Методология повышения экологической безопасности двигателей автотранспортных средств в условиях эксплуатации

Ежегодно в атмосферу нашей планеты более 500 млн. автомобилей, самолетов и других транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) выбрасывают порядка 300 млн. т оксида углерода (СО), 60 млн. т углеводородов (CnHm), 30 млн. т оксидов азота (NOx). Дальнейший рост урбанизации и огромное увеличение парка транспортных средств с ДВС порождает опасность значительного загрязнения воздушного бассейна, в первую очередь густонаселенных районов. Поэтому проблема охраны окружающей среды столь же важна, как обеспечение человечества продуктами питания или энергией. Она приобретает острый глобальный характер, привлекая внимание мировой общественности, государственных органов, международных организаций.

В последние десятилетия ведется активная работа в направлении снижения токсичности отработавших газов (ОГ) автомобилей с целью снижения загрязнения воздушного бассейна населенных пунктов. В этой связи проводятся исследования посвященные изучению механизма воздействия транспортных средств на окружающую среду в процессе реализации их «жизненного цикла». Для этого рассматриваются энергетические затраты, объемы выбросов вредных веществ, потребление природных ресурсов, связанных с добычей сырья, изготовлением автомобилей, их эксплуатацией, ремонтом, обслуживанием и прочими факторами экологического загрязнения.

Поэтому целью большинства исследований является изучение и разработка эффективных технологических процессов и конструкций автомобилей, обеспечивающих повышение экологических показателей, при этом в качестве основной характеристики исследований используются величины выбросов, затраты энергии и материалов.

Исследования, направленные на снижение токсичности и повышение эксплуатационной экономичности транспортных ДВС, важны для решения проблемы защиты окружающей среды от загрязнения и потому актуальны.

Разработка новых моторных топлив, в том числе синтетических, изыскание эффективных и надежных систем нейтрализации вредных составляющих ОГ, а также повышению полноты сгорания топлива в двигателях, особенно на неустановившихся режимах, остаются наиболее приоритетными направлениями изысканий инженеров, конструкторов, ученых.

С конца 70 — х и в начале 80-х годов прошлого столетия, параллельно с внедрением бифункциональных каталитических нейтрализаторов и систем электронного дозирования топлива в замен этиловой жидкости стали применять антидетанационные присадки в виде различных металлоорганических, азотосодержащих и других элементоорганических соединений. Затем — окси-ганатные кислотосодержащие соединения (спирты, эфиры и их производные) и т. д. Однако названные присадки далеко не идеальны, как в отношении экологии, так и негативного влияния на двигатели. В этой связи в мировой практике уделяется внимание внедрению технологий производства автомобильных бензинов с высокооктановыми компонентами.

Снижение токсичности и повышение экономичности двигателей транспортных средств достигаются также улучшением качества регулирования состава топ-ливно-воздушной смеси, в первую очередь на неустановившихся режимах, характеризующихся повышенными удельными расходами топлива и выбросами вредных веществ с ОГ. Эффективным методом воздействия на рабочий процесс двигателя с целью снижения токсичности ОГ является совершенствование системы то-пливоподачи и ее управление в соответствии с режимом работы двигателя, для чего применяются системы управления топливоподачи.

В России 70 — 80 -х годов (СССР) не уделялось должного внимания широкомасштабному внедрению систем термокаталитической нейтрализации ОГ. В связи с неблагополучным состоянием окружающей среды в Российской Федерации органы государственной власти проводят политику улучшения экологических показателей автотранспортных средств. Известно, что одним из основных методов обезвреживания ОГ ДВС автомобилей является их каталитическая нейтрализация, осуществляемая путем пропускания ОГ через каталитический нейтрализатор (КН). В настоящее время в большей части применяются окислительно-восстановительные КН, обеспечивающие нейтрализацию одновременно по трем компонентам — СО, CnHm, NOx.

Шум является одним из наиболее распространенных и агрессивных факторов среды, воздействующих на здоровье человека. Основным источником шума в жилой среде является автомобильный транспорт, шум от которого на примагист-ральной территории наблюдается 15. 18 ч в сутки. Акустический дискомфорт от автотранспортного шума испытывают 30. .50% городского населения.

