Регистрация / Вход
Прислать материал

Поиск архитектурных решений, расчетно-теоретические исследования и разработка экспериментального образца системы нейтрализации токсичных компонентов двигателей транспортных средств, работающих на газомоторном топливе, до уровня перспективных экологических норм

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
транспортное средство, газовый двигатель, двигатель, работающий на газомоторном топливе, выпускная система, комплексная система нейтрализации, нейтрализация токсичных компонентов, окислительный нейтрализатор, трехкомпонентный катализатор, селективное каталитическое восстановление оксидов азота, перспективные нормы экологичности

Цель проекта:
Обеспечение снижения негативного воздействия различными видами транспорта на окружающую среду, выполнение действующих и перспективных норм по выбросам вредных веществ. Разработка экспериментального образца системы нейтрализации отработавших газов для газового двигателя нового поколения, работающего на метане (СНОГМЕТ), обеспечивающей выполнение перспективных экологических норм Правил ЕЭК ООН №49-06 отечественной автомобильной и другой техникой, оснащенной двигателями на газомоторном топливе.

Основные планируемые результаты проекта:
Обоснование направлений выполнения исследований и разработок Системы Нейтрализации Отработавших Газов двигателей, работающих на природном газе (МЕТане) (в дальнейшем - СНОГМЕТ), обеспечивающих снижение эмиссии токсичных компонентов до уровня перспективных экологических норм, регламентированных Правилами ЕЭК ООН №49-06.
Проведение патентных исследований.
Разработка базовых технических решений по конструкции экспериментальных образцов бифункциональной системы нейтрализации (СНОГМЕТ вариант Б) и системы нейтрализации для газового двигателя, работающего на обедненных смесях (СНОГМЕТ вариант А). Проведение предварительных испытаний газового двигателя с оценкой «сырых» выбросов и разработка исходных требований.
Разработка подсистемы управления газовым двигателем нового поколения с целью достижения перспективных экологических норм по выбросам отработавших газов.
Проведение маркетинговых исследований потребительского рынка в области систем нейтрализации для автомобиль¬ной, тракторной и иной техники с ДВС, работающих на газомоторном топливе.
Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, мето¬дической литературы по проблеме созда¬ния эффективной системы нейтрализа¬ции, обеспечивающего выполнение пер¬спективных экологических норм.
Разработка КД и изготовление подсистемы подачи реагента - восстановителя для СНОГМЕТ (вариант А)
Создание экспериментальных образцов бифункциональной системы нейтрализации.
Разработка компьютерной модели СНОГМЕТ для проведения компьютерного моделирования.
Разработка ЭКД для изготовления экспериментального образца бифункциональной системы нейтрализации (СНОГМЕТ вариант Б).
Изготовление и предварительные испытания экспериментального образца бифункциональной системы нейтрализации (СНОГМЕТ вариант Б).
Создание экспериментальных образцов системы нейтрализации для двигателей, рабо-тающих на бедных газо-воздушных смесях (СНОГМЕТ вариант А).
Проведение стендовых испытаний экспериментальных образцов систем нейтрализации.
Проведение модернизации программного обеспечения (ПО) блока электронной системы управления газовым двигателем (ЭСУД) с целью согласова¬ния его работы с системой нейтрализации и проведение модернизации испытатель¬ного стенда для испытаний системы ней¬трализации.
Проведение комплекса стендовых испытаний экспериментальных образцов СНОГМЕТ, подтверждающих требования технического задания (варианты А и Б).
Обобщение и выводы по результатам выполнения проекта.
Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных ис¬следований создаваемых систем нейтрализации.
Доработка ЭКД и изготовление экс¬периментальных образцов СНОГМЕТ по доработанной КД.
Проведение доводочных испытаний системы нейтрализации с подтверждени¬ем требований ТЗ на соответствие экологическим требованиям классов 5 и 6 .
Обобщение и выводы по результатам проведения ПНИ.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Результатом работы будут: компьютерная модель системы нейтрализации; система накопления и хранения экспериментальной информации; опытные образцы систем нейтрализации , обеспечивающие выполнение требований международного стандарта Правил ООН №49-06 в части соответствия разработанного газового двигателя нового поколения норма экологических классов 5 и 6 .
Компьютерная модель должна:
- отражать современное представление о механизмах каталитической нейтрализации нормируемых компонентов отработавших газов на различных типах катализаторов;
- отражать процессы газодинамики, тепло- и массопереноса в системе нейтрализа¬ции;
Компьютерная модель должна обеспечивать проведение расчетов следующих параметров:
- газодинамического сопротивления выпускного тракта газового двигателя;
- профиля температур, расходов и концентраций токсичных компонентов по длине и сечению элементов СНОГМЕТ в зависимости от режимов работы газового двига¬теля;
- эффективности очистки СО, НС и NOx в зависимости от состава топливно- воздушной смеси, состава, расхода и температуры отработавших газов.
Компьютерная модель должна быть реализована в виде программного обеспечения расче¬тов на ПЭВМ в программной среде LabVIEW.
Система накопления и хранения экспериментальной информации должна:
