автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Экологическая безопасность автомобильных дизелей в полном жизненном цикле

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт

-НАМИ-

ТЕРЕНЧЕНКО Алексей Станиславович

На правах рукописи

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДИЗЕЛЕЙ В ПОЛНОМ ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ

Специальность: 05.04.02 - Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2003

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Федеральном государственном унитарном предприятии - Центральном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (НАМИ)

Научный руководитель -Научный консультант -Официальные оппоненты: -

Ведущее предприятие

доктор технических наук, профессор В.А.Звонов

кандидат технических наук

A.B. Козлов

доктор технических наук, профессор

B.М. Фомин

кандидат технических наук A.C. Кулешов

Научно-исследовательский институт двигателей

Защита диссертации состоится 2003г. в часов

на заседании диссертационного совета Д 217.014.01 в Государственном научном центре Российской Федерации - Федеральном государственном унитарном предприятии - Центральном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (НАМИ) по адресу: 125438, Москва, Автомоторная ул., 2, в конференц-зале ОМП и ВС корпуса Б, 2-й этаж.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному выше адресу.

Автореферат разослан ок^-Л^-л, 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Обеспечение снижения вредного воздействия отработавших газов дизелей на окружающую среду и здоровье человека и экономия нефтяных ресурсов неразрывно связаны с исследованиями в области снижения токсичности отработавших газов дизелей и поиска альтернативных топ-лив. В настоящее время оценка дизелей производится анализом его экономических и экологических показателей, определяемых при сертификации по Правилам ЕЭК ООН №49. Однако негативное воздействие дизелей на окружающую среду не ограничено только выбросами вредных веществ в эксплуатации. Необходима оценка расходования сырьевых материалов, затрат энергии и негативного воздействия на окружающую среду от выбросов вредных веществ на всех стадиях полного жизненного цикла (ПЖЦ) дизелей, включающего добычу сырья, производство энергии, конструкционных и эксплуатационных материалов, производство ДВС, его эксплуатацию и утилизацию.

Для проведения оценки уровня экологической безопасности любого изделия в мире разработаны стандарты серии ИСО 14000, содержащие описание основных принципов проведения оценки экологической безопасности по ПЖЦ. Россия приняла данные стандарты к прямому исполнению в качестве ГОСТ Р ИСО 14000. Однако стандарты серии ИСО 14000 являются рамочными, определяют только порядок и основные процедуры проведения исследований. Для их практического применения для оценки дизелей по ПЖЦ для условий РФ необходима разработка методических материалов, учитывающих особенности автомобиле- и двигателестроения и позволяющих производить инвентаризацию материальных и энергетических потоков и рассчитывать ущерб окружающей среде.

На этапе эксплуатации ДВС значительный вклад в ущерб окружающей среде от выбросов вредных веществ дизельными двигателями оказывают оксиды азота и частицы. Наиболее сложно обеспечить уменьшение выбросов оксидов азота до перспективных норм и это приобретает особое значение при разработке новых силовых установок, работающих на альтернативных топливах, и проведении поисковых исследований перспективных рабочих процессов.

Для комплексной оценки дизелей по ПЖЦ необходимо решить целый ряд задач по проблемам, указанным выше.

Все это определяет актуальность исследований, выполненных в диссертации.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка методики и исследование экологической безопасности дизелей в ПЖЦ при использовании традиционных и альтернативных топлив.

Задачи, которые должны быть решены для достижения целей работы: - анализ существующих и применяемых в отечественной и мировой практике методик оценки жизненного цикла силовых установок, традиционных и альтернативных моторным трд^и^^эдродрждфдования сырья и энергии, а также негативного воздействия НИШДОКёКВДую среду и здоровье человека;

? О»

- разработка методики оценки дизельных двигателей, использующих традиционные и альтернативные топлива, по ПЖЦ;

- разработка математической модели и программного обеспечения для расчета рабочего процесса, образования оксидов азота в цилиндре дизельного двигателя, работающего на альтернативном или смесевом топливе, и для проведения поисковых исследований по снижению расхода топлива и образования N0,;

- проведение экспериментальных исследований и проверка адекватности модели расчета рабочего процесса и образования И0Х дизельными двигателями, работающими на традиционных, альтернативных и смесевых топливах;

- теоретическое исследование причин уменьшения выброса N0* при сгорании в цилиндре двигателя метанола и диметилового эфира;

- проведение оценки экологической безопасности дизельного двигателя, работающего на традиционном и альтернативных топливах, по ПЖЦ.

Методы исследования. На основе стандартов серии ГОСТ Р ИСО 14000, анализа методик и применяемого в мировой практике программного обеспечения разработана оригинальная методика оценки жизненного цикла дизельных двигателей при работе на традиционных и альтернативных топливах. Постановка задачи исследования с определением цели и сферы исследования осуществлялась в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14040; построение функциональной схемы жизненного цикла - с использованием методологии функционального моделирования процессов ГОЕРО; проведение инвентаризации - по ГОСТ Р ИСО 14041; оценка воздействия в соответствии с процедурами по ГОСТ Р ИСО 14042 на основе «Временной методики определения предотвращенного экологического ущерба», принятой Госкомприроды РФ в 1999г.; интерпретация результатов - в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14043.

Методология моделирования процессов преобразования энергии в дизельном двигателе при сгорании традиционного и альтернативного топлива представляет собой сочетание расчетно-теоретических и экспериментальных работ. Для проведения расчетно-теоретических исследований были разработаны математическая модель и программное обеспечение, позволяющие определить энергетические и экономические показатели дизеля и рассчитать образование оксидов азота. Для проверки адекватности математической модели проводились экспериментальные исследования на стенде с дизельным двигателем при его работе на дизельном и альтернативных топливах.

Объект исследования. Дизельный двигатель в ПЖЦ, включая наиболее значимые по воздействию на окружающую среду, ресурсо- и энергоемкие стадии добычи сырья, производства топлива и эксплуатации двигателя. Научная новизна. Разработана комплексная методика оценки жизненно-

го цикла дизельных двигателей, включающая:

- методику оценки экологической безопасности в ПЖЦ дизельных двигателей, использующих как традиционные, так и альтернативные топлива, по-

зволяющую определять расход сырья, энергии и негативное воздействие на окружающую среду от выброса вредных веществ для условий РФ;

- математическую модель для расчета рабочего процесса двигателя, работающего на дизельном, альтернативном и смесевом топливе, с расчетом образования оксидов азота, позволяющую моделировать работу дизеля на различных топливах и исследовать перспективные рабочие процессы, например, при гомогенном смесеобразовании и сгорании в дизелях.

Теоретически определены причины уменьшения образования оксидов азота при сгорании в цилиндре ДВС метанола и ДМЭ по сравнению с дизельным топливом.

Практическая ценность. Разработаны методика и программное обеспечение для оценки автотранспортных дизелей, работающих на традиционных или аль-I тернативных топливах, которые позволяют определить затраты сырья, энергии и

негативное воздействие на окружающую среду на различных стадиях их ПЖЦ с целью выбора оптимальной альтернативы нефтяному топливу, а также определения направлений повышения уровня их экологической безопасности.

Разработанные инженерные методы расчета рабочего процесса ДВС, работающего как на традиционном, альтернативном, так и на смесевом топливе, позволяют оптимизировать процесс сгорания по энергетическим и экологическим параметрам, а также определить перспективные направления использования альтернативных топлив в ДВС.

Реализация работы. Теоретические и расчетные результаты данных исследований использованы в договорных и госбюджетных научно-исследовательских работах, выполняемых в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ».

Методика оценки экологической безопасности силовых установок, работающих на традиционных и альтернативных топливах, внедрена на ОАО "ГАЗ" и использована при анализе ПЖЦ двигателей ГАЗ-5601,1УЕСО 8140.27, ЗМЭ-4063.

Методика оценки экологической безопасности силовых установок, рабо-* тающих на традиционных и альтернативных топливах, используется в учебном

процессе кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана при чтении лекций и проведении практических занятий по дисциплинам: «Спецглавы теории ДВС наземного транспорта» и «Спецглавы конструирования и САПР». Апробация работы. Материалы диссертации одобрены на заседании НТС секции «Двигатели и экология» ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ». Основное содержание работы изложено на:

- III международной научно-практической конференции «Автотранспортный комплекс. Проблемы и перспективы развития», МАДИ (ТУ), 2000 г., Москва;

- IV международной научно-технической конференции «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе», МАДИ (ТУ), 2000 г., Москва;

- XXXVII Международной научно-технической конференции ААИ «Развитие аналитических исследований и конструкции АТС (грузовые, легковые, ав-

*i обусы)», НАМИ, 2002 г., Москва;

- XXXIX Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», МАМИ, 2002 г., Москва;

- Научно-технической конференции «Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса», МАДИ (ТУ), 2003 г., Москва.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций; содержит 174 страниц машинописного текста, 4 страницы основных обозначений, индексов и сокращений, 69 иллюстраций, 23 таблицы и список используемой литературы из 159 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, научная новизна и практическая ценность, даны сведения о её реализации и апробации.

Первая глава посвящена анализу отечественного и зарубежного опыта по рассматриваемой проблеме.

В настоящее время оценка ДВС ограничивается анализом его экономических и экологических показателей, определяемых для дизелей грузовых автомобилей по испытательному циклу согласно Правилам ЕЭК ООН №49 и такая оценка не позволяет определить расход сырья, энергии и негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека от выбросов вредных веществ в ПЖЦ, включающем добычу сырья, производство энергии, конструкционных и эксплуатационных материалов, производство изделия, его эксплуатацию и утилизацию. Проведение оценки уровня экологической безопасности любого изделия по ПЖЦ регламентируется стандартами ИСО 14040-14043, содержащими описание основных принципов и процедур оценки. Однако данные стандарты являются рамочными, и необходимо на их основе разрабатывать методики оценки каждого исследуемого изделия по полному жизненному циклу, учитывающие условия РФ.

Оценки полного жизненного цикла силовых установок, проведенные Звоно-вым В.А., Козловым A.B., Кутеневым В.Ф., Луканиным В.Н., Трофименко Ю.В. и др., показывают, что затраты энергии на осуществление стадии эксплуатации составляют 83^-85% от всех затрат энергии за ПЖЦ, а стадии производства составляют 15-17%, из которых 13-45% энергии затрачивается на производство топлив. Потребление природных ресурсов в ПЖЦ определяется главным образом стадией производства топлива, что составляет 94-98%. Валовой выброс вредных веществ в атмосферу за стадию производства составляет 15-18%, за стадию эксплуатации -8? -85% от выбросов за ПЖЦ. При этом 12-15% валовых выбросов связано с производством топлива. Проведенные исследования показывают, что наиболее значимыми стадиями жизненного цикла дизелей являются стадии: добыча сырья; произ-

водство топлив; эксплуатация дизеля. Эти результаты получены для двигателей, выполняющих в эксплуатации нормы по токсичности ОСТ 37.001.070-94 или ОСТ 37.001.234-81. При соответствии двигателей более жестким нормам на выброс вредных веществ в атмосферу относительная доля стадии производства топлив в расходовании природных ресурсов, энергии и ущерба окружающей среде будет увеличиваться.