Исследователи акустических характеристик современного автомобиля выделяют ряд источников его шума, основными из которых являются: двигатель, впускное и выпускное устройства, вентилятор системы охлаждения, шины и элементы трансмиссии. Определяющее значение при совершенствовании акустических качеств автомобиля отводится воздействию на шум двигателя. Рациональный путь борьбы с шумом автомобильных двигателей связывают с совершенствованием конструкции двигателя, его отдельных узлов, с применением дополнительных средств звукоизоляции и звукопоглащения.

Задачи рационального расходования природных ископаемых энергоресурсов год от года становится все актуальней. Основными потребителями топлив нефтяного происхождения являются ДВС, в том числе поршневые. Несмотря на длительный период развития поршневых ДВС, их коэффициент полезного действия (КПД) довольно низок. Одна из причин — значительные потери с ОГ теплоты, образовавшихся в цилиндрах двигателей в результате термохимических реакций окисления топлива. До настоящего времени наибольшее внимание в процессе совершенствования ДВС уделялось достижению максимальной мощности, малой массы и размеров двигателя, минимальных производственных затрат. Теперь на первый план как важнейший критерий оценки двигателя выступает минимизация потребления им топлива. Снижения потребления топлива достичь непросто, и, кроме того, оно может оказывать неблагоприятное влияние на другие параметры двигателя.

Перспективы развития поршневых ДВС традиционных схем предопределяют, что резервы их дальнейшего совершенствования по многим направлениям исчерпываются, в том числе и по такому, как повышение топливной экономичности за счет совершенствования процессов смесеобразования, горения, газообмена и т. д. поэтому весьма перспективным становится направление по использованию теплоты ОГ с целью получения из нее дополнительной работы, что в конечном итоге приведет к повышению топливной экономичности и эффективного КПД. Задача получения работы из теплоты ОГ может быть решена с помощью ряда утилизационных систем, среди которых на автомобильной технике наиболее перспективны паросиловые установки, термоэлектрогенераторы.

Каждый из таких вопросов, как снижение токсичности ОГ, уменьшение уровня шума и регенерация теплоты ОГ, с которой выбрасывается в атмосферу до 40% энергии сжигаемого топлива, является самостоятельной сложной и весьма актуальной научно-технической проблемой, напрямую связанной с технико-экологическими показателями автомобиля и требующей для своего решения специальных, увязанных между собой подходов.

На современном этапе развития автотранспортной отрасли практически отсутствуют методики расчета экологических показателей автомобиля, учитывающие конструктивные, регулировочные, эксплуатационные и другие параметры. Во многих имеющихся исследованиях рассматривается улучшение одного экологического параметра или показателя, например, снижение концентрации оксида углерода в ОГ, либо оксидов азота. При этом не учитывается то, что их содержание в ОГ взаимосвязано, добиваясь снижение одного компонента увеличивают второй и наоборот.

В предлагаемой диссертационной работе обосновываются пути повышения показателей экологической безопасности двигателя автомобиля на основе совершенствования рабочего процесса путем модернизации его конструкции, систем и элементовустановкой дополнительных устройств, обеспечивающих снижение содержания основных токсичных компонентов в ОГ, позволяющих осуществлять регенерацию теплоты ОГ. В качестве базы для теоретических и экспериментальных исследований положены отечественные дизельные двигатели.

Актуальность темы

На современном этапе развития общества несоизмеримо с другими отраслями вырос вклад автомобильного транспорта в загрязнение окружающей среды. Правительство Российской Федерации своим Постановлением от 12.10.2005 г. № 609 утвердило специальный технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» .

Последние десятилетия XX века отличались небывалой динамичностью научно-технического прогресса. Научные открытия, современные техника и технология имеют интернациональный характер и быстро распространяются по всем регионам, однако любому позитивному процессу сопутствуют и негативные явления. Одним из таких последствий стало обострение противоречий, возникающих между необходимостью охраны природы и интенсивным использованием ее ресурсов. Экспериментально подтверждены необратимые изменения значений параметров окружающей среды, что все чаще приводит к экологическим кризисам и катастрофам на локальном уровне (фотохимический смог, кислотные осадки, другие виды загрязнений) и в глобальном масштабе (образование парникового эффекта, разрушение озонового слоя в стратосфере).

