Двигуни внутрішнього згоряння

А. П. Марченко, І. В. Парсаданов, Л. Л. Товажнянський,

А. Ф. Шеховцов

Том 5

 

 

 

Рецензенти:     С. А. Єрощенков, д-р техн. наук, проф., Українська державна академія залізничного транспорту;

О. П. Строков, д-р техн. наук, проф., Інститут машин і cистем Мінпромполітики України

 

 

Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників у 6 томах. Т. 5. Екологізація ДВЗ / За ред. проф. А. П. Марченка та засл. діяча науки України проф. А. Ф. Шеховцова.— Харків: Прапор,

2004.— 360 с.

 

 

 

У підручнику викладено теоретичні основи, методи математичного моделювання та експериментальних досліджень процесів створення токсичних речовин у відпрацьованих газах ДВЗ. Наведені нормативи обмеження викидів шкідливих речовин двигунами різ­них призначень. Розглянуті шляхи екологізацїї ДВЗ за рахунок зниження рівнів токсидів і димності випускних газів ДВЗ, перш за все шляхом комп'ютеризації керування та оптимізації процесів в ДВЗ за комплексним паливно-екологічним критерієм. Розглянуто засоби нейтралізації викидів двигунів. Викладено правові аспекти екологізації.

Підручник призначений для студентів спеціальності «Двигуни внутрішнього зго­ряння». Він може бути корисним викладачам, аспірантам, інженерам-розробникам пер­спективних ДВЗ.

In the textbook theoretical fundamentalses, methods of mathematical simulation and experimental researches of processes of creation of toxic substances in completing gases ICE are explained. The specifications of limitation of harmful ejections substances engines of different assignments are reduced. The paths of ecologizвtion ICE at the expense of lowering levels toxics and smoking the ICE exhaust gases, first of all, by a computerization of control and optimization of processes in ICE by complex fuel-ecological criterion are considered. Means of neutralization of engines are considered. Legal aspects ecologizвtion are explained.

The textbook is intended for students of a specialty «Internal combustion engines». It maybe to useful teachers, post-graduate students, engineers-developers perspective ICE.

 

 

 

 

 

 

 

ЗМИСТ

ПЕРЕДМОВА

ВСТУП

ГЛАВА 1 . ГЛОБАЛЬНА ПАЛИВНО-ЕКОЛОГІЧНА ПРОБЛЕМА СЬОГОДЕННЯ ТА ДВЗ

1.1. Захист навколишнього середовища від токсичних викидів ДВЗ - глобальна проблема сьогодення

1.2.       Нагальна необхідність екологізації ДВЗ

1.3.       Проблеми та напрямки екологізації ДВЗ

Контрольні запитання та завдання

ГЛАВА 2. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ УТВОРЕННЯ ТОКСИДІВ У ДВЗ

2.1.Загальна теорія горіння

2.2.Особливості горіння вуглеводневих палив у ДВЗ

2.3.Закономірність та механізм утворення токсидів та канцерогенів у ДВЗ

2.3.1.Загальний механізм утворення основних вуглевмісних токсичних елементів у ВГ ДВЗ

2.3.2.Механізм утворення монооксиду вуглецю

2.3.3.Механізм утворення вуглеводнів

2.3.4.Механізм утворення канцерогенного вуглеводню

2.3.5.Механізм утворення сажових частинок

2.3.6.Особливості утворення твердих частинок у ВГ

2.3.7.Механізм утворення оксидів азоту

2.3.7.1.Механізм утворення термічного оксиду азоту

2.3.7.2.Механізм утворення оксидів азоту із азотвмісних домішок палива

2.3.7.3.Механізм утворення «швидкого» оксиду азоту

2.3.8.Механізм утворення оксидів сірки

2.3.9.Механізм утворення оксиду та інших сполук свинцю

2.3.10.Оцінка ступеня сумісної небезпеки діяння механізмів утворення токсидів у ВГ ДВЗ

Контрольні запитання та завдання

ГЛАВА 3. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОКСИЧНОСТІ ДВЗ РІЗНИХ ТИПІВ

