По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.43

Анализ экологического воздействия двигателей внутреннего сгорания на окружающую среду

Хайруллин А.Х. Казанский национальный исследовательский университет им. А.Н. Туполева, г. Казань, Республика Татарстан
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, оценка экологического влияния

Статья посвящена обзору работ по изучению механизмов образования токсичных веществ, явлений и факторов, влияющих на их образование, а также путей повышения экологических и технико-экономических характеристик автомобильных дизелей. Рассмотрены программные комплексы (ПК), используемые для расчетных исследований рабочих процессов (РП) дизелей, и выполнен анализ их достоинств и недостатков.

Литература:

1. 3ельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. – М.: Изд-во Академии наук СССР, 1947. – 147 с.

2. Семенов Н.Н. Развитие теории цепных реакций и теплового воспламенения. – М.: Знание, 1969. – 95 с.

3. Fenimore C.P. Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames. P. I. // In: 13-th symposium of combustion. – The Combustion Institute, 1971. – P. 373–380.

4. Звонов В.А. Образование загрязнений в процессах сгорания. – Луганск: Издво Восточноукр. гос. ун-та, 1998. – 126 с.

5. Merker G., Schwarz Ch., Stiesch G., Otto F. Verbrennungsmotoren. Simulation der Verbrennung und Schadstoffbildung. 3. Auflage. Teubner – Verlag. Stuttgart, Leipzig, Wiesbaden. 2006. 412 р.

6. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: учеб. для вузов / Р.З. Кавтарадзе. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 720 с.

7. Малов Р.В. Рабочие процессы и экологические качества ДВС // Автомобильная промышленность. – 1992. – № 9. – С. 10–15.

8. Uyehara О.А. Factors that Affect BSFC and Emission for Diesel Engines: Part 1 – Presentation of Concepts // SAE Technical Paper Series. – 1987. – N 870343. – 41 p.

9. Хачиян А.С. Доводка рабочего процесса автомобильных дизелей / А.С. Хачиян, В.Р. Гальговский, С.Е. Никитин. – М.: Машиностроение, 1976. – 104 с.

10. Ханин Н.С. Автомобильные двигатели с турбонаддувом / Н.С. Ханин, Э.В. Аболтин, Б.Ф. Лямцев. – М.: Машиностроение, 1991. – 336 с.

11. Berger H., Eichlseder H., Steinmayr T. Das EU-3 Abgaskonzept für den neuen Vierzilinder-Dieselmotor von BMW // MTZ. N 5. 1998. Р. 344–348.

12. Микитенко А.В. Улучшение эксплуатационных показателей транспортного дизеля путем использования камер сгорания с направленным движением воздушного заряда: автореф. дисс. … канд. техн. наук : 05.04.02 / Микитенко Андрей Валерьевич. – М., 2007. – 17 с.

13. Гальговский В.Р. Пути и методы совершенствования экономических и экологических показателей транспортных дизелей: дисс. д-ра техн. наук. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991. – 64 с.

14. Кулешов А.С. Программа расчета и оптимизации двигателей внутреннего сгорания ДИЗЕЛЬ-2/4т. Руководство пользователя. – М., 2001. – 127 с.

15. Schittler М., Heinrich R., Hase F.W. Leistungsmerkmale der neun Nutzfahrzeugmotoren OM 501 LA und OM 502 LA von Mercedes-Benz // MTZ. – 1996. – Jg. 57. – N 11. – Р. 612–618.

16. List H., Cartellieri W.P. Dieseltechnik Grundlagen, Stand der Technik und Ausblick. ATZ/MTZ Sonderausgabe 9, 1999. Р. 10–18.

17. Пути уменьшения выбросов NOx и «твердых» частиц // Анализ технического уровня и тенденций развития двигателей внутреннего сгорания / Под ред. Р.И. Давтяна. – М.: Информцентр НИИД, 1997. – Вып. 22. – С. 37–59.

18. KIM Y.J., KIM К.B., LEE К. H. Effect of 2-stage injection strategy on the combustion and flame characteristics in a PCCI engine // International Journal of Automotive Technology / Vol. 12, No. 5, pp. 639–644 (2011).

19. Bakenhus M., Reitz R.D. Two-Color Combustion Visualization of Single and Split Injections in a Single-Cylinder Heavy-Duty D.I. Diesel Engine Using an Endoscope-Based Imaging System // SAE Tech. Pap. Ser. – 1999. – N 1999-01-1112. – P. 1–18.

20. Матиевский Г.Д. Снижение расхода топлива и вредных выбросов дизеля на режимах постоянной мощности: автореф. дисс. … канд. техн. наук: 05.04.02 / Матиевский Герман Дмитриевич. – Барнаул, 2013. – 16 с.

21. Хайруллин А.Х. Исследование влияния закона топливоподачи на экономические и экологические показатели автомобильного дизеля / А.Х. Хайруллин, В.М. Гуреев, А.В. Гордеев, А.В. Петров // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. – 2015. – № 1. – С. 73–75.

22. Хайруллин А.Х. Исследование влияния двухкратного закона топливоподачи на экономические и экологические показатели автомобильного дизеля / А.Х. Хайруллин, Р.Р. Хасанов, В.М. Гуреев, А.В. Гордеев, А.В. Петров // Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2015. – № 5(165). – С. 68–71.

