автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Экологическая безопасность малогабаритных двигателей внутреннего сгорания в жизненном цикле

На правах рукописи

ШУБЕРТ МЕНЯН

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ МАЛОГАБАРИТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ

Специальность 05.04.02 — «Тепловые двигатели»

Автореферат

диссертации на соискание ученой сте кандидата технических наук

Москва -2006

Работа выполнена в Российском Университете дружбы народов

Научные руководители: {Ермолович И.В.|

кандидат технических наук, доцент

Бендик М.М. кандидат физико-математических наук, доцент

Официальные оппоненты: Каменев В.Ф.

доктор технических наук, профессор

Гольнев B.C. кандидат технических наук

Ведущее предприятие: НПП «Агродизель»

Защита диссертации состоится « 19 » 10. 2006 г. в 14.00 часов в аудитории Б-304 на заседании диссертационного совета Д 212.140.01 в Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 107023 г. Москва, ул. Б. Семеновская, д. 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета «МАМИ» по адресу: 107023 г. Москва, ул.,Б. Семеновская, д. 38.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 107023, г. Москва, ул. Б. Семеновская, д. 38, МГТУ «МАМИ», ученому секретарго-диссертаци-онного совета Д 212.140.01.

Автореферат разослан Z3 ¿¿¿Г 200^*

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.140.01 доктор технических наук, профессии

Бахмутов С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) играют огромную роль в обеспечении устойчивого развития общества, но одновременно оказывают негативное влияние на окружающую среду. При этом загрязнение окружающей среды обусловлено не только выбросами вредных веществ на стадии эксплуатации ДВС. Негативное воздействие на экологическое состояние атмосферы проявляется также на стадии производственных процессов, связанных с добычей сырья, с производством моторного топлива и масла, конструктивных материалов и т.д. Поэтому снижение совокупного воздействия ДВС на окружающую среду, включающего как производственный, так и эксплуатационный циклы, является актуальной проблемой современного двигате-лестроения.

Уровень экологического совершенствования ДВС в перспективе должен соответствовать не только требованиям Правил ЕЭК ООН (№ 49, № 83 и др.), но и нормам экологической безопасности на всех стадиях жизненного цикла (ЖЦ) согласно международным стандартам серии ISO 14000.

Развитие экономики Республики Гаити наталкивается на ряд трудностей, и в том числе из-за дефицита электроэнергии, потребляемой промышленными предприятиями и сельским хозяйством.

Дефицит обусловлен износом оборудования гидроэлектростанции и электросетей, которые не обновлялись в течение 30 лет. Недостаток электроэнергии в народном хозяйстве восполняется путем широкого применения мотогенераторов различной мощности. Особое значение приобретает энергоснабжение сельских районов, так как большая часть населения республики занята сельскохозяйственным производством. Средний размер угодий доходит до двух гектаров, и расположены они как в гористой местности, так и на равнине. Для таких хозяйств требуются мотогенераторы и средства малой механизации с двигателями внутреннего сгорания мощностью в основном 3...7 кВт. В этом'диапазоне применяют как дизели, так и бензиновые двигатели, которые вносит существенную долю в выбросы вредных веществ в атмосферу:'

Учитывая сложную экологическую обстановку и зависимость Республики Гаити от импорта нефтепродуктов, рациональный выбор типа двигателя для мотогенерагора и средств малой механизации мощностью 3...7 кВт приобретает дополнительную актуальность.

К настоящему времени накоплены определенные сведения о ряде технических изделий с учетом функционирования их по фазам жизненного цикла. Однако по отношению-« малогабаритным двигателям внутреннего сгорания методы экологической оценки жизненного цикла до настоящего времени остаются еще мало исследованными.

ГЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка методики оценки уровня воздействия на окружающую среду малогабаритных двигателей внутреннего сгорания (МДВС) и их рационального выбора с учетом жизненного цикла (ЖЦ) для обоснования мер по повышению экологической безопасности в условиях Республики Гаити.

ИДЕЯ РАБОТЫ базируется на основе стандартов серии ISO 14000 и результатов статистической обработке российской и зарубежной информации и баз

2

данных, содержащих экологические параметры производства конструкционных

и эксплуатационных материалов и эксплуатации малогабаритных двигателей

внутреннего сгорания.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

1. На основе комплексного анализа и обобщения информационных базовых данных разработать алгоритм интегральной экологической оценки уровня воздействия на окружающую среду на стадиях производства и эксплуатации малогабаритных двигателей с учетом их изготовления из различных конструкционных материалов.

2. На основе методов математического моделирования разработать методику расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля для проведения анализа выбросов вредных веществ в окружающую среду при эксплуатации МДВС и поиска средств улучшения его экологических показателей.

3. Выполнить комплекс экспериментальных исследований на моторном стенде с целью проверки достоверности разработанной методики, результатов аналитического исследования и уточнения факторов, влияющих на экологические и топливно-экономические показатели цикла, для условий рабочего процесса малогабаритного дизеля.

4. Провести сравнительную оценку воздействия на окружающую среду в период жизненного цикла бензиновых двигателей и дизелей в диапазоне мощности 3,3.„7 кВт.

5. По результатам проведенного исследования методически обосновать рекомендации по выбору типа малогабаритных двигателей и средств улучшения их экологических показателей с целью улучшения состояния экологической обстановки в локальных зонах их эксплуатации в условиях Республики Гаити. '

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, выносимые на защиту, и их научная новизна.

1. Для сопоставления воздействия различных типов МДВС на окружающую среду обоснована целесообразность использования экологического критерия («индикатора»), учитывающего интегральную степень их экологического влияния на эту среду.

2. Предложена методика расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля, позволяющая проводить анализ выбросов вредных веществ в окружающую среду на стадии эксплуатации МДВС и обосновывать выбор наиболее рациональных средств повышения его экологической безопасности.

3. По результатам исследования выявлено различие воздействия на окружающую среду МДВС в производственной и эксплуатационной фазах их существования. Установлено, что МДВС мощностью от 3,3 до 7,0 кВт оказывают различное влияние на экологическую безопасность, что является основанием для выделения трех групп по эффективности их воздействия на окружающую среду.

4. На основе предложенной методики и полученных результатов исследования предложена процедура проведения оценки экологической безопасности

МДВС, предусматривающая комплексное рассмотрение технико-экономических и экологических параметров с учетом производственной и эксплуатационной фаз существования двигателей.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ обусловлена результатами выполненных экспериментальных исследований МДВС, а также комплексным анализом данных по выбросам вредных веществ в окружающую среду при эксплуатации МДВС и производстве для них конструкционных материалов с использованием отечественных и зарубежных апробированных методик с оценкой надежности по статистическим критериям. НАУЧНАЯ ЦЕННОСТЬ.

1. Научно - методически обоснован выбор интегрального критерия (экологического индикатора) оценки уровня негативного воздействия на окружающую среду различных типов МДВС с учетом производственной и эксплуатационной стадии их существования.

2. На основе методов математического моделирования разработана методика расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля.

3. Определены численные значения безразмерных коэффициентов для расчета экологического индикатора в производственной и эксплуатационной фазах жизненного цикла малогабаритных двигателей внутреннего сгорания.

