Совершенствование рабочего процесса судового среднеоборотного дизеля для снижения содержания оксидов азота в отработавших газах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Андрусенко, Сергей Евгеньевич

• Андрусенко, Сергей Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Андрусенко, Сергей Евгеньевич

Содержание

Введение

1 Проблемы снижения токсичности отработавших газов и улучшения топливной экономичности судовых среднеоборотных дизелей

1.1 Состав отработавших газов. Токсичные компоненты отработавших газов

1.2 Нормирование токсичности отработавших газов

1.3 Анализ существующих способов снижения токсичности отработавших газов и повышения топливной экономичности дизелей

1.4 Обоснование выбора способа уменьшения выбросов токсичных компонентов и снижения удельного расхода топлива

1.5 Выводы по первой главе, постановка цели и задач исследований

2 Теоретические исследования рабочего процесса в камере сгорания судового среднеоборотного дизеля. Влияние различных факторов на токсичность отработавших газов

2.1 Назначение угла начала подачи топлива

2.2 Исследование влияния продолжительности подачи топлива на параметры дизеля и токсичность отработавших газов

2.3 Особенности профилирования топливного кулачка

2.4 Топливная экономичность дизеля и токсичность отработавших газов при различных фазах газораспределения

2.5 Влияние волновых процессов в системе топливоподготовки на протекание рабочего процесса дизеля

2.6 Выводы по второй главе

3 Оптимизация рабочего процесса для снижения токсичности отработавших газов дизеля

3.1 Оптимизация рабочего процесса, приближенного к изобарному

3.2 Разработка критерия оценки качества протекания рабочего процесса по экспериментальным и расчетным данным

3.3 Методика расчета, выбор конструкции и расчет демпфирующего устройства для разгрузки подающего топливопровода

3.4 Выводы по третьей главе

4 Математическое моделирование рабочего процесса дизеля, приближенного к изобарному

4.1 Анализ параметров базового двигателя

4.2 Результаты моделирования по углу начала подачи топлива

4.3 Результаты моделирования по фазам газораспределения

4.4 Результаты моделирования приближенного к изобарному рабочего процесса

4.5 Результаты экспериментальных исследований протекания рабочего

процесса, приближенного к изобарному процессу сгорания топлива

4.5.1 Результаты работы двигателя с уменьшенным углом начала подачи топлива

4.5.2 Оценка качества протекания рабочего процесса по отложениям сажи

и нагара на поверхностях камеры сгорания

4.6 Оценка приближения рабочего процесса к изобарному процессу сгорания топлива

4.7 Результаты моделирования рабочего процесса, приближенного к изобарному, с увеличенной степенью сжатия

4.8 Рекомендации по изменениям конструкции в базовом двигателе для реализации приближенного к изобарному рабочему процессу

4.8.1 Рекомендации по выбору профиля топливного кулачка и конструкции распределительного вала

4.8.2 Рекомендации к проектированию топливной системы

4.9 Выводы по четвертой главе

Заключение

Список литературы

Приложение А Моделирование рабочего процесса базового двигателя

подачи топлива

Приложение В Моделирование рабочего процесса по фазам

газораспределения

Приложение Г Результаты моделирования рабочего процесса

приближенного к изобарному

Приложение Д Кинограммы развития топливной струи при угле начала

подачи топлива 20° до ВМТ

Приложение Е Кинограммы развития топливной струи при угле начала

подачи топлива 8° до ВМТ

Приложение Ж Результаты моделирования рабочего процесса,

приближенного к изобарному с увеличенной степенью сжатия

Приложение И Результаты квалификационных испытаний

Приложение К Акт внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование рабочего процесса судового среднеоборотного дизеля для снижения содержания оксидов азота в отработавших газах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Эксплуатация среднеоборотных двигателей внутреннего сгорания на судах водного транспорта показывает на протяжении многих лет, что данные двигатели нашли самое широкое применение и имеют большое значение для использования в качестве главных энергетических установок.

При существующем уровне развития среднеоборотных дизелей, характеризующемся удельным расходом топлива от 170 до 220 г/(кВт-ч) и средним эффективным давлением от 2 до 3 МПа при одноступенчатом газотурбинном наддуве, четырехтактные дизели и впредь будут развиваться по пути дальнейшего улучшения эксплуатационных показателей и уменьшения удельного расхода топлива.

В настоящее время в развитии двигателестроения особое внимание уделяется не только улучшению топливной экономичности и ресурса дизелей, но и уменьшению содержания токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ). Если недавно основное внимание уделялось уменьшению выброса двигателями оксидов углерода (СО) и не полностью сгоревших углеводородов (СН), то в настоящее время вводятся более жесткие ограничения на допустимую концентрацию в отработавших газах оксидов азота (М)х), причем решение этой проблемы оказывается особенно трудным. На данном этапе снижение выброса Ж)х до соответствия уровню международных норм МАКРОЬ 73/78, запланированных на 2014г., удается достичь лишь увеличением удельного расхода топлива за счет уменьшения степени сжатия, использования поздних углов начала подачи топлива, рециркуляции отработавших газов. Но такой путь находится в резком противоречии с не менее актуальной проблемой борьбы за повышение топливной экономичности двигателей, острота которой неуклонно возрастает в связи с приближающейся угрозой исчерпания природных ресурсов жидких и газовых то-плив.

Суммарная установленная мощность находящихся в эксплуатации транспортных и стационарных двигателей составляет примерно 1400 млн. кВт, что в 5,5 раз превышает установленные мощности всех ТЭЦ. Двигатели потребляют более 80% жидкого нефтяного топлива, которого по официальным статистическим данным производится в России более 70 млн. т (около 27 млн. т бензинов и авиационного керосина, 48 млн. т дизельного и моторного топлива), а также 0,9 млн. т смазочного масла. В результате сжигания этого количества топлива в атмосферу выбрасывается более 10 млн. т. вредных веществ ежегодно. На двигатели судового, тепловозного и промышленного применения приходится около 11% глобальных выбросов. При этом загрязнение воздуха выбросами автомобилей доминирует в городах (по разным оценкам от 80 до 90%), в то время как вблизи портов, крупных железнодорожных узлов, в промышленных зонах подобный локальный уровень загрязнения создается выбросами дизелей судового, тепловозного и промышленного применения [84].

Сложность проблемы улучшения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов заключается в многообразии факторов (конструктивных, регулировочных, эксплуатационных), которые влияют на процессы, происходящие внутри цилиндра двигателя, в частности, на процесс сгорания топлива. Поэтому оптимизация протекания рабочего процесса двигателя заключает в себе существенные резервы улучшения эксплуатационных параметров дизелей [56].

Многочисленными экспериментальными исследованиями выявлена «универсальная» взаимосвязь между топливной экономичностью дизеля и токсичностью его отработавших газов по самому токсичному компоненту -оксидам азота, которая выражается в том, что для уменьшения содержания Ж)х необходимо уменьшать максимальную температуру цикла, что приводит к снижению термического КПД рабочего процесса и увеличению удельного расхода топлива. Решение столь противоречивой и взаимосвя-

занной проблемы представляет собой сложную научную и практическую задачу [69].

На протяжении многих лет ведутся научные исследования, направленные на улучшение мощностных показателей дизелей, топливной экономичности, их надежности, параметров шумности, токсичности и дымно-сти ОГ. В научных трудах таких ученых, как В.И. Гриневецкий, Е.К. Ма-зинг, И.И. Вибе, Г.Г. , A.C. Орлин, Н.Ф. Разлейцев, H.H. Иванченко, О.Г. Красовский, A.C. Кулешов, Г.В. Тринклер, A.C. Лышевский, P.M. Петриченко, М.Р. Петриченко, Р.З. Кавтарадзе, H.A. Иванченко, H.A. Горбунов и др., исследованы вопросы расчета рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания, наддува дизелей, топливной экономичности, процесса топ-ливоподачи.

Несмотря на большой объем выполненных исследований и проведенных экспериментальных работ, вопросы улучшения топливной экономичности и снижения эмиссии токсичных составляющих отработавших газов остаются актуальными [86, 87]. При этом важной частью проблемы остается вопрос оптимизации рабочего процесса, связанный как с работой топливной аппаратуры, так и с фазами газораспределения.

Целью исследования является совершенствование рабочего процесса двигателя с приближением процесса сгорания к изобарному с тем, чтобы максимально сохраняя достигнутый уровень топливной экономичности дизеля, добиться сокращения выброса оксидов азота. При этом выполняется основное требование: воздействия на рабочий процесс осуществляются без изменения конструкции двигателя.

Дня достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ существующих методов снижения токсичности отработавших газов и уменьшения удельного расхода топлива;

2. Установить основные факторы организации рабочего процесса, влияющие на образование токсичных компонентов в отработавших газах и на удельный расход топлива;

3. Получить требуемые параметры эмиссии оксидов азота в отработавших газах и удельного расхода топлива, без существенных изменений конструкции двигателя;

4. Разработать мероприятия по совершенствованию подачи топлива в цилиндр двигателя;

5. Разработать методику оценки протекания рабочего процесса по отложениям нагара на поверхностях камеры сгорания;

6. Дать рекомендации по снижению удельного расхода топлива. Объект исследований является рабочий процесс судового среднеоборотного дизеля 6ЧРН 36/45.

