автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Проблемы и обеспечение экологичности дизельных двигателей Камаз на уровне мировых стандартов

Актуальность темы. Мировой опыт свидетельствует, что наличие собственной автомобильной промышленности является не только одним из элементов национальной безопасности, но и выступает основой для международного сотрудничества. Развитие автомобилестроения приводит к мультипликативному эффекту в смежных областях экономики. Считается, что одно рабочее место в автомобилестроении создает 7-8 рабочих мест в смежных отраслях: металлургической, нефтехимической, стройматериалов, текстильной, электротехнической, электронной и других. Вот почему долгосрочные интересы России диктуют необходимость развития отечественной автоиндустрии. Россия была и остается в числе ограниченного круга стран, имеющих развитую дизелестроительную промышленность, призванную обеспечить экономическую, энергетическую, транспортную и оборонную безопасность государства. Весомой частью подотрасли является производство двигателей ОАО "КАМАЗ".

В "Основных направлениях государственной политики развития автомобильной промышленности России на период до 2005 года", одобренных постановлением правительства РФ № 286 от 15 марта 1999 года, особое внимание уделено производству двигателя как наиболее важного автомобильного компонента и самостоятельного продукта, используемого в других машинах. В этом документе указано на необходимость разработки новейших конструкций и создания мощностей по выпуску компонентов двигателей и их систем, которые ранее не выпускались или выпускались в недостаточных количествах. '.Это касается, прежде всего, турбокомпрессоров и теплообменников охлаждения воздуха наддува, топливной аппаратуры с повышенной энергией впрыска, электронных систем регулирования подачи топлива, нейтрализаторов отработавших газов и иных элементов систем снижения выбросов вредных веществ (ВВВ). Это продиктовано все более возрастающими требованиями потребителей к уровню технических, экономических и особенно экологических показателей дизелей, усилением конкурентной борьбы на рынке транспортных дизелей. Требования к экологической чистоте транспортных дизелей установлены Женевским соглашением 1958 года и определены Правилами Единой Европейской Экономической Комиссии щии Объединенных Наций (ЕЭК ООН) № 49, где тированы допустимые уровни ВВВ с отработавшими газами (ОГ). иы углерода - СО, углеводороды -.СН,.оксиды азота - NOx и частицы IT. Так, с 1982:года,;'когда впервые в Европе начали «зть токсичность отрабо£$йдшх 'ПаЗов'Транспортных двигателей, года допустимые в^лй'Ым^!;.:вр.едньй выбросов сократились в раза (таблица 1). Следует подчеркнуть, что дополнительный р "геердые4 частицы был включен в Правила № 49 в 1992 году ивы "ЕВРО-1") и последующее ужесточение с 1996 года (нормативы 2") для серийно выпускаемой продукции составило 2,7 раза.

Нормативы "ЕВРО-2" регааментарукхп СО < 4,0, СН < 1,1, NOx < 7,0, РТ < 0,15 г,'кВт • vac.

Таблица i

Предельные значения удельных ВВВ

Уровень Год СО НС ■ NOx РТ г/кВт • ч г/кВг - ч г/кВт - ч r/кВт- ч

ЕВРО-0 (Правила 49-01) 5 990 11,2 2,4 54,

ЕВРО-1 (Правила 49-02А) 1992 4,5 1,1 8,0 0,

ЕВРО-2 (Правила 49-02В) 1995 4,0 1 1,1 7,0 0,

ЕВЮ-3 (Проект) 2000 2„! г 0,66 | 5,0 0,

Все западные страны заблаговременно ужесточили требования к двигателям по нормам выбросов и начали производить дизельные даигатели, соответствующие Правилам ЕЭК ООН ЕВРО-3, что в 2.3 раза безопаснее двигателей, соответствующих требованиям ЕВРО-! (рис.!).

Учитывая это, в индустриально развитых странах (США, Германия, Швеция и др.) в области охраны окружающей среды от вредного воздействия автотранспорта действуют три законодательных блока. Первый - нормирование показателей АТС при их производстве и в эксплуатации. Второй, не менее важный - контроль и запрещение эксплуатации автотранспортных средств (АТС) по экологическим показателям. Третий, пожалуй, один из главных - это экономический блок, предусматривающий льготы, стимулирующие производство и использование более безопасных АТС. Это является законом ют всех без исключения моторостроительных фирм Европы, а так как Россия присоединилась к нормативам ЕЭК ООН, обязывает и Российских производителей транспортных дизелей сертифицировать свою продукцию по этим Правилам. Именно это обстоятельство оказало решающее влияние как на конструкцию дизелей, так и на конструкцию моторных систем транспортного средства, что в свою очередь заставило моторостроительные заводы коренным образом пересмотреть свою техническую политику, определило направления и темпы развития мирового транспортного дизелестроения.

Не будучи готовой к этому, Россия вынужденно продлила срок эксплуатации у себя старых двигателе у, отсрочив введение в действие требований ЕЭК ООН до начала 20024грда. Если не предпринять каких-либо действий, то в течении этих даух. лет Россия "потонет" в автотранспортных загрязнениях.

Для примера отметим, что автомобиль типа КамАЗ на жидком топливе с мощностью двигателя 190 кВт может выбрасывать за час работы

WblS UOOQHU

BBB no ЕВРО v'

Рис.1. Сравнение нормируемы* значений BBB с ОГ

П - суммарный коэффициент токсичности двигателей (в % указаны относительные токсичности веществ NOx, СО и других) более 5 кг вредных веществ, в состав которых входит: 1.5 кг угарного газа. 0,4 кг углев одородов, 2,9 кг окислов азота и 0,2 кг твердых частиц.

В закрытом помещении (с объемом, например, в 500 м3) при подготовке к выезду(или при стендовой подготовке) в течении первых секунд работы двигателя концентрации достигают предельно допустимых значений (ПДК): 1,0 мг/мг СО, 1,5 мг/м* СН» 0,085 мг/м3 NO, 0,15 мг/м* РТ. А концентрации вредных веществ вдоль магистральных улиц города всегда поддерживается выше допустимых. Отсюда все болезни канцерогенного злокачественное перерождение клетки), тератогенного (нарушение развития плода) и . мугагенного (повреждение генетического кода) характера.

В России проблеме экологизации рабочих процессов двигателей в последнее время уделяется большое внимание. Достаточно основательно этими вопросами занимаются ОАО "КАМАЗ", ОАО "ЯМЗ", коллективы ученых НАМИ, ЦНИИМ. ЦНИДИ, КГТУ им. А.Н.Туполева, КГСХА и др.

В отечественной и зарубежной литературе рассмотрены тенденции развития конструкции двигателей под влиянием ужесточения экологических требований, а также возникающие при этом проблемы. В частности, представляют большой научно-практический интерес: теоретические подходы к совершенствованию рабочих процессов двигателей, изложенные в работе [2}: результаты разработки, освоения и внедрения высокоэффективных малоразмерных турбокомпрессоров (ТКР) и охладителей наддувочного воздуха (ОНВ), обеспечивающих повышение мощности, экономичности и экологичности дизельных двигателей [4J; методы и средства интенсификации внугрикамерных процессов путем ввода дополнительного воздуха в цилиндры в конце впуска и начале сжатия [12].

Учитывая, что разработка модернизированных двигателей КамАЗ, отвечающих современным требованиям ЕЭК ООН, позволяет поднять их престиж и конкурентоспособность, НИОКР по созданию двигателей, отвечающих требованиям норм ЕВРО имеют важное народно -хозяйственное значение.