автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Снижение эмиссии оксидов азота в ДВС с унифицированным рабочим процессом при работе на обводненном этаноле

На правах рукописи

САКУЛИН Роман Юрьевич

СНИЖЕНИЕ ЭМИССИИ ОКСИДОВ АЗОТА В ДВС С УНИФИЦИРОВАННЫМ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ ПРИ РАБОТЕ НА ОБВОДНЕННОМ ЭТАНОЛЕ

Специальность 05.04.02 - тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА - 2010

003493352

Работа выполнена ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» на кафедре двигателей внутреннего сгорания

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Еникеев Рустем Далилович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Шароглазов Борис Александрович, заведующий кафедрой двигателей внутреннего сгорания ЮУрГУ

кандидат технических наук Скиба Дмитрий Владимирович, старший научный сотрудник лаборатории «Теплофизики горения» кафедры авиационной теплотехники и теплоэнергетики УГАТУ

Ведущая организация: ООО ГСКБ «Трансдизель», г. Челябинск

Защита диссертации состоится «/5 у>ОУ7/Ое/^ 2010 г. в « часов на заседании диссертационного совета Д-212.288.05 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12, актовый зал 1 корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « 3 ъ /^С/Р/7) с? 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Истощение запасов нефти и газа, а также негативные экологические последствия их переработки и сжигания - глобальные проблемы мировой энергетики. Наиболее приемлемым топливом, способным заменить продукты нефтепереработки и газ, могло бы быть топливо, участвующее в кругообороте веществ в природе. Из топлив растительного происхождения наиболее перспективным является этанол, который может быть получен в процессе естественного брожения из растительного сырья. При использовании этанола не происходит роста содержания углекислого газа в атмосфере, а снижение токсичности отработавших газов, особенно эмиссии оксидов азота, может быть достигнуто добавкой воды. Этанол, в отличие от традиционных топлив, образует с водой устойчивые смеси. Однако этанол обладает высокой скрытой теплотой парообразования, что вызывает большие затраты тепла на испарение и, соответственно, трудности со смесеобразованием и воспламенением. Добавка воды усугубляет эту проблему.

Проблемы применения этанола в качестве моторного топлива вызвали необходимость создания принципиально нового, получившего название унифицированного, рабочего процесса (УРП). Дополнительно этот процесс обеспечивает многотопливность, что важно в период перехода от традиционных топлив к биотопливам. Благодаря особенностям этого процесса появляется возможность создания двигателя, объединяющего лучшие качества двух существующих типов двигателей - топливную экономичность дизеля и удельную мощность бензинового ДВС. В УРП устраняются ограничения по нижнему пределу степени сжатия, верхнему пределу частоты вращения коленчатого вала и цетановому числу топлива, характерные для дизельных двигателей. Поэтому многотопливность может быть реализована при значительно более низких, чем в многотопливных дизелях, степенях сжатия, а параметры двигателя не ограничиваются сравнительно медленными химическими процессами, которые приводят к самовоспламенению и сильно зависят от типа топлива, термодинамических условий в рабочей камере и т.п.

Решающую роль в реализации УРП играет возможность формирования в районе искрового разряда топливовоздушной смеси, состав которой находится в концентрационных пределах воспламенения независимо от вида топлива и нагрузки на двигатель. Таким образом, появляется возможность воспламенения топлив, неспособных воспламеняться в дизельных и бензиновых двигателях, в том числе и сильно обводненного этанола.

К настоящему времени доказана возможность работы поршневого ДВС (ПДВС) с УРП на этаноле. Однако потенциал снижения и закономерности эмиссии оксидов азота при сжигании этанола не изучены. Таким образом, актуаль-

ность работы вытекает из необходимости исследования закономерностей воспламенения и сжигания сильно обводнённого этанола в условиях ПДВС с УРП.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является снижение эмиссии оксидов азота в ДВС с унифицированным рабочим процессом при использовании обводненного этанола.

В соответствии с целью формулировались задачи исследования:

1. Провести численное исследование влияния обводнения топливовоздуш-ной смеси на кинетический механизм окисления топлива и эмиссию оксидов азота.

2. Экспериментально исследовать возможность работы поршневого ДВС с унифицированным рабочим процессом на обводнённом этаноле.

3. Экспериментально определить возможность снижения эмиссии оксидов азота за счёт увеличения содержания воды в топливе. Определить влияние степени обводнения топлива на индикаторные показатели двигателя.

4. Экспериментально определить влияние степени обводнения топлива на процесс горения и эмиссию продуктов неполного горения.

Методы исследования. При выполнении работы использованы следующие методы исследования:

- методы и модели химической кинетики процессов высокотемпературного окисления;

- методы математического моделирования сложных систем, включая методы численного решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений;

- методы экспериментальных исследований полноразмерных ДВС.

Исследование носило расчетно-экспериментальный характер. Используемые математические модели процессов химической кинетики проверялись на достоверность. В части, выполненной методом исследования на полноразмерном ДВС, продемонстрировано и количественно показано влияние степени обводнения топливовоздушной смеси на эмиссию оксидов азота, продуктов неполного окисления топлива и индикаторные показатели экспериментального двигателя.

Научная новизна

1. Экспериментально доказана возможность снижения эмиссии оксидов азота в поршневых ДВС с унифицированным рабочим процессом без ухудшения индикаторных показателей двигателя посредством сжигания обводнённых этаноловоздушных смесей.

2. Теоретически обосновано влияние воды на кинетику окисления топлива и подавление эмиссии оксидов азота в условиях поршневого ДВС.

Практическая ценность

Результаты исследований имеют практическую ценность, а именно могут быть использованы:

1. При численных исследованиях влияния обводнения на кинетику окисления топлива.

2. При разработке перспективных малотоксичных ДВС на основе УРП.

Результаты моделирования химической кинетики окисления топлива в присутствии воды и зависимости экологических характеристик и индикаторных показателей ДВС с УРП от содержания воды в обводнённом этаноле внедрены в учебный процесс в УГАТУ.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Влияние добавки воды к этанолу на снижение эмиссии оксидов азота в поршневых ДВС заключается в увеличении времени достижения равновесия за счет снижения концентрации атомарного кислорода.

2. Обводнение топливовоздушной смеси в двигателе с унифицированным рабочим процессом позволяет радикально снизить эмиссию оксидов азота без негативного влияния на индикаторные показатели двигателя.

Достоверность научных положений, результатов и выводов, содержащихся в диссертационной работе, основывается на:

- корректном использовании фундаментальных уравнений химической кинетики;

- использовании признанных научных положений, апробированных методов и средств исследования, применении современного математического аппарата;

- сопоставлении результатов расчетов с данными экспериментов на реальном ДВС в стендовых условиях.

Апробация работы. Работа изложена и одобрена на расширенном заседании кафедры ДВС УГАТУ. Результаты работы докладывались на третьей и четвёртой всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых учёных «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2008, 2009), всероссийской молодежной научной конференции "Мавлютовские чтения" (г. Уфа, 2009).

Личный вклад соискателя в разработку проблемы: все основные идеи работы сформулированы лично автором. Материалы диссертации основаны на исследованиях автора в период с 2004 по 2009 годы.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 печатных работах, в том числе в 2 публикациях в центральных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, приложения и списка литературы. Содержит 137 страниц машинописного текста, включающего 91 рисунок, 7 таблиц и библиографический список из 112 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ работ, связанных с темой научного исследования. Рассмотрены и проанализированы научные труды, посвященные

проблемам токсичности энергетических установок таких ученых, как В.А. Марков, В.А. Звонов, А.Р. Кульчицкий, С.А. Чесноков, Ф.Г. Бакиров, P.C. Ка-шапов, В.Г. Тырышкин, J. Warnaz, W. Marinov, С. Pitz, М. Westbrook, и др. Дан анализ использования этанола в качестве моторного топлива и анализ современных и перспективных методов снижения токсичности ДВС.