Одним из основных путей экономии ресурсов нефтяного топлива, снижения вредного воздействия отработавших газов дизелей на окружающую среду и здоровье человека, обеспечения выполнения перспективных норм по выбросу вредных веществ автотранспортом (ЕВРО-4, ЕВРО-5) является применение альтернативных топлив (АТ). Для обоснованного выбора перспективных АТ необходима оценка дизелей, работающих на АТ, по полному жизненному циклу (от добычи сырья до стадии эксплуатации дизеля) по расходу сырья, энергии, выбросам вредных веществ и ущербу окружающей среде.

Обычно отечественные и зарубежные исследователи отдельно рассматривают жизненные циклы моторных топлив и силовых установок. Однако более целесообразно их рассматривать в комплексе, поскольку стадия эксплуатации дизеля в жизненном цикле топлив и силовых установок общая. Поэтому в данной работе упор сделан на комплексную оценку дизеля на стадиях добычи сырья, производства традиционных и альтернативных топлив и его эксплуатации. Для этой цели необходима разработка методик оценки дизелей на этих стадиях по критериям экологической безопасности - расходу сырья, энергии и выбросам вредных веществ.

Значительный ущерб окружающей среде оказывают выбросы оксидов азота и частиц. Например, при выполнении дизелем норм ЕВРО-3 их вклад в ущерб, рассчитанный по выбросам нормируемых вредных веществ, составляет 88 и 11% соответственно. Наиболее сложно обеспечить уменьшение до перспективных норм выбросов оксидов азота. Решению этой сложной задачи могут помочь теоретические исследования способов уменьшения N0* воздействием на рабочий процесс и применением альтернативных топлив. Поэтому разработка концептуальных математических моделей, позволяющих рассчитывать процесс сгорания и образования N0*, является важным элементом при разработке новых силовых установок на АТ и поиске новых перспективных рабочих процессов.

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи данного исследования.

Вторая глава посвящена описанию жизненного цикла дизельного двигателя и разработке методики оценки дизелей, работающих на традиционных, альтернативных и смесевых топливах, по ПЖЦ.

Жизненный цикл (ЖЦ) силовой установки представлен в виде функциональной модели, описывающей материальные и энергетические потоки между функциональными блоками, процессами и стадиями (типовая схема жизненного цикла автомобильного двигателя, работающего на нефтяном топливе, схематич-

н • изображена на рис. 1).

Любой единичный процесс, стадия или полный жизненный цикл в целом имеют «Вход», т. е. входные потоки веществ и энергии, и «Выход», т. е. выходные потоки веществ и энергии. При моделировании любого процесса должны соблюдаться законы сохранения массы и энергии.

Для рассмотрения ПЖЦ дизеля в функциональную модель включены 11 процессов, объединенных в 3 стадии: добыча природных ресурсов (включая добычу сырья, его транспортировку и хранение), производство энергии (включая производство электроэнергии на электростанциях и её распределение; получение, транспортировку, хранение и распределение основного и вспомогательных теплив) и стадию эксплуатации ДВС. Поскольку данная функциональная модель ЖЦ дизельного топлива используется для анализа расходования природных ресурсов и негативного воздействия на окружающую среду, то в качестве входящих параметров для всех функциональных блоков учитываются расход сырья (нефть, природный газ, уголь и т.д.), вспомогательного топлива (произведенного внутри ЖЦ дизельного топлива - мазут, бензин и т.д.) и затраты энергии. На выходе - продукт, получаемый в результате выполнения процессов в функциональных блоках, и загрязнение окружающей среды выбросами в атмосферу, включающими: углеводороды (СН); оксид углерода (СО); оксиды азота (N0,); дисперсные частицы (РТ); оксид серы (БОг). Кроме того, учитываются также и выбросы парниковых газов: метана (СН4); закиси азота (Ы20); углекислого газа (С02).

АыбрОСЫ

Добыча сырья, производство ■оиструкционмых материалов, деталей и узлов, сборка ДВС

'¿'•Две

■V_

Г

Добыча нефти

г

выбросы ^^ нефтяное топливо

Нефтепереработка ----^

Эксплуатация

две

г

Утилизация ДВС

/>> >тор / сырь

эмергая

Рис.1. Типовая схема жизненного цикла автомобильного двигателя, работающего на нефтяном топливе

В данных исследованиях оценка дизельных двигателей на стадии эксплуатации производилась по 13 ступенчатому циклу согласно Правилам №49 ЕЭК ООН. При отсутствии экспериментальных данных использовались расчетные, полученные с использованием математической модели расчета процессов сгорания и образования вредных веществ, описанной в 3-й главе.

По функциональным моделям жизненного цикла дизельного двигателя при

иергия

его работе на традиционном, альтернативном или смесевом топливе разработана математическая модель проведения инвентаризационного анализа по расходованию сырья, затратам энергии и выбросам вредных веществ в атмосферу и расчета материального и энергетического балансов для процессов, стадий и жизненного цикла в целом.

Основные принципы математической модели приведены ниже. Процесс получения топлива Входной поток материалов (сырья), кг:

] к ,

где - поток7-го сырьевого материала на получение моторных топлив, кг;

■ й топ т г

М к1 - количество полученного л-го вспомогательного топлива, используемого в г'-м единичном процессе, кг; т"'к - удельный расход у-го сырьевого материала на получение 1 кг £-го топлива, кг сырья/кг топлива. Входной поток энергии, МДж:

I I к к •

т?МОПЛ

где с, - тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании моторного топлива в г'-ом единичном процессе, МДж; Е™от , - расход энергии /-го вида на получение моторных топлив, МДж; Ник - низшая теплота сгорания к-го моторного топлива, МДж/кг; ц"'™1 - удельный расход энергии /-го вида на получение 1 кг к-го моторного топлива, МДж/кг топлива.

Выходной поток материалов, кг:

М то/ч \ 1 \ jrmom . \ ' \ ' ъгтот \ ' \ 1 I д ж тот тот I \ ' \ ' д / тот

с к / к / к I

Мтот — ¡г —

--- вых.с - выброс с-го загрязняющего вещества при получении моторных топ-

лтот ~ гг .

лив, кг; ес к - удельный выброс с-го загрязняющего вещества при получении I кг к-го моторного топлива, кг загрязняющего вещества/кг моторного топлива. Выходной поток энергии, МДж:

г*топл _ С3" I \ 1 т?топ1

Ъяых топ 1 / I I

1

Стадия эксплуатации ДВС Входной поток топлива, кг:

Мтот \ 1 1 ж тот \ 1 г эГТ___ж)п

ж». = 2^М>»ст,к = ,

к к

где М™"к - расход к-го топлива на работу ДВС в эксплуатации, кг за ПЖЦ; А/«-* - срок службы ДВС, моточасы; - удельный расход к-го топлива,

! 'кВ 14; Ие - среднеэксплуатационная мощность двигателя, кВт. Входной поток энергии, МДж:

к

где Ник - низшая теплота сгорания к-то топлива, МДж/кг. Выходной поток материалов, кг:

МЭКСШ у м экст _ У £ ДГ

1У1вых ¿_и11 вых.с / е^г ,

с с

где М™ - выброс с-го загрязнителя при эксплуатации ДВС, кг; е™'"' - удельный выброс с-го загрязнителя, кг/кВтч; Выходной поток энергии, МДж:

рэн _ тртопч

вьа экспл •

При проведении инвентаризационного анализа за ПЖЦ суммируются общие расходы природных ресурсов и энергии, расходы основного и вспомогательных топлив и выбросы вредных веществ по всем стадиям и процессам.

В разработанной методике оценка уровня воздействия на окружающую среду от выбросов вредных веществ в ПЖЦ проводится путем расчета экономического ущерба. Методика основана на «Временной методике определения предотвращенного экологического ущерба», принятой Госкомприроды РФ в 1999 г.

Согласно методике экономическая оценка ущерба, причиняемого выбросами загрязнений в атмосферный воздух, для отдельного источника определяется по формуле, руб./год:

У = уст/М ,

где у - нормативная константа, переводящая условную оценку выбросов в денежную, руб./усл.т (в ценах на 01.07.98 г. равна 10 руб./усл.т и корректируется с учетом инфляции); а - показатель опасности загрязнения атмосферы над различными территориями; / - поправка, учитывающая характер рассеивания примесей в атмосфере; М- приведенная по относительной агрессивности к Б02 масса выброса загрязнений из источника, усл. т/год.

Оценка ущерба от выброса парниковых газов производится путем умножения приведенной к С02 массы выброса парниковых газов на нормативную константу (по обзору литературы принята равной 115руб/т С02). В третьей главе проведен обзор математических моделей расчета рабочего процесса дизельных двигателей и описана разработанная математическая модель рабочего процесса дизельного двигателя, работающего на традиционном, альтернативном или смесевом топливе.

Для того, чтобы оценить стадию эксплуатации дизельных двигателей, работающих на различных топливах, необходимо знать расход топлива и количе-

ство выбрасываемых вредных веществ на единицу его мощности. При отсутствии экспериментальных данных их можно получить с помощью моделирования рабочего процесса и образования вредных веществ.

Поскольку объемы производства АТ (метанола, ДМЭ, ПГ и др.) и системы их распределение в настоящее время недостаточны развиты для полного перехода автотранспорта на них, то на переходный период в эксплуатации будут параллельно использоваться двигатели как на традиционном топливе, так и на АТ, а также на смесевых топливах.

Для разработки математической модели расчета рабочего процесса дизелей, работающих на альтернативных и смесевых топливах, была использована двухзонная модель сгорания с возможностью расчета локальных температур в зоне продуктов сгорания и образования оксидов азота, основанная на методике расчета равновесия в зоне продуктов сгорания по 18 компонентам с учетом диссоциации, разработанная проф., д.т.н. Звоновым В.А. для традиционных топлив.

Разработанная математическая модель предназначена для концептуальных исследований рабочего процесса дизелей, работающих на альтернативных и смесевых топливах, и учитывает особенности протекания процессов наполнения, сжатия и сгорания в ДВС при использовании смесевых топлив, когда осуществляется дополнительная подача испаренного АТ на впуск двигателя, а также позволяет исследовать перспективные способы смесеобразования и сгорания.

При разработке математической модели процесса сгорания альтернативных и смесевых топлив в дизеле принимались следующие общие допущения:

1) заряд цилиндра условно разделен на зону свежей смеси и зону продуктов сгорания;

2) в каждый момент времени давление газа во всех зонах одинаково;

3) теплообмен между зонами отсутствует;

4) общий отвод теплоты в стенки определяется средними по цилиндру параметрами рабочего тела по зависимости Вошни;

5) оксиды азота образуются в зоне продуктов сгорания по цепному механизму;

6) средняя концентрация оксидов азота в цилиндре двигателя определяется как отношение их общего количества в зоне продуктов сгорания к количеству рабочего тела в цилиндре;

7) расчет процесса сгорания производится на основе закона выгорания топлива, определяемого либо по функции Вибе, либо по опытным данным, вводимым в табличной форме.

При математическом моделировании процесса сгорания и образования оксидов азота в дизеле, работающем на смесевом топливе, зона свежей смеси представляет собой смесь остаточных газов с воздухом и парами АТ, поступившими в цилиндр при наполнении. В конце сжатия эта зона занимает весь объем цилиндра. Зона продуктов сгорания образуется при одновременном согласно заданному закону сгорании АТ и дизельного топлива и условно разделена еще на две зо-

им - зону горсшп ЛТ н зону горения дизельного топлива в продуктах сгорания АТ. При разработке математической модели процесса сгорания смесевого топлива дополнительно принимались следующие допущения:

1. Средний коэффициент избытка воздуха в зоне продуктов сгорания апс изменяется от ад, до среднего по цилиндру коэффициента избытка воздуха а прямо пропорционально доли выгоревшего топлива:

апс= осда + (а - \) х,

где х - доля выгоревшего топлива.

