CC BY
23
Alexey V. Kostyukov. Stationary complex diagnostic system loi electric trains / Alexey V. Kostyukov, Alexandr A. Lagaev, Deni!. V. Kazarin // The Sixth International Conference on Condition Monitoring and Machinery Fail urn Prevention Technologies / Ireland. Dublin. 2009 P. 1105 1109.
10 CyiiAynoaaM-A.3pnbyaeA. *ryAPX*. — 2008 — 26ceirr>tCp>t -N* 175.
КАЗАРИН Денис Внктороппч, аспирант кафедры подвижного состава электрических железных дорог
Омского государственного университета нугой сооб-щении, научный сотрудник Научно-производственного центра «Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация» (1ШЦ «Динамика»), г. Омск. Адрес для переписки: e-mail: deniskazarin@gmail. com
Статья поступила п редакцию 24.04.2009 г. © Д. В. Ka iupiui
УДК «9.424 д. М. МИНИТАЕВА
Омский государственный технический университет
АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ___________________________________
В представленной статье рассмотрены методы контроля, учитывающие большое количество факторов, влияющих на технико-экономические и экологические характеристики дизельных двигателей.
Ключевые слова: отработавшие газы, двигатель.
Загрязнение атмосферы выбросами транспорта становится основной проблемой для населения многих городов, поэтому снижение этих выбросов с тало проблемой, над которой сегодня должны работать не только специалисты природоохранных учреждений, нотакже и специалисты транспортных предприятий, организаций и вузов. Уже более 25 лет мировое двига-толестроение занимается, очевидно, не совсем эффек-тивно, системами физико-химической очистки о I ра-ботавших газов от содержащихся в них вредных компонентов 111.
В конце 1990-х годов в странах Пиропы, США и Японии были введены стандарты, возможно, и не совсем обоснованно, заставившие изменить взгляд на необходимость физико-химической обработки отработавших газов дизеля Стало очевидным, что требования норм «Евро-1» и «Евро-2» засч<ггсовершенствования рабочего процесса и конструкции дизеля выполнить можно, то требования, «Евро-3», а тем более к «Евро-4» без нейтрализатора оксидов азота и фильтра дисперсных частиц не обойтись.
Европейский союз ввел в 2000 г. по экологическим параметрам нормы «Евро-3», кроме того, в которых запланировали снижение выбросов углекислого газа (СО,) на 25 %, чего невозможно достичь без коренного поворота в области транспорта. Очевидно, что выбросы диоксида углерода непосредственно зависят от расхода топлива, так при полном сгорании 1 л бензина образуется 2,32 кг диоксида углерода СО., а 1 л дизельного топлива — 2,63 кг СО,, и никакие ней трализаторы и фильтры тгн цифры не изменят. Нормы «Евро-1» - «Евро-4» устанавливают также предельные; шачения на выброс твердых частиц и
долю бензола в выбросах несгоревших углеводородов. Так, в отработавших газах карбюраторных двигателей она не должна превышать 0,7 %. а в продуктах сгорания дизельных двигателей — 1,9%.
Одним из путей снижения токсичности отработавших газов дизелей является использование каталитических нейтрализаторов, которые позволяют уменьшить содержание продуктов неполного сгорания топлива на 85— 90%.
Наряду с выполнением норм на выбросы вредных веществ для снижения количества СОг необходимо обеспечить достаточно высокий уровень топливной экономичности, это в еще большей степени усложняет задачу создания экологически чистых двигателей.
Специалисты Иркутского ГТ*У предложили математическую модель, характеризующую изменение токсических показателей АТС с дизельным двигателем. Исследования выполняли в условиях стенда и условиях дорожных испытаний.
Полученное в ИГТУ уравнение относительного изменения выбросов твердых частиц в функции от относительного изменения мощности для всех типов дизелей имеет вид:
ктч + 1 .ШК'к^Ые, (1»
где кш - коэффициент учета наличия турбонаддува; к, - коэффициент учета наличия электрон и о-управляемого ТНВД; Кя - коэффициент учета типа камеры сгорания.
