Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Улучшение экологических показателей автомобильного двигателя с искровым зажиганием в период прогрева после холодного пуска

Диссертация: Улучшение экологических показателей автомобильного двигателя с искровым зажиганием в период прогрева после холодного пуска
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Поэтапное введение более жестких нормативных требований по выбросу вредных веществ автотранспортными средствами заставляет мировых производителей постоянно совершенствовать экологические качества и конструкцию двигателей внутреннего сгорания, обращая основное внимание на экономическую целесообразность и эффективность использования антитоксичных средств и методов, в первую очередь системы… Читать ещё >

Содержание

  • ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
  • ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
  • ВВЕДЕНИЕ
  • ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА СНИЖЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ АВТОТРАНСПОРТНЫМИ СРЕДСТВАМИ С БЕНЗИНОВЫМИ ДВС И ПУТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Экологическое воздействие автотранспортного комплекса на состояние окружающей среды и нормирование вредных выбросов

    1.2. Уменьшение вредных выбросов бензиновым двигателем в периоды холодного пуска и последующего его прогрева — эффективное средство обеспечения выполнения перспективных нормативных требований автомобилями массой до 3,5 т.16

    1.3. Способы организации процесса предварительного термохимического преобразования моторного топлива (бензина) в составе системы питания двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.28

    1.4. Выводы, постановка цели и задач диссертационного исследования. .42-

    ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ДВИГАТЕЛЕ И В СИСТЕМЕ ВЫПУСКА НА РЕЖИМАХ ХОЛОДНОГО ПУСКА И ПРОГРЕВА

    2.1.Кинетика сгорания смесей бензина и продуктов его конверсии.46

    2.2.Анализ термохимических процессов при синтезе водородосодержащих продуктов на борту автомобиля.52

    2.3. Исследование термодинамического состояния отработавших газов в выпускном тракте в периоды пуска и прогрева двигателя.61

    2.4. Выводы по теоретическому разделу работы.81

    ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО УМЕНЬШЕНИЮ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ АВТОМОБИЛЕМ В ПЕРИОДЫ ХОЛОДНОГО ПУСКА И ПРОГРЕВА

    3.1. Влияние теплового состояния двигателя и температуры окружающей среды на содержание токсичных веществ в отработавших газах.84

    3.2. Особенности работы бензинового двигателя в периоды холодного пуска и последующего прогрева.86

    3.3. Исследование и выбор мероприятий для снижения вредных выбросов двигателя в период холодного пуска и последующего прогрева.91

    3.4.Система термохимической активации топлива на впуске двигателя.96

    ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА БЫСТРОГО ВЫХОДА БИФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ НА РЕЖИМ МАКСИМАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОСЛЕ ХОЛОДНОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ

    4.1. Принципы построения комплекса быстрого разогрева двигателя и нейтрализатора.99

    4.2. Принципиальная схема и элементы конструкции комплексной системы снижения выброса вредных веществ в период холодного пуска и прогрева двигателя.105

    4.3. Алгоритм работы двигателя с комплексной системой.110

    ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДВИГАТЕЛЯ И ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВЫПУСКНОЙ СИСТЕМЕ И НЕЙТРАЛИЗАТОРЕ В ПЕРИОД ПРОГРЕВА ДВИГАТЕЛЯ НА ХОЛОСТОМ ХОДУ ПОСЛЕ ХОЛОДНОГО ПУСКА 5.1.Оборудование и измерительные средства для проведения экспериментальных исследований. Методики проведения исследований.115

    5.2.Испытания антитоксичных систем и устройств.118

    5.3. Испытания системы термической конверсии бензина для получения химически активных продуктов.122

    5.4. Испытания комплекса быстрого разогрева двигателя и нейтрализатора

    КАТС-3.125

Улучшение экологических показателей автомобильного двигателя с искровым зажиганием в период прогрева после холодного пуска (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Поэтапное введение более жестких нормативных требований по выбросу вредных веществ автотранспортными средствами заставляет мировых производителей постоянно совершенствовать экологические качества и конструкцию двигателей внутреннего сгорания, обращая основное внимание на экономическую целесообразность и эффективность использования антитоксичных средств и методов, в первую очередь системы нейтрализации отработавших газов. Мировой исследовательский опыт показывает, что одним из наиболее эффективных и энергетически выгодных (а, следовательно, прогрессивных) способов улучшения экологических качеств транспортного средства является совершенствование стартовых (на начальном этапе ездового цикла) характеристик его системы нейтрализации с использованием химических реагентов.

Отдельным и еще мало исследованным методом по ускоренному выводу ДВС на эффективный стехиометрический режим работы и каталитического блока нейтрализатора на режим активного функционирования является применение химически активного реагента, полученного на борту автомобиля путем термохимической конверсии базового углеводородного топлива.