2. Продукты сгорания по составу и температурам неоднородны и делятся на две зоны (рис. 2):

• зона с - продукты сгорания, образовавшиеся в результате сгорания части свежей смеси (смеси АТ и воздуха) с аа7 = асм, происходящего благодаря повышению температуры вследствие теплового излучения и диффузии активных центров из зоны а;

• зона а - продукты сгорания дизельного топлива са„=1 в продуктах, образовавшихся после сгорания части свежей смеси (смеси АТ и воздуха), то есть в части зоны с.

Зона свежей смеси- '////,

1 >зона С

i Зона продуктов }

/ сгорант- -зона в

\

а = а

ПС

Рис.2. Схема распределения свежей смеси и продуктов сгорания дизельного топлива и АТ по зонам в камере сгорания

3. Каждая из зон условно разделена на исходную часть, состоящую из продуктов сгорания, образовавшихся на предыдущем шаге расчета, и на новые продукты сгорания, образовавшиеся на текущем шаге расчета; после завершения сгорания топлив на расчетном участке новые продукты сгорания переходят в исходную часть, перемешиваясь с ней.

4. Теплота, отведенная в стенки от каждой зоны, определяется путем распределения общей теплоты (рассчитываемой по зависимости Вошни) между зонами пропорционально их объемам и температурам газов в них.

5. Оксиды азота образуются в зонах с и а по цепному механизму.

В общем случае термодинамический процесс, протекающий на участке расчета в зонах, можно представить в виде уравнения I закона термодинамики для зоны на участке расчета:

Д£? = ДЯ- УерАр' 103, кДж,

где - Qт — — Д0дис - количество теплоты, подводимой к рабочему телу на участке расчета с учетом теплоты сгорания топлива (<2Г), потерь на диссо-

циашпо (Л2дис) и отвода теплоты в стенки камеры сгорания (ДQ^), кДж; АН -изменение энтальпии рабочего тела, кДж; Кср - средний объем зоны на участке расчета, м3; Ар - изменение давления на участке расчета, МПа.

Решением системы уравнений, состоящей из I закона термодинамики, уравнения Клапейрона-Менделеева и уравнения баланса массы рабочего тела определяются значения Р и Гдля каждой зоны.

Для определения количества продуктов сгорания, образующихся на участке расчета в подзонах а и с, необходимо определить количество альтернативного и дизельного топлива, сгорающего в рассматриваемый момент времени на расчетном участке. Количество альтернативного и дизельного топлива, сгорающего в рассматриваемый момент времени на расчетном участке, определялось из условия равенства количества воздуха, пошедшего на сгорание альтернативного топлива, и на образование всех продуктов сгорания и равенства скорости выгорания топлив:

Qcr = ВЮН? + ВатН", Дж; М„ = (Чдг ЯдТ + В„)ат, Мв = а„ Ма„ Д,т, кмоль,

1де М0т, А/0дт - теоретически необходимое для сгорания 1 кг AT и ДТ количество воздуха, кмоль/кг; Мв - количество воздуха, перешедшего в зону продуктов сгорания при горении от начала сгорания до рассматриваемого момента; Вдт и Даг - соответственно, масса сгоревшего к рассматриваемому моменту дизельного и альтернативного топлива, кг.

Расчет процесса образования оксидов азота описывается цепным механизмом по следующим реакциям

к,„ К.

N2+O ^rNO + N - 316 кДж и N + 02 ^зр N0 + О + 135 кДж, к, р к*

где A"in, К,р, К2п, К2р - константы скоростей соответствующих прямых и обратных реакций.

Расчетное дифференциальное уравнение для скорости образования оксида

азота:

( \

drNO _ р K\nrN.rO

d<p " 24,94-106пТ„/1+Км Гы

Кщ 'О.

1 ''no г2

n0 V Г /

где р — давление в процессе сгорания, МПа; и - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин"1; rNr г0, г02- объемные доли молекулярного азота, атомарного и молекулярного кислорода в продуктах сгорания; ;-No и rNOp - соответственно, неравновесные и равновесные объемные доли оксида азота в продуктах сгорания.

Концентрации пм2, г0, г0г и гЫОр определяются из расчета равновесного состава продуктов сгорания на каждом шаге расчета в зависимости от текущих значений температуры продуктов сгорания, давления в цилиндре и коэффициента избытка воздуха при горении. Константы скоростей реакций вычисляются по формулам:

*,„ = 1,36.10''/™ к„-3,12-10"^; к,-1,33-1 (Гтте-~ ■

При этом образование N0 в зонах с и а рассчитывается раздельно для исходной их части - образовавшихся ранее продуктов сгорания и образующихся на расчетном шаге новых продуктов сгорания. Смысл такого разделения заключается в том, что в первом случае происходит изменение концентрации согласно расчетному дифференциальному уравнению для скорости образования оксида азота, а во втором - образование оксида азота на каждом шаге расчитывается от нулевой концентрации.

Данная математическая модель позволяет рассчитывать рабочий процесс дизельного двигателя при работе как на традиционном дизельном топливе, так и на 100%-ном альтернативном топливе (метаноле, ДМЭ, ПГ) и смесевом топливе.

По математической модели рабочего процесса дизельного двигателя, работающего как на дизельном и альтернативном, так и на смесевом топливе, разработано программное обеспечение для ПЭВМ.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям, проверке адекватности разработанной математической модели расчета рабочего процесса, анализу причин уменьшения образования оксидов азота при работе дизеля на метаноле и ДМЭ по сравнению с дизельным топливом, теоретическим исследованиям рабочего процесса дизельного двигателя, работающего на различных топливах, а также оценке влияния гомогенизации смеси метанола с воздухом на процесс сгорания и образования N0,.

Проверка адекватности разработанной математической модели расчета рабочего процесса дизельного двигателя, работающего на традиционном, альтернативном и смесевом топливе, проводилась с использованием экспериментальных данных, полученных автором при исследовании работы дизеля Д-240 на дизельном топливе и с добавкой испаренного метанола, и экспериментальных данных, полученных в ГНЦ РФ ФГУП "НАМИ" при исследовании работы отсека двигателя КамАЗ-740, работающего на ДМЭ. Идентификация мощностных, экономических и экологических показателей дизелей проводилась путем подбора закона сгорания (функции Вибе).

Сопоставление расчетных и опытных данных показано на графиках (рис. 3-4). Видно, что модель расчета рабочего процесса дизельного двигателя как при работе на дизельном топливе, с подачей 2СН-60% испаренного метанола на впуск, так и при работе на ДМЭ, адекватно описывает рабочий процесс и образование оксидов азота в цилиндрах двигателя. Погрешность при расчете основных характеристик двигателей не превышает 10%.

Эффег'ивная мощность, кВт Эффективный расход топлива, г/кВтч Концентрация оксидов азота, ррт 12---

100%ДТ «ОЗДТ 60%ДТ 40ЗДТ 100% ДТ 80%ДТ вОЗДТ 40%ДТ 100%ДТ 80%ДТ вОИДТ 40ЗДТ

20%М 40%М 60%М 20%М 40%М 60%М 20%М 40%М 60%М

Рис 3. Показатели дизеля Д-240 на различных топливах на режиме №3 13 ступенчатого цикла (/1=1400 мин'1; МКр=0,25Мкрк,и)

Среднее индикаторное Средний индикаторный Концентрация ЫОх в ОГ, ррм

01234567 01234567 01234567

Рис 4. Показатели дизеля 1412/12 при работе на ДМЭ по нагрузочной характеристике при п= 1600 мин"'

Для оценки адекватности разработанной математической модели расчета рабочего процесса дизельного двигателя проведено экспериментальное исследование модернизированного дизеля Д-240 с дополнительной системой питания испаренным метанолом.

На рис. 5 приведена схема испытательного стенда. Система питания дизеля испаренным метанолом включает бак для метанола 15, насос 16, фильтр 17, регулятор расхода метанола 18, расходомер 19 для измерения расхода метанола, испаритель 6 и газовый клапан 7. Для измерения температур отработавших газов на входе и выходе из испарителя, а также жидкого и парообразного метанола испаритель 6 оборудован термопарами. Пары метанола, образующиеся в испарителе, направляются к впускному коллектору и оттуда в цилиндры двигателя.

Для измерения состава отработавших газов стенд оборудован газоаналитической аппаратурой, в которую входят газоанализаторы 344 ХЛ 01 и Инфралайт-11Е/1, а также дымомер НДС-1.

Экспериментальные исследования дизеля Д-240, работающего при дополнительной подаче испаренного метанола, включали изучение влияния доли подаваемого метанола (И) на эффективный КПД двигателя, на дымность ОГ, содержание оксидов азота, углеводородов и оксида углерода в ОГ. Анализ резуль-

татов испытаний показывает, что при оптимальных регулировках начала сгорания на частичных режимах добавка метанола до Р=0,3...0,4 практически не влияет на эффективный КПД, а большая добавка несколько его снижает. В зависимости от режима работы наблюдалось снижение дымности до 3 раз, концентрации оксидов азота до 2-3 раз. Однако при подаче испаренного метанола на впуск увеличиваются выбросы оксида углерода и углеводородов в 1,5-2 раза. При подаче подготовленной метаноловоздушной смеси наблюдалась более пологая характеристика КПД двигателя в зависимости от угла начала сгорания топлива, что позволило уменьшать угол начала подачи дизельного топлива без увеличения суммарного расхода топлив. а

1 - дизель; 2 - балансирная электрическая машина; 3 -воздушный ресивер; 4 - газовый счетчик; 5 - воздушный * фильтр; 6 - испаритель; 7 - газовый клапан; 8 - радиатор; 9 -электровентилятор; 10 - блок газоаналитической аппаратуры; 11 - бак для дизельного топлива; 12 - расходомер дизельного топлива; 13 - тахометр частоты вращения коленчатого вала; 14 - индикатор расхода воздуха; 15 - бак для метанола; 16 - насос; 17 -фильтр; 18 - регулятор расхода метанола; 19 - расходомер метанола

Рис. 5. Схема испытательного стенда

Теоретическое исследование процессов сгорания ДМЭ, метанола и дизельного топлива, выполненное с помощью двухзонной модели расчета рабочего процесса и включающее расчет кинетики образования N0* в зоне продуктов сгорания, показало, что при одинаковом законе сгорания (фн сг, шу, ф2=соп50 применение метанола и диметилового эфира (по сравнению с дизельным топливом) приводит к уменьшению температуры в зоне продуктов сгорания и снижению скорости образования Ж)х. »

Анализ причин уменьшения выброса оксидов азота при одинаковом законе сгорания в цилиндре двигателя метанола и ДМЭ по сравнению с дизельным топливом показал, что при равенстве низших теплот сгорания смесей, удельных энтальпий продуктов сгорания, концентраций молекулярного и атомарного кислорода в продуктах сгорания ДМЭ, метанола и дизельного топлива следует признать, что практически единственным фактором, влияющим на снижение температуры продуктов сгорания метанола и ДМЭ, а следовательно, и выбросов 1>Юх, является увеличение количества молей продуктов сгорания, учитываемое в расчетах в виде химического коэффициента молекулярного изменения (рис. 6).

