Методология создания, доводки и организации производства каталитических нейтрализаторов для автомобилей массой до 3,5 т тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Олейник, Анатолий Владимирович

• Олейник, Анатолий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Олейник, Анатолий Владимирович

Введение.

Глава I. Критический анализ проблемы эффективности каталитических нейтрализаторов при производстве и в эксплуатации.

1.1. Проблема экологии автотранспорта и пути ее решения.

1.2. Нейтрализация вредных выбросов отработавших газов автотранспортных средств с бензиновыми двигателями.

1.3. Конструктивные и технологические особенности автомобильных каталитических нейтрализаторов.

1.4. Выводы, постановка цели и задач диссертационной работы.

Глава 2. Оценка экологической безопасности применения каталитических нейтрализаторов из условий их полного жизненного цикла.

2.1. Предпосылки для оценки экологической безопасности автомобильных нейтрализаторов в течение полного жизненного цикла.

2.2. Методология оценки жизненного цикла нейтрализатора.

2.3. Методика инженерного расчета экологической безопасности нейтрализатора в процессе его полного жизненного цикла.

2.4. Математическая модель и оценка с ее помощью динамики изменения экологического ущерба и эффекта от применения нейтрализаторов в процессе жизненного цикла.

Глава 3. Объект и методы исследований

3.1. Каталитический нейтрализатор для автомобилей семейства ВАЗ.

3.2. Объекты испытаний и используемое исследовательское оборудование.

3.3. Методики исследований нейтрализаторов на эффективность, прочностные качества, надежность работы и ресурс.

3.4. Анализ точности расчета экологического эффекта от применения автомобильного нейтрализатора с учетом его продукционного цикла

Глава 4. Исследования эффективных показателей нейтрализаторов, их надежности и ресурса.

Глава 5. Некоторые вопросы технологии производства нейтрализаторов.

5.1. Организация пооперационного и выходного контроля при производстве нейтрализаторов.

5.2. О статистическом анализе разброса характеристик аэродинамического сопротивления нейтрализаторов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методология создания, доводки и организации производства каталитических нейтрализаторов для автомобилей массой до 3,5 т»

Проблема экологической безопасности автотранспорта требует от промышленности внедрения новых перспективных технологий, обеспечивающих автомобилю выполнение все более ужесточающихся нормативных требований по выбросу вредных веществ с отработавшими газами двигателей. Наряду с реализацией экологически чистых рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания важнейшим компонентом современной антитоксичной системы является каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя. К конструкции и выходным параметрам автомобильного нейтрализатора предъявляются жесткие, часто противоречивые, требования, связанные с параметрами его эффективности, надежности и ресурсом, согласованностью с работой всех других систем и узлов автомобиля и экологическим ущербом, как при его производстве, так и в процессе эксплуатации.

Все вышеперечисленное требует отработанной методологии оценки экологичности на всех стадиях жизнедеятельности автомобильного нейтрализатора, начиная с момента проектирования и кончая утилизацией после его физического износа в процессе эксплуатации. Несмотря на большое количество исследований по этой проблеме, для автомобильного нейтрализатора до сих пор не создана методология оценки его жизненного цикла на всех стадиях развития. Представляемая работа является первым шагом в этом направлении и имеет достаточную актуальность.

Выполненные в рамках представленной работы исследования проводились в соответствии с планами HHP и ОКР ОАО «АвтоВАЗагрегат» и ОАО «АвтоВАЗ».

Глава I. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ КАТАЛИТИЧЕСКИХ НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И В ЭКСПЛУАТАЦИИ

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Олейник, Анатолий Владимирович

7. Основные результаты работы были доложены на международных и отечественных конгрессах и конференциях, в том числе на юбилейном международном конгрессе Федерации автомобильных инженеров (FISITA-98) в Париже, конференции автомобильных инженеров ААИ РФ, конференции Российской экологической академии и международных научно-технических конференциях МГТУ-МАМИ и ГТУ-МАДИ.

8. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ в отечественных научных журналах и в сборнике докладов международного конгресса FISITA-98.

