В качестве таких показателей используют:

- число производственных рабочих на 1 млн.км пробега парка;

- число постов на 1 млн.км пробега парка;

- площадь производственно-складских помещений на 1 автомобиль;

- площадь стоянки на одно место хранения;

- площадь вспомогательных помещений на 1 автомобиль;

- площадь территории на 1 автомобиль.

Значения нормативные эталонные перечисленных показателей берутся из [2, табл. 5.1]. Эти показатели сводим в таблицу 13.

Таблица 5.1 - Числовые значения удельных показателей для эталонных условий

Наименование показателя	Показатели
Численность производственных рабочих, чел. на 1 млн км пробега,	5.5
Количество рабочих постов на 1 млн км пробега,	1.15
Площадь производственно-складских помещений, м2 на единицу ПС,	27
Площадь вспомогательных (административно-бытовых) помещений, м2 на единицу ПС,	9.5
Площадь стоянки, м2 на одно автомобиле-место хранения,	53.0
Площадь территории предприятия, м2 на единицу ПС,	160

Числовые значения удельных показателей для эталонных условий корректируются следующими коэффициентами, учитывающими:

К₁-списочное число автомобилей;

К₂-тип подвижного состава;

К₃-наличие прицепов;

К₄-среднесуточный пробег;

К₅-способ хранения;

К₆-категорию условий эксплуатации;

К₇-климатический район;

Коэффициенты приведены в таблицах. Сведем эти коэффициенты в одну таблицу.

Таблица 5.2 - Значения корректирующих коэффициентов

Коэффициенты	Значения коэффициентов для определения
	Численность производственных рабочих	Число рабочих постов	Площади
			Производственно-складские помещения	Вспомогательные помещения	Стоянки	Территория
К1	0.96	0.93	0.94	0.95	-	0.94
К2	0.71	0.76	0.48	0.91	0.66	0.62
К3	1	1	1	1	1	1
К4	0.94	0.9	1.2	1.19	-	1.08
К5	-	-	-	-	1,32	1.17
К6	1.18	1.15	1.15	1.08	-	1.07
К7	1	1	1	1	-	1

; (5.1)

; (5.2)

; (5.3)

; (5.4)

; (5.5)

. (5.6)

Подставляя значения коэффициентов в вышеперечисленные формулы получаем:

;

;

;

;

;

.

Абсолютные значения эталонных технико-экономических показателей, приведенных к условиям работы проектируемого предприятия определяются из выражений:

Р^Э = Р^Э·L_Г (5.7)

Х^Э = Х^Э·L_Г (5.8)

F_пр^Э = f_пр^Э ·А_и (5.9)

F_вс^Э = f_вс^Э·А_и (5.10)

F_т^Э = f_т^Э·А_и (5.11)

Определяем эталонные, абсолютные значения технико-экономических показателей

Р^Э = 4.15•27.2 = 113 чел

Х^Э = 0.84•27.2 = 23 постов

F_пр^Э = 16.8•401 = 6737 м²

F_вс^Э = 10.56•401 = 4235 м²

F_т^Э = 126.1•401 = 50566 м²

Полученные значения при проектировании численности производственных рабочих Р^П =113, числа рабочих постов Х^П = 22, площади производственных помещений 6200 м², площади вспомогательных помещений 4500 м², площади территории 48600м².

Сравнивая полученные при проектировании значения с эталонными можно сделать вывод, что удельные показатели численности производственных рабочих, рабочих постов, площади вспомогательных помещений, площади производственных помещений, площади территории, ненамного отличаются от соответствующих эталонных. Причем разница между показателями, полученными при проектировании и удельными показателями эталонными не значительна и не превышает 10%.

6. Описание технологического процесса в разрабатываемом отделении, подбор оборудования, расчет площади, охрана труда

Агрегатные работы включают в себя разборочно-сборочные, моечные, диагностические, регулировочные и контрольные операции по двигателю, коробке передач, рулевому управлению, ведомым и ведущим мостам и другим агрегатам и узлам, снятым с автомобилей для ТР.

После диагностики технического состояния агрегаты, снятые с автомобиля, моют. Предварительно из картеров агрегатов сливают масло, из тормозной системы - тормозную жидкость, из системы охлаждения двигателя - воду и т.д. После наружной мойки агрегаты (двигатель, передний и задний мост, коробку передач) для разборки и ремонта устанавливают на стенды. Участок оснащен стендом Р-776 для разборки и сборки двигателей, стендами - кантователями ПС-54, ПС-40 для разборки и сборки редукторов задних мостов и коробок передач соответственно.

Ступицы колес, дифференциалы, сцепления и другие узлы разбирают и собирают на приспособлениях, устанавливаемых на верстаках. При установке агрегатов на стенды используют кран-балку. При разборке и сборке агрегатов применяется гидравлический пресс 2153 для выпрессовки подшипников, втулок и других деталей, специальный инструмент: гайковерты (ИП-3113А, ИП-3103А), динамометрические ключи, съемники и т.п.