Экологическая математическая модель двигателя, разработанная В. А. Звоновым. Модификация этой
модели |2) учитывает зависимость таких вредных выбросовдвигателя, как монооксид углерода, нетолько от температуры и концентрации атомарного кислорода в зоне реакции горения, но и от вида топлива (бензин, метанол и т. п.). Модель включает уравнения для моиооксида углерода, углеводородов и оксидов азота и представляет собой систему, состоящую из дешгги уравнений. Поскольку наличие моиооксида в отработавших газах обусловлено и особенностями кинетики химических реакций сгорания топливовоздушной смеси, в модели все уравнения связаны имен но г термическим механизмом, теория которого раз работана Б. Я. Зельдовичем, Д. А. Франк-Каменецким,
Механизм образования данной вредной составляющей известен: согласно Зельдовичу, самую большую роль здесь играют температуры. Именно благодаря высоким температурам в цилиндре ДВС идут реакции двух типов: N, + 0 —М + Ы и N + 0^** —N0 + О. Причем количество образовавшихся оксидов азота подчиняется закону N0,^ = 1(ТШ. О, т). т. е. зависит от температуры Тш продуктов сгорания, концентрации атомарного кислорода О и времени реакции т |2|. Зависимость выброса оксидов азота от температуры продуктов сгорания прямая, то есть чем меньше Тш, тем меньше выброс.
Двухзонная математическая модель процесса сгорания позволяет по заданному полному относительному тепловыделению определить изменение основных термодинамических параметров процесса сгорания, а также получить: необходимые данные для расчета концентрации оксидов азота в отработавших газах. Подобная модель была составлена применительно к безнаддувному одноцилиндровому отсеку дизеля КамАЗ
При моделировании расчет выполнялся пошаговым методом. В аналитической форме эн тальпия подсчитывается по формуле:
Н.ШПГМ, 12)
где г, - молярная доля /-го компонента продуктов сгорания, /» — удельная энтальпия.
Удельная энтальпия д\я каждого из топлив подсчитывается по формуле:
итшАтя;+втм+с, о»
где Л, Н, С — коэффициенты, которые зависят от вида топлива, давления р и коэффициента избы тка воздуха а.
Коэффициент молекулярного изменения при сгорании подсчитывается по формуле:
0.209(1 а)М„ •» 0,25» >0.031250 ,4)
’ а М„
Количество воздуха, теоретически необходимого для сгорания 1 кгтоплива, подсчитывается ПО формуле:
//.. =«Л1 „Т.тСтр, = аМХ(28.642 + 0,00204357 ,,) (5)
Для подсчета температуры продуктов сгорания используется выражение:
_ _ -В I /Й2-4Л[С {Ни* Ни)\/Мпс
т.- --------(в)
Влияние вида топлива на образование оксидов азота оценивалосьтакже расчетом равновесного состояния 18 компонентов продуктов сгорания (О, О,,
Оу Н, Нг 011.11гО, С. СО. СО,, С11,. N. N.. N0, МО,. ЫНу NN0* МС1Ч).
Таким образом, выявлено, что практически единственный фактор, влияющий на снижение температуры продуктов сгорания метанола и днметилового эфира это увеличение количества молей продуктов сгорания, т е. химическою коэффициента молекулярного изменения.
Методология и аналитическое выражение для определения ущерба от загрязнения окружающей среды имеет вид (уЦ'о/Х/Л/пД В расчетной ({юрмуле
0 — это показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над заданной территорией^ — размерный коэффициент, руб./кг; I- поправка, учитывающая характер рассеивания примесей в атмосфере; Л1 показатель относительной агрессивности загрязнителя, уел. кг/кг; т, - удельный выброс /-го загрязнителя, кг. Изучение ущерба от средних выбросов вредных веществ при производстве и использовании различных топлив в расчете на I км пробега автомобиля ВАЗ-2108 показало, что основной вклад в суммарный ущерб при использовании бензина, сжиженного нефтяного, сжатого природного газов и метанола вн<>сят показатель относительной агрессивности загрязнителя и его удель ный выброс.
В общем случае валовой выброс /-го вещества транспортным средством определенной категории при движении по /-му участку маршрута определяется по формуле:
„.''Т+М"/' Тр+Мпт''Тп (7)
где — удельный выброс (пробеговый) /-говещества при движении с постоянной скоростью, г/км;
1 - длина /-го участка маршрута, км; А1уЦ1" - удельный выброс /-го вещества при рабой? двигателя на холостом ходу, г/мин; ТА — время работы двигателя нахолосгом ходу, мин.; - удельный выброс /-го вещества во время разгона, г/мин; 7, - время разгона, мин.; Л1м( 1ПМ - удельный выброс, /-го вещества во время торможения, г/мин; Тт время торможения, мин.
Валовой выброс /-го вещества всеми транспортными средствами рассматриваемой категории на /-ом участке маршрута в определенное время года можно рассчитать по формуле:
м,гч=А1;'^Л'1°'ь- 181
где Л/м - 'шелотранспортных средств на маршруте; Ntl - число рейсов за с утки ;Д„ - число рабочих дней в рассматриваемое время года.
