Материал: 2363
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
Патент «Способ уменьшения вредных выбросов с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания». Относится к двигателестроению. Способ уменьшения вредных выбросов с отработавшими газами ДВС путем использования каталитических покрытий на поверхностях деталей камеры сгорания двигателя в качестве катализатора использует состав, содержащий, мас. %: серпентин 77-86%; хлорит 2 -3%; магнетит 1-2%; амфибол 1,5-2%; амакинит 1-2%; магнезит 1-2%; кальцит 0,5-1%; рентгеноаморфная фаза 8-10%. Изобретение позволяет уменьшить токсичность выхлопных газов.
Задачей является создание эффективного и недорогого способа уменьшения токсичности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Технический результат, который может быть получен при осуществлении метода, заключается в снижении содержания токсичных компонентов в отработавших газах в процессе работы двигателя с одновременной экономичностью процесса. Этот технический результат достигается тем, что в известном способе уменьшения токсичности выхлопных газов ДВС, включающем контакт катализатора и топливной смеси в камере сгорания, в качестве катализатора используют состав, содержащий следующее (смотри табл.1).
Таблица 1 – Фазовый состав порошка и его процентное содержание
Фазовый состав порошка. |
Химическая формула |
Содержание, % |
|
|
|
|
Выявленная фаза |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Серпентин (лизардит и хризотил) |
Mg6[Si4O10](OH)8 |
77-86 |
|
|
|
|
Амакинит |
(Mg,Fe)(OH)2 |
1-2 |
|
|
|
|
Амфибол |
Ca2(Mg,Fe)5(Si,Al)8O22(OH)6 |
1,5-2 |
|
|
|
|
Магнетит |
Fe3O4 |
1-2 |
|
|
|
|
Хлорит |
(Mg,Al,Fe)12[(Si,Al)8O2](OH)16 |
2-3 |
|
65 |
|
|
Кальцит |
CaMg(CO3)2 |
0,5-1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
||||
Магнезит |
MgCO3 |
1-2 |
|
|
|
|
Рентгеноаморфная фаза |
|
7-10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Механизм образования каталитического покрытия на деталях камеры сгорания с использованием предлагаемого состава следующий. Состав изготавливается в виде порошка дисперсностью не более 10 мкм. Он используется в колич естве 0,005-0,01% на один литр масла, используемого для смазки двигателя. Нужное количество состава вводится в 100-200 мл масла, применяемого для данного вида двигателя, и размешивается до получения однородной консистенции. Затем полученную смесь выливают в заранее разогретый двигатель (до 60-70°С) через масляную горловину или отверстие для масляного щупа. Запускают двигатель на холостом ходу в течение 1,5-2 часа или автомобиль должен проехать не менее 50 км. При работе двигателя масло доставляет состав в различные пары трения, в том числе цилиндр - поршень. Благодаря эффекту избирательного переноса (Открытие №41, СССР) на поверхностях трения образуется защитный слой.
Избирательный перенос – это особый вид трения, который обусловлен самопроизвольным образованием в зоне контакта тонкой не окисляющейся пленки с низким сопротивлением сдвигу и неспособной наклепываться. Введение в смазочный материал предлагаемого состава реализует эффект безызносности, проявляющийся в том, что на трущихся поверхностях деталей в процессе работы формируется сервовитная пленка из введенных в смазку материалов. Это вещество не уносится из зоны трения, а лишь поступает туда и удерживается там, то есть обладает свойствами сохранности. Толщина пленки достигает 1-4 мкм. Электрический заряд частиц износа возвращает эти частицы в зону контактного взаимодействия поверхностей.
Образование защитной пленки (в данном случае каталитической пленки) в процессе трения обусловлено его созидательным характером, определенным интенсивностью обмена узла
трения с внешней средой энергией и веществом, а также коллективным поведением ионов |
|
Техника и технологии строительства, № 1(9), 2017 |
http://ttc.sibadi. |
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
активированного материала. Свойства сервовитной пленки, образующейся в процессе трения, иные, чем у исходного материала.