12 11 13 16 17 2 15 18 14 19 5 4 3 1 7 6 10

ДТ М ДМЭ 360 405 450 495 360 405 450 495

Рис 6. Влияние увеличение количества молей продуктов сг орания на образование оксидов * азота при одинаковом законе сгорания в дизеле метанола, ДМЭ и дшельного топлива.

Используя разработанную модель и программное обеспечение для расчета >( рабочего процесса дизельного двигателя, работающего на традиционных и аль-

тернативных топливах, были рассчитаны основные мощностные и экономические параметры, а также выбросы N0* при моделировании работы двигателя по 13 ступенчатому циклу на дизельном топливе (ДТ), метаноле, ДМЭ, смеси 20% метанола и 80% ДТ, смеси 40% метанола и 60% ДТ, смеси 60% метанола и 40% ДТ, а также параметры дизельного двигателя, работающего на гомогенной мета-ноло-воздушной смеси. При моделировании рабочего процесса дизельного двигателя, работающего с гомогенным смесеобразованием и сгоранием, принималось, что а„ в зоне горения равен среднему по цилиндру а заряда. Для расчета экологической безопасности в ПЖЦ дизелей, работающих на различных топливах, для оценки стадии эксплуатации использовались результаты обработки экспериментальных данных по выбросам СО, СХНУ и РТ и рассчитанные выбросы БОг и С02. Результаты расчетов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты расчета мощностных, экономических и экологических показателей дизеля Д-240

по 13-ти ступенчатому циклу при моделировании его работы на различных топливах

Ке, кВт Ьдт> г/кВтч 8«»' г/кВтч г/кВтч е1ЧОи г/кВтч еСО, г/кВтч еСН, г/кВтч еРТ, г/кВтч евО:, г/кВтч еС02, г/кВ|ч

Дп 1СЛЫ10С топливо 22,45 280,9 8,88 3,06 0,96 0,48 1,12 897,4

20% Метанол 80% Дизельное топливо 22.45 252,7 63,16 7,22 4,41 1,02 0,57 1,01 891,9

40% Метанол 60% Дизельное топливо 22,45 216,9 144,6 5,79 8,17 1,06 0,27 0,87 883,6

60% Меганол 40% Дизельное топливо 22,45 168,2 252,3 4,57 4,65 0,78 0,08 0,67 882,6

Метанол 22,45 555,4 1,42 1,53 0,41 0,05 0,17 767,6

ДМЭ 22,45 414,6 2,22 0,61 0,29 0,05 0,17 799,7

Гомо1енная мета- нсло-воздушная смесь 22,45 543,1 0,21 0,52 0,2 0,05 0,17 752,7

В пятой главе приведен пример применения разработанной комплексной математической модели оценки по ПЖЦ дизельных двигателей, работающих на различных топливах.

В качестве базового объекта исследования принят дизель Д-240. Выбор для исследований данного двигателя обусловлен широким применением его в различных модификациях как на грузовом автотранспорте средней грузоподъемности, так и в сельском хозяйстве. Транспортные средства, оснащенные этим двигателем, имеют небольшие плечи пробегов и используются в основном для решения локальных задач. Такие условия эксплуатации, близость к автопредприятиям позволяют с наибольшей эффективностью использовать в этих двигателях альтернативные виды топлив, а на территориях автопредприятий устанавливать локальные заправочные станции.

Приведен анализ двигателя Д-240 при работе на следующих топливах: ,

- дизельном топливе (ДТ);

- смеси ДТ и 20% метанола, произведенного из ПГ;

- смеси ДТ и 40% метанола, произведенного из ПГ; ^

- смеси ДТ и 60% метанола, произведенного из ПГ;

- метаноле, произведенном из ПГ;

- метаноле, произведенном из биосырья (древесной массы);

- ДМЭ, произведенном из ПГ;

- гомогенной метаноловоздушной смеси (получение метанола из древесной массы).

Анализ по ПЖЦ дизеля Д-240, работающего на указанных выше топливах, проведен по расходу природных ресурсов, затратам энергии, выбросам вредных веществ в атмосферу. При этом использовались собранные инвентаризационные данные и результаты расчетов по наиболее значимым стадиям в жизненном цикле ДВС - стадиям добычи сырья и производства топлив и эксплуатации дизельных двигателей. Принято, что ресурс за ПЖЦ двигателя Д-240, независимо от топлива, на котором он работает, составляет 6000 моточасов при среднеэксплуа-тационной мощности, определенной по 13 ступенчатому циклу, 22,5 кВт. Воздействие на окружающую среду оценивалось по экономическому ущербу. Результаты анализа представлены в табл. 2.

Сравнительный анализ расходования природных ресурсов за ПЖЦ дизеля Д-240, использующего различные топлива, показывает, что при использовании дизельного топлива доля нефти в общем расходе составляет 88%. При использовании смесевых топлив доля нефти падает, а доля природного газа возрастает. » При использовании метанола, полученного из ПГ, суммарный расход сырья, по сравнению с дизелем, работающим на ДТ, увеличивается в 2,3 раза, а при использовании метанола, полученного из древесной массы - в 3,7 раза. Необходимо отметить, что при производстве метанола из древесной массы используются возобновляемые природные ресурсы.

Наименьшие затраты энергии при осуществлении ПЖЦ дизельного двигателя, работающего на дизельном топливе - 1741 ГДж. При переводе дизеля на альтернативные топлива затраты энергии увеличиваются. Однако при работе дизеля на метаноле, произведенном из древесной массы, затрачиваются в основном возобновляемые ресурсы энергии.

1аблица2

Результаты сравнительном оценки экологической безопасности дизеля Д-240 по 11ЖЦ

ДТ 20% М и 80% дт 40% М н 60% дт 60% М и 40% дт Метанол из ПГ ДМЭ из ПГ Метанол из биосырья Гомогенная смесь М из биосырья

Расход природных эесурсов за ПЖЦ, кг

Нефть 38731,8 34975,8 30214,1 23721,3 1169,9 1065,5 3468,1 3391,1

Природный газ 1858,7 12404,2 26005,6 43985,3 94364,0 74467,4 115,6 113,0

Уголь 2795,0 2585,9 2322,2 1959,3 629,1 601,1 269,7 263,7

Древесная масса 158517,4 154997,4

ИТОГО 43385,5 49965,9 58541,9 69665,9 96163,0 76134,0 162370,8 158765,2

Затраты энергии за ПЖЦ, ГДж

ИТОГО 1741,3| 1848,9| 1991,4| 2171,1 2483,9 2538,б| 3163,2| 3092,9

Выбросы вредных веществ в атмосферу за ПЖЦ, кг

СН 195,6 202,9 207,5 168,3 107,1 86,1 89,7 60,7

СО 453,4 645,6 1166,8 711,3 338,6 578,8 261,5 121,6

N0, 1299,4 1166,6 1037,3 922,2 541,2 658,3 525,5 223,2

РТ 178,7 203,4 180,3 176,4 224,8 225,8 39,7 32,0

502 228,0 213,8 196,0 171,2 99,0 95,3 28,7 19,3

СН4 146,8 176,0 214,0 263,5 386,5 408,7 3,0 2,9

N20 0,4 0,7 М 1,6 3,0 3,0 3,4 3,4

СОг .ь,бр. 137566,6 140103,9 143247,6 148670,9 146962,5 175021,9 124229,5 121761,6

СО2 ПОГЛ. 112436,6 109939,8

итого 140072,3 142709,0 146253,0 151084,5 148660,2 177076,0 12741,5 12283,1

Ущерб ок] >ужающей среде за ПЖЦ, руб

СН 69,9 74,0 76,7 57,4 31,3 22,6 30,2 15,8

СО 955,7 1374,2 2539,7 1458,8 508,6 1033,9 487,4 169,2

N0, 115111,5 101281,9 87423,5 74460,8 33511,9 43874,2 33333,0 4920,9

РГ 39890,0 46610,6 27240,0 15412,1 18081,9 18142,2 6770,0 3163,0

ЭОз 8176,0 7408,1 6435,1 5107,1 1622,5 1599,9 1192,7 721,6

СН4 440,3 527,9 641,9 790,3 1159,3 1225,6 9,0 8,8

N20 16,1 27,7 42,6 62,2 115,8 116,0 132,4 129,4

С02 16503,3 16807,7 17184,8 17835,4 17630,5 20996,6 14903,2 14607,2

СО2 возврат 13488,5 13189,0

Ущерб окружающем среде по стадиям за ПЖЦ, руб

Добыча сырья и производство топлив 11088,9 12546,9 14450,1 16911,4 22609,4 25673,1 -6683,0 -6534,6

Эксплуа1ацня диигаи'лн 170074,1 161565,4 127134,5 98273,0 50052,6 61338,4 50052,6 17081,6

итого 181163,0 174112,2 141584,5 115184,4 72662,0 87011,5 43369,6 10547,0

При работе дизеля Д-240 на ДТза ПЖЦ выбрасывается в атмосферу 2355,2 кг токсичных веществ и 136,5 т парниковых газов. Использование альтернативных топлив позволяет снизить валовые выбросы вредных веществ. При использовании смесевых топлив на 16%, а при использовании метанола, полученного

из ПГ, в 1,8 раз. При работе двигателя на гомогенной метаноло-воздушной смеси и получении метанола из древесной массы выброс загрязняющих веществ можно уменьшить в 5,2 раза, а парниковых газов в 12,6 раз. Это объясняется тем, что при реакциях фотосинтеза и росте биомассы идет поглощение С02 из атмосферы (в табл. С02поГл).

Анализ ущерба окружающей среде показал, что наибольший вклад в ущерб окружающей среде за ПЖЦ вносят оксиды азота, частицы и углекислый газ. По сравнению с дизелем, работающим на ДТ, применение гомогенной метаноло-воздушной смеси и при получении метанола из древесной массы позволяет снизить ущерб ОС от выбрасываемых вредных веществ в 17,1 раз, применение •

метанола, произведенного из ПГ - в 2,5 раза, ДМЭ - в 2,1 раза.

Приведенные примеры показывают, что разработанные математические модели, комплексная методика и программное обеспечение позволяют произво- Ч

дить оценку экологической безопасности по ПЖЦ дизелей, использующих различные топлива, по критериям расходования сырья, энергии и воздействию на окружающую среду от выбросов ВВ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих и применяемых в отечественной и мировой практике методик и результатов оценки жизненного цикла силовых установок и традиционных и альтернативных топлив показал, что жизненные циклы топлив и силовых установок необходимо рассматривать в комплексе. Наиболее значимые стадии жизненного цикла дизельных двигателей, работающих на традиционном или альтернативных топливах, - это стадии добычи сырья, производства топлив и эксплуатация ДВС. В результате анализа определены требования к математическим моделям и методам расчета экологической безопасности дизельных двигателей на различных топливах в полном жизненном цикле с учетом требований стандартов серии ИСО 14000.

2. Разработана методика оценки дизельных двигателей по полному жизненному > циклу, включающая математическую модель материального и энергетического балансов наиболее значимых стадий ЖЦ дизельного двигателя, которые описаны 11 процессами, объединенными в 3 стадии: добыча сырья; произвол- V ство основного и вспомогательных топлив и электроэнергии; эксплуатация

ДВС. Модель позволяет проводить инвентаризацию расхода природных ресурсов, энергии и выбросов вредных веществ с последующей оценкой ущерба окружающей среде. На основе математической модели разработано программное обеспечение.

