автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Улучшение экологических показателей автомобилей семейства КамАЗ путем применения рациональных регулировок топливной системы и нейтрализации отработавших газов

Р Г Б од

б / аШтзЩгрГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ФИЛИН Игорь Николаевич'

УДК 621.43.068.631.436.2.001.42(043.3)

УЛУЧШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ СВОЙСТВА КамАЗ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕГУЛИРОВОК ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ И НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ '

Специальности: 05.20.03 - эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техника; 05.04.02 - тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С.-Петербург - 1995

Работа выполнена в АООТ 'Центральный научно-исследовательский и конструкторский институт топливной аппаратуры автотракторных и стационарных двигателей" (ЦНИТЛ).

х

Научный руководитель ' - доктор технических наук,

профессор А .В .Ннколаенко

Научный консультант -доктор технических наук,

В.Н.Ложкин

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки и техники РФ,.доктор технических наук, профессор В.А.Аллилуев

- кандидат технических наук, доцент В.Н.Степанов

Ведущее предприятие - Производственное объединение грузового автотранспорта НОГАТ (г.Гатчина) .

Защита диссертации состоится // 1995 года

в 14 чао.30 ыин.на заседании диссертационного " совета К 120,37.05 по защите диссертаций в 0.-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 109620, Г.С,-Петербург- Пушкин, Академический проспект, 23', аудитория 719.

0 диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, профессор

Л

Д.ИЛииодаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш диссертаций определяется связью решаемых в ней задач с реализацией действующего в Российской Федерации закона "Об охране окружающей среды".

Суммарная установленная мощность автомобильных двигателей, находящихся в эксплуатации в странах СНГ, оценивается величиной 1,3.. .1,6 г,ад.кВт; при этом они выбрасывают в атмосферу с отработавшими газами (ОГ) около 29,4 млн.т в год окиси углерода СО (68$ валового выброса СО), 2 млн.т окислов азота Л'Ох (ЗГ2), 6 млн.т углеводородов СН (42^), нанося тем самым невосполнимый урон окружающей среде.

Концентрация токсичных .веществ в ОГ автомобильных дизелей в условиях реальной эксплуатации определяется, в основном, техническим состоянием и качеством регулировок топливной системы. 11х вредное воздействие на окрукавдую среду может бить значительно уменьшено применением активных средств каталитической нейтрализации на выпуске. .

Несмотра на значительное количество исследований, посвященных рассматриваемой проблеме, остаются недостаточно изученными вопросы оптимального комплексирования рациональных регулировок топливной систем с окислительным катализом в рамках единого "ког.йннированного" рабочего процесса на основе моделирования физико-хшамеских явлений, протекающих в контактном объеме нейтрализатора ОГ. Это обстоятельство, в известной мере, сдерживает проектирование и внедрение в эксплуатацию элективных конструкций контактных аппаратов, в частности, для автомобилей семейства КамАЗ.

Цель исследований. Основной целью диссертационной работы является совершенствование технической эксплуатации на основе улучшения экологических показателей автомобилей семейства КамАЗ путем сочетания рациональных регулировок топливной систем) с нейтрализацией отработавших газов.

Объектами исследований являлись экологические показатели автомобилей в условиях реальной эксплуатации, топ-лишая аппаратура (ТА) дизеля КаглАЗ-740 и каталитические нейтрализаторы - глушители шуг/д (КНГ)', предназначенные для автомобилей семейства КамАЗ.

Научная новизна. I. Уточненная физшю-кинетическ&я модель процессов,, протекающих в олочног.'. реакторе каталитического нейтрализатора. 2. ¡методика расчета параметров блочного нейтрализатора, выполняемого путем кашактирования плоских и гофрированных металлических фольг, покрытым слоем катализатора. 3. Метод активной нейтрализации ОГ дизельного процесса, сочетающий тепловой катализ с целенаправленным! регулировками топливоподачи применительно к автомобилям семейства 'ШамАЗ. Количественные характеристики и закономерности изменения экологических показателей автомобилей КамАЗ с КЫ? в условиях эксплуатации. 5. Регламенты технического обслуживания автомобилей Kai,¡A3, оборудованных КБГ.