Актуальной является проблема улучшения стартовых экологических показателей двигателя, определяющих доминирующий уровень выбросов токсичных веществ (СО и СН) в начальной фазе ездового цикла автомобиля и в целом за цикл. Многие аспекты этой проблемы остаются до настоящего времени недостаточно изученными. Более того, рациональных методов для приемлемого решения проблемы улучшения экологических показателей непрогретого ДВС до настоящего времени практически не предложено.

Поиск наиболее экономически целесообразного и эффективного решения социально важной проблемы, связанной с улучшением экологических характеристик автомобильных ДВС и эффективности СНОГ, обусловил целесообразность проведения данного исследования.

Целью диссертационной работы является: снижение вредных выбросов легковыми автомобилями до уровня нормативных требований действующих и перспективных стандартов РФ путем разработки комплексного метода ускорения прогрева и выхода на режимы эффективной работы бензинового двигателя и системы нейтрализации отработавших газов после холодного пуска.

Исходя из поставленной цели, определены следующие положения, выносимые на защиту:

1. Методически обоснованная концепция комплексного метода улучшения стартовых экологических показателей автомобильного двигателя и ускоренного прогрева его системы нейтрализации на основе использования в качестве химического реагента продуктов конверсии бензина.

2. Методика расчета влияния на температурно-энергетическое состояние рабочего тела в выпускном тракте и эффективность системы нейтрализации режимных и регулировочных параметров двигателя, работающего на топливной композиции бензина и продуктов его термохимического преобразования, в период его холодного пуска и прогрева.

3. Методическое обоснование рационального выбора системы средств и технических решений для реализации предложенного комплексного метода, адаптированной к условиям работы двигателей автомобилей семейства ВАЗ.

4. Методики и результаты экспериментальных исследований двигателя на моторном стенде и автомобиля на беговых барабанах для проверки эффективности предложенной системы средств и технических решений, реализующих концепцию предложенного метода.

5. Рекомендации по перспективному совершенствованию эколого-экономических качеств автомобильных двигателей на основе дальнейшего развития концепции предложенного метода.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Выполненные в диссертационной работе исследования, анализ и обобщение их результатов позволили разработать и предложить комплексный метод совершенствования стартовых характеристик систем нейтрализации ОГ и улучшения экологических показателей автомобильного двигателя с искровым зажиганием в период его пуска и прогрева. Основным итогом выполненной работы является решение ряда актуальных задач, связанных с важной и перспективной проблемой отечественного двигателестроения — разработка научных и технических основ по созданию транспортных бензиновых двигателей нового поколения с высокими экологическими качествами, удовлетворяющими перспективным нормативным требованиям (ЕВРО-4 и ЕВРО-5).

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований следует сделать следующие основные выводы:

1. Методически обоснована концепция и на её основе предложен комплексный метод улучшения стартовых экологических показателей бензинового двигателя в условиях отрицательных температур окружающей среды за счет интенсификации прогрева двигателя и нейтрализатора до уровня их максимальной эффективности на основе применения химически активного реагента.

2. Разработана расчетно-аналитическая методика поэтапного определения температурного состояния рабочего тела на отдельных участках выпускного тракта и в каталитическом блоке нейтрализатора в период пуска и последующей работы охлажденного до отрицательных температур двигателя. Методика позволяет осуществить рациональный выбор места расположения конвертера и нейтрализатора в выпускном тракте, а также прогнозировать их эффективность работы при присадке химически активных продуктов конверсии бензина с учетом динамики прогрева и длины соединительного трубопровода.

3. Экспериментальные данные, полученные при стендовых испытаниях двигателя и в составе автомобиля по методике Правил ЕЭК ООН № 83, подтвердили достоверность предпосылок и гипотез, принятых при разработке расчетной методикирасхождение результатов расчета с экспериментом не превышало 7%.

4. Разработан и изготовлен опытный образец комплексной системы, включающий следующие оригинальные элементы:

— термохимический конвертер бензина для получения химически активных водородосодержащих продуктов;

— конвертер-дожигатель на впуске двигателя для экзотермического каталитического доокисления химически активных водородосодержащих с целью получения необходимого количества тепловой энергии для нагрева свежей смеси и инициирования ее воспламенения в период холодного пуска двигателя.