9. Пять методик ускоренных моторных испытаний нейтрализаторов приняты Госстандартом в качестве официальных Рабочих Документов и введены в систему сертификации автомобильных изделий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Олейник, Анатолий Владимирович, 2004 год

1. Большаков А. М. Автомобильные каталитические конвертеры// Химическая технология- 2000.-№ 1- с. 2- 12

2. Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А. и др. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей/ Под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г.- М: Машиностроение, 1983.- 372 с.

3. Гусаров А.П. Исследование возможности снижения выбросов вредных веществ бензиновым двигателем в условиях городского движения // Автореф. диссертации на соиск. учен, степени к.т.н. М.: МАМИ, 1982.

4. Дербарембдикер А.Д., Трофименко Ю.В. Правовое обеспечение экологической чистоты автотранспортных средств// Автомобильная промышленность. 1992. - № 2. - с. 6 -8.

5. Ежегодник состояния загрязнения и выбросов вредных веществ в атмосферу городов и промышленных центров Российской Федерации (России). «Выбросы вредных веществ». Под. ред. Берлянда М.Е. Санкт-Петербург, 2001.412 с.

6. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания -М.: Машиностроение, 1981 -160с.

7. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. М. Энергия, 1975

8. Корн Г.А., Корн Т.М. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1968. - 720 с.

9. Кутенев В.Ф. Учебное пособие по испытаниям автомобильных двигателей на токсичность. М.: МАМИ. 1992. 69 с.

10. Кутенев В.Ф., Гусаров А.П., Топунов В.Н. Исследование долей отдельных режимов в общем выбросе токсичных веществ автомобилем за ездовой цикл. Сб. конструкции автомобилей. М.: НИИНАвтопром, 1977. с. 22-29.

11. Кутенев В.Ф., Игнатович И.В., Топунов В.Н. Теория и практика оценки токсичности двигателей суммарным показателем. Автомобильная промышленность, 1982. №3.

12. Кутенев В.Ф., Игнатович И.В., Топунов В.Н. Теория и практика оценки токсичности двигателей суммарным показателем// Автомобильная промышленность. -1981. № 3. -С. 8-9.

13. Кутенев В.Ф., Звонов В. А., Козлов А.В. Оценка экологичности конструкции автомобиля по методике полного жизненного цикла// Проблемы конструкции двигателей: Сб.науч.тр./НАМИ.-1998.-с.З-11.

14. Звонов В.А., Козлов А.В., Кутенев В.Ф. Экологическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле./ М.: НАМИ, 2001.-248 с.

15. Кутенев В.Ф. Комплексное решение проблем снижения выбросов вредных веществ и расхода топлива автомобильными двигателями. / Автореф. диссертации докг. техн. наук. М.: МАМ И, 1990. - 45 с.

16. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Экологические воздействия автомобильных двигателей на окружающую среду И Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Автомобильный и городской транспорт. -1993. с. 1-136.

17. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука. -1965.-175 с.

18. ОСТ 37.001.054-86. Автомобили и двигатели. Выбросы вредных веществ. Нормы и методы определения.

19. Правила ЕЭК ООН № 83.03. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении выделяемых ими загрязняющих веществ.

20. Павловский А.Н. Измерение расхода и количества жидкостей, газов и паров, 1951.

21. Парниковый эффект, изменение климата и экосистемы / Б. Болин, Б.Р. Дис, Дж. Ягер, Р. Уоррик // Пер. с англ. П.: Гидрометеоиздат, 1989. - 557 с.

22. Пашков Е.В., Фомин Г.С., Красный Д.В. Международные стандарты ИСО 14000. Основы экологического управления.-М.: ИПК издательство стандартов, 1997.

23. Программа действий: повестка дня на 21 век и другие документы конференции в Рио-де-Жанейро / Составитель М. Китинг. Center for our Common Future. - Geneva, 1993. - 70 c.

24. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания: Учебник для вузов -М.: Высшая школа, 1975 -320 с.

25. Ривкин C.JI. Термодинамические свойства газов.- М.: Энергия, 1973.- 288 с.

26. Румшинский J1.3. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука. -1971. -192 с.