Практическую значимость диссертационной работы представляют разработанная конструкция Л1Г для автомобилей КамАЗ, а такие рекомендации по комилексироваяаю рациональных регулировок топливной системы двигателя автомобилей КамАЗ с каталитической нейтрализацией отработавших газов. Реализация на автомобилях КамАЗ КНГ и рациональных регулировок топливной системы обеспечивают снижение эмиссии с ОГ /И0* на 15%, Ш - на 70%, СО - на 95!?, при уменьшении дыкности ОГ в 2...3 раза.

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на постоянно действующем научно-техническом семинаре стран СНГ "Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей" 19-21 апреля 1995 года, Санкт-Петербурр, СИбГАУ.

Публикации. По теме исследований опубликовано 5 работ .

. Внедрение. Результаты исследований внедрены в автотранспортном предприятии г.Гатчины (Ленинградская областьi в Центральном научно-исследовательском и конструкторском институте топливной аппаратуры автотракторных и стационарных двигателей 1А0 ЩИТА, С.-Петербург; и АО "Санкт-Петербургский сталепрокатный завод".

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, описка использованной литературы из ¿? наименований, приложений. Текстовая часть изложена на HS страницах машинописного текста, содержит i? рисунков, ¿а таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации изложены новизна, цель и основные положения» выносимые на защиту.

В первом разделе дан анализ состава ОГ дизелей, характера и степени воздействия отдельных компонентов на человека и окружающую среду, рассматривается природа образования вредных веществ в связи с организацией рабочего процесса и отклонениями регулировочных параметров топливной систем от их ношшалышх значении. Выполнен анализ современных методов и средств активной нейтрализации ОГ автомобильных дизелей, состояния моделирования процессов, каталитической нейтрализации, в том числе в специфике реакторов блочной конструкции и стандартизации в области нормирования выбросов вредных веществ с ОГ автомобильных дизелей. Установлено, что основными по токсикологической опасности компаяен-тами ОГ автомобильных дизелей являются сане углеводородный аэрозоль, определяю пин дышость, окись углерода и окислы азота. Определяющим регулировочным параметром топливной система, в отношении влияния'на процессы образована AÍOx и продуктов неполного сгорания, является установочный угол оперег.епш впрыскивания топлива. 0т1.,ечено, что интенсивное развитие и применение на автомобильном транспорте катализаторов туннельного "сотового" типа настоятельно треоует в настоящее время моделирования (/•нзнко-хю.'лческих процессов и разработки на этой основе методов расчета новых эадек-тпшшх конструкций контактных аппаратов. Делается вывод о том, что для условий реальной эксплуатации наиболее массовых авхог.обилен семейства КамАЗ метод кокллексирования рациональных регулировок тоиливоподачи с окислительным катализом мог бы дать ощутимый экологический вуфект, однако, недостаточность базовых экспериментальных данных, отсутствие физико-химической модели явлений, инженерной методшш расчета параметров, технических условий и регламента обслуживания нейтрализаторов денной конструкции сдерживают его реализацию.

Исходя из цели исследований и на основе анализа состояния вопроса, в диссертационной работе рекались сле-

дующие основные задачи:

- исследование влияния регулировочных параметров топли-володачи на шцносмше, топливно-эконокнческие и экологпче- ' сйие показатели дизеля КацАЗ-740;

- уточнение теоретических закономерностей физико-химических явлений, протекающих в каналах блочного каталитического нейтрализатора, в части кинетики результирующих преобразований ОГ;

- разработка методики и вариантные расчеты параметров •блочного нейтрализатора "сотовой" конструкции с ленточным металличеоким носителем;

- комплексные стендовые и эксплуатационные ресурсные испытания разработанных каталитических нейтрализаторов -- глушителей Ш1Г);

уточнение теоретических полокений и методики расчета параметров КНР по результатам эксперимента;

- исследование* экологических показателей автомобилей КамАЗ с М1Г и рациональными регулировками ТА в эксплуатации;

-- разработка технических условий по применению К11Г на автомобилях КамАЗ;

- разработка дополнительных регламентных операций технического обслуживания автомобилей КамАЗ с ЖГ;

.. - внедрение разработок в производство и эксплуатация.

