Влияние режимов эксплуатации дизелей на токсичность отработавших газов

Уровни выбросов оксидов азота NO_x связаны со скоростными и нагрузочными режимами работы дизеля, так как они определяют с одной стороны время существования высоких температур в цикле, при которых идёт интенсивное окисление азота, а с другой стороны, в зависимости от величины коэффициента избытка воздуха α, — избыток свободного кислорода для окисления азота [1–8].

Рис. 1. Характер изменения выбросов NO_х с ОГ в зависимости от режимов работы дизелей: ^_____ — n=1800 мин^-1; — – — – n=1300 мин^-1

Характер изменения выбросов NO_x по нагрузочным характеристикам показан на рис.1,а. Существование максимума выбросов NO_x по нагрузочной характеристике в районе нагрузок равных N_е/N_ен=75…87 % связано с сочетанием высоких значений температур пламени в зонах горения и высоких значений коэффициента избытка воздуха α_лок [9–14]. При этих же нагрузках наблюдаются лучшие удельные расходы топлива. Дальнейшее повышение мощности связано с ухудшением условий смесеобразования, падением значений α_лок и сопровождается снижением выбросов NO_x. Относительное увеличение выбросов по нагрузочной характеристике зависит от типа смесеобразования и частоты вращения коленчатого вала дизеля [15–22].

В качестве примера неявного существования максимума выбросов NO_x по нагрузочной характеристике можно привести изменение выбросов NO_x дизелем 8ЧН16,5/17, полное давление наддувочного воздуха в котором достигало 0,203 МПа (рис.1,б). Из графиков видно, что для дизеля с газотурбинным наддувом при различных частотах вращения коленчатого вала по нагрузочным характеристикам не прослеживается четко выраженных максимумов выбросов NO_x. Характерно то, что с ростом нагрузки возрастают выбросы с ОГ углеводородов СН и оксида углерода СО. Отдельный интерес представляют результаты анализа удельных выбросов вредных веществ по нагрузочным характеристикам [23–28]. Автотракторные дизели в эксплуатации значительную часть времени работают на режимах малых и средних нагрузок. Например, тракторные дизели СМД-62 сельскохозяйственного назначения работают при полной нагрузке N_е/N_ен=100 % только 3 % времени, при нагрузке а 82...85 % — только 2 % времени, при нагрузке 70…75 % — до 5 % времени, а при нагрузке 60...67 % — до 41 % времени и остальное время при нагрузках ниже 50 %. Поэтому при оценке удельных выбросов NO_x необходимо учитывать относительное время эксплуатации дизеля на отдельных режимах [29–35].

На рис.1,в показан характер изменения удельных выбросов NO_x, СО и СН в зависимости от нагрузочных и скоростных режимов дизеля 8ЧН16,5/17. При увеличении частоты вращения дизели, как правило, имеют более высокие уровни выбросов вредных веществ. Это объясняется тем, что на окисление продуктов неполного сгорания отводится меньше времени. Увеличение же выбросов NO_x связано с ростом температур при увеличении подачи топлива и ростом избытка воздуха при увеличении давления Р_к наддувочного воздуха [36–40].

Влияние частоты вращения коленчатого вала на уровни вредных выбросов дизеля 6Ч13/14 с наддувом до Р_к=0,172 МПа показано на рис.1,г. Здесь наблюдается существование максимумов выбросов NO_x между нагрузками в 60...80 %. При увеличении частоты вращения происходит рост выбросов не только NO_x, но и СН и СО [41–45].

Литература:

1.         Лиханов В. А., Анфилатов А. А. Изменение образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 4. с. 3–5.

2.         Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путём применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. с. 5–8.

3.         Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 3. с. 4–5.

4.         Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 4. с. 10–13.

5.         Лиханов, В. А., Чувашев А. Н., Анфилатов А. А., Глухов А. А. Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи: Монография / Под общ. ред. В. А. Лиханова. — Киров: Вятская ГСХА, 2009. — 334 с.

6.         Анфилатов А. А., Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование процессов образования и разложения оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 путем применения метанола с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров, 2008. — 156 с.

7.         Лиханов, В. А., Чувашев А. Н., Полевщиков А. С., Долгих М. А., Верстаков С. А. Эффективные и экологические показатели дизеля с двойной системой топливоподачи. Тракторы и сельхозмашины, 2011. — № 10, с. 8–10.

8.         Лиханов В. А., Анфилатов А. А. Исследование применения метанола в дизеле на оптимальных установочных углах // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 42–44.

9.         Лиханов, В. А., Чувашев А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2007. — 129 с.

10.     Лиханов В. А., Чувашев А. Н. Показатели процесса сгорания дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения частоты вращения Молодой ученый. 2015. № 15 (95) С. 109–111.

11.     Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2Ч 10,5/12,0 путём применения метанола с двойной системы топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук/Киров, 2009. — 184с.

12.     Анфилатов А. А. Влияние метанола на оксиды азота при сгорании в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 151–154.

13.     Анфилатов А. А. Теоретические расчеты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле для номинальной частоты вращения // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). С. 142–145.

