Двигатели внутреннего сгорания. 2010. №2 PDF (Size:7770 МБ)

Экологизация ДВСАнализ публикацийДизели, ввиду специфики организации рабочегопроцесса, имеют свои особенности состава ОГв сравнении с ДВС других типов. Так, в ОГ дизелякрайне мало продуктов неполного сгорания топлива(ПНСТ) – монооксида углерода (СО) и несгоревшихуглеводородов (С n H m ), однако, присутствуетзначительное количество твердых частиц (ТЧ),оксидов азота (NO х ) и оксидов серы (SO х ). Главнаяособенность ОГ дизеля заключается в наличии вних ТЧ и NO х , поскольку образованию этих токсичныхкомпонентов способствуют антагонистическиефакторы. То есть, согласованием параметровдизеля невозможно получить одновременноабсолютный минимум эмиссий и ТЧ и NO х , речьможет идти лишь об отыскании некоторого оптимума[1]. Поэтому, производители дизелей придерживаютсяодной из следующих концепций: 1)снижать эмиссию NO х за счет согласования параметроврабочего процесса, а ТЧ удалять уже из ОГ;2) уменьшать эмиссию ПНСТ и ТЧ за счет согласованияпараметров рабочего процесса, а NO х нейтрализоватьв ОГ; 3) принять в качестве критериякачества топливную экономичность (или другойкритерий), организовать рабочий процесс так, чтобыдостигался некий локальный оптимум эмиссийТЧ и NO х , а излишки этих токсичных компонентов,превышающие действительные нормы, удалять изОГ [1, 2, 5]. Последняя концепция более распространена,нежели первые две.Твердые частицы - это все субстанции, которые,находясь в смеси ОГ с чистым воздухом приминимальной температуре 52°С, задерживаютсяфильтром из стекловолокна с тефлоновым покрытиеми не являются водой. Все ТЧ делятся на растворимыеи нерастворимые. Растворимые ТЧ – этоабсорбированные (поглощенные всем объемом)углеводороды, выделившиеся из топлива или изсмазочных масел. Они могут быть задержаны лишьпри их конденсации или адсорбции (осаждением наповерхности) при соответствующих температурах.Нерастворимые ТЧ состоят из сажи (твердый углеродтоплива), сульфатов (твердых солей серы топлива),оксидов металлов (из присадок топлива имасла), и абразивных частиц (продуктов износадеталей двигателя), золы (металлорганические соединения,образующиеся при сгорании в КС моторногомасла). В 1 м 3 сухих ОГ автотракторныхдизелей растворимые и нерастворимые ТЧ соотносятсякак 9:1. Нерастворимые ТЧ в среднем на1005...65 % по массе состоят из оксидов металлов исульфатов, и на 25…95% из сажи, но конкретноесоотношение этих компонентов ТЧ находится взависимости от режима работы дизеля [1, 5, 21].Сажа - это продукт крекинга (расщепления) углеводородовтоплива под воздействием высокой температурыи при отсутствии кислорода, и представляетсобой конгломераты атомарного аморфногоуглерода ветвистой структуры, включающие такжев себя водород, и имеющие размеры в пределах0,01…100 мкм. Но основная масса частичек сажиимеет размеры в пределах 0,5…10 мкм. Главнойособенностью сажи является очень развитая наружнаяповерхность, и соответственно большаяадсорбционная способность. Именно поэтому всаже присутствуют несгоревшие углеводороды и,что особенно опасно, бенз(а)пирен - самый токсичныйкомпонент ОГ, представляющий из себя полициклическийароматический углеводород (ПАУ),сильнейший канцероген. Наиболее опасными частичкамисажи являются наименьшие из них (0,1…1мкм), они способны проникать в альвеолах легкихнепосредственно в кровь человека или животного.Кроме того, сажа ухудшает видимость в городах,входя в состав смога, загрязняет воду и грунт. Ещеодной особенностью сажи, сильно усложняющейпроцесс очистки ОГ от нее, является ее малаяплотность 0,05 г/см 3 , причем она представляютсобой фракцию ТЧ, обладающую наибольшимудельным весом [1, 3, 7, 21].К сожалению, распространенные и эффективныеустройства очистки воздуха от пыли – циклоныи мультициклоны, сетчатые сухие и мокрыефильтры, бытовые НЕРА-фильтры, глубинные волокнистыеи керамические фильтры, а также электрофильтры,не способны в полной мере удовлетворитьтребования к очистке ОГ от ТЧ. Не способныих удовлетворить и устройства, применяемыепри очистке промышленных газов [10, 11].Устройства и системы очистки ОГ применительнок ТЧ можно разделить по принципу действияна следующие:• механические – изменяющие вектор скоростидвижения ТЧ относительно потока ОГ;• химические (окислительные) – превращающиегорючие составляющие ТЧ в нетоксичныевещества с помощью окислительновосстановительныхреакций (ОВР) [1, 2, 3, 5, 21];• растворяющие – удаляющие растворимыекомпоненты ТЧ посредством растворения их в ра-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010