3.1.Токсичність бензинових двигунів

3.2.Токсичність дизелів

Контрольні запитання та завдання

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ УТВОРЕННЯ

ТОКСИЧНИХ ВИКИДІВ ДВЗ

4.1. Математичне моделювання токсидоутворення у бензинових ДВЗ

4.1.1.Математичне моделювання процесів утворення NOx у бензинових двигунах

4.1.1.1.Математичне моделювання утворення NO «термічного» виду

4.1.1.2.Особливості визначення «швидких» оксидів азоту

4.1.2.Математичне моделювання процесів утворення NOX та сажі у дизелях

4.1.2.1.Рівняння випаровування палива у циліндрі дизеля на ділянці паливоподачі

4.1.2.2.Рівняння згоряння палива у циліндрі дизеля

4.1.2.3.Узагальнене рівняння процесу дифузійного горіння у дизелях

4.1.2.4.Закономірності та особливості утворення оксидів азоту у дизелях

4.1.2.5.Рівняння динаміки утворення й вигоряння сажі у циліндрі дизеля

Контрольні запитання та завдання

ГЛАВА 5. ЕКОВИПРОБУВАННЯ ДВЗ

5.1.Методологія ековипробувань ДВЗ

5.1.1.Принципові особливості ековипробувань ДВЗ

5.1.2.Види ековипробувань ДВЗ

5.1.3.Стандартизація випробувань ДВЗ на токсичність

5.1.4.Особливості об'єктів випробувань ДВЗ

5.2.Методи та засоби випробувань ДВЗ на токсичність

5.2.1.Ековипробування ДВЗ у складі силових установок у стандартизованих умовах

5.2.2.Вимірювання при ековипробуваннях ДВЗ

5.2.2.1.Газовий аналіз відпрацьованих газів

5.2.2.2.Ековипробування на канцерогени (бенз-а-пірен) у викидах ДВЗ

5.2.2.3.Ековипробування на визначення твердих частинок у ВГ дизелів

5.2.2.4.Ековипробування на визначення димності відпрацьованих газів

5.2.3.Визначення кількостей основних токсидів у викидах ВГ ДВЗ

5.2.4.Дослідницькі ековипробування

5.3.Діагностичний експлуатаційний контроль ДВЗ на токсичність

5.3.1.Принципи екодіагностування ДВЗ

5.3.2.Визначення діагностичного тесту

5.3.3.Побудова оптимізаційного алгоритму контролю працездатності за результатами ековипробувань

5.3.4.Вибір режимів екодіагностування ДВЗ

Контрольні запитання та завдання

ГЛАВА 6. НОРМУВАННЯ ТОКСИДІВ ДВЗ

6.1. Загальні положення нормування токсидів ДВЗ

6.1.1.Види нормування

6.1.2.Нормовані токсиди та інші речовини

6.1.3.Ненормовані речовини з токсичними властивостями

6.1.4.Перерахунки нормативних значень токсидів у ВГ ДВЗ

6.1.5.Нормативні документи

6.2.Нормування екологічних показників дорожніх транспортних засобів з ДВЗ

6.3.Стандарти на екологічні показники двигунів позадорожньої техніки

Контрольні запитання та завдання

ГЛАВА 7. ЕКОЛОГІЗАЦІЯ ДВЗ

7.1.Екологізація ДВЗ за рахунок оптимізації робочого процесу

7.1.1.Оптимізація сумішоутворення та згоряння

7.1.1.1.Розшарування заряду

7.1.1.2.Безпосереднє вприскування палива у двигунах з іскровим запалюванням

7.1.1.3.Вибір камери згоряння

7.1.2.Оптимізація паливоподачі

7.1.3.Пошук раціональних параметрів робочого процесу і конструктивних характеристик, що безпосередньо впливають на токсичність ДВЗ

7.1.3.1.Двигуни з самоспалахуванням

7.1.3.2.Двигуни з іскровим запалюванням

 

7.1.4.Вдосконалення перехідних процесівJ

7.1.5.Поліпшення екологічних характеристик ДВЗ на часткових режимах шляхом відключення частини циліндрів

7.1.6.Використання екологічних присадок до моторних палив

 

7.1.6.1.Застосування водоналивних емульсій

7.1.6.2.Спеціальні присадки до моторних палив

7.1.7.Приклад комплексного вирішення проблеми екологізації робочого процесу двигуна

7.2.Екологізація ДВЗ за рахунок нейтралізації їх викидів з використанням комп'ютерних технологій керування

7.2.1.Засоби зовнішньої нейтралізації викидів ДВЗ

7.2.1.1.Конструкції сучасних нейтралізаторів ВГ ДВЗ

7.2.1.2.Конструкції сучасних вловлювачів твердих часток з ВГ

7.2.1.3.Напрямки поліпшення конструкцій ПСФ та нейтралізаторів

7.2.2.Рециркуляційні засоби для зниження викидів NOX

7.2.2.1.Принципові особливості рециркуляції ВГ ДВЗ

7.2.2.2.Загальна схема рециркуляції ВГ ДВЗ

7.2.2.3.Ефективність рециркуляційних засобів

7.2.3.Комп'ютерні блоки керування рівнем токсичності (КБК токсичністю) ДВЗ

7.2.3.1.Вимоги до КБК токсичністю

7.2.3.2.Особливості та принципові схеми КБК рівнем токсичності ДВЗ

7.2.3.3.Приклади комп'ютерних систем комплексного керування робочим процесом та рівнем токсичності викидів з ВГ сучасних ДВЗ