Автомобильные двигатели дают значительное количество выбросов, создающих химическое и тепловое загрязнение окружающей среды, они служат также источником шума и вибрации. Известно, что около 60% загрязнений воздушного бассейна большинства стран вызвано работой транспорта. До недавнего времени в совершенствовании рабочего процесса ДВС наибольшее внимание уделялось мощностным и топливно-экономическим показателям. На современном этапе развития автомобильных ДВС на первый план выступают критерии, характеризующие их отрицательное воздействие на окружающую среду, требования снижения концентрации токсичных компонентов в ОГ, уменьшения уровней шума и вибрации, а также теплового излучения. Решение каждого из этих вопросов является самостоятельной, сложной и весьма актуальной научно-технической проблемой, требующей для своего решения в условиях эксплуатации новых научных подходов.

Задача рационального расходования природных ископаемых энергоресурсов год от года становится все актуальней. Несмотря на длительный период развития ДВС, их коэффициент полезного действия (КПД) остается довольно низким. Одна из причин — значительные потери теплоты с ОГ. Снижения потребления топлива достичь непросто, кроме того, это может оказать неблагоприятное влияние на другие параметры двигателя, например, динамические.

На современном этапе развития ДВС перспективы традиционных схем предопределены тем, что резервы их дальнейшего совершенствования по выше отмеченным проблемным направлениям исчерпываются, в том числе и по такому, как повышение топливной экономичности. Сегодня и в ближайшей перспективе конкурентоспособность поршневых автомобильных ДВС может эффективно обеспечиваться новыми комбинированными конструктивно-технологическими решениями, основанными как на использовании известных традиционных их преимуществ, так и альтернативных технологиях: аккумулирования тепла, вторичного его использования в системах смесеобразования альтернативных смесевых горючих, в теплоутилизационных схемах, каталитического теплового конвертирования ОГ в системах газовыпуска, что в конечном итоге приводит к повышению топливной экономичности, эффективного КПД, снижению дымности и токсичности отработавших газов.

Однако реализация таких концептуальных конструктивно-технологических подходов, основанных на сочетании (комбинировании) традиционными и новейшими технологиями, достигших сегодня достаточно высокого технического уровня, требует качественно нового научно-прикладного осмысления в теории и практике эксплуатации автомобильных ДВС.

В настоящей диссертационной работе предлагается новый обобщенный научно обоснованный многофакторный подход решения обозначенных проблем применительно к условиям эксплуатации автомобильных ДВС, обеспечивающий комплексное снижение отрицательного воздействия транспортных средств на окружающую среду при одновременном улучшении их топливно-экономических показателей. На основе анализа и системного подхода к обозначенным проблемам сформулированы научные принципы совершенствования конструкции и технического состояния двигателей автотранспортных средств. Сформулированы практические рекомендации по повышению экологической безопасности и эффективности работы существующих и имеющихся в эксплуатации автомобильных двигателей на основных режимах работы. Разработаны методики оценки их экологической, эксплуатационной и экономической эффективности.

Объекты исследования: новые и находящиеся в эксплуатации конструкции автомобильных поршневых двигателей внутреннего сгорания, модернизированные дополнительным оборудованием в системах впуска и выпуска, использующие многокомпонентное топливо на основе спиртовых добавок, каталитические нейтрализаторы и утилизаторы тепловой энергии ОГ.

Предмет исследования: комбинированные рабочие процессы, сочетающие новые концептуальные принципы формирования многокомпонентного топлива, нейтрализации отработавших газов и утилизации их тепловой энергии с целью повышения экологической безопасности автомобильных ДВС и экономии расхода топлива в эксплуатации.

Научная новизна исследования. На основании анализа доминирования факторов загрязнения окружающей среды транспортными средствами обоснована новая методология повышения экологической безопасности поршневых ДВС в эксплуатацииразработана методика расчета многокомпонентного топлива, для формирования которого обосновано применение испарителя использующего тепловую энергию ОГсозданы математические модели и инженерные методики расчета основных параметров впускных каналов ДВС с целью повышения коэффициента наполнения цилиндровобоснованы и созданы новые конструкции каталитических нейтрализаторов и утилизаторов тепловой энергии ОГполучены новые результаты экспериментальных исследований и опыта внедрения систем формирования многокомпонентного топлива, нейтрализации и утилизации тепловой энергии ОГ применительно к условиям эксплуатации.