При контактировании с нагретой каталитической поверхностью (сервовитной пленкой) происходит более быстрое и полное сгорание углеводородов, входящих в состав топлива, а также более полное сгорание продуктов неполного окисления углеводородов топлива в сравнении с отсутствием каталитического покрытия. Кроме этого, повышается и выравнивается компрессия по цилиндрам двигателя.
Пример конкретного выполнения способа.
Для испытания использовали автомобиль OPEL ASTRA с пробегом 106540 км. Вакуумную диагностику двигателя осуществляли как до, так и после обработки двигателя предлагаемым составом. В прогретый двигатель до 70 °С в масляную горловину залили 200 мл масла, содержащего 0,4 г состава. После этого двигатель проработал на холостом ходу два часа. Газовую смесь на выходе выхлопной трубы контролировали на содержание оксида углерода газоанализатором марки АФА-121 и на содержание углеводородов газоанализатором марки УГ- 2. В табл. 2 даны результаты содержания оксида углерода и углеводородов, а также изменения компрессии при различных пробегах автомобиля.
Таблица 2 – Содержание оксида углерода и углеводородов и изменение компрессии
Пробег, км |
106540 |
106632 |
106900 |
107870 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Выхлопные газы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
СО |
1,2-1,7% об. |
0,06% об. |
0,06% об. |
0,01% об. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
СО2 |
14% об. |
14% об. |
13,7% об. |
14% об. |
|
|
|
|
Углеводороды |
0,32% об. |
0,22% об. |
0,19% об. |
0,13% об. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O2 |
0,48% об. |
0,25% об. |
0,38% об. |
0,51% об. |
|
|
|
|
66 |
|
|||||||
Компрессия по цилиндрам |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
9.00 |
14.40 |
14.9 |
14.9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
6.50 |
14.40 |
14.8 |
15.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
12.50 |
14.40 |
14.8 |
15.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
14.40 |
14.40 |
14.9 |
15.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сущность каталитического воздействия предлагаемого состава заключается в том, что при введении этого состава в систему смазки двигателя внутреннего сгорания под действием сил трения на поверхностях деталей камеры сгорания происходят физико-химические и структурные превращения, приводящие к образованию соединений, обладающих эффективным каталитическим действием в процессе окисления оксида углерода и углеводородов. Кроме того, увеличение и выравнивание компрессии в цилиндрах способствует более эффективному сгоранию топливной смеси [5].
Заключение
Установка каталитических нейтрализаторов на автомобильную технику позволяет значительно снизить выбросы отработавших газов и уложиться в экологические требования ЕВРО-3 и выше. На основании проведенного обзора катализаторов можно сделать вывод, что наиболее перспективным является использование каталитических покрытий камеры сгорания. Данный метод позволяет значительно снизить концентрацию вредных веществ в отработавших газах. Патент «Способ уменьшения вредных выбросов с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания» является наиболее эффективным и исключает недостатки рассмотренных выше патентов. Использование предлагаемого состава в ДВС позволит снизить концентрацию токсичных веществ в отработавших газах в 3-5 раз, снизить износ узлов трения в 3-4 раза, уменьшить потери на трение в 2-3 раза.
Научный руководитель к.т.н., доцент А.Л. Иванов
|
|
Техника и технологии строительства, № 1(9), 2017 |
http://ttc.sibadi. |
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
Библиографический список
1.Артюхов В.В., Мартынов А.С. Системная методология оценки устойчивости природноантропогенных комплексов: теория, алгоритмы, количественные оценки. 2013. – 142 c. – Электр. ресурс,
URL: http://www.sci.aha.ru/ots/Metodology.pdf, www.sci.aha.ru (07.02.2016)
2.Темкин О.Н. Промышленный катализ и экологически безопасные технологии / О. Н Темкин // Соросовский образовательный журнал. – 1996. – №10. – С. 42–50.
3.Попова Н.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств. – М.: Химия,
1991.– 176 с.
4.Третьяков В.Ф. Каталитические системы для очистки водорода от СО для топливных элементов / В.Ф. Третьяков, Т.Н. Бурдейная, Л.А. Березина, Любушкин Р.А // Химия в интересах устойчивого развития.
