Реферат Отчет: 180 стр., 11 рис., 12 табл., 72 источника
Скачать 2.36 Mb.
|
1.1 Экологические требования к дизельному двигателю Основным стимулом для снижения токсичности ОГ двигателей внутреннего сгорания сегодня является законодательное ограничение выброса вредных веществ. С этой целью разработаны и введены в действие стандарты и правила, которые устанавливают предельно допустимые нормы выброса токсичных компонентов – СО, СН, NOx, дисперсных частиц (РМ) и др. с отработавшими газами. Нормы на допустимые токсичные выбросы устанавливают из условия обеспечения санитарных норм на предельно допустимые концентрации токсичных веществ в атмосфере на улице городов с интенсивным движением автомобильного транспорта. С ростом автомобильного парка водятся все более жесткие нормы. Для того, чтобы изготовитель мог своевременно разрабатывать мероприятия, требующиеся для выполнения законодательных норм, они разрабатываются заблаговременно. Для выработки единого подхода к оценке экологической безопасности автомобилей и двигателей в 1958 г. в рамках Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) была подписана Женевская Конвенция по безопасности транспортных средств, к которой в настоящее время присоединилось 40 государств – основные промышленно развитые страны, за исключением США. В рамках Комитета по внутреннему транспорту были введены так называемые Правила ЕЭК ООН, которые устанавливают нормы на выбросы токсичных веществ с ОГ и регламентируют процедуру испытаний. Российская Федерация является участником Женевского соглашения и применяет Правила ЕЭК ООН по безопасности транспортных средств на своей территории. В России действуют Государственные экологические стандарты – ГОСТ Р 41.49, ГОСТ Р 41.83 и ГОСТ Р41.96, нормы и процедуры которых соответствуют Правилам ЕЭК ООН 49, 83 и 96 в отношении ограничения вредных выбросов транспортных средств и двигателей. Применительно к автомобильной технике в настоящее время действует Технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», в основе которого лежат указанные стандарты и правила. Для экологической оценки транспортные средства в зависимости от весового рейтинга и назначения условно разделены на две большие группы. К первой группе относятся легкие и средние автомобили (пассажирские и грузовые) полной массой до 3,5 тонн, у которых вредные выбросы с ОГ определяют при испытаниях автомобиля на динамометрическом стенде с беговыми барабанами. Вторая группа охватывает тяжелые автомобили весом больше 3,5 тонн, для которых вредные выбросы с ОГ определяют при испытаниях двигателя на моторном стенде. В соответствии с требованиями технического задания целью настоящей работы является обеспечение выполнения перспективных экологических стандартов при эксплуатации отечественных автомобилей весом больше 3,5 тонн и другой техники, оснащенной базовым 4-тактным дизелем экологического класса 4 мощностью порядка 100 л.с., за счет применения перспективной системы нейтрализации (ПСН). Экологические нормы зависят от типа и весовой категории транспортного средства. Перспективные российские нормы Евро-5 и Евро-6 для автомобилей с дизельными двигателями полной массой более 3,5 тонн приведены в таблицах 1.1 и 1.2. В России нормы Евро-5 вводятся с 2014 г. При этом, начиная с экологического класса Евро-6, впервые предусматривается определение числа дисперсных частиц в ОГ (PN). Негативное воздействие дисперсных частиц на живые организмы связано не только с их химическим составом, но и с их физическими свойствами. Чем меньше размер частицы, тем большей проникающей способностью в легкие человека они обладают. Фракция дизельных частиц диаметром менее 0,1 мкм (ультратонкие) является наиболее опасной для здоровья человека. В опытах на лабораторных животных установлено, что попадание дизельных частиц в дыхательный тракт вызывает патологические изменения в легких, а именно воспалительный процесс, фиброз и канцерогенез [7,12-14]. Таблица 1.1 - Экологические нормы Евро-5.
Примечание: * - только для двигателей, работающих на природном газе. Таблица 1.2 - Экологические нормы Евро-6 (планируемые) [14].