На защиту выносятся:

— новая методология, включающая исследование и прогнозирование свойств экологической безопасности автотранспортных средств в эксплуатации на основе анализа рабочего процесса поршневого двигателя, функционирующих в рамках замкнутой динамической системы «автомобиль — водительокружающая среда» и сочетающая одновременную комплексную реализацию рациональных, с точки зрения экологической продуктивности, новых конструктивно-технологических решений;

— расчетная методика формирования топливной смеси, в том числе многокомпонентной, включающая распыливание, испарение топлива и процессы тепло — массопередачи, определяющие динамику смесеобразования;

— методика анализа состава продуктов сгорания топлива, разработанная на основе термодинамического расчета, показывающая влияние свойств топлива на токсичность ОГ;

— методика определения рациональных геометрических параметров и конфигурации впускного трубопровода, разработанная по математической модели формирования траектории движения потока при его поступлении в цилиндры ДВС;

— термодинамическая модель расширения цикла рабочего процесса ДВС в область увеличения доли полезно использованного тепла за счет вторичной утилизации остаточной энергии;

— модернизированная конструкции ДВС, обеспечивающая его работу по новому термодинамическому циклу путем установки новых конструктивных элементов систем впуска и выпуска ДВС, позволяющих формировать многокомпонентный состав топлива и нейтрализовать токсичные компоненты отработавших газов.

Практическая значимость и реализация работы:

1. Выполненные исследования диссертационной работы согласуются с Постановлением Правительство Российской Федерации от 12.10.2005 г. № 609, которым утвержден специальный технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» в части обеспечения рекомендуемых норм в ОГ ДВС автотранспорта. Предложенные в диссертации разработки позволяют посредством конструктивной модернизации систем ДВС обеспечить установленные требования на эксплуатируемых и вновь выпускаемых автомобилях.

2. Тематика диссертационной работы соответствует городской комплексной Программы «Здоровье Барнаула», утвержденной решением Барнаульской городской Думы 16.06.99 г., № 401, в рамках которой разработаны:

— рекомендации владельцам эксплуатирующим автотранспортные средства в отношении технического состояния подвижного состава, позволяющие улучшить городскую экологическую обстановку;

— каталитические нейтрализаторы, обеспечивающие снижение токсичности ОГ и представляющие собой недорогие конструкции, доступные к производству на городских машиностроительных предприятиях.

3. Выполнена работа по оптимизации конструктивных параметров впускной системы двигателей многоцелевого назначения, для чего на основании математической модели формирования траектории движения потока, при его всасывании в цилиндр, разработаны методика определения рациональных геометрических параметров и конфигурация впускного трубопровода. Результаты разработок приняты к внедрению на ОАО «Алтайдизель».

4. Разработаны методики определения термических свойств многокомпонентных топлив, анализа состава продуктов сгорания топлив, совершенствования цикла ДВС за счет увеличения количества теплоты, превращаемой в механическую работу, утилизации теплоты отработавших газов, процессов каталитической очистки ОГ. Результаты внедрены на ОАО «Барнаултрансмаш» для проведения научно-исследовательских и конструкторских работ при создании новых моделей дизелей.

5. Новизна конструктивных решений подтверждена патентами на изобретения: а) Образцы каталитических нейтрализаторов (патенты № 2 163 300, № 2 163 675) и испарителя топлива (патент № 2 168 094), разработанные в ходе научных исследований, эксплуатируются на автомобилях автотранспортных предприятий г. Барнаула: ЗАО «Автобаза № 1», ОАО «Автоколонна 1245». б) Конструкторские разработки, созданные по изобретениям (патенты № 2 119 073, № 2 156 362, № 2 153 085), используются в Алтайском государственном техническом университете им. И. И. Ползунова в научных исследованиях и учебном процессе.

