Минобрнауки России - Нижегородский государственный
advertisement
2 3 РЕФЕРАТ Отчет: 180 стр., 11 рис., 12 табл., 72 источника. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, ДИЗЕЛЬ, ВОДОРОД, КАРБАМИД, СЕЛЕКТИВНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ КАТАЛИЗАТОР, ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ КАТАЛИЗАТОР, ФИЛЬТР-НЕЙТРАЛИЗАТОР. Объектом работы являются макеты типовых перспективных систем нейтрализации ОГ дизеля, использующие в качестве восстановителя оксидов азота водород и карбамид, а для пассивной регенерации фильтра частиц диоксид азота, формируемый в окислительном каталитическом нейтрализаторе. Цель работы – обеспечение экологических стандартов Евро-5 и Евро-6 при эксплуатации отечественных автомобилей и другой техники, оснащенной двигателями внутреннего сгорания для защиты окружающей среды от воздействия вредных выбросов. В отчете приведены результаты анализа и обобщения теоретических и экспериментальных исследований процессов нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов. Даны конкретные рекомендации по использованию результатов исследований при создании ПСН и основных элементов ПСН, обеспечивающих выполнение дизельным двигателем внутреннего сгорания экологических норм Евро-5. Показано, что созданные с учетом этих рекомендаций макеты типовых ПСН (варианты А и Б) обеспечивают в составе 4-тактного дизельного двигателя экологического класса 4 мощностью порядка 100 л.с. при испытаниях на стационарных режимах в диапазоне требований Правил ЕЭК ООН №49 выполнение перспективных экологических требований Евро-5, в том числе, за счет снижения: СО на 86% (по ТЗ не менее 60%); СН на 77% (по ТЗ не менее 60%); NOx на 63% для варианта А и на 70% для варианта Б (по ТЗ не менее 60%); ДЧ на 75% (по ТЗ не менее 65%). Разработана техникоэкономическая оценка результатов НИР на основании структуры и эффективности ПСН двух вариантов и характеристик образующих ее 4 компонентов. Разработана технико-экономическая оценка конкурентоспособности создаваемых ПСН и определен рыночный потенциал полученных результатов. Проведены маркетинговые исследования по поиску потребителей создаваемых ПСН в странах СНГ и ближнего Востока и разработан проект бизнес-плана производства ПСН в автомобильной отрасли. По результатам исследований разработан проект ТЗ на ОКР «Проведение области проблемно-ориентированных нейтрализации токсичных поисковых компонентов исследований отработавших в газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов». Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по государственному контракту от «22» сентября 2011 г. № 16.516.11.6132 по теме: «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов», заключенному на основании решения Конкурсной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации № 2011-1.6-2.6ИР1 (протокол от 02 сентября 2011 г. №84). 5 СОДЕРЖАНИЕ стр. ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 9 ВВЕДЕНИЕ 10 1 ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И 16 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДО УРОВНЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ. 1.1 Экологические требования к дизельному двигателю 19 1.2 Экологическое совершенствование дизельных двигателей 23 1.2.1 Топливная аппаратура 24 1.2.2 Рециркуляция отработавших газов 25 1.2.3 Высокоэффективные системы наддува 26 1.2.4 Антитоксичные системы 27 1.3 Обезвреживание отработавших газов дизелей 1.3.1 Каталитические реакторы восстановления NOx 28 28 1.3.1.1 SCR-процесс с NH3 в качестве восстановителя 28 1.3.1.2 SCR-процесс с Н2 в качестве восстановителя 30 1.3.2 Дизельный окислительный каталитический нейтрализатор 30 1.3.3 Дизельные фильтры ОГ 32 1.4 Выбор концепции ПСН 34 1.5 Теоретические исследования процессов нейтрализации токсичных 37 компонентов ОГ в макетах типовых ПСН 1.5.1 Моделирование процессов в дизельном окислительном 38 катализаторе 1.5.2 Моделирование процессов в селективно-восстановительном катализаторе 1.5.2.1 Моделирование впрыска карбамида 6 39 40 1.5.2.2 Моделирование катализатора 1.5.3 Моделирование нейтрализаторе процессов в 40 дизельном фильтре- 43 1.5.3.1 Моделирование потери давления 43 1.5.3.2 Моделирование регенерации 44 1.6 Расчет основных элементов ПСН 45 1.6.1 Окислительный катализатор 45 1.6.2 Дизельный фильтр-нейтрализатор 48 1.6.3 Селективно-восстановительный катализатор 49 1.7 Экспериментальные исследования процессов нейтрализации токсичных компонентов ОГ в макетах типовых ПСН 51 1.7.1 Цель исследований 51 1.7.2 Объект, методика и программа исследований 51 1.7.3 Результаты модельных исследований 54 1.7.4 Результаты моторных испытаний 60 2 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ 62 РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ СОЗДАНИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. 3 РАЗРАБОТКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ 63 РЕЗУЛЬТАТОВ НИР НА ОСНОВАНИИ СТРУКТУРЫ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПСН ДВУХ ВАРИАНТОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗУЮЩИХ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ. 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ 74 КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ СОЗДАВАЕМЫХ ПСН И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЫНОЧНОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. 5 ПРОВЕДЕНИЕ МАРКЕТИНГОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО 75 ПОИСКУ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ СОЗДАВАЕМЫХ ПСН В СТРАНАХ СНГ И БЛИЖНЕГО ВОСТОКА И РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА БИЗНЕС-ПЛАНА ПРОИЗВОДСТВА ПСН В АВТОМОБИЛЬНОЙ ОТРАСЛИ. 6 РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА 77 ОКР. 7 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 82 ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение А. Рекомендации по использованию результатов исследований при создании двигателей внутреннего сгорания. 90 Приложение Б. Технико-экономическая оценка конкурентоспособности 103 создаваемых ПСН. Приложение В. Отчет по маркетинговым исследованиям. 116 Приложение Г. Проект бизнес-плана. 130 Приложение Д. Проект технического задания на ОКР. 166 8 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ АТС – автотранспортные средства ГФУ – гидрофторуглероды град. п.к.