Технические науки/ 4. Транспорт
С.У.Бабашева, С.С.Пернебеков, Н.Т.Сейдалиев
Южно-Казахстанский
государственный университет им. М.Ауэзова, г.Шымкент, Республика Казахстан
МЕТОДЫ И ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Общеизвестно, что эксплуатация различных средств
транспорта и энергетических установок связана с выделением загрязнений атмосферы, т.е. выбросами
токсических веществ,
которые в газообразном, жидком или твердом состояниях, являются опасными для здоровья человека и окружающей
среды.
Токсические вещества (ТВ), выделяемые транспортными
средствами, можно классифицировать
по их источнику, как ио их месту возникновения.
Образование ТВ первой из перечисленных
выше групп связано с неполным сгоранием топлива в цилиндре двигателя. Сюда можно отнести
выделение:
-
окиси углерода (СО);
- углеводородов
(СН);
- окислов азота (N0х).
Во вторую группу ТВ входят:
- свинец (РЬ) и его соединения;
- сера (S) и ее соединения.
В соответствии с приведенной выше классификацией
научно-исследовательские разработки, направленные на уменьшение токсичности отработавших газов
(ОГ) двигателей, в
целом ведутся по направлениям:
- совершенствование
процессов сгорания:
- улавливание, нейтрализация ТВ на
выхлопе;
- применение
малотоксичных энергетических установок и экологических альтернативных топлив;
- совершенствование
качества топлива, включая применение различных присадок; -
управление режимом работы.
Как правило, основная часть выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания
(ДВС) состоит
(92...98% по объему) из нстоксичных веществ.
Среди токсичных составляющих ОГ в наибольшем (0,2... 8%) количестве представлено СО. Содержание других
ТВ в составе ОГ настолько мало, что приходится измерять не в процентах, а в единицах более мелких,
т.е. в миллионных долях (млн-1). К ним относятся углеводороды и окислы
азота. Для четырехтактных двигателей суммарная концентрация углеводородов составляет (100...2000)
10-6 эквивалент по н-гексану. Для двухтактных двигателей данная концентрация примерно
в пять раз меньше.
Известно также, что имеющиеся в составе ОГ окислы азота (окись NО и
двуокись- NО2),
которые составляют для четырехтактных двигателей (200... 1000) 10-6,а для двухтактных двигателей в пять раз
меньше. Известно также, что содержание углеводородов в картерных газах составляет 15000.10-6
, эквивалент по н-гексану.
Различные страны принимают решения, такие как конструирование и
изготовление оборудования,
обеспечивающие чистоту выхлопных газов, уменьшение потребления топлива.
Установлена особенность эксплуатации автомобиля (двигателя) с
нейтрализатор-катализатором,
состоящая в том, что отказ какой-либо одной свечи зажигания приводит к выходу из строя активных
элементов - происходит их спекание.
Это показывает необходимость разработки и установки
надежной системы защиты нейтрализатор-катализатора.
Кроме этого. также следует провести
исследования, связанные с подбором таких показателей активных элементов, как
селективность, активность и механические свойства, а также способ их
регенерации.
В ближайшие годы во всех развитых странах предусматривается постепенный
ввод жестких
требований к выбросам ТВ отработавших газов (ОГ) дизелей. Например, для нижения выбросов сажи применяются различные уловители,
выбросы окислов азота (NОХ) могут быть уменьшены каталитическими нейтрализаторами окислительно-
восстановительного
типа, рециркуляцией ОГ (РОГ), установкой поздних углов впрыска топлива. Все эти методы имеют
разную эффективность и определенные недостатки. Кроме этого, они могут быть эффективными
только па определенных режимах работы двигателя. В этой связи были проведены
исследования, дающие возможность оценить различные совместные способы
организации рабочего процесса дизеля на выбросы ТВ в целях обеспечения их снижения на всех
режимах работы двигателя. Исследования проводились на дизелях Д-37Е и ЯМЗ-236 и затем
были сделаны обобщающие выводы.
Известно, что одной из основных задач организации смесеобразования в
дизелях является
создание условий, дающих наиболее полный охват углеводородных молекул топлива предпламенными
окислительными процессами, создание активных центров воспламенения равномерно расположенных
по объему камеры сгорания (КС). При впрыске топлива через форсунку в жидком виде неравномерное
распределение частиц топлива по объему КС и при этом образованные топливные микрообъемы
способствуют сажеобразованию.
Одним из рациональных и эффективиых способов смесеобразования и организации
рабочего процесса
дизеля является газожидкостная (газодизельная) система питания (ГД) или как ее разновидность - двухфазная система питания
(ДФ).
Исследования работы дизелей, работающих по газожидкостной (двухфазной)
системе питания
показали возможность снижения выбросов МОХ) сажи с одновременным улучшением топливных и мощностных
показателей при некоторых увеличениях СО и СН в составе ОГ.
При ГД системе питания оптимальная часть газообразных топлив, вводимых в цилиндры через впускной
трубопровод составляет около 45...50% (для гранспортных дизелей - ГДТ) и 75...80% (для стационарных дизелей -
ГДС) от количества впрыскиваемого топлива в цилиндр через форсунку. При ДФ же системе
питания рациональная часть различных жидких топлив, вводимых в цилиндры (в жидком или испаренном
виде) через впускной
трубопровод составляет 15... 18% от
количества впрыскиваемого топлива в цилиндр через форсунку. При такой организации
смесеобразования и рабочего процесса наблюдается повышение мощности двигателя до 9%.
уменьшаются выбросы КОХ до 20...22%, сажи в 2 раза.
Экспериментально
установлено. что количество РОГ нри нагрузках 70...75% от полной должно прекращаться. а при режиме холостого
хода должно составлять 50...55%.
Таким образом, реализация совместных способов РОГ и
двухфазного смесеобразования
(газодизельного питания)
позволяют во всех режимах работы дизеля достичь уменьшения МОХ на 46...50% при
незначительном уменьшении СН и СО.
Литература
1.
Луканин
В.Н.. Трофименко Ю.В.. Шелмаков С.В., Фурсов С.Б. Оценка выбросов вредных
веществ автомобильным парком. - М.: МАДИ. 1995. - 111 с.
2.
Боксерман
Ю.И., Мкртычян Я.С.. Сириков К.Ю.
Перевол транспорта на газовое топливо. -М.: Недра, 1988.-220 с.
3. Базаров Б.И. Работа поршневых двигателей на
альтернативных видах топлива, - Ташкент, 2001.- 138 с.
4.
Экологические и энергетичсские показатели газовых двигателей
внутреннего сгорания.
/Базаров Б.И. //
Экологические образования и проблемы охраны окружаюшей среды.
5.
Смаль
Ф.В., Арсеньев Е.Е. Перспективные топлива для автомобилей. - М: Транспорт. 1979.- 151 с.