На основе проведённого анализа установлено, что наиболее перспективным механизмом подавления эмиссии оксидов азота при сжигании топлив в большинстве исследований называется снижение уровня температур в зоне реакции. Именно этот механизм реализуется как при обеднении топливовоздуш-ной смеси, так и при её обводнении. В поршневых ДВС, где рабочий процесс носит циклический характер, наряду с проблемами сгорания как бедных, так и обводнённых смесей возникают проблемы, связанные с их воспламенением, поэтому возможности снижения температуры в зоне реакции ограничены. В то же время, ряд исследований указывает на то, что вода кроме физического влияния на процесс горения способна оказывать также и кинетическое влияние, обусловленное взаимодействием молекул воды с активными радикалами, которые инициируют эмиссию оксидов азота. В результате этого взаимодействия концентрация активных радикалов снижается, что и ведёт к снижению эмиссии оксидов азота.

Вышеизложенное позволяет выдвинуть гипотезу, что обводнение топли-вовоздушной смеси позволит добиться уровня эмиссии оксидов азота, сопоставимого с результатами, полученными при использовании обеднения, но при более высокой температуре. Организация работы поршневого ДВС с унифицированным рабочим процессом на обводнённом этаноле позволит добиться значительного улучшения экологических характеристик двигателя без негативного влияния на его индикаторные показатели.

Во второй главе посредством программного обеспечения собственной разработки производится моделирование детального кинетического механизма окисления топлива для определения влияния температуры на эмиссию оксидов азота при сгорании околостехиометрических смесей с добавками и при отсутствии добавок воды. Кроме того, производится сравнение этого метода с методом сжигания бедных предварительно перемешанных смесей.

Поставленные задачи в условиях поршневого ДВС определяют выбор изотермической реакции при постоянном объеме как наиболее удобного для анализа варианта моделирования. В такой постановке можно абстрагироваться от вопросов, связанных с тепломассообменными процессами и специфики, определяемой конкретным двигателем. В качестве модельного топлива выбран метан, поскольку, во-первых, кинетика его окисления является наиболее достоверно и полно изученной, во-вторых, проблема окисления многоатомных али-

фатических углеводородов может быть сведена к проблеме окисления метиловых и этиловых радикалов.

Детальный кинетический механизм окисления метана и азота, лежащий в основе разработанной математической модели, состоит из 639 реакций, определяющих изменение концентраций 126 компонентов.

Из теории химической кинетики известно, что для химического процесса скорость образования (расходования) к-го вещества может быть записана как:

где

1-1

"ь = 1>и - ии

Скорость ¡-й реакции ¡у, равна разности прямых и обратных скоростей:

Ы к=1

У

где [X/] - молярная концентрация к-го вещества, и ь и стехиометрические коэффициенты к-го вещества 1-й реакции, индексы и обозначают принадлежность к прямой и обратной реакции соответственно, к/, и кг, - прямая и обратная константы скорости для ¡-й реакции. Константы прямых реакций представлены в Аррениусовой форме:

А^Г'-ех

Константы обратных реакций определяются по соотношению:

*

"X

>

где Кс - константа равновесия (концентрационная), которая может быть найдена из термодинамических параметров:

к

(р

V — V \ аты. 4

Константа равновесия

г \

ж

обозначаемая в отечественной литературе как К0 - стандартная константа равновесия, определяется из зависимости:

'дх; дя;ч>

КР1 =ехр

д ят

где слагаемые вычисляются с помощью полиномиальных зависимостей NASA (семикоэффициентный формат):

AS° A S° — = / R t R

>

дя; л щ

- = / —L

RT *'ЛГ

Численное решение жесткой системы обыкновенных дифференциальных уравнений осуществлялось методом Гира. Математическая модель была реализована на языке программирования С++.

Для адекватности качественной оценки результатов расчёта исходные параметры задавались в максимальном приближении к условиям двигателя с унифицированным рабочим процессом. В таком двигателе предполагается, что подавляющая часть массообменных процессов происходит после закрытия управляющих органов газообмена. Количество воздуха в цилиндре в этих условиях не должно зависеть от количеств топлива и воды. Поэтому концентрация воздуха во всех расчетах задавалась одинаковой. Поскольку подвод теплоты в двигателе с унифицированным рабочим процессом близок к изохорному, то начальная концентрация воздуха определялась по параметрам конца сжатия (Р ~ 3 МПа, Т~ 780 К). Моделирование с данной концентрацией воздуха проводилось при различных значениях температуры: 1700; 1800; 1900; 2000; 2500; 2800 К. Концентрация воды для каждой температуры подбиралась таким образом, чтобы давление, рассчитанное в приближении для идеального газа, оставалось неизменным независимо от температуры и соответствовало давлению в отсутствие воды при Т= 2800 К и а = 1,1. Концентрация топлива при расчете температурных зависимостей, как в присутствии воды, так и при ее отсутствии оставалась неизменной и соответствовала составу а = 1,1.

На рис. 1 и 2 представлены зависимости эмиссии оксидов азота от времени при различных температурах без добавки и с добавкой воды соответственно. Время реакции 10 мс приблизительно соответствует продолжительности тепло-подвода в поршневом двигателе на низкой (1200 - 1500 об/мин) частоте вращения коленчатого вала. Из графиков видно, что равновесная концентрация оксидов азота за это время успевает установиться только при 2800 и 2500 К.

При более низких температурах равновесие установиться в данных условиях эксперимента не успевает. Начинает сказываться влияние добавок воды на эмиссию оксидов азота. В основе данного механизма лежит увеличение времени достижения равновесия за счет снижения сверхравновесных концентраций активных радикалов в присутствии воды.

Анализ механизма образования оксидов азот позволил сделать вывод о том, что основную роль в окислении азота при температурах ниже 1900 К играет атомарный кислород. Чем ниже температура, тем значительнее доля оксида

азота, образованного в период времени существования больших сверхравно-веспых концентраций. За первоначальным скачком следует более медленное изменение концентрации. В этом температурном диапазоне эмиссия оксидов азота практически целиком определяется концентрацией, образованной в период времени, соответствующий существованию сверхравновесиых концентраций. Поскольку присутствие воды снижает сверхравновесные концентрации атомарного кислорода, суммарный выход оксида азота в присутствии воды значительно меньше, чем без воды (рис. 1,2). с

0.14

о.п 0.1 0.0$ 0.06 ОМ 0.02 0.

0 0.002 0.004 0.006 0.008 Г. с

Рисунок 1- Зависимость концентрации N0 от времени при различных температурах без добавки воды: 1 - Т=2800 К (С х 0,03, моль/м3); 2 - Т=2500 К (С * 0,03, моль/м3); 3 - Т=2000 К (С, моль/м3); 4 - Т= 1900 К (С, моль/м3);

5-Г= 1800 К (С, моль/м3); 6-Г= 1700 К (С, моль/м3)

0.08

1)06

0.02

I) 0.002 0.СКН О.ОИ 0 008 г

Рисунок 2 - Зависимость концентрации N0 от времени при различных температурах с добавкой воды: 1 - Г - 2500 К (С * 0,03, моль/м3); 2 - Г=2000 К (С, моль/м3); 3 - Г= 1900 К (С, моль/м3); 4-7"= 1800 К (С, моль/м3); 5-7'== 1700 К (С, моль/м3)

На рис. 3 представлены зависимости концентрации оксидов азота от температуры. Видно, что изменение характера кривых концентрации оксида азота

с уменьшением температуры в обоих случаях начинается в области близкой к 1900 К. Выход оксида азота с добавкой воды при этой температуре (а = 1,1) ниже, чем при 1700 К, но без добавки воды (а = 2).

Температура, К

Рисунок 3 - Зависимость концентрации оксидов азота от температуры:

1 - без добавки воды а = 2;

2 - с добавкой воды а = 1,1.

Сравнив скорости окисления околостехиометрических смесей метана при 1900 К с добавкой и без добавки воды, можно заметить (рис. 4), что в случае применения воды процесс окисления в начальной стадии идет заметно интенсивнее. На последней стадии процесс замедляется и скорости превращения СО в С02 практически выравниваются.