Предметом исследования являются процессы, протекающие в камере сгорания двигателя. Научная новизна

1. Разработана методика оценки качества протекания рабочего процесса по отложениям нагара и образованию сажи на поверхностях камеры сгорания дизеля;

2. Разработан рабочий процесс, отличающийся:

• от рабочего процесса двигателя со смешанным изохорно-изобарным подводом теплоты более поздним началом подачи топлива до ВМТ и основной фазой его сгорания на линии расширения;

• от рабочего процесса двигателя с изобарным подводом теплоты при постепенном введении топлива после ВМТ более ранним введением топлива до ВМТ;

3. Разработан алгоритм оптимизации рабочего процесса среднеоборотного дизеля для снижения токсичности отработавших газов;

4. Установлено, что рабочий процесс среднеоборотного судового дизеля с приближенным к изобарному процессу сгорания топлива снижает образование оксидов азота в отработавших газах;

5. Предложена система топливоподачи с устройством демпфирования колебаний топлива в топливоподающем трубопроводе;

6. Установлено влияние угла начала подачи топлива на удельный расход топлива и содержание оксидов азота в отработавших газах. Практическая ценность

1. Даны практические рекомендации по регулировке среднеоборотных дизелей для снижения токсичности отработавших газов;

2. Установлено влияние профиля топливного кулачка, фаз газораспределения, угла начала подачи топлива на топливную экономичность и образование оксидов азота в отработавших газах;

3. Разработаны требования к системам топливоподачи, газораспределения, позволяющие довести процесс сгорания с приближением к изобарному;

4. Дано обоснование выбора способа уменьшения выброса оксидов азота в отработавших газах и снижения удельного расхода топлива;

5. Результаты исследований в виде практических рекомендаций могут быть распространены на все судовые среднеоборотные дизели, применяемые на судах водного транспорта, а также могут быть применены на судоремонтных предприятиях, дизелестроительных заводах и в проектных организациях.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

• рабочий процесс среднеоборотного дизеля с приближенным к изобарному процессом сгорания топлива;

• алгоритм оптимизации рабочего процесса, приближенного к изобарному процессу сгорания топлива;

• метод сравнительной оценки качества протекания рабочего процесса по отложениям нагара и образованию сажи на поверхностях камеры сгорания;

• принципиальная схема системы топливоподачи с устройством демпфирования колебаний топлива в топливоподающем трубопроводе.

Методы исследований. Основными методами исследований являются:

• аналитический, основанный на известных зависимостях расчета рабочего процесса;

• экспериментальный, основанный на разработанных автором методиках сравнительного исследования распространения факела по отпечатку на поверхностях камеры сгорания, следам отложения нагара и сажи на деталях цилиндро-поршневой группы двигателя для оценки качества протекания рабочего процесса.

Достоверность научных результатов обуславливается использованием общих уравнений гидродинамики, теплофизики и термодинамики, обоснованностью допущений, принятых при введении упрощенных физических и математических моделей, а также согласованием расчетных результатов с экспериментальными данными. Результаты проведенных испытаний согласуются с ранее проведенными исследованиями на испытательном стенде ОАО «РУМО» и приняты к внедрению в ОАО «МРСК Северо-Запада» объекта «Мезенская ДЭС».

Публикации по теме диссертации. Основные положения диссертации опубликованы в семи печатных работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, 7 приложений. Основное содержание работы изложено на 124 страницах машинописного текста и включает 25 рисунков и 15 таблиц. Список библиографических источников включает 137 наименований. Приложения содержат 34 страницы.

1 ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И УЛУЧШЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

1.1 Состав отработавших газов. Токсичные компоненты отработавших газов

Отработавшие газы - это гетерогенная смесь различных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде

I

жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателя в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны.

Основными нормируемыми токсичными компонентами ОГ двигателей являются оксиды азота и углерода, углеводороды. Кроме того, с ОГ в атмосферу поступают альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты. Примерный состав ОГ представлен в таблице 1.1 [22].

Таблица 1.1 - Состав отработавших газов дизелей

Компоненты ОГ Содержание по объему, % Примечание

Азот 76,0-78,0 нетоксичен

Кислород 2,0-18,0 нетоксичен

Пары воды 0,5-4,0 нетоксичны

Диоксид углерода 1,0-10,0 нетоксичен

Оксид углерода 0,01-5,0 токсичен

Углеводороды не канцерогенные 0,009-0,5 токсичны

Альдегиды 0,001-0,009 токсичны

Оксид серы 0-0,03 токсичен

Сажа, г/м3 0,01-1,1 токсична

Бенз(а)пирен, мг/м3 до 0,01 канцероген

Наиболее токсичным компонентом ОГ дизелей являются оксиды азота. Они образуются в камере сгорания дизеля путем окисления азота воз-

духа, а также азота из азотосодержащих молекул топлива. Но последний составляет не более 0,2% от массы топлива [74], поэтому обычно рассматривается лишь процесс окисления атмосферного азота.

Химически инертный в нормальных условиях азот при повышенных давлениях и температурах (выше 2000 К) в камере сгорания дизеля реагирует с кислородом воздуха с образованием преимущественно оксида N0. Окисляется азот за фронтом пламени в зоне образования продуктов сгорания. При этом наблюдается диссоциация молекул кислорода, азота, водорода и паров воды, продукты которой отличаются повышенной химической активностью, и происходят следующие химические реакции [38, 73]:

ЛГ2 + О <-> N0 + Ы, N + 02 N0 + 0, И + 0Н.**№ + Н, ЫН + 02 N0 + ОН, Ы2 + 02^ 2N0.

Первые две основные реакции идут по цепному механизму в соответствии с общепринятой теорией окисления азота воздуха, предложенной Я.Б. Зельдовичем, П.Я. Садовниковым и Д.А. Франк-Каменецким.

Поскольку большая часть этих реакций идет с поглощением теплоты, определяющее влияние на эмиссию N0 с ОГ оказывает температура сгорания. Причем наибольшая концентрация N0 имеет место в локальных зонах камеры сгорания с высокими коэффициентами избытка воздуха «а» и максимальными температурами сгорания (локальные температуры газов в камере сгорания дизелей достигают 2500 К) [30, 107]. Наиболее интенсивно окисление азота происходит в первой фазе сгорания до момента достижения максимальной температуры сгорания - при углах поворота коленчатого вала (п.к.в.) дизеля от ф=360° до ср=380° п.к.в. до ВМТ (ВМТ - верхняя

мертвая точка) [38].

При температурах ниже 650-700 К оксид азота N0 начинает окисляться до диоксида N02 по следующей реакции [68]

2NO + 02 ~ 2N02.

Оксид азота NO - бесцветный газ, плохо растворимый в воде и достаточно быстро окисляющийся до N02. Диоксид азота N02 - газ красновато-бурого цвета, который при больших концентрациях имеет удушливый запах. Токсичность N02 в 7 раз выше токсичности N0. Оксиды азота представляют серьезную опасность для здоровья человека. Они воздействуют на слизистые оболочки глаз и носа, а также на нервную и сердечнососудистую системы человека, кроветворные органы и печень. Оксиды азота, взаимодействуя с парами воды в воздухе, образуют азотистую HN02 и азотную HN03 кислоты, которые разрушают легочную ткань, вызывая хронические заболевания. Небольшие концентрации оксидов азота в атмосфере приводят к постепенному отравлению организма, причем каких-либо нейтрализующих средств нет. При концентрациях в воздухе более 0,0013% N0, действуют как острый раздражитель слизистых оболочек, а при концентрациях 0,004-0,008% - могут вызвать отек легких [68].

Наибольшую опасность оксиды азота представляют в качестве активного компонента смога. Соединяясь с несгоревшими олефиновыми углеводородами, они образуют токсичные нитроолефины, вызывающие заболевания дыхательных путей и нервные расстройства. Причем токсикологический эффект воздействия NOx на человека примерно в десять раз выше, чем у монооксида углерода СО [118].

Монооксид углерода СО является промежуточным продуктом химической реакции углеродсодержащего топлива с кислородом воздуха. В условиях камеры сгорания дизеля углеводороды, кислород, пары воды распадаются с образованием углеводородных радикалов типа СН3, углерода, атомарных кислорода и водорода, групп ОН и СНО, в результате рекомбинаций которых образуется монооксид углерода, например пореакции[36,73]:

СНО + ОН СО + Н20, С + ОН <-> СО + Н.

В дополнение к приведенным реакциям имеет место диссоциация диоксида углерода, описываемая формулой

2С02 <-» 2С0 + 02.

При последующем сгорании на такте расширения или в выпускном трубопроводе дизеля монооксид углерода окисляется до диоксида по следующим основным реакциям, протекающим только в присутствии водяного пара или водорода:

СО + ОН <-> С02 + Н, СО + О С02.

Основная причина образования СО в камере сгорания (КС) дизеля -неравномерное распределение топлива в зоне горения, что приводит к возникновению отдельных участков с низким коэффициентом избытка воздуха, где наблюдается недогорание части топлива. В этих локальных зонах объемная концентрация СО может достигать (5~Н5) %. Другим источником образования СО являются высокотемпературные зоны топливного факела, в которых химическое равновесие смещено в сторону диссоциации диоксида углерода С02 с образованием СО и 02 по приведенной выше реакции.

Монооксид углерода - бесцветный газ, не имеющий запаха и обладающий токсическим действием на организм человека. Поглощаемость СО кровью в 240 раз выше поглощаемости кислорода. Поэтому СО вытесняет кислород из оксигемоглобина крови, образуя карбоксигемоглобин. Это приводит к падению способности крови переносить достаточное количество кислорода из легких к тканям. Из-за пониженного содержания кислорода в крови наступает удушье. При регулярном воздействии СО на человека отмечаются изменения в составе крови. Даже при незначительной концентрации СО в воздухе (до 0,01 %) длительное воздействие монооксида углерода вызывает головную боль и приводит к снижению работоспособности. Более высокая концентрация СО (0,02-Ю,033%) приводит к развитию атеросклероза, возникновению инфаркта миокарда и развитию хронических легочных заболеваний. Причем особенно вредно воздействие СО на людей,

страдающих коронарной недостаточностью. При концентрации СО около 1% наступает потеря сознания уже через; несколько вздохов. Монооксид углерода оказывает негативное влияние и на нервную систему человека, вызывая обмороки, а также изменения цветовой и световой чувствительности глаз. Симптомы отравления СО - головная боль, сердцебиение, затрудненное дыхание и тошнота. Следует отметить, что при сравнительно небольших концентрациях монооксида углерода в атмосфере (до 0,002%) СО, связанный с гемоглобином, постепенно выделяется и кровь человека очищается от него на 50% каждые 3-4 ч.

