Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВЫБРОСОВ ТВЕРДЫХ
ЧАСТИЦ ОТ УГАРА МАСЛА В ДИЗЕЛЯХ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1. Состав отработавших газов дизелей и содержание в них
твердых частиц 10
1.2 Угар масла в дизеле и состав твердых частиц в отработавших
газах дизеля 16
1.3. Особенности угара масла в дизеле 27
Расход масла через пару «втулка-стержень клапана» 29
Определение полного расхода масла дизелем 31
1.6, Снижение выбросов твердых частиц с отработавшими газами
дизелей за счет сокращения угара масла 32
1.7. выводы по главе i. цели и задачи исследования 33
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ
ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ЗА СЧЕТ УГАРА МАСЛСЛА В ДИЗЕЛЕ 35
2.L Участие выгорающего в дизеле масла в формировании
состава ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ 35
Уточненная математическая модель образования и выгорания сажи в цилиндре дизеля с учетом угара масла 40
Адекватность модели 42
2.4. Выводы по главе 2 45
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. МЕТОДИКИ
ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ 46
3.1. Методика проведения экспериментальных исследований. ...46
3.2. Экспериментальная установка с дизелем 4415/18 48
3.3, Методики оценки уровней вредных выбросовс
отработавшими газами дизелей 53
ЗАОбработка ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 55
3.5, Оценка погрешностей измерений и расчетов 56
3.6. Методика расчета выбросов твердых частиц при их
определении различными приборами 60
3 J Методика оценки нкдогорания топлива и масла в цилиндре
ДИЗЕЛЯ 63
3,8 Методика определения состава твердых частиц в
отработавших газах по их происхождению 64
3.9, Каталитический нейтрализатор отработавших газов
двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки 70
3.10. выводы по главе 3 75
ГЛАВА 4- РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТАВА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В
ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДИЗЕЛЕЙ 76
использование возможностей анализа твердых частиц в составе отработавших газов дизеля 76
изменение состава твердых частиц в отработавших газах дизеля по нагрузочной характеристике 77
43. Изменение состава твердых частиц в отраштавших газах
ДИЗЕЛЯ ПО ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ характеристике 82
4 А Изменение состава твердых частиц в отработавших газах
дизеля при различных регулировках угла опережения начала подачи
топлива 84
4.5. Изменение состава твердых частиц в отработавших газах
дизеля при изменении продолжительности впрыска топлива 88
4.6 Изменение состава твердых частиц в отработавших газах
4 ДИЗЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ ПОСЛЕ ОХЛАДИТЕЛЯ НАДДУВОЧНОГО
ВОЗДУХА 90
Изменение состава твердых частиц в отработавших газах дизеля в зависимости о'!'коэффициента избытка воздуха 93
Оценка влияния разрежения на bj іуске на состав твердых частиц в отработавших газах дизеля 94
Оценка влияния противодавления на выпуске на состав твердых частиц в отработавших газах дизеля 97
4.10 Влияние температуры охлаждающей жидкости на состав
твердых частиц в отработавших газах дизеля 98
влияі1ие цетанового числа тої шива на состав твердых частиц в отработавших газах дизелей 102
Влияние затяжки пружины форсунки на состав твердых частиц в отработавших газах дизеля 104
4ЛЗ Влияние давления наддува на состав твердых частиц в
ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДИЗЕЛЕЙ 107
4Л4. Изменение состава твердых частиц в отработавших газах
ДИЗЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНОМ УГАРЕ масла 108
4.15 Влияние антидымной присадки в топливо на состав твердых
частиц в отработавших газах дизеля 111
4.16. Влияние каталитической очистки газов дизеля с различным
угаром масла на состав твердых частиц в отработавших газах 113
4Л7 Выводы по главе 4 117
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 119
ЛИТЕРАТУРА 121
ПРИЛОЖЕНИЕ! 133
Введение к работе
К двигателям внутреннего сгорания (ДВС) предъявляется ряд требований, которые в конечном итоге направлены на обеспечение высоких их качеств и конкурентоспособности на мировом рынке. Причем, в последние десятилетия, ввиду ухудшения экологической обстановки, во всех развитых странах возросли требования к уровням вредных выбросов ДВС с отработавшими газами в окружающую среду.
В окружающую среду до 40% вредных веществ от выбрасываемых всеми источниками поступает с отработавшими газами ДВС, в том числе: до 34% от общих выбросов оксида углерода (СО), до 64%» - оксидов азота (NOx) и до 34% - твердых частиц (ТЧ), включая сажу.
Выбросы твердых частиц в основном относятся к дизелям. Закономер
ности образования и выгорания сажи в цилиндрах дизелей изучались целым
рядом зарубежных и отечественных исследователей, в том числе,
B.3.Maxom>iMj С.А.Батуриным, В .Н. Ложкиным, А.С.Лоскутовым,
В.А.Барановым, В.И. Смайлисом и другими.
В то же время остался практически не рассмотренным вопрос об участии угара смазочных масел в образовании твердых частиц в цилиндрах дизелей, в то время как в состав отрабогавших газов их входит более 30% твердых частиц масляного происхождения.
