Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей Корнилов Геннадий Сергеевич

Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей
<
Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Корнилов Геннадий Сергеевич. Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.04.02 Москва, 2005 439 с. РГБ ОД, 71:06-5/272

Содержание к диссертации

Введение

Анализ требований к экологическим и технико-экономическим показателям автомобильных дизелей и способам их улучшения 16

1.1. Нормирование выбросов вредных веществ с отработавшими газами 16

1.2. Требования по обеспечению экологической безопасности автомобильных дизелей в полном жизненном цикле 22

1.2.1. Стандартизация оценки по полному жизненному циклу 23

1.2.2. Методики оценки показателей автомобилей и автомобильных дизелей в полном жизненном цикле 25

1.3. Способы улучшения экологических и технико-экономических показателей автомобильных дизелей в полном жизненном цикле 27

1.3.1. Воздействие на рабочий процесс 28

1.3.2. Работа дизелей на альтернативных топливах 42

1.3.3. Нейтрализация отработавших газов 46

1.4. Цель и задачи исследования 53

Математическое моделирование процессов образования вредных веществ в цилиндре дизеля и параметров топливной аппаратуры 55

2.1. Обоснование выбора базовой модели для расчета рабочего процесса дизеля 56

2.2. Двухзонная математическая модель рабочего процесса и процессов образования оксидов азота в дизеле 58

2.2.1. Особенности модели 58

2.2.2. Расчет процесса сгорания 61

2.2.3. Расчет образования оксидов азота процесса сгорания 83

Математическая модель образования сажевых частиц в цилиндре дизеля 90

2.4.1. Состав и свойства дисперсных частиц 90

2.4.2. Современные представления о механизме образования сажевых частиц 95

2.4.3. Анализ существующих моделей образования и выгорания частиц 101

2.4.4. Математическая модель процессов образования и выгорания сажевых частиц 112

2.4.5. Проверка адекватности модели 117

2.4.6. Определение массовых выбросов сажевых частиц по дымности 121

Методика определения основных параметров топливной аппаратуры дизелей и построения размерных рядов топливных насосов высокого давления 125

2.5.1 Определение эффективного проходного сечения распылителя 127

2.5.2. Определение максимального давления и скорости топлива у насоса 129

2.5.3. Определение объемной скорости нагнетания топлива плунжером 131

2.5.4. Определение основных размеров толкателя и межсекционного расстояния 138

2.5.5 Определение основных размеров кулачка 141

2.5.6. Методика расчета конструктивных и регулировочных параметров аккумуляторной топливной системы 143

3. Методика оценки эколого-экономических показателей автомобильных дизелей в полном жизненном цикле 152

3.1. Анализ методик оценки эффективности методов и средств снижения вредных выбросов от транспортных средств 153

3.2. Методика оценки эколого-экономической эффективности способов повышения экологической безопасности автомобильных дизелей в полном жизненном цикле 159

4. Теоретическое и экспериментальное исследование путей совершенстования рабочего процесса автомобильных дизелей 173

4.1. Расчетные исследования влияния различных параметров процесса сгорания на основные показатели дизеля 174

4.2. Аппроксимирующие зависимости показателей дизеля от параметров сгорания и наддува 178

4.3. Исследование перспектив снижения выбросов оксидов азота автомобильными дизелями путем рециркуляции отработавших газов ;.-.'. 186

4.3.1. Теоретическое исследование снижения выбросов оксидов азота путем рециркуляции отработавших газов 186

4.3.2. Экспериментальное исследование снижения выбросов оксидов азота путем рециркуляции отработавших газов 198

4.4. Исследование экологических показателей автомобильных дизелей при использовании внутрицилиндрового катализа 214

4.5. Расчетное исследование влияния параметров впрыскивания топлива и геометрии камеры сгорания на показатели автомобильного дизеля 226

4.5.1. Исследование влияния формы камеры сгорания на технико-экономические и экологические показатели дизеля 227

4.5.2. Исследование влияния параметров распылителя форсунки на технико-экономические и экологические показатели дизеля 230

4.5.3. Исследование влияния максимального давления и продолжительности впрыскивания топлива на экономические и экологические показатели дизеля 232

4.5.4. Исследование влияния характеристик впрыскивания топлива на экономические и экологические показатели дизеля 234