7.3.Екологізація ДВЗ при їх виготовленні та експлуатації

7.3.1.Вплив технологічних відхилень при виготовленні та складанні ДВЗ на їхні екологічні показники

7.3.2.Вплив технічного стану двигунів на їхні екологічні характеристики при тривалій експлуатації

7.3.3.Оптимізація експлуатаційних факторів - напрямок зниження токсидів у ВГ ДВЗ

7.3.3.1.Вплив майстерності водія (оператора) на кількість шкідливих викидів двигуном енергетичної установки та оптимізація параметрів керування нею

7.3.3.2.Вплив завантаження автомобіля на кількість шкідливих викидів з ВГ

7.3.3.3.Вплив дорожніх умов на кількість шкідливих викидів двигунами транспортних засобів

Контрольні запитання та завдання

ГЛАВА 8. КОМПЛЕКСНА ПАЛИВНО-ЕКОЛОПЧНА ОЦІНКА СУЧАСНИХ ДВЗ

8.1.    Оцінка економічної шкоди від негативних впливів ВГ ДВЗ на навколишнє середовище

8.2.    Комплексний паливно-екологічний критерій якості ДВЗ та їх конкурентоспроможності при експлуатації

8.2.1.Моделі експлуатації ДВЗ різних призначень

8.2.1.1.Моделі експлуатації дизелів сільськогосподарських колісних та гусеничних тракторів

8.2.1.2.Модель експлуатації дизеля зернозбирального комбайна

8.2.1.3.Модель експлуатації дизеля вантажного автомобіля

8.2.2.Методика комплексної оцінки паливної економічності й токсичності ВГ ДВЗ за моделями їх експлуатації

8-3. Приклади використання комплексного паливно-екологічного критерію для оцінок ефективності екологізації ДВЗ

8.3.1.Комплексна оцінка ефективності використання менш токсичних альтернативних палив

8.3.2.Комплексна оцінка ефективності екологізації перспективних ДВЗ вітчизняного виробництва

Контрольні запитання та завдання

ГЛАВА 9. ПРАВОВІ ОСНОВИ ЕКОЛОГІЗАЦІЇ ДВЗ

9.1.     Роль права у регулюванні екологічних взаємовідносин природи і суспільства

9.2.Державна екологічна політика в Україні

9.3.Законодавчі акти в Україні щодо захисту навколишнього середовища, в тому числі атмосферного повітря

9.3.1.Закон України «Про охорону навколишнього природного середовища»

9.3.2.Закон України «Захист атмосферного повітря»

9.3.3.Закон України «Про транспорт» [104]

9.3.4.Закон України «Про альтернативні джерела енергії» та указ Президента України «Про заходи щодо розвитку виробництва палива із біологічної сировини»

9.4.Правові гарантії екологізації ДВЗ

Контрольні запитання та завдання

ГЛАВА 10. ПЕРСПЕКТИВИ ЕКОЛОГІЗАЦІЇ  ДВЗ

10.1.Проблеми екологізації перспективних ДВЗ

10.1.1.Ефективне спалення збіднених горючих сумішей у двигунах з іскровим запалюванням

10.1.2.Регулювання фаз газорозподілу уздовж робочих характеристик двигунів

10.1.3.Поглиблення утилізації теплоти ВГ на основі вдосконалення ГНТ та термокаталітичної конверсії рідинних вуглеводневих палив

10.1.4.Оптимізація конструктивних параметрів ДВЗ

10.1.5.Розробка і застосування високоефективних методів та засобів нейтралізації NOX у ВГ

10.1.6.Перспективи використання екологічно чистіших альтернативних палив

10.1.6.1.Спиртові палива

10.1.6.2.Рідинні синтетичні палива

10.1.6.3.Водневе паливо

10.1.6.4.Газові альтернативні палива

10.1.6.5.Відновлювані джерела енергії на основі олій

10.1.6.6.Водоналивні емульсії

10.2.Малотоксичні мобільні енергетичні установки майбутнього

10.2.1.ДВЗ підвищеної ефективності з безпосереднім комбінованим вприскуванням бензину.

10.2.2.Турбодизелі для легкових автомобілів

10.2.3.Оцінка перспектив використання електромобілів

10.2.4.Гібридні енергоустановки (екомобілі)

Контрольні запитання та завдання

ОСНОВНА ЕКОЛОГІЧНА ТЕРМІНОЛОГІЯ

СПИСОК  ЛІТЕРАТУРИ