\\ я*

Л // чсо2

\\ №

\\ к

IV

\ X

о аоссош слтм <шше оошя оеши с оста о шли огцт шшш олхт

враля, с

-С водой

--Без воды

Рисунок 4 - Изменение концентрации СН4, СО, СО2 при температуре 1900К и а = 1,1 При 1700 К и без добавки воды проведен расчет для а = 2. Данные приведены на рис. 5. Видно, что продолжительность окисления в случае околосте-хиометрической смеси при 1900 К с добавкой воды почти в 3 раза меньше, чем

при а = 2 и 1700 К без воды (рис. 5). При этом в условиях обеднения (а = 2, 1700 К без воды) концентрация оксида азота, образованная в период до 10 мс, выше концентрации, соответствующей окислению околостехиометрической смеси при 1900 К с добавкой воды (рис. 3).

время, с

-Ре«м1

--Реяы!

Рисунок 5 - Изменение концентрации СИ», СО, С02: режим 1 - Г= 1900 К, а = 1,1; режим 2 - Г= 1700 К, а = 2

Таким образом, результаты кинетического исследования показывают возможность существенного снижения концентрации оксидов азота в отработавших газах за счет обводнения топливовоздушных смесей. Причем их концентрация при температурах пламени, соответствующих условиям сгорания бедных предварительно перемешанных смесей (1700 - 1800 К), почти на порядок ниже.

Поскольку в поршневых ДВС рабочий процесс носит циклический характер, необходимо учитывать тот факт, что диапазон (концентрационный, температурный) устойчивого воспламенения уже, чем диапазон распространения пламени. Поэтому в поршневых ДВС проблемы связаны не столько с возможностью сгорания смесей, сколько с возможностью их воспламенения. Соответственно, возможности снижения температуры пламени здесь более ограничены.

Из рис. 3 следует, что концентрация оксида азота, соответствующая сгоранию необводненной бедной смеси при 1700 К, достигается в случае сгорания обводненной смеси при более высокой температуре (Т > 1900 К). Кроме того, как следует из рис. 5, скорость окисления в последнем случае выше почти в 3 раза. Это обстоятельство должно способствовать улучшению условий воспламенения, большей устойчивости и полноте горения.

В третьей главе дается описание основных принципов унифицированного рабочего процесса, приводятся характеристики экспериментального двигате-

ля, описывается измерительная аппаратура.

В работах, проведённых ранее на кафедре ДВС УГАТУ, был представлен унифицированный рабочий процесс (рис. 6):

Рисунок 6 - Схема реализации унифицированного рабочего процесса;

1 - поршень; 2 - факел обогащенной топливовоздушной смеси; 3,4 - устройства дозирования топлива и воздуха для компрессор-форсунки; 5 - поршень компрессор-форсунки; 6 - компрессор-форсунка; 7 - свеча зажигания; 8 - привод компрессор-форсунки от вала двигателя (условно); 9 - катушка системы зажигания.

Топливо с небольшим количеством воздуха поступает в полость компрессор-форсунки, где происходит предварительная стадия смесеобразования - подогрев, дробление, перемешивание и частичное испарение топлива. Поршень компрессор-форсунки приводится в движение от коленчатого вала двигателя. На такте сжатия за счет движения поршня компрессор-форсунки происходит впрыск топливовоздушного факела в рабочую камеру двигателя, в которой окончательно формируется расслоенный заряд. Зажигание смеси осуществляется искровым разрядом от свечи зажигания на периферии топливовоздушного факела. Компрессор-форсунка оснащена необходимыми устройствами для дозирования топлива и воздуха в зависимости от рабочего объема двигателя и режима его работы. Система зажигания имеет конструкцию и параметры разряда, характерные для современных бензиновых двигателей.

Таким образом, условия реализации унифицированного рабочего процесса сводятся к принудительному воспламенению струи богатой топливовоздушной смеси, на периферии которой организуется необходимое для воспламенения распределение концентрации топлива. При этом горение может приобретать многоочаговый характер.

Унифицированный рабочий процесс был реализован на одной секции четырёхцилиндрового дизельного двигателя Д-65Н посредством замены штатной форсунки на оригинальную двухступенчатую компрессор-форсунку.

В соответствии со спецификой конструкции разработана и установлена оригинальная свеча зажигания. Ввиду особенностей формирования факела распыла, была модернизирована камера сгорания секции, в результате чего степень сжатия была снижена со стандартных 17,3 до 12,5. Дросселирование воздуха на впуске не осуществлялось. Для проведения экспериментов была использована бесконтактная система зажигания с накоплением энергии в индуктивности. Экспериментальный двигатель был оборудован системами изменения угла опережения зажигания и впрыска топлива. Для анализа отработавших газов экспериментального двигателя применялся газоанализатор Infraligth - IIP. Нагружение экспериментального двигателя производилось с помощью испытательного стенда A VL D1NO perform. Индицирование проводилось с помощью электронной системы экспериментального анализа фирмы A VL (рис.7).

Рисунок 7 - Схема электронной системы индацирования

В четвертой главе приводятся методики натурных экспериментов и результаты экспериментальных исследований.

В экспериментах использовались водные растворы этанола различной концентрации (95, 70, 45% объемных). При работе на каждом виде топлива снимались индикаторные диаграммы двигателя и определялся состав отработавших газов. Измерения проводились на частоте вращения вала двигателя, близкой к частоте вращения при максимальном моменте (1100 - 1200 об/мин). Для сравнения аналогичные измерения были проведены при работе двигателя на базовом дизельном топливе со штатной системой топливоподачи и регулировки опережения впрыска на режиме максимального крутящего момента (содержание 02 в отработавших газах порядка 5 - 7%).

Для каждого экспериментального топлива исследование производилось на двух нагрузочных режимах:

• Полная нагрузка (содержание 02в отработавших газах порядка 1,5%)

• Частичная нагрузка (содержание 02 в отработавших газах порядка 5%)

Для точного определения контролируемых параметров на каждом исследуемом режиме снималась регулировочная характеристика по углу опережения впрыска топлива и углу опережения зажигания.

На рис. 9 и 11 приведена экспериментальная зависимость выбросов оксидов азота от содержания воды в спиртоводном растворе. При этом на одном графике совмещены экспериментальные данные, полученные при условии максимального индикаторного давления, и при условии минимальной эмиссии оксидов азота. Это позволяет сделать выводы о диапазоне регулировок двигателя одновременно по двум этим характеристикам. При больших содержаниях воды наблюдается значительное снижение выбросов оксидов азота, соизмеримое с выбросами последних в дизельных двигателях с гомогенным зарядом, где организуется сжигание бедных предварительно перемешанных смесей. Однако в отличие от последних снижение оксидов азота в описываемом способе не вызывает снижения удельной мощности двигателя (рис. 8, 10).

1 и

95 70 45

Содержание этанола в топливе, % по объёму ЕЗ Pi максимальное D Pi при минимальном N0

Рисунок 8 - Изменение среднего индикаторного давления от содержания этанола в спиртоводном растворе на режиме максимальной нагрузки (содержание О2 в отработавших газах 1,5%)

95 70 45

Содержание этанола в топливе, % по объёму

SNO яри максимальном Pi ONO минимальное

Рисунок 9 - Изменение эмиссии оксидов азота от содержания этанола в спиртоводном растворе на режиме максимальной нагрузки (содержание Ог в отработавших газах 1,5%)

Рисунок 10 - Изменение среднего индикаторного давления от содержания этанола в спиртоводном растворе на режиме частичной нагрузки (содержание 02 в отработавших газах 5%)

2500

Е 2000

о.

X О 1500

^

1 1000

У

п 500

0

1941

1125

I

11134

409

17! 59 П ■

Дизель 95 70 45

Содержание этанола в топливе, % по объёму

■ N0 базового дизеля □ N0 минимальное

13 N0 при максимальном Р:

Рисунок 11 - Изменение эмиссии оксидов азота от содержания этанола в спиртоводном растворе на режиме частичной нагрузки (содержание СЬ в отработавших газах 5%)

Для анализа влияния обводнения на полноту сгорания топлива также фиксировались эмиссии оксида и диоксида углерода. На всех исследованных режимах работы двигателя не было отмечено значительного роста выбросов СО и сокращения выбросов С02, что свидетельствует об отсутствии негативного влияния обводнения на полноту сгорания топлива.

Таким образом, экспериментально подтверждена возможность работы двигателя с унифицированным рабочим процессом на водных растворах этанола с высоким содержанием воды в спиртоводном растворе. Показано, что в унифицированном рабочем процессе возможно достижение радикального снижения выбросов оксидов азота при увеличении количества воды в спиртовод-ной смеси без ухудшения индикаторных показателей двигателя.

Как следует из рис. 12, описанная в работе методика понижения эмиссии оксидов азота в двигателе с УРП позволила без дополнительных средств нейтрализации добиться уровня выбросов, превосходящего современные требования, и близкого к самым строгим перспективным нормам токсичности (данные приведены для 13-ти ступенчатого нагрузочного цикла, применяемого для дизельных двигателей грузовых автомобилей массой более 3,5 тон, согласно правилам ЕЖ ООН № 49 - 02). Более того, представленный в работе результат был получен при работе двигателя на режиме максимального крутящего момента, где наблюдается наибольшая эмиссия оксидов азота. В 13-ти ступенчатом нагрузочном цикле доля режима максимального крутящего момента составляет не более 20% времени, но вклад этого режима в суммарный выход N0* достигает 50%. Это позволяет сделать грубую оценку уровня токсичности исследуемого двигателя по 13-ти ступенчатому нагрузочному циклу: суммарные выбросы N0* будут в 5 раз меньше, чем на режиме максимального крутящего момента, и составят 0,14 г/кВт*ч,

EURO 5 EURO 6 2012 USHTDS проест Данная работа

проект

■ □ "Сырые" выбросы Ш Нормируемое значение выбросов NOx ■

Рисунок 12 - Сопоставление результатов исследования с современными и перспективными j нормами по выбросам оксидов азота для дизельных двигателей грузовых автомобилей (

В заключении приведена оценка перспективности дальнейших работ в этом направлении.

ВЫВОДЫ

1. Проведено численное исследование влияния обводнения топливовоз- \ душной смеси на кинетический механизм окисления топлива и эмиссию оксидов азота. Установлено, что в основе механизма влияния воды на эмиссию ок- i сида азота.дежит увеличение времени достижения равновесия за счет снижения концентрации атомарного кислорода в присутствии воды. Влияние обводнения зависит от температурного диапазона реакции. При Т = 2500 К и выше это влияние несущественно. При Т ~ 1900 -^2500 влияние обводнения зависит от времени пребывания продуктов сгорания при данных температурах. При

Т < 1900 К это влияние наиболее значительно и практически не зависит от времени пребывания продуктов сгорания при высоких температурах, поскольку время достижения равновесия гораздо больше времен, характерных для продолжительности сгорания в поршневых ДВС.

Показано, что сжигание обводненной околостехиомстрической топливо-воздушой смеси более предпочтительно в сравнении с сжиганием бедных предварительно перемешанных смесей, поскольку при равнозначных концентрациях оксида азота температура, а следовательно и скорость реакции окисления в случае добавок воды оказывается большей. Это обстоятельство способствует большей устойчивости и полноте горения.

2. Экспериментально исследована возможность работы поршневого ДВС с унифицированным рабочим процессом на обводнённом этаноле. Доказана возможность устойчивого воспламенения обводнённого этанола с объёмной долей спирта до 45% по объёму включительно. При этом двигатель стабильно работает на околостехиометрических топливо-воздушных смесях.

3. Экспериментально установлена возможность снижения эмиссии оксидов азота за счёт увеличения содержания воды в топливе. Установлено, что с ростом количества воды в обводнённом этаноле (от 95% до 45% этанола по объёму) происходит снижение уровня эмиссии оксидов азота до 19 раз по сравнению с базовьм двигателем.

Определено влияние степени обводнения топлива на индикаторные показатели двигателя. Установлено, что на режиме частичной нагрузки, соответствующем по составу смеси режиму максимальной нагрузки базового двигателя, не происходит снижения среднего индикаторного давления с ростом количества воды в обводнённом этаноле. На режиме максимальной нагрузки наблюдается рост среднего индикаторного давления до 20% по сравнению с базовым двигателем, что объясняется возможностью большего обогащения топливо-воздушной смеси в унифицированном рабочем процессе.

4. Экспериментально определено влияние степени обводнения топлива на процесс горения и эмиссию продуктов неполного горения. Установлено, что с ростом количества воды в обводнённом этаноле (от 95% до 45% этанола по объёму) не происходит увеличения времени тепловыделения. На исследованных водных растворах этанола продолжительность тепловыделения составила не более 70° угла поворота коленчатого вала, тогда как в базовом двигателе эта величина составляет 90.

Показано, что с увеличением количества воды в обводнённом этаноле уменьшается уровень максимального давления (до 1,5 раз) и жёсткость работы двигателя (до 3 раз).

Установлено, что на режиме частичной нагрузки, соответствующем по составу смеси режиму максимальной нагрузки базового двигателя, увеличение

количества воды в обводнённом этаноле не увеличивает эмиссию оксида углерода. Средний уровень выбросов СО на этом режиме на 50% ниже, чем в базовом двигателе. При дальнейшем обогащении топливо-воздушной смеси наблюдается рост выбросов СО, что объясняется работой двигателя вблизи предела обогащения. Соответственно, уровень индикаторного КПД на частичной нагрузке соответствует базовому двигателю, на максимальной нагрузке уровень индикаторного КПД в среднем на 10% ниже, чем в базовом двигателе.

Таким образом, доказана возможность и показаны причины значительного снижения эмиссии оксидов азота в поршневых ДВС с унифицированным рабочим процессом при использовании обводненного этанола.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

Статьи в рецензируемых экурналах, рекомендованных ВАК Рособрнадзора:

1. Сакулин Р.Ю. Влияние степени сжатия и способа регулирования нагрузки на эффективные показатели поршневых ДВС/ М.Д. Гарипов, Р.Ю. Сакулин // Ползуновский вестник. 2006, № 4. - с. 54 - 57.

2. Сакулин Р.Ю. Влияние воды на кинетику окисления метановоздуш-ных смесей в условиях поршневого ДВС/ М.Д. Гарипов, А.А. Гиниятов, Р.Ю. Сакулин // Вестник УГАТУ. 2008. Т.И, № 2 (29), «Машиностроение» - с. 74 -84.

В других изданиях, включая труды Всероссийских и международных НТК:

3. Сакулин Р.Ю. Сравнительное расчётное исследование методик подавления образования оксидов азота в поршневых ДВС/ Р.Ю. Сакулин //: Актуальные проблемы науки и техники: Сборник трудов четвёртой всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых учёных. УГАТУ. 2009. Том 2, «Машиностроение, приборостроение, экономика, гуманитарные науки» — с. 318

4. Сакулин Р.Ю. Расчётное исследование перспективных методов снижения токсичности отработавших газов ДВС/ Р.Ю. Сакулин, Л.Ф. Шарафиева //: Автомобильная техника: Научный вестник Челябинского высшего военного автомобильного командно-инженерного училища. 2009. Выпуск 20. -с. 163-171.

5, Сакулин Р.Ю. Работа двигателя с унифицированным рабочим процессом на обводнённом этаноле/ К.Н. Гарипов, Р.Ю. Сакулин //: Материалы конференции «Мавлютовские чтения». УГАТУ. 2009. Т.1 - с. 127 -128.

В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

-324.

Диссертант

Р.Ю. Сакулин

САКУЛИН Роман Юрьевич

СНИЖЕНИЕ ЭМИССИИ ОКСИДОВ АЗОТА В ДВС С УНИФИЦИРОВАННЫМ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ ПРИ РАБОТЕ НА ОБВОДНЕННОМ ЭТАНОЛЕ

Специальность 05.04.02 - тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 26.02.2010. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,0 Усл. кр. - отт. 1,0. Уч. - изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 103

ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул.К. Маркса, 12

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

Основные сокращения.

Обозначения физических величин.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Введение.