Образующийся при окислении монооксида углерода углекислый газ (диоксид) С02 не оказывает токсического действия на организм человека. Он хорошо поглощается растениями с выделением кислорода. Но при наличии в атмосфере земли значительного количества углекислого газа, поглощающего солнечные лучи, создается парниковый эффект, приводящий к так называемому «тепловому загрязнению» [70, 88]. Вследствие этого явления повышается температура воздуха в нижних слоях атмосферы, происходит потепление (особенно в крупных городах), наблюдаются различные климатические аномалии. Кроме того, повышение содержания в атмосфере С02 способствует образованию «озоновых» дыр. При снижении концентрации озона в атмосфере Земли повышается отрицательное воздействие жесткого ультрафиолетового излучения на организм человека [22].

Легкие газообразные углеводороды СНХ (метан, этан, пропан, этилен, ацетилен и др.) образуются при термическом распаде топлива в зонах срыва пламени, в ядре и в переднем фронте факела, на топливной пленке на стенках камеры сгорания и в результате вторичного впрыскивания топлива (подвпрыскивания). Механизм образования СНХ зависит от конструкции дизеля и параметров его работы. Одна из основных причин образования СНХ - наличие холодных пристеночных слоев в камере сгорания. В процессе сгорания топлива пламя распространяется к стенке, от которой отводится теплота, и радикалы, образовавшиеся при горении, рекомбинируются

на холодных стенках. В частности метальный радикал СН3, взаимодействуя с гидроксильной группой ОН, образует метан СН4 по реакции

СН3 + ОН <-> СН4 + О.

Таким образом, в пристеночных холодных слоях цилиндров толщиной от 0,005 до 0,3 мм из радикалов не до конца сгоревшего топлива образуются легкие углеводороды [118]. Другой причиной образования СН, является наличие в камере сгорания зон с низким коэффициентом избытка воздуха, в которых происходит расщепление высокомолекулярных углеводородов топлива и образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле. В основном это зоны ядра факела и зоны срыва пламени. Имеет место и эмиссия углеводородов в составе топливных испарений.

Среди низкомолекулярных СНХ наибольшей токсичностью отличаются углеводороды олефинового ряда (этилен С2Н4, пропилен С3Н6, бутилен С4Н8), имеющие неприятный запах и вызывающие раздражение слизистых оболочек, многочисленные хронические заболевания сосудистой и нервной систем, поражение внутренних органов. Токсичность их возрастает при наличии в воздухе других компонентов ОГ, которые под действием солнечной радиации образуют фотохимические оксиданты смога (например, нитроолефины). Менее токсичны парафины (метан СН4, этан С2Н4, пропан С3Н8, бутан С4Ню). Токсикологическое действие газообразных низкомолекулярных углеводородов СНХ выражается также в наркотическом действии на организм человека, вызывая состояние эйфории.

Один из наиболее значимых токсичных компонентов ОГ — твердые частицы. Основными составляющими твердых частиц являются сажа, оксиды металлов, сульфаты и вода, а также в меньших объемах — несгорев-шие частицы топлива и моторного масла [60, 61]. Сажа, в свою очередь, состоит в основном из углерода С (до 95-^98%) и химически связанного во-

I

дорода Н (К3%) [73]. Причем на начальных стадиях сгорания частицы са-

жи состоят почти из чистого углерода, а затем насыщаются большим количеством углеводородов и их соединений.

Механизм образования сажи представляет собой последовательность процессов термического разложения углеводородных топлив, образования активных углеводородных частиц в пламени, роста ядер сажи, агломерации частиц и окисления сажи. Таким образом, содержание сажи в ОГ является результатом протекания двух определяющих процессов - образования и окисления сажи.

При сильном нагревании (выше 1300-1800 К) в зонах КС с недостатком кислорода наблюдается разложение углеводородов топлива с образованием сажи. Минимально допустимым с точки зрения дымности ОГ дизелей является значение коэффициента избытка воздуха а» 1,3, которое называют пределом дымления. Диапазон локальных а, в котором происходит наиболее интенсивное образование сажи, составляет от ОДЗ до 0,7 [36,73]. При таких а происходит реакция разложения (пиролиза) молекул углеводородного топлива по обшей формуле

СпНт ~ пС + 0,5тН2.

Так, разложение метана может происходить по реакции .

СН4 С + 2Н2.

Возможны и другие реакции разложения метана, например

2СН4 «-> С2Н2 + ЗН2.

Образующийся при этом ацетилен С2Н2 в условиях повышенной температуры в камере сгорания дизеля также может разлагаться на углерод и водород

С2Н2 <-> 2С + Н2.

Кроме коэффициента избытка воздуха на сажеобразование в дизелях оказывают влияние температуры в камере сгорания. Ускоренное образование сажи отмечается при температурах в камере сгорания выше 2050 К, а ее максимальная концентрация - при температуре около 2200 К [136]. При более высоких температурах скорость окисления сажи начинает превы-

16

шать скорость ее образования и количество сажи в ОГ уменьшается. При температурах более 2400 К концентрация сажи в камере сгорания очень незначительна. Другими факторами, оказывающими влияние на образование сажи, являются особенности процесса смесеобразования, вид применяемого топлива, время сгорания.

Окисление сажи проходит по следующим основным реакциям [61]:

С + 02 <-> С02, 2С + 02 2С0, С + С02 ~ 2СО, С + Н20 <-> С0 + Н2, С + 2Н20 С02 + 2Н2, С + 2Н2 СН4.

При этом значительная часть сажи выгорает в КС на такте расширения и в выпускной системе дизеля.

Первичные сажевые частицы имеют диаметр около 0,02-Ю, 17 мкм, в ОГ дизелей сажа находится в виде образований неправильной формы, большая часть которых имеют размер до 0,5 мкм [36]. При среднем арифметическом значении диаметра около 0,3 мкм сажевые частицы имеют очень развитую поверхность, равную около 90 м2 на 1 г сажи.

Наличие сажи в ОГ приводит к появлению неприятного ощущения загрязненности воздуха и ухудшению видимости. При вдыхании сажи все частицы оказывают вредное воздействие на дыхательные органы человека. Они достигают альвеол легких или откладываются в носовых пазухах, трахеях или бронхах. Причем крупные частицы сажи (от 2 до 10 мкм и более) легко выводятся из организма, а мелкие (от 0,5 до 2 мкм) - задерживаются в легких, вызывая хронические заболевания. Но основные токсические свойства сажи обусловлены не углеродом, а присутствием на ней канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, в том числе наиболее токсичного среди них - бенз(а)пирена С20Н12, являющегося индика-

тором присутствия в ОГ других полициклических ароматических углеводородов [110].

Образование оксидов серы 80х в камере сгорания дизеля обусловлено содержанием в топливе серы и ее соединений (элементарной серы Б, сероводорода НгБ, меркаптанов 118Н и др.). При высокой температуре и избытке кислорода они сгорают с образованием оксидов серы 802 и 803. Вначале образуется диоксид серы по реакции [61]

5 + 02 <-> Б02,

который в условиях КС дизеля легко окисляется до триоксида 803. Кроме оксидов при сгорании серы образуются сульфаты - серосодержащие соли, являющиеся одним из основных компонентов твердых частиц.

Диоксид серы 802 - бесцветный газ с острым запахом, действует раздражающе на слизистые оболочки и кроветворные органы (костный мозг и селезенку), вызывает нарушения в обмене углеводов и отравления. Хроническое отравление малыми дозами 802 проявляется в виде головных болей, бессонницы, раздражения слизистых оболочек, а в некоторых случаях - хронического бронхита и конъюнктивита. При малых концентрациях в воздухе (до 0,001%) диоксид серы является раздражителем дыхательных путей, а при содержании 0,01% и выше - приводит к смертельному отравлению за одну минуту [22, 68]. Смесь 802 и СО при длительном воздействии вызывает нарушение генетической функции человека. Вредное влияние диоксида серы примерно в шесть раз сильнее, чем монооксида углерода.

Триоксид серы 803 - в нормальных условиях представляет собой бесцветную жидкость, а в камере сгорания дизеля - присутствует в газообразной фазе. Оксиды серы, реагируя с парами воды воздуха, образуют кислоты - сернистую Н2803 и серную Н2804. Причем образование указанных кислот ускоряется оксидами азота и углеводородами, содержащимися в ОГ. Эти кислоты способствуют возникновению смога и кислотных дождей,

разрушающе действующих на легочную ткань и вызывающих бронхиальные заболевания.

К сернистым газам относится и сероводород H2S - бесцветный газ с запахом тухлых яиц. При концентрациях выше 0,008 мг/м3 раздражает слизистые оболочки и оказывает токсическое действие на человека [22].

Содержание оксидов серы в ОГ зависит только от содержания серы в топливе.

Проведенный анализ показывает, что некоторые компоненты ОГ дизелей обладают сильными токсикологическими свойствами и могут вызывать тяжелые заболевания человека. Это приводит к необходимости вводить ограничения на их выбросы с ОГ.

1.2 Нормирование токсичности отработавших газов

Проблема улучшения экологических показателей работы двигателя является актуальной, что связано с постоянно ужесточающимися требованиями к токсичности отработавших газов.