4. Получены новые данные, устанавливающие, что экологическое воздействие МДВС на окружающую среду в период производственной фазы не превышает 3-5% от воздействия в период их эксплуатации;

- ущерб, наносимый окружающей среде производством дизелей в 3-4 раза меньше, чем ущерб, наносимый производством бензиновых двигателей при пересчете на 1000 часов;

- расчеты экологического индикатора для бензиновых двигателей и дизелей за весь период жизненного цикла позволили выделить три области' воздействия на экосистему МДВС с учетом их мощности. До мощности .3,8 кВт наименьший ущерб окружающей среде наносит бензиновый двигатель. В диапазоне мощности от 3,8 до 4,6 кВт, оба типа двигателей примерно равноценны. При мощности свыше 4,6 кВт преимущество имеет дизель.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается; - - в получении данных, позволяющих определить суммарное негативное воздействие на окружающую среду малогабаритных двигателей внутреннего сгорания в производственной и эксплуатационной стадиях их существования, и сделать целесообразный выбор конкретного двигателя по данному критерию;

- в практических рекомендациях по выбору средств улучшения токсических характеристик МДВС, что обеспечивает повышение экологической безопасности среды в зонах их эксплуатации.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены на научных конференциях: «Актуальные проблемы экологии и природоиспользования» в 2001, 2002, 2004, 2005 г.г. в Российском университете дружбы народов, и кафедры «Промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности»; на меж-

дународной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» в г. Пенза, 2002,2006 гг.

ПУБЛИКАЦИИ По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа содержит 126 страниц машинного текста, введение, пять глав основного содержания, общие выводы, 29 рисунков, 27 таблиц и список литературных источников из 84 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснованы актуальность работы, научная новизна и практическая ценность, а также положения, выносимые на защиту.

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

Проведенные исследования показывают, что наиболее значимыми стадиями жизненного цикла дизелей являются стадии: добыча сырья; производство топлив; эксплуатация двигателя.

В данной главе изложен аналитический обзор процессов воздействия отработавших газов двигателя внутреннего сгорания на окружающую среду и человека в эксплуатационный период жизненного цикла ДВС. Приводятся методы оценки дымности и токсичности отработавших газов, как транспортных двигателей внутреннего сгорания, так и малогабаритных двигателей, используемых в малой энергетике к сельском хозяйстве.

Установлено, что существующие методы количественной оценки токсичных выбросов, при испытании двигателей на стендах или в составе транспортного средства на беговых барабанах, дают возможность определить соответствие токсичности отработавших газов двигателя существующим нормам, но не дают возможности комплексно оценить негативное влияние ДВС на окружающую среду за период их жизненного цикла.

Особую группу энергетических систем составляют МДВС (3,3...7 кВт). Мировой и отечественный опыт показывает, что малогабаритные одноцилиндровые двигатели внутреннего сгорания широко используются в качестве силовых установок в сельском и коммунальном хозяйствах, в строительно-дорожной технике, а также в мотор-генераторных установках.

В указанном диапазоне мощностей применяются одноцилиндровые бензиновые двигатели внутреннего сгорания и дизели. Эти двигатели различаются по составу токсичных веществ в отработавших газах, удельным энергетическим массогабаритным показателям

Однако разработке научно-обоснованных рекомендаций, позволяющих рационально выбрать тот или иной тип двигателя требуемой мощности, до сих пор не уделялось достаточного внимания.

Количественный выпуск малогабаритных двигателей в мире достигает 20 миллионов единиц в год, и сопоставим с количеством выпускаемых транспортных двигателей.

При оценке выбросов вредных веществ в атмосферу и затрат энергии при получении конструкционных материалов для изготовления малогабаритных двигателей внутреннего сгорания были использованы данные, полученные д.т.н. проф. Звоновым В.А., к.т.н. Теренченко А.В., член-кор. РАН Луканиным В.Н. и д.т.н. проф. Мазуром И.И. Кроме этого, были использованы базы данных 1пс1ета1 (Технологический университет в Делфте, Нидерланды).

По результатам анализа публикаций было установлено, что для России характерна повышенная энергоемкость производства 1 кг стали, чугуна и алюминия, хотя данные по выбросам токсичных компонентов при их производстве практически одинаковы, что позволило использовать эти данные для оценки экологического ущерба при производстве малогабаритных двигателей.

Во второй главе излагается анализ технико-экономических и экологических показателей четырехтактных бензиновых двигателей и дизелей. Анализ проводился с целью получения зависимостей массы двигателя от его рабочего объема и мощности. Данная информация позволила на последующем этапе исследования произвести оценку токсичных выбросов при производстве конструкционных материалов для единичного двигателя в зависимости от его мощности.

Предварительному статистическому анализу подверглись удельные показатели 302 двигателей зарубежных фирм и заводов Российской Федерации. Все двигатели находились на производстве в 2000 г. В процессе анализа были получены интервальные статистические ряды величин литровой мощности (кВт/л), удельного расхода топлива (г/кВт-ч) и удельной массы (кг/кВт) и построены полигоны частот, подсчитаны дисперсии и среднее квадратичное отклонение. В результате для дальнейшей оценки взаимосвязей технико-экономических параметров были отобраны те модели двигателей, показатели которых попали в интервал доверительности при заданной вероятности 0,85.

Дальнейшая обработка данных позволила установить,: что удельная мощность одноцилиндровых двигателей практически не зависит от рабочего объема и находится на уровне 19 ± 0,5 кВт/л для бензиновых двигателей и 14,5 ± 0,5 кВт/л для дизелей. В свою очередь масса обоих типов двигателей прямо пропорциональна его рабочему объему. Таким образом, проведенный статистический анализ позволил установить взаимосвязь между массой и мощностью двигателя.

Для весового анализа были выбраны двигатели одинаковых конструктивных схем, показатели которых находились в интервале доверительности, соответствующему вероятности 0,85.

В результате анализа было установлено, что основными конструкционными материалами маломощных двигателей являются сталь, алюминий и чугун, при этом их относительное содержание в конструкции двигателей практически не зависит от рабочего объема двигателя и его мощности. В бензиновых двигателях соотношение алюминия, стали, чугуна составляет 35:29:34, в дизелях- 33:31:36.

Результатами анализа было установлено также, что мощность одноцилиндровых двигателей находится в прямой зависимости от рабочего объема,

6

который, в свою очередь, в прямой зависимости определяет массу двигателей. Выявлено, что относительное содержание конструкционных материалов сохраняется у двигателей с различным объемом и мощностью. Это позволило получить необходимые исходные материалы для экологической оценки производственной фазы жизненного цикла.

Третья глава посвящена исследованию параметров процесса сгорания и образования оксидов азота, главного токсического компонента ОГ, в цилиндре дизеля. Проведение подобного исследования целесообразно в том случае, когда статистическая информация по оценке выбросов вредных веществ в окружающую среду на стадии эксплуатации МДВС отсутствует.

С использованием фундаментальных положений теории ДВС и классических методов моделирования в данном исследовании была разработана методика расчета рабочего процесса, которая ориентирована на условия организации рабочего цикла малогабаритного дизеля типа МД-6. Методика сформирована на основе модели рабочего цикла в общепринятом представлении в виде подмоделей следующих процессов: 1) процессов газообмена; 2) процесса сжатия; 3) процессов сгорания - расширения. Каждая из подмоделей включает в себя фундаментальные уравнения материального баланса, сохранения энергии и состояния идеального газа.