27. Стефановский Б.С. и др. Испытания двигателей внутреннего сгорания. -М.: МАШГИЗ, 1972.

28. Хачиян А.С., Морозов К.А., Луканин В.Н. и др.; Под ред. В.Н.Луканина. Двигатели внутреннего сгорания // 2-е изд. - М.: Высшая школа, 1985. - 311 с.

29. Химия горения / Гадинер У., Диксон Льюис Г., Цепнер Р. и др.; Под ред. У.Гардинера. Пер. с англ. Е.В.Мозжухина, М.Б. Прохорова. М.: Мир, 1988. -461 с.

30. Baba, N., Ohsawa, К. and Sugiura, S. (1996). Numerical Approach for Improving the Conversion Characteristics of Exhaust Catalysts Under Warming-Up Condition. SAE paper 962076.

31. Benson R.S., et al. The thermodynamics and Gas dynamics of Internal Combustion Engines.- Oxford: Clarendon Press, 1982 -86.

32. Bielaczyc, O., Merkisz, J.: Cold Start Emission for Normal and Low Ambient Temperatures Conditions. 30th International Symposium on Automotive Technology and Automation, Florence, Italy, June 97.

33. Bielaczyc, O., Merkisz, J.: Exhaust Emission from Passenger Cars During Engine Cold Start and Warm Up. SAE Technical Paper Series 970740.

34. Bird, R.B., W.E. Stewart, E.N Lightfoot. (1960). Transport phenomena. New York, John Wiley & Sons.

35. Chan, S. H. and Zhu, J. (1996). The Significance of High Value of Ignition Retard Control on the Catalyst Light off. SAE paper 962077.

36. Collier John G. (1972). Convective boiling and condensation. New York: McGraw-Hill Book Company.

37. Eade, D., Hurley, R. G., Rutter, В., "Fast Light off Underbody Catalyst Using Exhaust Gas Ignition (EGI)," SAE Paper 952417, 1995.

38. ECE Regulation 1 83: Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the emisssion of pollutants according to engine fuel.

39. The Eco-indicator 95, manual for designers. Netherlands agency for energy and the environment/ November,-1996.

40. Nanyang Т., Zhu, J. (1997). Investigation of the Effect of High Values of Ignition Retard Control on Automotive Catalyst Light off. PhD Thesis,

41. Fuel Economy in road vehicles powered by spark ignition engines. Edited by J.C. Hilliard and G.S. Springer/ Plenum press,-New York,-1984.

42. Greening, P.: The Future Of European Emission Regulations. Conference. Engine and Environment, Graz, 1997.

43. Gulati, S. T. (1991). Ceramic Converter Technology for Automotive Emissions Control. SAE paper 911736.

44. Hauman D.J. et al. A Multi-step overall kinetic mechanism for the oxidation of hydrocarbons.//Combust. Sci. Technol. 1981. - 25. P. 219-235.

45. Heck, R. M., Hu, Z., Smaling, M., Amundsen, A. and Bourke, M. C. (1995). Close Coupled Catalyst System Design and ULEV Performance After 1050oC Aging. SAE paper 952415.

46. Heimrich, R. G., Albu, S. and Osborne, J. (1992). Electrically Heated Catalyst System Conversion on Two Current Technology Vehicles. SAE 920612.

47. Koltsakis, G. C., Konstantinidis, P. A. and Stamatelos, A. M. (1997). Development and Application Range of Mathematical Models for 3-Way Catalytic Converters. Applied Catalysis B: Environmental 12 (1997), pp.161-191.

48. Konstantinidis, P. A., Koltsakis, G. C. and Stamatelos, A. M. (1997). Transient Heat Transfer Modeling in Automotive Exhaust Systems. Proc Instn Mech Engrs, Vol. 211, Part C.

49. Kueper, P. F., Maus, W., Swars, H., Bruek, R. and Kaiser, F. W. (1994). Ultra Low Power Electrically Heated Catalyst System. SAE paper 940465.

50. Kuo, J.C, C.R. Morgan and H.G. Lassen. (1971). Mathematical modeling of CO and HC catalytic converter systems. SAE paper 710289.