В соответствии с техническими условиями на контроль и деффектовку детали сортируют на годные, негодные и требующие ремонта. С помощью мерительного инструмента и специальных приспособлений определяют отклонения в размерах и форме деталей, сопоставляя результаты с техническими условиями.

Признаками непригодности деталей к дальнейшему их использованию без ремонта являются задиры, трещины, выкрашивание (питтинг) и т.п.

Разборку коробки передач рекомендуется производить на специальном стенде. Крепится коробка передач к стенду винтами, ввертываемыми до упора в стенку картера.

Для определения требуемых усилий при разборке и сборке резьбовых соединений используется следующее выражение:

(6.1)

где d_ср - средний диаметр резьбы гайки, мм;

D_ср - средний диаметр торцовой поверхности гайки, м;

f - коэффициент трения в торце гайки;

б - угол подъема резьбы в гайке;

в - коэффициент трения в резьбе гайки.

Чтобы учесть явление схватывания, значения f и при разборке следует принимать в 1,5-2,0 раза выше. Чем при сборке.

Экспериментально установлено, что момент отвертывания и завертывания гаек и болтов диаметром от 10 до 26 мм можно определять по следующей эмпирической зависимости:

(6.2)

где k_о - коэффициент, учитывающий состояние резьбового соединения;

k_о=0,05-0,08. Большие значения берутся для отвертывания.

Определяются значения Мк по формуле (67.2):

Для болтов с d_ср= 6 мм при разборке Мк=2,9Н•м, при сборке Мк=1,8 Н•м.

Для болтов с d_ср= 10 мм при разборке Мк=8Н•м, при сборке Мк=5 Н•м.

Для болтов с d_ср= 12 мм при разборке Мк=11,5Н•м, при сборке Мк=7,2Н•м.

Для болтов с d_ср= 16 мм при разборке Мк=20,5Н•м, при сборке Мк=12,8 Н•м.

Для болтов с d_ср= 39 мм при разборке Мк=121Н•м, при сборке Мк=76Н•м.

Для болтов с d_ср= 10 мм при разборке Мк=8Н•м, при сборке Мк=5 Н•м.

Инструмент и приспособления применяются только в исправном виде и по назначению. Транспортировать и устанавливать агрегаты необходимо при помощи подъёмнотранспортных агрегатов, кран-балки, автокар оборудованных захватами, обеспечивающими полную безопасность работ. Тележки для транспортирования агрегатов должны иметь стойки и упоры предохраняющие от падения и самопроизвольного перемещения по платформе.

При мойке автомобильных агрегатов и деталей необходимо соблюдать следующие правила: детали двигателей работавших на этилированном бензине разрешается мыть только после нейтрализации отложений тетраэтилсвинца в керосине или других нейтрализующих жидкостях.; моечные посты должны иметь достаточную вентиляцию; после мойки щелочными растворами обязательна промывка деталей горячей водой.

Запрещается работать с применением открытого огня в зонах мойки деталей. Подъёмнотранспортное оборудование должно быть оснащено концевыми выключателями и по перемещениям ограничителями и тормозными механизмами.

Длительное воздействие нефтепродуктов отрицательно сказывается на организме человека, поэтому необходимо защищать от воздействия нефтепродуктов или удалять топливо попавшее на кожу. Для защиты рук используют «биологическую перчатку» (состав: козеин, вода, спирт, глицерин, нашатырный спирт).

7. Специальное задание

_{7.1 Влияние присадок к топливу на экономические и экологические показатели ДВС}

В настоящее время производство высококачественных дизельных топлив невозможно без добавки присадок различного функционального назначения, таких как депрессорные, цетаноповышающие, противоизносные, антидымные, моющие, антиокислительные, диспергирующие, ингибиторы коррозии и другие. Добавка пакета присадок позволяет получить топливо с улучшенными эксплуатационными и экологическими свойствами. При составлении пакетов присадок к дизельному топливу необходимо учитывать их совместимость, поскольку различные поверхностно-активные вещества могут отрицательно влиять на функциональные свойства друг друга, т.е. проявлять антагонистический эффект.

Основным загрязнителем воздушного бассейна у нас в стране является транспорт автомобильный, железнодорожный, морской, речной и авиация. При этом доля автомобильного транспорта во вредных выбросах в атмосферу населенных пунктов составляет 75-80%. Если учесть, что доля автотранспорта со сроком эксплуатации до 5-ти лет составляет: по легковым автомобилям 20%, по грузовым 14,1% и по автобусам 18,4% и транспорт продолжает стареть, то экологическая обстановка будет только ухудшаться. Снижение содержания вредных веществ в отработавших газах автотранспорта находящегося в эксплуатации путем усовершенствования конструкции двигателя и рабочего процесса является целесообразным, но, трудноразрешимым. Поэтому остается единственный путь либо использование новых экологически чистых топлив, либо использование штатных топлив с присадками улучшающими их экологические характеристики, как это практикуется за рубежом.

Стендовые испытания дизельного топлива с присадкой «0010»

Ниже представлены результаты испытаний присадки «0010».