Экологическая безопасность дизелей оценивается нормируемыми и ненормируемыми компонентами выбросов, опасность которых общепризнанна. Нормируемые показатели определяются техническим уровнем двигателей и их предельные значения установлены международными и национальными стандартами.

Анализ отечественной научно-технической документации показал, что нормы и методы определения дымности и вредных выбросов с отработавшими газами судовых дизелей регламентируются ГОСТ Р 51249-99 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения» и ГОСТ Р 51250-99 «Двигатели внутреннего сгорания. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения».

Измерения нормируемых параметров проводятся в стендовых условиях при периодических испытаниях серийных дизелей. Стандарты не распространяются на дизели, находящиеся в эксплуатации.

Отечественные нормы выбросов представлены в таблице 1.2 [23].

Таблица 1.2 - Предельно допустимые значения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ

Наименование нормируемого компонента Обозначение Назначение двигателя Норма удельных средневзвешенных выбросов

Выпуск до 2000 г. Постановка на пр-во с 2000 г. Выпуск с 2000г. Постановка на пр-во до 2000г.

Удельный средневзвешенный выброс оксидов азота (IVОх) в приведении к N02, г/(кВт-ч) е№х Тепловозный 18,0 12,0

Промышленный 16,0 10,0

Судовой 17,0 (17,0-9,8)*

Удельный средневзвешенный выброс оксида углерода (СО), г/(кВт-ч) еС0 Любое 6,0 3,0

Удельный средневзвешенный выброс углеводородов (СН) в приведении к СН,,85, г/(кВт-ч) есн Любое 2,4 1,0

* Удельный средневзвешенный выброс оксидов азота для судовых двигателей: - при частоте вращения п<130 мин"1 - е^0х=17 г/(кВт-ч); - в диапазоне 130<п<2000 мин"1 рассчитывают по формуле еЦ0х = 45п~0,2 г/(кВт-ч); - при частоте вращения п>2000 мин"1 - е^0х=9,8 г/(кВт-ч).

Для главных судовых дизелей международным стандартом является Приложение VI к международной Конвенции МАКРОЬ 73/78 «О предотвращении выбросов с судов», устанавливающее предельную норму выброса Ж)х. Дымность и выбросы твердых частиц этим документом не регламентируются [77]. Динамика изменения норм выбросов вредных компонентов для рассматриваемого класса дизелей на ближайшую перспективу в области применения международного права 1МО (Международная морская организация) для судовых дизелей представлена в таблице 1.3 [84]. Причем реализация международной программы снижения токсичных компонентов в отработавших газах должна проходить в несколько этапов.

Таблица 1.3 - Нормирование выбросов Ж)х для судовых дизелей (Приложение VI МАКРОЬ 73/78)

Период действия eNOx, г/(кВт-ч) - при номинальной частоте вращения п, мин"1 Испытательная процедура

<130 От 130 до 2000 >2000

01.01.200001.01.2011 (Tier I) 17,0 45ХП0'2 9,8 4-ступенчатые циклы Е2, ЕЗ (ISO 8178/4) цикл D2

01.01.2011 -01.01.2014 (Tier II) 14,4 44 хп"0'23 7,7

После 01.01.2014 (Tier III) 3,4 9хп0'2 2,0

После вступления в силу в 2005 г. Приложения VI к Конвенции MARPOL «Комитет по защите морской среды» пересмотрел нормы предельно допустимых выбросов NOx. В результате, в апреле 2006 г. рабочая группа IMO пришла к соглашению о том, что с 2010 г. новые нормы будут вводиться в два этапа: нормы Tier II могут быть достигнуты в основном за счет мероприятий по совершенствованию собственно дизеля (первичных мероприятий), начиная с 2014 г. будет осуществлен переход на нормы Tier III. При этом было определено, что достижение установленных пределов норм Tier III возможно только за счет внедрения эффективных технологий очистки газов. По мнению рабочей группы IMO, за счет первичных меро-

приятий можно снизить выбросы NOx в современных среднеоборотных дизелях, работающих на тяжелых сортах топлива, примерно на 20% ниже уровня Tier II.

В настоящее время основным нормируемым параметром выбросов вредных веществ для судовых дизелей является выброс оксидов азота. В этом случае возникает необходимость решения вопроса, который, по определению фирмы MAN, носит название «Дилемма Дизеля».

Условия снижения оксидов азота NOx и удельного расхода топлива Ье противоположны, поскольку для снижения содержания NOx необходимо снижать максимальную температуру цикла, а для снижения удельного расхода топлива Ье - повышать. В тоже время тепловой режим во многом определяет теплонапряженность деталей цилиндро-поршневой группы и, соответственно, надежность работы двигателей [2, 133].

Это установлено и экспериментальными исследованиями, которые подтверждают, что соблюдение жестких норм выбросов оксидов азота с ОГ в дизелях приводит к росту удельного расхода топлива. На рисунке 1.1 показаны результаты испытаний, проведенные фирмой MTU (Германия) и ОАО «Коломенский завод» (Россия), которые подтверждают, что с уменьшением удельного расхода топлива Ье происходит увеличение выбросов NOx [ЮЗ].

210

205

I t

ад 200. «ч

195

7 S 9 Ш II 12

Щ, г/кВтч}

Рисунок 1.1 - Соотношение взаимного изменения удельного расхода топлива (Ье) и выбросов оксидов азота (NOx)

«Дилемма Дизеля» характерна только для дизелей, так как в двигателях с принудительным воспламенением обеднение смеси в системе ее подготовки позволяет снизить концентрацию оксидов азота, не вызывая одновременного увеличения расхода топлива [2].

Эффективность применения дизелей с точки зрения выполнения требований по токсичности отработавших газов и топливной экономичности оценивается именно с возможностью преодоления «Дилеммы Дизеля».

Попытки преодоления «Дилеммы Дизеля» предпринимались неоднократно. Однако было выявлено, что никакие односторонние изменения в рабочем процессе работы двигателя не смогли привести к ее устранению. При одностороннем воздействии на рабочий процесс всегда сохранялась такая закономерность протекания рабочего процесса, которую можно охарактеризовать как закон сохранения «Дилеммы Дизеля» (рисунок 1.2) [2].

Рисунок 1.2 - Закон сохранения «Дилеммы Дизеля» 1 - без каких-либо изменений рабочего процесса, 2 -применение цикла Миллера, 3 - применение регулируемого турбокомпрессора Из рисунка 1.2 следует, что применение различных мероприятий приводит к снижению величин выброса оксидов азота или удельного расхода топлива. При этом характер кривых зависимости удельного расхода топлива и выбросов оксидов азота не меняется. Поэтому для преодоления «Дилеммы Дизеля» необходимо искать компромиссное решение вопроса, которое может быть обеспечено применением комплекса мероприятий.

Щ,. ~г/Штхч1

Таким образом, главной задачей эффективного использования дизелей является поиск компромиссного сочетания наиболее значимых факторов, обеспечивающих приемлемый уровень экономических и экологических показателей двигателя.

1.3 Анализ существующих способов снижения токсичности отработавших газов и повышения топливной экономичности дизелей

Сложность решения вопросов повышения топливной экономичности и уменьшения токсичности ОГ двигателя заключается в многообразии факторов (конструктивных, регулировочных, эксплуатационных), которые влияют на процессы, происходящие внутри цилиндра двигателя, в частности на процесс сгорания топлива [4].

Выполненные в ЦНИДИ расчеты образования вредных выбросов в дизелях и многочисленные эксперименты подтвердили, что совокупный эффект по снижению выбросов, полученный за счет совершенствования конструкции камеры сгорания, самого процесса сгорания и систем двигателя, позволяет обеспечить соответствие нормам, вводимым в действие в 2009 - 2011 годах и вплоть до 2014 года [84]. В дальнейшем достижение установленных пределов выбросов возможно только за счет внедрения эффективных технологий очистки газов, включая и реализацию резервов совершенствования рабочего процесса и камеры сгорания. Внедрение этих мероприятий предусматривается на период до 2016 года, когда практически все судовые двигатели должны перейти на нормы выбросов согласно Tier III.

В настоящее время определено две группы мероприятий, направленные на снижение выброса оксидов азота - первичные и вторичные. Первичные мероприятия связаны с улучшением протекания процесса сгорания в цилиндре двигателя. Вторичные мероприятия включают три группы совершенствования систем двигателя: подготовка воздушного заряда, топли-

воподготовку и подачу топлива, применение каталитической очистки ОГ (рисунок 1.3) [51].

Технологии создания малотоксичного дизеля

[

Первичные мероприятия

[

Организация рабочего процесса

1. Организация рабочего процесса с Рг=соп5г

2. Управление углом начала подачи топлива

3. Управление фазами газораспределения

4. Увеличение степени сжатия и оптимизация

камеры сгорания

5. Применение циклов Аткинсона и Миллера

Каталитическая очистка О Г

Вторичные мероприятия

Топливоподготовка и топливоподача

1. Многофазная подача топлива

2. Впрыск водо-топливной эмульсии

3.Управляемый процесс горения

гомогенной смеси

4. Демпфирование колебаний топлива в топливной системе

Подготовка воздушного заряда

1. Уменьшение температуры воздуха на впуске в цилиндр

2. Подача влажного воздуха или перегретого пара

3. Рециркуляция отработавших назов

Рисунок 1.3 - Мероприятия по созданию малотоксичного дизеля Эффективность применения первичных и вторичных мероприятий в настоящее время оценивается следующим образом: первичные мероприятия могут обеспечить до 20% снижения нормируемых токсичных компонентов в отработавших газах; вторичные мероприятия могут практически полностью устранить выброс токсичных компонентов (рисунок 1.4). Причем к наиболее эффективным вторичным мероприятиям относятся впрыск в цилиндр водо-топливной эмульсии FEW (Fuel Water Emulsion), подача влажного воздуха в двигатель НАМ (Humid Air Motor), катализаторы очистки отработавших газов SCR (Selective Catalytic Reduction) [133].