1.2 Обзор современного состояния проблемы применения этанола в качестве моторного топлива.

1.3 Анализ современных способов снижения токсичности отработавших газов ДВС.

1.4 Выводы.

ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБВОДНЕНИЯ НА КИНЕТИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ОКИСЛЕНИЯ МЕТАНА.

2.1 Введение.

2.2 Математическая модель.

2.3 Методика проведения расчетов.

2.4 Результаты численного исследования.

2.5 Выводы.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА И ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА.

3.1 Описание экспериментального двигателя.

3.2 Измерительная аппаратура.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ НАТУРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

4.1 Методика экспериментального исследования.

4.2 Результаты испытаний двигателя.

Актуальность исследования

Истощение запасов нефти и газа, а также негативные экологические последствия их переработки и сжигания — глобальные проблемы современной мировой энергетики.

Одним из основных потребителей топлив на основе ископаемого сырья являются поршневые ДВС (ПДВС). Объем потребления нефти для производства моторных топлив достиг 3,5 млрд. тонн и продолжает увеличиваться. Между тем, извлекаемые запасы нефти в мире и России оцениваются, соответственно, в 140 и 7 млрд. т., этих ресурсов даже при сохранении нынешних объемов добычи (в РФ — ок. 470 млн. т. в год) хватит лишь на несколько десятков лет [13]. Тем не менее, в ближайшем будущем не предвидится массовая замена ПДВС на какой-либо альтернативный источник механической энергии.

Общая мощность ПДВС составляет 80 - 85% мощности всех энергоустановок мировой энергетики. На автомобильном, железнодорожном, водном транспорте, в сельском хозяйстве, в строительстве, средствах малой механизации и ряде других областей ПДВС как источник энергии не имеет альтернативы. Мировое производство только автомобильных двигателей превысило 60 миллионов единиц в год. Количество производимых малоразмерных стационарных двигателей также превышает десятки миллионов в год. В авиации поршневые двигатели доминируют по суммарной мощности, количеству моделей и модификаций и общему количеству установленных на самолеты двигателей [13].

Указанные выше причины обуславливают заинтересованность ведущих стран мира во внедрении в широкое использование альтернативных (неископаемых) топлив. При этом новое топливо должно удовлетворять ряду требований:

- простота производства и доступность сырья;

- незначительное изменение топливной инфраструктуры при переходе на новое топливо;

- возможность адаптации устройств-потребителей под использование нового топлива.

Наиболее приемлемым топливом, удовлетворяющим перечисленным выше условиям, могло бы быть топливо, участвующее в кругообороте веществ в природе. Таковыми являются топлива из растительного сырья, при использовании которых не происходит роста содержания углекислого газа в атмосфере, а производство и переработка могут быть налажены практически в любой стране мира. Из топлив растительного происхождения наиболее перспективным является этанол, который может быть получен в процессе естественного брожения из растительного сырья (в том числе и из органических отходов). В этом случае существует возможность обеспечения круговорота этанола в биосфере и решается проблема выбросов основного источника парникового эффекта - углекислого газа [48].

Другой актуальнейшей является экологическая проблема, связанная с токсичностью отработавших газов ПДВС. В настоящее время силовые установки с поршневыми двигателями, в первую очередь автомобили, стали наиболее массовыми загрязнителями окружающей среды. Доля автотранспорта в загрязнении атмосферы крупных городов достигает

80 - 90 % по выбросам оксида углерода и оксидов азота. Автомобили являются также мощным источником канцерогенов: бенз(а)пирена, его гомологов и несгоревших углеводородов [16, 22]. Осознание серьезности назревающей экологической опасности привело к введению в развитых странах поэтапно ужесточающихся норм предельно допустимых выбросов для автомобилей.

Современные методики понижения токсичности ДВС основаны на принципе обработки отработавших газов в выпускной системе. Однако, для удовлетворения перспективных норм токсичности, прежде всего понижения эмиссии оксидов азота, их эффективности нейтрализации уже не достаточно. По этому, при разработке перспективных систем понижения токсичности

ДВС, особое внимание уделяется подавлению образования токсичных компонентов непосредственно в рабочей камере двигателя.

В настоящее время наибольшие успехи в области подавления образования оксидов азота при сгорании были достигнуты в газотурбинных установках (ГТУ) [1, 24, 28, 49], где доминирующими являются два направления:

• Сжигание бедных предварительно перемешанных смесей

• Добавление в рабочую камеру двигателя воды

В первом случае экологический эффект обеспечивается сознательным ухудшением эффективных показателей двигателя. В ПДВС, где рабочий процесс, в отличие от ГТУ носит циклический характер, наряду с проблемами сгорания бедных смесей, возникают проблемы, связанные с их воспламенением. Этого недостатка лишён второй способ, но здесь возникают проблемы с организацией подачи воды в рабочую камеру и смесеобразованием, поскольку вода не смешивается с товарными топливами.

Наилучшим, с точки зрения добавления воды, было бы спиртовое топливо, так как оно образует с водой устойчивые смеси. В то же время, спиртовое топливо обладает высоким значением скрытой теплоты парообразования, что вызывает большие затраты тепла на испарение и, соответственно, трудности со смесеобразованием и воспламенением (особенно в холодное время года). Добавка воды усугубляет эту проблему.

Одной из особенностей унифицированного рабочего процесса (УРП) является то, что воспламеняется топливовоздушная струя, еще не успевшая распространиться по всему объему камеры сгорания, т.е. организовано горение предварительно не перемешанной (или частично перемешанной) смеси. Таким образом, появляется, возможность воспламенения топлив, неспособных воспламеняться в современных дизельных и бензиновых двигателях, в том числе и сильно обводненного этанола.

Возможность функционирования ДВС с УРП на этаноле была показана в работах, проведённых ранее [12]. Тем не менее, потенциал снижения и закономерности эмиссии вредных веществ при сжигании этанола в условиях УРП изучены не были.

Актуальность исследования вытекает из возможности воспламенения и сжигания в условиях ПДВС с УРП сильно обводнённого этанола, что в традиционных ПДВС не представляется возможным. Поскольку метод обводнения топливо-воздушной смеси (TBC) является одним из наиболее перспективных, вопрос снижения эмиссии оксидов азота в ПДВС с УРП посредством использования в качестве топлива обводнённого этанола требует детального исследования.

Цель и задачи исследования

Целью исследования является снижение эмиссии оксидов азота в ДВС с унифицированным рабочим процессом при использовании обводненного этанола

В соответствии с целью формулировались задачи исследования:

1. Провести численное исследование влияния обводнения топливовоз-душной смеси на кинетический механизм окисления топлива и эмиссию оксидов азота.

2. Экспериментально исследовать возможность работы поршневого ДВС с унифицированным рабочим процессом на обводнённом этаноле.

3. Экспериментально определить возможность снижения эмиссии оксидов азота за счёт увеличения содержания воды в топливе. Определить влияние степени обводнения топлива на индикаторные показатели двигателя.

4. Экспериментально определить влияние степени обводнения топлива на процесс горения и эмиссию продуктов неполного горения.

Методы исследования

При выполнении работы использованы следующие методы исследования:

- методы и модели химической кинетики процессов высокотемпературного окисления;

- методы математического моделирования сложных систем, включая методы численного решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений;

- методы экспериментальных исследований полноразмерных ДВС.

Исследование носило расчетно-экспериментальный характер. Используемые математические модели процессов химической кинетики проверялись на достоверность. В части, выполненной методом исследования на полноразмерном ДВС, продемонстрировано и количественно показано влияние степени обводнения TBC на эмиссию оксидов азота, продуктов неполного окисления топлива и индикаторные показатели экспериментального двигателя.

Научная новизна

1. Экспериментально доказана возможность снижения эмиссии оксидов азота в поршневых ДВС с унифицированным рабочим процессом без ухудшения индикаторных показателей двигателя посредством сжигания обводнённых этаноловоздушных смесей.

2. Теоретически обосновано влияние воды на кинетику окисления топлива и подавление эмиссии оксидов азота в условиях поршневого ДВС.

