автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Снижение вредных выбросов автотракторных дизелей за счет восстановления их технического состояния

Р Г Б ОД

■ На правах рукописи

'УНГЕФУК Александр Владимирович

СНИЖЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ЗА СЧЕТ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

Специальность: 05.04.02 - тепл'овые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 1996

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова на кафедре "Двигатели внутреннего сгорания". :

Научный руководитель - действительный член Академии транспорта Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Новоселов А.Л.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Академик АТ РФ Лебедев О.Н. - кандидат технических наук, доцент Бургсдорф Э.И.

Ведущая организация - АО "Алтайдизель"

л • , ,! V:. Г"5-я; •

Защита состоится '/¿^ 1996- года -в -^¿^ часов на

заседании диссертационного Совета Д! 064.29.01 в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова по адресу: 656099, Барнаул, пр. Ленина 46.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим выслать по адресу: 656099, г. Барнаул, проспект Ленина, 46.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 064.29.01 /'■■,

доктор технических наук. / Л В.А. Синицын

/У, ' -

/ /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы заключается в том, что при высоких темпах развития автомобильного транспорта, технической оснащенности сельскохозяйственного производства, несмотря на ограничения, определенных законодательством, увеличивается количество вредных выбросов с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания. ^ '""

40% токсичных веществ поступает в атмосферу из выхлопных труб автомобилей и тракторов, в том числе: в общих выбросах всех источников окиси углерода (СО) - до 34%, окиси азота (ЫОх) - до 64% , сажи (Сж) - около 30%.

Дизелизация транспорта, надежды на которую связывались со снижением вредных выбросов в атмосферу, привела к усугублению проблемы^так ¡как дизелями выбрасывается до одного процента сажи или;-.твердых; частиц. (ТЧ) от общего расхода топлива. Данные научно-технической, литературы говорят о том, что это является последствием низкого уровня технического состояния дизелей и их обслуживания, отсутствия контроля за составом отработавших газов. В России эксплуатируется высокий процент изношенных автотракторных дизелей, уровни вредных выбросов которых превышают предельно-допустимые значения.

Решение-. •„ проблемы снижения вредных выбросов ' с отработавшими... газами автотракторных двигателей представляет собой',, -^сложнейшую задачу, . которую невозможно решить традиционными путями, например, 'организационно за счет оптимизации планирования движения1 й перевозок или регулирования движения транспортных средств. Снижёнйё вредных выбросов дизелей вследствие повышения качества технического обслуживания -наиболее реальный путь, но он недостаточно изучен.

Современное состояние теории рабочего процесса и математической статистики позволяет не только проанализировать процессы образования токсичных веществ в цилиндрах дизелей, но и выработать отдельные рекомендации по путям снижения их выбросов.

Настоящая диссертация выполнена в период с 1993 по 1996 годы на кафедре " Двигатели внутреннего сгорания" Алтайского государственного технического университета им. НИ. Ползунова и! посвящена решению проблемы снижения вредных выбросов автотракторных дизелей. \

Целью работы явилось получение экспериментальна Данных и научное обобщение материалов, связывающих техническое состояние дизелей и уровни их вредных выбросов с отработа'вши мй 'газами; разработка метода диагностики дизелей по составу 'Отработавших газов и применение его для решения важной народнохозяйственной задачи - снижения вредных выбросов автотракторных дизелей.

В работе использованы теоретические методы, исследования, которые подкреплены результатами испытаний дизелей, в том числе оснащенных системой нейтрализации отработавших газов.' В теоретической и экспериментальной частях при обработке данных' были использованы современные ПЭВМ, и соответствующая научная аппаратура.

Научная новизна работы заключается в разработке метода технической диагностики по составу отработавших газов дизелей, позволяющей решать вопросы снижения вредных выбросов за счет улучшений технического состояния, в создании нового типа каталитического нейтрализатора, защищенного патентом России.

Практическая ценность работы заключается в том, что исследование выполнено как часть целевой комплексной программы СО.. РАН "Экология", блок "Атмосфера", региональной научно-технической программы "Алтай" и дает конкретные рекомендации по организации технической диагностики дизелей,, по составу . отработавших газов и использованию полученных результатов для снижения вредных выбросов в атмосферу.

Апробация: работы. Материалы исследований, теоретических разработок по теме диссертации доложены на научно-технических конференциях ■ Алтайского государственного ., технического университета в 1993, 1994, 1995, 1996 годах, на международной конференции "Проблемы экологии. Антагонизм или сотрудничество" в г. Белокурихе в 1994 году, в Алтайском государственном аграрном университете, ' а ' также конференции "Совершенствование быстроходных дизелей", в АлтГТУ.