Примечание: * - будет определено позже Эффективность экологического контроля автомобиля зависит от качества топлива. Поэтому требования стандартов на вредные выбросы с ОГ должны быть увязаны с требованиями по параллельному значительному снижению содержания серы в дизельном топливе. Помимо существенного сокращения выбросов соединений серы в окружающую среду, эта мера нацелена на то, чтобы уменьшить деградацию каталитических систем и обеспечить эффективный контроль вредных выбросов в условиях длительной эксплуатации. В этой связи экспериментальную проверку ПСН в рамках настоящей работы рекомендуется осуществлять на дизельном топливе экологического класса 5 с пониженным содержанием серы. Анализ экологических стандартов и требований ТЗ показывает, что для определения соответствия базового дизеля, оборудованного ПСН, экологическим нормам Евро-5, Евро-6 его следует подвергнуть испытаниям по методике Правил ЕЭК ООН № 49 на специальном моторном стенде по испытательному циклу ESC (European Steady-State Cycle), состоящему из 13 установившихся режимов. График циклов ESC приведен на рисунке 1.1.  Рисунок 1.1 - Европейский стационарный 13-режимный цикл ESC. Подробное описание процедуры экологических испытаний дизельных двигателей, приведено в государственных стандартах [16,17]. Выполненный в рамках настоящей работы анализ позволяет сделать вывод, что введение перспективных экологических стандартов Евро-5, Евро-6 на выбросы с ОГ токсичных компонентов СО, СН, NOx, ДЧ, нормирование выбросов парникового газа СО2 предъявляет новые более жесткие требования к дизельному двигателю и его системам, особенно к системе каталитической нейтрализации отработавших газов.
Анализ технической литературы [18-24 и др.], проведенный на первом этапе, показывает, что выполнение дизелем перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6 требует реализации комплекса мер, в том числе: - мероприятий по конструкции и рабочему процессу дизеля, обеспечивающих дальнейшее снижение вредных выбросов при сохранении или улучшении топливной экономичности и других эксплуатационных показателей; - наличия дизельного топлива с очень низким содержанием серы (порядка 10-15 ppm); - применения эффективной системы каталитической нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов, в первую очередь NOx, дисперсных частиц, а также СН. Известно, что топливная экономичность современного дизеля с непосредственным впрыском, по меньшей мере, на 30% выше, чем у автомобильного бензинового двигателя. Поэтому дизель с непосредственным впрыском рассматривают как наилучшее решение для уменьшения расхода топлива и соответственно для снижения выбросов СО2. Основной проблемой перспективного дизеля является достижение экстремально низких выбросов NOx и дисперсных частиц без потери отличной топливной экономичности. Решение этой проблемы требует от разработчиков дизельных двигателей использования опережающих технологий впрыска топлива, контроля рециркулируемых отработавших газов, усовершенствованного и двухступенчатого турбонаддува, регулируемого клапанного привода, управления с обратной связью и системы контроля опирающейся на использование математических моделей. На рисунке 1.2 приведены некоторые наиболее важные новые технологии, которые желательно ввести в дизельные двигатели для выполнения перспективных экологических требований.  Рисунок 1.2 - Технологии снижения вредных выбросов дизельного двигателя. 1.2.1 Топливная аппаратура. Важной тенденцией совершенствования конструкции дизельной топливной аппаратуры является постоянное повышение энергии впрыскивания топлива для обеспечения растущих требований к уровню экономических, энергетических и особенно экологических показателей транспортных двигателей. Для обеспечения контролируемого сгорания топливоподающая аппаратура должна иметь возможность управлять формой характеристики впрыскивания топлива, включая разделение дозы впрыскиваемого топлива на несколько частей с регулированием фазового интервала между ними в течение одного цикла. Новые форсунки на основе пьезокерамики позволяют