Класифікація пристроїв для очищення відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння від частинок сажі

     При русі газового потоку усередині порожнини 11 внаслідок зміни напрямку потоку й зіткнення газів з каталізатором  на кремнеземній тканині 4, нанесеної на внутрішню поверхню корпуса 1, частинки сажі осідають на каталізаторі й каталітично окисляються до оксидів вуглецю.

     Ще  раз змінивши напрямок руху, газовий  потік проходить через каталітичний сажовий фільтр 12 тонкого очищення, що завершує очищення газів від часток сажі, після чого він проходить через пористий каталітичний блок 13 відновлення оксидів азоту, а потім і через пористий каталітичний блок 14 окислювання оксиду вуглецю й вуглеводнів. Після цього газовий потік проходить через вогнегасний фільтр 15, що виключає проскакування полум'я й забезпечує пожежну безпеку пристрою, надходить у резонаторну камеру 16, у якій за рахунок розширення газів знижується температура й швидкість газового потоку. Резонаторна камера 16 у сукупності з іншими елементами пристрою забезпечує зниження акустичних коливань газового потоку, що через вихідний патрубок 3 викидається в атмосферу.

     Варто відзначити, що кількість оболонок 10 в конструкції може змінюватись  в залежності від об’єму відпрацьованих газів ДВЗ.

     При запуску холодного двигуна, при  роботі двигуна в умовах негативних температур, а також для регенерації  каталітичних елементів пристрою для  очищення відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння передбачене включення електронагрівального елемента 9, установленого усередині сажового фільтра грубого очищення 8. Після виходу двигуна на оптимальний тепловий режим або завершення циклу регенерації каталітичних елементів електронагрівальний елемент 9 вимикають.

     Були  проведені експериментальні дослідження  показників роботи пристрою для очищення відпрацьованих газів, двигунів внутрішнього згоряння марок Д2500.И, ДТ2500.И, Д4000.И, ДТ4000.И, у процесі яких вимірялися питомі викиди токсичних компонентів, таких як СО, СН_х, NO_x і дисперсних частинок (сажі).

     Витримка  по викидах сажі з результатів експериментальних досліджень пристрою представлена в таблиці 1, де наведені порівняльні дані для зазначених двигунів при їхній роботі без пристрою для очищення відпрацьованих газів та із запропонованим пристроєм. З таблиці видно, що показники викиду сажі в відпрацьованих газах двигунів внутрішнього згоряння із встановленим на них пристроєм для очищення, значно покращенні в порівнянні із викидами сажі відпрацьованих газів, які не фільтрувалися даним пристроєм.

Таблиця 1

Результати  випробувань комбінованого  пристрою очищення відпрацьованих газів ДВЗ

     Незважаючи  на численні позитивні показники  даного пристрою, він все-таки не є ідеальним. Адже показники питомих викидів дисперсних часток (сажі), ресурс роботи й інші покращення й оптимізація пристрою все ще можливі. У даному напрямку на кафедрі Автомобілів і механіки технічних систем Житомирського державного університету ведуться розробки, які вже принесли конкретні успіхи. Через великий потенціал даного пристрою й гарні показники його роботи даний фільтр був взятий за прототип для досліджень. Розроблено спосіб і конструкція, що дозволяють поліпшити процес фільтрування часток сажі. В основі даної оптимізації лежить виведена на кафедрі формула оптимальної температури частинки сажі для найкращого її осадження на фільтруючому матеріалі. Це дозволить не тільки поліпшити показники фільтрування відпрацьованих газів ДВЗ від частинок сажі, але й збільшити ресурс і показники окисно-відновлювальних каталізаторів, оскільки вони будуть менш забруднені даними частинками під час роботи.

     Варто відзначити, що дана розробка кафедри може використовуватися й на інших пристроях очищення відпрацьованих газів ДВЗ від частинок сажі з механічним способом очищення.