Практическая ценность и достоверность научных положений

Результаты исследований имеют практическую ценность, а именно могут быть использованы:

1. При численных исследованиях влияния обводнения на кинетику окисления топлива.

2. При разработке перспективных малотоксичных ДВС на основе УРП.

Результаты моделирования химической кинетики окисления топлива в присутствии воды и зависимости экологических характеристик и индикаторных показателей ДВС с УРП от содержания воды в обводнённом этаноле внедрены в учебный процесс в УГАТУ (г. Уфа).

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Влияние добавки воды к этанолу на снижение эмиссии оксидов азота в поршневых ДВС заключается в увеличении времени достижения равновесия за счет снижения концентрации атомарного кислорода.

2. Обводнение топливовоздушной смеси в двигателе с унифицированным рабочим процессом позволяет радикально снизить эмиссию оксидов азота без негативного влияния на индикаторные показатели двигателя.

Достоверность научных положений, результатов и выводов, содержащихся в диссертационной работе, основывается на:

- корректном использовании фундаментальных уравнений химической кинетики;

- использовании признанных научных положений, апробированных методов и средств исследования, применении современного математического аппарата;

- сопоставлении результатов расчетов с данными экспериментов на реальном ДВС в стендовых условиях.

Апробация работы, публикации

Работа изложена и одобрена на расширенном заседании кафедры ДВС УГАТУ. Результаты работы докладывались на третьей и четвёртой всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых учёных «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2008, 2009), всероссийской молодежной научной конференции "Мавлютовские чтения" (г. Уфа, 2009).

Личный вклад соискателя в разработку проблемы: все основные идеи работы сформулированы лично автором. Материалы диссертации основаны на исследованиях автора в период с 2004 по 2009 годы.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 печатных работах, в том числе в 2 публикациях в центральных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Содержит 137 страниц машинописного текста, включающего 91 рисунок, 7 таблиц и библиографический список из 112 наименований.

выводы

1. Проведено численное исследование влияния обводнения топливо-воздушной смеси на кинетический механизм окисления топлива и эмиссию оксидов азота. Установлено, что в основе механизма влияния воды на эмиссию оксида азота лежит увеличение времени достижения равновесия за счет снижения концентрации атомарного кислорода в присутствии воды. Влияние обводнения зависит от температурного диапазона реакции. При Г~ 2500 К и выше это влияние несущественно. При Г~ 1900 -К2500 влияние обводнения зависит от времени пребывания продуктов сгорания при данных температурах. При Т< 1900 К это влияние наиболее велико и практически не зависит от времени пребывания продуктов сгорания при высоких температурах, поскольку время достижения равновесия гораздо больше времен, характерных для продолжительности сгорания в поршневых ДВС.

Показано, что сжигание обводненной околостехиометрической топли-во-воздушой смеси более предпочтительно в сравнении с сжиганием бедных предварительно перемешанных смесей, поскольку при равнозначных концентрациях оксида азота температура, а следовательно и скорость реакции окисления в случае добавок воды оказывается большей. Это обстоятельство способствует большей устойчивости и полноте горения.

2. Экспериментально исследована возможность работы поршневого ДВС с унифицированным рабочим процессом на обводнённом этаноле. Доказана возможность устойчивого воспламенения обводнённого этанола с объёмной долей спирта до 45% по объёму включительно. При этом двигатель стабильно работает на околостехиометрических топливо-воздушных смесях.

3. Экспериментально определена возможность снижения эмиссии оксидов азота за счёт увеличения содержания воды в топливе. Установлено, что с ростом количества воды в обводнённом этаноле (от 95% до 45% этанола по объёму) происходит снижение уровня эмиссии оксидов азота до 19 раз по сравнению с базовым двигателем.

Определено влияние степени обводнения топлива на индикаторные показатели двигателя. Установлено, что на режиме частичной нагрузки, соответствующем по составу смеси режиму максимальной нагрузки базового двигателя, не происходит снижения среднего индикаторного давления с ростом количества воды в обводнённом этаноле. На режиме максимальной нагрузки наблюдается рост среднего индикаторного давления до 20% по сравнению с базовым двигателем, что объясняется возможностью большего обогащения топливо-воздушной смеси в унифицированном рабочем процессе.

4. Экспериментально определено влияние степени обводнения топлива на процесс горения и эмиссию продуктов неполного горения. Установлено, что с ростом количества воды в обводнённом этаноле (от 95% до 45% этанола по объёму) не происходит увеличения времени тепловыделения. На исследованных водных растворах этанола продолжительность тепловыделения составила не более 70 угла поворота коленчатого вала, тогда как в базовом о двигателе эта величина составляет 90 .

Показано, что с увеличением количества воды в обводнённом этаноле уменьшается уровень максимального давления (до 1,5 раз) и жёсткость работы двигателя (до 3 раз).

Установлено, что на режиме частичной нагрузки, соответствующем по составу смеси режиму максимальной нагрузки базового двигателя, увеличение количества воды в обводнённом этаноле не увеличивает эмиссию оксида углерода. Средний уровень выбросов СО на этом режиме на 50% ниже, чем в базовом двигателе. При дальнейшем обогащении топливо-воздушной смеси наблюдается рост выбросов СО, что объясняется работой двигателя вблизи предела обогащения. Соответственно, уровень индикаторного КПД на частичной нагрузке соответствует базовому двигателю, на максимальной нагрузке уровень индикаторного КПД в среднем на 10% ниже, чем в базовом двигателе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог, Оценим перспективность дальнейших работ в данной области развития ПДВС.

Постоянное ужесточение норм токсичности, предъявляемых к ПДВС, стимулировало исследования, направленные на совершенствование систем нейтрализации токсичных компонентов ОГ. Постепенное повышение эффективности таких систем неизбежно ведёт к усложнению и удорожанию энергетической установки. Тем не менее, для удовлетворения перспективных норм токсичности, уже не достаточно той эффективности, которую могут обеспечить современные системы нейтрализации.

Успехи в области ГТУ, достигнутые в вопросе снижения эмиссии токсичных компонентов ОГ, прежде всего оксидов азота, однозначно показывают, что значительного увеличения уровня экологичности энергетической установки можно добиться, воздействуя на рабочий процесс. Тем не менее, методики, хорошо зарекомендовавшие себя на ГТУ, не применимы к ПДВС.

Описанный в работе способ подавления эмиссии оксидов азота не только показал свою высокую эффективность, но также выгодно отличается отсутствием негативного влияния на эмиссию продуктов неполного окисления топлива и индикаторные показатели двигателя. Применение обводнённого этанола в качестве топлива для ПДВС с УРП позволило добиться уровня эмиссии N0*, удовлетворяющего самым жёстким перспективным нормам токсичности без применения дополнительных средств нейтрализации.

Результаты, полученные в работе, позволяют утверждать, что данное направление развития ПДВС является перспективным. Однако, для выхода ПДВС с УРП, работающих на обводнённом этаноле, на товарный уровень, необходимо выполнить комплекс дополнительных исследований, связанных, прежде всего, с обеспечением холодного запуска и устойчивой работы двигателя во всём диапазоне нагрузок и скоростей.

1. Бакиров, Ф.Г., Полещук И.З., Шайхутдинов З.Г. Образование и выброс сажи и токсичных продуктов в камерах сгорания авиационных двигателей: Учебное пособие Уфа: УАИ, 1983. - 95 с.

2. Баранник В.П., Емельянов В.Е., Макаров В.В., Онойченко С.И., Пет-рыкин A.A., Шамонина A.B. Этиловый спирт в моторном топливе. М.: ООО «РАУ-Университет», 2005. 184 с.

3. Биомасса — источник энергии/ H.A. Рустамов, С.И. Зайцев, Н.И. Чернова // «Энергия», 2005, № 6. С. 20-28.

4. Болотов А.К., Лихинов В.А., Попов В.М. и др. Опыт снижения токсичности отработавших газов дизелей за счёт подачи воды. // Двига-телестроение, № 7, 1982. с. 48 — 50.