т

Уровень II

Уровень III

Щ Реализованные мероприятия

11 отенциальные возможности принятых мероприятий

Рисунок 1.4 - Эффективность мероприятий по снижению содержания токсичных компонентов В отработавших газах: 1 - первичные мероприятия, 2 - вторичные мероприятия, 3 - в

цилиндре, 4 - применение водо-топливной эмульсии, 5 - подача влажного воздуха, 6 - каталитическая очистка

I

1.3.1 Эффективность применения цервичных мероприятий

Исследования фирмы «Wartsila» подтверждают, что первым шагом к снижению выбросов NOx является применение первичных мероприятий, внедрение которых обеспечивает соответствие выбросов действующим нормам Tier I и Tier II. Эти меры включают применение более высокой степени сжатия, «позднего» впрыскивания топлива одновременно с изменением конструкции распылителя и адаптируемых фаз газообмена. Они также могут быть применены в различных комбинациях в соответствии с необходимым уровнем снижения NOx для конкретного двигателя [79, 80, 89].

Эти меры являются простыми и эффективными и не влияют на надежность работы двигателя, лишь совсем незначительно увеличивая расход топлива. Например, настройка малообротных двигателей серии Wartsila RTA на режим низкой эмиссии NOx (на 5% ниже ограничений IMO Tier

1) сопровождается увеличением удельного расхода топлива всего лишь на 2 г/(кВт-ч).

Фирма AVL (Германия) проводила аналогичные исследования, в результате которых были получены следующие способы снижения токсичности выбросов [4]:

• цикл Миллера;

• ступенчатая подача топлива и оптимизация закона впрыска топлива - система Common Rail;

• внешняя рециркуляция отработавших газов с их промежуточным охлаждением;

• оптимизация процесса сгорания приближением его к изобарному процессу с увеличением степени сжатия, изменения формы камеры сгорания и конструкции распылителя.

Результаты исследований также показали, что «первичными мероприятиями» можно вполне добиться снижения выбросов токсичных компонентов до норм уровня Tier II.

Цикл Миллера с ранним закрытием впускного клапана обеспечивает снижение выбросов NOx за счет уменьшения наполнения цилиндра и снижения температуры газов в цилиндре двигателя. В этом же направлении действует увеличение теплоемкости газов, достигаемое за счет увеличения содержания остаточных газов. Это дает снижение содержания NOx в отработавших газах на (15-25) %. Недостаток цикла Миллера, проявляющийся в увеличении содержания сажи, может быть устранен либо за счет усложнения алгоритма работы форсунок с системой аккумуляторной подачи топлива Common Rail, либо за счет применения интеллектуальной системы регулирования фаз газораспределения.

Применение ступенчатой подачи топлива, такой как предварительный впрыск, обеспечивает существенное снижение содержание сажи в ОГ при незначительном уменьшении NOx и расхода топлива, что объясняется

более глубоким окислением сажи за счет повышения температуры в последней фазе процесса сгорания топлива[ 10].

Увеличение степени сжатия до 17 вместо имеющей место в среднеоборотных дизелях величины 13-14, позволяет снизить расход топлива на 5 г/(кВт-ч) при количественном сохранении выбросов NOx в отработавших газах [77].

1.3.2 Эффективность применения вторичных мероприятий

В отношении применения вторичных мероприятий, призванных довести нормы выбросов токсичных компонентов до уровня Tier III, можно привести результаты следующих исследований.

Рециркуляция отработавших газов

Использование рециркуляции отработавших газов (EGR - Exhaust Gas Recirculation) с их охлаждением приводит к снижению содержания токсичных компонентов в отработавших газах [76, 77, 78]. Фирмой AVL было показано, что при рециркуляции 15% отработавших газов содержание NOx может быть снижено на 3,5 г/(кВт-ч). При увеличении рециркуляции сажеобразование, как правило, возрастает. Этот эффект в зависимости от действующих норм на содержание частиц и дымности может быть скомпенсирован за счет совершенствования рабочего процесса и использования предвпрыска. Расход топлива при этом также возрастает (примерно на 3%), поскольку увеличение рециркуляции отработавших газов замедляет сгорание. Испытания такой системы были проведены фирмой MAN (Германия) на малооборотном исследовательском двигателе 4Т50МЕ-Х.

Впрыск воды

Фирмой Kyushu University (Япония) [78] проводились исследования влияния впрыска воды в цилиндр двигателя на эксплуатационные показатели работы двигателя.

Впрыск воды создает эффект водородного торможения механизма горения топлива, который реализуется за счет подачи в цилиндр дизеля воды или водо-топливной эмульсии (ВТЭ) [63, 69].

Вода, поданная в цилиндр дизеля, оказывает многофакторное воздействие на горение топлива, образование и выход сажи, NOx и других вредных компонентов [20, 83, 116].

При этом механизм воздействия на выход NOx разделяется на физический и кинетический [69]. Физическое воздействие заключается в снижении температуры в зоне горения топлива за счет увеличения теплоты парообразования смеси воды и топлива. В результате возникает «торможение» предпламенных процессов и основное горение смещается за ВМТ. Кинетический механизм характеризуется накоплением большого количества топлива, подготовленного к сгоранию за счет задержки воспламенения, и быстрым сгоранием топлива за ВМТ. Высокую скорость сгорания топлива на линии расширения поддерживает гидроксильная группа ОН, образующаяся за счет диссоциации воды, впрыснутой с топливом. Однако вследствие расширения температура горения ниже, чем в обычном процессе, поэтому скорость образования NOx снижается [67].

Опыт практических исследований показал, что использование водо-топливной эмульсии в дизелях обладает следующими особенностями в сравнении со стандартным углеводородным топливом:

• энергетический баланс процессов диссоциации воды, а затем окисления продуктов диссоциации, близок к нулю и на улучшение экономичности заметно повлиять, в принципе, не может;

• при работе двигателя на ВТЭ за счет участия продуктов диссоциации воды в горении топлива улучшается полнота его сгорания, вследствие чего в 2-3 раза снижается дымность отработавших газов;

• за счет снижения температуры горения сокращается образование и выход оксидов азота (NOx) на 30-50% при содержании воды в топливе до 15-40%.

Все выше перечисленные преимущества ВТЭ, в особенности улучшение экологических показателей дизеля, удается полностью реализовать только в том случае, если состав ВТЭ переменный; максимальное содер-

жание воды имеет место только на высоких нагрузках; полное отсутствие воды на нагрузках менее 20-30% от номинальной. В противном случае, при работе дизеля с малой нагрузкой и на холостом ходу вместо положительного эффекта наблюдается повышенное дымление, увеличенное содержание СО и СН в отработавших газах, неустойчивая работа вследствие переохлаждения [16].

Необходимо отметить еще одно отрицательное свойство ВТЭ как моторного топлива, ограничивающее область ее применения - узкий температурный диапазон существования смеси топлива и воды в виде эмульсии. Сильное увеличение вязкости ВТЭ с понижением температуры приводит к тому, что при температурах близких к 0°С эмульсия практически не прокачивается через топливную систему двигателя, а при -5°С и вовсе замерзает. При нагревании выше 60°С ВТЭ, даже содержащая мощные эмульгаторы, быстро расслаивается на воду и исходное топливо. Другими словами, ВТЭ можно применять только при изменении температуры в интервале (от +10 до +40)°С, то есть в летнее время или в обитаемых помещениях [48].

Подача влажного воздуха в цилиндры двигателя

В двигателе с технологией подачи влажного воздуха (Humid Air Motor - НАМ) можно получить значительное снижение эмиссии NOx в отработавших газах.

Испытания двигателя 16V28/32A фирмы MAN с технологией подачи влажного воздуха в цилиндры двигателя, проведенные на норвежском судне Kvannoy, показали, что выбросы NOx составили 3,6 г/(кВт-ч), измеренные в соответствии с рекомендациями MARPOL по циклу Е2 испытаний. Это соответствует уменьшению количества выбросов на 61,3% по сравнению с двигателем, не оснащенным системой НАМ (рисунок 1.5) [128].

Полученное значение эмиссии NOx в| ОГ на 1,2 г/(кВт-ч) выше предела, ограниченного рамками уровня Tier III, такой уровень позволяет сократить эмиссию NOx в ОГ на 50 тонн в год. Это эквивалентно ежегодной экономии в 100000 EUR из-за снижения налоговой ответственности за вы-

бросы Ж)х, введенное правительством Норвегии для судов, эксплуатирующихся во внутренних водах. Таким образом, срок окупаемости модернизации двигателя под систему НАМ составит около 3 лет.

Испытательный цикл Е2 б соответствии с приложением V! МАРПО/1

у

I

Ъб,о

I %,0 $

120

£

|

§ 8,0

Ч

I 6.0 §

a ^

I 20 1

I 0,0

Уровень 1 j i I

j j |

: ч V ; |

~ Уровень 2....... ~ ___ f | |

| Хч

j i | 'p—-—

I

I I i ! Г "—"—■

j i I j \

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Андрусенко, Сергей Евгеньевич

4.9 Выводы по четвертой главе

1. Рабочий процесс базового двигателя 6ЧРН 36/45 не оптимален как с точки зрения топливной экономичности, так и с точки зрения содержания токсичных компонентов в отработавших газах. Кроме того, высокая ско

121 рость нарастания давления и небольшой угол действия максимального давления от газовых сил создают большие динамические нагрузки на детали шатунно-поршневой группы и высокую шумность работы двигателя. Высокие температуры сгорания топлива в камере сгорания создают высокие тепловые напряжения в деталях цилиндро-поршневой группы.