Во втором разделе представлена аналитическая модель и методика расчета процесса каталитической нейтрализации ОГ на блочном металлическом носителе.'В условиях рассматриваемой конкретной конструктивной схемы (рис.1) выделяйся четыре-характерные аэродинамические стадии: предварительное расширение в диффузорном .патрубке, одномерное движение в продольных каналах реактора, спонтанное расширение струй и перемешивание в "глухой" выходной зоне нейтрализатора и, наконец, упорядоченное истечение в атмосферу через горловину выпускного -патрубка, В каналах сотового реактора гидродинамические и теплофизические процессы преобразует гетерогенная каталитическая реакция., итогом которой является изменение состава и физичеоких параметров ОГ. Глубина же химических превращений определяет эффективность процесса, который для условий полной химической завершенности при стационар-4

■

^ 2 4 5

-

1—1

Рис Л. Схема каталитического нейтралй$1И:ипа КНГ. , I - входной патрубок; 2 - диффузор; 3 - блочный реактор; 4 - "глухая" долооть расширения; 5 - горловина выпускного патрубка.

ности и равновесности преобразований; представляется аналитической моделью вида

раничными условиями: ,

где С - концентрация реагирующего вещества; С0 - начальная концентрация реагирующего вещества; Си - теплоемкость реакционной смеси ОГ; коэффициент диффузии; - Функциональная зависимость скорости реакции от состава реакционной смеси ОГ; & - константа скорости химической реакции; ^ - константа химического равновесия (для обратимой реакг ции); С - длина блочного катализатора до рассматриваемого сечения; - полная длина канала; Т - температура; Т„ - йа-чальная температура реакционной зоны; - тепловой эффект реакции;

^ - поверхность теплоотвода; ■ & - линейная

скорость реакционной смеси ОГ; сС - коэффициент теплопередачи; Л - коэффициент теплопроводности; £(С) - выражение. закона действия масс для числа молекул, входящих в состав активного комплекса.

Для слокной кинетики в канале реактора с подслоем - окевда алюминия, обладающего высокой нерегулярной пористостью, задача оценки области и характера протекания результирующего процесса решается методом Я.Б.Бельдовича, по . которому эффективный коэффициент дайузии (Дэф) определяется в соответствии с выражением

С-Ь/1(С), (2)

где С - концентрация реагирующего вещества в некоторой точке внутри массы пористого материала; л - оператор Лаплас-са, а - аффективная скорость реакции, то-есть, ко-

личество вещества, расходуемого в этой точке за единицу времени на единицу объема по реакции, определяемой истинной кинетикой Л. -го порядка , где - константа псевдообъемной реакции.

При условии стационарности процесса (с/С/Ш. =0) и предположении о бесконечной толщине слоя пористого материала (то есть когда можно считать его поверхность плоской и, следовательно, рассматривать диффузию только в одном направлении -- нормальном к этой поверхности "макроскопическая" скорость с учетом внешнедиффузиояного сопротивления записывается в виде:

где ЛЦ - диффузионный критерий Нуссельта; Ъ - коэффициент диффузии, </&>& - характерный линейный размер канала; Со - концентрация реактанта в "ядре" потока.

Анализ характера кинетических преобразований по зависимости (3) производится для четырех вероятных пределов, показанных на рис.2 (а-в ацррвниусовсюп: координатах, б - в схематической изображения профилей концентраций).

I Со о—-о

СаС0

а1

С<

V9

Со

С

'Л

У У,

с,

е

н •

Рис.2. Вероятные области протекания гаэофаэных реакций в пористом активном слое блочного катализатора.