Публикации. Все основные положения диссертации опубликованы в в статьях, одной монографии. Разработки защищены патентом Российской Федерации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, содержащего 102 источника отечественной и зарубежной литературы. Основная часть работы , содержит 147 - страниц машинописного текста, 18 таблиц, 42 рисунка:- ;- ' '■ ' '.'."'•'

В соответствии с содержанием работы диссертант представляет к защите комплекс исследований по научному обобщению материалов, связывающих техническое состояние отдельных систем дизелей - с: уровнями их вредйых выбросов. Кроме того, проведены анализ и идентификация состава отработавших газов и рабочего процесса- дизелей е- различным техническим состоянием,' разработаны предпосылки., к методу технической диагностики по составу отработавших; тазов/ а »также экспериментальным путем получены результаты' ¿¿пользования диагностики по составу отработавших газов что играет определенную роль в решении задачи снижения вредных выбросов автотракторных дизелей.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведены данные о современных масштабах и темпах загрязнения окружающей' среды вредными , веществами, выбрасываемыми с отработавшими газами автотракторных дизелей. Подчеркнута одна из причин повышенных- выбросов вредных веществ - низкий, малоконтролируемый уровень технического состояния дизелей, необходимость его контроля и поддержания. Дана общая характеристика диссертационной работы. ..... .¡.л-.

В первой главе рассмотрен состав отработавших газов автотракторных дизелей, выполнено сравнение его со стандартами России и Евро-стандартами, сделан вывод об отставании России в реализации Евро-стандартов относительно уровней вредных выбросов автотракторных дизелей. Отмечено влияние типов смесеобразования на уровни вредных выбросов дизелей.>..'". . . .

Особое внимание уделено недостаточно разработанной области, касающейся связи- технического состояния дизелей с составом их отработавших газов. Сделан анализ научных работы В.И. Ерохова, В.А-. Звонова, JI.R. Карпова, В.И. Олещука, Ж.Г. , Манусадженца, Е.В. Парфенова, И.Л. Варшавского, О.И. Жегалина и других, в которых состав отработавших газов дизелей связан с их техническим состоянием.

■..' Приведены результаты анализа соответствия дизелей стандартом ECK ООН, ЕЭС, ОСТ 37.001.054-74 (Россия), США, Швеции, Бразилии,.. Австрии. Изложены основные направления снижения вредных выбросов с отработавшими газами. Отмечено, что уровни . решения проблемы могут иметь тактический и стратегический характер.

На стратегическом направлении решения связаны с разработкой малотоксичных рабочих процессов, созданием новых конструкций дизелей, а также применением новых видов топлива.

На тактическом направлении решения связаны с различными видами нейтрализации отработавших газов, применением антидымных . присадок в топлива, поддержанием технического состояния дизелей.

Техническое состояние дизелей и уровни вредных выбросов описаны рядом исследователей. Большинство разработок посвящено лишь фиксации фактов связи технического состояния и уровней вредных выбросов. Практическая сторона вопроса не рассматривалась в них через призму особенностей рабочего процесса и установления структурно - следственных связей.

На основании установления связей технического состояния и параметров рабочего процесса с уровнями вредных выбросов сформулирована гипотеза о возможности диагностирования дизелей по составу отработавших газов. Обобщены данные дефектов

б

технического состояния дизелей и их взаимосвязь с составом отработавших газов.

Сделаны выводы, определены цели и задачи исследования, среди которых выделены следующие: '

- состав отработавших газов дизелей достаточно изучен, однако обобщения об уровнях выбросов сделаны без учета особенностей их конструкций;

- состав отработавших газов связан'с уровнем Технического состояния дизеля, однако эти связи не изучены в достаточной мере;

- состав отработавших газов может служить основной информационной базой при разработке систем диагностирования дизелей; ' -■»у1--.- <> - --

- из всех путей снижения вредных выбросов дизелями наиболее доступными и приемлемыми является восстановление их технического состояния;

- метод Диагностики по составу отработавших газов требует разработки и он позволит не только адресно управлять

, регулированием и техническим состоянием, но и приближать дизели к требованиям стандартов, ограничивающих уровни вреднь!Х выброфв.

Вторая глава посвящена результатам структурно-следственного моделирования при изучении " при чин выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей.