4.6. Разработка и исследования элементов топливной аппаратуры автомобильных дизелей 244

4.6.1. Разработка типоразмерного ряда насосов типа «Компакт» 244

4.6.2. Разработка и исследование аккумуляторной топливной системы для автомобильных дизелей 248

Исследование показателей дизелей при использовании диметилового эфира в качестве топлива 264

5.1. Теоретическое исследование влияния диметилового эфира на показатели автомобильного двигателя с воспламенением от сжатия 266

5.2. Разработка и исследование системы впрыска ДМЭ для дизелей 277

5.2.1. Расчетный анализ аккумуляторной системы для работы на диметиловом эфире 282

5.2.2. Экспериментальное исследование истечения диметилового эфира через распылитель форсунки 284

5.3. Экспериментальное исследование рабочего процесса дизеля при работе на диметиловом эфире 289

6. Разработка и исследование систем очистки отработавших газов дизелей 303

6.1. Исследование дизельных окислительных нейтрализаторов 304

6.2. Исследование систем нейтрализации оксидов азота в отработавших газах дизелей 314

6.3. Исследования фильтра дисперсных частиц с системой регенерации 328

6.4. Разработка концепции построения комплексной системы нейтрализации отработавших газов дизелей 350

Сравнительный анализ эколого-экономическои эффективности применения различных способов снижения вредных выбросов от дизелей с учетом их полного жизненного цикла 358

7.1. Анализ эколого-экономических показателей базового варианта дизеля в полном жизненном цикле 360

7.2. Сравнительный эколого-экономический анализ эффективности мероприятий по совершенствованию рабочего процесса дизеля 372

7.3. Сравнительный эколого-экономический анализ эффективности применения комплексной системы снижения вредных выбросов от дизеля 376

7.4. Сравнительный эколого-экономический анализ эффективности применения диметилового эфира в качестве топлива 380

Основные результаты и выводы 390

Список использованной литературы

Введение к работе

Автомобильный транспорт является одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха в городах. Значительный вклад в загрязнение от транспорта вносят автомобили с дизелями.

Для снижения негативного воздействия автотранспорта на окружающую среду Российская Федерация вводит в действие стандарты на выбросы вредных веществ, принятые Европейской Экономической Комиссией ООН. В настоящее время планируется гармонизировать российские нормы на выбросы вредных веществ с нормами, принятыми в Европе.

Выполнение требований новых норм на выбросы вредных веществ требует проведения целого комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по совершенствованию конструкции дизелей и их систем. На момент начала 2005 г. Российская автомобильная промышленность полностью готова к переходу на нормы Евро-2, имеются отдельные разработки дизелей (готовые к производству), удовлетворяющих нормам Ев-ро-3. Дальнейшее ужесточение норм потребует внесения существенных изменений в конструкцию дизеля для обеспечения более совершенного с термодинамической и экологической точек зрения рабочего процесса, применения новых систем впрыска топлива, применения систем нейтрализации отработавших газов (ОГ). Кроме того истощение запасов нефти приводит к необходимости поиска новых альтернативных топлив, которые обеспечивали бы, наряду с экономией природных ресурсов, существенное снижение выбросов вредных веществ. При разработке новых способов и устройств для повышения экологической безопасности автомобильных дизелей необходимо учитывать специфику условий Российской Федерации: недостаточно высокий уровень развития технологий производства и обслуживания, использование дизельного топлива с высоким содержанием серы и ароматических соединений, отсутствие современной сервисной инфраструктуры, большую территорию и разнообразие климатических условий страны.

Обоснованный выбор перспективных направлений улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей должен основываться на комплексном анализе различных аспектов этой проблемы, что возможно осуществить в рамках концепции полного жизненного цикла (ПЖЦ). Предлагаемые решения должны подвергаться эколого-экономическому анализу с учетом затрат на их реализацию и достигаемого экологического эффекта (в виде предотвращенного ущерба для окружающей среды). Такой анализ позволит с наименьшими затратами осуществить переход на перспективные экологические нормы и обеспечить снижение негативного воздействия на окружающую среду.

Таким образом решение проблемы улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей в полном жизненном цикле является актуальным и позволит существенно снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду. 