I - внутренняя кинетическая область; П - вяут-ридиффуэионная область; Ш - внешнедиффузнойная область; 17 - область преобладания гомогенной рошсции (вношнегашетическая область); 6 - направление, нормальное к стенке канала; Н - толщина пористого слоя; IV - скорость реакции; Сц - концентрация реактанта на поверхности слоя.

Для внутридиффузионной области значение аффективного коэффициента диффузии в каталитическом слое рассчитывалось

как для квазигомогенной модели

Н

гда € - пористость слоя на стенках канала,

£ - коэффициент, харяктеризущиИ извилистость пути мигрирующей молекулы в порах, а также сопротивление диффузии, создаваемое сужением и расширением ¡юры.

Для оценки^значений коэффициента диффузии ( % ) использовалось выражение, учитывающее сопротивление миграции молекул как в результате соударений с соседними молекулами • (мо-лекулярно-конвектквная область), так и соударений со стенкой канала поры (кнудсеновокая область), 5

. V/D . {/Ъм +-//ЙМРЛ J = er rYf/ïTj (5)

где г .-.радиуо поры, M; Т - температура ОГ, К; M - молекулярная массй реактанта. Коэффициенты молекулярно-конвек-тевкого проникновения реактантов ( Эмод ) в среде ОГ оценивались по уравнению Энского-Чепмена и значению потенциала Ленчарда-Джонса для межмолекулярных сил:

ТГ 0,001Ь58Л^[(МТ^) / ШТ.;,Ь)1 ы2/с (6)

%ол!,2 - .Sbz- fû"

где Т - абсолютная температура, Ks Mj и М2 - молекулярные массы газовi Р - давлений, кгс/см j Sl^ - "интеграл Соударений"» являющийся_фуйкци8й величины ^s'T/S-IjZ и определяемый по ¡табличным данным$ é> è - силовые кон-стамц в потенциальной функьдан Леннарда-Джонса, - постоянная БальцМаЦЦ ,

Роль внутрйдиффузионных процессов в слое катализатора оценивалась безразмерным параметром Тиле (модуль Тиле)

где L - глубина проникновения реакции в слой катализатора; Эффективность (степень использования внутренней активной поверхности) катализатора ( £ ) определялась как для модели полубесконечной пластины

р* il Г/Г j W

где

tir

- значение гиперболического тангенса модуля Тиле. Приводимая- S данном разделе общая аналитическая шдель в методкка расчета результирующих процессов в нейтрализато-

рв учитывает также аэродинамические преобразования потока ОГ на всех характерных стадиях его течения с оценками отрывных явлений в диффузорной части, значений локальных и интегральных коэффициентов гидравлическом сопротивления, тепловых эффектов реакций гетерогенного Катализа. По разработанной методике выполняются, вариантные расчеты параметров КНГ для трех характерных режимов работы дизеля КамАЗ-740: холостого хода, номинального и максимального крутящего момента.

По результатам выполненного расчетнй-теоретического исследования делаются выводы о том, что:

>" - потери на тропие при малых углах раскрытия ( < 6°) значительно превосходят потери на расширенно, а при больших углах (od>10°) они составляют ничтожную долю общих потерь; при <э£>40° потери только на расширений больше, чем полные потери при внезапном расширении 180°);

- на средних углах раскрытия (оС ч 24...40°) целесообразно применять обводы с криволинейными поверхностями диффузоров (обводи с постоянными градиентами скорости потока или давления), а при 40° - ступенчатые диффуаоры, которке, однако, на выходе имеют неоднородное поле Скоростей;

- каталитическая реакция гетероганна (протекает только на поверхности активного слоя, а "б в объеме канала) я экэотврмична (тепловая нагрузка на единицу площади поверхности канала на номинальном рэжима составляэт 892 кДй/м'', на режиме максимального крутящего момента - I7II кДж/м2); поэтому с точки зрения увеличения эффективности нейтрализации и повышения теплоотдачи (снятия тепловой нагрузки с металла-1 ческой стенки канала) набегающему потоку ОГ необходимо как можно сильное развивать внешнюю поверхность внутри моноблока-компакта (например, путем угоньиэния мэталлияеекой фольги до 0,1 и менее ¡мм);

