Delist.ru

Обоснование методов конвертации дизелей без наддува и с наддувом на питание природным газом с обеспечением норм по токсичности (15.05.2009)

Автор: Шишлов Иван Геннадьевич

ЕВРО-3

г/кВт.ч ЕВРО-4

г/кВт.ч ЕВРО-5

г/кВт.ч

СО 2,10 1,5 1,5 0,05

СН (суммарные) 0,66 0,46 0,46 0,650

NOх 5,00 3,5 2,0 1,71

Твердые частицы 0,10 0,02 0,02 (0,01(приблизительно)

чатой системой нейтрализации удовлетворяет нормам ЕВРО-3 по всем нормируемым вредным выбросам, а по выбросам СО и NOx перекрывает нормы ЕВРО-5.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Применительно к газовым двигателям без наддува анализ причин, по которым для сохранения мощности базового дизеля приходиться существенно снижать избыток воздуха (до (=1,05…1,15), показал, что на режимах полного открытия дроссельной заслонки недопустимо высокими оказываются выбросы NOx (до 3200 чнм).

Анализ возможности снижения выбросов NOx в газовых двигателях без наддува на режимах полного открытия дросселя, применением рециркуляции отработавших газов и впрыскивания мелко распыленной воды во впускной трубопровод показал, что рециркуляция ОГ в количестве 4,5% от газовоздушной смеси обеспечивает снижение NOx лишь на 37,5...50,8% при снижении Мк max на 6,9%, а Nе - на 12,2%, впрыск воды в количестве 4,3...5,3% от газовоздушной смеси обеспечивает снижение NOx в 2,9...3,9 раза при снижении Мк и Nе на 7...8%. Так как впрыск воды может быть использован только в случае гаражного хранения автомобиля при отсутствии системы нейтрализации, более простым решением без применения систем нейтрализации для обеспечения норм ЕВРО-2 является дефорсирование двигателя по мощности на 12…15%. При этом обеспечивается снижение выбросов NOx на 37,5...50,8%.

Благодаря использованию высокой степени сжатия и приближенной оптимизации ( в поле режимов работы разработанной модели газового двигателя без наддува, эксплуатационные расходы теплоты у отечественных автобусов на 15…20% меньше в сравнении с зарубежными автобусами той же массы, которые эксплуатируются в Ирландии, Бельгии и Канаде.

Эксплуатационные испытания автобуса А-4216 с разработанной моделью газового двигателя без наддува на одном из предприятии ОАО «ГАЗПРОМ» показали высокую надежность двигателя и его систем.

Для достижения на V-образном газовом двигателе без наддува возможности эффективного использования системы нейтрализации и получения достаточно высокой эксплуатационной экономичности рекомендуется применение оригинальной системы подачи газа, которая обеспечивает поблочное поддержание состава смеси на режимах холостого хода и полной нагрузки близким к стехиометрии и бедную смесь ((=1,5…1,6) на остальных режимах.

В газовой модели, работающей на бедных смесях нецелесообразно применение системы наддува базового дизеля, так как значение максимального крутящего момента (Мк) у газового двигателя получается существенно меньшим, чем у базового дизеля, причем максимум Мк достигается на более высоких частотах вращения. Расчетно-экспериментальные исследования показали, что для обеспечения благоприятной внешней характеристики необходимо устанавливать в газовой модели турбокомпрессоры с существенно меньшим минимальным сечением канала подвода отработавших газов к колесу турбины, а на высоких частотах вращения применять устройства для управления наддувом. При работе двигателя на (=1,5…1,55 с турбокомпрессорами имеющими fт0=5,6 см2 получен запас крутящего момента 27% и благоприятное изменение момента в диапазоне наиболее малых частот вращения.

