ВВЕДЕНИЕ

Проблема исследования в курсовой работе

В современном мире все больше и больше внимания уделяется экологической устойчивости и эффективности в автомобильной индустрии. Дизельные двигатели, несмотря на их преимущества в плане экономичности и мощности, стали объектом особого внимания в связи с их влиянием на окружающую среду. В связи с этим, строгие экологические требования к дизельным двигателям стали неминуемостью.

Одной из ключевых проблем, связанных с дизельными двигателями, является их выброс вредных веществ. Оксиды азота (NOx) и твердые частицы вредно влияют на атмосферу и здоровье людей. Поэтому производители автомобилей сталкиваются с необходимостью разработки и усовершенствования технологий, которые способны снизить выбросы вредных веществ, чтобы соответствовать экологическим нормам.

Одним из путей решения этой проблемы является использование систем очистки отработавших газов, таких как селективная каталитическая редукция (SCR) или сажевые фильтры. Эти системы способны значительно снизить выбросы вредных веществ, обрабатывая газы, которые проходят через выхлопную систему. Однако, внедрение этих технологий связано с рядом ограничений, таких как дополнительные расходы на производство и обслуживание, а также потеря мощности и эффективности двигателя.

Тем не менее, дизельные двигатели все еще остаются привлекательным выбором для многих автолюбителей. Из-за их хорошей экономичности и дальности хода, эти двигатели пользуются популярностью в сегменте легковых автомобилей и коммерческого транспорта. Для производителей автомобилей это означает, что они должны продолжать работать над разработкой и совершенствованием дизельных двигателей, чтобы они соответствовали современным экологическим требованиям, не уступая по производительности и экономичности.

Сроки выполнения курсовой работы

01.09.2023 – 30.12.2023.

Место выполнения курсовой работы

УЛК - 1, Кафедра химии и экологии (г. Набережные Челны, проспект Мира, д. 68/19).

Актуальность темы

Актуальность темы данной работы обусловлена большим объемом накопления отработавших газов, связанных с дизельными двигателями, которые можно уменьшить, используя сажевые фильтры.

Цель и задачи курсовой работы

Цель работы заключается в исследовании и анализе мониторинга «Загрузка дизельного сажевого фильтра». Основной упор будет направлен на описание и оценку существующих методов и подходов к мониторингу, оценке качества и управлению загрузкой дизельного сажевого фильтра.

Задачи, решаемые в данной курсовой работе:

1. Провести анализ научных публикаций по загрузке дизельного сажевого фильтра;
2. Представить результаты патентного поиска в области фильтрации ТЧ дизельным сажевым фильтром;
3. Изучить перспективный облик дизельного сажевого фильтра для дизельного грузового АТС;
4. Изучить перспективный облик системы обработки отработавших газов для дизельного грузового АТС в соответствии со стандартами EURO V и EURO VI;
5. Разработать блок-схемы алгоритма мониторинга применения DPF на основе адекватной калибровки загрузки сажевого фильтра;
6. Представить прогноз повышения эффективности применения DPF на основе адекватной калибровки загрузки сажевого фильтра.

Объект исследования

Объект исследования данной курсовой работы представляют собой дизельный сажевой фильтр.

Предмет исследования.

Предметом исследования данной курсовой работы является система мониторинга и управления отходами, связанными с процессом загрузки дизельного сажевого фильтра.

Методы выполнения курсовой работы

• сбор и анализ данных из различных источников по теме курсовой работы;
• изучение перспективного облика системы обработки отработавших газов для дизельного грузового АТС в соответствии со стандартами EURO V и EURO VI;
• разработка блок-схемы мониторинга применения DPF на основе адекватной калибровки загрузки сажевого фильтра;
• представление прогноза повышения эффективности применения DPF на основе адекватной калибровки загрузки сажевого фильтра.

Практическая значимость согласно КР

Практическая значимость данной работы состоит в изучении оценки качества дизельного сажевого фильтра, продолжении работы над разработкой и совершенствованием дизельных двигателей, чтобы они соответствовали современным экологическим требованиям, не уступая по производительности и экономичности. 

