Дунь Сергій Вікторович. Зменшення димності відпрацьованих газів великовантажних дизельних автомобілів застосуванням у випускній системі каталітичних нейтралізаторів

Краткое описание

Дунь Сергій Вікторович. Зменшення димності відпрацьованих газів великовантажних дизельних автомобілів застосуванням у випускній системі каталітичних нейтралізаторів: Дис... канд. техн. наук: 05.22.02 / Кременчуцький держ. політехнічний ун-т. - Кременчук, 2002. - 143арк. - Бібліогр.: арк. 125-136.

стор.
ЗМІСТ

ВСТУП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ ДИМНОСТІ ВГ ДИЗЕЛЬНИХ АВТОМОБІЛІВ, ЇХ ВПЛИВУ НА ДОВКІЛЛЯ ТА МЕТОДІВ ЇХ НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ
1.1. Склад ВГ дизельних автомобілів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2. Характеристика найбільш вагомих шкідливих речовин у ВГ дизельних автомобілів та їх впливу на людину і довкілля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.1. Видимі забруднюючі речовини . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
1.2.2. Шкідливі речовини, що адсорбуються на поверхні сажових часток . . . . . . 14
1.3. Аналіз методів зменшення димності ВГ дизельних автомобілів . . . . . . . . . . .17
1.3.1. Фільтрація ВГ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.2. Нейтралізація ВГ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРНІ РЕЖИМИ РОБОТИ ВЕЛИКОВАНТАЖНИХ ДИЗЕЛЬНИХ АВТОМОБІЛІВ В ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ВИПРОБУВАЛЬНІ ЦИКЛИ ВІДПОВІДНО ДО НТД, ЩО РЕГЛАМЕНТУЮТЬ ДИМНІСТЬ ВГ
2.1. Дослідження характерних режимів роботи великовантажних дизельних
автомобілів в умовах експлуатації . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2. Випробувальні цикли відповідно до НТД, що регламентують
димність ВГ та питомі викиди твердих часток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.1. Розвиток системи нормування викидів шкідливих
речовин з ВГ автомобілів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
2.2.2. Нормування димності ВГ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.3. Нормування питомих викидів твердих часток з ВГ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
РОЗДІЛ 3
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ДИМНОСТІ ВГ ВЕЛИКОВАНТАЖНОГО
ДИЗЕЛЬНОГО АВТОМОБІЛЯ, ОБЛАДНАНОГО КН
3.1. Дослідження сажових часток, що обумовлюють димність ВГ . . . . . . . . . . . . 50
3.1.1. Особливості утворення сажових часток в циліндрах
автомобільного дизеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.1.2. Розміри, будова і фізико-хімічні характеристики сажових часток . . . . . . . .52
3.2. Дослідження динаміки сажових часток у випускній системі автомобіля . . . . 55
3.2.1. Газодинамічні процеси у випускній системі автомобіля . . . . . . . . . . . . . . . .55
3.2.2. Газодинамічні процеси в каталітичному реакторі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.2.3. Вплив акустичних коливань газового середовища на рух часток сажі в
каталітичному реакторі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2.4. Осадження часток сажі у випускній системі автомобіля
під дією сил тяжіння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
3.2.5. Визначення оптимальних швидкостей руху ВГ в каталітичному реакторі
за умовою самоочистки каталізатора від сажових відкладень . . . . . . . . . . .71
3.3. Визначення ефективності зменшення димності ВГ дизельного автомобіля,
обладнаного КН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
3.4. Визначення ступеня впливу окиснення часток сажі при взаємодії з
каталізатором на концентрацію оксиду вуглецю у ВГ на виході з КН . . . . .77
РОЗДІЛ 4
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ КН НА ДИМНІСТЬ ВГ ВЕЛИКОВАНТАЖНИХ ДИЗЕЛЬНИХ АВТОМОБІЛІВ
4.1. Технічна характеристика КН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
4.2. Лабораторні дослідження сажових відкладень із випускної системи
великовантажного дизельного автомобіля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
4.3. Дослідження впливу КН на димність ВГ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
4.3.1. Моторний стенд для проведення випробувань . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.3.2. Макетна модель КН ВГ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.3.3. Установка для візуального контролю впливу
каталізатора на димність ВГ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.3.4. Вимірювальні прилади для визначення димності ВГ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94
4.3.5. Визначення ступеня зменшення димності ВГ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.4. Визначення впливу окиснення часток сажі при взаємодії з
каталізатором на концентрацію оксиду вуглецю у ВГ на виході з КН. . . . . .100
4.4.1. Вимірювальні прилади для визначення
концентрації оксиду вуглецю у ВГ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.4.2. Визначення ступеня очистки ВГ від оксиду вуглецю . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
РОЗДІЛ 5
АНАЛІЗ ТА УЗАГАЛЬНЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ ІЗ ЗМЕНШЕННЯ ДИМНОСТІ ВГ ВЕЛИКОВАНТАЖНИХ ДИЗЕЛЬНИХ АВТОМОБІЛІВ, ОБЛАДНАНИХ КН
5.1. Узагальнення залежностей, що визначають зменшення димності ВГ
при використанні КН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.2. Алгоритм розрахунку величини димності ВГ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
5.3. Узагальнення залежностей, що визначають питомі викиди твердих часток
при використанні КН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
5.4. Алгоритм розрахунку питомих викидів твердих часток . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.5. Приклад розрахунку величини димності ВГ при використанні КН . . . . . . . 121
ВИСНОВКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
ДОДАТКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