В основе моделирования процесса сгорания (тепловыделения) использовалось классическое двухзональное представление камеры сгорания, согласно которому рабочее тело делится на две зоны:

• зону несгоревшей смеси, характеризуемую объемом V,, газовой постоянной /?„, внутренней энергией А«, массой тя, температурой 7», удельными изохорной теплоемкостью с«, изобарной теплоемкостью с^,, энтальпией Л„;

• зону сгоревшей смеси, характеризуемую объемом Уь, газовой постоянной Яь, внутренней энергией ht, массой температурой Ть, удельными изохорной теплоемкостью с/,, изобарной теплоемкостью Срь, энтальпией

Согласно закону сохранения текущие значения масс и объемов для зон несгоревшей и сгоревшей смеси определялись как: dmh dm „ _ ^ dtp dip

dinh _ 1 dO„ ' dip H. dip

c/K dl\ 1'ь . - +-i-= -Г +

AR

/?(l - cos tp) + — (l - cos2r/>)

dip dip £-1 4 Уравнения сохранения энергии для этих зон имеют вид: dim ,I ) dO , dV„ , dm „ ifcp dip dip dip

d(m„ut) dQx„ | </g„, , с1V„ h dm» _Q dtp dip dip dip h dip а уравнения состояния в дифференциальной форме:

Г „dp jy dT„ _ „ _ dm,, c/r„

— ;w R„ —---ш„ T„ —-— R„ T„ —- + p —- = 0 •

d<p " ' dtp dcp dip dcp '

Mi-,,, r _„, T f^L-Я T = 0

, "'¡>ЛЬ J "'ь'ь J 'Wft , + /' . ,

dcp dip dcp dcp dtp

где С?,,*, (?«.г — количество теплоты, передаваемой в стенки камеры сгорания зонами сгоревшей и несгоревшей частей заряда; - количество теплоты, выделившейся в сгоревшей части заряда с учетом потерь на диссоциацию; р - давление в цилиндре; Г/, и D - рабочий объем и диаметр цилиндра; R - радиус кривошипа; Я - кинематический параметр КШМ.

Количество теплоты, воспринимаемое поверхностями стенок камеры сгорания, определялось численным интегрированием уравнения Ньютона-Рихмана. Для определения коэффициента нестационарной теплоотдачи «„ использовалась универсальная зависимость проф. Р.З.Кавтарадзе, которая была получена автором с учетом особенностей тепловыделения и закономерностей, характерных для нестационарной задачи, что наиболее полно, на наш взгляд, соответствует заданным условиям осуществляемого исследования:

h Г Н„ • Дд-

С.+С

«„ =

л/Дг

где Ь = су ■ р - коэффициент проникновения теплоты для пограничного

слоя; Л, с,,, р - теплопроводность, изобарная теплоемкость, плотность рабочего тела; Г, 7„ — температура рабочего тела и поверхности теплообмена; Н„ — низшая теплота сгорания топлива.

Величина Ах определялась, исходя из того, что принятый шаг при интегрировании А<р — со-Ат — 1° п.к.в. (со - угловая скорость вращения вала ДВС). Относительная доля тепловыделения Ах для каждого расчетного шага Агр определялась согласно функции Ах = Дер) для принятого при моделировании закона тепловыделения проф. И.И.Вибе.

Расчет образования оксидов азота проводился с использованием реакций, предложенных О.Ь.Ваы1сИ:

. к1У Л'г+ОоЛ'О + Л^. к1К '

. к2у О, + N <=> N0 + а.

кж

м+дн <!>Ъо+н кЗК

С учетом закона действующих масс для этих реакций уравнение для скорости образования N0 имеет вид:

—~~ - ^'ii-t'oí .v. ~ KlRC у„ С у + АГ2, С лч •( с/ Г ■ ' 7

— хо t о + ^ л^ он ~ ^зл*- ло я

где kiv, k,R, k,v, k,R, k,v, k1R - константы скоростей реакций;'

Схо, Со , С х, С\,С\ .Сон.С„ , - концентрации Л'О, О, N. О;, N:. ОН. Я в зоне продуктов сгорания; определяются с учетом температуры продуктов сгорания 7i, давления в цилиндре и концентрации реагирующих веществ по известным методикам.

Константы скоростей реакций для расчетов образования термических NO в процессе сгорания определялись по формулам К.Paltas:

AV=4,93.10'".r"OJ"exPf-316480^

RT У

Kw =1,6.10'"; А"„. =1,48-10

, rI5 í 237814)

AV =4,22-10'"; АЛ,„ =6,76-10" - Г-"-21

'2exP[-

206577 RT )'

После подстановки констант скоростей в уравнение для скорости образования N0 последнее приводится к виду обыкновенного дифференциального уравнения 1-го порядка с известными начальными условиями (начальная концентрация N0 равна нулю), для решения которого использовались известные методы численного интегрирования.

Для проведения расчетно-теоретических исследований, на базе рассмотренной выше методики, была написана программа расчета параметров рабочего цикла дизеля и образования оксидов азота для реализации на ПЭВМ. При идентификации модели в качестве исходных данных приняты параметры номи-

Момент начала впрыскивания град. ПКВ 334

Продолжительность впрыскпваниятоплцва град. ПКВ Ч>.:„ 26

Момент начала сгорання град ПКВ ÍV- 355

Продолжительность сгорання град. ПКВ Ч>: 75

Показатель характера сгорання - III 0,26

Фазы газораспределения (открытие/закрытие); впуск выпуск 18° до в.м.т. /44° после н м т. 44 дон м.т./18 после в м.т.

С редняя температура стенкн камеры сгорання: цилиндра поршня головки цилиндра К Г.; 593 643 653

Кинетические параметры сгорания (тепловыделения) для номинального режима работы дизеля, приведенные в таблице, определены по данным обработки индикаторной диаграммы.

Проверка достоверности методики расчета проводилась поэтапно. Сначала оценивалась достоверность расчета рабочего цикла маломощного дизеля, которая осуществлялась на основе сопоставления (рис. 1) рассчитанной дифференциальной характеристики тепловыделения и аналогичной характеристики, полученной путем обработки индикаторной диаграммы для данного дизеля.

<р ,град. п.к.в..

Рис. /. Дифференциальная характеристика теюовыделения Отеля МД-6 при егоработе на номина льном режиме:---эксперимент;----¡юсчет

Сравнение характера протекания приведенных характеристик позволяет судить об удовлетворительной достоверности использованной модели рабочего цикла дизеля.

На заключительном этапе оценивалось качества результатов расчета экологических свойств дизеля, характерных для условий его эксплуатации. Для воспроизведения стадии эксплуатации малоразмерного дизеля МД-6 выбран 13-ти ступенчатый цикл по регламенту Правил ЕЭК ООН №49.

На рис.2 показаны сравнительные результаты расчетов и данных испытаний двигателя по концентрации оксидов азота в отработавших газах, полученных по 13-ти ступенчатому циклу. Из приведенных данных можно сделать вывод об адекватности расчета образования ИОх в дизеле. Погрешность при расчете данного единичного показателя экологических характеристик двигателя при его работе на режимах номинальной мощности и максимального крутящего момента не превышает 7%.

По результатам всего комплекса поэтапных проверок примененной методики расчета можно сделать вывод об удовлетворительной ее достоверности в целом.

Результаты данного исследования могут быть использованы при анализе выбросов вредных веществ в окружающую среду на стадии эксплуатации малогабаритных дизелей, и учитывались при выборе эффективных антитоксических средств с целью уменьшения этих выбросов.

Г^Ох, ррг»

п

[1 г|

1 1 1 Г1 Пик.!

I ' г 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Режимы испытании

Рис. 2. Результаты сравнения данных расчета и эксперимента по выхи<)у оксидов азота с ОГдля Отеля МД-6 на рахппныхрежимах IЗ-ступенчатого никла: □ - эксперимент; и-расчет.

В четвертой главе излагается методика испытаний малогабаритных двигателей и оценки показателей токсичности малогабаритных бензиновых двигателей и дизелей в процессе эксплуатации. Оценка показателей токсичности в эксплуатационный период жизненного цикла производилась расчетным путем. Базой для расчета служили показатели, полученные при испытаниях двигателей в ЦНИИМ, ПФ НАТИ, ВНИИ Мотопром и кафедре «Комбинированные ДВС» РУДН. Всего было подвергнуто испытаниям четыре дизеля и четыре бензиновых двигателя, показатели которых соответствуют мировому техническому уровню.

Методика испытаний, аппаратура и обработка результатов испытаний производилась в соответствии с ГОСТ РФ 17.2.2.006 — 2000 «Охрана природа. Атмосфера. Поршневые двигатели внутреннего сгорания для малогабаритных тракторов и средств малой механизации. Нормы и методы измерения выбросов вредных веществ с отработавшими газами». Полученные результаты по содержанию токсичных компонентов в отработавших газах двигателей послужили основой для подсчета значений экоиндикатора, оценивающего негативное воздействие двигателей в процессе их эксплуатации.

В пятой главе дана сравнительная оценка уровня экологической безопасности маломощных двигателей внутреннего сгорания на основе оценки их жизненного цикла. В настоящее время в мире не достигнуто общего подхода к методам оценки экологического воздействия на окружающую среду. Современные методики можно разделить на три группы:

1. Методики, основанные на экспертной оценке наиболее значимых экологических показателей воздействия на природу;

2. Методики, использующие для оценки воздействия на природу расчетный экологический индикатор;

3. Методики, оценивающие экологическое воздействие по денежному эквиваленту ущерба.

В настоящей работе предложен метод оценки экологического воздействия малогабаритных ДВС по расчетному экологическому индикатору. Процедура определения экоиндикатора Ej жизненного цикла изделия включает в себя расчет уровня воздействия производства и эксплуатации двигателя на окружающую среду.

Величина экоиндикатора Ej подсчитывала«» по формуле: Ei = X (KmK„P,m,), 1/двигатель; где: Кш — коэффициент нормализации вида воздействия, 1/кг\

Кп - весовой коэффициент вида воздействия (безразмерный); Pi ~ коэффициент, характеризующий потенциал токсичного воздействия компонента (безразмерный);

m; — суммарный выброс токсичного компонента, кг!двигатель.

Зная затраты конструкционных материалов для производства единичного двигателя, и выброс токсичных веществ при производстве материалов, величину экоиндикатора для производственной фаза жизненного цикла легко подсчитать по формуле:

Ецщ = гПаЕи + ni2 Ец + п^Ек, ¡/двигатель, где: та, цвт,- массы алюминия, чугуна и стали для одного двигателя, кг/двигатель;

Eia, Ей , Ею - эконндикаторы, подсчитанные для производства 1 кг алюминия, чугуна, стали, //кг.

Экоиндикатор для эксплуатационной части жизненного цикла определен с привлечением данных стендовых испытаний двигателей. В процессе испытаний двигатели работали по 13-ти ступенчатому циклу нагружения.

Расчет экоиндикатора Ej проведен с учетом выбросов четырех токсичных компонентов (СО, СИ, NOx и сажа) и энергозатрат (удельного расхода топлива). При расчете количества выбрасываемого токсичного компонента учитывался коэффициент весомости режима, учитывающий продолжительность работы двигателя на данном режиме. Таким образом, величина выброса i компонента rrti подсчитывалась как

mi ,

где: Gi„ - суммарный часовой выброс вредных веществ на /7-ом режиме, кг/час; К„ — коэффициент весомости п-то режима.

В качестве временного периода при расчете выбросов токсичных компонентов был выбран период работы обоих типов двигателей 1000 часов.

Результаты расчета экоиндикатора для производственной фазы жизненного цикла для двигателей в диапазоне мощности от 3,3 до 7 кВт представлены на рис.3. Из него следует, что в производственной фазе жизненного цикла величина экоиндикатора растет в прямой зависимости от мощности двигателя.

Величина экоинднкатора бензинового двигателя примерно в 3-4 раза превышает величину экоинднкатора дизеля. При мощности двигателя 6 кВт величина экоиндикатора дизеля составляет 120-Ю"3пунктов, для бензинового двигателя — 380-10"3 пунктов.

Расчеты экоиндикатора для эксплуатационной фазы жизненного цикла двигателей, основанные на результатах их стендовых испытаний, были проведены в двух вариантах: без учета выброса токсичных компонентов при производстве расходуемого топлива и с учетом токсичных компонентов.

ЕгШ\

1 Ов

400 300 200 100

2 4 б 8 кВт

Рис. 3. Зависимость величины экологического индикатора от мощности двигателя в производственной фазе жизненного цикла, отнесенного к 1000 часов

Расчеты показают, что величина экоиндикатора в эксплуатационной фазе жизненного цикла обоих типов двигателей, учитывающая только выбросы токсичных веществ с отработавшими газами значительно превышает величину экоиндикатора в производственной фазе (рис.4).

£>10"\ 1 Ов

5000

4000 3000 2000 1000

2 4 б в ' Ы„, кВт

Рис.4. Зависимость величины экологического индикатора от мощности двигателя в экс-плуатациотюй /}нпе жизненного цикла за период работы 1ООО часов.

У

Бенчинт ынДВСУ /

У

Дизель

✓

уу ¿У

Дизель^

У ^Бчнн новый ЛВС

Дизель лучше с экологической точки зрения (мощности от 5,8 до 8,5 кВт), т.к. имеет больший коэффициент избытка воздуха, а следовательно, и меньше выбросов вредных веществ. У малогабаритных двигателей из-за малых размеров ТНВД, форсунки и деталей ЦПГ (поршень, цилиндр) трудно обеспечить хороший рабочий процесс и он не имеет явных преимуществ в экологии в сравнении с бензиновым ДВС.

Величены экологического индикатора для бензиновых двигателей и дизелей за весь период жизненного цикла позволили выделить три области воздействия на экосистему МДВС с учетом их мощности. До мощности 3,8 кВт наименьший ущерб окружающей среде наносит бензиновый двигатель. В диапазоне мощности от 3,8 до 4,6 кВт, оба типа двигателей примерно равноценны. При мощности свыше 4,6 кВт преимущество имеет дизель.

Расчеты экоиндикатора для жизненного цикла (с учетом токсичных компонентов, образуемых при производстве расходуемого топлива) показали следующее:

Величина экоиндикатора для дизеля изменялась от 2652-Ю"3 пунктов (при мощности 3 кВт) до 541010"'' пунктов (при мощности 7 кВт). В то время как величина экоиндикатора бензинового двигателя изменялась от 2317-10"' до 6132-Ю"5 пунктов в тех же пределах мощности (рис.5).

