К вопросу о моделировании систем нейтрализации автомобильных дизелей

Выполнение современных экологических стандартов практически невозможно без применения системы нейтрализации, причём ужесточение экологических требований и рост топливной экономичности дизеля требуют повышения эффективности антитоксичных систем. Современная дизельная система нейтрализации отработавших газов (СНОГ) является весьма сложным, многофункциональным и дорогостоящим агрегатом автотранспортного средства, а его разработка требует компетенций широкого спектра - от достаточно детальной инженерии дизеля до здравой оценки возможностей различных технологий обезвреживания вредных выбросов отработавших газов (ОГ). Рассмотрены особенности процессов нейтрализации токсичных компонентов в современных СНОГ дизелей. Показано, что необходимые для выполнения современных экологических требований уровни очистки основных токсичных компонентов дизеля - оксидов азота и дисперсных частиц -достигаются методами гетерогенного катализа и фильтрации. Наиболее сложную проблему представляет нейтрализация оксидов азота, что обусловлено высоким исходным содержанием оксидов азота в продуктах сгорания современных дизелей, существенно превышающих требования Евро-5 и Евро-6. Наиболее надёжным и эффективным методом нейтрализации оксидов азота является их селективное каталитическое восстановление аммиаком, генерируемым разложением карбамида (мочевины). Отмечена особая роль окислительного нейтрализатора в структуре дизельной СНОГ, рассмотрены процессы регенерации сажевых фильтров, показана необходимость объёмного усреднения концентрации аммиака перед подачей ОГ на катализатор и изложены принципы построения систем контроля и управления дизельными СНОГ. Показана необходимость в современном моделировании и предложены подходы для реализации структурных субмоделей для анализа процессов обезвреживания токсичных выбросов дизелей.

дизель, система нейтрализации отработавших газов, модель системы нейтрализации, селективное каталитическое восстановление, фильтрация, регенерация фильтров, окислительный нейтрализатор, блок управления системой нейтрализации

1. Звонов В.А., Корнилов Г.С., Козлов А.В., Симонова Е.А. Оценка и контроль выбросов дисперсных частиц с отработавшими газами дизелей. - М.: Изд-во Прима-Пресс-М, 2005. - С. 45-55.

2. Панчишный В.И. Основные направления работ по каталитической нейтрализации отработавших газов ДВС // Труды НАМИ. - 2008. - № 240. - С. 63-72.

3. Blakeman P.G. et al. Development in diesel emission aftertreatment technology // SAE Paper. - 2003-01-3753.

4. Pishinger S. et al. Combined particle matter and NO aftertreatment systems for stringent emission standards // SAE Paper. - 2007-01-1128.

5. Kato A., Matsuda S., Kamo T. et al. Reaction between NOx and NH3 on iron oxide-titanium oxide catalyst // J Phys Chem. - 1981. - 85: 4099-4102.

6. Koebel M., Elsener M., Madia G. Recent advances in the development of Urea-SCR for automotive applications // SAE Paper. - 2001-01-3625.

7. Матышак В.А., Слинько М.М., Панчишный В.И., Газаров Р.А., Кадушин А.А., Крылов О.В. Изучение реакции взаимодействия окиси углерода и окиси азота на нанесённом платинородиевом катализаторе. Ч. 1. Стационарные условия // Кинетика и катализ. -1986. - Т. 27. - № 1. - С. 167-173.

8. Матышак В.А., Слинько М.М., Панчишный В.И., Газаров Р.А., Кадушин А.А., Крылов О.В. Изучение реакции взаимодействия окиси углерода и окиси азота на нанесённых родиевых катализаторах. Ч. 2. Нестационарные условия // Кинетика и катализ. - 1986. - Т. 27. - № 1. - С. 160-166.

9. Матышак В.А., Панчишный В.И., Кадушин А.А., Газаров Р.А. Взаимодействие оксида углерода и оксида азота в присутствии кислорода на нанесённом платиновом катализаторе // Кинетика и катализ. - 1988. -Т. 29. - № 6. - С. 1382-1388.

10. Матышак В.А., Панчишный В.И., Исмаилов М.А. Взаимодействие оксида углерода и оксида азота в присутствии катализаторов на основе Al2O3, содержащей ионы меди // Кинетика и катализ. - 1993. -Т. 34. - Вып. 1. - № 6. - С. 117-122.

11. Панчишный В.И. Проблемы токсичности газовых двигателей и пути их решения // Труды НАМИ. -2007. - № 238. - С. 58-69.

12. Luksho V.A., Kozlov A.V., Panchishnyi V.I., Terenchenko A.S. Development of a complex catalytic conversion system for internal combustion engines fueled with natural gas // Modern Applied Science. - 2015. - Vol. 9. - No. 8. - Р. 237-246.

13. Панчишный В.И. Расчёт сопротивления каталитического блока // Труды НАМИ. - 2014. - № 258. - С. 136-143.

14. Панчишный В.И. Дизельные фильтры и фильтры-нейтрализаторы отработавших газов // Автомобильная промышленность. - 2008. - № 12. - С. 15-17.

15. Панчишный В.И., Воробьёв И.Ю. Газодинамическое сопротивление фильтрующего элемента в системах очистки отработавших газов дизелей // Труды НАМИ. - 2017. - № 3 (270). - С. 32-43.

16. Allansson R., Blakeman P., Cooper B., Hess H. et al. Optimising the Low Temperature Performance and Regeneration Efficiency of the Continuously Regenerating Diesel Particulate Filter (CR-DPF) System // SAE Technical Paper. - 2002-01-0428, 2002. - DOI: 10.4271/2002-01-0428.

17. Wang T.J. et al. Experimental investigation on evaporation of urea-water-solution droplet for SCR Applications // AIChE Journal. - December, 2009. - Vol. 55. -No. 12. - Р. 3267-3276.

18. Надарейшвили Г.Г., Панчишный В.И., Юдин С.И. Разработка устройств перемешивания -импеллеров в системе селективного восстановления оксидов азота тяжёлых дизельных двигателей // Труды НАМИ. - 2015. - № 261. - С. 28-42.

19. Panchishnyi V.I., Bondareva N.K., Shpiro E.S., Baeva G.N. On NO formation and its role in SCR of NO 2 x over Cu-ZSM-5 / EUROPACAT-II, Congr.: Abstracts. -Maastricht: Elsevier BV, 1995