Зменшення димності відпрацьованих газів великовантажних дизельних автомобілів застосуванням у випускній системі каталітичних нейтралізаторів - Автореферат

Створення і виробництво конкурентноздатних моделей автомобілів відповідають прагненню України досягти рівня розвитку передових країн світу та її входженню рівноправним членом в Європейське співтовариство. У звязку з негативним впливом ВГ на людину та довкілля прийнято ряд нормативно-технічних документів (НТД), які регламентують допустимий вміст шкідливих речовин у ВГ автомобілів, в т.ч. дизельних. Для зменшення токсичності та димності ВГ все більшого поширення набувають різноманітні пристрої, які монтуються у випускну систему двигунів автомобілів. В колишній державі і в Україні уже впродовж кількох десятиліть ведуться роботи із зменшення шкідливого впливу автомобілів та їх двигунів на довкілля. Ці дослідження становлять основу науково-дослідних робіт з визначення очисних функцій КН, які виконуються на кафедрі “Автомобілі і трактори” Кременчуцького державного політехнічного університету.Виконаний аналіз методів зменшення димності ВГ дизельних автомобілів показує, що незважаючи на те, що виробниками автомобілів та двигунів проводиться відповідний комплекс інженерно-технічних заходів, не вдається домогтися зменшення викидів сажі з ВГ до норм, регламентованих чинними НТД. Розраховано обємні та масові витрати ВГ на різних режимах роботи двигуна, швидкість газового потоку в трубопроводах і каналах каталітичного блока на цих режимах, густину, динамічну вязкість та турбулентність потоку газів з урахуванням зміни температури і надлишкового тиску у випускній системі. Вперше запропоновано застосовувати коефіцієнт f фактичного очищення ВГ від оксиду вуглецю, який залежить від концентрації часток сажі й оксиду вуглецю у ВГ та ступеня очищення газів від цих речовин. Якщо виразити коефіцієнт f через масові концентрації оксиду вуглецю та часток сажі на вході і виході КН, то його величина визначається за формулою: , (1) де km - коефіцієнт, який виражає відношення відносних молекулярних мас кисню і вуглецю; Виходячи з того, що масові концентрації часток сажі та оксиду вуглецю у ВГ дизельного автомобіля відомі, a також відомо, що ступінь очищення ВГ від оксиду вуглецю досягає LCO = 90 %, а від часток сажі - до LC=30 % визначаємо, що коефіцієнт фактичного очищення ВГ від оксиду вуглецю досягає f =0,25...0,3.Застосування у випускній системі двигуна великовантажного дизельного автомобіля платинового каталітичного нейтралізатора приводить до зменшення димності відпрацьованих газів. Воно відбувається, в основному, внаслідок окиснення часток сажі в присутності платинового каталізатора, а не в результаті механічної фільтрації їх каталітичним блоком. Окиснення часток сажі в результаті взаємодії їх з каталізатором істотно впливає на ступінь очищення КН від оксиду вуглецю. Якщо застосовувати фільтрацію часток сажі на вході в каталітичний блок, то внаслідок цього ступінь очищення каталізатором ВГ від оксиду вуглецю збільшиться на 25-30 %.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Застосування у випускній системі двигуна великовантажного дизельного автомобіля платинового каталітичного нейтралізатора приводить до зменшення димності відпрацьованих газів. Зменшення коефіцієнта непрозорості ВГ досягає 30 %. Встановлено, що при цьому одночасно використовуються функції окиснювального каталізатора і для зменшення токсичності відпрацьованих газів (вмісту в них оксиду вуглецю).

2. Зменшення димності ВГ з допомогою КН, яке оцінюється коефіцієнтами непрозорості їх, досягає 30 %. Воно відбувається, в основному, внаслідок окиснення часток сажі в присутності платинового каталізатора, а не в результаті механічної фільтрації їх каталітичним блоком.

3. Окиснення часток сажі в результаті взаємодії їх з каталізатором істотно впливає на ступінь очищення КН від оксиду вуглецю. Якщо застосовувати фільтрацію часток сажі на вході в каталітичний блок, то внаслідок цього ступінь очищення каталізатором ВГ від оксиду вуглецю збільшиться на 25-30 %.

4. Ступінь очищення газів від оксиду вуглецю та часток сажі платиновим КН прямопропорційно залежить від обєму каталітичного блока та швидкості потоку газів. На неї впливають концентрації оксиду вуглецю та часток сажі у ВГ на вході в каталітичний блок.

5. Визначено оптимальну швидкість руху ВГ в КН (10-15 м/с), за якої забезпечується самоочищення поверхні каталізатора від сажових забруднень під дією газодинамічного напору газів; при цьому зберігаються його окиснювальні функції.

6. Отримані аналітичні залежності, які визначають зменшення димності ВГ та питомих викидів твердих частинок, дають можливість обгрунтувати оптимальні розміри каталітичного блока з ураховуванням різних режимів роботи автомобіля та газодинамічного опору КН.