£>10-\ 1 ов

7000

6000

5000

4000 3000 2000 1000

2 4 6 в Л^,, кВт

Рис. 5. Зависимость величины экологического индикатора от мощности двигателя за весь период жизненного цикла с учетом токсичных компонентов, образуемых при производстве расходуемого топлива.

Анализ методов снижения токсичности и их стендовая проверка позволили рекомендовать для дизеля способы снижения токсичности отработавших га-

У

Бензи кжыи Д&С ✓ ✓

✓ / // Дизель

У

зов, не требующих затрат на изменения конструкции: уменьшение угла опережения впрыскивания топлива и применение антидымных присадок.

В качестве органических присадок, растворимых в дизельном топливе, широко используют в мировой практике металлоорганические присадки, синтезированные в основном с использованием Fe, Са, Mg и Kin. Известны товарные антидымные присадки, выпускаемые фирмами Licky Molly (Германия), STP (Дания), Volvoline (Нидерланды), Wynn's (Бельгия), K&W (США).

Указанные присадки были испытаны в лаборатории рабочих процессов РУДН на стенде с дизелем типа МД-6 (номинальная мощность 6 кВт). В результате испытаний было установлено, что присадки эффективно (до 50%) снижают содержание сажи в отработавших газах, однако их действие избирательное. Например, присадка фирмы K&W эффективно снижает дымность ОГ в области высоких нагрузок (К{е/МШ1М— 0,7... 1,0), в то время как некоторые присадки (Wynn's и Volvoline) эффективно действуют в области малых и средних нагрузок. Кроме этого, установлено, что присадки практически не влияют на эффективность двигателя и содержание NOx и СО в отработавших газах.

Экспериментально установлено, что без применения присадки уменьшение угла опережения впрыскивания топлива на 6" ПКВ приводит к уменьшению содержания оксидов азота в ОГ на 25%, но к одновременному увеличению выбросов сажи на 45%.

Учитывая неоднозначное влияние угла опережения впрыскивания топлива на содержание сажи и NOx в отработавших газах, были проведены стендовые испытания дизеля МД-6 с уменьшенным на 6" ПКВ углом опережения, но с применением антидымной присадки K&W, массовое содержание которой было подобрано оптимальным и составляло 0,05% по массе.

Для режима номинальной мощности исследуемого дизеля снижение выброса NOx составило до 25% и содержания сажи в отработавших газах до 40%.

Результаты исследований позволила установить существенное повышение экологической безопасности дизеля, усовершенствованного по токсическим показателям, на окружающую среду и изменение экологического индикатора.

Сравнительное исследование экономической оценки ущерба от загрязнения атмосферы токсичными компонентами отработавших газов выявило, что характер изменения относительных величин экоиндикатора и экономического параметра в зависимости от мощности двигателя носят одинаковый характер.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная народнохозяйственная задача по разработке методики оценки и выполнено исследование экологической безопасности малогабаритных двигателей внутреннего сгорания на стадиях производства и эксплуатации с учетом основных факторов воздействия на окружающую среду.

На основании полученных в работе результатов можно сделать следующие основные выводы.

1. Разработан алгоритм для комплексной оценки экологического воздействия на окружающую среду малогабаритных двигателей внутреннего сгорания с учетом их изготовления из различных конструкционных материалов. Научно обоснован выбор обобщенного численного показателя - экологического индикатора, определяющего влияние на экологическую безопасность токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу, в производственной и эксплуатационной фазах жизненного цикла МДВС. Определены численные значения безразмерных коэффициентов для расчета экологического индикатора двигателей данного класса.

2. На основе методов математического моделирования разработана методика расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля, позволяющая оценить выбросы вредных веществ в окружающую среду на стадии эксплуатации МДВС и обосновывать выбор наиболее рациональных средств повышения его экологической безопасности.

3. Получен результат, свидетельствующий о существовании для малогабаритных одноцилиндровых двигателей линейной зависимости между их массой, рабочим объемом и мощностью, что обуславливает возможность определять экологический индикатор в производственной фазе жизненного цикла по показателям мощности двигателя.

4. Установлено, что экологическое воздействие малогабаритных двигателей на окружающую среду в период производственной фазы составляет 3... 5% от величины их воздействия в период их эксплуатации. Стадия эксплуатации двигателей обуславливает наибольший вклада в негативное воздействие на окружающую среду. Причем с увеличением срока эксплуатации эта цифра увеличивается пропорционально длительности работы МДВС.

5. Расчеты экологического индикатора для бензиновых двигателей и дизелей за весь период жизненного цикла позволили выделить три области воздействия на экосистему МДВС с учетом их мощности. До мощности 3,8 кВт наименьший ущерб окружающей среде наносит бензиновый двигатель. В диапазоне мощности от 3,8 до 4,6 кВт, оба типа двигателей примерно равноценны. При мощности свыше 4,6 кВт преимущество имеет дизель.

6. По результатам проведенного исследования сформулированы общие принципы в подходе к решению проблемы рационального выбора типа малогабаритных двигателей и эффективных мер по совершенствованию их токсических показателей с целью улучшения экологической обстановки в зонах их эксплуатации для условия Республики Гаити.

Список опубликованных работ но теме диссертации

1. Менян Шуберт. Комплексный анализ показателей экологического воздействия жизненного цикла малолитражных двигателей с принудительным зажи-

16

гшшем и дизелейУ/ Актуальные проблемы экологии и природопользования.-Выпуск №2. -Изд-во РУДН,- М., 2001 г.-С. 348-352.

2. Ермсшович И.В., Менян Шуберт. Выбор типа двигателя для средств малой механизации путем оценки показателей их жизненного цикла.// Материалы П Международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» Пенза, 2002 г.- С.72-77.

3. Ермсшович И.В., Менян Шуберт. Оценка уровня экологической безопасности маломощных двигателей внутреннего сгорания на основе их жизненного цикла.// Актуальные проблемы экологии и природопользования,- Выпуск №.5 часть 3. - Изд-вб РУДН. М., 2005 г.- С. 140 - 144.

4. Менян Шуберт. Индикация экологической оценки уровня воздействия на1 окружающую среду маломощных двигателей внутреннего сгорания с учетом их полного жизненного цикла.// Вестник Российского университета дружбы народов. Серия, «Экология и безопасность жизнедеятельности 2004, № 1(10)». - Изд-во РУДН. М., 2004 г. - С. 104 - 109.

5. Бендик М.М., Менян Шуберт. Оценка экологического ущерба окружающей среды, наносимого маломощными двигателями внутреннего сгорания в полном жизненном циклеУ/ Актуальные проблемы экологии и природопользования." Выпуск №.5, часть 3. - Изд-во РУДН. М„ 2005 г.- С.45 - 153.

6. Менян Шуберт, Бендик М.М., Пономарев Г.Г. Проблема экологической безопасности малогабаритных двигателей внутреннего сгорания с позиций экологической парадигмы.// Материалы IV Международной научно-

• технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» Пенза, 2006 г.- С.58 - 61.

«ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ МАЛОГАБАРИТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ»

МЕНЯН Шуберт

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать Бумага типографская

заказ

Формат60х90/16

Тираж 80

МГТУ «МАМИ», Москва, 107023, Б. Семеновская ул., 38

Введение.