Нормирование выбросов вредных веществ с отработавшими газами

Автомобильный транспорт является одним из основных источников загрязнения окружающей среды [3, 206, 240]. Основными вредными компонентами отработавших газов (ОГ) дизелей являются оксиды азота (NOx), дисперсные частицы (ДЧ), оксид углерода (СО) и углеводороды (СН), причем наибольшей токсичностью обладают NOx и ДЧ [39, 50, 68].

В мире наблюдается тенденция к постоянному ужесточению норм на выбросы вредных веществ от дизелей. Так, например, в Европе, нормы на предельно допустимый выброс NOx от дизелей автомобилей полной массой более 3,5 т с 1993 по 2005 г.г. снизились в 2,6 раз, а на выброс ДЧ в 20 раз (см. рис. 1.1).

Усилия ученых всего мира направлены на совершенствование экологических показателей дизелей [314]. Ведутся работы по совершенствованию как рабочего процесса двигателя, так и устройств для нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов [13,47, 57, 94, 234].

Действующие в Российской Федерации Правила сертификации автотранспортных средств учитывают мировые тенденции и требуют от производителей внедрения новых конструкций и технологий, обеспечивающих экологическую безопасность не только при производстве, но и в эксплуатации.

Российская Федерация является участником «Соглашения о принятии единообразных технических предписаний для колесных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использованы на колесных транспортных средствах и об условиях взаимного признания официальных утверждений, выдаваемых на основе этих предписаний», заключенного в г. Женеве 20 марта 1958 г. в соответствии с Нотой Правительства Российской Федерации от 13 января 1992 г., и, соблюдая международные обязательства, Госстандарт России принял решение о прямом применении Правил ЕЭК ООН по безопасности автотранспорта. В настоящее время, в части ограничения выбросов ВВ автомобилями с дизелями, действуют Государственные стандарты ГОСТ Р 41.24-03, 41.49-03 [40] и 41.83-04 [41], которые являются стереотипами процедур и норм соответственно Правил ЕЭК ООН № 24, 49 и 83.

При непосредственном участии автора разработан и проходит утверждение в Правительстве Российской Федерации проект специального технического регламента «О требованиях к выбросам вредных (загрязняющих) веществ колесных транспортных средств, выпускаемых в обращение на территории Российской Федерации».

На Рис. 1.1 представлены нормы выбросов ВВ автомобилями с дизелями и сроки их введения в России согласно проекта указанного специального технического регламента.

Для дизелей автомобилей и автобусов полной массой более 3500 кг с введением международных норм Евро-3 и Евро-4 изменяется процедура сертификационных испытаний (испытательные циклы). Вводится измененный стационарный 13-ти ступенчатый испытательный цикл для определения выбросов ВВ (ESC - цикл). На Рис. 1.2 представлены контрольные точки и весовые коэффициенты для режимов 13-ти ступенчатого стационарного цикла в соответствии с требованиями Евро-2 (а) и Евро-3 (Евро-4) (б) Правил ЕЭК ООН №49. Введен также испытательный цикл двигателя на неустановившихся режимах (ETC - цикл), причем двигатели, оборудованные системами снижения NOx и ДЧ, и газовые двигатели должны испытываться только по циклу ETC.

В табл. 1.1 приведены нормы выбросов ВВ дизелями при испытаниях по циклу ETC (неустановившиеся нагрузки), причем в них несгоревшие углеводороды разделены на две категории: неметановые и метановые. Содержание метана определяются только для газовых двигателей, но зато по ним не оцениваются выбросы ДЧ.

На рис. 1.4 показан Европейский цикл ETC испытания двигателей на неустановившихся режимах. Он длится 1800 секунд и включает участки, имитирующие движение по городу, по сельским и магистральным автодорогам. Значения частоты вращения вала двигателя и нагрузки задаются через каждую секунду. Для реализации этого цикла требуется новое испытательное оборудование, способное в автоматическом режиме его воспроизводить.

Для автомобилей полной массой менее 3500 кг применяется городской испытательный цикл (UDC) со скоростной добавкой (EUDC) - уровень Евро-2, и тот же цикл, но без 40 секунд прогрева двигателя - уровень Евро-3.

Для уровня норм Евро-4 дополнительно вводятся холодные испытания при старте двигателя автомобиля с температуры - 7С.

