2.5.2. Фильтры для улавливания дисперсных частиц
Среди фильтрующих материалов предпочтение отдают керамике, позволяющей получить максимальную фильтрующую поверхность в единице объема при выполнении жестких требований, предъявляемых к рабочим температурам, прочности, долговечности, а также экономическим показателям (табл. 2.7).
Таблица 2.7
Характеристика фильтрующего материала
Характеристика материала |
Показатель |
Состав |
SiO2 |
Структура |
Волокнистая |
Средний размер волокон, мкм |
1-10 |
Средний размер пор, мкм |
20 |
Пористость, % |
90-92 |
Объемная плотность, г/см3 |
0,25 |
Прочность на сжатие, кг/см2 |
10 |
Температура разрушения, К |
1500 |
Коэффициент линейного расширения, м/К |
5.10– 7 |
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м ∙ К) |
0,1 |
При использовании фильтров возникают проблемы обеспечения их эффективной работы из-за быстрого заполнения пор частицами сажи. Предотвратить это можно, если применять систему регенерации от накопленной сажи: термическую (внешний подогрев отработавшими газами, пламенем) или каталитическую активацию горения сажи. Второй вариант значительно упрощает систему регенерации, сводя ее только к системе аварийного отключения фильтра при недопустимо высоком сопротивлении.
В числе каталитических активаторов горения сажи используют металлокерамические соединения и активаторы на основе железа, цезия, марганца, при наличии которых обеспечивается надежная регенерация фильтра при температурах отработавших газов 600-650К. Концентрация активаторов горения сажи в топливе составляет 0,02%.
Обычно в дизелях фильтр частиц устанавливают в комбинации с нейтрализатором (фильтр-нейтрализатор) или с глушителем (рис. 2.20).
Рис. 2.20. Схемы каталитического (а), комбинированного (б),
адсорбирующего (в) нейтрализаторов
2.5.3. Использование новых рабочих процессов и видов энергоресурсов
В числе перспективных рабочих процессов двигателей выделяют процесс переобеднения смеси, то есть работу в диапазоне коэффициентов избытка воздуха 1,4-1,6. В этом случае даже при отсутствии нейтрализатора отработавших газов можно существенно снизить выброс токсичных веществ в широком интервале эксплуатационных нагрузок.
Существенное снижение выбросов транспортных средств можно обеспечить в случае использования альтернативных топлив (табл. 2.8).
Таблица 2.8
Выбросы вредных веществ автомобилем ГАЗ-2410 при работе
на разных топливах
Вид топлива |
СО, г/км |
СхНу, г/км |
NОx ,г/км |
СО2, кг/км |
Бензин АИ-93 |
10,3 |
2,17 |
2,25 |
2,1 |
Сжиженный нефтяной газ |
4,7 |
1,19 |
2,15 |
2,0 |
Сжатый природный газ |
2,1 |
1,11 |
2,1 |
1,9 |
Бензин + водород |
0,74 |
0,69 |
1,11 |
0,42 |
Водород |
0 |
0 |
0,62 |
0 |
Метанол |
6,92 |
1,14 |
1,09 |
0,35 |
Метанол + синтез-газ |
1,24 |
0,62 |
0,89 |
0,26 |
Синтез-газ |
0 |
0,1 |
0,57 |
0,19 |
Перспективным считается, например, применение диметилэфира (ДМЭ) в качестве топлива для городских дизельных автомобилей и автобусов. При нормальных условиях ДМЭ находится в газообразном состоянии и по физическим свойствам сходен со сжиженным нефтяным газом. При использовании ДМЭ возможна реализация в двигателе с воспламенением от сжатия эффективного процесса сгорания с очень низким уровнем выбросов вредных веществ и шума. Диметилэфир имеет период полураспада менее суток и распадается на углекислый газ и воду, не загрязняя атмосферу. Однако возникают экономические проблемы с промышленным получением этого вида моторного топлива.