На основании представлений "о механизме образования окислов азота NOx, разработанных Я.Б. Зельдовичем, A.C. Лоскутовым, В.А. Звоновым, В.И. Смайлисом и другими структурно оформлены модели, связывающие давление наддувочного воздуха Рк (Pq), температуру после охлаждения его Т„" (То), давление в цилиндре Р(х), обьемные концентрации ОН, молекулярный кислород Ог, атомарный кислород О, продолжительность процесса сгорания q>z, температуру пламени Тпд, давление в начале подачи топлива, продолжительность периода задержки воспламенения цикловая подача топлива Вц и другие общие условия для окисления азота в цилиндре. Принятые функциональные связи в дизеле приведены на рис.1.

Произведено обобщение причин образования сажи на основе положений, разработанных С.А. Батуриным, В.З. Маховым, В.Н. Ложкиным, Д.Д. Матиевским, оформлены модели, связывающие данные о типе применяемого топлива, впуске и выпуске, определены конструктивные параметры, описывающие топливную аппаратуру, использован закон подачи и испарения топлива, учтена форма факела топлива и другие общие условия образования и выгорания сажи. Схема анализа причин образования сажи' и другие схемы представлены на рис.2.

! Тог,Рог 1 Сог

'к

1

/""V Со,

Ч7 Г л* ^

т, р;

с/,, с;.....с{

! 5

> г'—

плс

I ог ■ ?:>!' с",....с"

Т„ Р„ \у„ с»

; г,,, Ч-У' '« .х.-у -Т." __________ли

•( О т ■■ .и 4 ) 12)*" щ,г (

«»--■

Пт* Мг»

С........

. С",.....О

_| :: Впрыск

^ Продувка [ : ,.,.( Испарение}

вг е Е

Рис. 1. График функциональных связей в дизеле: -1 - камера сгорания, ЦП Г, форсунка, ТНВД; 2 - компрессор; 3 - турбина; 4 - ОН В; 5 - каталитический нейтрализатор; 6 - впуск, очистка воздуха; 7 - система рециркуляции газов; О - трансмиссия.

Тип топлива

С, Н, О, Ьо, Рт.' ш. Н0. ц,

Сажа в отработавших газах дизеля_""

Цикловая подача топлива, Вц

Образование сажи Располагаемое количество углерода, Мср Выгорание сажи

1

Рост концентрации сажи

Условие на впуске Тк, Рк, №

Снижение концентрации сажи

Рост количества не-перемешанного топлива, ВЦТ|, Вци

©н

■о

Снижение скорости смешения топлива

Повышение температуры пламени в цилиндре - Тпл

Скорость сжи-

Сйижение температуры пламени в цилиндре

Располагаемое количество кислорода

Располагаемое время на рабочий процесс

—(55)

(оГ) гания сажи, (dC/ск),

■©■ II

Скорость выделения тепла (dx/бу}

Турбулентнось заряда

Скорость вихря заряда,

' О» »КС ■•■ '"■- "

Форма факела топ-"дива- Ьст, аст, ¡с

Распыление и испарение Асп, тсп

Распределение частиц топлива Езг

Форма камеры сгорания

Форма канала впуска

§ ©

Рис.2. Схема анализа причин образования сажи в дизеле.

| Ав юмобилышп /ЦПСЛЬ |

Ы Система впуска

1.2 Систем а выпуска

I___

(.6 Механизм газораспределения

J.3 Система питания

~—с~

1.4

X

1.7 Система

охлажленпя 1__ _-

2.1 Фильтр грубой очистки (ФГО)

2.2 Фильтр тонкой очистки (ФТО)

1 лгх

ч

п:

Система смажн

1.5

Цнтиифо-гторгппсиая группа _

2.3 Подкачипа-юшп! чясос (ПН)

Т

2.4 Топлнпнин насос ¡шеокого дап'юнпя . (ТНВД)

ДГХ^

"5 с

-Л еЯ

!.5 Форсунка дичечя

X

&»

« о о и

X

т

X

д

X д х

Г

'■«: г о и

зе

сл н

51Й

И V-

1 3

Коэффициент тбыпга яочдуха а_____

Сппжщпе качсстна рас-пмлшпння топлива

Период задержки воспламенения \_

■] Подвпрыск топлива

1Закон тепловыделения X [

I СГОРАЙ И Е ТОП ЛИ ВА ->в ЦИЛИНДРЕ

_Выбросы с отрябо-

тлгшшмн газами

__ Г| впрыска 1

иваЬУ пч-

I-' Откат по]

' " одной ;!><>

Снижение даплеппя тошшия

Г

подачи топлша одной форсункой_

. 1 И тиснение, стабичыюсти ¡топлшщпод^чп

Выбросы двуокиси углерода Ссоз

Вмбррсы окнслои яюга., * Сыо* '' • г-1

_Выбросы угяеводоро-

|доя Ссп _

—I Выбросы кислорода ]

; Выброси окиси углерода

' Ссо ; '■ . . ,

Изменение температуры продуктов сгорания Т„

—} Индикаторный КПД [

—| Индикаторная мощность^

, I—|Расход,топлива_& . [■

¡ДОПУСКИ ОТКЛО-I НЕНИИ ПО УРОВ-[ НЯМ ВЫБРОСОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДРЕСОВ НЕИС1ТР<лВЛ0СТЕИв8

Рис.3. Структурно-следственная модель системы питаиия дизеля при диагностировании по составу отработавших газов

Выбросы тяерльп част нц.

