // За Рулем. 2002. - №5. - С.7677.

14. Гнатюк Е.В., Жуков Г.И., Максимова A.A. Исследование жидкостного нейтрализатора НЖ-180 с двигателем ЯМЗ-238 // Двигатели внутреннего сгорания. Омск. - 1974. - С. 85-96.

15. Горбунов В.В., Патрахальцев H.H. Токсичность двигателей внутреннего сгорания: Учеб. пособие. -М.:Изд-во РУДН, 1998. 214с.

16. Гриневич В.И., Иванова Н.В., Костров В.В. Экологические технологии: использование низкотемпературной плазмы для очистки отходящих газов // Инженерная экология. 2002. - №2. - С.38-43.

17. Грехов JI.H. Революция с воспламенением от сжатия. Топливная аппаратура нового поколения // За Рулем. 2002. - №10. - С.64-66.

18. Грехов JI.B., Марков В.А., Павлов В.А. Исследование возможности получения повышенных давлений впрыскивающей топливной аппаратуры разделенного типа в автотракторных дизелях / Вестник МГТУ. Машиностроение.- 1997.-№1.-С.92-103.

19. Гетманец Г.В., Лиханов В.А. Социально экологические проблемы автомобильного транспорта. - М.: Аспол, 1993. - 340 с.

20. Гнатюк Е.В., Жуков Г.И., Максимова A.A. Исследование жидкостного нейтрализатора НЖ-180 с двигателем ЯМЗ-238 // Двигатели внутреннего сгорания. Омск. - 1974. - С. 85-96.

21. Гусаров А.П., Вайсблюм М.Е. Перспективы нормирования экологических показателей АТС //Автомобильная промышленность. 2000. - №2. - С.34-40.

22. ГОСТ 14846 81. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний. М.: Изд. стандартов. 1981. С.53.

23. ГОСТ 17.2.2.05 86. Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения дымности отработавших газов тракторных и комбайновых дизелей. М.: Изд. стандартов. 1986. С.7.

24. Дьяченко Н.Х., Костин А.К., Пугачев Б.П. Теория двигателей внутреннего сгорания. JL: Машиностроение, 1974. - 552 с.

25. Демочка О.И., Соколов Ю.А. Токсичность отработавших газов двигателей автотракторного типа и средства ее снижения. М.: ЦНИИТЭИт-ракторосельхозмаш, 1974. - 42 с.

26. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний: ГОСТ 14846-81. Введен 01.01.82.-М., 1984-55 с.

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

28. Жегалин О.И., Сайкин A.M., Френкель А.И. Методы снижения токсичности отработавших газов тракторных дизелей. М.: ЦНИИТЭИтрак-торосельхозмаш, 1976. - 30 с.

29. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1973. - 199 с.

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

31. Зельдович Я.Б. и др. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука. 1980. С.32.

32. Защита окружающей среды от вредных выбросов автомобильного транспорта; Учеб. пособие / Гутаревич Ю.Ф., Говорун А.Г. К.: УМК ВО при Минвузе УССР, 1989. 128с.

33. Кашкин M.B. Анализ методов снижения выбросов оксидов азота // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Сб. науч. тр. Киров.: ВГСХА, 2004. Вып. 4. С 24 - 27.

34. Кашкин М.В. Общая методика определения основных размеров устройства для нейтрализации оксидов азота // Международная научная конференция. СПб.: СЗ НИИЭСХ, 2005. - С 243 - 248.

35. Кирпатовский И.П. Охрана природы. М.: Химия. 1980. 376с.

36. Кутенев В.Ф., Свиридов Ю.Б. Экологические проблемы автомобильного двигателя и пути оптимального их решения // Двигателестроение. -1990.-№10. С.55-62.

37. Кулиш О.Н. Разработка и промышленное внедрение методом некаталитической очистки газовых выбросов от окислов азота аминосодержа-щими восстановителями // Диссертация на соиск. учен. степ, д.т.н., Москва. -1996.

38. Колчин A.B. Обеспечение экологической безопасности тракторных и комбайновых дизелей // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2004.-№2.-С. 2-5.

39. Каталитические нейтрализаторы / Экология и промышленность России. 2001. -№1. - С.4-6.

40. Каталитический нейтрализатор отработавших газов ДВС. A.c. 1802184 MKHF 01 N3/28.

41. Лиханов В.А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. М.:Колос, 1994. - 224с.

42. Луканин В.Н., Шатров В.А. Теплотехника / Учеб. для ВУЗов. -М.: Высш. шк. 2002. - 671 с.

43. Малов Р.В. Рабочие процессы и экологические качества ДВС // Автомобильная промышленность. 1992. - №9. - С. 10-15.

44. Малов Р.В. О невозможности нейтрализации отработавших газов дизельного двигателя методом пламенного дожигания / Труды ЛАНЭ. М.: Знание, - 1969.-28 с.

45. Магарил Е.Р., Резник А.Г. интегральная оценка токсичности отработавших газов // Автомобильная промышленность. 1998. - №3. - С.9 -И.

46. Марков В.А., Баширов P.M. Токсичность отработавших газов дизелей. Уфа, изд. БГАУ. 2000. - 144 с.

47. Мельников C.B., Алешкин В.Р. Планирование экспермента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Д.: Колос. - 1980. - 168с.

48. Методы снижения токсичности отработавших газов судовых малотоксичных дизелей. / Grohe Ote // Hansa. 1990-127. - №22. - С. 1526-1530.

49. Методические указания к РГР по гидрогазодинамике. С- Петербург 2001.

50. Николаенко A.B., Салова Т.Ю. Способ и устройство для снижения выбросов оксидов азота с отработавшими газами дизелей // Тез. докл. научи- практ. конф. ВНИПТИМЭСХ «Экология и сельскохозяйственная техника». СП.- Павловск. 1998. - С. 214-216.

51. Новоселов A.A., Мельберт A.JL, Беседин C.JI. Основы инженерной экологии. Барнаул.: Алтайский ГТИ. 1993. - 100 с.

52. Новые типы каталитических нейтрализаторов / Truex T.I., Searles R.A., Sun D.C. // Platinum Metals Rew. 1992 - 36. - №36. - С. 2-11.

53. Овсянников M.K., Орлова Е.Г., Емельянов П.С. Основы гидромеханики. М. - 2003. - 145с.

54. Орлова М.Н. Исследование процесса некаталитической очистки газовых выбросов от окислов азота в присутствии диоксида серы с использованием аминосодержащих восстановителей. М. Автор. 1995. - С. 16.

55. Основы промышленной экологии: Автомоб. транс.: Учеб. пособие / М.М. Болбас, E.JL Савич. Под общ. ред. М.М. Болбаса. Мн.: Высш. шк., 1993.-235 с.

56. ОСТ 37.001.0544 86. Автомобили и двигатели. Выбросы вредных веществ. Нормы и методы определения. М.: Изд. стандартов. - 1986. -С.17.

57. Погорелов С.Д., Сайкин A.M., Френкель А.И. Методы снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей // Исследование эксплуатационных качеств сельскохозяйственных тракторов: Тр. Кишинев, с.х. ин-та. Кишинев, 1977. - С.60 - 66.

58. Подчинок В.М., Усин В.В. // Автомобильная промышленность. -2001. -№1. С.38.

59. Подчинок В.М., Усин В.В., Медведев Ю.С. Улучшение экологических характеристик автомобильных дизелей // Автомобильная промышленность. 2001. - №11. - С.38-39.

60. Петров Р.Л., Васильев М.В. Присадки к топливу // Автомобильная промышленность. 2000. - №6. - С. 33-35.

61. Патент РФ. Способ очистки газов от оксидов азота / Николаенко A.B., Салова Т.Ю. // 6 В 01 D 53/56. № 97107918. - 13.05.1997.

62. Салова Т.Ю., Громова Н.Ю. и др. Основы экологии. Аудит и экспертиза техники и технологии: Учебник для вузов. СПб.: Лань, 2004. - 336 с.