14.     Анфилатов А. А. Расчет содержания оксидов азота в цилиндре дизеля с воздушным охлаждением при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11. С. 235–238.

15.     Анфилатов А. А. Влияние применения метанола на содержание оксидов азота в дизеле при изменении установочных УОВТ // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). С. 123–125.

16.     Анфилатов А. А. Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 13 (93). С. 87–90.

17.     Анфилатов А. А. Изменения объемного содержания и массовой концентрации оксидов азота в отработавших газах дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 15. C. 75–78.

18.     Анфилатов А. А. Эффективные характеристики дизеля при работе на метаноле и N = 1800 мин-1 // Потенциал современной науки. 2015. № 5 (13). С. 25–28.

19.     Анфилатов А. А. Содержание токсичных компонентов дизеля при работе на дизельном топливе и метаноле // Молодой ученый. 2015. № 14. С. 120–123.

20.     Анфилатов А. А. Эффективные показатели дизеля при работе на дизельном топливе и метаноле в зависимости от частоты вращения // Потенциал современной науки. 2015. № 5 (13). С. 29–32.

21.     Скрябин М. Л. Влияние применения природного газа на содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с ПОНВ при работе на номинальной частоте вращения в зависимости от установочного угла опережения впрыскивания топлива // Молодежная наука 2014: технологии, инновации. Материалы Всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. С. 101–104.

22.     Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2009. — 202 с.

23.     Лопатин С. О., Скрябин М. Л. Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на объемное содержание и массовую концентрацию оксидов азота в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения нагрузки // Молодежная наука 2014: технологии, инновации. Материалы Всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. С. 96–98.

24.     Лиханов В. А., Гребнев А. В., Бузмаков Ю. Г., Скрябин М. Л. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2008. № 6. С. 19–21.

25.     Лиханов В. А., Гребнев А. В., Бузмаков Ю. Г., Скрябин М. Л. Улучшение токсических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2008. № 7. С. 6–7.

26.     Скрябин М. Л. Исследование мощностных и экономических показателей газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 59–62.

27.     Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля путем применения природного газа и промежуточного охлаждения наддувочного воздуха // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). С. 315–318.

28.     Скрябин М. Л. Расчет содержания оксидов азота в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 433–436.

29.     Скрябин М. Л. Влияние применения природного газа на экологические показатели дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на частоте вращения максимального крутящего момента // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 312–314.

30.     Скрябин М. Л. Влияние отработавших газов автомобильного транспорта на окружающую среду // Молодой ученый. 2015. № 13. С. 185–187.

31.     Скрябин М. Л. Образование топливных оксидов азота в процессе горения углеводородного топлива // Молодой ученый. 2015. № 14. С. 186–188.

32.     Скрябин М. Л. Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на показатели процесса сгорания дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения нагрузки при работе на номинальной частоте вращения // Молодой ученый. 2015. № 15. С. 179–182.

33.     Скрябин М. Л. Влияние применения природного газа на эффективные показатели дизеля Д-245.7 в зависимости от изменения нагрузки // Молодой ученый. 2015. № 16. С. 228–230.

34.     Чувашев, А. Н. Исследование рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5 / 12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2007. -167с.

35.     Чувашев А. Н. Исследование показателей рабочего процесса дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от значений установочных углов опережения впрыскивания топлив. Молодой ученый. 2015. № 12 (92) С. 340–343.

36.     Чувашев А. Н. Характеристики тепловыделения дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки на режиме максимального крутящего момента Молодой ученый. 2015. № 14 (94) С. 203–205.

37.     Чувашев А. Н. Характеристики тепловыделения дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ в зависимости от изменения нагрузки на номинальной частоте вращения коленчатого вала. Технические науки: проблемы и перспективы: материалы III Mеждунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2015 г.). — СПб.: Свое издательство, 2015. — С. 77–78.

38.     Чувашев А. Н. Совмещённые индикаторные диаграммы дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле с ДСТ при установочном угле впрыскивания дизтоплива 34°. Молодой ученый. 2015. № 16 (96) С. 244–246.

39.     Лопатин О. П. Оценка эффективности применения регулируемой рециркуляции в газодизеле // Молодой ученый. 2015. № 15. С. 131–133.

40.     Лопатин О. П. Влияние степени рециркуляции на характеристики тепловыделения и содержание оксидов азота в цилиндре тракторного газодизеля // Молодой ученый. 2015. № 14. С. 168–171.

41.     Лопатин О. П. Индицирование рабочего процесса газодизеля при работе с рециркуляцией // Молодой ученый. 2015. № 13. С. 144–147.

42.     Лопатин О. П. Влияние применения рециркуляции на эффективные показатели дизеля // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). С. 232–235.

43.     Лопатин О. П. Исследование скоростного режима газодизеля при работе с рециркуляцией // Молодой ученый. 2015. № 11. С. 379–383.

44.     Лопатин О. П. Моделирование процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля // Молодой ученый. 2015. № 11. С. 370–372.

45.     Лопатин О. П. Исследование индикаторных показателей газодизеля при работе с рециркуляцией отработавших газов // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). С. 253–255.