Переход Российской Федерации на новые экологические нормы требует принятия целого комплекса мер, направленных на повышение экологической безопасности транспорта:

- организационно-правовых и финансовых (создание нормативно-законодательной базы, введение системы экологического налогообложения, льгот для предприятий, выпускающих экологически чистую продукцию);

- научно-технических (разработка и исследование новых способов снижения выбросов вредных веществ, их освоение в производстве);

- технологических (разработка новых технологий производства двигателей и их комплектующих, разработка и освоение новых технологий обслуживания и ремонта двигателей и автомобилей).

В данной диссертационной работе рассматривается некоторые из перечисленных выше аспектов, связанные с разработкой, научно-техническим и эколого-экономическим обоснованием перспективных путей повышения экологической безопасности автомобильных дизелей.

Обоснование выбора базовой модели для расчета рабочего процесса дизеля

Для решения перечисленных выше задач возможно использовать два типа математических моделей.

Первый тип моделей - концептуальные - позволяет анализировать пер-спективные рабочие процессы, в том числе при использовании альтернативных топлив, и выбирать основные параметры вновь проектируемых двигате лей. В основе концептуальной модели может быть использована двухзонная модель процесса сгорания с заданным законом выгорания топлива.

Второй тип моделей предназначен для проектирования и доводки дизелей. В основе такой модели должен лежать многозонный подход к моделированию процесса сгорания в дизеле с расчетом динамики тепловыделения на основе оценки скорости испарения и выгорания топлива (либо скорости перемешивания воздуха и топлива).

При создании математических моделей следует особое внимание уделить адекватному математическому описанию образования основных токсичных компонентов отработавших газов дизеля - оксидов азота и сажевых частиц.

В обоих случаях могут быть использованы одни и те же подходы к моделированию образования токсичных веществ. При разработке математических моделей образования оксидов азота и сажевых частиц учитывались следующие положения. Динамика изменения концентрации оксидов;азота может оцениваться с использованием различных механизмов образования NOx. Для расчета рабочих процессов в современных дизелях, работающих на дизельном топливе, может применяться термический цепной механизм, предложенный Б.Я.Зельдовичем [80, 81] при его использовании в рамках двух- или многозонной модели. При моделировании процессов сгорания альтернативных топлив, в частности диметилового эфира, более точные оценки могут быть получены с помощью детального кинетического механизма. Для оценки образования оксидов азота в цилиндре двигателей с организацией процесса гомогенного сгорания топлива обязательно необходимо учитывать механизм образования «быстрых» NOx.

Динамика изменения концентрации сажевых частиц должна оцениваться с учетом основных процессов образования частиц: образование предвестников частиц, зарождение частиц, коагуляция частиц, рост частиц, а также процессов выгорания сажевых частиц [12, 166, 299]. Для моделирования этих процессов целесообразно использовать феноменологический подход.

За основу для двухзонной модели в данной работе принята модель процесса сгорания, разработанная профессором В.А.Звоновым [61]. Основой для многозонной модели стали работы профессора Н.Ф.Разлейцева [194-196]. При разработке моделей также использованы результаты исследований [15, 82, 137-139, 154, 155, 163, 172, 233] и др.

Основой снижения выбросов вредных веществ является совершенство рабочего процесса двигателя [132]. Для снижения затрат на дорогостоящие эксперименты и для сокращения времени доводки рабочих процессов необходим программно-математический аппарат, позволяющий адекватно моделировать процесс сгорания и образования в дизеле одного из самых токсичных компонентов - оксидов азота. Это позволит обосновать наиболее эффективные пути улучшения экономических и экологических показателей дизельных двигателей.

В данном разделе приведено описание разработанной математической модели рабочего процесса дизельного двигателя, позволяющей исследовать влияние различных параметров процесса сгорания не только на эффективность рабочего процесса, но и на образование и выход основного токсичного компонента отработавших газов — оксида азота. В основе предлагаемой модели - двухзонная модель процесса сгорания профессора В.А.Звонова [60, 61].