На двигателях, питаемых природным газом, необходимо устанавливать нейтрализаторы с палладиевым катализатором. Нейтрализаторы с платиновым катализатором не обеспечивают выполнение современных норм по выбросам суммарных углеводородов с учетом метана. При их применении получено снижение концентрации СО в 4,9…5,5 раза, а концентрации СН (суммарно) лишь на 12…12,5%. Применение двухступенчатой системы нейтрализации ОГ с палладиевым катализатором обеспечивает эффективное снижение удельных выбросов суммарных несгоревших углеводородов (в 19,7 раза), оксидов углерода (в 50 раз), при незначительном росте оксидов азота.

Конвертация дизелей без наддува и с наддувом на питание природным газом по предлагаемым методикам, наряду с обеспечением мощности и момента базового дизеля, позволяет двигателям выполнять нормы ЕВРО-3 по суммарным выбросам углеводородов (включая метан). По выбросам NOх выполняются с запасом нормы ЕВРО-4 (двигатель без наддува) и нормы ЕВРО-5 (двигатель с наддувом). По выбросам окиси углерода с существенным запасом выполняются нормы ЕВРО-5.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в изданиях, рекомендованные ВАК:

Перевод отечественных дизелей, находящихся в эксплуатации, на питание природным газом - рациональный способ улучшения экологических характеристик / А.С. Хачиян, В.Е. Кузнецов, И.Г. Шишлов // Автотранспортное предприятие. — 2008 — №9– С. 34-41.

Статьи на иностранных языках:

Analysis of different ways to develop low emission natural gas engines /V.N. Lukanin, A.S. Khatchiyan, I.G.Shishlov, R.Kh. Khamidullin // NGV: Transp. for the New Century: Proc. 7-th Intern. Conf. and Exhibition on Natural Gas Vehicles. October 17–19, 2000, Yokohama, Japan. — Yokohama, 2000. — PS 1. — P. 517–527.

Wsterne wyniki oprakowania silnicow gazowych dla duzych autobusow miejskich / W.N.Lukanin, A.S.Chaczijan, W.E.Kuzniecow, I.G.Sziszlow, R.H.Chamtoullin, W.Kornickij // Materialy Sympozjum «ROZRUCH SILNICOV SPFLINOWYCH». Polska(Poland)-Szczecin, 2000.-P.127-137.

The analysis of ways to ensure low emission (methane inclusive) from natural gas fuelled engines / A.S. Khatchiyan, V.E. Kuznatsov, I.G. Shishlov // Materialy VII MIКDZYNARODOWA KONFERENCJA NAUKOWA, «Silnici Spalinowe (Combustion Engines)»№2/2006(125), Polska(Poland), Czestochow, 2006.- Р.58-66.

Статьи:

Результаты исследования двигателя КАМАЗ, питаемого природным газом / В.Н. Луканин, А.С. Хачиян, В.М. Федоров, И.Г. Шишлов, Р.Х. Хамидуллин // Науч. труды НИИ энергоэкологических проблем автотр. комплекса МАДИ(ТУ): Вып. 1. Ч. 1 / МАДИ (ТУ). — М., 1997. — С. 66–78.

Сравнительный анализ способов конвертации дизеля в двигатель, питаемый частично или полностью природным газом / В.Н. Луканин, А.С. Хачиян, В. Ф.Водейко, В. М.Федоров, И.Г. Шишлов // Науч. труды НИИ энергоэкологических проблем автотр. комплекса МАДИ(ТУ): Вып. 1. Ч. 1./ МАДИ (ТУ). — М., 1997. — С. 57–65.

Рациональные способы конвертации дизелей грузовых автомобилей и автобусов на питание природным газом / В.Н. Луканин, А.С. Хачиян, В.В. Синявский, И.Г. Шишлов, В.М. Федоров, Р.Х. Хамидуллин // Двигатель–97. Материалы международной научно-технической конференции (к 90–летию начала подготовки в МГТУ им. Н. Э. Баумана специалистов по д.в.с.)/ МГТУ. — М., 1997. — С. 125–126.