Глава 1. Малогабаритные двигатели внутреннего сгорания и проблемы экологии.

1.1. Оценка токсичности и дымности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

1.2. Выбросы вредных веществ в атмосферу и затраты энергии при получении конструкционных материалов.

1.3. Область распространения малогабаритных двигателей.

Глава 2. Статистический анализ технико-экономических показателей малогабаритных двигателей.

2.1. Технико-экономические показатели четырехтактных двигателей для средств малой механизации.

2.2. Взаимосвязь массы двигателя, его мощности и рабочего объема.

2.3. Оценка содержания конструкционных материалов малогабаритных двигателей.

Глава 3. Методика расчета образования оксидов азота в камере сгорания малогабаритного дизеля.

3.1. Методика расчета рабочего цикла двигателя.

3.2. Методика расчета процесса окисления азота.

3.3. Программная реализация математической модели.

3.4. Проверка достоверности методики расчета.

Глава 4. Методика испытаний и оценка показателей токсичности двигателя в эксплуатации.

4.1. Испытательный стенд и методика стендовых испытаний.

4.2.Методика расчета выбросов вредных веществ.

4.3. Метод и оценки токсичности малогабаритных двигателей по результатам стендовых испытаний.

Глава 5. Сравнительная оценка уровня экологической безопасности малогабаритных двигателей внутреннего сгорания на основе оценки их жизненного цикла.

5.1. Методика расчета экологического индикатора и расчет индикатора в производственнойчастижизненного цикла малогабаритных две.:.

5.2. Оценка уровня экологической безопасности в эксплуатационный период жизненного цикла.

5.3. Методы снижения содержания токсичных компонентов отработавших газов малогабаритных двигателей.

5.4. Оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы.

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) играют огромную роль в обеспечении устойчивого развития общества, но одновременно оказывают негативное влияние на окружающую среду. При этом загрязнение окружающей среды обусловлено не только выбросами вредных веществ на стадии эксплуатации ДВС. Негативное воздействие на экологическое состояние атмосферы проявляется также на стадии производственных процессов, связанных с добычей сырья, с производством моторного топлива и масла, конструкционных материалов и т.д. Поэтому снижение совокупного воздействия ДВС на окружающую среду, как в производственном цикле, так и при эксплуатации, является актуальной проблеI мой современного двигателестроения.

Уровень экологического совершенствования ДВС в перспективе должен соответствовать не только требованиям Правил ЕЭК ООН (№ 49, № 83 и др.), но и требованиям экологической безопасности на всех стадиях жизненного цикла (ЖЦ) согласно международным стандартам серии ISO 14000.'

Развитие экономики Республики Гаити наталкивается на ряд трудностей, источником которых является дефицит электроэнергии, потребляемой промышленными предприятиями и сельским хозяйством.

Дефицит обусловлен износом оборудования гидроэлектростанции и электросетей, которые не обновлялись в течение 30 лет. Недостаток электроэнергии в народном хозяйстве восполняется путем широкого применения мотогенераторов различной мощности. Особое значение приобретает энергоснабжение сельских районов, так как большая часть населения республики занята сельскохозяйственным производством. Средний размер угодий доходит до двух гектаров, и расположены они как в гористой местности, так и на равнине. Такие хозяйства требуют мотогенераторы и средства малой механизации с двигателями внутреннего сгорания мощностью в основном 3.7 кВт. В этом диапазоне применяют как дизели, так и бензиновые двигатели, которые вносят существенную долю в выбросы вредных веществ в атмосферу.

Учитывая сложную экологическую обстановку и зависимость Республики1 Гаити от импорта нефтепродуктов, рациональный выбор типа двигателя для мотогенератора и средств малой механизации мощностью 3.7 кВт приобретает дополнительную актуальность.

К настоящему времени накоплены определенные сведения о технических изделиях с учетом функционирования их по фазам жизненного цикла. Однако по отношению к малогабаритным двигателям внутреннего сгорания методы экологической оценки жизненного цикла до настоящего времени остаются еще мало исследованными.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка методики оценки уровня воздействия на окружающую среду малогабаритных двигателей внутреннего сгорания (МДВС) и их рационального выбора с учетом жизненного цикла (ЖЦ) для обоснования мер по повышению экологической безопасности в условиях Республики Гаити.

ИДЕЯ РАБОТЫ базируется на основе стандартов серии ГОСТ Р ИСО 14000 и результатов статистической обработке российской и зарубежной литературной информации и баз данных, содержащих экологические параметры'производства конструкционных и эксплуатационных материалов и эксплуатации малогабаритных двигателей внутреннего сгорания.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

1. На основе комплексного анализа и обобщения информационных базовых данных сформулировать алгоритм интегральной экологической оценки уровня воздействия на окружающую среду на стадиях производства и эксплуатации малогабаритных двигателей из различных конструкционных материалов.

2. На основе существующих методов математического моделирования разработать методику расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля для проведения анализа выбросов вредных веществ в окружающую среду на стадии эксплуатации МДВС и поиска средств по совершенствованию его экологических качеств.

3. Провести комплекс экспериментальных исследований на моторном стенде с целью проверки достоверности разработанной методики и результатов аналитического исследования и окончательного уточнения факторов, влияющих на экологические и экономические показатели цикла, для условий рабочего процесса малогабаритного дизеля.

4. Провести сравнительную оценку воздействия на окружающую среду в период жизненного цикла бензиновых двигателей и дизелей в диапазоне мощности 3,3. .7 кВт.

5. По результатам проведенного исследования методически обосновать рекомендации по выбору типа малогабаритного двигателя и средств улучшения их экологических качеств с целью улучшения состояния экологической обстановки в локальных зонах их эксплуатации в условиях Республики Гаити.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, выносимые на защиту, и их научная новизна.

1. Для сопоставления эффективности воздействия различных типов МДВС на окружающую среду обоснована целесообразность использования экологического критерия {«индикатора»), учитывающего интегральную степень экологического влияния на среду этих двигателей.

2. Предложена методика расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля, позволяющая проводить анализ выбросов вредных веществ в окружающую среду на стадии эксплуатации МДВС и обосновывать выбор наиболее рациональных средств по повышению его экологической безопасности.

3. По результатам исследования выявлены эффекты неоднозначного воздействия на окружающую среду МДВС в производственной и эксплуатационной фазах их существования. Установлено, что МДВС с диапазоном мощности от 3,3 до 7,0 кВт оказывают различное влияние на экологическую безопасность, что явилось основанием для выделения трех групп по эффективности их воздействия на окружающую среду.

4. На основе предложенной методики и полученных результатов осуществленного исследования предложена процедура проведения оценки экологической безопасности МДВС, предусматривающая комплексное рассмотрение технико-экономических и экологических параметров с учетом производственной и эксплуатационной фаз существования двигателей.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ обусловлена результатами собственных экспериментальных исследований МДВС, а также комплексным анализом информационных баз данных по выбросу вредных веществ в окружающую среду при эксплуатации МДВС и производстве для них конструкционных материалов с использованием отечественных и зарубежных апробированных методик с оценкой надежности по статистическим критериям.

НАУЧНАЯ ЦЕННОСТЬ.

1. Научно - методически обоснован выбор целесообразного интегрального критерия (экологического индикатора) для оценки уровня негативного воздействия на окружающую среду МДВС с учетом их специфики, совокупно учитывающего производственные и эксплуатационные стадии существования двигателей.