На основании изложенного построены структурно-следственные модели диагностирования состояния отдельных систем по составу отработавших газов дизеля:

- системы очистки и впуска воздуха;

- системы выпуска и очистки отработавших газов;

- системы питания двигателя;

- системы смазки двигателя;

- цилиндро-поршневой группы;

- системы газораспределения; ______

- системы охлаждения.

В качестве примера на рис^З приведена структурно-следственная модель системы питания при диагностировании дизеля по составу отработавших газов.

Такой подход позволил разработать и применить математическую модель дизеля в- экологическом приложении, которое позволяет производить анализ влияния отдельных неисправностей систем на состав отработавших газов.

В главе третьей приведена методика анализа рабочего процесса и состава отработавших газов дизеля при изменении его технического состояния. ■ ' ;

Автором адаптирована математическая модель рабочего процесса дизеля, разработанная ранее в АлтГТУ Новоселовым А.Л. и Русаковым В.Ю., для решения задач изучения влияния отдельных неисправностей на процессы образования окислов азота, сажи, окиси углерода и углеводородов, а также их результирующих значений. В целях обеспечения анализа рабочего процесса использованы разработки Д.Д. Матиевского по анализу индикаторного КПД дизеля. Результаты моделирования отдельных; неисправностей приведены в качестве примера на рис. 4, где а - по нагрузочной характеристике; б - по углу опережения начала подачи топлива; в - по давлению наддува; г - по продолжительности впрыска топлива.

Анализ позволил выделить наиболее существенные неисправности, влияющие на состав отработавших газов и топливную экономичность дизеля.

Для оценки взаимосвязи между техническим состоянием дизеля и уровнями вредных выбросов было принято, что состояние описывается с помощью комплекса признаков: К = (К], Кг, Кз,..., К],..., Ку), (1) а фактически наблюдаемое состояние соответствует реализации комплекса признаков:

К* = (К[*, К2*, Кз*, .... IV.....К„*), (2)

Исходя из состава отработавших газов и топливной экономичности, комплекс признаков представляется:

. К*с„ = К*21, К*22, К*23,...

и

K*NOx_= К*31. К*32, К*33, ... (3)

,К*Сж ~ К42- K43. - - ' --- -1----------> '

K*ge = K5J, К52, К53, ... I-

Выделены. следующие диагнозы: D[ - неисправность^- единичной форсунки; D2 - снижения давления выпуска; D3 - утечка топлива через зазор в распылителе; D4 - коксование сажи распылителей; D5 -чрезмерный износ плунжерных пар; D6 - увеличение надпоршневого зазора; D7 - уменьшение надпоршневого зазора; Dg -увеличение противодавления выпуску; D9 - понижение температуры охлаждающей жидкости; Dio - уменьшение угла; D^ - увеличение угла опережения подачи топлива; Du - снижение степени сжатия; D12 - потери подвижности поршневых колец; Dj;f - износ втулки цилиндра; Г) 14 - износ седсл клапанов; D15 - избыток смеси в поддоне; D^ -увеличение разряжения на выпуске.

Для комплекса признаков использован алгоритм метода Байеса, согласно которому' -

' P(D,-/K*) = P(D,) P(K*/Dj)/P(K*), (4)

Вероятность совместного появления диагноза Dj и данной реализации признаки К*:

P(Dj К*) = P(D;K*)/ f P(DSK*), (5)

SH

Решение о диагнозе принимается по правилу: К*е Dj, если Р (D,/K*)> P(Dj/K*) (j=l ,2,3... n, i * j), (6) a пороговое значение для вероятности диагноза:

P(Dj/K*) > Pf, „

где Pj - заранее выбранный уровень распознания для диагноза Dj.

В главе четвертой описаны результаты - экспериментального исследования изменений технического состояния дизеля в зависимости от состава его отработавших газов.

Экспериментальное исследование проведено в лаборатории кафедры ДВС АлтГТУ на одноцилиндровом двигателе 1413/14 конструкции АО "Алтайдизель". Установка была оборудована согласно ГОСТ 14846-81 и дооборудована системами отбора газов согласно ГОСТ 17.22.02 - 86, ГОСТ 17.22.01 - 84, ГОСТ 17.22.05 - 86, для определения дымности и токсичности '''отработавших газов с помощью индикатора МАИ-2М. Отдельные эксперименты , проведены на установке с дизелей 8412/12 АО КАМАЗ. „л

Автором разработан и испытан защищенный патентом России, каталитический нейтрализатор блочного типа с отключаемыми ступенями очистки газов. . < '•»•• ••> ■

Результаты экспериментального исследования сведены в табл.1. Исправный дизель выбрасывает: СО - 1,62...1,81 г/и3, СхНу -0,86...0,94 г/м3, ТЧ - 0,51...0,77 г/м3, NOx - 3,01. 3.15 г/м3.

дыох,

г/кВтч 15

13 .11 9 7 5 3

ДА Г- 1 1

— акспер. ~ - модель -,=2ЭЗ К -

\\ - Те

-- \

\\\

_Л

Я,

9сж, 9 со.

г/нВтч 9иох,А

1,8 г/кВтч

15

1,4

13

1,0

11

0,6

9

0,2 7

ЯСгНу,

г/кВтч ■

г

2 5

1

г/кВтч 0,26

О 10 20 30 40 Ые,НВт а - по нагрузочной характеристике;

9Сж.

г/кВтч

16 18 20 22 24 26 28 0°п.к.е.

до ВМТ

б - по углу опережения начала подачи топлива; ■,:<

9со,

"К

■ ,9 со

v, /

4 \ V Зыох

9сш

/ •

\у

г *

а 9со>

»с*, Знох,

0,30 0,28 0,26 0,24

12 10 8 6 4 2

■-. Л. •

9нох

Зсо

• -йсхНу /

■

0,28 0,26 0,24 0,22 0,20 0,18

0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 АРк,МПа

в - по давлению наЛдува;

20

25

.30

фепр.

г - по продолжительности впрыска топлива.

Рис.4. Результаты моделирования уровней вредны^,рыбросОв в зависимости от характера неисправностей дизеля 14 13/14

• ■• Таблица 1 ' •

Результаты экспериментального исследования влияния отдельных неисправностей на уровни выбросов с отработавшими газами дизеля 1413/14 при 1Че = 22,3 кВт и п = 1700 мин"1

(Диагноз СО, г/м3 СхНу,г/м3 ТЧ, г/м3 №>х, г/м3 ее. %

6,00-6-,90 1,80-2,20 1,55-1,76 2,25-3,2 15.1-20Т

02 1,93-2,32 1,04-1,19 0,67-0,80 2,71-3,05 3,0-4,01

Оз 2,75.-2,95 _ 1,86-1,98 0,85-0,93 2,66-2,90 2,45-2,651

о4 1,85-2,33 1,42-1 ,-57 : 1,56-1-,80 2,75-3,25 2,75-3,251

05 2,41-2,72 1,02-1,32 0,71-0,89 3,05-3,75 2,35-5,ОТ

Об 1,42-1,61 0,80-0,88 0,46-0,54 3,48-3,87 4,0-8,5Т

07 2,05-2,25 - 1,06-1,195 0,72-0,84 3,75-4,25 2,4Т

р8 3,30-3,90 ~ 0,74-0,88 0,8 7-0,96 5,05-5,56 6,0-8,5Т

2,27-2,65 . 1,22-1,36 0,78-0,86 2,61-1т95 1,5-2,01

О10 2.48-2,80 1,24-1,40. 0,82-0,94 1,90-2,25 2,5-3,71

Оц 2,65-3,05 1,22-1,40" 0,79-0,99 2,57-2,85 10-121

0,2 3,48-3,85 : 2,24-2,44 1,28-1,5 4,42-4,85 13-15,51

Р,з 3,35-3,90 1,88-2,23 0,95-1,16 2,85-3,95 4,75-6,51

Рм 4,82-5,27 - 1,78-1,90 1,04-1,16 2,55-2,72 8,25-10,81

р15 3,95-4,56- ' 2,24-2,05 0,92-1,04 2,30-2,70 1,01

Рн$ 1,42-1,61 0,80-0,88 0,46-0,51 3,48-3,87 4,0-8,5Т

Р(7 4,35-5,10 1,56-1,80 0,95-1,18 2,90-3,41 5-7Т

Как вредных

одно из мероприятий, способствующих снижению выбросов дизелей, хорошо зарекомендовала себя каталитическая очистка отработавших газов. При появлении неисправностей дизелей каталитическая очистка в какой-то мере гасит экологические- последствия ' появляющиеся вследствие увеличения вредных выбросов. ;;