- глубина проникновения каталитической реакции [¿> ) в толпг/ активного слоя (Н) значительно превышает средний раз-мор пор (5* ), но при этом может быть сопоставимой,или значительно меньшей Н. То есть, результирующий процесс развивается в рамках "внутренней диффузионной области" или диффузия в порах; физически это означает, что в данной области скорость результирующего процесса катализа не лимитируется доставкой реактантов аз ядра потока к внешней поверхности

активного слоя, а определяется кажущейся кинетикой ("макроскопической скоростью") внутри пористого слоя, заметно отличной от истиной кинетики (описываемой законом Аррениуса);

/ - практическое значение ь »том случае приобретает интенсивность диффузии в активном слое, определяемой коэффициентом эффективности (степени использования) пористого слоя. Как показала расчетно-теоретическая оценка, степень использования пористого материала катализатора изменяется в диапазоне 20.'. .95;?, при атом меньшие значения отвечают полной нагрузке, большие - режимам холостого хода и ['алых нагрузок.

В третьем разделе диссертации приводятся программа и методики экспериментальных исследований, описание экспериментальной установки, прженяешх'о контрольно-измерительного и специального газоаналитического оборудования, дается оценка погрешностей измерений.

Программа и методики экспериментальных исследований включали: безмоторные испытания топливного насоса высокого давления модели 33-01 и форсунок: стендовые моторные испытания; по оценке влияния регулировок топливоподачи на мощно-стные, то иливно-э ко номиче с кие и экологические показатели дизеля КаыАЗ-740, в том числе, в комплексировашш с КПГ; оценку уровня дышости и токсичности 0Г дизелей автомобилей в условиях эксплуатации в штатном исполнении и с ¡.-ИГ; обработку опытных данных.

Стендовые шторные испытания осуществлялись на тормозной установке Д^-1036, оценка показателен дымностп и состава 0Г производились при помощи дымомсра " Наг£г£</-

■" и комплексной гязоаналитическои системы ЛСГЛ-Т (рио.а) в соответствии с ГОСТ 17.2.2.01-84, ОСТ о7.001.234--81, Правилами й 24 и й 49 КЭК.ООН.

В условиях эксплуатации замеры уровня дымности ОГ проводились дымомером СЦЦА-107 "Атлас" у автомобилей, выезжающих и возвращающихся в парк по ГОСТ 21393-75; оценка офТек-тивности нейтрализации ОГ в процессе ресурсной наработки КПГ производилась непосредственно "на борту" автомобиля КамАЗ на трассе при помощи газоанализатора ШАМ-27-02.

В четвертом разделе диссертационной работы приведены результаты исследований. 10

Рис.3. Схема отбора газовых проб.

I - пробоотборная вставка; 2 - заслонка регулировки противодавления выпуску; 3 - дифференциальный манометр; 4 - дымомер МК-3 " НаКг«/-де "; 5 - комплексная газоаналитическая система АСГА-Т; 6 - обогреваемая до 180 °С газовая линия СН-анализатора; 7, 8, 9 '- пробоот-борныа зонда соответственно СН-анализатора; дымомера, СО-, С0г~, А'Ох. - анализаторов.

Результаты обследования дамвости ОГ автомобилей АТП г.Гатчина, работающих в условиях Северо-Запада РФ, показали, что из 93 проверенных автомобилей только 36 (3956) имели дымность на режиме максимальной частоты вращения холостого хода менее 15 единиц и 23 автомобиля (25*) - менее 40 единиц на режиме свободного ускорения, то есть соответствовали нормам ГОСТ 21393-75. Причиной такого состояния являлись разрегулировки топливной системы, главным образом средней цикловой подачи топлива. ^