2. На основе известных методов математического моделирования разработана методика расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля.

3. Определены численные значения безразмерных коэффициентов для расчета экологического индикатора производственной и эксплуатационной фаз жизненного цикла малогабаритных двигателей внутреннего сгорания.

5. Получены новые данные, устанавливающие, что:

- экологическое воздействие МДВС на окружающую среду в период производственной фазы не превышает 3.5% от воздействия в период их эксплуатации. Стадия эксплуатации двигателей обуславливает наибольший вклад в негагативное воздействие на окружающую среду. Причем с увеличением срока эксплуатации . эта цифра увеличивается пропорционально длительности работы МДВС.

- расчеты экологического индикатора для бензиновых двигателей и дизели за весь период жизненного цикла позволили выделить три области воздействия на экосистему МДВС с учетом их мощности. До мощности 3,8 кВт наименьший ущерб окружающей среде наносит бензиновый двигатель. В диапазоне мощности от 3,8 до 4,6 кВт оба типа двигателей примерно равноценны. При мощности свыше 4,6 кВт преимущество имеет дизель.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается:

- в получении данных, позволяющих определить суммарное негативное воздействие на окружающую среду малогабаритных двигателей внутреннего сгорания в производственной и эксплуатационной стадиях их существования, и делать целесообразный выбор конкретного двигателя по данному критерию;

- в практических рекомендациях по выбору средств улучшения токсических характеристик МДВС, что обеспечивает повышение экологической безопасности среды в зонах их эксплуатации.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены на научных конференциях: «Актуальные проблемы экологии и природоиспользования» в 2001, 2002, 2004, 2005 г.г. в Российском университете дружбы народов, и кафедры «Промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности»; на международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» в г. Пенза, 2002, 2006 гг.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа содержит 126 страниц машинного текста, введение, пять глав основного содержания, общие выводы, 29 рисунков, 27 таблиц и список литературных источников из 84 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная народнохозяйственная задача по разработке '< методики оценки и выполнено исследование экологической безопасности малогабаритных двигателей внутреннего сгорания на стадиях производства и эксплуатации с учетом основных факторов воздействия на окружающую среду.

На основании полученных в работе результатов можно сделать следующие основные выводы.

1. Разработан алгоритм для комплексной оценки экологического воздействия на окружающую среду малогабаритных двигателей внутреннего сгорания с учетом их изготовления из различных конструкционных материалов. Научно обоснован выбор обобщенного численного показателя - экологического индикатора, определяющего влияние на экологическую безопасность токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу, в производственной и эксплуатационной фазах жизненного цикла МДВС. Определены численные значения безразмерных коэффициентов для расчета экологического индикатора двигателей данного класса.

2. На основе методов математического моделирования разработана методика расчета параметров процесса сгорания и образования оксидов азота в цилиндре малогабаритного дизеля, позволяющая оценить выбросы вредных веществ в окружающую среду на стадии эксплуатации МДВС и обосновывать выбор наиболее рациональных средств повышения его экологической безопасности.

3. Получен результат, свидетельствующий о существовании для малогабаритных одноцилиндровых двигателей линейной зависимости между их массой, рабочим объемом и "мощностью, что обуславливает возможность определять экологический индикатор в производственной фазе жизненного цикла по показателям мощности двигателя. 4. Установлено, что экологическое воздействие малогабаритных двигателей на окружающую среду в период производственной фазы составляет

3. .5% от величины их воздействия в период их эксплуатации. Стадия эксплуатации двигателей обуславливает наибольший вклада в негативное воздействие на окружающую среду. Причем с увеличением срока эксплуатации эта цифра увеличивается пропорционально длительности работы МДВС.

5. Расчеты экологического индикатора для бензиновых двигателей и дизелей за весь период жизненного цикла позволили выделить три области воздействия на экосистему МДВС с учетом их мощности. До мощности 3,8 кВт наименьший ущерб окружающей среде наносит бензиновый двигатель. В диапазоне мощности от 3,8 до 4,6 кВт, оба типа двигателей примерно равноценны. При мощности свыше 4,6 кВт преимущество имеет дизель.

6. По результатам проведенного исследования сформулированы общие принципы в подходе к решению проблемы рационального выбора типа малогабаритных двигателей и эффективных мер по совершенствованию их токсических показателей с целью улучшения экологической обстановки в зонах их эксплуатации для условия Республики Гаити.

1. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. Владимир. 2000 - 254с.

2. Гемманец Г.В., Лиханов В.А. Социально-экологические проблемы автомобильного транспорта М.АСПОЛ 1993 - 33Ос.

3. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и окружающая среда. — М. Транспорт. 1979.-197с.

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

5. Горбунов В.В., Патрахальцев Н.Н. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. -М. РУДН. 1998 г.6: Антошкин И.А., Борисов В.М. Экономия топлива, снижение токсичности и дымности отработавших газов при эксплуатации автомобилей. Л. ДНТП. 1981.-24с.

6. Кутенев В.Ф., Гусаров А.П. Важнейшие резервы улучшения топливной экономичности и снижения токсичности автомобилей. Автомобильная промышленность. 1981. №5 с.5-8.

7. Государственные доклады о состоянии окружающей среды РФ в 1994,1995,1996 и 1997г. М. Центр международных проектов. 1995, 1996, 1997, 1998 . "

8. Лиханов В.А. Сайкин A.M. Дымность отработавших газов автотракторных дизелей. М. Транспорт. 1994. — 240с.

9. Баженов Ю.В. Овчинников В.П. Влияние автотранспортного комплекса на экологическую обстановку // Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе М. МГАДИ. 1999. -с50.

10. Варшавский И.Л. Методы и критерии оценки токсичности автомобилей // Сб. докладов международного совещания по использованию энергоакку-мулирующих веществ в экологии. — М. ИМАШ.1999. — с.139-144.

11. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. — М. Машиностроение, 1977. — 277с.

12. Гальговский В.Р., Долецкий В.А., Мальков Б.М. Развитие нормативов ЭК ООН по экологии и формирование высокоэффективного транспортного дизеля. 4.1. Ярославль: ЯГТУ, 1996. - 172 с.

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

14. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. — М.: Машиностроение, 1981. — 160 с.

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

16. Иванченко Н.Н., Семенов Б.Н., Соколов B.C. Рабочий процесс дизеля с камерой в поршне. — JI. Машиностроение. 1972. — 232с.

17. Игнатович И.В., Кутенев В.Ф., Рытвинеский Г.Н., Квалиметритиче-ский метод оценки токсичности двигателей Вестник машиностроение №7. 1991 с.9-12.

18. Каталитические нейтрализаторы транспортных дизелей \\ Жегалин О.И., Китросский Н.А., Панчишный В.И. и др. М. Машиностроение, 1979. -80с.

19. Кнорре В.Г., Махов В.З., Кульчицкий А.Р. Расчетная модель образования сажи и оксидов азота в дизеле. \\ MoTop-Symp 90, сб. докладов. — Татри, 1990.-С. 138- 145.

20. Козлов А.В. Оценки выбросов вредных веществ автомобилями в условиях эксплуатации. \\ Автомобильная промышленность.- 1999.- №2.- С. 3740.

