Введение 4
ГЛАВА 1 Обзор известных источников по возможностям снижения токсичности ОГ за счет применения водорода в ПДВС 7
1.1 Обзор методов исследования процесса сгорания в поршневых ДВС 8
1.2 Нормативы по ограничению вредных выбросов 9
1.3 Методы снижения токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания 12
1.4 Рециркуляция выхлопных газов 14
1.5 Использование водорода в качестве способа воздействия на рабочий процесс для снижения токсичности отработавших газов ПДВС 15
1.6 Влияние температуры сгорания на концентрацию окислов азота NOx в отработавших газах ДВС 16
1.7 Модели оценки концентрации оксидов азота в трудах отечественных и зарубежных исследователей 17
1.8 Выводы по Главе 1 25
ГЛАВА 2 Описание оборудования использованного в эксперименте и методики обработки экспериментальных данных 28
2.1 Описание экспериментальной установки УИТ-85 28
2.2 Экспериментальная установка ВАЗ-2111 30
2.3 Методика проведения экспериментального исследования, и оценка достоверности получаемых экспериментальных данных 33
ГЛАВА 3 Результаты стендовых исследований по теме диссертационного исследования и их анализ 39
3.1 Результаты экспериментального исследования, проведенного на УИТ-85 39
3.2 Влияние добавки водорода в сжатый природный газ на рабочий процесс и концентрацию оксидов азота в отработавших газах ДВС с искровым зажиганием 44
3.3 Выводы по главе 3 49
ГЛАВА 4 Оценка возможностей снижения оксидов азота в отработавших газах ПДВС воздействием промотирующей добавкой водорода на процесс сгорания 50
4.1 Расчет температуры газов в цилиндре ДВС 50
4.2 Влияние температуры на образование оксидов азота в отработавших газах поршневых ДВС с искровым зажиганием 54
4.3 Методика определения концентрации NOx 61
4.3.1 Определение состава газообразного вещества в цилиндре установки; определение массы топлива в цилиндре за цикл и его температуры 62
4.3.2 Расчет политропного сжатия 63
4.3.3 Проведение теплового расчета по методике Вибе 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 67
Купить

Актуальность работы. Увеличение количества транспортных средств с установленными на них силовыми агрегатами, составной частью которых является ДВС, приводит к ухудшению экологической обстановки. Поскольку в составе ОГ ДВС присутствуют высоко опасные токсичные компоненты, в числе которых компонент второго класса опасности - NOx, а наибольшее количество транспортных средств сконцентрировано в районах плотной застройки высоко этажными жилыми и офисными зданиями, существует необходимость уменьшения токсичности ОГ ДВС для снижения негативного влияния вредных веществ на организм человека и окружающую среду. Одним из путей уменьшения токсичности ОГ при сохранении относительно низких затрат на изменение конструкции является применение альтернативного топлива, в качестве которого в данной работе рассмотрен сжатый природный газ. Добавка в топливо активаторов горения позволяет улучшить процесс сгорания, обеспечивая увеличение скорости распространения пламени и полноты сгорания, что позволяет перейти на работу двигателя на обедненных составах ТВС, уменьшая при этом эмиссию вредных веществ из ДВС. В качестве активатора горения в проведенном исследовании использован водород, который добавлялся в малых долях (до 15% по массе) в основное топливо.
Выявление зависимостей температуры, давления и характеристик тепловыделения по углу поворота коленвала при различных составах ТВС на содержание NOx в ОГ ДВС позволяет создать модели оценки концентрации окислов азота. Подобные модели необходимы для предварительной оценки уровня эмиссии токсичных веществ при проектировании новых автомобилей и силовых агрегатов, а также при модернизации уже существующих, что позволит сократить объем опытных работ по отработке и оптимизации систем нейтрализации ОГ, количество калибровочных и сертификационных испытаний автомобиля по токсичности ОГ.
Целью работы является оценка возможностей снижения оксидов азота в отработавших газах ПДВС воздействием промотирующей добавкой водорода на процесс сгорания.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
1. провести анализ существующих моделей определения содержания оксидов азота в отработавших газах;
2. провести анализ проведенных экспериментов для выявления возможностей снижения оксидов азота в отработавших газах поршневых двигателей с искровым зажиганием.
Объект исследования:процесс сгорания в поршневых двигателях с искровым зажиганием.
Предмет исследования: механизм образования оксидов азота в отработавших газах поршневых двигателей с искровым зажиганием.
Методы исследования. В диссертационном исследовании применялся метод прикладного научного исследования связанный с аналитическим и математическим анализом существующих методов расчета оксидов азота в отработавших газах, а также метод математического моделирования, позволяющий проводить прогнозирование концентрации оксидов азота по разработанным математическим подходам.
Достоверность полученных результатов исследования обусловлена большим объемом обработанных известных экспериментальных данных, применением методов статистической обработки данных и не противоречивостью полученных результатов современным теориям по расчету оксидов азота в поршневых ДВС.
Научная новизна исследования
Заключается в проведенной оценке возможностей снижения оксидов азота в отработавших газах ПДВС воздействием промотирующей добавкой водорода на процесс сгорания.
Практическая значимость работы:
Полученные результаты позволяют проводить оценку возможностей снижения оксидов азота в отработавших газах ПДВС при использовании водорода в качестве активатора процесса сгорания.
На защиту выносятся:
1. Результаты обзора существующих моделей для расчета оксидов азота в отработавших газах поршневых ДВС с искровым зажиганием.
2. Закономерности изменений условий сгорания углеводородного топлива обеспечивающие снижение токсичности отработавших газов по оксидам азота.
Апробация работы. Основные положения магистерской диссертации докладывались и обсуждались на конференции, в 2017-18 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работы.
Структура и объем диссертации.
Диссертации состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 30 наименований. Работа изложена на 70 страницах машинописного текста, иллюстрированного 6 таблицами и 35 рисунками, общий объем составляет 70 страницы.
Купить