63. Салова Т.Ю. Установление эксплуатационных допусков на регулировочные параметры топливной аппаратуры тракторных дизелей по составу отработавших газов. Автореф. Л.: Пушкин. 1988. - С.16.

64. Салова Т.Ю., Корабельников С.К. Исследования условий образования оксидов азота в процессе сгорания топлив. //Научно-технические ведомости СПбГТУ, №2, 2009. с. 78-90.37.

65. Салова Т.Ю., Сивов A.A. Снижение токсичных выбросов автотранспортных двигателей //Известия международной академии аграрного образования. СПбГАУ. 2011, №12, С.57 - 59

66. Салова Т.Ю., Соминич A.B. Расчет и исследование элементов аэроконтура струйного эжектора / Методические указания. СП. - 2001.

67. Селиванов Н.И., Кирин B.C. Испытание и регулирование автотракторных двигателей: Учеб. пособ. Красноярск: Изд. Каснояр. гос. аграр. ун-та, 1997. 150 с.

68. Сердюк Д.В., Сердюк В.В., Ашкинази Л.А., Данилов A.M. Катализаторы горения бензинов и дизельных топлив // Автомобильная промышленность. 2001. -№5. - С. 23-26.

69. Сивов A.A., Исследования двигателя ЗМЗ 406.2 на неустановившихся режимах работы. "Технико-технологические проблемы сервиса" СПбГУСЭ. - 2011, №4.

70. Смайлис В.И. Теоретические и экспериментальные основы создания малотоксичных дизелей / Дис. на соиск.уч. степени д-ра техн. JI. -1988.

71. Смайлис В.И. Проблемы снижения токсичности и дымности отработавших газов дизелей // Двигателестроение. 1979. -№1. - С.19 -21.

72. Смайлис В.И. Малотоксичные дизели. Л.: Машиностроение,1972.- 186 с.

73. Семенов Б.Н., Смайлис В.И., Быков В.Ю. Возможности сокращения выброса окислов азота с отработавшими газами быстроходного форсированного дизеля при сохранении высокой топливной экономичности / Двигателестроение. 1986. - №9. - С.3-6.

74. Снижение выбросов окислов азота с отработавшими маолообо-ротных судовых дизелей // MER: Mar. Eng. Rew. 1991 - Febr. - С. 10-14.

75. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Под. общ. ред. д.т.н. Некрасова Б.Б. Изд. 2-е. Минск.: Высш. шк. 1985.-498с.

76. Филипосянц Т.Р., Кратко А.П. Пути снижения дымности и токсичности отработавших газов дизельных двигателей. М.: НИИНавтопром,1973.-72с .

77. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. JI.: Машиностроение. - 1990. - 352 с.

78. Чертков Я.Б. Моторные топлива. Новосибирск: Наука, 1987.208с.

79. Шелмаков C.B. Оценка пробеговых выбросов автотранспортных средств в эксплуатации. Москва: МАДИ-ТУ 2000г.

80. Экологический контроль и аудит состояния агроэкосистем: Учеб. пособие / Громова Н.Ю., Салова Т.Ю. Под общ. Ред. Ходырева A.A. Индикатор,2000. - 75 с.

81. Lepperhoff G., Schommers J.Einfluss des Schmieröls auf die PAN -Emissiontn von Verbrennungsmotoren // MTZ. 1986. - Jg.47. - №9. - S.367 -371.

82. Linke H. Ausblick: Renaissance des Diesels in den 90 er Jahreu / Krafthand. 1990. - №5. - P.176-179.

83. Jakobs R., Westbrooke K. Aspects of Influencing Oil Consumption in Diesel Engine for Low Emissions // SAE Technical Paper Series. 1990. -№900587.-P. 1-18.

84. Tsujimura K., Kobayashi S. The Effect of Injection Parameters and Swirl on Diesel Combustion with High Pressure Fuel Injection // SAE Technical Paper Series. 1991. -№ 910489. - P. 13.