Следующие испытания проводили на автотракторном дизеле Д-46053 с использованием дизельного топлива Л - 0,2-40 по ГОСТ 305-82 по Правилу №49 ЕЭК ООН «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения дизельных двигателей и транспортных средств, оснащенных дизельными двигателями, в отношении выделяемых ими загрязняющих выхлопных газов». Результаты испытаний представлены листе 1. Измерения при частоте вращения коленчатого вала 1500 мин¹ проводили при возрастании нагрузки на двигатель от холостого хода до максимальной, а при заданной частоте вращения коленчатого вала 2000 мин¹ при снижении нагрузки от максимальной до холостого хода.

Из приведенных графиков видно, что присадка более эффективна при наборе мощности, чем при ее сбросе. Это объясняется с одной стороны сокращением времени процесса сгорания при увеличении числа оборотов двигателя и сгоранием большей части топлива, по сравнению с работой двигателя на меньших оборотах, на стадии расширения, с другой стороны более высокий уровень выбросов характерен при 1500 мин¹, чем при 2000 мин¹, т.е. на характеристике более далекой от внешней, когда ухудшается смесеобразование, происходит неполное сгорание топлива при более низких значениях и механического КПД.

Результаты обработки замеров по Правилам №49 ЕЭК ООН представлены в таблице.

Представленные в табличной форме результаты достаточно информативны для оценки соответствия двигателя требованиям EURO в режиме «соответствует» «не соответствует», показывают общую эффективность действия присадки, но дают весьма мало информации для оценки влияния присадки на работу двигателя и механизма ее действия.

Для проверки высказанной выше гипотезы о влиянии присадки на характер сгорания топлива нами было проведено исследование влияния комплексной экологической присадки «0010» на рабочий процесс двигателя на моторном стенде с двигателем 2Ч 8,5/11, производства завода «Дагдизель» с вихрекамерным смесеобразованием номинальной мощностью 8,8 кВт при 1500 мин^-1. Индикаторные показатели двигателя определялись в конце этапов работы индикаторновычислительным комплексом ИВК-1 на базе ЭВМ IBM-486 по сигналам давления в цилиндре двигателя и синхроимпульса положения коленчатого вала.

Испытания проводили на штатном топливе Л - 0,2-40 по ГОСТ 305-82 и этом же топливе с добавлением 0,01% экологической присадки «0010» на 75% нагрузки двигателя. Результаты обработки индикаторных диаграмм представлены в таблице, полученные по методике расчета, описанной в работе.

Представленные в таблице данные показывают, что применение 0,01% комплексной экологической присадки «0010» в дизельном топливе приводит к снижению максимального давления сгорания P_z на 2,12%, угол максимального нарастания давления _max смещается с 0,5 до верхней мертвой точки (ВМТ) на 1,5 после ВМТ. Это является следствием изменения характера нарастания давления.

Добавление присадки приводит к снижению на 6,42% индикаторного КПД, однако при этом на 7,18% возрастает механический КПД, что компенсирует снижение индикаторного КПД, в результате эффективный КПД растет и становится выше, чем был при работе на чистом дизельном топливе без присадки на 0,35%. При этом на 0,46% снижается расход топлива при данном режиме работы двигателя, соответствующего наиболее экономичному режиму работы двигателя. Повышение механического КПД можно объяснить попаданием в зону трения меньшего количества абразивных частиц (сажи), которые выгорают под действием присадки и выносятся из камеры сгорания.

Установлено так же, что отмывается топливная аппаратура и впрыск топлива осуществляется в расчетном конструкционном режиме (как на новой исправной форсунке). Это подтверждается изменением закона нарастания давления (см. рис. 7.1-7.2), т.е. на графике появляется экстремум. Для вихрекамерного двигателя это означает, что в камере топливо воспламеняется до того как закончился впрыск топлива. Тогда в надпоршневом пространстве топливо сгорает сначала с нарастанием давления по углу поворота коленчатого вала, а затем со снижением. А не так как при работе на дизельном топливе без присадки, когда максимальная скорость нарастания давления соответствует началу горения. Кроме того продолжительность сгорания топлива (_zг) снижается, а продолжительность выгорания 1/2 топлива (_1/2) увеличивается. Это означает, что в целом топливо сгорает быстрее, хотя и снижается максимальная скорость сгорания топлива. Т.е. на стадии начала горения присадка «0010» тормозит скорость окисления топлива, а на второй стадии и при догорании за фронтом пламени ускоряет процесс горения и делает его более полным. В результате двигатель начинает работать «мягче» (снижение скорости нарастания давления), что снижает напряженность деталей ЦПГ и увеличивает ресурс двигателя.

Проверку высказанного на основе анализа индикаторных диаграмм предположения о снижении износа деталей ЦПГ при использовании дизельного топлива с присадкой «0010» проводили на том же моторном стенде с двигателем 2Ч 8,5/11 с отбором проб масла с их последующим анализом.

Рис. 7.1	Рис. 7.2

Физико-химические и спектральные показатели смазочного масла определялись для проб исходного масла и отобранных, через 10 часов эксперимента, с помощью лабораторного анализа масел согласно ГОСТов и фотоэлектрического спектрометра МФС-7 [9, 10].