Для определения общего валового выброса нужно просуммировать валовые выбросы одноименных веществ по периодам года.
Максимальный разовый выброс /-говещества, г/с:
с, - М/'Ы м,/3600, (9)
где ГМ111вх — максимальное число транспортных средств рассматриваемой категории, проходящих по у му участку маршрута в течение 1 ч, ед.
Для оценки ущерба, нанесенного окружающей среде /-м загрязняющим веществом, выбрасываемым двигателем транспортных средств определенной категории при его движении по у-му участку маршрута, используется выражение:
У= (МК„ (10)
137
■
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МС1КИ< > (Ц| 2009 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОМД1ИИЕ
где У„ - ущерб, нанесенный при выбросе 1 гзагрязняющих веществ, руб./т; М,, Л1, - массы выбросов до и после проведения различных мероприятий, г, К , — коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состоянии атмосферного воздуха территории.
Таким образом, рассмотренные математические модели, охватывающие большое число аспектов работы дизельных двигателей. состава выбрасываемых отработавших газов, а также влиянии жизненного цикла двигателя и характера движения на загрязнение окружающей среды позволяет разрабатывать такие дизельные двигатели, которые способны обеспечить качественную очистку отработавших газов, до отвечающего требованиям ЕЭК ООП уровня.
Библиоірафнчсскнй список
I П.тчнишыЛ Н И Сястомы комплвхгмой очистки отработавших TAJOU ДН.ІЄЛСІЙ / В.И. ПЛИ'ІМІШІЬІЙ //Автомобильная промышленность. — 2004. — Ne I - С. 2Ь — 2/
2. Короткої» Nt В Пондиргнко Е В Пробег и экологическая безопасность автомобиля / М И Короткой, Г..ІІ Гиждлр^нко // Автомобильная промышленность. - 2003. — Nt I — С, 8— 10.
МИНИТАЕВА Алина Мажнтовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Прикладная математика и информационные системы».
Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила и редакцию 30.09.2009 г.
® Л. М. VIими tiu'ua
УДК 629.424.1:502.1
Д. М. МИНИТАЕВА Ю. Б. ГРИШИНА М. В. ТАРУТА С. И. АХМЕТОВ
Омский государственный технический университет
Омский государственный университет путей сообщения
АНАЛИЗ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ___________________________
В прсдставпеиной статье рассмотрены экономия энергоносителей нефтяного происхождения, ужесточение норм выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, а также ограничение эмиссии диоксида углерода заставляют большинство стран искать пути снижения опасности влияния тепловых двигателей на окружающую среду. Ключевые слова: вредные выбросы, отработавшие газы, дизель, двигатель.
Экономия энергоносителей нефгяного происхождения, ужесточение норм выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, а также ограничение эмиссии диоксида углерода заставляют большинство стран искать пути снижения опасности влиянии тепловых двигателей на окружающую среду. В последнее время все более широкое распространение получают альтерна тивные биотоплива на основе масел и животных жиров Интенсивные работы по переводу дизельных двигателей на биотопливо ведутся как в странах с ограниченными топливно-энергетическими ресурсами, так и в высокоразвитых странах, имеющих возможность приобретения жидких энергоносителей.
Мировое двигателестроение уже более 26 лет занимается разработкой систем очистки отработавших газов от содержащихся в них вредных компонентов. За эти годы для двигателей с искровым зажиганием созданы так называемые трехкомпонентные, ней трализаторы, высокая эффективность которых не
вызывает сомнения, предназначенные для снижения или удаления из продуктов сгорания трех основных нормируемых соединений — моиооксида углерода (СО), углеводородов (С1|НШ) и оксидов азота (N0, N0.,) Экологические проблемы до последнего времени решались в основном за счет совершенствования рабочих процессов рабочего цикла двигателя, применения каталитических нейтрализаторов окисли тельного типа и, в небольших объемах, фильтров для улавливании дисперсных частиц.
В конце 1990-х годов в странах Европы, США и Японии были введены стандарты, заставившие изменить взгляд на необходимость физико-химической обработки отработавших газов дизеля. Например, стало очевидным, что если требования норм «Евро-1» и «Евро-2» за счет совершенствования рабочего процесса и конструкции дизеля выполни ть можно, то при переходе к «• Евро-3», а тем более к «Евро-4» без нейтрализатора оксидов азота и фильтра дисперсных частиц как обязательных элементов конструкции