3. Разработаны математическая модель и программное обеспечение для расчета рабочего процесса и образования оксидов азота. Модель позволяет рассчитывать технико-экономические показатели двигателя и количество образовавшихся оксидов азота для использования этих данных при расчете ПЖЦ дизельных двигателей. Важной особенностью модели является возможность рас-

чета рабочего процесса дизеля, работающего на альтернативном или смесевом топливе, а также возможность исследования перспективных рабочих процессов, например при гомогенном смесеобразовании и сгорании в дизелях.

4. Проведена проверка адекватности модели сопоставлением данных экспериментальных и расчетных исследований дизельного двигателя Д-240, работающего на дизельном топливе и с дополнительной подачей испаренного метанола на впуск, и отсека двигателя КамАЗ-740, работающего на ДМЭ. Расхождение между экспериментальными и расчетными данными по мощности, расходу топлива и выбросам ЫОх не превышают 4... 10%. С использованием разработанной модели и программного обеспечения проведен расчет технико-экономических и экологических показателей дизельного двигателя Д-240 по 13 ступенчатому циклу, использующего в качестве топлива ДТ, метанол, ДМЭ

* и метанольные смеси: 20% метанола и 80% ДТ; 40% метанола и 60% ДТ; 40% метанола и 60% ДТ, а также показатели дизельного двигателя, работающего на гомогенной метаноло-воздушной смеси.

5. С помощью разработанной математической модели расчета рабочего процесса дизельного двигателя при его работе на традиционном, альтернативном или смесевом топливе проведен анализ причин уменьшения выброса оксидов азота при сгорании в цилиндре двигателя метанола и ДМЭ по сравнению с дизельным топливом. Установлено, что практически единственным фактором, влияющим на снижение температуры продуктов сгорания метанола и ДМЭ, а следовательно, и выбросов оксидов азота, является увеличение количества молей продуктов сгорания, учитываемое в расчетах в виде химического коэффициента молекулярного изменения.

6. Использование разработанной методики оценки экологической безопасности дизелей в ПЖЦ показано на примере оценки двигателя Д-240, использующего в качестве топлива ДТ, метанол, произведенный из ПГ и биосырья, ДМЭ и смесевых топлив с содержанием метанола в ДТ 20%, 40% и 60% по массе. Результаты исследований показывают, что применение альтернативных топлив в

' дизеле позволяет уменьшить ущерб окружающей среде по сравнению с дизе-

лем, работающим на ДТ. Так применение гомогенной метаноло-воздушной смеси позволяет снизить ущерб ОС от загрязняющих веществ - в 17,1 раз,

* применение метанола из ПГ - в 2,5 раза, ДМЭ из ПГ - в 2,1 раза, метанола из древесной массы - в 3,9 раза. Работа дизеля на смеси 20% М в ДТ позволяет снизить ущерб ОС от загрязняющих веществ в 1,04 раза по сравнению с дизелем, работающим на ДТ, смеси 40% М в ДТ - в 1,3 раза, а 60% добавки М в ДТ - в 1,6 раза. Применение альтернативных топлив, произведенных из возобновляемых биоресурсов, например, древесной массы, за счет поглощения С02 при реакциях фотосинтеза и росте биомассы позволяет уменьшить выбросы парниковых газов на 79% по сравнению с ДВС, работающим на ДТ. Приведенные примеры показывают, что разработанные математические модели, методика и программное обеспечение позволяют производить оценку экологиче-

ской безопасности по критериям расходования сырья, энергии и воздействия на окружающую среду от выбросов ВВ в ПЖЦ дизельных двигателей, использующих различные топлива. 7. Результаты выполненных исследований использованы в работах ГНЦ РФ ФГУП "НАМИ", ОАО "ГАЗ" и в учебном процессе кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Звонов В.А., Козлов A.B., Теренченко A.C. Оценка альтернативных топлив по полному жизненному циклу // Приводная техника. - 2000. - №5. - С.24-29.

2. Звонов В.А., Козлов A.B., Теренченко A.C. Эколого-экономическая оценка биотоплив для автотранспорта по полному жизненному циклу // Тез. докл. третьей международной научно-практической конференции «Автотранспортный комплекс. Проблемы и перспективы развития», 11 декабря 2000 г. - Москва. - С.72-73.

3. Звонов В.А., Козлов A.B., Лаптева Т.С., Теренченко A.C. Современные информационные технологии. Перспективы использования CALS в автомобилестроении // Автомобили, двигатели и экология: Сб.науч. тр./ НАМИ. - 2000. - С. 184-192.

4. Звонов В.А., Козлов A.B., Теренченко A.C. Экология: альтернативные топлива с учетом их полного жизненного цикла // Автомоб. пром-сть.-2001- №4 - С. 10-12.

5. Звонов В.А., Козлов A.B., Кутенев В.Ф., Теренченко A.C. Экологическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле // Стандарты и качество. - 2001. -№7-8.-С. 128-133.

6. Звонов В.А., Козлов A.B. Теренченко A.C. Оценка традиционных и альтернативных топлив по полному жизненному циклу // Автостроение за рубежом. - 2001. -№12.-С. 14-20.

7. Звонов В.А., Теренченко A.C., Козлов A.B. Методика проведения инвентаризации расходования сырья и энергии, выбросов вредных веществ в окружающую среду при оценке традиционных и альтернативных топлив по полному жизненному циклу // Автомобили и двигатели: Сб.науч. тр./ НАМИ. - 2001. - С.260-271.

8. Звонов В.А., Теренченко A.C. Анализ причин уменьшения выброса вредных веществ при сгорании в цилиндре двигателя метанола и диметилового эфира по сравнению с дизельным топливом // Научно-техническая конференция «Луканин-ские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса»: Тез. докл. 4-5 февраля 2003 г. - М. - 2003. - С.59-61.

9. Звонов В.А., Теренченко A.C. Образование оксидов азота при сгорании альтернативных топлив в дизеле // Автомоб. пром-сть.-2003.-№3.-С. 10-13.

10. Звонов В.А., Теренченко A.C. Математическая модель процесса сгорания и образования NOx в дизеле с добавкой испаренного метанола на впуск // Приводная техника. - 2003. - №3. - С.32-42.

*

У

V

Подписано в печать 16.10.2003 г. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1,25 Тираж 100 экз. Заказ 83-2003. БОНТИ НАМИ. 125438, Москва, ул. Автомоторная, 2

2ooj -Д

t8ï2é »18126

к,

i i

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Анализ путей улучшения экологических и экономических показателей дизелей.

1.1. Проблемы улучшения экологических показателей и повышения экономичности ДВС в полном жизненном цикле.

1.2. Улучшение экологических показателей и повышение экономичности дизелей путем применения альтернативных топлив.

1.3. Международные стандарты оценки продукции по ПЖЦ.

1.4. Анализ международных методик оценки двигателей внутреннего сгорания и моторных топлив по полному жизненному циклу.

1.5. Выводы по первой главе.

1.6. Цель и задачи исследования.

2. Методика оценки экологической безопасности дизелей в полном жизненном цикле при использовании традиционных и альтернативных топлив.

2.1. Общие положения.

2.2.Инвентаризация расходования сырья, энергии и выбросов ВВ в окружающую среду на стадиях жизненного цикла дизельного двигателя.

2.3.Оценка воздействия на окружающую среду.

2.4.Выводы по второй главе.

3. Математическая модель рабочего процесса дизельного двигателя и образования NOx при работе на различных топливах.

3.1. Обзор отечественных и зарубежных математических моделей расчета рабочего процесса и образования вредных веществ в цилиндре двигателя.

3.2. Математическая модель расчета рабочего процесса дизельного двигателя при работе на традиционных, альтернативных и сме-севых топливах.

3.2.1. Выбор модели и основные допущения.

3.2.2. Расчет процесса наполнения, сжатия и сгорания.

3.2.3. Определение концентраций оксидов азота в зонах и в среднем по цилиндру.

3.2.4. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя.

3.2.5. Алгоритм расчета рабочего процесса дизельного двигателя работающего на смеси альтернативного и нефтяного топ-лив.

3.3.Выводы по третьей главе.

Теоретические и экспериментальные исследования показателей дизельного двигателя при работе на альтернативных и традиционных топливах.

4.1.Выбор объекта для теоретического и экспериментального исследований.

4.2.Экспериментальные исследования показателей дизельного двигателя при работе на альтернативных и традиционных топливах.

4.2.1. Описание объекта исследования (Д-240 с дизельной топливной аппаратурой и системой подачи метанола), испытательного стенда и измерительной аппаратуры.

4.2.1.1. Описание и основные характеристики модернизированного дизеля Д-240.

4.2.1.2. Описание дополнительной системы питания испаренным метанолом.

4.2.1.3. Испытательный стенд.

4.2.2. Программа проведения и основные результаты испытаний двигателя Д-240 при работе на дизельном топливе и метаноле.

4.3.Проверка адекватности математической модели процесса сгорания в дизеле при его работе на альтернативных и традиционных топливах.

4.4.Теоретические исследования показателей дизельного двигателя при работе на альтернативных и традиционных топливах.

4.4.1. Анализ причин уменьшения выброса вредных веществ при сгорании в цилиндре двигателя метанола и диметилового эфира по сравнению дизельным топливом.

4.4.2. Моделирование экономических и экологических показателей дизельного двигателя при эксплуатации.

4.5.Выводы по четвертой главе.

Теоретические исследования экологических и экономических показателей дизельных двигателей при работе на традиционных и альтернативных топливах с учетом полного жизненного цикла.

5.1.Постановка задачи и определение сферы.

5.2.Проведение инвентаризационного анализа расходования, природных ресурсов, энергии и выбросов вредных веществ.

5.3.Оценка воздействия на окружающую среду дизеля Д-240, использующего традиционные и альтернативные топлива.

5.4.Интерпретация данных.

5.5.Выводы по пятой главе.

Обеспечение снижения вредного воздействия отработавших газов дизелей на окружающую среду и здоровье человека и экономия нефтяных ресурсов неразрывно связаны с исследованиями в области снижения токсичности отработавших газов дизелей и поиска альтернативных топлив. В настоящее время оценка дизелей производится анализом его экономических и экологических показателей, определяемых при сертификации по Правилам ЕЭК ООН №49. Однако негативное воздействие дизелей на окружающую среду не ограничено только выбросами вредных веществ в эксплуатации. Необходима оценка расходования сырьевых материалов, затрат энергии и негативного воздействия на окружающую среду от выбросов вредных веществ на всех стадиях полного жизненного цикла (ПЖЦ) дизелей, включающего добычу сырья, производство энергии, конструкционных и эксплуатационных материалов, производство ДВС, его эксплуатацию и утилизацию.

Для проведения оценки уровня экологической безопасности любого изделия в мире разработаны стандарты серии ИСО 14000, содержащие описание основных принципов проведения оценки экологической безопасности по ПЖЦ. Россия приняла данные стандарты к прямому исполнению в качестве ГОСТ Р ИСО 14000. Однако стандарты серии ИСО 14000 являются рамочными, определяют только порядок и основные процедуры проведения исследований. Для их практического применения для оценки дизелей по ПЖЦ для условий РФ необходима разработка методических материалов, учитывающих особенности автомобиле- и двигателестроения и позволяющих производить инвентаризацию материальных и энергетических потоков и рассчитывать ущерб окружающей среде.

На этапе эксплуатации ДВС значительный вклад в ущерб окружающей среде от выбросов вредных веществ дизельными двигателями оказывают оксиды азота и частицы. Наиболее сложно обеспечить уменьшение выбросов оксидов азота до перспективных норм и это приобретает особое значение при разработке новых силовых установок, работающих на альтернативных топливах, и проведении поисковых исследований перспективных рабочих процессов.