Проведенные теоретические исследования на созданных математических моделях постоянно давали несовпадения по уровням выбросов сажи и твердых частиц в целом, что, в том числе, можно объяснять неучетом угара масла в процессах образования и выгорания твердых частиц.
Поэтому настоящая работа, направленная на изучение участия угара масла в дизелях на образование и результирующее выделение твердых частиц с отработавшими газами, является актуальной восполняющей представления об образовании и выгорании твердых частиц в процессе угара масла. Её ре-
зультатами можно пользоваться при разработке мероприятий по снижению уровней выбросов твердых частиц с оіработавшими газами дизелей в окружающую среду.
Целью работы явилось изучение участия угара смазочного масла в дизеле на уровни выбросов твердых частиц с отработавшими газами и использование результатов для решения практических задач снижения выбросов твердых частиц с отработавшими газами.
Объект исследования - твердые частицы в составе отработавших газов четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.
Предмет исследования - процессы образования и выгорания твердых частиц в процессе сгорания топлива и смазочного масла в цилиндре двигателя.
Научная гипотеза - организация рабочего процесса в дизеле обеспечивает процессы образования и выгорания твердых частиц топливного и масляного происхождения, не в полной мере, что предполагает их наличие в отработавших газах.
Научная новизна - установлены закономерности образования и выгорания твердых частиц масляного происхождения в зависимости от организации рабочего процесса дизеля, режимов его эксплуатации, состава масла.
Работа выполнена как часть целевой комплексной программы СО РАН "Экология", блок "Атмосфера", научно-технической программы Минобразования Российской Федерации, Перспективного плана развития НИР Алтайского государственного технического университета (АлтГТУ) им. [Т.И.Ползунова.
Задачами исследования явились следующие;
1. Усовершенствование математической модели текущего и результирующего выделения сажистых частиц с учетом угара масла в цилиндре дизеля;
Изучение на математической модели влияния различных параметров на особенности образования сажистых частиц в процессе выгорания топлива и масла в цилиндре дизеля;
Лабораторные исследования состава твердых частиц в отработавших газах дизеля при изменении параметров его рабочего процесса;
Экспериментальные исследования по выявлению влияния регулировочных, скоростных параметров, угара масла и присадок к топливу на состав твердых частиц в отработавших газах дизеля;
Создать конструкцию нейтрализаторов для очистки отработавших газов дизеля от твердых частиц, провести его испытания в стендовых условиях и определить эффективность.
Методы исследования. Решение поставленных задач реализовалось на основе теоретических методов, методов численного эксперимента на математической модели» лабораторном изучении состава твердых частиц и устройств для их улавливания в системе выпуска дизеля.
Практическая ценность работы заключается в том, что выявление участия смазочных масел в дизелях в процессах образования, выгорания и результирующего выделения твердых частиц позволяет направить внимание при решении задач снижения вредных выбросов дизелей на техническое состояние систем и регулировать тем самым состав твердых частиц. Экспериментально подтверждено участие масел в формировании уровней выбросов твердых частиц, что позволяет по величине угара масла и тепловой напряженности определять участие масел в общем выбросе твердых частиц.
Реализация результатов работы заключается в том, что при доводке дизелей появляется возможность учитывать долю выбросов твердых частиц масляного происхождения при оценке рабочего процесса по недогоранию. Рекомендации и программный комплекс переданы для использования результатов исследований дизелестроительным предприятиям Алтая.
Апробация работы. Материалы исследований, теоретических разработок и экспериментальных исследований по теме диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях Алтайского государственного технического университета им. И.И.Ползунова в 2000-2003 годах, научно-технических семинарах автотракторного факультета АлтГТУ и Алтайского государственного аграрного университета.
Публикации. Все основные положения диссертации опубликованы в шести статьях в сборниках Академии Транспорта Российской Федерации (Российской академии транспорта), АлтГТУ им. И.И.Ползунова. Конструкция каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки защищена патентом № 2189464 Российской Федерации, конструкция многоступенчатого комбинированного каталитического нейтрализатора отработавших газов для дизеля защищена патентом № 2215880 Российской Федерации
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и списка литературы, содержащего 127 источников отечественной и зарубежной литературы. Основная часть содержит 132 страниц машинописного текста, 23 таблицы, 40 рисунков.
В соответствии с содержанием диссертационной работы, автор на защиту выносит следующие положения:
Модернизированную математическую модель текущего и результирующего выделения твердых частиц с учетом угара масла в дизеле;
Результаты изучения на модели условий образования твердых частиц в процессе выгорания масла в цилиндре дизеля;
Результаты экспериментального исследования влияния режимов работы дизеля на состав твердых частиц с учетом угара масла;
Результаты оценки связей режимов работы дизеля и результирующих выбросов твердых частиц и их состав;
Результаты определения влияния наддува и охлаждения наддувочного воздуха на тепловую напряженность, выбросы и состав твердых частиц;
Результаты оценки эффективности работы сажевого фильтра при различном угаре масла в дизеле;
Выводы и рекомендации, направленные на снижение уровней выбросов твердых частиц с отработавшими газами.
Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке Администрации г. Барнаула, Алтайского края, Правительства Российской Федерации,