- обеспечивать компьютерную и визуальную регистрацию результатов газового ана-лиза NO и NOx, хемилюминисцентным и полупроводниковым методами с точно¬стью, не ниже 5%.
- обеспечивать компьютерную и визуальную регистрацию концентрации углеводо-родов и метана отдельно с ошибкой измерения не более 5%;
- обеспечивать компьютерную и визуальную регистрацию концентрации CO, О2. СО2, с ошибкой измерения не более 5%;
- обеспечивать измерения температуры воздуха, топлива, блоков катализаторов с ошибкой не более 5%;
- обеспечивать измерения сопротивления выпускного тракта и отдельных элементов системы нейтрализации с ошибкой не более 5%;
- обеспечивать частоту сбора информации со всех датчиков системы не более 1 Гц;
- обеспечивать синхронизацию получаемых сигналов во времени с ошибкой не более 1%.
Для выполнения функций накопления и хранения информации должна быть прове-дена доводка программного обеспечения, а также проведена отладка и калибровка систе¬мы в процессе стендовых испытаний.
Экспериментальные образцы катализаторов должны соответствовать следующим требованиям:
- содержание благородных металлов должно не выше 1.1 г/дм (уменьшено на 5,0 и более процентов по сравнению с катализаторами аналогичного назначения);
- температурный диапазон работы катализаторов 250-4000С (расширен более, чем на 50оС и более по сравнению с катализаторами аналогичного назначения);
- газовая нагрузка - до 200.0 час-1 (увеличена на 30% по сравнению с катализаторами аналогичного назначения)
- ресурс работы катализаторов должен быть увеличен на меньше, чем на 10%, по сравнению с аналогичными катализаторами.
Для проведения экспериментальных исследований должны быть изготовлены экспе-риментальные образцы катализаторов следующих видов (типов):
• экспериментальный образец бифункционального катализатора моноблочно¬го типа на керамическом носителе с плотностью ячеек не менее 50 каналов на см2 катализатора для бифункциональной очистки на основе платино- родиевой композиции с добавками оксидов церия в количестве не более 1.1г/дм3;
• экспериментальный образец окислительного катализатора моноблочного типа на керамическом носителе с плотностью ячеек не менее 60 каналов на см для окисления СО, СН4, СН и NH3 на основе палладия (содержание должно быть уточнено в процессе испытаний); • экспериментальный образец катализатора селективного восстановления NOx моноблочного типа на керамическом носителе с плотностью ячеек не менее 60 каналов на см на основе оксидов титана и ванадия с добавками оксидов вольфрама и не содержащий благородных металлов.
Экспериментальные образцы СНОГМЕТ предназначены для испытаний в составе системы выпуска двигателя на газомоторном топливе. Должно быть изготовлено два вида экспериментальных образцов системы нейтрализации (вариант А и вариант Б).
Экспериментальный образец СНОГМЕТ - (вариант А) предназначается для газово¬го двигателя, работающего на обедненных газовоздушных смесях (Х<1) и должен вклю¬чать в себя: окислительный нейтрализатор для нейтрализации метана и CO и подсистему селективного восстановления оксидов азота раствором мочевины.
Экспериментальный образец СНОГМЕТ (вариант А) должен обеспечивать:
- очистку от НС- не ниже 70% при температуре 350 С;
- очистку от СО- не ниже 90% при температуре 350 С;
- очистку от NOx при температуре 350 С - не ниже 80%;
- газодинамическое сопротивление - не более 25 кПа.
Экспериментальный образец СНОГМЕТ (вариант А) должен функционировать в следующих условиях:
- расход отработавших газов (газовая нагрузка) - от 30.0 до 200,0 тыс. час-1;
- температура отработавших газов - от 100 до 550оС;
- концентрация NO - от 100 до 1000 ppm.;
- концентрация СН - от 100 до 1000 ррт;
- соотношение воздух/топливо в пределах 1.0-1.15.
Экспериментальный образец СНОГМЕТ (вариант Б) предназначен для газового двигателя, работающего при близком к стехиометрическому соотношению топливо воз-душной смеси ((Х=1,0±0,03) и должен включать в себя: бифункциональный нейтрализатор и систему регулирования топливовоздушной смеси в заданном выше диапазоне.
Экспериментальный образец СНОГМЕТ (вариант Б) должен и обеспечивать:
- совместную очистку NOx, НС и СО - не ниже 80% при температуре 350 С;
- максимальное газодинамическое сопротивление - не более 25 кПа. Экспериментальный образец СНОГМЕТ (вариант Б) должен функционировать в
следующих условиях:
- диапазон газовой нагрузки - от 30,0 до 200,0 тыс. час-1;
- диапазон температур отработавших газов - от 100 до 550 С;
- диапазон концентрации дисперсных частиц - от 0,1 до 1,0 г/м3 ед. Бош;
- диапазон концентрации NOх, СО и НС - от 100 до 1000 ppm.;
- соотношение воздух/топливо - 1,0 ±0.05.
Аналогов разрабатываемой системы нейтрализации для газового двигателя, работающего по термодинамическому циклу CTDC не существует. Подобный двигатель и система нейтрализации к нему разрабатывается впервые.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемая система нейтрализации отработавших газов предназначена для совместной работы с вновь разработанным газовым двигателем нового поколения и будут устанавливаться на большие городские автобусы и городские коммунальные машины массой свыше 5.5 тонн.
Эксплуатация автобусов и коммунальных машин с газовыми двигателями, удовлетворяющими перспективным требованиям по экологии предполагается в больших и малых городах.
Интерес к подобного рода автотранспортной технике проявляют страны ближнего зарубежья и страны Ближнего Востока