Компетенции по курсовой работе

При выполнении курсовой работы по направлению подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» предусматривается освоение следующих компетенций:

1.    ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1                    Загрязнение атмосферного воздуха автотранспортными средствами

Автотранспортные средства (АТС) при движении загрязняют атмосферный воздух отработавшими газами (ОГ) двигателей, картерными газами, испарениями топлива и трансмиссионных масел, пылью и аэрозолями, образующимися при износе дорожного полотна, шин, тормозных колодок и дисков сцепления. Кроме того, при перевозке некоторых видов грузов также выделяются многочисленные загрязнения. Попав в атмосферу, эти вещества могут при определенных метеоусловиях образовывать новые токсичные соединения, подчас более опасные, чем исходные компоненты. Наиболее яркий пример – взаимодействие углеводородов и окислов азота при наличии солнечного света. В этом случае в атмосфере интенсивно образуются и накапливаются озон, кислородсодержащие углеводороды (альдегиды, кетоны), соединения азота с углеводородами (пероксиацилнитраты – ПАН) и другие загрязнители, которые, вступая в реакцию с водяным паром, могут образовывать смог [1].

Выбросы токсичных веществ автотранспортом составляют ежегодно 28 - 39 млн. тонн. При этом доля мототехники и легковых автомобилей составляет около 5%, автобусов – 16 %, а остальная часть - выбросы двигателей грузовых автомобилей. Для сравнения - выбросы токсичных веществ автопарком США составляют немногим более 46 млн. т. в год, хотя численность его в 7 раз больше, чем у нас.

Проблема загрязнения воздуха автотранспортом особенно остро стоит в крупных городах, где его доля может достигать 90% от общей суммы токсичных выбросов. В последнее время, в связи с ростом частного сектора автопарка, загрязненность воздуха городских улиц достигает величин, в несколько раз превышающих допустимый санитарный уровень. Такое сложное положение обуславливает необходимость ясного осознания существа проблемы и тщательного изучения способов, которые могут снизить количество вредных выбросов автотранспортом.

По данным аналитиков INRIX на планете эксплуатируется уже более 1,5 млрд автомобилей. К похожим результатам (1,3 млрд) пришли эксперты автомобильного журнала Ward’s.

На долю азиатских стран приходится треть всех автомобилей, Европа занимает второе место по объему транспорта, а США – третье.

По прогнозам, уже к 2030 году мировой автопарк достигнет 2 млрд единиц. Мировой уровень автомобилизации еще пару лет назад составлял более 180 машин на 1 тыс. человек. Самое большое число автомобилей – у китайцев.

По данным аналитического агентства «Автостат» на начало 2022 года в РФ было зарегистрировано 45,5 млн легковых автомобилей. Это составляет 76,3 % от общего количества транспортных средств (59,6 млн ед.).

Автотранспорт – один из наиболее опасных источников химического загрязнения атмосферы. Автомобили находятся на «почетном» месте, на их долю приходится около 90 % общего объема вредных примесей, поступающих в атмосферу от всех видов транспорта.

В транспортном секторе именно автомобильный транспорт является крупнейшим источником выбросов СО2, приближающим глобальное потепление [2].

Выбросы ДВС представляют собой многокомпонентную смесь отработавших газов (ОГ) и твердых веществ, в которой присутствует немало канцерогенов, а из безопасных – только водяной пар.

Основные компоненты, поступающие в атмосферу при сжигании бензина и дизельного топлива в работающих двигателях:

углекислый газ;

оксиды серы и азота;

сажа;

соединения свинца;

альдегиды;

углеводороды (в том числе канцерогенный и крайне опасный бензапирен).

Основной автопарк сконцентрирован в мегаполисах. В некоторых городах объем выбросов автотранспорта преобладает над выбросами от стационарных промышленных источников, а уровень загрязнения воздуха превышает нормативы ПДК.