–2005. – № 13. – С. 823–829.
5.Пат. 2301348 РФ : МПК F02В5 1/02 Способ уменьшения вредных выбросов с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания / В.Н. Дураджи, Ю.В. Дураджи : заявл. 14.07.2005 ; опубл. 05.02.2007.
6.Пат. 2163677 РФ : МПК F 02 В 47/04 : Способ каталитической нейтрализации отработавших газов в
цилиндрах в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления / К. А.
Кошарко ; заявл. 02.08.1999 ; опубл. 27.02.2001.
7. Пат. 2069774 РФ : МПК F02В 52/02 : Способ работы двигателя внутреннего сгорания и каталитическая композиция для его осуществления / В.Б. Мельников, В.А. Гороховский, В.И. Родионов :
заявл. 03.04.1994 ; опубл. 27.11.1996.
NON-TRADITIONAL USE OF CATALYTIC COATINGS IN THE COMBUSTION
CHAMBER TO IMPROVE THE ENVIRONMENTAL SAFETY OF ICE
A.A. Polynskaya, P.V. Litvinov
Annotation. The article considers ways of neutralizing exhaust gases with the help of catalysts. The review of available catalysts is carried out. A patent search was carried out, but the basis of this method was chosen to apply the catalytic coating in the combustion chamber as the most effective.
Keywords: internal combustion engine (ICE), combustion chamber, catalyst, environmental safety. |
|
67 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полынская Алена Андреевна (Россия, Омск) – |
магистрант группы ЭТКм – 16 Т2 ФГБОУ ВО |
||||
«СибАДИ» (644014. г. Омск ул. 2-я Поселковая 1/3, 79136661274@yandex.ru). |
|
|
|
|
|
Литвинов Павел Васильевич (Россия,Омск) – аспирант ОМГУПС (Омский Государственный |
|||||
университет путей и сообщений), (644020 Омск ул. Серова 20/5 комната 86, P_vasilich55@mail.ru). |
|
|
|
|
|
Alina Andreevna Polynskaya (Russia, Omsk) - master student of the group ETKM - 16 T2 of The Siberian |
|||||
State Automobile and Highway University (SibADI) |
(644014. Omsk 2 st Poselkovaya Street |
1/3, |
|
|
|
79136661274@yandex.ru). |
|
|
|
|
|
Litvinov Pavel Vasil’evich (Russia, Omsk) - postgraduate student of the Omsk State Transport University (OSTU), (644020 Omsk Serova Street 20/5 room 86, p_vasilich55@mail.ru).
References
1.Artyukhov VV, Martynov AS System methodology for assessing the sustainability of natural-anthropogenic complexes: theory, algorithms, quantitative estimates. 2013.-142 c. - Electr. Resource, URL: http://www.sci.aha.ru/ots/Metodology.pdf, www.sci.aha.ru (07.02.2016)
2.Temkin ON Industrial catalysis and environmentally friendly technologies / O. N Temkin // Soros Educational Journal. - 1996. - №10. - P. 42-50.
3.Popova N.M. Catalysts for purifying gas emissions from industrial production. - Moscow: Chemistry, 1991. -
176 p.
4.Tretyakov VF, Burdeynaya TN, Berezina LA, Lyubushkin RA Catalytic systems for hydrogen purification from CO for fuel cells // Chemistry for Sustainable Development. - 2005. - No. 13. - P. 823-829.
5.http://www.findpatent.ru/patent/230/2301348.html
6.Patent of the Russian Federation No. 2163677, F02B 47/04.
7.Patent of the Russian Federation No. 2069774, F02B 52/02.