Текущие результаты проекта:
Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, мето-дической литературы по проблеме создания эффективной системы нейтрализации, обеспечивающего выполнение перспективных экологических норм
Обоснованы направления выполнения исследований и разработок
Проведены патентные исследования.
Разработаны базовые технические решения по конструкции экспериментальных образцов бифункциональной системы нейтрализации (СНОГМЕТ вариант Б) и системы нейтрализации для газового двигателя, работающего на обедненных смесях (СНОГМЕТ вариант А).
Проведены предварительные испытания газового двигателя с оценкой «сырых» выбросов и разработка исходных требований.
Разработана подсистема управления газовым двигателем нового поколения с целью достижения перспективных экологических норм по выбросам отработавших газов.
Проведены маркетинговые исследования потребительского рынка в области систем нейтрализации для автомобильной, тракторной и иной техники с ДВС, работающих на газомоторном топливе.
Разработана КД и изготовлены подсистемы подачи реагента - восстановителя для СНОГМЕТ (вариант А).
Изготовлены экспериментальные образцы бифункциональной системы нейтрализации.
Разработана компьютерная модель СНОГМЕТ для проведения компьютерного моделирования.
Разработана ЭКД для изготовления экспериментального образца бифункциональной системы нейтрализации (СНОГМЕТ вариант Б).
Изготовлены экспериментальные образцы бифункциональной системы нейтрализации (СНОГМЕТ вариант Б) и проведены предварительные испытания.
Опубликованы 4 статьи в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus.
Подготовлены 2 (две) патентные заявки, поданные по результатам исследований и разработок