Для комплексной оценки дизелей по ПЖЦ необходимо решить целый ряд задач по проблемам, указанным выше.

Все это определяет актуальность исследований, выполненных в диссертации.

Методы исследования.

На основе стандартов серии ГОСТ Р ИСО 14000, анализа методик и применяемого в мировой практике программного обеспечения разработана оригинальная методика оценки жизненного цикла дизельных двигателей при работе на традиционных и альтернативных топливах. Постановка задачи исследования с определением цели и сферы исследования осуществлялась в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14040; построение функциональной схемы жизненного цикла - с использованием методологии функционального моделирования процессов IDEF0; проведение инвентаризации - по ГОСТ Р ИСО 14041; оценка воздействия в соответствии с процедурами по ГОСТ Р ИСО 14042 на основе «Временной методики определения предотвращенного экологического ущерба», принятой Госкомприроды РФ в 1999г.; интерпретация результатов - в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14043.

Методология моделирования процессов преобразования энергии в дизельном двигателе при сгорании традиционного и альтернативного топлива представляет собой сочетание расчетно-теоретических и экспериментальных работ. Для проведения расчетно-теоретических исследований были разработаны математическая модель и программное обеспечение, позволяющие определить энергетические и экономические показатели дизеля и рассчитать образование оксидов азота. Для проверки адекватности математической модели проводились экспериментальные исследования на стенде с дизельным двигателем при его работе на дизельном и альтернативных топливах. Объект исследования.

Дизельный двигатель в ПЖЦ, включая наиболее значимые по воздействию на окружающую среду, ресурсо- и энергоемкие стадии добычи сырья, производства топлива и эксплуатации двигателя. Научная новизна.

Разработана комплексная методика оценки жизненного цикла дизельных двигателей, включающая:

- методику оценки экологической безопасности в ПЖЦ дизельных двигателей, использующих как традиционные, так и альтернативные топлива, позволяющую определять расход сырья, энергии и негативное воздействие на окружающую среду от выброса вредных веществ для условий РФ;

- математическую модель для расчета рабочего процесса двигателя, работающего на дизельном, альтернативном и смесевом топливе, с расчетом образования оксидов азота, позволяющую моделировать работу дизеля на различных топливах и исследовать перспективные рабочие процессы, например, при гомогенном смесеобразовании и сгорании в дизелях.

Теоретически определены причины уменьшения образования оксидов азота при сгорании в цилиндре ДВС метанола и ДМЭ по сравнению с дизельным топливом. Практическая ценность.

Разработаны методика и программное обеспечение для оценки автотранспортных дизелей, работающих на традиционных или альтернативных топливах, которые позволяют определить затраты сырья, энергии и негативное воздействие на окружающую среду на различных стадиях их ПЖЦ с целью выбора оптимальной альтернативы нефтяному топливу, а также определения направлений повышения уровня их экологической безопасности.

Разработанные инженерные методы расчета рабочего процесса ДВС, работающего как на традиционном, альтернативном, так и на смесевом топливе, позволяют оптимизировать процесс сгорания по энергетическим и экологическим параметрам, а также определить перспективные направления использования альтернативных топлив в ДВС. Реализация работы.

Теоретические и расчетные результаты данных исследований использованы в договорных и госбюджетных научно-исследовательских работах, выполняемых в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ».

Методика оценки экологической безопасности силовых установок, работающих на традиционных и альтернативных топливах, внедрена на ОАО "ГАЗ" и использована при анализе ПЖЦ двигателей ГАЗ-5601, IVECO 8140.27, 3M3-4063.

Методика оценки экологической безопасности силовых установок, работающих на традиционных и альтернативных топливах, используется в учебном процессе кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана при чтении лекций и проведении практических занятий по дисциплинам: «Спецглавы теории ДВС наземного транспорта» и «Спецглавы конструирования и САПР».

Апробация работы.

Материалы диссертации одобрены на заседании НТС секции «Двигатели» ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ». Основное содержание работы изложено на:

- III международной научно-практической конференции «Автотранспортный комплекс. Проблемы и перспективы развития», МАДИ (ТУ), 2000 г., Москва;

- IV международной научно-технической конференции «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе», МАДИ (ТУ), 2000 г., Москва;

- XXXVII Международной научно-технической конференции ААИ «Развитие аналитических исследований и конструкции АТС (грузовые, легковые, автобусы)», НАМИ, 2002 г., Москва;

- XXXIX Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», МАМИ, 2002 г., Москва;

- Научно-технической конференции «Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса», МАДИ (ТУ), 2003 г., Москва.

Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах. * *

Автор выражает свою глубокую признательность сотрудникам ГНЦ РФ ФГУП "НАМИ" за оказанную помощь в работе. И в особенности научному руководителю - доктору технических наук, профессору Василию Алексеевичу Звонову, за постоянное внимание и поддержку при выполнении диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих и применяемых в отечественной и мировой практике методик и результатов оценки жизненного цикла силовых установок и традиционных и альтернативных топлив показал, что жизненные циклы топлив и силовых установок необходимо рассматривать в комплексе. Наиболее значимые стадии жизненного цикла дизельных двигателей, работающих на традиционном или альтернативных топливах, - это стадии добычи сырья, производства топлив и эксплуатация ДВС. В результате анализа определены требования к математическим моделям и методам расчета экологической безопасности дизельных двигателей на различных топливах в полном жизненном цикле с учетом требований стандартов серии ИСО 14000.

2. Разработана методика оценки дизельных двигателей по полному жизненному циклу, включающая математическую модель материального и энергетического балансов наиболее значимых стадий ЖЦ дизельного двигателя, которые описаны 11 процессами, объединенными в 3 стадии: добыча сырья; производство основного и вспомогательных топлив и электроэнергии; эксплуатация ДВС. Модель позволяет проводить инвентаризацию расхода природных ресурсов, энергии и выбросов вредных веществ с последующей оценкой ущерба окружающей среде. На основе математической модели разработано программное обеспечение.

3. Разработаны математическая модель и программное обеспечение для расчета рабочего процесса и образования оксидов азота. Модель позволяет рассчитывать технико-экономические показатели двигателя и количество образовавшихся оксидов азота для использования этих данных при расчете ПЖЦ дизельных двигателей. Важной особенностью модели является возможность расчета рабочего процесса дизеля, работающего на альтернативном или смесевом топливе, а также возможность исследования перспективных рабочих процессов, например при гомогенном смесеобразовании и сгорании в дизелях.

4. Проведена проверка адекватности модели сопоставлением данных экспериментальных и расчетных исследований дизельного двигателя Д-240, работающего на дизельном топливе и с дополнительной подачей испаренного метанола на впуск, и отсека двигателя КамАЗ-740, работающего на ДМЭ. Расхождение между экспериментальными и расчетными данными по мощности, расходу топлива и выбросам NOx не превышают 4. 10%. С использованием разработанной модели и программного обеспечения проведен расчет технико-экономических и экологических показателей дизельного двигателя Д-240 по 13 ступенчатому циклу, использующего в качестве топлива ДТ, метанол, ДМЭ и метанольные смеси: 20% метанола и 80% ДТ; 40% метанола и 60% ДТ; 40% метанола и 60% ДТ, а также показатели дизельного двигателя, работающего на гомогенной метаноло-воздушной смеси.

5. С помощью разработанной математической модели расчета рабочего процесса дизельного двигателя при его работе на традиционном, альтернативном или смесевом топливе проведен анализ причин уменьшения выброса оксидов азота при сгорании в цилиндре двигателя метанола и ДМЭ по сравнению с дизельным топливом. Установлено, что практически единственным фактором, влияющим на снижение температуры продуктов сгорания метанола и ДМЭ, а следовательно, и выбросов оксидов азота, является увеличение количества молей продуктов сгорания, учитываемое в расчетах в виде химического коэффициента молекулярного изменения.

6. Использование разработанной методики оценки экологической безопасности дизелей в ПЖЦ показано на примере оценки двигателя Д-240, использующего в качестве топлива ДТ, метанол, произведенный из ПГ и биосырья, ДМЭ и смесевых топлив с содержанием метанола в ДТ 20%, 40% и 60% по массе. Результаты исследований показывают, что применение альтернативных топлив в дизеле позволяет уменьшить ущерб окружающей среде по сравнению с дизелем, работающим на ДТ. Так применение гомогенной ме-таноло-воздушной смеси позволяет снизить ущерб ОС от загрязняющих веществ - в 17,1 раз, применение метанола из ПГ - в 2,5 раза, ДМЭ из ПГ -в 2,1 раза, метанола из древесной массы - в 3,9 раза. Работа дизеля на смеси 20% М в ДТ позволяет снизить ущерб ОС от загрязняющих веществ в 1,04 раза по сравнению с дизелем, работающим на ДТ, смеси 40% М в ДТ - в 1,3 раза, а 60% добавки М в ДТ - в 1,6 раза. Применение альтернативных топлив, произведенных из возобновляемых биоресурсов, например, древесной массы, за счет поглощения СО2 при реакциях фотосинтеза и росте биомассы позволяет уменьшить выбросы парниковых газов на 79% по сравнению с ДВС, работающим на ДТ. Приведенные примеры показывают, что разработанные математические модели, методика и программное обеспечение позволяют производить оценку экологической безопасности по критериям расходования сырья, энергии и воздействия на окружающую среду от выбросов ВВ в ПЖЦ дизельных двигателей, использующих различные топлива.

7. Результаты выполненных исследований использованы в работах ГНЦ РФ ФГУП "НАМИ", ОАО "ГАЗ" и в учебном процессе кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э.Баумана.

1. Аксенов И .Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. -М.: Транспорт, 1986. 176 с.

2. Атрощенко В.И., Каргин С.И. Технология азотной кислоты. М.: Химия, 1970.-496 с.

3. Батурин С.А., Лоскутов А. С., Степанов В.Н. Расчетное определение содержания окислов азота в отработавших газах ДВС: Метод, указания. -Л.: ЛПИ, 1989.-34 с.

4. Брозе Д.Д. Сгорание в поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1969. - 248 с.

5. Великанов Д.П. Эффективность применения автомобилей, работающих на альтернативных заменителях нефтяных топлив (метод определения) // Изв. АН СССР Энергетика и транспорт. 1984. - № 5. - С. 127-138.

6. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. М.; Свердловск: Машгиз, 1962.-272 с.

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

8. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба /Л.В.Вершков, В.Л.Грошев, В.В.Гаврилов и др. М. 1999. - 68 с.

9. Вырубов Д.Н., Алексеев В.П. Физические основы процессов в камерах сгорания поршневых ДВС.- М.: МВТУ, 1977.- 84с.

10. Глаголев Н.М. Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1950.-478 с.

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

12. Григорьев М.А. и др. Современные автомобильные двигатели и их перспективы / М.А. Григорьев, В.Т. Желтяков, Г.Г. Тер-Мкртичьян, А.Н. Терехин // Автомобильная промышленность. 1996. - N7. - С.9-16.

13. Гурвич JI.B. Термодинамические и теплофизические свойства индивидуальных веществ.- АН СССР, 1962,- Т.1-2. 207с.

14. Гуревич И.Л. Технология нефти. М.: Гостоптехиздат, 1952. - 424 с.

15. Гуреев А.А., Камфер Г.М. Испаряемость топлива для поршневых двигателей. М.: Химия, 1982. - 264 с.