осуществлять точно дозируемый многофазный впрыск. Подбор оптимальных параметров предварительного впрыскивания на большинстве режимов позволяет заметно снизить содержание токсичных веществ в отработавших газах (преимущественно NOx) и уровень шума дизеля, не ухудшив при этом его топливную экономичность. Анализ, проведенный в рамках настоящей работы, позволяет сделать вывод, что для выполнения перспективных норм Евро-5 конструкция топливной аппаратуры должна обеспечивать полностью или частично: - максимальное давление впрыскивания 160…200 МПа; - гибкое управление процессом топливоподачи; - многофазный характер процесса впрыскивания топлива, включая «пилотный» впрыск 1…3 мм3 за 15…20 град. п.к.в. до основной фазы, основную порцию и возможность управляемого впрыскивания малых доз топлива на такте расширения. Для выполнения экологических требований Евро-6 целесообразно дальнейшее повышение максимального давления впрыскивания до величины порядка 220-270 МПа, оптимизация многофазного впрыска. 1.2.2 Рециркуляция отработавших газов. Одним из перспективных способов снижения оксидов азота в отработавших газах дизелей является перепуск части ОГ во впускной коллектор дизеля, то есть рециркуляция части ОГ. Этот способ широко применяется в двигателях экологического класса Евро-4. Введение инертных отработавших газов в воздух, поступающий через впускные каналы в цилиндр двигателя, уменьшает концентрацию NOx в ОГ благодаря снижению максимальной температуры сгорания. Для дальнейшего снижения выбросов оксидов азота, уменьшения термической нагрузки на двигатель, увеличения мощностных показателей целесообразно использовать охлаждаемую рециркуляцию (см. рисунок 1.3). Введение охлаждения рециркулируемых ОГ позволяет не только дополнительно уменьшить выбросы NOx, но также улучшить топливную экономичность и уменьшить дымность ОГ благодаря увеличению концентрации кислорода в камере сгорания вследствие меньшего термического дросселирования наполнения. Для выполнения экологических требований Евро-6 рекомендуется повышенный уровень рециркуляции ОГ, в том числе до 25% на полной нагрузке. По данным поведенного анализа, при выборе базового дизеля для испытаний ПСН целесообразно учитывать наличие у него системы рециркуляции, в том числе охлаждаемой.  Рисунок 1.3 - Схема охлаждаемой системы рециркуляции ОГ. 1.2.3 Высокоэффективные системы наддува. Давление наддува может стать лимитирующим фактором для увеличения степени рециркуляции ОГ при достижении соответствующего уровня дымности, так как давление наддува должно соответственно расти. Для контроля степени рециркуляции ОГ и состава смеси необходим индивидуальный контроль уровня давления наддува в каждой рабочей точке. Для обеспечения соответствия автомобильных дизельных двигателей экологическим требованиям Евро-5 и улучшения экологических и энергетических показателей дизелей целесообразно применять турбокомпрессоры нового поколения, снабженные турбиной с регулируемой пропускной способностью. Для выполнения экологических требований Евро-6 такой способ наддува может оказаться недостаточным. По данным [23], степень повышения давления наддува одноступенчатого турбокомпрессора с регулируемой пропускной способностью ограничивается 3,5-4. Для дальнейшего повышения давления наддува, необходимого для двигателя с высокими энергетическими и экологическими показателями, целесообразно применить двухступенчатую систему наддува. Такая система обеспечивает степень повышения давления до 4,5 и может быть рекомендована для применения на дизельных двигателях экологического класса Евро-6. 