Скорость изнашивания втулок цилиндров определялась методом ИРАБ (искусственных радиоактивных баз). С этой целью две втулки были активированы вставками с кобальтом 60 в точке перекладки верхних компрессионных колец. Снижение интенсивности износа втулок, за единовременную наработку с учетом взаимовлияния самораспада кобальта, рассчитывались на ПЭВМ при помощи специально созданной программы.

Износ цилиндропоршневой группы контролировался на различных этапах (приработка, работа на штатном топливе, работа на топливе с присадкой «0010») следующими методами:

нарезания лунок на втулках прибором УПОИ (8 лунок на поясе метки ИРАБ);

нарезание лунок на кольцах прибором УПОИ (7 лунок на наружной поверхности);

микрометрирование колец прибором ИЗВ-1 по высоте и ширине кольца;

взвешиванием колец на аналитических весах ВЛР.

Шатунные вкладыши контролировались в конце первого и второго этапов внешним осмотром и взвешиванием на аналитических весах.

Расход масла на угар определялся по маслоуказателю через 10 часов работы.

Эксперимент включал:

приработку колец и втулок цилиндров до установившейся скорости изнашивания втулок цилиндров (30 часов на 50% нагрузке);

первый этап работа двигателя на штатном дизельном топливе Л - 0,2-65 по ГОСТ 305-82 (50 часов на нагрузке 100%);

второй этап работа двигателя на топливе с экологической присадкой «0010» (50 часов на нагрузке 100%).

В результате испытаний установлено, что при работе дизеля на топливе с экологической присадкой «0010» происходит снижение:

износа рабочих втулок цилиндров на	70%;
износа поршневых колец в	1,5-3 раза.

Во время испытаний дополнительно контролировалась эмиссия отработавших газов. Содержание вредных примесей в отработавших газах контролировалось в конце этапа работы на штатном топливе и конце этапа работы на топливе с присадкой «0010» газоанализатором ГАТУ.

В результате испытаний установлено, что при работе дизеля на топливе с экологической присадкой «0010» происходит снижение:

содержания в отработавших газах:
оксида углерода на	30%;
оксидов азота на	25%;
несгоревших углеводородов на	100%;
удельного эффективного расхода топлива на	5%.

Полученные результаты по снижению эмиссии вредных веществ достаточно хорошо коррелируют с результатами испытаний по ГОСТ и Правилам ЕЭК.

Высказанные при анализе индикаторных диаграмм предположения об отмывке форсунки были подтверждены испытаниями на одноцилиндровом отсеке двигателя КАМАЗ-740. В результате испытаний установлено, что использование дизельного топлива с присадки «0010» в концентрации 0,01% приводит к снижению коксования форсунок примерно на 20% и снижению дымности отработавших газов в среднем на 10%.

_{7.2 Продукты конверсии метанола}

Для организации рационального рабочего цикла дизеля необходим эффективный и универсальный «инструмент» целенаправленного воздействия на процессы, определяющие экономические и экологические показатели дизеля. Причем совершенствование рабочего процесса дизеля путем применения физико-химических средств является наиболее перспективным методом, так как в основе работы дизеля лежат физико-химические преобразования углеводородно-воздушной смеси. Реакционно-активные физико-химические средства должны обеспечить строго индивидуальное направленное воздействие на кинетику топливно-воздушной смеси.

Исследования показали, что существует возможность оптимизации рабочего процесса дизеля, одновременно улучшаются его экологические и топливно-экономические показатели.

Эта же задача ставится при поиске альтернативных топлив и подборе присадок или добавок.

Применение водородосодержащих добавок

Особое место среди активизирующих добавок, используемых в двигателях, занимает водород. Высокая эффективность его воздействия на рабочие процессы двигателя связана, в первую очередь, с очень высокой нормальной скоростью сгорания водорода. Так, если нормальная скорость сгорания парафиновых углеводородов - 32-37 см/с, ароматических - 38,5 см/с, циклических углеводородов - 35 см/с, то водорода - 267 см/с.

Важно и другое свойство этого газа - проявление промотирующего (активирующего) эффекта в актах превращений углеводородов, которое уже широко используется в технологиях химического производства.

Применительно к дизелям рассматривается возможность использования водорода как самостоятельный вид топлива (здесь дизельное топливо используется только в качестве запального), так и в качестве присадки к основному топливу. При этом отмечается улучшение экономических и экологических показателей дизеля как при работе с большим количеством добавок водорода (до 5% по массе), так и при небольших добавках (0,02-0,1%). При добавке 1,5 г/(кВт * ч) водорода экономия топлива составляет 18 г./(кВт * ч), а при добавке 9 г/(кВт * ч) водорода - 37 г./(кВт * ч).