5. Испытания опытного образца комплексной системы в составе автомобиля ВАЗ-2112 обеспечили гарантированное выполнение нормативных требований ЕВРО-4 и дают основание рекомендовать концепцию предлагаемого комплексного метода в качестве варианта для разработки перспективных отечественных двигателей для автомобилей 5 и 6 экологических классов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.Н., Трофименко Ю. В. Экологические воздействия автомобильных двигателей на окружающую среду // Итоги науки и техники.ВИНИТИ. Сер. Автомобильный и городской транспорт. 1993. — С. 1−13.
  2. А.Д., Трофименко Ю. В. Правовое обеспечение экологической чистоты автотранспортных средств // Автомобильная промышленность. 1992. — № 2. — с. 6 — 8.
  3. Правила ЕЭК ООН № 83.03. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении выделяемых ими загрязняющих веществ. М.: Госстандарт России, -2002.
  4. Bielaczyc О., Merkisz J.: Cold Start Emission for Normal and Low Ambient Temperatures Conditions. 30th International Symposium on Automotive Technology and Automation, Florence, Italy, June 97.
  5. Bielaczyc O., Merkisz J.: Exhaust Emission from Passenger Cars during Engine Cold Start and Warm Up// SAE Technical Paper Series 970 740.-1997.-C.34−45.
  6. В.Ф. Метод оценки эффективности рабочего процесса на режимах малых нагрузок и глубокого дросселирования. // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвуз. сб. научн. тр. МАМИ. М., 1995. — с. 189 -195.
  7. А. М. Автомобильные каталитические конвертеры// Химическая технология-2000.-№ 1- с. 2- 12.
  8. Chan S. H. and Zhu J. The Significance of High Value of Ignition Retard Control on the Catalyst Light off// SAE Technical Paper Series 962 077.-1996.- P.p.34−41.
  9. Eade D., Hurley R. G., Rutter B. Fast Light off Underbody Catalyst Using Exhaust Gas Ignition (EGI) // SAE Technical Paper Series 952 417.-1995.-P.p.21−32.
  10. Cecile Favre. Emission Systems Optimization to Meet Future European Legislation//SAE Technical Paper Series 2004−01−0138.-Pp. 1−7.
  11. Langen Р., Theissen М., Mallog J. and Zielinski R. Heated Catalytic Converter Completing Technologies to Meet LEV Emission Standards // SAE Technical Paper Series 940 470.-1994.-P.p.34−41.
  12. Gulati S. T. Ceramic Converter Technology for Automotive Emissions Control // SAE Technical Paper Series 911 736.-1991.-P.p.21−32.
  13. Eade D., Hurley R.G., Rutter В., Inman G. and Bakshi R. Fast Light-Off of Underbody Catalysts Using Exhaust Gas Ignition (EGI) // SAE Technical Paper Series 952 417.-1995.-P.p.8−15.
  14. Hanel F.J., Otto E., Bruck R., Nagel Т. and Bergau N. Practical Experience with EHC System in the BMW ALPINA В12 // SAE Technical Paper Series 970 263.-1997.-P.p.25−34.
  15. Glander D. and Zidat S. Mathematical Modeling of Electrically Heated Monolith Converters: Meeting European Emissions Regulations Proposed for 2000 and 2005 // SAE Technical Paper Series 972 852.-1997.-P.p.23−31.
  16. Oser P., Mueller E., Hartel G.R. and Schiirfeld A.O. Novell Emission Technologies with Emphasis on Catalyst Cold Start Improvements Status Report on VW-Pier burg Burner/Catalyst Systems // SAE Technical Paper Series 940 474.
  17. Jeong L., Jang J., Yeo G., Kim Y. Optimization of the Electrically Heated Catalyst for Emission Purification Efficiency// SAE Technical Paper Series No.960 350, 1996. -P.p.33−44.
  18. Burch S.D., Potter T.F., Keyser M.A. Reducing Cold-Start Emissions by Catalytic Converter Thermal Management// SAE Technical Paper Series No.950 409, 1995. -P.p.13−21.
  19. Faltermeier G., Pfaslzgraf B., Bruck R., Donnerstag A. Design and Optimization of a Close-Coupled Catalyst Concept for Audi 4-Cylinder Engines // SAE Technical Paper Series 980 417.-1998.-P.p. 18−23.
  20. Otto E., Albrecht F., Liebl J. The Development of BMW Catalyst Concepts for LEV/ULEV and EU III/IV Legislations 6 Cylinder Engine with Close Coupled Main Catalyst // SAE Technical Paper Series 980 418.-1998.-P.p.32−41.
  21. Waltner A., Loose G., Hirshmann A., Mussmann L., Lindner D., Miiller W. Development of Close- Coupled Catalyst Systems for European Driving Conditions // SAE Technical Paper Series 980 663.-1998.-P.p.23−31.
  22. Schmidt J. et al. Utilization of Advanced Pt/Rh TWC Technologies for Advanced Gasoline Applications with Different Cold Start Strategies// SAE Technical Paper Series 01 0927.-2001.-P.p. 14−21.
  23. Kishi N. et al. Development of the Ultra Low Heat Capacity and Highly Insulating (ULOC) Exhaust Manifold for ULEV // SAE Technical Paper Series 980 937.-1998.-P.p.23−29.
  24. Oliver J. Murphy, Rajesh T. Kukreja, Craig C. Andrews Electrically Initiated Chemically Heated Catalytic Converter to Reduce Cold-Start Emissions from Automobiles//SAE Technical Paper Series No.991 233.- 1999.-P.p. 1−11.
  25. В.Ф., Фомин В. М., Хрипач Н. А. Теоретические и экспериментальные исследования работы двигателя на водородно-топливных композициях //International Scientific Journalfor Alternative Energyand Ecology (ISJAEE).- № 7.- 2005.- C.32−42.
  26. В.М., Каменев В. Ф., Хрипач Н. А. Автомобильный двигатель, работающий на смесевом топливе бензин-водород//АГЗК + Альтернативные топлива.-2006.- № 1(25).-С.72−77.
  27. Justin Fulton. Hydrogen for cold starting and catalyst heating in a methanol vehicle // SAE Technical Paper Series No.951 956.-1995.-Pp. 2−12.
  28. Ingemar Gottberg. Electrically-Heated Catalysts and Reformulated Gasoline// SAE paper 930 385.-1993.-Pp. 14−27.
  29. John E. Kirwan, Ather A. Quader, M. James Grieve. Fast Start-Up On-Board Gasoline Reformer for Near Zero Emissions in Spark-Ignition Engines// SAE Technical Paper Series No. 2002−01−1011.-Pp. 12−25.
  30. Н.А., Кавтарадзе Р. З. Многозонные модели рабочего процесса ДВС.- М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997.- 67 с.
  31. Н.Д., Иващенко Н. А. и др. Конструирование двигателей внутреннего сгорания// М. ?Машиностроение, 2011.-494с.
  32. Р. 3. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. -592 с.
  33. Л. X., Шендеровский И. М., Яхутль. Д. Р. Разработка математической модели рабочего цикла бензинового ДВС// Автомобильные и тракторные двигатели. Межвузовский сборник научных трудов. Москва: МГТУ — МАМИ, 2001. — вып. 17. — С. 25 — 30.
  34. В.Ф., Макаров А. Р., Фомин В. М. Расчеты рабочих циклов поршневого и комбинированного двигателей внутреннего сгорания//М.: Изд-во МГТУ «МАМИ», 2006.-30 с.
  35. Woschni G. A. Universally Applicable Equation for the Instantaneous Heat Transfer Coefficient in the Internal Combustion Engine .- SAEPaper 670 931, 1967.
  36. И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. Москва-Свердловск: Машгиз, 1962. — 270 с.
  37. В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. М.: Энергия, 1975.- 457 с.
  38. Woodford С. Solving Linear and Non-linear Equations. EllisHarwood, 1992.- 543 p.p.
  39. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование. М.: Мир, 1977. — 584 с.
  40. Churchill S. W., Chu, Н. Н. Correlating Equations for Laminar and Turbulent Free Convection from a Horizontal Cylinder. Int. J. Heat Mass Transfer, 1975, Vol. 18, pp 1049−1053.
  41. Collier John G. Convective boiling and condensation. New York: McGraw-Hill Book Company, 1972. 346 p.p.
  42. Investigation of the Effect of High Values of Ignition Retard Control on Automotive Catalyst Light off// PhD Thesis, Nanyang Technological University, Singapore, 1997. P.p. 12−23.
  43. B.M. Математическая обработка результатов исследования. М.: Физматиздат, 1988.-480 с.
  44. О.Преображенский В. Н. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978.-703 с.
  45. Р.С., Овчинский Б. В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1970.-215 с.
  46. О.Н., Лебедев В. В. Обработка результатов наблюдения. М.:Наука, 1970.-104 с.
  47. Ни Z., Heck R.M. High Temperature Ultra Stable Close-Coupled Catalysts // SAE Technical Paper Series 950 254.-1995.- P.p. 28−37.
  48. Zidat S ., Parmentier M. Exhaust Manifold Design to Minimize Catalyst Light-off Time // SAE Technical Paper Series 2003−01- 0940.-P.p.l2−21.
  49. A.B., Сердюков С. И., Сафонов M.C. Процесс паровой конверсии метанола на оксидных никель циркониевых каталитических покрытиях // Нефтехимия.-1996.-№ 5.-С. 31−37.
  50. В.М., Каменев В. Ф., Герасименко С. А. Стратегия стартового прогрева автомобильной системы нейтрализации // Материалы межд. н/т конфер. «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования двигателей».- Владимир: ВлГУ.-2008.-С.235−240.
  51. М.Д., Груздев В. Н., Талантов А. В. Влияние активных частиц на процессы горения // Электрофизика горения.-1979.-С.45−48.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!