в. – градус поворота коленчатого вала ДВС - двигатель внутреннего сгорания ОГ – отработавшие газы КПД – коэффициент полезного действия ПДК - предельно допустимая концентрация РМ – дисперсные чаcтицы ПСН – перспективная система нейтрализации РОГ – рециркуляция отработавших газов СН4 – метан DOC – дизельный окислительный катализатор СО – оксид углерода СО2 – углекислый газ (диоксид углерода) d - капля Н2 – водород HCNO - изоциановая кислота g – газовая фаза NH3 - аммиак NOx – оксиды азота NO – моноксид азота NO2 – диоксид азота N2O – закись азота О2 – кислород s – твердая фаза SCR - селективно-восстановительный катализатор 9 ВВЕДЕНИЕ Постоянный рост потребления ископаемых источников энергии в промышленно развитых и развивающихся странах, особенно на транспорте, является одной из основных причин локального загрязнения воздуха и глобального потепления климата. Большинство промышленно развитых стран мира давно ограничивают вредные выбросы транспортных средств и двигателей экологическими стандартами. Цель этих стандартов защитить и улучшить здоровье людей и качество окружающей среды. Одним из основных источников вредных выбросов транспортных средств являются отработавшие газы (ОГ) двигателя внутреннего сгорания. Не все вредные выбросы одинаково опасны для человека и окружающей среды. В таблице 1 приведены предельно допустимые концентрации (ПДК) ряда веществ, связанных с работой двигателя внутреннего сгорания [1,2]. Обычно вредные выбросы делят на две категории – оказывающие воздействие на человека и на окружающую среду. К первой категории относят оксид углерода (СО), оксиды азота (NOx), ряд углеводородов (CH), дисперсные частицы (ДЧ), соединения свинца и серы, ко второй категории – диоксид углерода (СО2), метан (СН4), озон (О3), ответственные за глобальное потепление, фотохимический смог в тропосфере и озоновые «дыры» в стратосфере. Таблица 1 - Предельно допустимые концентрации вредных веществ в рабочей зоне Вредные вещества Оксид углерода, СО Предельно допустимая концентрация в воздухе, мг/м3 (мл/м3) 33 Диоксид азота, NO2 9 Оксид азота, NO 9 Формальдегид, НСНО 0,6 Свинец, Pb 0,1 10 Продолжение таблицы 1. Диоксид серы, SO2 (2) Диоксид углерода, СО2 9000 Бензин, CnH1,87n 100-300 Дизельное топливо, CnH1,80n 300 Природный газ, СН4 300 Метанол, СН3ОН 5 Этанол, С2Н5ОН 1000 Стандарты, которые впервые запретили выброс картерных газов в атмосферу и ограничили выбросы СО и СН с ОГ, были введены в действие в 1959 г. в штате Калифорния США. Этот штат, из-за специфической топографии и климата, отличается наиболее тяжелыми экологическими условиями по сравнению с остальными 49 штатами США и потому до сих пор является лидером в применении самых жестких в мире экологических стандартов. В остальных штатах США, европейских странах и Японии аналогичные экологические стандарты были впервые введены в действие в конце 60-х - начале 70-х годов прошлого столетия сначала для легких, а затем для тяжелых автомобилей и двигателей [3-8]. Наша страна присоединилась к экологическим требованиям Европейского Союза в 1970 г. (ГОСТ 16533-70). Первые испытаний, стандарты приборам, регламентировали оборудованию и требования устанавливали к процедуре максимально возможные для своего времени ограничения на выбросы СО, СН, дымность ОГ в трех указанных регионах мира. При их разработке учитывались конструктивные особенности автомобилей, наиболее важные условия 11 эксплуатации, технологические возможности изготовителей транспортных средств и горюче-смазочных материалов, стоимость реализации стандартов. Дальнейшее совершенствование экологических стандартов шло и продолжает идти в направлении расширения номенклатуры нормируемых вредных компонентов, снижения их предельно допустимого уровня, более полного учета условий реальной эксплуатации, улучшения методов испытаний и точности измерений, оптимизации характеристик топлив, используемых при испытаниях и эксплуатации, гармонизации стандартов, применяемых разными странами. Перспективные экологические стандарты на выбросы токсичных компонентов СО, СН, NOx, дисперсных частиц (Евро-5 и Евро-6), ожидаемое для тяжелых автомобилей нормирование предельно допустимых выбросов парникового газа СО2 предъявляют новые требования к двигателю внутреннего сгорания, в том числе дизелю и его системам, особенно к системе каталитической нейтрализации отработавших газов. Выполнение перспективных экологических стандартов требует реализации комплекса мер, в том числе разработки: - мероприятий по конструкции и рабочему процессу дизеля, обеспечивающих дальнейшее снижение вредных выбросов; - перспективной системы каталитической нейтрализации (ПСН) токсичных компонентов отработавших газов, в первую очередь NOx, дисперсных частиц, а также углеводородов; - наличие дизельного топлива с очень низким содержанием серы. Наиболее проблемными задачами, связанными с обеспечением дизелем перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6, являются: - выполнение перспективных экологических норм на выбросы оксидов азота при минимальной потере топливной экономичности и соответственно минимальном увеличении выбросов парникового газа СО2; 12 - выполнение перспективных экологических норм на выбросы дисперсных частиц при минимальном влиянии на топливную экономичность и выбросы СО2, связанном с процессом регенерации фильтра. Целью настоящей научно-исследовательской работы является обеспечение экологических стандартов Евро-5 и Евро-6 при эксплуатации отечественных автомобилей и другой техники, оснащенной двигателями внутреннего сгорания для защиты окружающей среды от воздействия вредных выбросов. На первом этапе работ по проекту был выполнен обзор процедур стандартных экологических испытаний и соответствующих экологических норм, принятых в США и Европе для разных категорий транспортных средств и двигателей, рассмотрены перспективные экологические требования и перспективные технологии экологического совершенствования бензиновых и дизельных двигателей, в том числе нейтрализации ОГ, обоснован выбор основных направлений исследований технологий нейтрализации ОГ дизелей до уровня стандартов Евро-5 и Евро-6, приведены технические требования на варианты перспективных систем нейтрализации. Результаты работ по первому этапу изложены в промежуточном отчете [9]. На втором этапе были выполнены теоретические исследования процессов нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов Евро-5, Евро-6. Созданы модели физических и химических процессов в дизельном окислительном катализаторе, фильтренейтрализаторе и двух вариантах селективно-восстановительного катализатора с водородом и карбамидом в качестве восстановителя. Разработана методика расчета геометрических параметров основных элементов ПСН (фронтальной площади, объема, позиции в системе выпуска и др.). Результаты моделирования и расчетов были использованы при разработке эскизной конструкторской документации на макетные образцы перспективных систем нейтрализации и экспериментальное оборудование 13 для их исследования и доводки. Для проведения экспериментальных исследований разработаны программа и методики испытаний макетов типовых ПСН (двух вариантов). Результаты работ по второму этапу изложены в промежуточном отчете [10]. На третьем этапе был выполнен комплекс работ по разработке технологических регламентов на катализаторы окисления и восстановления, изготовлению экспериментальных образцов катализаторов для восстановления NOx и окисления ДЧ, СО и СН, двух вариантов макетов типовых ПСН (с водородом и карбамидом в качестве восстановителя), экспериментального стенда для исследований и испытаний ПСН. В соответствие с разработанной ранее программой и методикой проведены экспериментальные исследования макетов типовых ПСН в целом и отдельных элементов системы в модельных условиях и на дизеле экологического класса устройствами). Евро-4 (не оборудованном антитоксичными Испытания показали, что оба варианта обеспечивают очистку отработавших газов от вредных веществ на уровне достаточном для выполнения экологических требований Евро-5 и ТЗ. Макеты типовых ПСН (варианты А и Б) обеспечивают: снижение СО на 86-89% (по ТЗ не менее 60%); снижение СН на 77-78% (по ТЗ не менее 60%); снижение ДЧ на 75% (по ТЗ не менее 65%). Кроме того, вариант А обеспечивает снижение NOx на 