ВклаДйм автора в развитие каталитической очистки отработавших газов является . разработка конструкции блочного каталитического нейтрализатора с отключаемой ступенью очистки, защищенная патентами Российской Федерации. Эта \конструкция изготовлена и прошла испытание на стенде кафедры ДВС АлтГТУ и автомобиле" КАМАЗ - 5320. На рис.5 показаны уровни вредных выбросов с отработавшими газами исправного дизеля КамАЗ - 740 по внешней скоростной характеристике, а на рис.6 - при работе на двух и одной ступенях очистки каталитического нейтрализатора. Применение нейтрализатора в среднем по внешней скоростной

Рис.5. Уровни вредных выбросов исправного дизеля 84 12/12

Рис.6. Результаты оценки 2-х ступенчатой каталитической очистки газов дизеля КаиАЗ-740 в нейтрализаторе по патенту автор:,

характеристике обеспечивает на двух ступенях очистки снижение выбросов окиси углерода СО - в.1.42...1,45 раза, окислов азота ГГОХ - в 2,03...2.05 раза,.углеводородов,:СхН[у - в 2.21...2,24 раза, твердых частиц ТЧ, включая сажуТ_1в "2,83...2,85 раза без снижения топливной экономичности.

Наблюдение за каталитическим нейтрализатором, установленным-на-автомобиле КамАЗ - 5320, производилось в течение шести месяцев в весеннее, летнее и осеннее время эксплуатации, всего около 1200 часов; Установлено, что по мере эксплуатации эффективность каталитической очистки падает. Так относительно очистки газов от ТЧ эффективность падает - с 2,83...2,85 раза до 2,49...2,50 раза, от углеводородов - с 2.21... 2,24 раза до 1,44...1,31 раза от окислов азота - с 2,03...2.05 раза до 1,14...1,15 раза, от окиси углерода с 1.42... 1,45 раза до 1,05...1,15;"раза.

Последние данные ' могут быть использованы при разработке методов и сроков регенерации каталитических нейтрализаторов.

В качестве примеров приведены на рис.7 результаты экспериментального исследования по влиянию угла опережения начала подачи топлива, а на рис.8 - при; потере подвижности поршневых колец. ; ;"" .

Выводы и рекомендации по использованию данных о составе отработавших газов в целях снижения дымности и токсичности дизелей . ...;

1. Состав отработавших., газов дизелей несет достаточно емкую информацию о их техническом состоянии и эта информация может быть использована в целях снижения их дымности и токсичности.

2. Из всех пу?ей'снижения врёйних выбросов дизелями наиболее доступным и надежным является путь восстановления и поддержания их технического состояния.

3. Разработка структурно-следственных и математических моделей, объединяющих уровни вредных выбросов с техническим состоянием отдельных систем; позволила связать возникновение отдельных неисправностей с составом отработавших газов на основе внутрицилиндровых процессов.

4. Разработан алгоритм определения предполагаемых диагнозов неисправностей по составу отработавших . газов. Алгоритм успешно апробирован на результатах испытаний дизелей 1413/14 и 8412/12.

5. При восстановлении степени сжатия после её снижения на 15% выбросы СО снижаются в 1,64 •••1-68 раза, СхНу - в 1,42...1,49 раза,. ТЧ в 1,29...1,55 раза, а выбросы окислов азота увеличиваются в 1,11...1,21 раза при повышении топливной экономичности на 10-12%. . .■ - л, . . . . '

,г/мЗ

С С

7 N0* СО

г/м-1

с каталитическим нейтрализатором

2-,4

Рис.7. Уровни вредных выбросов с отработавшими газами дизеля 1Ч13П4- на режиме номинальной мощности при п=1700 об/мин: (б) - уровень выброса допустимый; © © - средние выбросы исправного дизеля. Уменьшение угла опережения начала подачи топлива на 3....4 град, п.к.в. к ВМТ.(с)

С . Сж с С

^ЭД 7 СО Г/И3 тт г/мЭ

• с каталитическим псшрализатором

1

- ...

--25

Аёе

%

СО N0* Сх Ну Сажа д^

Рис.8 Уровни вредных выбросов с отработавшими газами дизеля Iчи/ы. на режиме номинальной мощности при п=1700,.., об/мин: ■,' (¿)) - уровень выброса допустимый; © ©-средние выбросы исправного дизеля. Потеря подвижности поршневых колец.(#)

6. При восстановлении ...температуры охлаждающей жидкости на 18...20 °С происходит снижение выбросов СО в 1,35...1,46 раза, СхНу - в 1,42...1,44 раза, ТЧ - в 1,12...1,53 раза, а уровень выбросов окислов азота возрастает в 1,06...1,15 раза при улучшении топливной экономичности на 1,5 ...2%.