Анализ результатов безмоторных исследований топливного насоса показал, что при увеличения средней цикловой подачи топлива с 80 до 100 ммэ/щкл общественно возрастает неравномерность распределения топлива по линиям нагнетания, достигающая при частоте вращения |сулачкового вала насоса а. = 900 мин значения 10/5, предопределяя тем самым повышенную дымность ОГ,

Моторные Исследования воздействия основных регулировочных параметров тосливоподачи (установочного угла опережения впрыскивания топлива ©sm4 , давления Начала впрыскивания топлива форсунками Рф, средней Цикловой подачи топлива ) на показатели дизеля КамАЗ-740 В установившихся режимах показали, что беле является наиболее значимым параметром, определяющим характер протекания рабочего процесса сгорания. Так, увеличение бвпр с 15 до 27 град.п.к.в. до ВМТ приводит на ройте експдуагационной мощности к возрастанию концентрации в ОГ окислов азота /V&x на 1,4 г/м8 (в 2,7 раза), окиси углерода СО на 0,4 г/м8 (в 1,2 раза), уменьшению дым-ности ОГ на 15 единиц (в I¿6 раза); при этом эффективная мс юность возросла на 9,4/5, а удельный эффективный расход топлива снизился на 10,5/5. Увеличение дч с 60 до 100 мм3/цикл приводит к возрастанию NQx. на 1Ъ%, а при изменения Рф от 16 до 22 МПа - на

С целью уменьшения выброса углеводородов СИ, окиси углерода СО и дымности ОГ при одновременном снижении эмиссии окислов азота /V0* наш был разработан метод, сочетающий рациональное изменение угла опережения впрыскивания топлива ( ЭвпР(?а$ с окислительным катализом при помощи разработанных конструкций каталитических нейтрализаторов-глушителей (КНГ). При этом выдерживалось требование ГОСТ I484G-9I по поддержанию мощности и топливной экономичности в пределах от номинала и ГОСТ 1/.2.2.01-84 - данности в пределах

40$.

На рис.4, в качестве примера, представлены сравнительные экологические характеристики разработанного опытного образца КНГ с засыпным реактором. В качестве катализатора использовался промышленный платиновый контакт на грануляте марки ШПК-2. Характер.изменения днмносги ОГ но нагрузочным характеристикам объясняется теи, что', эффективно 12

воздействуя на жидкие конденсированные частицы органического происхожьешш 1на частичных и малых нагрузках), КНГ в исследованной области изменения температуры ОГ 120».,570°0 не оказывает заметного влияния на выгорание сажи (на режимах полной нагруйки;, в то не вреь'я способствуя разрушениюкрупных сажевых "хлопьев" и, следовательно, повышению оптической плотности, то-есть, дымности ОГ.

В данном разделе анализируются результаты стендовых (по 13-ги режимному нагрузочному тесту) и ходовых ресурсных испытаний разработанного КНГ блочной конструкции на.ленточном металлическом носителе, поставленного на промышленное производство АО "С.-Петербургский сталепрокатный-завод", Данная конструкция при вдвое меньших массе и объеме реактора, в сравнен™ с засыпным, обеспечивает ресурс работы Не-менее 80 тысяч км пвдбега в составе автомобиля при уменьшении выброса с ОГ /V4c' до 2ü£, СО - на 70... 1005?, СН - на 50...75??, дымности ОГ - в 1.5-3,0 раза. В таблице приведены данные ходовых испытаний КНГ 220/2 на автомобиле КамАЗ (панелевоз?.

Таблица

Результаты ходовых испытаний каталитического нейтрализатора марки К11Г 220/2 на ■ автомобиле КамАЗ (.панелевозу ■гос.Я 14-09 JiET

m ,«пн-1 ЩеК-

опы- Жи on nos т1ш- Режим движения авто-

та (ГА mu-27-02) ность мобшш

до НН после КН û4tIgTKr"

пробег КПГ 30000 км

■I 450'.. .660 50.. .60 90 Движение по трассе•

2 еоо 50 92

3 1150 70.. .100 93 Подъем

600 50.. .60 91 Движение но трассе

5 600.. .720 50.. .80 90

6 -riU0 80 80 Остановка перед

перекрестком

7 800.. .1010 80.. .130 89 Разгон с перекрестка

Рис.4. Влияние вш и КНГ на экологические показатели дизеля КамАЗ-740 в зависимости от нагрузки ( П, = 1800 мин-1 )

о-о - без нейтрализатора (Оном ); а-"—а - с

нейтрализатором (©ном)»' *-х - с нейтрализатором

(0в17Р(рач) = I5 град.п.к.в.)-.

