К вопросу снижения выбросов оксидов азота дизельными двигателями внутреннего сгорания

Введение. В статье рассмотрена проблема снижения выбросов оксидов азота, содержащихся в отработавших газах (ОГ) дизельных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автотранспортных средств. Отмечено, что при контроле выбросов вредных веществ при эксплуатации транспортных средств важным является учитывать их локальное воздействие в населённых пунктах, расположенных у автотрасс. Для населённых пунктов, через которые проходят автотрассы, и особенно для водителей транспортных средств, существует проблема высокой загрязнённости среды азотосодержащими выбросами.

Цель исследования заключалась в анализе работы системы нейтрализации SCR-NH₃ подачей мочевины в ОГ дизельных ДВС, а также исследование метода подачи мочевины за счёт её впрыскивания в цилиндры дизельного ДВС на такте выпуска газов.

Методология и методы. Исследования показали, что важнейшим фактором, определяющим эффективность процесса реакций нейтрализации на катализаторе дизельного ДВС, является термическое воздействие на протекание реакции. Основной вклад в суммарные выбросы NО_х вносят режимы номинальной мощности ДВС и режимы максимального крутящего момента. Показана связь между значениями максимальных концентраций NO x при М_к.mах и N_е.mах на суммарные выбросы NO_x по 13-ступенчатому циклу в соответствии с Правилами ООН № 49.

Результаты и научная новизна. Анализируются недостатки метода нейтрализации SCR-NH₃. В связи с этим предложено совершенствование метода подачи мочевины и топлива в цилиндры дизельного ДВС при помощи двухканальной форсунки. Приведены дополнительные преимущества, которые можно получить при впрыскивании мочевины в цилиндры ДВС.

Практическая значимость. Представлены результаты расчёта температуры в цилиндре дизельного ДВС при максимальной и минимальной цикловой подаче дизельного топлива при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. Приведённые значения температур показывают, что если осуществлять впрыскивание мочевины в цилиндр ДВС после завершения открытия выпускного клапана, то условия для процесса термолиза и гидролиза мочевины, а также восстановительных реакций будут благоприятны. Проанализирован метод нейтрализации выбросов NO_x, содержащихся в дымовых газах тепловых станций, процесс очистки которых включает обработку раствором мочевины дымовых газов без применения катализаторов в интервале температур, близких к условиям цилиндра дизельного ДВС.

1. Азаров В.К., Кутенёв В.Ф., Козлов А.В., Теренченко А.С. Анализ возможностей повышения энергетической эффективности и улучшения экологических показателей современного легкового автомобиля массового производства применением новых энергетических установок // Труды НАМИ. – 2012. – № 249. С. 23–32.

2. Правила ООН № 49. Единообразные предписания, касающиеся подлежащих принятию мер по ограничению выбросов загрязняющих газообразных веществ и взвешенных частиц двигателями с воспламенением от сжатия и двигателями с принудительным зажиганием, предназначенными для использования на транспортных средствах: поправки серии 06 ООН. URL: https://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/main/wp29/wp29regs/2018/R049r6am6r.pdf (дата обращения: 07.08.2019).

3. Шабанов А.В., Соломин В.А., Ванин В.К. Экологическое нормирование выбросов вредных веществ ДВС с отработавшими газами грузовых автомобилей // Труды НАМИ. – 2019. – № 2 (277). – С. 68–76.

4. Шабанов А.В., Соломин В.А., Шабанов А.А. Способ повышения эффективности системы нейтрализации оксидов азота дизельного ДВС и эффективности его работы // Известия МГТУ МАМИ. – 2018. – № 4 (38). – С. 77–84.

5. Панчишный В.И. Нейтрализация оксидов азота в отработавших газах дизелей // Двигателестроение. 2005. – № 2. – С. 35–42.

6. Демидов А.А., Надарейшвили Г.Г., Титченко А.Ю. Контроль концентрации аммиака в системах селективного восстановления оксидов азота дизелей // Механика машин, механизмов и материалов. – 2015. № 3 (32). – С. 42–45.

7. Панчишный В.И., Воробьёв И.Ю. К вопросу моделирования систем нейтрализации автомобильных двигателей // Труды НАМИ. – 2018. – № 4 (275). С. 23–37.

8. Кульчицкий А.Р. Исследование процессов образования и разработки методов снижения выбросов вредных веществ с ОГ дизелей внедорожных машин: дисс. … д-ра техн. наук. – Владимир: ВГУ, 2006. С. 337.

9. Соломин В.А., Шабанов А.В., Шабанов А.А., Селезнёв А.А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах бензинового двигателя корректировкой состава топливовоздушной смеси и последующей нейтрализацией продуктов сгорания в каталитическом нейтрализаторе // Автомобильная промышленность. 2019. – № 2. – C. 7–13.

10. Способ управления впрыском мочевины в систему обработки оксидов азота с селективным каталитическим восстановлением: патент 2477374 Росс. Федерация. URL: http://www.findpatent.ru/patent/247/2477374.html (дата обращения: 07.08.2019).

11. Способ очистки дымовых газов от оксидов азота: патент 2314861 Росс. Федерация; заявл. 10.07.2006; опубл. 20.01.2008.

12. Шатров М.Г., Мальчук В.И., Дунин А.Ю., Езжев А.А. Способ совместной подачи растительных масел и дизельного топлива / Материалы международной научно-технической конференции ААИ, посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ». Секция 2 «Поршневые и газотурбинные двигатели». – М.: 2010. – С. 42–49.