Разработка сажевого фильтра с автономной системой активной регенерации для двигателей ММЗ, ЧТЗ, ЯМЗ.

Схема первой установки на моторном стенде, включающей системы фильтрации частиц и нейтрализации NOx.

Испытания полнопоточного сажевого фильтра в лаборатории ЧТЗ. Установка системы фильтрации на тракторе ЧТЗ Б-11.

Разработка собственного контроллера управления активной регенерацией сажевого фильтра.

блок управленияблок управления

датчик давления на впускедатчик давления на впуске

термопара до DOCтермопара до DOC

термопара после DOCтермопара после DOC

USB портUSB порт

индикация неисправностейиндикация неисправностей

дозированиедозирование

включение насосавключение насоса

датчик давления перед

фильтром

датчик давления перед

фильтром

CAN модульCAN модуль

датчик давления после

фильтра

датчик давления после

фильтра

сигнал частоты вращения с

генератора

сигнал частоты вращения с

генератора

Входные и выходные сигналы блока

управления

Схема лабораторной системы для испытаний в лаборатории ММЗ.

Первый вариант контроллера. Структурная схема.

Сборка системы на моторном стенде с двигателем Д-249.Параметры Д-249

число и расположение цилиндров четыре, рядное, вертикальное

рабочий объем цилиндров, л 4,75

диаметр цилиндра, мм 110

ход поршня, мм 125

степень сжатия (расчетная) 17±1

Номинальная мощность, кВт 140,0+2,0

Полезная мощность, кВт 132,3+2,0

Номинальная частота вращения, мин-1 2300

Удельный расход топлива при Neнои, г/кВтч

215+3%

Часовой расход топлива, кг/ч 30,1

Минимальный удельный расход топлива, г/кВтч

197+3%

Максимальный крутящий момент, Нм 710+2%

Крутящий момент при n=1000 мин-1 610+2%

Частота вращения при Мкрmax, мин-1 1200..1700

Давление наддувочного воздуха, МПа 0,16…2,0

Параметры сажевого фильтра НТЦ МСП.

Параметрыблок DOC

материал субстрата кордиеритгабариты 9” x 8”плотность ячеек 400покрытие Pt 35 г/фут куб.

блок сажевого фильтра DPFматериал субстрата карбид кремниягабариты 9” x 12”плотность ячеек 200 ячеек на кВ.

дюймпокрытие без покрытия

Основные результаты испытаний в лаборатории ММЗ.

Евро-5 по циклу ESC

№ режима обозначение режима

Режимная точка двигателядавление на впуске Pвп, кПа

n, мин-1 Mе, Nm

1 Х.Х. 100 800 122 A100% 120 1400 6903 В25% 220 1750 1754 В75% 200 1750 5155 A50% 200 1400 3556 A75% 170 1400 5157 A25% 160 1400 1758 В100% 250 1750 6909 В25% 150 1750 17510 С100% 250 2100 69011 С25% 190 2100 17512 С75% 240 2100 51513 С50% 2430 2100 355

Режимные точки цикла ESC для двигателя Д-249.

Параметры загрузки фильтра.-Начальное противодавление незагруженного фильтра-6 кПа.-Достигнутое противодавление загруженного фильтра- 23 кПа.Параметры режима максимального сажеобразования:-n=1600 мин-1-Ne=86 кВт-Me=500 Н*м-EGR=55% открытия клапана-Рвп=220 кПа-Дымность на режиме максимального сажеобразования 45%.

Запуск регенерации со 100% подачей топлива на режиме двигателя:-n=1600 мин-1-Me=500 Н*м-EGR=16% открытия клапана-Рвп=220 кПа-Установившееся противодавление сажевого фильтра по окончании процесса регенерации -8 кПа-Установившиеся максимальные температуры: на входе в DOC 368 C, на выходе DOC 642 C (∆t=274 С).

Основные выводы по результатам испытаний.

- Эффективность сажевого фильтра достаточна для выполнения требований евро-5.- Работа каталитической части сажевого фильтра характеризуется максимальным перепадом температур ∆t=274 С на DOC.-Остаточное (после регенерации) повышение противодавления относительно нового фильтра составляет 2 кПа.- Конфигурация системы обеспечивает процесс регенерации как в непрерывном, так и в импульсном режимах.

В процессе регенерации выявлено неравномерное распределение потока топлива по сечению блока DOC- температура в центре потока на выходе DOC 700 C, температура в периферийной зоне 500 С (замер произведен поперечным перемещением термопары). Разборка сажевого фильтра подтвердила предположение о неравномерности потока. Проблема нарушения факела распыла форсунки при низких расходах была решена изменением расходной характеристики форсунки.

Проект разработки автономной системы снижения выбросов для ретрофитинга.

Основные требования к автономной системе снижения выбросов:- минимальный набор компонентов под конкретное применение;- простота монтажа компонентов (желательно обойтись без резки-сварки системы выпуска);- автономность функционирования (отсутствие необходимости внедрения в штатную систему управления двигателем)- минимальное обслуживание в эксплуатации-наличие индикатора режимов работы системы, сигнализатора аварийных ситуаций- возможность выбора вариантов конструктивного исполнения

Вариант системы выпуска с раздельными компонентами.

Компактный вариант системы выпуска с интегральным глушителем-нейтрализатором – сажевым фильтром.

Проект разработки автономной системы снижения выбросов для ретрофитинга.

Блок управленияБлок управления

Топливный насосТопливный насос

+ форсунка+ форсунка

Сажевый фильтрСажевый фильтр

ТермопарыТермопары

Входной патрубокВходной патрубок

Единый модульЕдиный модуль

Прототип автомобильной системы с размещением компонентов регенерации на одном кронштейне.

Проект разработки автономной системы снижения выбросов для ретрофитинга.

Преимущества системы «на одном кронштейне»:1. Минимальные объем установочных работ и степень изменения конструкции машины. В результате обеспечивается возможность быстрой установки системы на транспортное средство на любом этапе его жизненного цикла – от монтажа на сборочном конвейере до переоборудования эксплуатируемой техники для продления срока эксплуатации.2. Максимальная гибкость в выборе компонентов системы для конкретного транспортного средства под конкретные требования законодательства.3. Гибкость в выборе модели управления – от полностью независимой (от системы управления двигателя) программной реализации алгоритма до обеспечения необходимой степени интеграции.4. Автономность системы обеспечивает простую диагностику и быструю локализацию неисправностей.

Проект разработки автономной системы снижения выбросов для ретрофитинга.

Пока стандарты распространяются только на новую технику. Однако, можно предположить, что в скором времени появится спрос и в нише модернизации действующей техники. Оснащение автономными комплектами дополнительных систем парка машин позволит быстро и экономически эффективно решить локальную проблему загрязнения конкретной географической области или промышленной/строительной зоны.Кроме того, с помощью такого комплекта можно быстро и с малыми затратами на НИОКР модернизировать «конвейерную» машину.