Основные положения диссертации представлялись на международных, всероссийских, региональных научно-технических конференциях и семинарах, в том числе: Межвузовской научно-практической конференции с международным участием «Транспортные средства Сибири (состояние и проблемы)» (Красноярск, 1995) — Межвузовской научно-технической конференции «Современные транспортные проблемы» (Харьков, 1996) — Международной научной конференции «Проблемы безопасности транспортного средства» (Липецк, 1998) — II, III и IV Международных научно-технических конференциях «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе» (Москва, 1998, 1999, 2000) — Международных заочных научных конференциях «Безопасность XXI века» (Санкт-Петербург, 1999, 2000) — II Международной конференции «Совершенствование систем автомобилей, тракторов и агрегатов» (Барнаул, 2000) — I и II Международных научно-технических конференциях «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза, 2000, 2002) — Всесоюзной научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и энергобезопасности в Сибири» Барнаул — 2003; Международной научно-практической конференции «Реконструкция — Санкт — Петербург — 2005; 52-й, 53-й, 55-й, 56-й, 57-й, 58-й научно-технических конференциях Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова (Барнаул, 1994, 1995, 1997, 1998, 1999 и 2000).

Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в монографии и 48 печатных работах, по результатам исследований получено 9 патентов на изобретения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

Наиболее существенные результаты и выводы по работе заключаются в следующем:

1. В настоящее время автомобильный транспорт оказывает существенное воздействие на загрязнение окружающей среды. Транспортные тепловые двигатели, в основе работы которых лежит процесс горения углеводородного топлива, дают значительную часть химического и теплового загрязнения окружающей среды, служат источником шума и вибрации. Примеси, содержащиеся в топливе, слишком высокая или низкая температуры горения, неполное сгорание топлива приводят к образованию токсичных компонентов выбрасываемых с ОГ.

Проведенные исследования в рамках городской комплексной Программы «Здоровье Барнаула», утвержденной решением Барнаульской городской Думы 16.06.99 г., № 401 показали, что центральным звеном в цепи организационных и технических мероприятий по снижению воздействия двигателей автотранспорта ых средств па окружающую среду являются конструктивное совершенствование и техническое состояние эксплуатируемых автомобилей, которые в свою очередь являются определяющими факторами их экологической безопасности. При этом существующие системы и устройства снижения загрязнения окружающей среды являются односторонними, не обеспечивающими решение задач определенных Постановлением Правительства РФ от 12.10.2005 г. № 609.

Разработана и апробирована новая методология опенки и выбора инженерных средств повышения экологической безопасности автотранспортной техники, позволившая с высокой достоверностью определять стратегии в решении научно-технической проблемы с учетом эксплуатационных режимов работы, па основе модернизации конструкции ДВС путем создания и установки дополнительных устройств, позволяющих уменьшить вредные выбросы с ОГ, и осуществлять утилизацию теплоты ОГ.

Разработана и апробирована методика оценки и выбора инженерных средств повышения экологической безопасности автотранспортной техники, позволившая с высокой достоверностью определять стратегии в решении научно-технической проблемы с учетом эксплуатации и режимов работы.

Создан метод оценки экологической безопасности автотранспортных средств, позволяющий по комплексному показателю, с учетом вредных выбросов в атмосферу, проводить оценку перспектив повышения экологической безопасности с учетом экономического ущерба, наносимого системе «человек — машинасреда».

2. Теоретический анализ доминирования факторов экологического воздействия автотранспортных ДВС на окружающую среду, основанный на принципе системного подхода, учитывающий показатели объединенные в групповые эксплуатационные свойства, выявил градацию (значимость) видов загрязнений. Полученные результаты свидетельствуют, что наибольший вклад в загрязнение окружающей среды вносят отработавшие газы ДВС.

Следует принять во внимание, что в процессе эксплуатации автомобиля проявляются неисправности как правило увеличивающие вредные выбросы с ОГ ДВС. Выполненные с применением теории планирования многофакторных исследований эксперименты позволили на основании номограммы установить зависимость сос тава отработавших газов от технического состояния топливной аппаратуры дизеля.

3. Теоретический анализ процессов газообмена и горения в ДВС на основе протекания термодинамического цикла, при учете конструктивных особенностей впускного тракта, условий образования отдельных токсичных компонентов показал, что необходимо стремиться к уменьшению коэффициента сопротивления впускной системы, путем выбора максимальных сечений и обтекаемых форм впускного трубопровода, а также проходных сечений клапанов, в той или иной степени влияющие на коэффициент наполнения. Величины вредных и токсичных веществ отработавших газов ДВС зависят от физико-химических и тсплофизических свойств топлив, их расхода, неполноты сгорания (углеводороды), реакций цепочно-теплового взрыва (альдегиды и др.), термического разложения углеводородов в газовой или парогазовой фазе (сажа), термического окисления азота (оксиды азота).

