Методы снижения токсичных компонентов

Лекция 9

I. ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ

Определение параметров в процессе сгорания

Характеристики процесса сгорания

1.

Количество выделившейся в цикле теплоты определяется низшей теплотой сгорания топлива H_u и коэффициентом использования теплоты сгорания x_z:

Q= x_z H_u при a >=1 и  Q= x_z (H_u - DH_u) при a <1

x_z - учитывает неполноту и несвоевременность сгорания, а также потери теплоты из-за диссоциации молекул и теплоотдачи в стенки.

В процессе выделения теплоты при постоянном объеме давление повышается от р_с до р_z. Величина изменения давления характеризуется степенью повышения давления

l = р_z /р_с

В процессе выделения теплоты при постоянном давлении р_z. происходит увеличение объема от V_c до V_z и характеризуется степенью предварительного расширения

r = V_z /V_с

Первый закон термодинамики Q= DU + L

Q= Q_{cz`</sub> + Q<sub>zz`}

Для участка c-z`:

Q_{cz`</sub>= U<sub>z`} – U_c + L_{cz`</sub>, L<sub>cz`}= 0 т.к. dV=0

Для участка z`-z:

Q_{zz`</sub>= U<sub>z</sub> – U<sub>z`} + L_zz`

Таким образом

Q= U_z – U_с + L_{cz`</sub>+ L<sub>zz`}

U_с =(М₁ + М_r)с_v1T_c

U_z =(М₂ + М_r)с_vzT_z

L_cz`= 0 т.к. dV=0

L_{z`z</sub>=p<sub>z</sub>V<sub>z</sub> – p<sub>z`}V_{z`</sub> p<sub>z`}V_z`=l p_c V_c,

p _{zV z}=(M₂ +M_r)RT _z p _{cV c}=(M₁ +M_r)RT _c

Учитывая, что

m_Д = (М₂ + М_r)/(М₁ + М_r),

(М₁ + М_r)= aL_o(1+ g_ост)

Q= x_z (H_u - DH_u)

c_p=c_v+R

после подстановки получим:

m_Д с_pzTz=xz(H_u - DH_u)/ aL_o(1+ g_ост) + T_c (с_v1 + Rl)

с_v1 = a₁ + b₁ T_c a₁ =19.88 кДж/кмоль.град, b₁ = 26,4 10^-4 кДж/кмоль

с_z = a₂ + b₂ T_z

a₂ =(19.42+2,6 a) кДж/кмоль.град, b₂ = (15,49+13,82 a) 10^-4 кДж/кмоль при a >=1

a₂ =(21,1+0,92/ a) кДж/кмоль.град, b₂ = (15,49+13,82/ a) 10^-4 кДж/кмоль при a <1

Для бензиновых ДВС степень повышения давления определяется из выражения:

l= m_Д T_z/T_c, и p_z^р=l p_c

Действительное максимальное давление сгорания меньше расчетного т.к. сгорание не мгновенное, а растянуто по времени и максимум находится за ВМТ при большем объеме КС. Учет этого производится введением коэффициента снижения давления:

p_z=j p_z^р; j = 0.85

Для дизелей степень предварительного расширения определяется из выражения:

r= m_Д/l*T_z/T_c иопределяется объем V_z= rV_c

Характеристики процесса сгорания

Параметр	xz	рz, МПа	Тz, К	dp/dj, МПа/гр
Бензиновый ДВС	0,85 - 0,90	3 - 5	2300 – 2800	0,1 - 0,25
Дизель	0,7 - 0,85	9 – 14	1800 - 2300	0,2 - 0,6

Процесс расширения происходит в цилиндре во время движения поршня от ВМТ к НМТ и является процессом при котором выделившаяся в цикле теплота превращается в работу. Давление снижается от p_z до p_b, а температура от T_z до T_b. В процессе расширения внутренняя энергия газов переходит в работу. Чем меньше будет потерь внутренней энергии из-за теплоотвода и утечек, тем больше ее может быть преобразовано в работу.

Параметры газа в конце расширения определяются по выражениям:

Давление p_b = p_z / dⁿ²

Температура Т_b = Т_z / d^n2-1

Где d=e/r - степень последующего расширения

Характеристики процесса расширения

Параметр	n2	pb, МПа	Тb, К	dp/dj, МПа/гр
Бензиновый ДВС	1,23 – 1,3	0,35 – 0,6	1300 – 1600	0,1 - 0,25
Дизель	1,18 – 1,28	0,2 – 0,6	1000 – 1400	0,2 - 0,6

Основные методы снижения токсичных выбросов с отработавшими газами можно разделить на 4 группы:

1. Уменьшение выхода токсичных компонентов из цилиндра двигателя при выпуске.

2. Очистка отработавших газов в выпускном тракте от вредных составляющих.

3. Обеспечение работы двигателя на экологически "чистых" режимах.

4. Поддержание энергетического средства в технически исправном состоянии (если ↑ токсичность, выдается сигнал о неисправности при использовании электроники).

Уменьшение выхода токсичных компонентов решается:

В дизеле для этой цели воздействуют на следующие факторы

- улучшение смесеобразования;

- электронное управление влияющими факторами (оптимизация работы);

- использование экологически чистых топлив (уменьшение S, ДМЭ).

Очистка отработавших газов за счет их нейтрализации или фильтрации. Для нейтрализации токсичных составляющих в ОГ используются окислительные (окисление СО в СО₂, С_хН_у в СО₂ и Н₂О) и восстановительные (восстановление NO в N₂ и O₂) нейтрализаторы. Восстановительные ставят перед окислительными и образовавшийся там кислород используется в дожигании в окислительных. Очистка ОГ от сажи происходит в сажевых фильтрах. В катализаторе используются металлы платиновой группы, которые стоят полону двигателя.

Обеспечение работы двигателя на экологически "чистых" режимах возможно за счет:

- создания гибридных силовых установок, работающих на одном оптимизированном режиме;

- организация движения транспортных потоков;

Поддержание энергетического средства в технически исправном состоянии достигается за счет следующих мероприятий:

- проведение своевременного технического обслуживания;

- своевременный ремонт двигателя и транспортного средства;

- поддержание диагностического оборудования в исправном состоянии;

- обеспечение квалифицированными кадрами.

Дата добавления: 2015-05-10