В общем случае эффективность активирования топливно-воздушной смеси водородом или газовыми смесями, содержащими водород, зависит от относительного содержания водорода и газодинамического состояния реагирующей среды, которые определяют временную протяженность и пространство активированной зоны камеры сгорания, а также суммарный эффект активации по выходным характеристикам двигателя, определяющим его экологические и экономические показатели. В результате воздействия активирующих добавок условная (кажущаяся) энергия активации основной массы топливно-воздушной смеси, характеризующая ее реакционную способность, уменьшается, так как уменьшаются реакции самозарождения, требующие больших энергий активации.

Анализ кинетического влияния химически активных продуктов, в частности водорода, на процесс горения показал, что их воздействие эффективно как для богатых, так и для бедных углеводородно-воздушных смесей. Таким образом, в дизеле, где воспламенение носит многоочаговый характер, присутствие в смеси активных продуктов уменьшает термодинамическую (температурную) неоднородность среды вследствие расширения пространства самовоспламенения и увеличения числа очагов воспламенения.

Механизм промотированного самовоспламенения и сгорания углеводородно-воздушных смесей в поршневых двигателях, особенно в дизелях, изучен недостаточно. Однако теория и практика исследования гетерогенного катализа в промышленных химико-технологических системах показывает, что процессы активации молекул окисления углеводородов весьма чувствительны к воздействию даже незначительного количества активных компонентов. Поэтому введение в топливно-воздушную смесь даже небольшого количества реакционно-активных продуктов в виде водородосодержащих газов позволит оптимизировать процесс рабочего цикла дизеля.

Кинетический механизм воздействия водородосодержащих газовых смесей, к которым можно отнести и продукты конверсии метанола, используемых в качестве промотирующих добавок в дизеле, малоисследован. Однако, опираясь на теории химической кинетики и катализа, можно предположить качественный характер их воздействия.

Из теории сгорания известно, что большинство химических реакций углеводородного топлива имеют цепной характер, а ведущую роль в реакции играют химически активные частицы, легко вступающие в соединение с исходными или промежуточными продуктами реакции, возобновляя процесс.

Рассмотрим один из возможных вариантов зарождения и развития цепи химических реакций, где водород является основным возбудителем.

При взаимодействии молекулы водорода с активным радикалом происходит следующее разложение:

Н+ R = Н + Н + R

Атомы, образовавшиеся в ходе диссоциации водорода, являются возбудителями цепи химических реакций:

- реакции разветвления

- реакция продолжения

Данные реакции составляют повторяющуюся последовательность. Один цикл выражается равенством:



Здесь один атом водорода порождает три новых, т.е. происходит саморазгон реакции, которая в зависимости от условий (концентрации вещества, температуры и т.д.) может быть различной, но в любом случае водород будет являться возбудителем цепной реакции. Даже небольшое количество водорода может оказать эффективное воздействие на процесс предпламенной стадии рабочего цикла и формирование закона сгорания в дизеле.

Динамика протекания начальной стадии сгорания в значительной степени связана с продолжительностью задержки воспламенения и количеством топлива, подготовленного к воспламенению за этот период.

Высокая скорость тепловыделения в кинетической стадии сгорания является причиной быстрого повышения давления. Установлена прямая связь между величиной показателя сгорания, характеризующего интенсивность тепловыделения, и эмиссией оксидов азота: с ростом тепловыделения увеличивается выход оксидов азота.

Повышение реакционной способности топливно-воздушной смеси введением промотирующих добавок, способствующее сокращению продолжительности периода индукции, снижает интенсивность тепловыделения и уровень максимальной температуры в кинетической стадии сгорания, что, в свою очередь, влияет на снижение скорости окисления азота.

Воздействие водорода на процессы окисления и восстановления азота в дизеле имеет два аспекта: термодинамический и химический.

При этом термодинамический аспект связан с двумя другими особенностями промотированного сгорания.

Во-первых, активация предпламенных реакций продуктами конверсии способствует замедлению реакций окисления азота и, следовательно, снижению результирующего выхода оксидов азота за один цикл.

Во-вторых, расширение зоны воспламенения топливно-воздушной смеси в дизеле в присутствии водородосодержащих присадок обусловливает возможность уменьшения термодинамической неоднородности рабочего тела, что снижает число локальных зон с максимальной температурой, являющихся источниками оксидов азота. В то же время максимальная среднемассовая температура рабочего тела сохраняется на достаточно высоком уровне, не ухудшая эффективность цикла в целом.

Химический аспект снижения эмиссии оксидов азота при применении водородосодержащих присадок в дизеле обусловлен тем, что при сгорании топливно-воздушной смеси наряду с окислительными реакциями, идущими с образованием , имеют место реакции восстановления:

Существенная концентрация неоднородностей предопределяет наличие зон с богатой смесью, где осуществима реакция, приводящая к снижению выхода оксидов азота с ОГ.

Известен характер влияния присадки водорода на процессы образования и выгорания сажистых частиц в дизеле.

При диффузионном сгорании неоднородной смеси в камере сгорания дизеля процессы образования и выгорания сажистых частиц проходят одновременно. Конечный результат - сажевыделение. Содержание сажи определяется соотношением скоростей прямого (образование) и обратного (выгорание) процессов. Концентрация сажи к моменту открывания выпускного клапана определяет дымность и канцерогенную опасность ОГ.