63-64%, а вариант Б - на 70-79% (по ТЗ не менее 60%). Общее газодинамическое сопротивление на режиме номинальной мощности для варианта А - 1028 мм водяного столба и для варианта Б - 1162 мм водяного столба (по ТЗ не выше 1200 мм водяного столба). По результатам модельных и стендовых экспериментальных исследований макетов типовых ПСН вариантов А и Б выполнена корректировка конструкторской документации и доработка этих макетов. Результаты работ по третьему этапу изложены в промежуточном отчете [11]. В настоящем отчете приведены результаты анализа и обобщения теоретических и экспериментальных исследований процессов нейтрализации 14 токсичных внутреннего компонентов сгорания. отработавших Приведены газов дизельных конкретные двигателей рекомендации по использованию результатов исследований при создании ПСН и ее основных элементов, обеспечивающих выполнение дизельным двигателем внутреннего сгорания экологических норм Евро-5, в том числе, по выбору основных конструктивных характеристик катализаторов, фильтра, систем активной регенерации фильтра и дозирования восстановителя. По результатам исследований разработан проект ТЗ на ОКР «Проведение проблемноориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов». Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по государственному контракту от «22» сентября 2011 г. № 16.516.11.6132 по теме: «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов», заключенному на основании решения Конкурсной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации № 2011-1.6-2.6ИР1 (протокол от 02 сентября 2011 г. №84). 15 1 ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДО УРОВНЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ. В последние годы серьезную озабоченность во всем мире вызывает высокий уровень техногенного воздействия на окружающую среду, создающего ряд глобальных, региональных и локальных экологических проблем - изменение климата планеты, загрязнения воздушного бассейна крупных городов, рост дефицита нефтяных ресурсов. Основным техногенным источником выделения вредных веществ в атмосферу являются процессы сгорания различных топлив, которые ответственны за выбросы разных вредных веществ, в том числе: оксида углерода, диоксида углерода, углеводородов, оксидов азота, диоксида серы, дисперсных частиц. Важную роль в загрязнении атмосферы вредными веществами играют транспортные средства, в том числе оборудованные дизельными двигателями. Современный дизель используется во всем мире для привода легковых автомобилей и тяжелых грузовиков, электрических генераторов, кораблей, локомотивов, сельскохозяйственного и промышленного оборудования. Успех дизельного двигателя является следствием уникального сочетания хорошей топливной экономичности, надежности, долговечности и доступности, которые обеспечивают ему самую низкую стоимость эксплуатации. Целью настоящей научно-исследовательской работы является обеспечение перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6 при эксплуатации отечественных автомобилей и другой техники, оснащенной двигателями внутреннего сгорания, в том числе с воспламенением от сжатия (дизелей), для защиты окружающей среды от негативного воздействия вредных выбросов с ОГ. 16 Для достижения этой цели, в соответствии с разработанным в рамках данной работы методическим подходом, были выполнены: - аналитический обзор научно-технической, нормативной, патентной и методической литературы в области экологии автомобилей и технологий нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в том числе дизелей, до уровня перспективных экологических стандартов для выбора концепции перспективной системы нейтрализации ОГ и конструкции отдельных компонентов системы; - патентные исследования по технологиям нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в том числе дизелей, до уровня перспективных экологических стандартов; - анализ и выбор основных технологий нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизелей до уровня экологических стандартов Евро-5 и Евро6, а также разработаны технические требования на перспективной системы нейтрализации. два варианта Центральное место отведено перспективным системам нейтрализации NOx, в том числе использующим для селективного восстановления оксидов азота аммиак и водород, а также фильтру дисперсных частиц и его регенерации; - разработаны математические модели физических и химических процессов, происходящих в перспективных системах нейтрализации с селективным восстановлением оксидов азота с помощью двух восстановителей – водорода и раствора карбамида. С учетом созданных моделей разработаны методики инженерного расчета основных элементов перспективной системы нейтрализации (основных размеров, позиции в системе выпуска и др.); - разработана эскизная конструкторская документация на основные узлы и агрегаты макетов типовых ПСН двух вариантов, использующих в качестве восстановителя водород и мочевину, а также на экспериментальный стенд для исследований и испытаний функциональных элементов разработанной системы нейтрализации. Документация разработана с учетом концепции 17 системы и результатов математического моделирования физических и химических процессов, происходящих в ПСН; - изготовлены экспериментальные образцы катализаторов для процессов восстановления оксидов азота и окисления дисперсных частиц, оксида углерода и углеводородов, макетные образцы двух вариантов типовых ПСН (использующих в качестве восстановителя водород и мочевину), а также экспериментальный стенд для исследований и испытаний функциональных элементов разработанной системы нейтрализации; - проведена подготовка к испытаниям макетных образцов двух вариантов типовых ПСН (использующих в качестве восстановителя водород и мочевину) в модельных условиях на экспериментальном стенде и в условиях моторного стенда на модифицированном дизеле типа ЗМЗ-514.10 экологического класса 4 мощностью около 100 л.с. Разработаны программа и методики испытаний и исследований макетных образцов двух вариантов типовых ПСН; - проведены исследования макетных образцов двух вариантов типовых ПСН (использующих в качестве восстановителя водород и мочевину). По результатам экспериментальных исследований выполнена корректировка конструкторской документации на основные узлы и агрегаты обоих вариантов макетов типовых ПСН, осуществлена доработка макетных образцов ПСН, разработаны технологические регламенты на катализаторы окисления и восстановления. Приведенный в настоящем разделе отчета анализ позволил обобщить результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов нейтрализации токсичных компонентов ОГ двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия до уровня перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6. Анализ и обобщение результатов исследований начат с рассмотрения тенденций развития экологических стандартов, выполненного на первом этапе работ по данной теме [9], который показал, что решение проблем 18 снижения вредных выбросов транспортными средствами во многом зависит от экологического нормирования. 