4. Проведенные научные исследования подтвердили, что перспективным направлением защиты окружающей среды от ее загрязнения ОГ является использование в ДВС многокомпонентных топлив. Термодинамический расчет многокомпонентных топлив позволяет определить основные термохимические свойства топлив произвольного химического состава, а также составов пролетов сгорания, что дает возможность составить условную химическую формулу соответствующую заданным условиям и требованиям процесса горения и оценить эффективность использования исследуемых топлив для целей снижения токсичности ОГ.

5. Разработаны теоретические основы использования остаточной теплоты ОГ в испарителе, который обеспечивает формирование многокомпонентного топлива.

Наличие перепада температур обеспечивает принципиальную возможность получения работы из энергии ОГ. В энергетическом теплооб-менном оборудовании каковым является испаритель основным фактором, определяющим интенсивность теплообмена, является конвективная теплоотдача. Интенсивность теплоотдачи определяется геометрией поверхности нагрева, теплофизическими свойствами вещества и гидродинамикой потока. Тепловой поток в испарителе должен оставаться по возможности стабильным. независимо от изменения во времени количества и температуры ОГ. иметь высокую плотность и обеспечивать равномерное температурное поле в зоне теплосъема.

Расположение нагревателя испарителя непосредственно в потоке ОГ обеспечивает использование теплоты, передачу ее во внутренний контур испарителя, в пределах 6.8% от теплоты уносимой с ОГ. Использование утилизационного нейтрализатора для подвода теплоты ОГ к нагревателю испарителя позволило увеличить долю теплоты, передаваемую в его внутренний контур в 2.8 раза. зю.

6. Произведено научное обоснование формирования многокомпонентной топливной смеси, начинающееся с подачи компонента топлива в испаритель, его дальнейшего испарения под воздействием теплоты ОГ, перемешивания фракций топлива с воздухом во впускном трубопроводе, завершается процесс в цилиндре при взаимодействии топливовоздушной смеси с основной порцией топлива.

На основании расчетной схемы разработана математическая модель пористого испарителя, включающего описание процессов нагрева и испарения жидкого компонента топлива из пористой структуры, а также процессы теплообмена первичного и вторичного теплоносителей.

Создана математическая модель движения топливно-воздушной смеси по впускному коллектору, которая с помощью метода конечных элементов позволяет рассчитать давление и расход рабочего тела в каждом узле пространственной модели коллектора. Распределение скоростей и давлений в потоке при его движении определяется конфигурацией впускного трубопровода. При впуске относительно слабая «трубная» турбулентность, обязанная своим зарождением градиенту скоростей вблизи стенок и взаимодействию вихрей, которая существенно усиливается интенсивной «объемной» турбулентностью, связанной с нестационарным (пульсирующим) движением потока. В зависимости от скорости потока, вязкости смеси, формы и размеров коллектора движение может быть ламинарным или турбулентным. В конечном счете движение потока определяется критическим числом Рейнольдса, которое изменяется в зависимости от формы, протяженности канала и других условий.

7. Разработана математическая модель процесса очистки ОГ от вред-пых веществ при сгорании многокомпонентного топлива, которая основана на современных представлениях о кинетике окислительных и восстановительных процессов в присутствии катализаторов.

Выполненные на математической модели расчеты позволили получить параметры пористых каталитических блоков нейтрализаторов с эффективностью очистки дк. м = 0.554.0,661 в диапазоне расходов газов 300.3600 м" '/ч с температурами 450.850 К, с объемами пористых проницаемых материалов в.

2 2 3 блоках очистки в пределах 0,7×10″ .4,76×10* м, создающих противодавления выпуску в пределах 600.650 мм вод. столба.