Накопление сажи возможно только в том случае, если скорость образования сажи выше скорости ее выгорания, причем, чем больше разница этих скоростей, тем больше сажи накапливается к моменту выпуска ОГ. При образовании и выгорании сажи действуют различные физико-химические законы, поэтому воздействие на них активных продуктов конверсии тоже разное.

Влияние свободного водорода проявляется на всех стадиях процессов образования и выгорания сажистых частиц. Так, на стадии образования твердого углерода присутствие радикалов атомарного (диссоциированного) водорода ингибирует процесс образования химического радикала-зародыша .

При сажеобразовании мелкие первичные частицы-кристаллиты коагулируют (соединяются) в более крупные частицы с цепочечной структурой. В свою очередь,

коагулированные частицы способны образовывать хлопьевидные конгломераты сажи больших размеров (0,2-1 мкм), которые за короткое время рабочего цикла двигателя не успевают полностью выгореть. Присутствие водорода препятствует поверхностному росту сажистых частиц (водородное торможение по Лангмюру), что ускоряет процесс их последующего дожигания. Кроме того, химически не связанный водород интенсифицирует процессы выжигания сажистых частиц в заключительной фазе цикла благодаря образованию воды, выступающей в данном случае в роли окислителя углерода в реакции «мокрой газификации».

Следовательно, участие в рабочем цикле водородосодержащих присадок способствует качественному улучшению экологический показателей дизеля, по крайней мере, по двум основным компонентам ОГ - оксиду азота и сажи, которые в совокупности определяют суммарную токсичность ОГ дизеля.

В количественном отношении эффективность может быть оценена экспериментально.

Снижение сажевыделения в дизеле путем применения присадки водорода позволит улучшить топливную экономичность двигателя также вследствие снижения тепловых потерь, обусловленных процессом сажеобразования.

Данные теплопотери имеют три составляющие. Во-первых, основная масса сажи выгорает на линии расширения, отчего выделяющаяся при этом теплота используется малоэффективно. Во-вторых, несгоревшая в цилиндрах дизеля сажа представляет собой недожог топлива и является составной частью продуктов неполного сгорания. В-третьих, из-за интенсивного сажевыделения в рабочем пространстве дизеля значительно возрастают потери тепловой энергии, связанные с конвективным и радиационным теплообменами. Применение же водородосодержащих присадок способствует снижению всех перечисленных потерь, тем самым, повышая топливную экономичность дизеля.

Приведенные механизмы влияния водородосодержащих присадок на внутрицилиндровые процессы дизеля, безусловно, не являются исчерпывающими. Не исключаются и другие виды воздействия на сложный механизм рабочего цикла дизеля. Однако при всех преимуществах использования водорода в дизелях транспортных средств возникает ряд трудностей. Основной проблемой применения чистого водорода является отсутствие инфраструктуры его производства, средств хранения, транспортировки и заправки автомобилей. Сегодня не выпускаются малогабаритные емкости для водорода, устанавливаемые на автомобили.

Известны следующие способы хранения водорода: сжатый газ в баллонах высокого давления, сжиженный водород в криогенных резервуарах и водород в связанном состоянии в металлогидридных аккумуляторах. Даже наилучший из них по энергоплотности - криогенный уступает по этому показателю нефтяным топливам в несколько раз, не говоря уже о том, что в техническом отношении он значительно сложнее систем хранения и транспортировки жидких нефтяных топлив.

Современные системы хранения водорода не подходят для автотранспорта либо вследствие малой емкости, либо вследствие технической сложности и недостаточной безопасности при эксплуатации и аварийных ситуациях.

Одним из наиболее приемлемых вариантов является способ, в котором в качестве энергоносителя используется не сам водород, а безопасный и удобный при хранении сырьевой продукт, из которого непосредственно на автомобиле путем термохимического преобразования можно получать газообразные продукты с высоким содержанием водорода. Для этого может быть использовано любое традиционное нефтяное топливо, поскольку массовое содержание водорода в нем составляет около 15%.

Однако возникает ряд серьезных проблем: высокая температура диссоциации (конверсии) этого вида жидких углеводородов обусловливает необходимость дополнительных затрат тепловой энергии на организацию конверсионного процесса; наличие серы в моторном топливе исключает возможность использования катализаторов, а большое относительное содержание инертных компонентов в составе целевых продуктов конверсии создает дополнительные сложности при их применении.

Применение метанола

Сложности, связанные с организацией процесса конверсии традиционных моторных топлив, обусловливают необходимость поиска других сырьевых источников для получения водородосодержащих газов. К ним можно отнести углеводородные соединения, имеющие более простую по сравнению с моторными топливами молекулярную структуру и пониженную температуру диссоциации. При этом более предпочтительными для применения в ДВС являются соединения, имеющие температуры диссоциации и тепловых эффектов в эндотермических реакциях разложения (тепловая энергия, необходимая на преодоление внутримолекулярных связей), соизмеримые с температурой ОГ. В этом случае появляется возможность использования «бесплатной» теплоты и пропадает необходимость в дополнительном источнике энергии.

Подобными свойствами обладают спирты и ряд эфиров. Этиловый и особенно метиловый спирты уже давно применяются в ДВС в качестве частичных заменителей традиционных топлив. В настоящее время проводятся работы по изучению возможности использования спиртов в качестве основного топлива для дизелей. Однако перевод автомобиля на спиртовое топливо, например, метанол в ближайшем будущем маловероятен из-за его неудовлетворительных химмотологических свойств и, в первую очередь, низкого цетанового числа (менее 5).

Получение водородосодержащего газа из метанола изучено достаточно хорошо. Применительно к двигателям подобные исследования нашли свое отражение относительно недавно, в основном, для двигателей с искровым зажиганием.

В процессе поиска способов получения водородных смесей на борту транспортного средства на основе каталитической конверсии метанола и использования их в ДВС уже накоплен опыт, который может быть успешно использован при создании относительно недорогих систем, не уступающих по энергоемкости традиционным системам питания и значительно их превосходящих по экологическим качествам.

Улучшение экономических и экологических показателей двигателей при работе на водородных смесях, получаемых из метанола на борту автомобиля, полностью компенсируют дополнительные затраты на оборудование для получения и подачи водородной смеси в двигатель.

Возможность синтезирования водорода из метанола, для получения которого имеются достаточные ресурсы в виде отходов деревообрабатывающей и пищевой промышленности, делает его перспективным энергоносителем, что предопределяет расширение работ по созданию нового поколения двигателей.

Процесс конверсии метанола сопровождается поглощением тепловой энергии, которая расходуется на предварительный нагрев и испарение метанола, подогрев паров метанола до требуемой температуры начала реакции и на проведение самой эндотермической реакции разложения метанола. В результате термохимического преобразования энергосодержание конвертированной водородной смеси увеличивается по сравнению с метанолом на 20% (теплота сгорания метанола 20 МДж/кг, водородной смеси 24 МДж/кг).

В ходе конверсионного процесса часть энергии ОГ двигателя преобразуется и может быть повторно использована. Реализация подобного способа утилизации теплоты ОГ для увеличения энергоемкости топлива позволяет значительно повысить КПД двигателя.

Для проверки возможности совершенствования экологических и топливно-экономических показателей дизеля путем применения присадки и продуктов конверсии метанола были проведены исследования на моторном стенде с дизелем 1Ч 8/7,5, в систему питания которого входил реактор конверсии метанола. Испытания показали, что снижение содержания сажи и оксидов азота в ОГ и повышение эффективного КПД двигателя наблюдалось во всем диапазоне нагрузочных режимов. На режиме, близком к номинальному ( = 0,55 МПа), добавление к воздушному заряду 0,4% продуктов конверсии метанола способствовало повышению КПД дизеля на 4,5% и снижению содержания сажи в ОГ с 3,2 до 1,8 ед. Бош, т.е. на 44% при уменьшении концентрации в ОГ оксидов азота на 16%.

В то же время участие в сгорании топливно-воздушной смеси добавленных к ней продуктов конверсии метанола обусловило рост, хотя и не значительный, выбросов с ОГ монооксида углерода (СО). Это можно объяснить тем, что часть СО, поступившего в цилиндр со свежим воздушным зарядом, не успевает окислиться вследствие наличия в камере сгорания дизеля «холодных» пристеночных зон. Вместе с образующимся при сгорании основного топлива СО формируется более высокий суммарный фон эмиссии по данному компоненту ОГ.

Пониженное содержание сажи в ОГ дизеля, работающего с добавками конверсионных продуктов, предопределяет возможность его форсирования по дымлению.

Эффективное функционирование конверсионной системы обеспечивается подводом необходимого количества тепловой энергии и поддержанием необходимой температуры в рабочей камере каталитического реактора, тем самым могут быть достигнуты наибольшая степень термохимического преобразования метанола и максимальная конверсия:

где - масса метанола, поступившего в реактор; - масса непрореагировавшего метанола.

Так как в реальных условиях на автомобильном двигателе могут возникнуть ситуации, при которых процесс преобразования метанола не может быть полностью завершен, например, вследствие недостаточной температуры, возникает вопрос о влиянии несовершенства процесса конверсии (100%) на показатели двигателя. При неполной конверсии метанола в продуктах термохимического преобразования будут содержаться пары непрореагировавшего спирта. Например, при конверсии метанола на 25% продукты его термокаталитического преобразования представляют собой парогазовую смесь, в составе которой содержатся пары непрореагировавшего метанола (примерно 75%), а также водород и монооксид углерода (25%).

Разница состава добавленных к рабочему телу продуктов неполной конверсии метанола приводит к изменению характера их воздействия на экономические показатели рабочего цикла дизеля.

Во-первых, уменьшается интенсивность самого воздействия. Во-вторых, меняется качество воздействия. В частности, на высоких нагрузках с увеличением концентрации в заряде парогазовой смеси наблюдается рост КПД дизеля, на средних нагрузках активирующего эффекта практически не наблюдается, а на малых нагрузках по мере увеличения относительного содержания в заряде продуктов неполной конверсии метанола термодинамическая эффективность цикла даже падает. Подобного характера влияние на рабочий процесс дизеля оказывают пары метанола при их введении через впускной тракт.