5. Борисов А.О., Гарипов М.Д., Еникеев Р.Д., Черноусов A.A. Рабочий процесс многотопливного поршневого двигателя; Под редакцией Р.Д. Еникеева. Уфа: Дизайнполиграфсервис, 2007. - 241 с.

6. Борисов А.О., Еникеев Р.Д., Гарипов М. Д. Мотор работает на спир-то-водной смеси. // Сельский механизатор. 2007, №6. с. 40 - 41.

7. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ: Пер. с англ. Агафонова Г.Л.; Под ред. Власова П.А. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 352 с.

8. Веселов Е.К. Исследование влияния подачи воды в цилиндры карбра-торного двигателя на параметры его тепловых процессов. // Автореферат кандидатской диссертации. Баку, 1955.

9. Влияние добавки воды к топливу и воздуху на процесс сгорания в дизеле: -В кн.: Поршневые и газотурбинные двигатели, №10, 1971. с. 1 -10.

10. Волкер П., Райт К., Устойчивость пламени двойных и тройных смесей метана, окиси углерода и водяного пара // Вопросы горения: сб. переводных статей: М.: Иностранная литература, 1953. - т. 1.-е. 280-289.

11. Волков В.В., Фадеев А.Г. Экологически чистое топливо из биомассы/ Российский химический журнал, 2003, № 6.

12. Гарипов М.Д. Унифицированный рабочий процесс поршневых ДВС: Дис. канд. техн. наук. Уфа, 2004. - 105 с.

13. Гарипов, М.Д., Еникеев Р.Д., Сакулин Р. Ю. Рабочие процессы и конструирование двигателей, работающих на биотопливах: учебное пособие Уфимский государственный авиационный технический университет-Уфа: УГАТУ, 2008. - 107 с.

14. Гарипов М.Д., Гиниятов A.A., Сакулин Р.Ю. Влияние воды на кинетику окисления метановоздушных смесей в условиях поршневого ДВС. // Вестник УГАТУ. 2008. Т.11, № 2 (29) Л.Ф. с. 74 - 84.

15. Гарипов М.Д., Сакулин Р.Ю. Влияние степени сжатия и способа регулирования нагрузки на эффективные показатели поршневых ДВС // Ползуновский вестник. 2006, № 4. с. 54 - 57.

16. Данилов А.М. Введение в химмотологию. М.: «Техника», 2003. 464 с. 3

17. Джатдоева М.Р. Теоретические основы прогрессивных технологий. Химический раздел. Ессентуки: ЕГИЭиМ, 1998. - 78 с.

18. Егорова Т.А., Клунова С.М. Основы биотехнологии. М.: Академия, 2003 207с.

19. Ефремов A.A., Кротова И.В. Комплексная переработка древесных отходов с использованием метода взрывного автогидролиза. Красноярский государственный торгово-экономический институт, Красноярск (Россия). Химия растительного сырья. 1999. № 2. С. 19-39. 5

20. Ефремов П.К. Работа двигателя внутреннего сгорания на бензовод-ных растворах: — В кн.: Защита воздушного бассейна от загрязнений токсичными выбросами транспортных средств: Харьков, т. 1, 1977. с. 262-285.

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

22. Зурабян С.Э., Колесник Ю.А., Кост A.A. Органическая химия: Учебник. М.: Медицина, 1989. - 432 с.

23. Иванов В.М. Парогазовые процессы и ихприменение в народном хозяйстве: М.: Наука, 1970. - 198 с.

24. Иванов, А. А. Новые технологии сжигания природного газа для экологически чистой энергетики. // Известия Российской академии наук. Энергетика .— 2007 .— N 5 .— С. 115-124.

25. Ирисов A.C. Спирт как моторное топливо, Государственное научно-техническое издательство по машиностроению, металлообработке и черной металлургии, Москва, 1933/

26. Калюжная И.Л., Костровский В.Н., Простов В.Н. и др. Физико-химические свойства стабильных, водно-бензиновых эмульсий: В кн.: Защита воздушного бассейна от загрязнений токсичными выбросами транспортных средств: Харьков, - т. 1, 1977. с. 382 - 394.

27. Карбамид (мочевина) средство, уменьшающее выбросы NOx. // Автостроение за рубежом. №4, 2004.

28. Кашапов P.C., Тухбатуллин Ф.Г. Малотоксичные горелочные устройства газотурбинных установок: М.: ОАО Издательство «Недра», 1997.-155с.

29. Кормилицын В.И. Экологические аспекты сжигания топлива в паровых котлах.- М.: Издательство МЭИ, 1998.- 336 с.

30. Кузнецова С. А., Данилов В.Г. Разработка новых экологически безопасных процессов получения целлюлозы. Вестник КрасГУ.

31. Кульчицкий, А. Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: учеб. пособие М.: Академический проспект, 2004. - 400 с.

32. Леонтьев B.C. Энергосберегающая технология получения топливного этанола ФГУП «РНЦ «Прикладная химия».

33. Лерман М.И., Гладков O.A. Высококонцентрированные водотоплив-ные эмульсии — эффективное средство улучшения экологических показателей лёгких быстроходных дизелей. // Двигателестроение, № 10, 1986.-с. 35-37.

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

35. Ляшков В.И., Кузьмин С.Н. «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии». Тамбов издательство ТГТУ. 2003.

36. Мак-Лиан В., де Боер П., Фагельсон Д. Водород в качестве топлива для поршневых двигателей // Перспективные автомобильные топлива. М.: Транспорт, 1982, С. 249-267.

37. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей: М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2002. с - 376.

38. Махмудов Т.М., Мурашов О.Д., Муталибов А.Д. и др. Работа транспортного двигателя на водно-топливных эмульсиях: В кн.: Защита воздушного бассейна от загрязнений токсичными выбросами транспортных средств: Харьков, - т. 2, 1977.

39. Морозов К.А., Матюхин Л.М. Разработка мероприятий для создания опытных образцов двигателей, работающих на топливах с добавками ненефтяного происхождения.// Отчет о научно-исследовательской работе. МАДИ, 1987, Раздел 3., 115 с.

40. Невструев E.H., Степаненко Н.К., Цеханов A.C. К вопросу применения воды в рабочем процессе двигателей внутреннего сгорания. // Сб. Техноэнергетика, Воронеж 1973.

41. Нефть и кукуруза: краткая история биотоплива. — Российская биотопливная ассоциация. Материалы сайта http://www.bioethanol.ru .

42. Патрахальцев Н.Н., Шкаликова В.Н. Применение нетрадиционных топлив в дизелях: М.: Изд-во РУДН, 1993. - 64с.

43. Покровский Г.П. Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости: М.: Машиностроение, 1985. - 200 с.

44. Положение дел в области продовольствия и сельского хозяйства. // Отчёт продовольственной и сельскохозяйственной организации объединенных наций, Рим, 2008. — 159 с.

45. Промышленная микробиология. Под ред. Н.С.Егорова. М.: Высшая школа, 1989-688 с.

46. Рудой Б.П. Концепция развития поршневых двигателей внутреннего сгорания// Вестник УГАТУ. 2004. Т.5, № 1(9). с. 3 - 9.

47. Спирт вместо бензина: бразильский эксперимент. Аналитический ресурс «Washington profile». Материалы сайта http://www.washprofile.org.

48. Терентьев Г.А, Тюков В.М., Смаль Ф.В. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов Москва «Химия» 1989.

49. Тумановский А.Г., Гутник М.Н., Васильев В.Д., Булысова JI.B., Гут-ник М.М. Проблема и пути создания малотоксичных камер сгорания для перспективных стационарных ГТУ// Теплоэнергетика, 2006, №4. -с.22 —25

50. Яковенко А.З. Гидролиз древесины концентрированной соляной кислотой. Химическая промышленность, Москва 1958г.

51. An Experimental and Kinetic Calculation of the Promotion Effect of Hydrocarbons on the NO-NQ2 Conversion in a Flow Reactor N. Marinov W.

52. Pitz C. Westbrook M. Hori N. Matsunaga 27th International Symposium on Combustion Boulder, CO September Z-7, 1998.

53. Bang-Quan Hea, Shi-Jin Shuaia, Jian-Xin Wanga, Hong He The effect of ethanol blended diesel fuels on emissions from a diesel engine Elsevier Received6 January 2003; accepted6 August 2003.