2. Уменьшением угла начала подачи топлива рабочий процесс приближается к изобарному, в результате чего можно получить эмиссию NOx в отработавших газах ниже показателей, предусмотренных нормой Tier II IMO, снизить динамические нагрузки на детали двигателя вследствие переноса процесса сгорания на линию расширения, уменьшить концентрацию доли топлива в ядре топливной струи с соответствующим уменьшением нагароотложений на поршне. Однако в этом случае происходит увеличение удельного расхода топлива.

3. Уменьшением угла перекрытия клапанов обеспечивает сгорание топлива с малой эмиссией NOx в отработавших газах.

4. Уменьшение максимального давления сгорания при сохранении мощности в приближенном к изобарному цикле может быть использовано для форсировки двигателя по степени сжатия до уровня максимального давления, соответствующего максимальному давлению базового двигателя. При этом экономичность работы двигателя улучшается.

5. Для полного и своевременного сгорания топлива необходимо обеспечить такое его распространение в камере сгорания, чтобы, с одной стороны, максимальное количество топлива было распределено в разреженной оболочке струи, где имеют место наилучшие условия для его испарения и быстрого сгорания, а, с другой стороны - исключить или минимизировать попадание топлива в зоны с плохими условиями испарения, например, на стенку цилиндра или в зоны пересечения пристеночных потоков от соседних струй. Результаты расчетных исследований показывают, что решение этой задачи для среднеоборотных дизелей может лежать в русле двух концепций, в зависимости от уровня форсировки ДВС:

1. Для высокофорсированных дизелей предпочтительна мелкая камера сгорания, где струи попадают на стенку камеры в поршне под острым углом. При этом пристеночный поток развивается по поверхности поршня преимущественно в радиальном направлении и тормозится за счет высокой плотности заряда. Соседние струи не мешают друг другу, что позволяет увеличить количество сопловых отверстий и, за счет этого, сократить продолжительность топливоподачи, что вместе с уменьшением поверхности теплоотдачи обеспечивает рост КПД. Недостатком данной концепции является возможность попадания топлива на зеркало цилиндра, где оно не сгорает полностью и вызывает повышенный выброс углеводородов. Данный эффект устраняется применением жарового кольца и сокращением продолжительности впрыскивания.

2. Для малофорсированных дизелей предпочтительна глубокая камера сгорания, где струи попадают на стенку камеры в поршне под углом, близким к прямому. Попадание топлива на зеркало цилиндра предотвращается самой формой камеры сгорания. При этом пристеночный поток развивается по поверхности поршня в равной интенсивности, как в радиальном, так и в тангенциальном направлениях. При большой длительности впрыскивания соседние струи могут мешать друг другу, то есть их пристеночные потоки будут пересекаться, и в зоны пересечения попадет значительное количество топлива. Негативный эффект от пересечения пристеночных потоков становится заметным, если в зоны пересечения попадает более 10% топлива.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании аналитического обзора и теоретических исследований определены основные мероприятия снижения токсичных компонентов в отработавших газах и повышение топливной экономичности судовых среднеоборотных дизелей.

2. Установлено, что основным фактором, влияющим на повышение содержания оксидов азота в отработавших газах, является высокая максимальная температура цикла.

3. Разработан алгоритм оптимизации рабочего процесса среднеоборотного дизеля, приближенного к изобарному процессу сгорания топлива.

4. Показано, что рабочий процесс среднеоборотного дизеля с приближением к изобарному процессу сгорания топлива снижает образование МЭХ.

5. Приближение рабочего процесса дизеля к изобарному процессу сгорания топлива позволяет повысить степень сжатия двигателя с выходом максимальных нагрузок нового цикла до уровня базового двигателя. При этом уменьшается удельный расход топлива при незначительном увеличении эмиссии оксидов азота в отработавших газах двигателя.

6. О качестве протекания рабочего процесса дизеля и процесса сгорания топлива можно судить по форме и расположению отпечатков факела на деталях цилиндро-поршневой группы и нагарам на поршне, цилиндровой втулке и форсунке двигателя.

7. Совершенствование рабочего процесса дизеля осуществляется за счет «первичных мероприятий» по двигателю, которые включают в себя: уменьшение угла начала подачи топлива, изменение фаз газораспределения, доработку топливной системы двигателя в части установки демпфирующего устройства на нагнетательном трубопроводе.

8. Результаты исследований могут быть распространены на судовые среднеоборотные дизели, применяемые на судах водного транспорта, могут быть использованы на судоремонтных предприятиях, на дизелестрои-тельных заводах и в проектных организациях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Андрусенко, Сергей Евгеньевич, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андруеенко П.И., Антонюк С.Д., Мержиевский В.В. Об оптимальных фазах топливоподачи транспортных дизелей автотракторного типа и путях их реализации. - В кн.: Конструирование, исследование и эксплуатация топливоподающих систем автотракторных дизелей. - УСХИ. 1976. - с. 16 - 22.

2. Андруеенко С.Е. «Дилемма Дизеля» и проблема эффективного использования дизелей. Материалы Международной научно-практической конференции 14 апреля 2011 г. «Современные инновации в науке и технике». Курск. Юго-Западный государственный университет. Факультет инноваций и управления. 2011. - с .17 - 21.

3. Астахов И.В. Подача и распыливание топлива в дизелях. - М.: Машиностроение, 1971. - 420 с.

4. Багиров Д.Д., Златопольский A.B., Гиршович В.Е. Прогнозирование предельных норм вредных выбросов дизелей // Двигателестроение. — 1980. -№11.-с. 49-50.

5. Байков А.Б., Сидоров В.И. Воздействие характеристик впрыска топлива на смесеобразование и сгорание в дизеле при слабом движении воздушного заряда // Двигателестроение. -1981,- №9. - с. 48 - 51.

6. Болотов А.К., Лиханов В.А., Попов В.М., Сайкин A.M. Опыт снижения токсичности отработавших газов дизелей за счет подачи воды // Двигателестроение. - 1982. - №7. - с. 48 - 50.

7. Брозе Д.Д. Сгорание в поршневых двигателях. - М.: Машиностроение, 1969. - 248 с.

8. Брылев A.B. Датчик для записи давления и скорости нарастания давления. Двигатели внутреннего сгорания. НИИИНФОРМТЯЖМАШ. -1971. -№12.-с. 20.

9. Булаев В.Г. Снижение токсичности тепловозных дизелей за счет рециркуляции газов и изменения угла опережения впрыска топлива // Двигателестроение. - 1984. - №7. - с. 48 - 51.

10. Буров A.A., Злотин Г.Н. Повышение мощности дизеля при работе с двухфазной подачей топлива. Реферативный сборник ЦНИИТЭИТЯЖ-МАШ. Двигатели внутреннего сгорания. - М.: 1979. - с. 1-3.

П.Быков В.Ю. Возможности улучшения топливной экономичности высокофорсированного турбопоршневого дизеля в условиях ограничения максимальною давления сгорания // Двигателестроение. -1986. - №10. - с. 45 - 46.

12. Васин Л.В. Опыты по наддуву двигателя Кертинг. Труды Центрального научно-исследовательского института авиационного метростроения им П.И. Баранова. Вып. 20. Объединенное научно-техническое

издательство. - M.-JL: 1936. - с. 5- 76.

13. Велижев Ф.К. Условия наибольшей теплоотдачи сажистого факела

(приближенный анализ). - М.: Энергия, 1973. - 88 с.

14. Вибе ИИ. Новое о рабочем циюте двигателей- М.: Машгиз, 1962.-272 с.

15. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. -

М.: Машиностроение, 1977. - 276 с.

16. Воржев Ю.И. Применение водотопливных эмульсий в судовых дизелях //Двигателестроение. - 1986. - №12. - с. 30 - 33, 35.

17. Высоцкий Ш.Л., Гальперович Л.Г., Гринглаз Я.А. Проектирование

систем впрыска топлива судовых дизелей. - Л., 1967. - 284 с.

18. Гаврилов В.В. Методы и средства повышения качества смесеобразования и сшраниявдазелях//Двигателестроение.-2003.-№3.-с.27-31.

19. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1982. - 432 с.

20. Гладков O.A., Бернштейн Е.В., Виноградов Д.П. Харакиер воздействия водотопливной эмульсии на процессы сгорания топлива в дизелях // Двигателестроение. - 1989. - №10. - с. 10 - 12, 33.

21. Гогин А.Ф., Кивалкин Е.Ф., Богданов A.A. Судовые дизели: основы теории, устройство и эксплуатация. Учебник для речных училищ и техникумов водного транспорта. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1988.-439 с.

22. Горбунов В.В., Патрахальцев H.H. Токсичность двигателей внутреннего сгорания: Учебю пособие. - М: Изд-во РУДН, 1998. - 214 с.

23. ГОСТ Р 51249-99. Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения. - М.: 1999. - 10 с.

24. Гранауэр A.A., Тартаковский И.И., Григорьев А.Л., Пивоварова A.A. Оптимальное профилирование кулачков топливных насосов дизелей // Двигателестроение. - 1981. - №7. - с. 25 - 27.

25. Григорьянц P.A., Григорьев А.Н. Новое в теории рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания // Двигателестроение. -2002. - №2. - с. 38 - 40.

26. Гюльднер Г. Двигатели внутреннего сгорания. - М: Макиз, 1928. - 864 с.

27. Данилов А.М Применение присадок в тошивах. М.: Мир, 2005. - 158с.

28. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. A.C. Орлина, М.Г. Круглова. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

29. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов/ под. Ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая екола, 1985. - 369 с.

30. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей / В.П. Алексеев, В.Ф. Воронин, Л.В. Грехов и др. под ред. АС. Орлина, М.Г. Круглова - Машиностроение, 1985.-456 с.

31. Дизели. Справочник / Под ред. В.А. Ваншейдта, H.H. Иванченко, Л.К. Коллерова. Изд. 3-е. - Л.: Машиностроение, 1977. - 480 с.

32. Дизель 6ЧРН 36/45. Руководство по эксплуатации Г70-1000РЭ. Завод «Двигатель революции». Горький, 1990. - 404 с.

33. Дизель 8ЧН32/40 зав. №1 производства ОАО «РУМО». Материалы по квалификационным испытаниям на стенде ОАО «РУМО». Технический отчет ТО 42 - 07. - Н. Новгород: ОАО «РУМО», 2007. - 87 с.

34. Дуббель Генрих. Двигатели внутреннего горения. Стационарные и судовые. - М. - Л., 1932. - 640 с.

35. Ефремов И.Ф., Матиевский Д.Д. Метод анализа топливной экономичности поршневых ДВС // Двигателестроение. - 1986. - №10. - с. 3 - 6.

36. Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. - М.: Транспорт, 1985. - 120 с.

37. Желнов Ю.Н., Кутаев М.М., Сухарев Н.О. Повышение топливной экономичности дизеля 6ЧНЗ 1,8/33 путем совершенствования процессов топливоподачи // Двигателестроение. - 1991. - №12. - с. 41.

38. Жмудяк Л.М., Ицекзон Р.Х., Стерлягов С.П., Зацепина О.Н. Двигатель с внутренним охлаждением// Двигателестроение. -1989. - №5. - с. 6 -9,16.

39. Завлин М.Я. Влияние давления впрыскивания топлива на смесеобразование и характеристику выделения тепла в дизеле с непосредственным впрыскиванием //Двигателестроение. - 1991. - №8-9. - с. 24 - 27.

40. Завлин М.Я. К вопросу о связи динамики выделения тепла с развитием сгорания во времени и пространстве камеры // Тр. ЦНИДИ. - 1975. -Вып. 67, - с. 48 - 52.

41. Завлин М.Я. Современное состояние и задачи дальнейших исследований смесеобразования в дизеле // Двигателестроение. -1991. - №5. - с. 52-56.

42. Завлин М.Я., Улановский Э.А. Оценка резервов повышения топливной экономичности за счет совершенствования смесеобразования // Двигателестроение. - 1991. - №4. - с. 8 - 10.

43. Захаров И.Л. Методы исследования и пути совершенствования процессов газообмена и сгорания в бензиновых двигателях. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.02 «Тепловые двигатели». М. Московский технический университет «МАМИ». 2005.

44. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1973. - 200 с.

45. Звонов В.А., Фурса В.Б., Методика расчета окислов азота в цилиндре двигателя. - В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. Харьков. 1976. -Вып. 24.-с. 107-109.

46. Зельдович Я.Б., Райнер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1996. - 686 с.

47. Зельдович Я.Б., Садовников ПЛ., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. - М.: Изд. АН СССР, 1947. - 147 с.

48. Иванов В.М. Топливные эмульсии. М.: Издательство АН СССР,

1962.-216 с.

49. Иванченко H.H., Красовский О.Г. О направлениях улучшения экономичности дизелей // Тр. ЦНИДИ: Улучшение технико-экономических и экологических показателей отечественных дизелей. - 1988. - с. 6 - 21.

50. Иванченко H.H., Красовский О.Г., Соколов С.С. Высокий наддув дизелей. - JL: Машиностроение, 1983. - 198 с.

51. Ильичев И.Г. Снижение вредных выбросов с отработавшими газами судовых дизелей. Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. Выпуск 13. Судовая и промышленная энергетика. - Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2005. - с. 53 - 54.

52. Иосг В. Взрыв и шрение в газах. -М: Изд-во иностр. лит., 1952. -250 с.

53. Калужин С.А., Романов С.А., Свиридов Ю.Б. Распределение жидкого топлива в объеме дизельного факела // Двигателестроение. - 1980. -№8.-с. 6-8.

54. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 2002. - 496 с.

55. Кривенко П.М., Федосов И.М. Дизельная топливная аппаратура. -

М.: Колос, 1970. - 536 с.

56. Кузнецов A.B., Егоров В.В. Проблема экологической безопасности

ДВС // Двигателестроение. - №6. - с. 58.

57. Кулешов A.A., Новиков JI.A. Создание малотоксичных дизелей для горно-транспортной техники // Горный журнал. - 2002. - №3. - с. 37 - 31.

58. Кулешов A.C. Многозонная модель для расчета сгорания в дизеле с многоразовым впрыском: расчет распределения топлива в струе. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. - №4 - с. 78-86.

59. Кулешов A.C. Программа расчета и оптимизации двигателей внутреннего сгорания ДИЗЕЛЬ-РК. Описание математических моделей, решение оптимизационных задач. - М.: МГТУ им. Баумана, 2004. - 123 с.

60. Кульчицкий А.Р. К вопросу о расчетном определении эмиссии частиц с отработавшими газами дизелей // Двигателестроение. - 2000. -№1.-с. 31-38.

61. Кульчицкий A.P. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. - Владимир: Изд-во Владимирского государственного университета, 2000. - 256 с.

62. Лазарев Е.А. Основные принципы управления процессом сгорания топлива в дизелях // Двигателестроение. - 1983. - №9. - с. 3 - 7.

63. Лебедев О.Н. Работа двигателей на эмульгированном моторном топливе // Речной транспорт. - 1976. - №4. - с. 41 - 42.

64. Лебедев О.Н., Марченко В.Н. Исследование процессов испарения и сгорания капель эмульгированного моторного толпива // Двигателестроение. - 1979. - №12. - с. 26 - 27.

65. Лебедев С.В. Инженерная методика комплексной расчетной оптимизации параметров форсированных высокооборотных дизелей // Двигателестроение. - 1998. - №3. - с. 5 - 12.

66. Лерман Е.Ю., Гладков O.A. Высококонцентрированная водотоп-ливная эмульсия - эффективное средство улучшения экологических показателей быстроходных дизелей // Двигателестроение. -1986. - №10. - с. 35-37.

67. Литвин С.Н., Одинцов В.И., Кинжалов О.С., Скалдин В.В. Повышение топливной экономичности среднеоборотного дизеля 6ЧН25/34 // Двигателестроение. -1991.- №3. - с. 44 - 46.

68. Лиханов В.А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. - М.: Колос, 1994. - 224 с.

69. Ложкин В.Н., Сафиуллин Р.Н., Шнайдер М.А. Комплексное совершенствование рабочих процессов дизелей для улучшения экономических и экологических характеристик// Двигателестроение. -2006. - №3. - с. 43 -47.

70. Луканин В.Н., Камфер Г.М. Тепловой двигатель как источник «энтропийного» загрязнения // Двигатели внутреннего сгорания: проблемы, перспективы развития. - М.: Изд-во ТУ МАДИ, 2000. - с. 51-67

71. Лышевский A.C. Питание дизелей. Новочеркасск, 1974. - 468 с.

72. Лышевский A.C., Кравченко В.И. Колебательные процессы в топливных системах дшеяей. Издательство Ростовского университета, 1974. - 200 с.

73. Малов Р.В. Рабочие процессы и экологические качества ДВС // Автомобильная промышленность. - 1984. - № 3. - с. 12-14.

74. Марков В.А., Козлов С.И. Топлива и топливоподача многотопливных и газодизельных двигателей. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.-296 с.

75. Матиевский Д.Д., Дудкин В.И., Батурин С.А. Участие сажи в рабочем цикле дизеля и индикаторный КПД // Двигателестроение. - 1983. - №3. - с. 54-56.

76. Матиевский Д.Д., Челяденков М.А. Снижение токсичности дизеля организацией межцилиндрового перепуска отработавших газов, охлажденных водой, водными растворами спиртов и аммиака // Двигателестроение. -1986.-'№7.-с. 3-6.

77. Мельник Г.В. Вопросы экологии на конгрессе CIMAC-2007 // Двигателестроение. - 2007. - №4. - с.45 - 50.

78. Мельник Г.В. Вопросы экологии на конгрессе CIMAC-2008 // Двигателестроение. - 2008. - №1. - с.49 - 53.

79. Мельник Г.В. Технологии снижения выбросов и ресурсосбережения в двигателестроении // Двигателестроение. - 2011. - №2. - с. 45 - 46.

80. Мержиевский В.В Влияние управления фазами топливоподачи на токсичные показатели дизеля Д37Е // Двигателестроение.-1979. - №12 - с. 16-18.

81. Мизернюк Г.Н., Кулдешов A.C. Методика расчета рабочего процесса КДВС на ЭВМ // Известия ВУЗов. Машиностроение. -1986. - №6. - с. 97—101.

82. Морозов Ю.В. Определение параметров топливной аппаратуры дизеля позаданному закону подачи//Двигагелестроение.-1986. -№11.-е. 29-31.

83. Николаенко А.В., Шкрабак B.C., Салова Т.Ю., Горбатенков А.И. Снижение выбросов оксидов азота тракторных дизелей путем организации рабочего процесса на водотопливных эмульсиях // Двигателестроение. -2000.-№1.-с. 35-37.

84. Новиков JI.A. Новые технологии для достижения перспективных норм вредных выбросов дизелей // Д вигателестроение. -2009. - №2. - с. 58 - 59.

85. Новиков JI.A. Основные направления создания малотоксичных транспортных двигателей // Двигателестроение. - 2002. - №2. - с. 23 - 24, 26-27; -№3.-с. 32-34.

86. Новиков JI.A., Борецкий Б.М., Власов Л.И. О введении обязательной сертификации судовых дизелей на соответствие выбросам NOx // Двигателестроение. - 1998. - №1. - с. 39 - 41.