51. Langen, P., Theissen, M., Mallog, J. and Zielinski, R. (1994). Heated Catalytic Converter Completing Technologies to Meet LEV Emission Standards. SAE paper 940470.

52. Lee, S. T. and Aris, R. (1977). On the Effects of Radioactive Heat Transfer in Monolith. Chemical Engineering Science, Vol. 32, pp. 827-837.

53. Moore, W. R. and Mondt, R. J. (1993). Predicted Cold Start Emission Reductions Resulting from Exhaust Thermal Energy Conservation to Quicken Catalytic Converter Light off. SAE paper 931087.

54. T. Nagatomo, T. Miyauchi, H. Tsuchya. Preliminary investigation for life cycle assessment (LCA) of shinkansen vehicles/Materials Technology Development Division Railway Technical Research Institute,-Japan.

55. Nicolas B.S. Ahouissoussi, Michael E. Wetzstein. Life-cycle costs of fuels: is biodiesel cost competitive for urban buses?/USDA Economic Research Service,-November,-1995.

56. Oh, S. H., Cavendish, J. C. and Hegedus, L. L. (1980). Mathematical Modeling of Catalytic Converter Light off: Single- Pellet Studies. AICheE Journal, Vol. 26, No.6.

57. Oser, P., Mueller, E., Hartel, G. R., "Novel Emission Technologies with Emphasis on catalyst Cold Start Improvements Status Report on VW- pierburg Burner/ Catalyst Systems," SAE Paper 940474, 1994

58. Pfalzgraf В., Otto E., Wirth A., Kuper P., Held W., Donnerstag A. The system development of electrically heated catalyst (EHS) for the LEV and EU-III legislation// SAE Prepr. 1 951072. -1995.

59. Pfalzgraf В., Otto E., Wirth A., "The System Development of Electrically Heated Catalyst (EHC) for the Lev and EU-3 Legislation," SAE Paper 951072.

60. R.Le Borgne, P.Feillard. Life cycle assessment: a practical automotive example. Collection of papers XXVII congress FISITA-98,-F98P524,-Paris,-1998.

61. Sullivan J.I., Costic M.M., Han W. Modifying automotive life-cycle assessment//Automotive Engineering International.-1998,-July,-c. 69-71.

62. Stetter, J. R. and K. F.Blurton (1980). Catalytic oxidation of CO and H2 mixtures in air. Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 19,214 (1980).

63. Summers, J. C., Skowron, J. F., and Miller, M. J., "Use of Light off Catalysts to Meet the California LEV/ ULEV Standards," SAE Technical Paper Series 930386,1993.

64. Tabaczynsky R.J., Ferguson C.R., and Radhakrishnan K. "A Turbulent Entrainment Model for Spark Ignition Engine Combustion", SAE paper 770647(1977).

65. Takatsu, K., Kurogi, F., Matsue, A. and Kasaya, M. (1996). Dielectric Heating Catalytic Converter System for Reducing Cold-Start Emissions. SAE paper 960344.

66. Tamura, N., Matsumoto, S., Kawabata, M., Kojima, K., and Machida, M. (1996). The Development of an Automotive Catalyst Using a Thin Wall (4 mil/400cpsi) Substrate. SAE paper 960557.

67. Tanaka H. Excellent OSC Catalyst for High Temperature Applications. // XXVI FISITA congress. Praga. -1996. - p. 31.

68. Voltz, S. E., Morgan, C. R., Liederman, D. and Jacob, S. M. (1973). Kinetic Study of Carbon Monoxide and Propylene Oxidation on Platinum Catalysts. Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., Vol. 12, No. 4, 1973.

69. Wendland, D. W. (1993). Automotive Exhaust System Steady State Heat Transfer. SAE 931085.

70. Yasgashi, Т., Yoshizake, K., Nagami, Т., Sugiuram, S., Yoshimaga, T. and Ohsawa, K. (1994). New Technology for Reducing the Power Consumption of Electrically Heated Catalysts. SAE paper 940464.

71. Vaneman G.L. Performance comparison of automotive catalytic converters: metal vs ceramic substrates// XXII FISITA congress. -1 905115. -1990.