Дунь С. В. Зменшення димності відпрацьованих газів великовантажних дизельних автомобілів застосуванням у випускній системі каталітичних нейтралізаторів. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Спеціальність 05.22.02 - автомобілі та трактори. Національний університет Львівська політехніка”. Львів, 2002.
Робота містить аналіз методів зменшення димності відпрацьованих газів дизельних автомобілів, методик визначення та розрахунку нормованих параметрів; визначення характерних режимів роботи дизельних автомобілів; теоретичні дослідження газодинамічних процесів в каталітичному нейтралізаторі; визначення оптимальних швидкостей руху газів в каналах каталітичного блока, які забезпечують каталіз та самоочистку блока від сажових відкладень; експериментальні дослідження впливу платинового каталітичного нейтралізатора на димність відпрацьованих газів; визначення впливу окиснення часток сажі на ступінь очистки газів від оксиду вуглецю; узагальнення залежностей, які визначають зменшення димності відпрацьованих газів з розробкою алгоритмів розрахунку величини димності газів та викидів твердих часток великовантажними дизельними автомобілями, обладнаними каталітичними нейтралізаторами.

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 об’єму 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/c), 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.

Список литературы

ВИСНОВКИ
Застосування у випускній системі дизельного автомобіля КН на основі платини значно впливає на зменшення димності ВГ, що дозволяє використовувати метод каталітичного допалювання часток сажі спільно з методом нейтралізації ВГ від оксидів вуглецю. В зв'язку з цим був досліджений вплив окиснення часток сажі на концентрацію оксиду вуглецю у ВГ на виході з КН. Однак метод зменшення димності ВГ за допомогою КН на практиці не знаходить застосування в зв'язку з недостатнім вивченням процесів окиснення часток сажі в присутності каталізатора. Крім того існує проблема забруднення поверхні каталізатора сажовими відкладеннями, що зменшує очисні функції КН і підвищує його газодинамічний опір. Існуючі методи розрахунків викидів шкідливих речовин з ВГ автомобілів з дизельними двигунами не враховують можливості використання у випускній системі автомобіля КН ВГ.
На підставі проведених теоретичних і експериментальних досліджень можна зробити наступні висновки:
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 об’єму 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/c), 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.