16. Гутаревич Ю.Ф. Охрана окружающей среды от загрязнения выбросами двигателей. Киев: Урожай, 1989. - 224 с.

17. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / под. ред. Орлина А.С., Круглова М.Г.- 4-е изд. М.: Машиностроение, 1983.-372с.

18. Жаворонков Н.М., Малина И.К. Азота оксиды // Химическая энциклопедия. М., 1988. -Т.1.-С.59-60.

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

20. Жолуд Ф., Порш Ф. Смесеобразование и вредные вещества двигателей с воспламенением от сжатия. Прага: Научно-исслед. автом. инст., 1973. -16 с.

21. Заиграев Л.С. Улучшение экологических показателей промышленного дизеля оптимизацией параметров процесса сгорания: Дис. . канд. техн. наук. Ворошиловград, 1987. - 250 с.

22. Звонов В.А. Образование загрязнений в процессах сгорания. Луганск: Изд-во Восточноукр. гос. ун-та, 1998. - 126 с.

23. Звонов В.А. Процессы образования токсичных веществ и разработка способов уменьшения их выбросов двигателем внутреннего сгорания: Дис. . докт. техн. наук.- Ворошиловград, 1987. 486 с.

24. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. Изд. 2-е пе-рераб.- М.: Машиностроение, 1981-160 с.

25. Звонов В.А., Заиграев Л.С., Козлов А.В. Метанол и экологические показатели дизелей // Автомобильная промышленность. 1997. - № 11.- С. 26-27.

26. Звонов В.А., Заиграев JI.C., Козлов А.В. Методика комплексной оценки эффективности применения альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания // Экотехнологии и ресурсосбережение. 1996. - № 1. -С. 10-13.

27. Звонов В.А., Козлов А.В. Теренченко А.С. Оценка традиционных и альтернативных топлив по полному жизненному циклу // Автостроение за рубежом. 2001. - №12. - С.14-20.

28. Звонов В.А., Козлов А.В., Кутенев В.Ф. Экологическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле. М.:НАМИ. - 2001. - 248 с.

29. Звонов В.А., Козлов А.В., Теренченко А.С. Оценка альтернативных топлив по полному жизненному циклу // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб.науч. тр./ НАМИ. 1999. - С. 186-194.

30. Звонов В.А., Козлов А.В., Теренченко А.С. Экологическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле // Стандарты и качество. 2001. -№7-8 - С.128-133.

31. Звонов В.А., Козлов А.В., Теренченко А.С. Экология: альтернативные топлива с учетом их полного жизненного цикла//Автомоб. пром-сть.-2001.-№4.-С. 10-12.

32. Звонов В.А., Корнилов Г.С., Заиграев J1.C. Методика расчета рабочего процесса и образования оксидов азота в цилиндре дизеля с неразделенной камерой сгорания // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб. науч. тр./НАМИ,- 1999,- Вып.224.-С.205-221.

33. Звонов В.А., Кутенев В.Ф., Заиграев JI.C., Козлов А.В., Жабер В. Сравнительная оценка различных способов использования метанола в дизельных двигателях // Автомобильные и тракторные двигатели. Межвуз. сб. научн. тр. Вып.ХУ. М.:МАМИ, 1999. - С.233-246.

34. Звонов В.А., Кутенев В.Ф., Козлов А.В. Разработка отечественной методики оценки экологической безопасности автомобилей в полном жизненном цикле // Проблемы конструкции двигателей и экология: Сб.науч. тр./ НАМИ. 1999. - С.61-79.

35. Звонов В.А., Теренченко А.С. Анализ причин уменьшения выброса вредных веществ при сгорании в цилиндре двигателя метанола и диметило-вого эфира по сравнению с дизельным топливом//Автомобили и двигатели: Сб. науч. тр./НАМИ.-2002.-Вып. 230. С.58-68.

36. Звонов В.А., Теренченко А.С. Математическая модель процесса сгорания и образования NOx в дизеле с добавкой испаренного метанола на впуск // Приводная техника. 2003. - №3 - С.32-42.

37. Звонов В.А., Теренченко А.С. Образование оксидов азота при сгорании альтернативных топлив в дизеле //Автомоб. пром-сть.-2003.-№3.-С. 1013.

38. Звонов В.А., Черных В.И., Балакин В.К. Метанол как топливо для транспортных двигателей. Харьков: Основа, 1990. - 150с.

39. Звонов В.А., Черных В.И., Заиграев Л.С. Технико-экономические и экологические показатели применения метанола как топлива для двигателей внутреннего сгорания./ Экотехнология и ресурсосбережение, 1995, № 4.-С.11-18.

40. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1947. - 147 с.

41. Зубарев В.Н., Прусаков П.Г., Сергеева JI.B. Теплофизические свойства метилового спирта. М.: Издательство стандартов, 1973. - 202 с.

42. Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания: Учеб. Пособие. М.: Изд-во МГТУ, 1997.- 58 с.

43. Иноземцев Н.В., Кошкин В. К. Процессы горения в двигателях. М.: Машгиз, 1949.- 344 с.

44. Казанская А.С., Скобло В.А. Расчеты химических равновесий. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая Школа, 1974. - 288 с.

45. Кондратьев В.М. Константы скорости газофазных реакций: Справочник.-М.: Наука, 1971,- 351 с.

46. Кратко А.П. Влияние рабочего процесса быстроходного дизеля на свойства сажи и вредность отработавших газов: Автореф. . канд. техн. наук,-Л., 1977.-23 с.

47. Кульчицкий А. Р. Разработка модели и исследование образования окислов азота в дизелях: Автореф. . канд. техн. наук.- М., 1982,- 24 с.

48. Кутенев В.Ф., Звонов В.А., Козлов А.В. Комплексная оценка уровня экологической безопасности силовой установки автомобиля в жизненном цикле //Приводная техника. 1999. - №9/10 - С.24-28.

49. Куценко А.С. Моделирование рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания на ЭВМ. Киев: Наукова думка, 1988. - 104 с.

50. Лиханов В.А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. М.: Агропромиздат, 1991. - 208 с.

51. Лоскутов А.С., Новоселов А.Л., Вагнер В.А. Снижение выбросов окислов азота дизелями в атмосферу / Алт. краевое правление Союза НИО СССР. -Барнаул, 1990. 120 с.

52. Луканин В.Н, Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология /Под ред. В.Н.Луканина. М.: Высш. шк., 2001. - 273 с.

53. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Снижение экологических нагрузок на окружающую среду при работе автомобильного транспорта // Итоги науки и техн. ВИНИТИ, Автомобильный транспорт. 1996. - С. 1-340.

54. Лушпа А.И. Основы химической термодинамики и кинетики химических реакций. М.: Машиностроение, 1981. -240 с.

55. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на Фортране. М.: Мир, 1977. - 584 с.

56. Международные стандарты ИСО 14000. Основы экологического управления. М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. - 464 с.

57. Мехтиев Р.И. Расчет температуры и динамики образования NO в двигателях с неоднородным составом // Двигателестроение. 1981. - №4. -С. 18-20.

58. Нашленас Э., Смайлис В. И. Моделирование процесса образования вредных веществ при сгорании углеводородного топлива. Рига: ИФАН АН Лит. ССР, 1983.- 25 с.

59. Некрич М.И., Ковалев П.П., Черняева Ю.И. Общая химическая технология. Харьков: Издательство харьковского университета, 1969. - 336 с.

60. Необходимые разработки и изобретения для создания нового поколения высокоэкономичных малотоксичных автомобилей. /Под ред. д.т.н., проф. Звонова В.А. Пер. с англ. Козлова А.В. Москва-Луганск: 1997. -23 с.

61. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени: Пер. с англ. / Ред. Н.А. Чигир.- М.: Машиностроение, 1991.- 407 с.

62. Ордабаев Е.К. Исследование особенностей процессов образования окиси азота и недогорания углеводородов в дизеле: Автореф. . канд. техн. наук. М., 1979. - 16 с.

63. Основы горения углеводородных топлив. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. - 664 с.

64. Основы химической технологии / Под ред. И.П.Мухленова. М.: Высш. шк., 1991. - 463 с.

65. Охрана окружающей среды в России: Стат. Сб./Госкомстат России. М., 1998.-202 с.

66. Павлович Л.М., Патрахальцев Н.Н., Фомин В.М. Снижение токсичности дизелей. М.: НИИинформтяжмаш, 1977. - № 34. - 48 с.

67. Перспективные автомобильные топлива виды, характеристики, перспективы: Пер. с англ./Под ред. Я.Б.Черткова. - М.: Транспорт, 1982. -319с.

68. Петриченко P.M., Уваров С.Н. Экономический ущерб воздействия отработавших газов ДВС // Двигателестроение. 1986. - № 10. - С. 49 -50.

69. Пономарев Е.Г. Снижение токсичности и дымности тракторных дизелей воздействием на процессы смесеобразования и сгорания: Автореф. . канд. техн. наук.- М., 1983. 16 с.

70. Процессы в перспективных дизелях / Под. ред. А.Ф.Шеховцова. -Харьков: Изд-во "Основа" при Харьк. ун-те, 1992.- 352с.

71. Процессы горения / Под. ред. Б. Льюиса, Р.Н. Пиза, Х.С. Тейлора. М.: Физматгиз, 1961. - 390 с.

72. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях." Харьков: Вища школа, 1980.- 167с.

73. Разлейцев Н.Ф. Особенности и закономерности образования окислов азота в дизелях // Двигатели внутреннего сгорания (Харьков). 1995. -Вып.55. - С.158-172.

74. Разлейцев Н.Ф., Парсаданов И.В., Прохоренко А.А. Влияние параметров топливоподачи на токсичность автомобильного дизеля // Двигатели внутреннего сгорания (Харьков). 1995. - Вып. 55. - С. 154-158.

75. Реда Н.Ф. Снижение токсичности отработавших газов дизелей воздействием на кинетические параметры воспламенения и сгорания: Автореф. . канд. техн. наук. М., 1992. - 16 с.

76. Российский статистический ежегодник: Стат. Сб./Госкомстат России. -М., 2000. 642 с.

77. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика. Л.: Химия, 1980. - 328 е., ил.

78. Свиридов Ю.Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях,- Л.: Машиностроение, 1972.-224с.

79. Сгорание при вихревом движении воздуха или безвихревое сгорание -два пути решения для снижения выбросов будущих грузовых автомобилей до предельной величины / Петер Д. Герцог, Вольфганг Р. Картельери Грац (Австрия): АВЛ-Лист Гес.м.б.х., 1989. - 34 с.

80. Семенов Н.Н. Развитие теории цепных реакций и теплового воспламенения. М.: Знание, 1969. - 95 с.

81. Смайлис В. И. Малотоксичные дизели.- Л.: Машиностроение, 1972. 128 с.

82. Смайлис В. И. Современное состояние и новые проблемы экологии дизе-лестроения // Двигателестроение. 1991. - №1. - С.3-6.

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

84. Снижение токсичности выбросов при эксплуатации автомобиля / Ю.Ф.Гутаревич, О.Д.Климпуш, Н.Н.Худолий, В.И.Гдыря К.: Техшка, 1981. - 88 с.

85. Снижение токсичности и повышение эксплуатационной экономичности транспортных энергоустановок / Под ред. А.А. Грунауэра. Харьков: Вища школа, Изд-во при Харьк. Ун-те, 1981.- 144 с.