54. Bedford F., Dittrich P., Raab A., Rutland C., Wirbeleit F. Effects of direct water injection on DI diesel engine combustion // SAE paper, 2000.

55. Beyerlein S., McIIroy D. Homogeneous charge combustion of aqueous ethanol. // National institute for advanced transportation technology, University of Idaho, report N01-09, 2001.

56. Blakeman P.G., Chandler G.R., John G.A., Wilkins A.J.J. Investigations into NOX Aftertreatment with Urea SCR for Light-Duty Diesel Vehicles. // SAE Paper, Warrendale, 2001. № 2001-01-03624.

57. Bosecker R.E., Webster D.F. Precombustion chamber diesel engine emssions. // SAE Paper, 1971. № 710672, 16 p.

58. Bozek J., Manos M., Nuls T. Effets of laboratory ambient conditions on exhaust emissions. // SAE Prepr. 1972. №720124, 11 p.

59. Breaking the Biological Barriers to Cellulosic Ethanol: A Joint Research Agenda U.S. Department of Energy December 7-9, 2005 Rockvelle, Maryland. 25

60. David A. Guerrieri, Peter J. Caffrey, Venkatesh Rao. Investigation into the Vehicle Exhaust Emissions of High Percentage Ethanol Blends International Congress and Exposition Detroit, Michigan February 27 March 2, 1995.

61. Daw C.S., Wagner R.M., Green J.B. Modeling Cyclic Variability in Spark-Assisted HCCI. // ASMEICEF2007-1685, 2007.

62. Dec J.E., Sjoberg M. Isolating the Effects of Fuel Chemistry on Combustion Phasing in an HCCI Engine and the Potential of Fuel Stratification for Ignition Control. // SAE, 2004. № 2004-01-0557.

63. E. Sendzikiene, V. Makareviciene, P. Janulis Influence of fuel oxygen content on diesel engine exhaust emissions Elsevier Received 17 December 2004; accepted 30 November 2005.

64. Emission Control Technologies for Diesel-Powered Vehicles. // Manufacturers of Emission Controls Association, Washington, D.C. 2007. 42 p.

65. Epping K., Aceves S., Bechtold R., Dec J. The Potential of HCCI Combustion for High Efficiency and Low Emissions.// SAE, 2002. № 2002-011923.

66. Fikret Yuksel, Bedri Yuksel The use of ethanol-gasoline blend as a fuel in an SI engine Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering, University of AtatuE rk, Erzurum, Turkey Elsevier Received 27 April 2003; accepted 10 November 2003.

67. Flexible Fuel Vehicles: Providing a Renewable Fuel Choice Clean Cities.

68. Flowers D., Aceves S., Smith R., Torres J., Girard J., Dibble R. HCCI in a CFR Engine: Experiments and Detailed Kinetic Modeling. // SAE, 2000. №2000-01-0328.

69. Gear C . W . The automatic integration of ordinary differential equations. Communicatuons of the ACM, 14, 3 (March 1971), 176-179.

70. Gear C . W ., Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1971.

71. Gray A.W., Ryan T.W. Homogenous Charge Compression Ignition (HCCI) of Diesel Fuel. // SAE, 1997. 971676.

72. J. M. Kisenyi, C. A. Savage, A. C. Simmonds The Impact of Oxygenates on Exhaust Emissions of Six European Cars International Congress & Exposition Detroit, Michigan February 28-March 3, 1994.

73. Johnson T.V. Diesel Emission Control in Review. // SAE World Congress Detroit, Michigan. 2006.

74. Johnson, R. T. A Comparison of Gasoline, Methanol and Methanol/Water Blend as Spark Ignition Engine Fuels. // Paper presented at International Symposium on Alcohol Fuel Technology, Wolfsburg, Fed. Rep. of Germany, 1977.

75. Kee, R. J., Rupley, F. M. and Miller, J. A.: "The CHEMKIN Thermodynamic Data Base," Sandia National Laboratories Report SAND87-8215B (1990).

76. Kee, R. J., Rupley, F. M., Meeks, E., and Miller, J. A.: "CHEMKIN-III: A Fortran Chemical Kinetics Package For The Analysis Of Gasphase Chemical And Plasma Kinetics," Sandia National Laboratories Report SAND96-8216 Printed May 1996

77. Koebel M., Elsener M., Madia G. Recent Advances in the Development f Urea-SCR for Automotive Applications. // SAE Paper, Warrendale, 2001. №2001-01-3625.

78. Koebel M., Elsener M., Madia G. Selective Catalytic Reduction of NO and N02 at Low Temperatures. // Catalysis Today, Elsevier, 2002. V. 73, p. 239-247.

79. Krause S. Effect of engine intake-air humidity, temperature and pressure on exhaust emissions. // SAE Prepr. 1971. № 710835, 37 p. 121

80. Kreso A.M., Johnson J.H., Gratz L.D., Bagley S.T., Leddy D.G. A study of the effects of exhaust gas recirculation on heavy-duty diesel engineemissions. // SAE Paper, 1998. № 981422.

81. Lanzafame R. Water injection effects in a single-cylinder CFR engine. // SAE paper, 1999.

82. Lester B. Lave and Heather L. MacLean, Elisa Cobas-Flores. Evaluating the Environmental Advantages of Advanced Vehicles 2000 Future Transportation Technology Conference Costa Mesa, California August 21-23, 2000.

83. Luders H., Backes R., Huthwohl G., Ketcher D.A., Horrocks R.W., Hurley R.G., Hammerle R.H. An Urea Lean NOX Catalyst System for Light Duty Diesel Vehicles. // SAE Paper, 1995. № 952493.

84. M. Senthil Kumar, A. Kerihuel, J. Bellettre, M. Tazerout. Ethanol animal fat emulsions as a diesel engine fuel Part 2: Engine test analysis Elsevier Received 9 March 2005; received in revised form 22 May 2006; accepted 23 May 2006.

85. Marayama T. etc. Experimental reduction of NOx, smoke and BSFS in a disel engine using uniquely prodused water (0 80%) to fuel emulsion. // SAE prepr., 1978. № 780224, - 13 p.

86. Mikulic L., Kuhn M., Schommers J., Willig E. Exhaust-emission optimization of DIdiesel passenger car engine with high- pressure fuel injection and EGR. // SAE Paper, 1993. № 931035.

87. Nicholls, J. E. Inlet manifold water injection for control of nitrogen oxides theory and experiment. Trans. SAE, paper № 690018, 1969.

88. Obert. Detonation and Internal Coolants. // Quart. Trans. SAE, 1948. p. 52 -59.

89. Rave, M.R. Water Injection for Aircraft Engines. // Trans. SAE, V.54, 1946.

90. Ryan T.W., Callahan T. Homogenous Charge Compression Ignition of Diesel Fuel. // SAE, 1996. № 961160.

91. Stanglmaier R.H., Roberts C.E. Homogenous Charge Compression Ignition (HCCI): Benefits, Compromises, and Future Engine Applications. // SAE, 1999. № 1999-01-3682.

92. Suzuki H., Koike N, Ishii H., Odaka M. Exhaust Purification of Diesel

93. Engines by Homogeneous Charge with Compression Ignition Parti: Experimental Investigation of Combustion and Exhaust Emission Behavior Under Pre-Mixed Homogeneous Charge Compression Ignition Method. // SAE, 1997. №970313.

94. Takeda Y., Keiichi N., Keiichi N. Emission Characteristics of Premixed Lean Diesel Combustion with Extremely Early Staged Fuel Injection. // SAE, 1996. №961163.

95. Valdmanis E., Wulfhorst D. The effects of emulsified fuelsand water induction on diesel combustion. // SAE prepr., 1970. № 700736, p. 13 14. 148

96. Wagner R.M., Green J.B., Storey J.M., Daw C.S. Extending Exhaust Gas Recirculation Limits in Diesel Engines. // Oak Ridge National Laboratory, P. O. Box. 2009. TN 37831-8088.