7. Розроблені алгоритми розрахунків димності ВГ та питомих викидів твердих часток рекомендуються до їх практичного використання для визначення фактичних і граничних параметрів ВГ у випускних системах будь-яких великовантажних дизельних автомобілів, обладнаних КН різних конструкцій (керамічних, насипних гранульованих, звитих дротяних та інших окиснювальних каталізаторів), за умови забезпечення виробниками каталізаторів необхідної їх активності.

8. Аналіз режимів роботи різномарочних великовантажних дизельних автомобілів в реальних умовах експлуатації та результатів теоретичних і експериментальних досліджень на базі автомобіля КРАЗ-6510 щодо зменшення димності і токсичності ВГ з допомогою платинового КН уможливлюють поширення їх на інші моделі вітчизняних дизельних автомобілів.

1. Шапко В.Ф., Баранович М.Ф., Дунь С.В. Характеристика сажевых отложений из системы выпуска отработавших газов автомобилей КРАЗ // Сб. тр. Харьков. госуд. политех. ун-т. Ч. 1. - Кременчуг: Науч.-исслед. отделение Кременчугского филиала ХГПУ, 1995. - С. 76-79.

2. Дунь С.В., Шапко В.Ф. Динамика сажевых частиц в потоке отработавших газов автомобиля с дизельным двигателем // Науч. тр. Харьков. госуд. политех. ун-т. - Кременчуг: Науч.-исслед. отделение Кременчугского филиала ХГПУ, 1996. - С. 21-23.

3. Дунь С.В. Зменшення димності відпрацьованих газів дизельних автомобілів використанням у випускній системі каталітичних нейтралізаторів // Машинознавство, - 2002. - № 4. - С. 50-55.

4. Шапко В.Ф., Дунь С.В. Методи розрахунку димності відпрацьованих газів та викидів твердих часток великовантажними дизельними автомобілями, обладнаними каталітичними нейтралізаторми // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наук. пр. КДПУ. Вип. 3/2002 (14). - Кременчук: КДПУ, 2002. - С. 8-12.

5. Шапко В.Ф., Баранович М.Ф., Дунь С.В. Сажа на выхлопе автомобилей КРАЗ // Автомобильная промышленность, - 1996. - № 4. - С. 24-25.

6. Дунь С.В., Шапко В.Ф. Размеры и строение сажевых включений в отработавших газах автомобиля с дизельным двигателем // Науч. тр. КГПИ "Проблемы создания новых машин и технологий". - Кременчуг, 1997. - С. 110-111.

7. Дунь С.В., Шапко В.Ф. Коагуляция сажевых частиц в отработавших газах транспортных средств под действием звуковых колебаний // Науч. тр. КГПИ "Проблемы создания новых машин и технологий". - Кременчуг, 1997. - С. 209-214.

8. Дунь С.В., Шапко В.Ф. Звуковые колебания уменьшают выбросы сажи // Автомобильная промышленность. - 1998. - № 4. - С. 18-19.

9. Шапко В.Ф., Дунь С.В. Каталитическая очистка отработавших газов дизельных двигателей // Науч. тр. КГПИ “Проблемы создания новых машин и технологий”. Вып. 1. - Кременчуг, 1998. - С. 281-283.

10. Шапко В.Ф., Дунь С.В. Установка для исследования условий работы автомобильного каталитического нейтрализатора отработавших газов // Придніпровський науковий вісник. - 1998. - № 55 (122). - С. 54-58.

11. Шапко В.Ф., Дунь С.В. Влияние окисления сажевых частиц на каталитическую очистку отработавших газов автомобиля с дизельным двигателем // Науч. тр. КГПИ “Проблемы создания новых машин и технологий”. Вып. 2. - Кременчуг, 1998. - С. 277-279.

12. Шапко В.Ф., Дунь С.В., Шапко С.В. Исследование условий работы каталитического нейтрализатора, влияющих на очистку отработавших газов автомобиля с дизельным двигателем от токсичных веществ и самоочистку катализатора от сажевых отложений // Науч. тр. КГПИ “Проблемы создания новых машин и технологий”. Вып. 2. - Кременчуг, 1998. - С. 280-282.

13. Дунь С.В., Шапко В.Ф. Метод расчета выбросов частиц углерода большегрузными автомобилями с дизельными двигателями, оснащенными каталитическими нейтрализаторами отработавших газов // Науч. тр. КГПИ “Проблемы создания новых машин и технологий”. - Кременчуг, 1999. - С. 301-304.

14. Пат. 39043А Україна, МПК 7 F01N3/20. Спосіб визначення очисних функцій окиснювального каталітичного нейтралізатора відпрацьованих газів дизельного двигуна / С.В.Дунь, В.Ф.Шапко (Україна).- № 2001010480. Заявл. 23.01.2001; Опуб. 15.05.2001, Бюл. № 4. - 2 с.

Размещено на .ru