86. Структура и характер экономического ущерба, наносимого отработавшими газами ДВС / В.В. Фурса, В.А. Звонов, П.Н. Гавриленко, Е.И. Бо-женок//Двигателестроение. 1985.-№ П.- С.42-44.

87. Теоретические и экспериментальные исследования образования окислов азота в двигателях внутреннего сгорания / Л.О. Хватов, Е.Д Подвигин, С.О. Хромин и др. // Поршневые и газотурбинные двигатели: Экспресс-информация ВИНИТИ,- 1968. -№24.- С.23-24.

88. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных ДВС / Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова.- М.: Машиностроение, 1983.- 374 с.

89. Терентьев Г.А., Тюков В.М., Смаль Ф.В. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов. М.: Химия, 1989. - 272 с.

90. Технология синтетического метанола / Под ред. М.М.Караваева. М.: Химия, 1984. - 240 с.

91. Улучшение сгорания в высокооборотных дизелях с объемным смесеобразованием // Поршневые и газотурбинные двигатели: Экспрессинфор-мация ВИНИТИ,- 1987,- №47. С.1-8.

92. Филиппов А.З. Токсичность отработавших газов тепловых двигателей. -Киев: Вища школа, 1980. 160 с.

93. Фурса В. В. Исследования образования оксидов азота в цилиндре дизеля: Дис. техн. наук. Ворошиловград, 1975. - 147 с.

94. Хачиян А. С., Засуленко Н.Н., Романов О.В. Исследование токсичности дизеля с наддувом // Токсичность двигателей внутреннего сгорания. -М.: Изд. ВЗМИ, 1977. С.94-108.

95. ЮО.Хзмалян Д.М., Коган Я.А. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия, 1976. -488с.

96. Элементы системы автоматизированного проектирования ДВС / Р.М.Петриченко, С.А.Батурин, Ю.Н.Исаков и др.; Под общ. ред. P.M. Петриченко. JL: Машиностроение, 1990. - 328 с.

97. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа, 1969. - 432 с.

98. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды: Пер. с пол. М.: Транспорт, 1979. - 198 с.

99. Adelman H. Alcohols in diesel engines a review // SAE Techn. Pap. Ser. -1979.-№790956.-P.l-9.

100. Adelman H.G. Development of a methanol fueled, turbocharged, spark assisted diesel engine and vehicle // SAE Techn. Pap. Ser. 1983. - №831745. -P.l-9.

101. Akagawa H., et all. Approaches to Solve Problems of the Premixed Lean Diesel Combustion // Sae Teen. Pap. Ser. 1999. - №1999-01-0183. - P. 1-15

102. Alternatives to Traditional Transportation Fuels: An Overview. DOE/EIA-0585/0. Washington.: U. S. Department of Energy, 1994.

103. Baranescu R.A. Fumigation of alcohols in a multicylinder diesel engine -evaluation of potential //SAE Techn. Pap. Ser. 1986. - №860308. - P. 1-16.

104. Bentley J.M. et all. The Impact of Electric Vehicles on CO2 Emissions / Ed.: D. Little. Cambridge, Mass., 1992.

105. Bickel P., Schmid S., Krewitt W., Friedrich R. External Costs of Transport in ExternE. The European Commission. 1997.

106. Blinge M., et all. Life-cycle assessment of motor fuels present best available technology and a future scenario for Sweden. Stockholm, 1997

107. Bracco F.V. Nitric Oxide Formation in Droplet Diffusion Flames // Proceedings of Fourteenth International Symposium on Combustion, 1973. P. 831-838.

108. Brandberg A., Ekeiund M., Johansson A. The life of fuels. Motor fuels from source to end use. An energy and emissions systems study of conventional and future options. Stockholm.: Ecotraffic AB, 1992.

109. Brandberg A., Ekeiund M., Johansson A. Life of Fuels. ISBN 91-88370-097. Stockholm.: Ecotraffic AB, 1992.

110. Browning L.H., Powars C.A., Bailey B.K. Working Toward a Universal Methanol Fuel Formulation: XI International Symposium on Alcohol Fuels. -Sun City, South Africa.- 1996.

111. Carroll J.N., Ullman T.L., Winsor R.E. Emission comparison of DDC 6V-92TA on alcohol fuels // SAE Techn. Pap. Ser. 1990. - №902234. - P.l-13.

112. Christensen M., et all. Supercharged Homogeneous Charge Compression Ignition // SAE Teen. Pap. Ser. 1998. - №980787. - P. 1-18.

113. Clean Fleet Findings Volume 8: FLEET ECONOMICS / Columbus.: Bat-telle, OH, 1995.

114. Darrow K. G. Light Duty Vehicle Full Fuel Cycle Emissions Analysis. Prepared by Energy International, Inc. Report No. 9333R440. Gas Research Institute, 1994.

115. DeLucchi M. A. A Revised Model of Emissions of Greenhouse Gases from the Use of Transportation Fuels and Electricity. UCD-ITS-RR-97-22. Institute of Transportation Studies, University of California at Davis. 1997.

116. DeLucchi M. A. Emissions of Greenhouse Gases from the Use of Transportation Fuels and Electricity. ANL/ESD/TM-22. Center for Transportation Research. Argonne National Laboratory. 1991. - Vol. 1.

117. DeLucchi M. A. Emissions of Greenhouse Gases from the Use of Transportation Fuels and Electricity. ANL/ESD/TM-22 / Center for Transportation Research. Argonne National Laboratory. 1993. - Vol. 2.

118. Deshpande A.S., Lawson A., Last A.S. Operation of a heavy duty truck diesel engine on unstabilized methanol/diesel fuel emulsion and preliminary demonstration road test date //Pap. B-37, p.471-475.

119. Ecklund E. Eugene State-of-art report on the use of alcohols in diesel engines // SAE Techn. Pap. Ser. 1984. - №840118. - P. 1-18.

120. Elkothb M. et all. Factor affecting NOx formation in turbulent premixed confined flames / M. Elkothb, H. Salem, H. Shehata, T.W. Abou-Arab // Fuel. 1990. -№1. -P.65-71.

121. Finegold J.G. Reformed methanol vehicle system considerations // 18th In-tersoc. Energy convers. Eng. Conf. 1983, vol.1, p. 557-563.

122. Fuel Cycle Evaluations of Biomass-Ethanol and Reformulated Gasoline, prepared for U.S. Department of Energy. Golden, Colo.: National Renewable Energy Laboratory, 1992.

123. Green C.J., Cockshutt N.A., King L. Demethil ether as a methanol ignition improver: substitution requirements and exhaust emissions impact // SAE Techn. Pap. Ser. 1990. - №902155. - P. 78-88.

124. Han W., Dennis S., Walt MK. Life cycle assessment for conversion of coal to automotive fuels in China. Ford Motor Company // XII International symposium of Alcohol fuels. Beijing, China, 1998.

125. Heider G., Woshni G., Zeilinger K. 2-Zonen Rechenmodell zur Vorausbrechnung der NO-Emission von Dieselmotoren // MTZ. 1998. -№11,- S.770-775.

126. Henningsen S. Some heat release aspects of compression igniting a single cylinder DI diesel on neat methanol // SAE Techn. Pap. Ser. 1989. -№892055. - P. 1-16.

127. Heywood J. B. Internal Combustion Engine Fundamentals. New York: McGrau Hill Book Company, 1988. 918 p.

128. ISO 14040:1997, Environmental management Life cycle assessment -Principles and framework.

129. ISO 14041:1998, Environmental management Life cycle assessment -Goal and scope definition and life cycle inventory analysis.

130. ISO 14042:2000, Environmental management Life cycle assessment -Life cycle impact assessment.

131. ISO 14043:2000, Environmental management Life cycle assessment -Life cycle interpretation.

132. Karpuk M.E., Cowley S.W. On board demethyl ether generation to assist methanol cold starting // SAE Techn. Pap. Ser. 1988. - №881678. - P. 1-7.

133. Karuhiko N., Kohji F. A study of NOx generation mechanism in diesel exhaust gas // SAE Techn. Pap. Ser. 1990. - №901615. - P. 1-9.

134. Kidd C.A., Kreeb R.M. Conversion of a two-stroke diesel bus engine to methanol fuel //SAE Techn. Pap. Ser. 1984. - №841687. - P. 1-13.

135. Krematzu K. Dual fueled diesel engine fuel and reformed methanol //SAE Techn. Pap. Ser. 1983. - №831238. - P. 113-121.

136. Lawson A., et all. Heavy duty truck diesel engine operation on unstabilized methanol/diesel fuel emissions //SAE Techn. Pap. Ser. 1981. - №810346. -P. 1-9.

137. Life Cycle Assessment (LCA). A guide to approaches, experiences and information sources: Report to the European Environment Agency. Copenhagen, 1997.

138. Maxwell T.T-, Jones J.C. Alternative fuels: Emissions, Economics and Performance. Te^as Tech .University, 1995.

139. Moses С.A. Experiment with alcohol/diesel fuel blends in compression-ignition engine //IV Int. Symp. on Alcohol fuels Techn., San Paulo, October 5-8, 1980, p. 85-92.

140. Motor Fuels from Sources to Final Use. Final Report on an Energy and Emissions System Study. Stockholm.: Ecotraffic AB, 1992.

141. Murayama Т., Miyamoto N., Susaki S., A mathematical model on nitric oxide formation in diesel engine // Bulletin of the JSME. -1979.- Vol.22, №163.- P.79-85.

142. Murthy B.S. Diesel engines and alcohol // NCICEC ИТ Bombay, Pap N k-1/79, 20 pp.

143. Nagai Т., Kawakami M. Reduction of NOx emission in medium-speed diesel engines //SAE Teen. Pap. Ser. 1989. - №891917. - P. 1-15.

144. Nagalingam В., et all. Surface ignition initiated Combustion of alcohol in diesel engines a new approach // SAE Techn. Pap. Ser. - 1980. - №800262. -P.l-12.

145. Naman T.M., Striegler B.C. Engine field test evaluation of methanol as an automotive fuel // SAE Tech. Pap. Ser. 1980. - №831703 - P. 1-17.

146. Nanni H., et all. Use of glow-plugs in order to obtain multifuel capability of diesel engines // Paper B-39, P.l075-1082.

147. Schaefer A.J., Metsch H.I., Bergmann H.K Vaporized alcohol fuel boosts engine efficiency// Automot. Eng. 1983, 91. - № 2. - P. 51-56.

148. Sheehan, J., et all. Life Cycle Inventory of Biodiesel and Petroleum Diesel for Use in an Urban Bus, NREL/SR-580-24089. Golden, Colo.: National Renewable Energy Laboratory, 1998.

149. Shimazaki N., Akagawa H. Tsujimura K. An Experimental Study of Pre-mixed Lean Diesel Combustion // Sae Teen. Pap. Ser. 1999. - №1999-010181. -P.l-12

150. Unnasch S., Browning L., Montano M. Evaluation of Fuel-Cycle Emissions on a Reactivity Basis. 2 volumes. Prepared for CARB. A166-134. Acurex Environmental Corporation, 1996.

151. Wang M.Q. GREET 1.5 Transportation Fuel-Cycle Model, Volume 1: Methodology, Development, Use and Results. ANL/ESD-39. Argonne: Ar-gonne National Laboratory, 1999.

152. Wang M.Q. GREET 1.5 Transportation Fuel-Cycle Model, Volume 2: Appendices of Data and Results. ANL/ESD-39. Argonne: Argonne National Laboratory, 1999.