87. Новиков Л.А., Борецкий Б.М., Петров А.П. Новые стандарты России на дымность и вредные выбросы судовых, тепловозных и промышленных дизелей // Двигателестроение. - 1996. - №3-4. - с. 61 - 63.

88. О методике комплексной оценки уровня экологической безопасности автомобиля в жизненном цикле / В.Ф. Кутенев, В.А. Звонов, А.В. Козлов и др. // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвуз. сб. - М.: Изд-во ТУ МАМИ, 1999. - Вып. 15.-е. 88-96.

I

89. Обозов А.А. По страницам зарубежных журналов // Двигателестроение. - 2007. - №4. - с. 51 - 55.

90. Одинцов В.И. Расчетное исследование условий повышения экономичности судовых средне- и малооборотных ДВС // Двигателестроение. -

I

1988. -№5.-с. 5-7.

91. Патрахальцев Н.Н. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления //Двигателестроение.-1980.-№10.-с.33-37.

92. Пинский Ф.И., Дутиков В.К. Выбор емкости аккумуляторов и производительности топливного насоса электрогидравлической системы подачи дизель-генераторов // Двигателестроение. - 1983. - №9. - с. 31 - 33.

93. Половинкин В.Н., Минасян М.А., Ковалев В.Н., Виноградов Б.Д. Направления решения проблемы акустической экологии и повышения надежности ДВС // Двигателестроение. - 1991. - №4. - с.15 - 20.

94. Прошкин В.Н., Ефимов В.К. Аналитическая оценка количества сажи, образующейся при сгорании топлива в дизелях // Двигателестроение. -1979.- №8.- с. 13 -15.

95. Пути совершенствования рабочего процесса дизелей / Семенов Б.Н., Соколов С.С., Смайлис В.И. - В кн.: Технический уровень ДВС. Тр. ЦНИДИ, 1984.- с. 43-54.

96. Рабинович Е.З. Гидравлика.- М.: Недра, 1980.- 278 с.

97. РавичМ.Б. Эффекшвносгь использования тогшив.-М.: «Наука», 1977.

98. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. - Харьков: Вища школа, 1980. - 169 с.

99. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. - М.: Машиностроение, 1977.-242 с.

100. Рудаков В.Ю. Особенности строения топливной струи // Двигателестроение. - 2010. - №3. - с. 10 -13.

101. Румб В.К., Медведев В.В. Прогнозирование долговечности деталей судовых дизелей // Двигателестроение. - 2006. - №4. - с. 29 - 34.

102. Русинов Р.В. Топливная аппаратура судовых дизелей. - Л.: Судостроение, 1971. - 224 с.

103. Рыжов В.А. Разработка и внедрение технологий, повышающих экологическую безопасность тепловозных двигателей // Двигателестроение. - 2008. - №1.-с. 36 - 40.

104. Свиридов Ю.Б. Природа воспламенения распыленных топлив с диффузионно-кинетической точки зрения. В кн.: Сгорание и смесеобразование в дизелях. - М.: Изд. АН СССР, 1960. - с. 98 - 112.

105. Свиридов Ю.Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях. - Л.: Машиностроение. - 1979. - 248 с.

106. Свиридов Ю.Б., Кобзев А.И., Кукушкина В.Л., Романов С.А. Базовый эксперимент по природе топливной струи // Двигателестроение. -

1992.-№1-3.-с. 3-7.

107. Семенов Б.Н., Смайлис В.И., Быков В.Ю., Липчук В.А. Возможности сокращения выбросов окислов азота с отработавшими газами быстроходного форсированного дизеля при сохранении высокой топливной экономичности // Двигателестроение. - 1986. - №8. - с. 3 - 5.

108. Семенов В.Н., Иванченко H.H. Задачи повышения экономичности дизелей и пути их решения //Двигателестроение.-1990. -№11.-е. 3-7.

109. Сергеев Л.В., Вургафт A.B., Теренини И.Н. Смесеобразование при работе дизелей на водотопливных эмульсиях // Двигателестроение. -

1990. -№6.-с. 3-4.

110. Серковская Г.С. О канцерогенности нефти и нефтепродуктов //

Химия и технология топлив и масел. - 1996. - № 1. - с. 39-45.

111. Сидорин И.Д. Исследование влияния профиля кулачка топливного насоса на экономичность дизеля и динамику механизма привода плунжера // Двигателестроение. - 1996. - № 3 - 4. - с. 29 - 35.

112. Смайлис В.И. Малотоксичные дизели. - Л.: Машиностроение,

1972.-128 с. '

113. Смайлис В.И. О связи между эффективным к.п.д. дизеля и выходом окислов азота с его отработавшими газами // Энергомашиностроение.-

1976. -№8. -с. 43 -45.

114. Смайлис В.И. Проблемы снижения токсичности и дымности отработавших газов дизелей // Двигателестроение. - 1979. - №1. - с. 19-21.

115. Снижение токсичности и дымности дизелей карьерных автосамосвалов / Смайлис В.И., Куров В.М., Новиков Л.А. - В Кн.: Совершенствование технико-экономических показателей двигателей. - Тр. ЦНИДИ,

1981.- с. 157-163.

116. Сомов В.А. О применении водотопливных эмульсий в дизелях //

Двигателестроение. - 1988. - №3. - с. 35.

117. Тимофеев В.Н., Тузов JI.B. Система приготовления водотоплив-ных эмульсий для судовых дизелей // Двигтелестроение.-2000. -№2.-с.25 -26.

118. Токсичность отработавших газов дизелей / В.А. Марков, P.M. Баширов, И.И. Габитов и др. - Уфа: Изд-во Башкирского государственного аграрного университета, 2000. - 144 с.

119. Тринклер Г.В. Двигателестроение за полустолетие. - JL: Речной

транспорт, 1958. - 168 с.

120. Файнлейб Б.Н., Гинзбург A.M., Волков В.И. Оптимизация угла начала впрыска в дизелях // Двигателестроение. - 1981. - №2. - с. 16-18.

121. Фомин Ю.Я. Топливная аппаратура судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1966. - 240 с.

122. Ципленкин, Г.Е., Иовлев В.И., Сухарев А.Н. Двухступенчатый наддув - атрибут двигателя будущего // Двигателестроение. - 2011. - №2. - с. 25 -32.

123. Янкевич Н.С., Климук A.C., Кравчук JI.C. Снижение содержания вредных примесей в отработавших газах ДВС // Двигателестроение. - 2004. -№1.-с. 35-37.

124. 32/44CR Cracks Tier III with Selective Catalytic Reduction. Diesel facts. A Technical Customer Magazine of MAN Diesel & Turbo. 2010, No.4. Page 3.

125. An Rudolf Diesel, Ingenier, in Berlin. Arbeitsverfahren und Ausfu-hrugsart fur Verbrennungs kraftmaschinen. Patent - Urkunde №67207. Anfang des patentes: 1892.

126. Asko Vuorinen "Fundamentals of power plants" Wartsila Technical Journal "In Detail". No. l. 2007. p.14 - 17.

127. Diesel R., «Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschine und der heute bekannten Wärmemotoren». Berlin., 1893.

128. First Humid Air Motor Makes Waves in Fishing Industry. Diesel facts. A Technical Customer Magazine of MAN Diesel & Turbo. 2010, No.4. Page 8.

129. Gruden D. Treibhauseffekt unter der Techniklupe. Automobil Revue. 1989, 33, 35. («Влияние типа моторного топлива на парниковый эффект в атмосфере». Экспресс-информация "Поршневые и газотурбинные двигатели». - 1991. - №22. - с. 25 - 32)

130. Klaus Mollenhauser, Helmut Tschoeke. Handbook of Diesel Engines. Springer-Verlag, Berlin, 2010. 634 p.

131. Kuleshov A.S. Model for predicting air-fuel mixing, combustion and emissions in D1 diesel engines over whole operating range // SAE Paper No 2005-01-2119,-2005.

132. MAN B&W Diesel AG. Technical Documentation, Bl. Engine L 32/40. Operation Instructions. 1995.

133. MAN Diesel. Technology for Ecology. Medium Speed Engines for Cleaner Air.

134. Project Planning Manual for Marine Main Engines L + V 32/40. Status: 01.98.

135. Syaseen Onno. Das Entwicklungspotential großer Dieselmotoren. "MTZ: Motortechn. Z.", 1990, 51, №11, 498 - 503. («Потенциал развития больших дизелей». Экспресс-информакция. Поршневые и газотурбинные двигатели. - М.: 1992. - №44-48 - реф. №137. - С. 12 - 16).

136. Uyehara O.A. Factors that Affect BSFC and Emission for Diesel Engines: Part 1 - Presentation of Concepts // SAE Technical Paper Series. - 1987. -N 870343.-P. 41.

137. Yu Ding, Douwe Stapersma, Henk Knoll, Hugo Grimmelius. Characti-rising Heat Release in a Diesel Engine: A comparison between Seiliger Process and Vibe Model. 13 p. CIMAC Congress 2010, Bergen. Paper No.: 245.

Р, бар

75

60

45

30

15

О

150

Приложение А Моделирование рабочего процесса базового двигателя

э \

\

a \ a \

\

/ ^ ч

1 -а--■— а

• i

300 1*50 600 750

Рисунок А. 1 —Изменение давления в цилиндре двигателя

900 а. "п.к.д.

I "К

Рисунок А.2 - Изменение температуры в цилиндре двигателя

Щ, ррт

I

/

а

/

345

360 375 390 405

Рисунок А.З - Содержание оксидов азота в цилиндре двигателя

420 а, °п.кЛ

Р. бор

75

60

i>5

30

15

О