Анализ методик оценки эффективности методов и средств снижения вредных выбросов от транспортных средств

В современных условиях перед разработчиками новых автомобильных дизелей стоит задача создания надежных и экономичных в эксплуатации, удовлетворяющих экологическим нормам двигателей. Одновременное выполнение всех перечисленных требований - достаточно сложная техническая проблема. Необходима комплексная оптимизация по многим параметрам с учетом не только стадии эксплуатации, но и стадий производства и утилизации. Сложность такой оптимизации состоит в необходимости учета большого числа трудносопоставимых параметров, таких как расход топлива, выбросы вредных веществ, затраты на переоборудование производства и станций технического обслуживания и т.п. Представляется наиболее целесообразным использование комплексного показателя эколого-экономической эффективности дизеля в полном жизненном цикле, выраженного в денежном исчислении. При оптимизации следует стремиться к сокращению затрат на реализацию жизненного цикла, а также ущерба, наносимого окружающей среде [5].

В главе 1 были приведены сведения о стандартах и методиках оценки показателей автомобилей и их силовых установок в полном жизненном цикле, а также методах оценки затрат в производстве и эксплуатации новых, усовершенствованных автомобилей. Ниже представлен анализ методик оценки эффективности методов и средств снижения вредных выбросов от транспортных средств и, разработанная на основе этого анализа, методика оценки эколого-экономической эффективности дизелей с учетом ущерба от загрязнения окружающей среды. Необходимо отметить, что обязательным условием при анализе путей совершенствования дизелей является удовлетворе ние действующим экологическим требованиям па выбросы вредных веществ, как при производстве, так и при эксплуатации, и утилизации дизелей.

В России разработано и используется несколько методик, которые могут быть применены для оценки эффективности различных мероприятий, направленных на снижение вредных выбросов от транспортных средств. Ниже рассмотрены некоторые из них, представляющие наибольший интерес.

Методика «Комплексной оценки антитоксичных устройств, предлагаемых для массового оснащения городского транспорта», разработанная профессором Ю.В.Трофименко и к.т.н. С.В.Шелмаковым на кафедре про-мышленно-транспортной экологии МАДИ(ТУ) базируется на работе [147], где подробно рассмотрены измерители одиночных, групповых, а также обобщенных свойств, с помощью которых можно охарактеризовать качество конструкции автотранспортного средства.

Измерителями обобщенных свойств АТС являются: - безопасность перевозочного процесса (осуществления транспортных услуг); - безвредность воздействия на окружающую среду ингредиентными загрязнителями; - транспортный комфорт; - сохранение природных ресурсов; - транспортная эффективность.

Каждое обобщенное свойство включает в себя несколько групповых свойств, которые, в свою очередь, включают несколько одиночных измерителей. Одиночные измерители, как правило, нормируются.

В результате образуется 3-уровневая иерархическая структура измерителей, оценивая которые можно получить представление об экологичности конструкции АТС. На нижнем уровне имеется 34 одиночных измерителя параметров свойств АТС, на среднем уровне - 9 групповых измерителей и, наконец, на верхнем уровне - 5 измерителей обобщенных свойств.

При осуществлении сравнения АТС с различными вариантами антитоксичных устройств одновременно по большому числу различающихся по физической природе измерителей предлагается использовать составной критерий в виде функции ценности Ф: женные значениями в безразмерном виде (по отношению к соответствующему значению измерителя базового образца) с учётом направленности изменения (со знаком «+» для улучшенных измерителей и со знаком «-» для ухудшенных).

Значения весовых коэффициентов отдельных измерителей АТС установлены экспертным путем для разных типов автотранспортных средств.

Использовать этот критерий можно, ориентируясь на результаты испытаний двигателей на моторных стендах, АТС и двигателей при полномасштабных испытаниях в ездовых циклах, а также на оценки параметров за период жизненного цикла, в том числе с использованием экспертных систем. Недостатком данной методики является субъективность назначения весовых коэффициентов.

Расчетные исследования влияния различных параметров процесса сгорания на основные показатели дизеля

На стадии концептуального проектирования необходимо выбрать основные параметры конструкции двигателя и рабочего процесса. На этой стадии, как правило, невозможно получить экспериментальные индикаторные диаграммы и, следовательно, характеристики тепловыделения. Для проведения расчетов и предварительной оценки экологических и экономических показателей дизеля целесообразно использовать характеристики тепловыделения, заданные в виде формул. Для моделирования рабочего процесса дизеля наиболее удобна формула И.И.Вибе [23]. В этой формуле закон тепловыделения определяется тремя параметрами: углом начала сгорания ф„г, продолжительностью сгорания (pz и показателем характера сгорания т (характеризует начальную фазу сгорания топлива).

В данном параграфе представлены результаты расчетных исследований влияния параметров процесса сгорания на основные показатели дизеля 8ЧН 13/14: эффективную мощность (Ne), удельный эффективный расход топлива (gc), максимальное давление сгорания (Pz), концентрацию и удельный выброс оксидов азота (NO,eNO) на режиме максимальной мощности (п = 1900 мин 1).

Данный режим выбран в связи с тем, что режимами, определяющими в испытательном цикле технико-экономические, а также во многом и экологические показатели дизеля, являются режимы номинальной нагрузки и максимального крутящего момента.

Расчеты выполнены с помощью двухзонной модели, описанной в гл. 2, расчет образования NOx производился по цепному термическому механизму. Результаты расчетов представлены на рис. 4.1.-4.3.

Проведенные расчетные исследования влияния параметров процесса сгорания на показатели дизеля позволяют сделать следующие выводы:

1. При увеличении угла начала сгорания с 358 град, п.к.в. до 368 град, п.к.в. удельный выброс оксидов азота снижается примерно на 1 г/кВтч, что составляет 26%, при этом мощность падает на 15 кВт, а удельный расход топлива увеличивается на 20 г/кВтч (10%).

2. При увеличении продолжительности сгорания с 40 до 80 град, п.к.в. удельный выброс оксидов азота значительно снижается - в 5,5 раз, уменьшение при этом мощности значительно больше, чем при изменении угла начала сгорания - на 40 кВт, а удельный расход топлива увеличивается на 35 г/кВтч (18%). Зависимость основных показателей двигателя от продолжительности сгорания нелинейная. При большом увеличении продолжительности сгорания наблюдается уменьшение эффекта.

3. При изменении показателя характера сгорания с 0,1 до 1,1 наблюдается снижение выбросов оксидов азота на 2,15 г/кВтч (4г%), мощности на 25 кВт (9%), повышение расхода топлива на 21 г/кВтч (10%); при повышении показателя характера сгорания от 0,9 до 1,1 наблюдается замораживание изменения выбросов оксидов азота при неизменной динамике изменения мощностных и экономических показателей.

Исследования рабочего процесса дизельного двигателя 8ЧН13/14 показали, что существуют резервы по уменьшению выбросов оксидов азота. Наиболее существенно на выбросы оксидов азота влияет продолжительность сгорания и показатель характера сгорания. Возможными путями практической реализации сделанных выводов можно назвать повышение качества распыливания топлива, в частности, за счет повышения давления впрыскивания, а также применение многофазного впрыскивания. Более детально представленные здесь рекомендации проанализированы ниже в данной главе.

Для оптимизации параметров рабочего процесса по критериям энергетической эффективности и минимизации выбросов вредных веществ целесообразно использовать полиномы, описывающие зависимость исследуемых показателей от параметров рабочего цикла.

В данном параграфе описан порядок получения уравнений для вычисления эффективного КПД и концентрации оксидов азота в отработавших газах дизеля 8ЧН13/14 для двух режимов работы: максимальной мощности и максимального крутящего момента. Эта задача решалась путем «расчетного эксперимента», то есть согласно правилам математического планирования эксперимента в ходе расчетов рабочего цикла и образования оксида азота в процессе сгорания в различных точках матрицы планирования определялись указанные выше показатели, значения которых затем аппроксимировались искомыми уравнениями. Затем полученные уравнения анализировались с целью оптимизации параметров рабочего процесса дизеля.

В качестве независимых аргументов этих зависимостей были приняты следующие параметры и интервалы их варьирования: 1. Продолжительность сгорания pz; интервал варьирования 40...80 п. к. в. 2. Момент начала видимого сгорания %г; интервал варьирования 358...368 п. к. в. 3. Температура воздуха во впускном коллекторе Г5; интервал варьирования 310...350 К. 4. Давление воздуха во впускном коллекторе ps; интервал варьирования 0,15...0,25 МПа.

Необходимые для выполнения расчета рабочего цикла дизеля исходные данные (кроме указанных выше четырех независимых факторов) задавались или определялись следующим образом: - коэффициент избытка воздуха выбирался таким образом, чтобы обеспечить необходимую мощность дизеля: 254,5 кВт на режиме максимальной мощности и 214 кВт на режиме максимального крутящего момента;

Похожие диссертации на Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей и топливной экономичности автомобильных дизелей