23. Файнлеб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. – Л.: Машиностроение, 1990. – 352 с.

24. Свиридов Ю.Б., Малявинский Л.В., Вихерт М.М. Топливо и топливоподача автотракторных дизелей. – Л.: Машиностроение. 1979. – 248 с.

25. Вихерт М.М., Мазинг М.В. Топливная аппаратура автомобильных дизелей. – М.: Машиностроение, 1978. – 176 с.

26. Яковлев С.В. Результаты исследования рабочего процесса дизельного двигателя с аккумуляторной и штатной системами топливоподачи / Д.Д. Матиевский, А.В. Шашев, С.В. Яковлев, С.С. Кулманаков // Вестник Академии военных наук. – 2011. – № 2 (35). – С. 232–239.

27. 27.Яковлев С.В. Повышение экономичности и снижение вредных выбросов улучшением смесеобразования в дизеле с системой Common Rail: автореф. дисс. … канд. техн. наук: 05.04.02 / Яковлев Сергей Валентинович. – Барнаул, 2012. – 15 с.

28. Decker R., Schmoeller R., Precher К. Einfluss der Kraftstoffhochdruckeinspritzung auf die Verbrennung im Dieselmotor // MTZ. – 1990. – Jg. SDKs

9. – Р. 388–394.

29. Strobel M., Dumholz M. Schadstoffininderungspotential hochaufgeladener Nfz-Di-Dieselmotor // MTZ. – 1996. – Jg. 57. – N 6. – Р. 336–340.

30. Смайлис В.И. Рециркуляция отработавших газов как средство сокращения выбросов окислов азота дизелями // Снижение загрязнения воздуха в городе выхлопными газами автомобилей. – М.: НИИНавтопром, 1971. – С. 118–126.

31. Needham J.R., Doyle D.M., Nicol A.J. The Low NOx Truck Engine // SAE Technical Paper Series. – 1991. – N 910731. – 10 p.

32. Хайруллин А.Х. Снижение выхлопа оксидов азота с отработавшими газами транспортного дизеля за счет применения рециркуляции отработавших газов / А.Х. Хайруллин, В.М. Гуреев, А.В. Гордеев, А.В. Петров // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. – 2015. – № 1. – С. 68–72.

33. Хайруллин А.Х. Снижение концентрации оксидов азота в отработавших газах высокофорсированного дизеля / А.Х. Хайруллин, Р.Р. Хасанов, А.В. Гордеев, Ф.Ф. Ильясов // Сб. тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. «Ракетные двигатели и энергетические установки», 21–22 мая 2015 г. / КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева. – Казань, 2015. – С. 197–200.

34. Гальговский В.Р. Оптимизация отношения хода поршня к диаметру цилиндра и размеров камеры сгорания дизеля с непосредственным впрыскиванием // Двигателестроение. – 1990. – № 3. – С. 3–8.

35. Никишин В.Н. Формирование и обеспечение качества автомобильного дизеля. Часть I / В.Н. Никишин. – Набережные Челны: Изд-во Камской госуд. инж.-экон. акад., 2006. – 456 с.

В состав отработанных газов (ОГ) ДВС входит множество вредных веществ, такие как оксиды азота, окись углерода, продукты неполного сгорания топлива, сульфаты, оксиды присадок и примесей, карбонильные соединения, диоксины, фураны и т. д. Несмотря на то, что вредные вещества занимают не более 1% объема ОГ, попадая в окружающую среду, они в разной степени наносят экологический ущерб здоровью человека, флоре и фауне в целом. Следует отметить основные, наиболее опасные компоненты: оксиды азота NOx, углеводороды СН, окись углерода СО и твердые частицы PM.

Основным токсичным компонентом ОГ ДВС принято считать оксиды азота (NOx), 95% которых составляет моноксид азота (NO), который при попадании в атмосферу превращается в диоксид NO2. Основная часть оксидов азота в процессе сгорания в дизеле образуется в процессе окисления атмосферного азота в зоне продуктов сгорания при высокой температуре по «термическому» механизму («термические» NO) [1, 2]. Также выделяют следующие типы NO: «топливные», образующиеся путем окисления азотосодержащих соединений, входящих в состав топлива, «быстрые», образующиеся во фронте пламени в результате связывания молекул азота с радикалами CH, CH2 и С и образующие по механизму N2O. В большинстве расчетных и экспериментальных исследований установлено, что 92–95% NO в камере сгорания (КС) образуется по «термическому» механизму Я.Б. Зельдовича, но при реализации малотоксичного цикла необходимо учитывать NO, образующиеся и по другим механизмам.

Отметим основные закономерности термического образования NO:

1. Концентрация NO на выходе определяется максимальной температурой в зоне горения, концентрацией кислорода и азота.

2. Окисление атмосферного азота происходит за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания.

3. Окисление азота происходит по цепному механизму:

4. Концентрация NO не превышает равновесную концентрацию при максимальной температуре взрыва.

5. Существенное влияние оказывает неравномерность распределения температуры в зоне продуктов сгорания в закрытых объемах (Махе-эффекты) при сгорании бедных смесей и мало влияет при сгорании богатых.

Для Цитирования:
Хайруллин А.Х., Анализ экологического воздействия двигателей внутреннего сгорания на окружающую среду. Главный энергетик. 2017;11.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: