Выполнение дизелем перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6 требует реализации комплекса мер по конструкции и рабочему процессу двигателя, по системе нейтрализации отработавших газов (ОГ), особенно NOx и дисперсных частиц (ДЧ), а также использования дизельного топлива с очень низким содержанием серы (порядка 10-15 ppm). При этом ключевым фактором является создание высокоэффективной перспективной системы нейтрализации (ПСН) ОГ. В НГТУ совместно с МАМИ разработаны и исследованы несколько вариантов 4-компонентных ПСН. В настоящей статье приведены результаты экспериментальных исследований двух вариантов ПСН, использующих в качестве восстановителя NOx водород и карбамид.

Цель работы – экспериментальные исследования эффективности двух вариантов ПСН.

ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований являлись два варианта макетов ПСН: 1) вариант А, включающий окислительный нейтрализатор, сажевый фильтр с системой активной регенерации и селективный нейтрализатор восстановления NOx с системой подачи восстановителя (водорода); 2) вариант Б, отличающийся от варианта А конструкцией селективного нейтрализатора восстановления NOx с системой подачи восстановителя (раствора карбамида).

Окислительный нейтрализатор объемом 1,8 л с катализатором Pt/Al2O3 предназначен для окисления CO, CH, органических фракций ДЧ, а также NO до NO2 используемых для низкотемпературной (пассивной) регенерации смежного сажевого фильтра объемом 5,4 л. Селективно-восстановительный нейтрализатор А объемом 7,3 л с катализатором Ag/Al2O3 и Б с катализатором Cu/Zeolite предназначены для восстановления NOx с использованием водорода или раствора карбамида соответственно.

Исследования макетов ПСН (варианты А и Б) были выполнены на моторном стенде в составе модифицированного 4-цилиндрового дизеля типа ЗМЗ-514.10 рабочим объемом 2,24 л с непосредственным впрыском, турбонаддувом, охладителями надувочного воздуха и рециркулируемых ОГ, обеспечивающего выполнение экологических норм Евро-4. При этом в ходе работ вместо системы нейтрализации модифицированного дизеля последовательно устанавливались оба варианта макетов ПСН.

Концентрация вредных веществ в ОГ на входе и выходе из макета типовой ПСН измерялась газоаналитическим оборудованием, параметры которого соответствуют требованиям Правил ЕЭК ООН № 49/03. Система отбора проб предусматривала измерение, как газообразных вредных выбросов, так и дисперсных частиц в ОГ двигателя. Концентрация СО и СО2 измерялась недисперсионным инфракрасным методом, концентрация углеводородов - пламенно-ионизационным методом, концентрация NOx – хемилюминисцентным методом. Масса ДЧ в ОГ определялась гравиметрически методом фильтрации.

В ходе стендовых испытаний определялись удельные значения вредных выбросов с ОГ на 13 стационарных режимах испытательного цикла ESC Правил ЕЭК ООН № 49/03. Уровни очистки отработавших газов от СО, СН, NOx и ДЧ оценивались коэффициентами конверсии по результатам расчетов удельных выбросов токсичных компонентов в ОГ [1].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В результате исследования макета ПСН варианта А, установленной на дизельном двигателе типа ЗМЗ-514.10, удельные выбросы СО, СН, NOx и ДЧ составили 0,762, 0,082, 1,87 и 0,017 г/кВтч соответственно.

Макет ПСН варианта Б, установленной на дизельном двигателе типа ЗМЗ-514.10, обеспечил снижение удельных выбросов СО, СН, NOx и ДЧ до 0,761, 0,083, 1,69 и 0,017 г/кВтч соответственно.

Полученные результаты сравнивались с требованиями Евро-5: СО=1,5 г/кВтч, СН=0,46 г/кВтч, NOx=2,0 г/кВтч и ДЧ=0,02 г/кВтч.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Экспериментальные исследования двух вариантов макетов ПСН, с водородом (вариант А) и раствором карбамида (вариант Б) в качестве восстановителя в составе модифицированного дизеля типа ЗМЗ-514.10 показали эффективность обоих вариантов и возможность выполнения с их помощью экологических требований Евро-5 за счет снижения выбросов СО на 86%; СН на 77%; NOx на 63% (вариант А) и 70% (вариант Б); ДЧ на 75%. В целом лучшие результаты обеспечивал вариант Б.

Работа по экспериментальному исследованию макетов ПСН отработавших газов дизельных двигателей проводится при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Heywood J.B. «Internal Combustion Engine Fundamentals», McGraw-Hill, Inc.,1988.