21. Корнилов Г.С., Панчишный В.И. Физико-химические методы обезвреживания ОГ дизелей. \\ Автомобильная промышленность.- 1998.- №11.- С. 14-18.

22. Кульчицкий А.Р., Честнов Ю.И. Оценка дымности дизелей на переходных режимах //сб. тез. Докладов НАМИ М. НИЦИАМТ - 1989 - с 106107.

23. Кутенев В.Ф., Звонов В.А., Козлов А.В. Оценка экологической безопасности автомобиля по методике полного жизненного цикла.// Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе. М МГАДИ 1999 — С.11-12.

24. Лиханов В.А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. -М.: ВО «Агропромиздат», 1991 —208 с.

25. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В., Проблемы транспортной экологии. // Решение экологический проблем в автотранспортном комплексе. — М.:1. МГАДИ.- 1999.-С.5-6.

26. Магарил Е.Р., Резник Л.Г., Интегральная оценка токсичности отработавших газов // Автомобильная промышленность. 1998, №3 с 9-11.

27. Малов Р.В. Расчет концентрации оксидов азота в отработавших газах дизеля // Автомобильная промышленность.-1977.- №5.- С. 9-10.

28. Николаенко А.В., Салова Т.Ю. Моделирование кинетики образования оксидов азота в двигателях // Двигателестроение 1998,№1 с 35-37.

29. Новиков Л.А. Технология снижения вредных выбросов //Двигателестроение 1997 №1-2 с 49-51.

30. Новое топливо для городского транспорта // Т. Смирнова, С. Захаров, И. Больдырев, С. Аникин //Мотор, 1999 №2 с 42-43.

31. Озимов П.Л., Ванин В.К. Развитие конструкции дизелей с учетом требований экологии // Автомобильная промышленность. 1998, №11 с. 31-32.

32. Оценка относительной агрессивности углеводородов в ОГ бензиновых двигателей / Азарова Ю.В., Пачзсов Д.П., Козлов А.В., Кузнецова В.Я. // сб. тр НАМИ. 1989-с 59-62

33. Очистка выхлопа дизелей ОГ сажи // Автостроение за рубежом. 1998. №6 с. 17.

34. Парниковый эффект и проблематика С02 . Экологические проблемы на транспорте // Экспресс-информация, 1990. №15 Реф 276 с 2-5.

35. Расчетная оптимизация устройства изменения угла опережения впрыска топлива по составу отработавших газов / Кульчицкий А.Р., Коротеев А.Г., Петров В.Л., Честнов Ю.И. // сб. науч. Тр. СПБ: Академия транспорта, 1997. с 41-4839.

36. Сигял Ии.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. — Л: Недра, 1988. с-312.

37. Смайлис В.И. Малотоксичные двигатели. Лл Машиностроение, 1973128с.

38. Филиппосьянс Т.Р., Кратко А.П.,. Мазинг М.В. Методы снижения вредных выбросов с ОГ автомобильных дизелей. М. НИИНАВТОПРОМ. 1979.-65 с.

39. Трофименко Ю.В., Лобиков А.В. Оценка риска здоровью населения от воздействия выбросов транспортных потоков // Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе. М.: МГАДИ, 1999 - с. 35-36.

40. Химические загрязнители воздушной среды и работоспособность человека/ /Е.НЛанасюк, И.И. Даценко, Штабский —Киев:'Здоровье 1985 г — 88с.

41. Ляпин А.С., Ксеневич И.П., Шкирятов В.В. Новые способы минимизации количества вредных выбросов отработавших газов тепловых двигателей мобильных машин. //Приводная техника 2000 №7/8 с. 15-21.

42. 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.

43. Попов В.Д. Экологические аспекты механизации сельскохозяйственного производства // Приводная техника 2000 №2.

44. Sullivan, M.M. Costic, WW.Han. Modilling automotive life-cycle assessment. I I Automotive Engineering international. July 1998.

45. Life Cycle Assessment LCA. A guide to approaches, experiences and information sours. Report to the European Environment Agency. Copenhagen. August 1997.

46. The Eco-indicator 95. Manual for Designers November 1996.

47. Lindeifer Ее. Normalization and Valuation JVAM Environment Research, University of Amsterdam. August 1996.

48. Экологический энциклопедический словарь 405c. // Дедю И.И.

49. Анцырев А.А. Эколого-экономические основы природопользования. Ново" сибирск, 1994.-342 с.

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

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

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

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

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

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

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

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

58. Elkothb М. 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.

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

60. 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.

61. Амбарцумян B.B., Носов В.Б., Тагасов В.И., Сарбаев В.И. Экологическая безопасность автомобильного транспорта: Учебное пособие дла ВУЗов. М.: Издательство «Научтехлитздат», 1999г. — 208с.

62. Сарбаев В.И. Теоретические основы обеспечения экологической безопасности автомобильного транспорта: монография. М.:МПИУ, 2003. - 144с.

63. Сарбаев В.И. Методология и практика обеспечения экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта / Под ред. А.Е. Воробьева. М: Издательство «Машиностроение - 1», 2004. — 336с.

64. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Л84 Промышленно-транспортная экология: Учеб. Для вузов / Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высш.шк., 2001. -273 с.

65. Стабилизация экологической обстановки и использование современных видов моторного топлива: Информационно-аналитические аспекты. — М.: СЭБ Интернационал Холдинг, 2001. 368 с.

66. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. Изд. 2-е перераб.-М.: Машиностроение, 1981-160 с.

67. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Пер. с англ. Г.ЛАгафонова. Под ред. П.А.Власова.-М.: Физматлит,2003.-352 с.

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

69. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. Москва-Свердловск: Машгиз, 1962. - 270 с.

70. Теренченко А. С. Экологическая безопасность автомобильных дизелей в полном жизненном цикле / Диссерт. на .канд. техн. наук. -М., 2003. 158 с.

71. 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.

72. Ленин И.М. Теория автомобильных и тракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1969. -368 с.

73. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие. В 10 т. Т. VI. Гидродинамика.- 4-е изд. -М.: Наука, 1988. 736 с.

74. Zacharias F. Mollier-I,S-Diagramme fur Verbrennungsgase in der Datenverarbeitung // MTZ.- 1970. V. 31.- №7.- S. 296-303.

75. Кавтарадзе P. 3. Локальный теплообмен в поршневых двигателях: М. Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. -592 с.

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

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

78. Baulch D.L. et all. High Temperature Reaction Rate Data // Report University of Leeds.- 1969.- №4.- 58 p.ч

79. Pattas К., Hafher G. Stickoxidbildung bei der ottomotorischen Verbrennung // MTZ.- 1973.- №12.- S.564-575.

80. Музалевский А.А. Индикаторы и индексы экодинамики. Методологические аспекты проблемы экологических индикаторов и индексов устойчивого развития.// Труды 3-й Межд. конференции по мягким вычислениям и измериям SCM-2000.T.1, с.36-46.

81. И.Г. Кантаржи. МГТУ «СТАНКИН». Оценка ущерба в системах экологического менеджмента. С. 9. www.enigma.rii/file://T)IAGRAMYECO.htm.

82. The Eco-indicator 99. Methodology report. Amersfoort, the Netherlands: Pre Consultants (product ecology consultants), 1999.

83. The Eco-indicator 99. Methodology report. Amersfoort, the Netherlands: Pre Consultants (product ecology consultants), 1999.