8.Technical Regulations of the Customs Union "On the Safety of Wheeled Vehicles" 2011
|
|
Техника и технологии строительства, № 1(9), 2017 |
http://ttc.sibadi. |
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
УДК 621.43
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
А.А. Проскурин
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ), Россия, г. Омск
Аннотация. В данной статье рассмотрен конструктивный обзор современных коленчатых валов. Представлен расчёт на прочность, позволяющий конструировать коленчатые валы с высокой точностью. Также описаны методы упрочнения, позволяющие во много раз повысить прочность коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. Большая жесткость обеспечивает более благоприятные условия работы блок-картера, коренных подшипников и самого коленчатого вала. Коленчатый вал представляет собой многоопорную статически неопределимую конструкцию, имеющую сложную форму и
загруженную пространственной системой переменных сил. |
|
Ключевые слова: двигатель, коленчатый вал, кривошип, вал, шейка, уравновешенность |
|
двигателя. |
|
Введение |
|
Коленчатый вал, воспринимая переменные по величине и направлению газовые и |
|
инерционные силы и их моменты, подвергается деформациям изгиба и кручения, а также |
|
деформациям от изгибных и крутильных колебаний, неизбежно имеющим место при работе |
|
двигателя. Все это может приводить к усталостным разрушениям элементов коленчатого вала. |
|
По этим причинам коленчатый вал современного форсированного двигателя является |
|
одной из наиболее часто повреждаемых деталей. |
|
Конструктивные особенности коленчатых валов |
68 |
В качестве материалов для изготовления коленчатых валов двигателей используют стали |
45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА. Для коленчатых валов двигателей с искровым зажиганием достаточно широко используют серые и ковкие чугуны. Преимуществами чугунных валов являются меньшая стоимость, снижение припусков на механическую обработку и экономия стального проката. Однако в дизелях они в настоящее время не получили широкого распространения, так как предел выносливости чугуна существенно ниже, чем стали, и поэтому при ограниченных размерах элементов вала сложно обеспечить в дизеле требуемый запас прочности.
При конструировании вала широко используют статистические данные по относительным размерам элементов вала (рис. 1) для различных категорий двигателей.
Валы устанавливают обычно на подшипники скольжения. Применение подшипников качения возможно в конструкциях коленчатых валов как составных (рис. 2а), так и монолитных
(рис. 2б) [1].
Коленчатые валы современных двигателей в большинстве случаев выполняют полноопорными. Такая конструкция вала обеспечивает большую жесткость, а тем самым и более благоприятные условия работы блок-картера, коренных подшипников и самого коленчатого вала.
В ряде зарубежных и отечественных V-образных двигателей шатунные шейки одноименных цилиндров левого и правого рядов делают автономными со сдвигами друг относительно друга на угол S для того, чтобы обеспечить равномерное чередование рабочих ходов. Огромное влияние на надежность работы коленчатого вала оказывают несоосность коренных опор блока и биение коренных шеек вала.
|
|
Техника и технологии строительства, № 1(9), 2017 |
http://ttc.sibadi. |
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
Рисунок 1 – Размеры элементов коленчатого вала
69
Рисунок 2 – Установка составного (а) и монолитного (б) коленчатого вала на подшипники качения
Исследованиями НАТИ установлено, что при несоосности коренных опор блока, не выходящей за пределы, оговоренные техническими условиями, запас прочности вала уменьшается не более чем на 13%. При несоосности, превосходящей эти пределы, запас прочности резко уменьшается, достигая 30-50% при эксцентриситете 0,1-0,15 мм. Аналогичный эффект наблюдается и при неравномерном износе пары шейка вала – подшипник. При этом большее влияние на прочность коленчатого вала оказывает несоосность коренных опор, чем коренных шеек. Так, исследования ПАТИ показали, что при неравномерности износа подшипников 0,05-0,06 мм возникает реальная опасность поломки коленчатого нала [2].
Особенностью конструкции коленчатых валов современных двигателей является относительно большой диаметр коренных н шатунных шеек, что приводит к перекрытию шеек и способствует повышению изгибной жесткости коленчатого вала. В шатунных шейках делают полости – уловители механических частиц. Эти полости уменьшают неуравновешенную массу кривошипа, что позволяет несколько снизить и массу противовесов.
Щеки вала выполняют эллиптическими, прямоугольными или круглыми. При выборе формы щеки особое внимание должно быть уделено тому, чтобы максимально рационально использовать металл за счет элементов щеки, не передающих усилий сопряженным шейкам. В
|
|
Техника и технологии строительства, № 1(9), 2017 |
http://ttc.sibadi. |