1.1 Экологические требования к дизельному двигателю Основным стимулом для снижения токсичности ОГ двигателей внутреннего сгорания сегодня является законодательное ограничение выброса вредных веществ. С этой целью разработаны и введены в действие стандарты и правила, которые устанавливают предельно допустимые нормы выброса токсичных компонентов – СО, СН, NOx, дисперсных частиц (РМ) и др. с отработавшими газами. Нормы на допустимые токсичные выбросы устанавливают из условия обеспечения санитарных норм на предельно допустимые концентрации токсичных веществ в атмосфере на улице городов с интенсивным движением автомобильного транспорта. С ростом автомобильного парка водятся все более жесткие нормы. Для того, чтобы изготовитель мог своевременно разрабатывать мероприятия, требующиеся для выполнения законодательных норм, они разрабатываются заблаговременно. Для выработки единого подхода к оценке экологической безопасности автомобилей и двигателей в 1958 г. в рамках Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) была подписана Женевская Конвенция по безопасности транспортных средств, к которой в настоящее время присоединилось 40 государств – основные промышленно развитые страны, за исключением США. В рамках Комитета по внутреннему транспорту были введены так называемые Правила ЕЭК ООН, которые устанавливают нормы на выбросы токсичных веществ с ОГ и регламентируют процедуру испытаний. Российская Федерация является участником Женевского соглашения и применяет Правила ЕЭК ООН по безопасности транспортных средств на своей территории. В России действуют Государственные экологические стандарты – ГОСТ Р 41.49, ГОСТ Р 41.83 и ГОСТ Р41.96, нормы и процедуры которых соответствуют Правилам ЕЭК ООН 49, 83 и 96 в 19 отношении ограничения вредных выбросов транспортных средств и двигателей. Применительно к автомобильной технике в настоящее время действует Технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», в основе которого лежат указанные стандарты и правила. Для экологической оценки транспортные средства в зависимости от весового рейтинга и назначения условно разделены на две большие группы. К первой группе относятся легкие и средние автомобили (пассажирские и грузовые) полной массой до 3,5 тонн, у которых вредные выбросы с ОГ определяют при испытаниях автомобиля на динамометрическом стенде с беговыми барабанами. Вторая группа охватывает тяжелые автомобили весом больше 3,5 тонн, для которых вредные выбросы с ОГ определяют при испытаниях двигателя на моторном стенде. В соответствии с требованиями технического задания целью настоящей работы является обеспечение выполнения перспективных экологических стандартов при эксплуатации отечественных автомобилей весом больше 3,5 тонн и другой техники, оснащенной базовым дизелем 4-тактным экологического класса 4 мощностью порядка 100 л.с., за счет применения перспективной системы нейтрализации (ПСН). Экологические нормы зависят от типа и весовой категории транспортного средства. Перспективные российские нормы Евро-5 и Евро-6 для автомобилей с дизельными двигателями полной массой более 3,5 тонн приведены в таблицах 1.1 и 1.2. В России нормы Евро-5 вводятся с 2014 г. При этом, начиная с экологического класса Евро-6, впервые предусматривается определение числа дисперсных частиц в ОГ (PN). Негативное воздействие дисперсных частиц на живые организмы связано не только с их химическим составом, но и с их физическими свойствами. Чем меньше размер частицы, тем большей проникающей способностью в легкие человека они обладают. Фракция дизельных частиц 20 диаметром менее 0,1 мкм (ультратонкие) является наиболее опасной для здоровья человека. В опытах на лабораторных животных установлено, что попадание дизельных частиц в дыхательный тракт вызывает патологические изменения в легких, а именно воспалительный процесс, фиброз и канцерогенез [7,12-14]. Таблица 1.1 - Экологические нормы Евро-5. Испытательный цикл Выбросы Единица ESC/ELR ETC измерений Дизель Дизель/Газ СО 1,5 4,0 НС 0,46 г/кВтч NMHC 0,55 * CH4 1,1 NOx 2,0 2,0 ДЧ 0,02 0,03 -1 Дымность м 0,8 Примечание: * - только для двигателей, работающих на природном газе. Таблица 1.2 - Экологические нормы Евро-6 (планируемые) [14]. Испытательны й цикл СО (мг/кВтч ) ТНС (мг/кВтч ) ESC 1500 130 ETC 4000 160 Примечание: * - будет определено позже NOx (мг/кВтч ) NH3 (мг/кВтч ) ДЧ (мг/кВтч ) 400 400 10 10 10 10 PN* (число частиц/кВтч ) Эффективность экологического контроля автомобиля зависит от качества топлива. Поэтому требования стандартов на вредные выбросы с ОГ должны быть увязаны с требованиями по параллельному значительному снижению содержания серы в дизельном топливе. Помимо существенного сокращения выбросов соединений серы в окружающую среду, эта мера нацелена на то, чтобы уменьшить деградацию каталитических систем и обеспечить эффективный контроль вредных выбросов в условиях длительной эксплуатации. В этой связи экспериментальную проверку ПСН в рамках настоящей работы рекомендуется осуществлять на дизельном топливе экологического класса 5 с пониженным содержанием серы. 21 Анализ экологических стандартов и требований ТЗ показывает, что для определения соответствия базового дизеля, оборудованного ПСН, экологическим нормам Евро-5, Евро-6 его следует подвергнуть испытаниям по методике Правил ЕЭК ООН № 49 на специальном моторном стенде по испытательному циклу ESC (European Steady-State Cycle), состоящему из 13 установившихся режимов. График циклов ESC приведен на рисунке 1.1. Рисунок 1.1 - Европейский стационарный 13-режимный цикл ESC. Подробное описание процедуры экологических испытаний дизельных двигателей, приведено в государственных стандартах [16,17]. Выполненный в рамках настоящей работы анализ позволяет сделать вывод, что введение перспективных экологических стандартов Евро-5, Евро6 на выбросы с ОГ токсичных компонентов СО, СН, NOx, ДЧ, нормирование выбросов парникового газа СО2 предъявляет новые более жесткие требования к дизельному двигателю и его системам, особенно к системе каталитической нейтрализации отработавших газов. 22 1.2 Экологическое совершенствование дизельных двигателей Анализ технической литературы [18-24 и др.], проведенный на первом этапе, показывает, что выполнение дизелем перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6 требует реализации комплекса мер, в том числе: - мероприятий по конструкции и рабочему процессу дизеля, обеспечивающих дальнейшее снижение вредных выбросов при сохранении или улучшении топливной экономичности и других эксплуатационных показателей; - наличия дизельного топлива с очень низким содержанием серы (порядка 10-15 ppm); - применения эффективной системы каталитической нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов, в первую очередь NOx, дисперсных частиц, а также СН. Известно, что топливная экономичность современного дизеля с непосредственным впрыском, по меньшей мере, на 30% выше, чем у автомобильного бензинового двигателя. Поэтому дизель с непосредственным впрыском рассматривают как наилучшее решение для уменьшения расхода топлива и соответственно для снижения выбросов СО2. Основной проблемой перспективного дизеля является достижение экстремально низких выбросов NOx и дисперсных частиц без потери отличной топливной экономичности. Решение этой проблемы требует от разработчиков дизельных двигателей использования опережающих технологий впрыска топлива, контроля рециркулируемых отработавших газов, усовершенствованного и двухступенчатого турбонаддува, регулируемого клапанного привода, управления с обратной связью и системы контроля опирающейся на использование математических моделей. На рисунке 1.2 приведены некоторые наиболее важные новые технологии, которые желательно ввести в дизельные двигатели для выполнения перспективных экологических требований. 23 Рисунок 1.2 - Технологии снижения вредных выбросов дизельного двигателя. 1.2.1 Топливная аппаратура. Важной тенденцией совершенствования конструкции дизельной топливной аппаратуры является постоянное повышение энергии впрыскивания топлива для обеспечения растущих требований к уровню экономических, энергетических и особенно экологических показателей транспортных двигателей. Для обеспечения контролируемого сгорания топливоподающая аппаратура должна иметь возможность управлять формой характеристики впрыскивания топлива, включая разделение дозы впрыскиваемого топлива на несколько частей с регулированием фазового интервала между ними в течение одного цикла. Новые форсунки на основе пьезокерамики позволяют осуществлять точно дозируемый многофазный впрыск. Подбор оптимальных параметров предварительного впрыскивания на большинстве режимов позволяет заметно снизить содержание токсичных веществ в отработавших газах (преимущественно NOx) и уровень шума дизеля, не ухудшив при этом его топливную экономичность. Анализ, проведенный в рамках настоящей работы, позволяет сделать вывод, что для выполнения перспективных норм Евро-5 конструкция топливной аппаратуры должна обеспечивать полностью или частично: 24 - максимальное давление впрыскивания 160…200 МПа; - гибкое управление процессом топливоподачи; - многофазный характер процесса впрыскивания топлива, включая «пилотный» впрыск 1…3 мм3 за 15…20 град. п.к.в. до основной фазы, основную порцию и возможность управляемого впрыскивания малых доз топлива на такте расширения. Для выполнения экологических требований Евро-6 целесообразно дальнейшее повышение максимального давления впрыскивания до величины порядка 220-270 МПа, оптимизация многофазного впрыска. 1.2.2 Рециркуляция отработавших газов. Одним из перспективных способов снижения оксидов азота в отработавших газах дизелей является перепуск части ОГ во впускной коллектор дизеля, то есть рециркуляция части ОГ. Этот способ широко применяется в двигателях экологического класса Евро-4. Введение инертных отработавших газов в воздух, поступающий через впускные каналы в цилиндр двигателя, уменьшает концентрацию NOx в ОГ благодаря снижению максимальной температуры сгорания. Для дальнейшего снижения выбросов оксидов азота, уменьшения термической нагрузки на двигатель, увеличения мощностных показателей целесообразно использовать охлаждаемую рециркуляцию (см. рисунок 1.3). Введение охлаждения рециркулируемых ОГ позволяет не только дополнительно уменьшить выбросы NOx, но также улучшить топливную экономичность концентрации и уменьшить кислорода в дымность камере ОГ сгорания благодаря вследствие увеличению меньшего термического дросселирования наполнения. Для выполнения экологических требований Евро-6 рекомендуется повышенный уровень рециркуляции ОГ, в том числе до 25% на полной нагрузке. По данным поведенного анализа, при выборе базового дизеля для испытаний ПСН целесообразно учитывать наличие у него системы рециркуляции, в том числе охлаждаемой. 25 Рисунок 1.3 - Схема охлаждаемой системы рециркуляции ОГ. 1.2.3 может Высокоэффективные системы наддува. Давление наддува стать лимитирующим фактором для увеличения степени рециркуляции ОГ при достижении соответствующего уровня дымности, так как давление наддува должно соответственно расти. Для контроля степени рециркуляции ОГ и состава смеси необходим индивидуальный контроль уровня давления наддува в каждой рабочей точке. Для обеспечения соответствия автомобильных дизельных двигателей экологическим энергетических требованиям Евро-5 показателей и дизелей улучшения экологических целесообразно и применять турбокомпрессоры нового поколения, снабженные турбиной с регулируемой пропускной способностью. Для выполнения экологических требований Евро-6 такой способ наддува может оказаться недостаточным. По данным [23], степень повышения давления регулируемой наддува пропускной одноступенчатого способностью турбокомпрессора ограничивается 3,5-4. с Для дальнейшего повышения давления наддува, необходимого для двигателя с 26 высокими энергетическими и экологическими показателями, целесообразно применить двухступенчатую систему наддува. Такая система обеспечивает степень повышения давления до 4,5 и может быть рекомендована для применения на дизельных двигателях экологического класса Евро-6. 1.2.4 Антитоксичные системы. Для выполнения дизельными двигателями грузовых автомобилей экологических норм Евро-4 на вредные выбросы с ОГ использование только технических решений по двигателю является недостаточным. Тем более этих решений недостаточно для выполнения экологических требований Евро-5 и Евро-6. Решить проблему позволяет обезвреживание отработавших газов в выпускной системе. Для этого применяют DeNOx катализаторы, которые помогают выполнению перспективных жестких норм на выбросы NOx, а также фильтры для улавливания дисперсных частиц (сажевые фильтры), которые способны задерживать до 95% дисперсных частиц. Для того чтобы эти фильтры время от времени очищались, должна быть введена специальная система регенерации. Набор технологий, который потребуется для выполнения перспективных экологических требований, зависит от отношения мощности к весу автомобиля. Анализ показывает, что применение улучшенных компонентов, связанных с процессом сгорания, и современные окислительные нейтрализаторы достаточны, для выполнения экологических норм Евро-4 небольшими автомобилями, однако уже для автомобилей весом более 1500 кг необходимы DeNOx катализаторы или фильтры дизельных частиц. Для автомобилей массой более 3,5 т все или только некоторые из упомянутых технологий должны быть применены для выполнения экологических норм Евро-5, однако для ответа на вопрос, какие конкретно мероприятия достаточны для их выполнения в каждом классе автомобилей, требуется проведение специального исследования. В целом проведенный анализ позволил рекомендовать в качестве базового двигателя для отработки макетов типовых ПСН модифицированный 27 дизель типа ЗМЗ-514.10. Этот двигатель имеет современную конструкцию, оборудован системами непосредственного впрыска топлива, турбонаддува, рециркуляции ОГ, развивает мощность около 100 л.с. и обеспечивает выполнение экологических норм Евро4. 1.3 Обезвреживание отработавших газов дизелей Критическими компонентами, необходимыми для выполнения дизельными двигателями перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6, являются высокоэффективные каталитические нейтрализаторы и фильтры дисперсных частиц [25-42]. 1.3.1 Каталитические реакторы восстановления NOx. В дизеле из-за большого избытка кислорода в широком диапазоне рабочих режимов сложно осуществить каталитическое восстановление NOx. Это связано с тем, что восстановительный потенциал СО, СН и Н2 в основном используется в процессах окисления. Для выполнения требований действующих и перспективных экологических стандартов в отношении выбросов NOx в настоящее время существует ряд альтернативных концепций каталитического восстановления: неселективное каталитическое восстановление каталитическое восстановление (SCR); (NSCR), селективное бедный NOx адсорбер (LNT). Анализ, выполненный в рамках данной работы, показывает, что наиболее перспективной концепцией контроля NOx в ОГ дизелей автомобилей массой более 3,5 т является селективное каталитическое восстановление (SCR). В соответствие с требованиями ТЗ были проанализированы два варианта SCR, использующие два восстановителя, аммиак и водород. 1.3.1.1 SCR-процесс с NH3 в качестве восстановителя. Наиболее часто в качестве восстановителя используется аммиак. В этом случае SCR система состоит из каталитической системы и системы дозирования и впрыска мочевины. 28 Водный раствор мочевина впрыскивается в поток ОГ на некотором расстоянии от входа в нейтрализатор. Распыленная мочевина формирует аммиак (NH3) в результате гидролиза и восстанавливает NOx на ванадиевом SCR катализаторе на керамическом носителе. Аммиак, не использованный в SCR, окисляется в катализаторе, контролирующем его проскок через SCR. По данным [34] ванадий имеет очень высокую селективность к азоту и широкое температурное «окно». Данные приведенные в таблице 1.3 дают представление об основных размерах SCR и катализатора контролирующего утечку NH3 двигателей Volvo, Caterpillar, Cummins. Таблица 1.3 - Основные размеры и SCR катализатора контролирующего утечку NH3. Модель Тип Система CRDPF дизеля системы Катализатор Система SCR Фильтр Катализатор Катализатор окислительный NOx NH3 литр Volvo Рядная 4,25 17 16,6 3,7 Рядная 8,5 17 17 4,2 Рядная 11 27,5 27,8 9,2 (10л) Caterpillar (7,2л) Cummins Ниже приведены три основные реакции между компонентами NOx и аммиаком, обеспечивающие конверсию оксидов азота: 4NH3 + 4 NO + O2 → 4N2 + 6 H2O 4NH3 + 2 NO + 2 NO2 → 4N2 + 6 H2O → 7N2 + 12 H2O 8NH3 + 6 NO2 Анализ приведенных реакций показывает, что эффективность конверсии NOx существенно зависит от отношения NO2/NO и достигает 29 максимума при температуре ~250оС, когда это отношение равняется 1, который может обеспечить снижение выбросов NOx на 76-88%. 1.3.1.2 SCR-процесс с Н2 в качестве восстановителя. Водород является отличным восстановителем и высокоэффективен при введении в различные катализаторы, такие как трехкомпонентный катализатор, NOx адсорбирующий катализатор и селективно восстановительный катализатор. Анализ показывают, что водород значительно улучшает конверсию NO на Ag/Al2O3 катализаторе в широком диапазоне температур. Кроме того, водород уменьшает потери эффективности SCR катализатора, связанные с повышенной объемной скоростью и присутствием серы. Наконец, присутствие водорода в продуктах бедного сгорания позволяет ускорить процесс включения холодного катализатора. Известно несколько работ по восстановлению NO с использованием H2 в условиях избытка кислорода [39-41]. Сильной стороной этого восстановителя является то, что реакция начинается при низкой температуре 100C, что очень важно при холодном пуске двигателя. Ниже перечислены реакции, происходящие в смеси NO-H2-O2: 2 NO + 4 H2 +O2 N2 + 4 H2O 2 NO + 3 H2 + O2 N2O + 3 H2O H2 + 1/2 O2 H2O Несмотря на многообещающие результаты, полученные в реакции селективного восстановления NOx водородсодержащими смесями, необходима дополнительная работа по исследованию других химических композиций смешанных систем, нанесенных на подложку, которые будут хорошо работать в широком диапазоне температур с меньшей активностью реакции окисления водорода. 1.3.2. Дизельный окислительный каталитический нейтрализатор. Конструкция дизельного окислительного нейтрализатора существенно отличается от своих аналогов для бензиновых двигателей. Это связано: 30 - с наличием в ОГ дизелей дисперсных частиц и соединений серы (преимущественно SO2); - относительно низкой температурой ОГ; - определенными отличиями в составе катализатора (он обладает высокой активностью в реакциях окисления СО и СН и минимально окисляет SO2). Кроме того, дизельный окислительный нейтрализатор можно использовать как часть системы селективного восстановления оксидов азота, в комбинации с которым удаляет избыточный аммиак на выходе в соответствии с формулой: NH3 + O2 = N2 + H2O На рисунке 1.4 сравниваются коэффициенты конверсии СН бензинового двигателя и дизеля. Очевидно, что у дизельного двигателя конверсия начинается при существенно более низких температурах. Это обусловлено высоким коэффициентом избытка воздуха (наличием большого количества кислорода) и композицией дизельного топлива. Рисунок 1.4 - Изменение коэффициентов конверсии СН бензинового и дизельного двигателей в зависимости от температуры. Анализ показывает, что окислительный катализатор обеспечивает существенное снижение выбросов СО, СН и вредных частиц. Однако, уменьшение выбросов частиц в основном 31 зависит от выбранного испытательного цикла и содержания серы в топливе. Использование топлив с низким содержанием серы существенно облегчает решение этой проблемы. 1.3.3 Дизельные фильтры ОГ. Снижение выброса ДЧ является важной проблемой дизельных двигателей. С одной стороны, стандарты на выброс частиц становятся все более жесткими, с другой стороны, современные фильтры частиц подходящие для массового использования в двигателях транспортных средств еще не полностью соответствуют перспективным требованиям. Анализ условий работы дизеля показывает, что при создании фильтров должны быть решены две задачи: - обеспечена эффективная фильтрация потока ОГ с частицами размером от 200 нм до10мкм; - обеспечено периодическое и/или непрерывное удаление аккумулированных частиц путем их окисления (регенерация фильтра). Для решения первой задачи предлагались разные системы фильтрации из разных фильтрующих материалов: керамики, стали, металлокерамики и волокон с каталитическим или тефлоновым покрытием. Отработавшие газы проходят сквозь ткань фильтра или пористые стенки. При этом частицы удерживаются или откладываются на стенках фильтра в процессе абсорбции. По мере работы фильтр все больше забивается частицами, его эффективность уменьшается. Это ведет к увеличению сопротивления, росту противодавления на выпуске и ухудшению топливной экономичности дизеля. По данным [43] увеличение противодавления на 1 дюйм ртутного столба при скорости автомобиля 65 км/ч приводит к потере топливной экономичности на 1%. При достижении критического сопротивления фильтр необходимо регенерировать. Продолжительность работы фильтра до регенерации зависит от концентрации дисперсных частиц в ОГ, размеров и характеристик фильтра, содержания серы в топливе и других факторов и обычно не превышает нескольких часов. 32 Существует несколько способов регенерации: термическая, регенерация с помощью присадок к топливу, снижающих температуру окисления дисперсных частиц до 300-400оС и регенерация диоксидом азота (NO2), получаемым каталитическим окислением NO. Термическая (активная) регенерация. Существует много способов увеличения температуры ОГ в течение короткого промежутка времени. В большинстве случаев это увеличивает расход топлива на ~3% и более. Наиболее эффективным способом активной термической регенерации является использование горелки установленной в выпускной системе перед фильтром. В этом способе температура 500-600оС, требуемая для окисления частиц, может быть достигнута почти на всех скоростных и нагрузочных режимах. Регенерация оксидантами. Специальные присадки позволяют уменьшить температуру воспламенения сажи до 250оС [44]. Многие металлорганические присадки на основе меди, железа (например, ферроцен), кальция, марганца и церия подходят для этой цели и могут добавляться в топливо или вводиться непосредственно перед фильтром. Проблемой этого подхода является то, что влияние веществ, которые выбрасываются в окружающую среду в этом процессе недостаточно исследовано, например, в случае тяжелых металлов и соединений железа. Этот тип регенерации фильтра частиц сегодня испытывается на его совместимость с окружающей средой. Низкотемпературная (пассивная) регенерация диоксидом азота. На сегодня наиболее успешный подход по выжиганию сажи в фильтре обеспечивает непрерывно регенерируемый фильтр (CRT) предложенный ф. Johnson Matthey. Концепция процесса базируется на явлении, впервые опубликованном в статье [45], в которой было показано, что NO2 окисляет сухой углерод сажи при температуре фильтра порядка 250оС: 2 NO2 + C → CO2 + 2 NO 33 NO2 + C → CO + NO Дело в том, что диоксид азота, который может быть получен при каталитическом окислении содержащегося в ОГ монооксида азота, в соответствии с формулой: NO + ½ O2 → NO2 обладает более высокой, чем кислород воздуха, способностью окислять дисперсные частицы, что позволяет добиться устойчивой регенерации. При этом, взаимодействуя с углеродом, диоксид углерода снова образует монооксид азота. Низкотемпературное окисление дисперсных частиц с помощью NO2 обеспечивает пассивную регенерацию (с непрерывным удалением частиц). Следует отметить, что пассивная регенерация осуществляется без подачи топлива в ОГ. При активной регенерации для подвода дополнительного тепла в ОГ, как правило, требуется подача топлива в ОГ. Выполненный анализ показывает, что для повышения топливной экономичности двигателя целесообразно максимально использовать непрерывную пассивную регенерацию для поддержания сажевой нагрузки на фильтр на низком уровне и сделать активную регенерацию по возможности более редкой. Активную регенерацию целесообразно используется в двух случаях: - оцениваемый уровень сажи достигает высокого уровня и требует регенерации; - система продолжительно работает в режиме пассивной регенерации и требует глубокой очистки для устранения сажевых отложений в фильтре. 1.4 Выбор концепции ПСН Выполненный анализ экологических стандартов транспортных средств и технологий нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов ДВС, в том числе дизелей, до уровня перспективных экологических стандартов, сравнительная оценка вариантов возможных решений, патентные 34 исследования, позволили выбрать концепцию типовой перспективной системы нейтрализации ОГ. Концепция типовой ПСН предусматривает создание для базового четырехтактного дизеля с непосредственным впрыском турбонаддувом экологического класса 4 мощностью около 100 л.с., работающего на топливе с низким содержанием серы топлива и перспективной четырехкомпонентной системы нейтрализации ОГ в составе: - окислительного каталитического нейтрализатора, установленного на выпускном коллекторе двигателя. Каталитическое покрытие нейтрализатора обеспечивает очистку отработавших газов от СН и СО не ниже, чем на 60% (при температуре 350оС), дисперсных частиц от органических фракций и окисление NO в NO2 в количестве не менее, чем на 50% при температуре не 350оС выше для осуществление пассивной регенерации фильтра- нейтрализатора дисперсных частиц (сажевого фильтра); - фильтра-нейтрализатора дисперсных частиц, установленного непосредственно за окислительным нейтрализатором и оборудованного системой активной регенерации, включающей в себя топливный бак, насосдозатор, форсунку и смеситель. Каталитическое покрытие фильтра и дозированная периодическая подача топлива на его вход обеспечивают повышение температуры ОГ до 550-850оС, при которой происходит сгорание накопленных частиц сажи (активная регенерация фильтра). При пониженной до 300оС температуре диоксид азота (NO2), поступающий из окислительного нейтрализатора с ОГ и дополнительно формируемый каталитическим покрытием самого фильтра, обеспечивает его постоянную пассивную регенерацию. Применение активной и пассивной регенерации позволяет сократить расход топлива, затрачиваемый на регенерацию фильтра; - селективно-восстановительной нейтрализации, установленной нейтрализатором дисперсных системы непосредственно частиц, 35 и каталитической за оборудованной фильтромсистемой дозирования восстанавливающего реагента. В соответствии с ТЗ эта система выполнена в двух вариантах. Вариант А – в качестве восстановителя используется водород, который подается форсункой из баллона в смеситель, установленный на заданном расстоянии от входа в нейтрализатор, и обеспечивает на его каталитическом покрытии очистку отработавших газов от NOx не менее, чем на 50% (при температуре 350оС и выше). Вариант Б - в качестве восстановителя используется водный раствор карбамида, который подается форсункой из бака в смеситель, установленный на расстоянии обеспечивающем равномерное распределение восстановителя на входе в нейтрализатор. В результате гидролиза распыленный карбамид формирует аммиак (NH3), который обеспечивает на каталитическом покрытии нейтрализатора очистку отработавших газов от NOx не менее, чем на 50% (при температуре 350оС и выше). Избыточный аммиак, проскакивающий селективно-восстановительный нейтрализатор, устраняется дополнительным окислительным нейтрализатором (только для выполнения стандартов Евро-6). Анализ показывает, что по сравнению с альтернативной концепцией расположения элементов ПСН – дизельный окислительный нейтрализатор + селективно-восстановительный нейтрализатор + каталитический фильтрнейтрализатор [64], принятая концепция позволяет использовать пассивную (низкотемпературную) регенерацию сажевого фильтра, что обеспечивает меньший расход топлива на регенерацию и соответственно меньшие выбросы парникового газа СО2. По сравнению с другой возможной альтернативой - дизельный окислительный нейтрализатор + каталитический фильтр-нейтрализатор + бедный NOx адсорбер [65], принятая схема обеспечивает: повышенную конверсию NOx при высоких температурах ОГ, характерных для двигателей АТС полной массой более 3,5 т; меньший расход топлива, связанный с восстановлением NOx и периодической 36 десульфатацией адсорбера; пониженную склонность к отравлению серой; повышенную долговечность. 1.5 Теоретические исследования процессов нейтрализации токсичных компонентов ОГ в макетах типовых ПСН Принципиальная схема четырехкомпонентной системы нейтрализации отработавших газов, разрабатываемой в соответствии с принятой концепцией для дизеля экологического класса 4 мощностью около 100 л.