Продолжение таблицы

Л> СО, шш-1 о пи— Ц'А ШМ-27-02; та

до КН

после 1Ш

Эффек-

тив- Реши,; двняенш ность автомобиля очистки,

8 600.. .850 80...200 81 Остановка деред

разгрузкой

9 1100 600 55 Длительный холостой

ход

10 600.. .1000 70...100 'л 89 Движение по трассе

пробег КНГ 80000 км

I 700.. .800 100...150 84

2 750.. .1050 50...30 95 Движение по трассе

3 980.. .1190 150 86

4 1070 220 78 Остановка на пере-

крестке

5 . 700 550...600 18 Длительный холостой

ход

В разделе 4 приводятся технические характеристики поставленного на промышленное производство нейтрализатора КНГ 220/2, рассматриваются особенности эксплуатации и технического обслуживания автомобилей КамАЗ о КНГ; 'даются рекомендации на дополненный регламент их обслуживания; приводится оценка эффективности внедрения разработанных рекомендаций в эксплуатации.

Поставленный на промышленное производство в АО "С.-Петербургский сталепрокатный завод" каталитический нейтрализатор-глушитель отработавших, газов сотовой конструкции на основе металлического блочного носителя модели КНГ 220/2 монтируется вместо штатного глушителя шума на автомобилях семейства КамАЗ: КамАЗ-5320, 5410, 4310, 5325, 4425, 53212, 55Ш, 53212. Регламент технического обслуживания предус- . матривает контроль от прогаров моноблоков-компактов и периодическую проверку эффективности очистки по "индикатору" присутствия продуктов неполного сгорания - окиси углерода СО.

Экономический эффект от внедрения в эксплуатацию разработанных рекомендаций составляет 2236ВД1 рублей в год на один автомобиль.

. ОБЩИЕ вывода

1. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработан и внедрен в эксплуатацию метод активной нейтрализации отработавших газов, позволяющий путем окислительного катализа и рациональных регулировок топ-ливоподачи обеспечить современные требования по экологическим показателям автомобилей семейства КамАЗ.

2. Уточненная, в части кинетики преобразований 0Г в каналах блочного реактора, аналитическая модель, методика и вариантные расчеты параметров каталитического нейтрализатора "сотовой" конструкции с ленточным металлическим носителем позволяют на стадии проектирования прогнозировать рацрональ-ные параметры КНГ для дизелей.

3. Выполненные по данным эксперимента расчеты показали, что в результате гетерогенных, преимущественно окислительных химических процессов, протекающих в активном слое катализатора, создается значительная тепловая нагрузка {для номинального режим,а работы дизеля КамАЗ-740 822 кДлс/м , для режима максимального крутящего момента - 1711 кДн/м2;, на металлическую стенку канала. Поэтому, с целью интенсификации отвода тепла во избежание прогаров и выхода из строя катализатора, рекомендуется: развивать поверхность моноблока путем утоньшения фольги до 50 мкм и сообщать потоку ОГ в канале турбулентный характер движения путем острых входных кромок, принудительной шероховатости и треугольного профиля сечения с "вихрями" в углах капала.

4. В условиях эксплуатации более 75% автомобилей КамАЗ .имеют значения дымности ОГ, превышающие установленные нормативы. Математическое ожидание значений дымности ОГ на режиме максимальной частоты вращения холостого хода составило 28/ь (норма по ГОСТ 21393-75, - 15%) -и на режиме свободного ускорения - 63,6$ (норма - .