Различие в характере воздействия продуктов неполной и полной конверсии метанола обусловлено неодинаковым содержанием водорода. Кроме того, большое количество непрореагировавшего метанола в продуктах неполной конверсии не только способствует активизации

процесса сгорания, но и частично его ингибирует вследствие того, что скорость и температура сгорания метанола значительно ниже по сравнению с дизельным топливом.

Анализ влияния на экологические показатели дизеля продуктов неполной конверсии метанола ( = 25%) показал, что эффективность воздействия частично конвертированных продуктов метанола (содержание паров спирта 75%) снизилась по сравнению с воздействием продуктов полной конверсии при сохранении характера воздействия.

Применение продуктов неполной конверсии метанола, как и в случае полной конверсии, способствует снижению и С при повышении содержания в ОГ СО.

На номинальном режиме работы дизеля добавление 0,4% продуктов полной конверсии метанола способствует улучшению экологических показателей двигателя по суммарному показателю токсичности ОГ на 32%, а при использовании продуктов неполной конверсии ( = 25%) - на 15%.

Учитывая, что запасы природного углеводородного топлива небезграничны, при дальнейшем совершенствовании конверсионных систем двигателестроительная отрасль может получить возможность радикального решения топливно-энергетической проблемы путем полной замены традиционных нефтяных топлив продуктами переработки сырья растительного происхождения, в том числе и метанолом, так как аккумулирующая солнечную энергию биомасса является практически неограниченной сырьевой базой для получения экологически чистого моторного топлива.

По результатам исследований можно сделать вывод: применение метанола в диссоциированном виде на дизелях в качестве добавок (присадок) дает возможность совершенствования их экологических и экономических показателей. Реализация данного эффективного способа улучшения показателей двигателей не влечет за собой изменения его конструкции, является простой и экономичной.

Заключение

В ходе курсового проектирования, согласно заданию, было спроектировано АТП на 401 автомобиль ПАЗ-3205 с детальной разработкой агрегатного отделения. В процессе разработки курсового проекта мы ознакомились с назначением и структурой проектируемого предприятия, произвели технологический расчет предприятия, где решали такие задачи, как обоснование и корректировки исходных данных, расчет производственной программы по ТО и ТР автомобилей, расчет численности работающих, водителей, ИТР, выбор метода организации ТО и расчет постов ТО, ТР, Д; провели расчет площадей производственных, складских и административно-бытовых помещений, зоны хранения автобусов. Ознакомились с организацией технологического процесса ТО и ТР автомобилей, составом текущей службы, общей организацией технологического процесса, с организацией административной связи подразделений технической службы. Произвели технико-экономическую оценку предприятия. Ознакомились с организацией технологического процесса в агрегатном отделении, подобрали и растравили оборудование. В специальном задании изучено влияние присадок к топливу на экономические и экологические показатели ДВС

В графической части показали планировочные решения: генерального плана, главного производственного и административно-бытового корпуса, агрегатного отделения, а также графики и таблицы в соответствии со специальным заданием.

В процессе выполнения курсовой работы применены и закреплены на практике теоретические знания по проектированию автотранспортных предприятий.

Литература

1. Болбас М.М. Капустин Н.М. Петухов Е.И, Похабов В.И. Проектирование АТП и СТО. Мн. «Университетское», 1997. - 246 с.

2. Болбас М.М. и др. Учебное пособие по курсу Технологическое проектирование АТП и СТО Мн. БГПА, 1995. -83 с.

3. Шумик С.В., Болбас М.М. Петухов Е.И. Техническая эксплуатация автотранспортных средств: Курсовое и дипломное проектирование: Учеб пособие. Мн.: «Вышэйшая школа», 1988. - 206 с.

4. Напольский Г.М. Технологическое проектирование АТП и СТО: Учебник для вузов. М.: Транспорт. 1985. -231 с.

5. Краткий автомобильный справочник. - М.:Транспорт, 1982. - 464 с. - (Гос. науч.-исслед. ин-т автомоб. трансп.).

6. Капустин Н.М. Проектирование АТП и СТО. Конспект лекций. Мн.: БНТУ, 2002.

7. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта /Министерство автомобильного транспорта РСФСР.М.: Транспорт, 1986. 73 с.

Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий автомобильного транспорта. ОНТП-01-91 /Росавтотранс. - М., 1991. - 184 с.

8. Фастовцев Г.Ф. Организация технического обслуживания и ремонта легковых автомобилей: Учеб. Пособие для учащихся автотрансп. техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1989. - 240 с.

9. Кузнецов Е.С. И др. Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник для вузов М.: Транспорт, 1991. 413 с.

10. Харазов А.М. и др. Технологическое оборудование для ТО и ремонта автомобилей.

Справочник. Москва, «Транспорт», 1988. 162 с.

Размещено на Allbest.ru