Результаты исследования двигателей КамАЗ, питаемых природным газом /В. Н. Луканин, А. С. Хачиян, В. М. Федоров, В. Ф. Водейко, И. Г. Шишлов, Р. Х. Хамидуллин // Пробл. конструкции двигателей: Сб. науч. тр. /НАМИ (Юбилейный вып.). — М., 1998. — С. 118–137.

Сравнительный анализ способов конвертации жидкотопливных двигателей в двигатели, питаемые природным газом / В. Н. Луканин, А. С. Хачиян, В. Е. Кузнецов, В. М. Федоров, И. Г. Шишлов, Р. Х. Хамидуллин // Экология двигателя и автомобиля: Сб. науч. тр. /НАМИ. — М., 1998. — С. 97–103.

Предварительные результаты разработки газового двигателя с наддувом мощностью 200 кВт / В.Н. Луканин, А.С. Хачиян, В.Е. Кузнецов, И.Г. Шишлов, Р.Х. Хамидуллин // Двигатели внутр. сгорания: пробл., перспективы развития: Сб. науч. тр. МАДИ (ТУ). / МАДИ (ТУ). — М. , 2000. — С. 68–79.

Результаты разработки микропроцессорной системы зажигания для двигателей, питаемых природным газом / С.А. Геков, И.Г. Шишлов // Двигатели внутреннего сгорания: проблемы, перспективы развития: Сб. науч. тр. МАДИ (ТУ)./ МАДИ (ТУ). — М., 2000. — С. 222–228.

Результаты разработки и исследования газовых двигателей КамАЗ, конвертированных на питание природным газом с реализацией концепции «Двигателя, работающего на бедных смесях» / В.Н. Луканин, А.С. Хачиян, В.Е. Кузнецов, И.Г. Шишлов, Р.Х. Хамидуллин, С.А. Геков // Конвертация дизелей на питание природным газом. (Сер.: Газификация. Природный газ в качестве моторного топлива. Использование газа. Обзорная информация) /ИРЦ Газпром.— М., 2001. — С. 31–40.

Результаты разработки и исследования двигателей КамАЗ, конвертированных на питание природным газом, без наддува / В.Н. Луканин, А.С. Хачиян, В.Ф. Водейко, В.М. Федоров, И.Г. Шишлов, Р.Х. Хамидуллин, Н.С. Маловичко // Конвертация дизелей на питание природным газом. (Сер.; Газификация. Природный газ в качестве моторного топлива. Использование газа: Обзорная информация) /ИРЦ Газпром.— М., 2001. — С. 15–31.

Результаты разработки газового двигателя для городских автобусов./ А.С. Хачиян, И.Г. Шишлов, Р.Х. Хамидуллин // Тезисы докладов научно-технической конференции "Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса." – М.: МАДИ (ГТУ), 2003. – С. – 97-98.

Газовые двигатели КАМАЗ с искровым зажиганием / И.Г. Шишлов // Автогазозаправочный комплекс+альтернативное топливо". — 2003 — №1(7). — С. 50-52.

Результаты разработки на основе автомобильных дизелей и исследований ряда двигателей, питаемых природным газом./ А.С. Хачиян, В.Е. Кузнецов, В.Ф. Водейко, И.Г. Шишлов // Тезисы докладов научно-техническаой конференции "2-е Луканинские чтения. пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе." – М.:МАДИ(ГТУ), 2005. – С. – 17.

Результаты разработки газовых двигателей в МАДИ(ГТУ) / А.С. Хачиян, В.Е. Кузнецов, В.Ф. Водейко, И.Г. Шишлов // Автогазозаправочный комплекс+альтернативное топливо. — 2005 — №3(21).— С. 37-41.

Работы кафедры «Теплотехника и автотракторные двигатели МАДИ (ГТУ) по разработке, на базе дизелей, двигателей, питаемых природном газом / А.С. Хачиян, В.Е. Кузнецов, В.Ф. Водейко, И.Г. Шишлов // Международная конференция «Альтернативные источники энергии для транспорта и энергетики больших городов». Тезисы докладов. – М.: Изд-во Прима-Пресс-М, 2005 г. – С. -71

загрузка...