5. В результате анализа данных эксперимента о влиянии регулировок топливоподачи на мощностные, топливно-экошыи-16

ческиб и экологические показатели дизеля КаыАЗ-740 установлено, что.наибольшее влияние на выбросы саяеуглеводородного аэрозоля и окислов азота ЫОх. с ОГ оказывает установочный угол опережения впрыскивания топлива Эмр , доля которого составляет 96,9...97,6 процентов в общем баланса влияния регулировочных параметров топливной системы ( Лр ) на образование окислов азота.'

6. Установлено, что уменьшение угла опереяенйя впрыскивания топлива ( вепг ) наряду с сокращением эмиссии С ОГ мшслов азота ( N0*. ), вследствие повышения температуры на выпуске, усиливает эффективность окислительного катализа, то-есть способствует активному сокращению выхода с ОГ окиси углерода СО и сажеуглеводородных продуктов, в том числе канцерогенных ПАУ.

7. Как показали результаты'эксплуатационных исследований, разработанный каталитический Нейтрализатор-глушитель ' шума (КНГ) для автомобилей семейства 'КамАЗ сохраняет гарантированную эффективность очистки от продуктов неполного сгорания не менее 95* от первоначальной в пределах ресурса

80000 км пробега в составе автомобиля.

8. Рациональные ¡значения установочных регулировочных параметров топливоподачи дизеля КамАЗ-740 с КНГ составляют:

рач)= 15 град.П.к.в. до ЮТ, =80 мм8/ц, РФ = 19 МПа. При этом соблюдаются для условий эксплуатации.ограничения, предусмотренные ГОСТ 18508-88, на мощностные и топливно--экономические показатели.

9. При реализации разработанного метода активной нейтрализации ОГ, сочетающего рациональные регулировки топливоподачи совместно с окислительным катализом (КНГ), концентрация Л/Ох. снижается на 20...24%, дымность в 1,5...3 раза, окись углерода СО - на 75...96$, суммарные углеводороды СН - на 50...75$ в зависимости от режима работы дизеля. *

10. Результаты работы внедрены в АООТ "ЦНИТА", АОЗТ "ОЛЛ" АО "С.-Петербургский сталепрокатный завод", ТОО

,"Фял.Ком.Лтд" (г.Гатчина, Ленинградской области), СПбГАУ (г.Пушкин, С.-Петербург).

Экономический эффект составляет 2236401 рублей на один автомобиль в год.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1.Николаенко A.B.,Ложкин В.Н.,Филин И.Н. Опыт использования каталитических нейтрализаторов на автомобильном транспорте.В кн.{Улучшение эксплуатационных показателей двигателей,тракторов и автомобилей,научно-технический семинар стран СНГ,19-21 апреля 1995 года,

С.-II б, СПбГ АУ, 1995, С Л-2.

2.Николаенко A.B.,Ложкин В.Н.,Филин И.Н. К теории физико-химических преобразований в блочном каталитическом нейтрализаторе дизеля.М.,1995,15 с.(Рукопись депонирована во ВНИЙТИЭСХ,№ 188 ВС-95),

3.А.С. 1672144 CGCP.I672I44AI Г24Г7/Об.Устройство для удаления газообразных вредностей от подвижного источника / И.Н.Филин,Н.М.!й[ухоркин (СССР) 2с:ил., зарегистрировано 22.04.1991 года,

4.Аналитическая модель физико-химических процессов блочном каталитическом нейтрализаторе дизеля /А.В.Нико-лаенко,В.Н.Ложкин,Т.С.Садова,И.Н.Филин. Сб.научн.трудов СПбГАУ.- СПб - 1995 г.

5.Совершенствование методики оценки уровня загрязнения окружающей среды токсичными компонентами и улучшение экологических показателей дизелей КамАЗ-у'40/А.В.Николаенко, В.Н.Ложкин,В.М.Занько,И.Н.Филин.Сб.нау^н.трудов ШбГЛУ.- СПб - 1995 г.

Типография С-ЦГАУ Заказ 178 р.п. Тираж 80 Ш1 I Подписано к печати 20.10.95