Чернецов Д.А. Токсичность отработавших газов дизелей и их антропогенное воздействие. - ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», 2010

Влияние выхлопных газов на организм людей. — [Электронный ресурс]. URL:https://otravlenye.ru/vidy/himicheskie/vliyanie-vyhlopnyh-gazov-na-organizm-lyudej.html#i

Вяткин М. Ф., Куимова М. В. О влиянии выхлопных газов автомобилей на здоровье человека // Молодой ученый. — 2015. — №10. — С. 87-88. — URL:https://moluch.ru/archive/90/19172/

Сексенбаева, Р. Б. К вопросу о составе отработавших газов дизелей / Р. Б. Сексенбаева, Н. А. Данияров, А. З. Жалгасбеков, Ж. С. Минбаев. — Текст: непосредственный // Технические науки: теория и практика : материалы II Междунар. науч. конф. (г. Чита, январь 2014 г.). — Т. 0. — Чита : Издательство Молодой ученый, 2014. — С. 75-77. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/88/4536/ (дата обращения: 07.12.2023).

Звонов В. А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. — М.: Машиностроение, 1973. — 190с.

Третьяк Л.Н., Вольнов А.С., Косых Д.А. Состав и концентрации твердых частиц в отработавших газах как критерии технического состояния двигателей внутреннего сгорания // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-21. – С. 4625-4634

Устройство сажевого фильтра и принцип работы// URL: https://znanieavto.ru/gazy/sazhevyj-filtr.html

ГОСТ 32511–2013 (EN 590: 2009). Международный стандарт. Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия. Введ. 2015–01–01. М. : Стандартинформ, 2014 19 с.

Дизельные двигатели: между экологическими требованиями и ограничениями// URL: https://farcopoff.ru/dizelnye-dvigateli-mezhdu-ekologicheskimi-trebovaniyami-i-ogranicheniyami

https://dieselok.md/about/articles/kak-prodlit-jizn-sajevomu-filtru/

Устройство автомобиля. Конструкция, строения, узлы и агрегаты автомобиля// URL: https://znanieavto.ru/gazy/sazhevyj-filtr.html

https://chiprussia.ru/articles/sazhevogo-filtr-dpf-fap/

Поливянчук А.П. Анализ условий регенерации дизельного сажевого фильтра для обоснования химизма выгорания сажи https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-usloviy-regeneratsii-dizelnogo-sazhevogo-filtra-dlya-obosnovaniya-himizma-vygoraniya-sazhi

Дорж, Оюунчимэг. Некоторые результаты испытаний по снижению токсичных выбросов дизельных двигателей / Оюунчимэг Дорж, Должинсурэн Батжаргал. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 18 (465). — С. 36-39. — URL: https://moluch.ru/archive/465/102375/.

Аукин А.А. К теории силовой очистки отработавших газов дизельных двигателей от сажевых частиц // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2017

Патент RU2628817C2: Система дизельного сажевого фильтра для двигателя-генератора https://yandex.ru/patents/doc/RU2628817C2_20170822

Патент RU2741531C2: Способ регенерации фильтра твёрдых частиц выпускной системы двигателяhttps://yandex.ru/patents/doc/RU2741531C2_20210126

Патенты RU200258U1: Комбинированный сажевый фильтр для дизельных двигателей внутреннего сгорания https://patents.google.com/patent/RU200258U1/ru

Патент RU 2258815: Двухступенчатый сажевый фильтр отработавших газов дизеля https://findpatent.ru/patent/225/2258815.html

https://oiler.pro/ua-ru/blog/vklucenie-regeneracii-sagevogo-filtra/

Строков, А.П. Современные методы очистки отработавших газов от твёрдых частич / А.П. Строков, А.Н. Кондратенко // Двигатели внутреннего сгорания. - 2010. -№2. - С.99-103.

Оберемок В. А. Современные методы и средства снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей / В. А. Оберемок, А.В. Жученко, А.М. Аванесян, А.А. Аукин // - Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2016. - № 9 (123).

Чернецов, Д. А. Оптимизация параметров комбинированного устройства снижения токсичности отработавших газов дизелей/ Д.А. Чернецов, В.П. Капустин// Тракторы и сельхозмашины. - 2013. - №3. - С. 5-8.