7. При восстановлении противодавления выпуску с 0,075 до 0,06 МПа при общем снижении выбросов окислов азота в 1,67... 1,76 раза происходит снижение выбросов СО в 2,ОЗ...2,15 раза, СхНу - в 1,06...1,16 раза, ТЧ - в 1,7.^.1,25 раза, увеличение топливной экономичности на 6...&%.

8. При восстановлении разряжения на впуске с 0,085 до 0,6 МПа происходит снижение выбросов. СО> в 2,68.-2,82 раза, СхНу - в 1,81... 1,91 раза,., рост, топливной^ экономичности на 5...7% при

• увеличении выбросов окислов азота в 1\03...1,08 раза.

9. Устранение,., лака-, с иглы распылителя приводит к снижению выбросов СО в 1,14.,..1,6 раза, СхНу - в 1,18—1,19 раза, ТЧ - в

I,29,,.1,30 раза, . расхода топлива на 2,45...2,55% при увеличении выбросов окислов азота в 1,07...1.08 раза. г.г

10,,,Замена распылителя на исправный приводит к;":снижению выбросов СО в 3,7...3,8 раза, СхНу - в 2,09.ДГ341 раза, ТЧ - в 3,03...2,98 раза, росту .топливной экономичности на ; 15...20% при увеличении выбросов окислов азота в 1,09... 1,3 раза.

II. Замена изношенной плунжерной пары приводит к снижению выбросов СОь в 1,49...1,50 раза, СхНу - в 1,28...1,40 раза, ТЧ - в 1,39...1,15 раза при росте топливной экономичности на 2,35.^5% и снижении выбросов окислов азота в 1,01—1,09 раза.

12. Восстановление затяжки пружины^форсунки с : 15 до 17,5 МПа приводит к снижению выбросов СО в 1,19... 1,28 раза, СхНу - в 1,21 — 1,27 раза, ТЧ - в 1,13...1,31 раза при росте выбросов окислов азота в 1,03...1,11 раза и повышений топливной экономичности на 3...4%.

13. Очистка распылителей от кокса приводит к снижению выбросов СО в 1,14...1,28 раза, СхНу - в 1,65... 1,54 раза, ТЧ - в 2,33—3,05 раза при увеличении выбросов окислов азота в 1,09...1,13 раза и росте топливной экономичности на 2,75—3,25%.

14. Устранение утечки топлива через зазор в распылителе приводит к снижению выбросов СО в 1,62—1,69 раза, СхНу - в 2,10 раза, ТЧ - в 1,21...1,66 раза при росте топливной экономичности на 2,45—2,65% и увеличении выбросов окислов азота в 1,09—1,14 раза.

15. Восстановление регулировки угла опережения начала подачи топлива с увеличенного на 3...4 град, п.к.в. до ВМТ приводит к снижению выбросов окислов азота: в 1,16—1,23 раза при снижении выбросов СО в 1,12...1,14 раза, СхНу - в 1,06—1,07 раза, ТЧ - в 1,10—1,42 раза при росте топливной экономичности на 4...8,5%.

16. Восстановление регулировки угла опережения начала подачи топлива с уменьшенного на 3...4 град, п.к.в. до ВМТ; приводит к снижению выбросов СО в 1,48...1,55 раза, СхНу - в 1,44...1,49 раза, ТЧ

- в 1,22...1,61 раза при росте выбросов окислов азота в 1,40... 1,58 раза при улучшении топливной экономичности на 2,5,..3,07%.

17. Устранение нагара с поверхностей, образующих камеру сгорания, толщиной 0$, мм Приводит к„снижению выбросов СО в 1,24...1,26 раза, СхНу,- в .1,23...1,26 раза, ТЧ - в 1,41 раза, окислов азота - в 1,24...1,35,раза при повышении топливной экономичности на 2,'4%. ;;,„,„.., " ' .'■'

18. Устранение избытка масла в поддоне приводит, к, унижению выбросов СО в 2,44...2,52 раза, выбросов СхНу- в 2,62..,2,82 раза, ТЧ -в 1,35...1,80 при увеличении выброса окислов азота в 1,17.,. 1,31 раза.

19. Восстановление герметичности клапанов приводит к снижению выбросов СО в 2,81...2,97 раза, выбросов С*Ну - в 2,02...2,06 раза, ТЧ - в 1,51...2,03 раза при росте выбросов окислов азота в 1,16...1,18 раза и повышении топливной экономичности более чем на 8%.

20. Замена изношенной втулки цилиндра на новую приводит к снижению выбросов СО в 2,13...2,15 раза, СхНу - в 2,30...2,37 раза, ТЧ

- в 1,51...1,92 раза, при росте выбросов окислов азота в 0,96...1,11 раза г и повышении топливной экономичности на 5...7%.

21. Восстановление подвижности поршневых колец приводит к снижению выбросов СО в 2,13...2,15 раза, СхНу - в 2,59...2,60 раза, ТЧ

- в 1,47...1,53 раза, окислов азота - в 1,47... 1,53 раза при повышении топливной экономичности на 13... 15 %.

22. Компенсировать увеличение выбросов окислов азота при устранении неисправностей двигателей и восстановлении регулировок возможно с использованием пористых блочных нейтрализаторов отработавших газов, разработанных автором в АлтГТУ и защищенных патентом Российской Федерации, позволяющим при сохранении топливной экономичности снизить выбросы СО в 1,42...1,45 раза, СхНу

- в 2,21 раза, окислов азота - в 2,03 раза.

Данные, полученные в процессе выполнения настоящей работы, можно успешно, использовать при разработке систем диагностики автотракторных дизелей по составу отработавших газов.

В целом работа может иметь научный и практический интерес для НИИ, КБ предприятий, производящих дизели и занимающихся их эксплуатацией.

Основные положения отражены в следующих публикациях:

1. Снижение токсичности автотракторных дизелей: Учебное пособие по целевой подготовке специалистов ДВС/ А.Л.

Новоселов, C.B. Новоселов, A.A. Мельберт, A.B. Унгефук/ Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова.- Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1996.-122с.

2. Одновременное влияние макровязкости и метеоусловий на рассеивание вредных выбросов дизеля/ Новоселов А.Л., Беседин С.Л., Унгефук A.B.// Экономика и экология: антагонизм или сотрудничество: Тезисы докл. международной конференции.-Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1994,- С. 104-105.

3. Альтернативные топлива для ДВС - путь решения проблемы экологии и охраны окружающей природной среды /Матиевский Д.Д., Унгефук A.B.// Экономика и экология: антагонизм или сотрудничество: Тезисы докл. международной конференции.-Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1994.-С.151-152.

4. Каталитический нейтрализатор отработавших с устройством обеспечивающим противодавления при перевозках дизеля/ Сб. тезисов докл. 53 -й н.-т. конф. АлтГТУ.- Барнаул, 1995.- С. 134. (Соавторы: Сулонин Д.В., Лесечко В.Г., Мельберт A.A., Новоселов А Л.) 1994.-С. 104-105.

5. Нейтрализатор с отключаемой ступенью очистки газов / Сб. тезисов докл. 53 -й н.-т. конф. АлтГТУ,- Барнаул, 1995.- С. 137. (Соавторы: Быков A.C., Ударцев О.В., Новоселов А.Л.).

6. Результаты испытаний каталитического нейтрализатора отработавших газов дизеля/ Сб. тезисов докл. 53 -й н.-т. конф. АлтГТУ. - Барнаул^ 995'.'- С.138. ( Соавторы: Ударцев О.В., Мельберт A.A., Новоселов А.Л.) ~ ' '

7. Влияние утечки топлива через зазор в распылителе На уровни вредных выбросов дизелей// Соверш. мощностных, эконом, и экологических показателей ДВС / Тезисы докладов конф. - Владимир: ВГТУ, 1995,- С.99-100.(Соавторы: Новоселов А.Л., Мельберт A.A.,)

8. Влияние степени сжатия на уровни выбросов отдельных компонентов с отработавшими газами // Соверш. мощностных, эконом, и экологических показателей ДВС / Тезисы докладов конф. -Владимир: ВГТУ, 1995,- С. 101-102 (Соавторы: Новоселов А.Л.)

9. Многоступенчатые блочные нейтрализаторы отработавших газов/ / Вузовская наука на международном рынке научно-технической продукции: Тезисы докладов/ Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова.- Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1995,-С.39-40.

10. Унгефук A.B., Новоселов А.Л., Большова Н.И. Катализаторы и их использование в строительной технике //Совершенствование технологии и повышение стойкости строительных изделий в условиях Сибири /Материалы международной научно-технической конференции по проблемам экологии и прогрессивных технологий в строительстве.

: Барнаул: изд-во АлтГТУ, 1993. - С.125-130.

11. Ungefuk A. Zur Anwendung der katalytischen Systeme in den Dieselmotoren/Межвузовский сборник научных трудов под общ. ред. Никольского ~ " " АлтГТУ Б 1995. -С.303-304.