8. Созданы, экспериментально изучены и апробированы в условиях стендовых и транспортных работ устройства блочных многоступенчатых нейтрализаторов, на которые получены 4 патента Российской Федерации. Все указанные нейтрализаторы обеспечивают очистку отработавших газов дизелей от: оксидов азота на 32.48%, оксида углерода на 60.70%, от углеводородов на 50.60%, от твердых частиц, включая сажу, на 75. .85% при противодавлениях выпуску 600. 650 мм вод. столба.

9. Применение разработанных многоступенчатых блочных нейтрализаторов в совокупности с использованием многокомпонентного топлива обеспечивает выполнение норм стандарта ЕВРО-3 при незначительных регулировках топливной аппаратуры.

На последующие годы переход на выполнение требований стандартов ЕВРО-4 возможно достигнуть путем более точного дозирования многокомпонентного топлива в совокупности с совершенствованием каталитической нейтрализации ОГ, что обеспечит существенное снижение по выбросам оксидов азота и твердых частиц.

10. Экспериментальные исследования диссертационной работы, результаты внедрения и дальнейшей эксплуатации систем формирования многокомпонентного топлива совместно с каталитической нейтрализации ОГ подтверждают обоснованность и достоверность разработанных математических моделей и методик.

11. При расположении нагревателя испарителя непосредственно в потоке ОГ теплота, полученная внутренним контуром, составляет 6.8% от теплоты, уносимой с ОГ. Использование нейтрализатора для подвода теплоты ОГ к нагревателю испарителя позволило увеличить долю теплоты, передаваемую к рабочему телу, в 2,8 раза.

12. Проведена оценка показателей работы ДВС и содержания вредных веществ в ОГ по результатам применения многокомпонентного топлива на основе спирта в зависимости от фракционного состава.

Элементный состав многокомпонентного топлива отличается снижением доли углерода и значительно большим количеством кислорода, доля водорода сохраняется почти неизменной. Повышенная скрытая теплота испарения, в совокупности с пониженным цетановым числом увеличивает период задержки воспламенения, для чего необходимо изменить регулировки топливной аппаратуры. При этом проявляется незначительное, на 1−2% отклонение индикаторного КПД.

13. Многокомпонентный состав топлива обеспечивает снижение содержание сажи в ОГ в зависимости от количества подаваемого спирта в среднем в 2,5 раза, уровень выбросов Сх Ну уменьшается на 28% чем при использовании дизтоплива, отмечается незначительное на 5 — 8%, увеличение выбросов NOx.

14. Использование в качестве присадки к многокомпонентному топливу воды приводит к повышению содержания сажи и СО, с повышением их концентраций в ОГ дизеля в зависимости от увеличения количества воды, поступающей с всасываемыхм воздухом.

15. Разработана математическая модель процесса очистки отработавших газов от вредных веществ, которая основана на современных представлениях о кинетике окислительных и восстановительных процессов в присутствии катализаторов. Выполненные расчеты на математической модели позволили получить параметры пористых блоков нейтрализаторов с эффективностью очистки i]KII = 0,554.0,661 в диапазоне расходов газов 300.3600 м7ч с температурами 450.850 К, с объемами пористых проницаемых материалов 3 в блоках очистки в пределах 0,7×10″ «.4,76×10» «м, создающих противодавления выпуску в пределах 600.650 мм вод. столба.

16. Разработанные конструкции нейтрализаторов позволяют эффективно снижать токсичность ОГ, для бензинового ДВС — по СО па 12. 19%, по NOx па.

38.70%, по СпНт на 15. .58%- для дизельного ДВС — по N0, 15 до 20%, по саже с ребристым элементом от 25 до 40%, с фильтром от 50 до 69%. Эффективность работы каталитического нейтрализатора по очистке ОГ от токсичных компонентов зависит от текущей нагрузки ДВС.

17. Положительный опыт внедрения образцов испарителя топлива и многоступенчатых блочных каталитических нейтрализаторов свидетельствуют о практической возможности достижения в условиях эксплуатации автотранспортных средств норм стандарта ЕВРО-3, посредством модернизации ДВС.

18. В результате проведенного расчета было выявлено, что применение предложенных в работе инженерных мер повышения экологической безопасности ДВС автотранспорта позволяет снизить суммарный экономический ущерб от легковых автомобилей па 200 руб/тыс. км, от грузовых автомобилей на 290 руб/тыс. км.