1.2.4 Антитоксичные системы. Для выполнения дизельными двигателями грузовых автомобилей экологических норм Евро-4 на вредные выбросы с ОГ использование только технических решений по двигателю является недостаточным. Тем более этих решений недостаточно для выполнения экологических требований Евро-5 и Евро-6. Решить проблему позволяет обезвреживание отработавших газов в выпускной системе. Для этого применяют DeNOx катализаторы, которые помогают выполнению перспективных жестких норм на выбросы NOx, а также фильтры для улавливания дисперсных частиц (сажевые фильтры), которые способны задерживать до 95% дисперсных частиц. Для того чтобы эти фильтры время от времени очищались, должна быть введена специальная система регенерации. Набор технологий, который потребуется для выполнения перспективных экологических требований, зависит от отношения мощности к весу автомобиля. Анализ показывает, что применение улучшенных компонентов, связанных с процессом сгорания, и современные окислительные нейтрализаторы достаточны, для выполнения экологических норм Евро-4 небольшими автомобилями, однако уже для автомобилей весом более 1500 кг необходимы DeNOx катализаторы или фильтры дизельных частиц. Для автомобилей массой более 3,5 т все или только некоторые из упомянутых технологий должны быть применены для выполнения экологических норм Евро-5, однако для ответа на вопрос, какие конкретно мероприятия достаточны для их выполнения в каждом классе автомобилей, требуется проведение специального исследования. В целом проведенный анализ позволил рекомендовать в качестве базового двигателя для отработки макетов типовых ПСН модифицированный дизель типа ЗМЗ-514.10. Этот двигатель имеет современную конструкцию, оборудован системами непосредственного впрыска топлива, турбонаддува, рециркуляции ОГ, развивает мощность около 100 л.с. и обеспечивает выполнение экологических норм Евро4. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Реферат Отчет 41 с., 1 ч., 24 рис., 1 табл., 24 источника Учебное и научное астрономическое оборудование Астрономической обсерватории ниаи им. В. В. Соболева Математико-механического факультета... | | Реферат Отчет 118 с., 7 ч., 30 рис., 12 табл., 43 источника, 1 прил Центральной проблемой водородной энергетики являются большие затраты на хранение и транспортировку водорода. Наиболее безопасными... |
| Реферат Отчет 65 с., 3 ч., 26 рис., 8 табл., 53 источника Фазовый химический состав, эффективный заряд атомов, рентгеновская эмиссионная спектроскопия, спектроскопия отражения рентгеновских... | | Реферат (18 стр., рис., 3 табл.) Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо ракитинское |
| Реферат Отчет с. 22, рис., 3 табл Объектом исследования являлись системы централизованного водоснабжения мо г п. Одоев | | Реферат. Отчет…23с., рис., 4 табл Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо кожинское |
 | Реферат Отчет 35 с., 3 главы, 16 рис., 1 табл., 12 источников, 5 прил Объектом разработки является программа восстановления каркасных 3D объектов по 2D проекциям | | Реферат Отчет 16 с., 1 ч., 8 рис., 0 табл Минералогия почв, палеопочвы, глинистые минералы, аллофаны, каолинит, галлуазит, органно-минеральные соединения |
| Реферат Пояснительная записка: с., рис., табл., приложений, источников.... Пояснительная записка: с., рис., табл., приложений, источников | | Реферат Пояснительная записка содержит: 90 стр., 53 рис., 26 табл., 12 источников информации Телефонная сеть, оборудование связи, программный комплекс, база данных, клиентское приложение, паспортно-отчетная документация |
| Реферат Объем: 119 стр., 16 рис., 7 табл., 7 использованных источников ... | | Реферат Отчет 50 с., 1 ч., 22 рис., 14 табл., 22 источн., 2 прил Переработка, зерно, ферменты, ресурсосбережение, безопасность, технологии, методы, хлебобулочные, макаронные, мучные кондитерские... |
| Реферат Отчет представлен на 51 с., состоит из 5 ч., 12 рис., 2 табл Ключевые слова: цианобактерии, прохлорофиты, инфузории, тройственный симбиоз, pbcv-вирус, выделение, очистка, культивирование, лскм,... | | Реферат Пояснительная записка 100 стр., 18 рис., 15 табл., 1 прил., 15библ ... |
| Отчет 119 с., 8 рис., 9 табл., 33 источника. Ключевые слова Научно-образовательный комплекс, научно-инновационный проект, инвестиционный проект, интеллектуальная собственность, инновационная... | | Реферат Тычинин И. А. Разработка приложения для портативных устройств... Тычинин И. А. Разработка приложения для портативных устройств с использованием qt framework, квалификационная работа на степень бакалавра... |