 

3. Класифікація  пристроїв для  очищення відпрацьованих газів ДВЗ від частинок сажі

     На  основі аналізу пристроїв для очищення відпрацьованих газів ДВЗ від частинок сажі була виведена їхня класифікація з відображенням позитивних та негативних властивостей. Дана класифікація для наочного ознайомлення представлена на рисунку 7, а її повна версія виглядає наступним чином:

1. За місцем розташування :
1. внутрішні:
• за способом очищення (дані  методи орієнтовані на оптимізацію показників роботи самого двигуна, що в свою чергу приводить до поліпшення показників викидів токсичних газів):
• оптимізація форми впускних та випускних каналів, які створюють направлений рух повітря в камері згоряння;
• підвищення тиску впорскування, наприклад за допомогою насос-форсунок;
• оптимізація камери згоряння, наприклад, за рахунок зменшення «шкідливих» об’ємів та форми виїмки у поршні.
2. зовнішні:
• за способом очищення:
• механічного очищення, які за дією на частинки сажі поділяються на:
• інерціонні уловлювачі

(+ гарні показники вловлювання сажі, можливість вловлювання рідких домішок відпрацьованих газів;

- складність конструкції,  велика металоємність, великі енерговитрати, складність відновлення працездатності);

• фільтри контактної дії

(+ гарні показники  вловлювання сажі, вловлювання часток сажі малого розміру;

- мала продуктивність, малий термін служби  фільтруючого елемента, зміна в часі  продуктивності, гідравлічного  опору й ефективності);

• хімічного допалювання

(+ малі енерговитрати;

- дорожнеча матеріалів, малий термін служби, можливість роботи  у вузькому спектрі  умов);

• плазмового допалювання

(+ гарні показники  очищення й нейтралізації  відпрацьованих газів;

- великі енерговитрати, використання додаткового палива, несприятливі теплові режими у вихлопній системі, зростання обсягу відпрацьованих газів, складність конструкції);

• електричного очищення

(+ гарні показники уловлювання сажі, малий гідравлічний опір, можливість керування інтенсивністю та шпаруватістю очищення;

- потреба в попередній  підготовці відпрацьованих газів перед очищенням, великі енерговитрати, складність конструкції).

2. За кількістю стадій очищення:
1. з однією стадією

(+ простота конструкції, мала металоємність;

- невисокі показники  уловлювання сажі, малий термін служби);

2. з декількома стадіями

(+ гарні показники  уловлювання сажі, великий термін служби;

- складність конструкції,  велика металоємність, залежність між показниками стадій).

3. За споживанням електроенергії мережі автомобіля:
1. які підключаються до мережі автомобіля

(+ гарні показники уловлювання сажі, можливість контролю й керування пристроїв за допомогою програмних комплексів;

- великі енерговитрати; складність конструкції);

2. які не підключаються до мережі автомобіля

(+ малі енерговитрати, простота конструкції;

- невисокі показники уловлювання сажі, неможливість контролю й керування пристроїв за допомогою програмних комплексів).

4. За зниженням шумності викиду відпрацьованих газів:
1. с резонаторною камерою

(+ зниження шумового забруднення, можливість використання певних видів фільтрації на багатоциліндровому  двигуні;

- збільшений гідравлічний опір, складність конструкції);

2. с лабіринтовою системою

(+ зниження шумового забруднення, можливість використання певних видів фільтрації на  багатоциліндровому двигуні, можливість поліпшення  очищення відпрацьованих газів за рахунок зміни напрямку руху газів;

- великий гідравлічний  опір, складність  конструкції, велика металоємність);

3. без зниження гучності

(+ малий гідравлічний опір, простота конструкції, мала металоємність;

- відсутність зниження  шумового забруднення,  неможливість використання  певних видів фільтрації на багатоциліндровому двигуні).

5. За спрямованістю очищення:
1. які фільтрують тільки дисперсні частинки

(+ простота конструкції, мала металоємність, малий гідравлічний опір;

- неповнота очищення  й нейтралізації  відпрацьованих газів);

2. які виконують додаткову функцію, в свою чергу за цією функцією поділяючись на:

(+ додаткове очищення й нейтралізація відпрацьованих газів;

- складність конструкції,  більша металоємність,  збільшений гідравлічний опір, залежність між показниками очищення окремих речовин та між стадіями очищення)

• які фільтрують рідкі домішки (мастила та ін.);
• які окислюють оксид вуглецю й вуглеводню;
• які відновлюють оксиди азоту.

6. За можливістю відновлення працездатності:

1. з можливістю очищення або заміни фільтруючого елемента

(+ можливість продовження терміну служби, можливість контролю стану пристрою;

- складність конструкції,  велика металоємність, велика трудомісткість при очищенні, зміна параметрів очищення з часом);

2. з самоочищенням, які в залежності від способом самоочищення поділяються на:

(+ великий термін служби, відносна сталість параметрів очищення в часі;

- складність конструкції,  велика металоємність, збільшення об'єму відпрацьованих газів)

• допалювання часток електропровідним елементом;
• допалювання з введенням додаткового палива;
• відновлення введенням додаткового повітря.
3. без можливості відновлення працездатності