с., показана на рисунке 1.5. Рисунок 1.5 - Принципиальная схема четырехкомпонентной системы нейтрализации ОГ, вариант Б: 1 – дизель; 2 – резервуар с карбамидом; 3 – электронный блок управления; 4 – дозатор; 5 – форсунка; 6 – баллон с сжатым воздухом; 7 – дизельный окислительный катализатор (DOC) 8 фильтр с непрерывной регенерацией дисперсных частиц (DPF) ; 9 – селективно-восстановительный катализатор (SCR) с финишным окислительным катализатором (для Евро-6). Оптимизация конструкции такой системы позволяет обеспечить эффективное окисление СО, СН и частиц, восстановление NOx, пассивную (а при необходимости и активную) регенерацию фильтра и окисление аммиака, проскочившего через селективно-восстановительный 37 каталитический нейтрализатор, в котором в качестве восстановителя используется раствор карбамида и, в конечном счете, выполнить указанным дизелем перспективные экологические требования. В результате обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в рамках данной работы, разработан и апробирован методический подход, позволяющий определять на стадии разработки параметры основных элементов ПСН. Подход заключается в комбинированном применении: - методик расчета, базирующихся на созданных математических моделях физических и химических процессов в катализаторах и фильтре; - экспериментального метода, в том числе, используемого в модельных условиях на экспериментальном стенде, созданном в рамках данной работы, и на моторном стенде при испытаниях и исследованиях ПСН. 1.5.1 Моделирование процессов в дизельном окислительном катализаторе. Модель дизельного окислительного катализатора (DOC) базируется на физической и химической теориях, которые описывают химическую кинетику и характеристики переноса тепла и массы в дизельном окислительном катализаторе в одномерной постановке. Уравнения модели получены в результате применения законов сохранения массы, вещества и энергии к дизельному окислительному катализатору. Подробное описание модели приведено в промежуточном отчете [10]. Ниже дано ее краткое описание. Каталитические реакции. Предполагается, что в дизельном окислительном катализаторе протекают три основные химические реакции: СО + ½ О2 → СО2 (1) С3Н6 + 9/2 О2 → 3 СО2 + 3 Н2О (2) NO + ½ O2 → NO2 (3) Окисление моноксида углерода в диоксид углерода является упрощенным и поясняется уравнением (1). Окисление углеводорода дается уравнением (2). 38 Допускалось, что оксиды азота (NOx) включают в себя только оксид азота (NO) и диоксид азота (NO2). Основные уравнения. Основными дифференциальными уравнениями модели являются одномерные уравнения сохранения массы, энергии, вещества и уравнение баланса энергии на стенке нейтрализатора. Граничные и начальные условия. Для решения основных дифференциальных уравнений, необходимо задать граничные и начальные условия. Граничными условиями являются концентрации выше по потоку от дизельного окислительного катализатора и температура отработавших газов на входе в него. Начальные условия для температуры на твердой стенке выбираются равными окружающей температуре. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными подтверждает достоверность разработанной модели дизельного окислительного катализатора. Модель позволяет рассчитывать концентрацию вредных выбросов на выходе из катализатора в зависимости от его геометрии и температуры, коэффициенты конверсии СО,СН,NO. 1.5.2 Моделирование процессов в селективно-восстановительном катализаторе. Технология селективно-восстановительной нейтрализации отработавших газов (SCR) позволяет восстанавливать оксиды азота непосредственно в молекулярный азот с помощью восстановителя – аммиака или водорода. Вследствие токсичности и сложности регулирования подачи аммиака, обычно используют нетоксичный и достаточно широко распространенный карбамид (мочевину) [46]. Мочевина подается в виде 32,5% (по массе) водного раствора, которая впрыскивается на вход SCR нейтрализатора. Моделирование селективно-восстановительного катализатора включает решение двух задач - моделирование впрыска карбамида и моделирование всех каталитических реакций происходящих в каталитических нейтрализаторах. При использовании в качестве восстановителя водорода первая задача не решается, учитывая высокую скорость смешения водорода с 39 ОГ благодаря высокому коэффициенту диффузии и турбулентному переносу водорода. Поэтому при моделировании принимается гомогенное распределение водорода на входе в катализатор. 1.5.2.1 Моделирование впрыска карбамида. Моделирование впрыска карбамида включает рассмотрение течения с многофазными явлениями. Поэтому оно требует одновременного решения уравнений сохранения для газовой и жидкой фазы. В настоящей работе модель жидкой фазы струи карбамида базируется на «Методе дискретных капель» (МДК) [46]. Основные уравнения модели впрыска карбамида, в том числе переноса тепла и массы, испарения приведены в промежуточном отчете [10]. Формирование аммиака (NH3) из капель водного раствора карбамида осуществляется за несколько основных реакционных шагов по схеме [47]. После испарения твердый карбамид (NH2)2CO термически разлагается на аммиак и изоциановую кислоту (HCNO) в соответствии со следующим стехиометрическим уравнением реакции: 1.5.2.2 Моделирование катализатора. Каталитический нейтрализатор блочного типа состоит из нескольких тысяч индивидуальных каналов сформированных твердой матрицей носителя. Внутри индивидуальных каналов происходят следующие явления: конвективный и диффузионный перенос газа, перенос в пограничном слое, диффузия внутри пористой среды, накопление на поверхности и каталитическая конверсия на активных реакционных центрах. Кроме того, все каналы взаимодействуют в радиальном направлении в результате теплопроводности через твердые стенки. Разработанная в рамках данного проекта одномерная модель селективно-восстановительного катализатора базируется на допущении, что один канал моделирует поведение всего каталитического блока. Это 40 подразумевает равномерное распределение потока и температуры на входе в SCR нейтрализатор. Основные уравнения модели и уравнения переноса тепла и массы приведены в промежуточном отчете [10]. Каталитические реакции (аммиак). Выбросы значительной степени устранить из отработавших газов использования метода селективного, каталитически NOx можно в дизеля за счет поддерживаемого восстановления. В присутствии кислорода аммиак селективно вступает в реакцию с NOx, продуцируя безвредный азот и водяной пар. В разработанной модели учитываются следующие три общие SCR реакции: Первая реакция учитывает только восстановление стехиометрическом соотношении с аммиаком. Эту реакцию NO при называют «стандартной SCR-реакцией», так как моноксид азота в типичных ОГ двигателя является основным компонентом NOx (NO/NOx ≈ 90%). Вторая реакция «быстрой учитывает восстановление NO и NO2. Эту реакция называется SCR-реакцией» в соответствии с экспериментальными исследованиями [49], которые показали увеличение скорости реакции восстановления в присутствии NO2. При отношениях NO2/NOx превышающих 50% восстановление оксидов азота снова понижается [50] изза включения «медленной SCR-реакции» (третьей реакции), восстанавливающей только NO2. Помимо SCR-реакций в SCR системах важны еще две каталитические реакции. Окисление аммиака и гидролиз изоциановой кислоты. При температурах выше 500оС окислительные свойства SCR катализаторов становятся резко выраженными. Поэтому в модели применена следующая формула окисления: 41 Изоциановая кислота, являющаяся одним из продуктов термического разложения карбамида, реагирует с паром в присутствии твердых металлических катализаторов: и продуцирует аммиак и диоксид углерода. Каталитические реакции (водород). Водород является отличным восстановителем катализаторы, и высокоэффективен такие как при введении трехкомпонентный в различные катализатор, NOx адсорбирующий катализатор и в селективно восстановительный катализатор, в том числе SCR [35]. Исследования показывают, что водород значительно улучшает конверсию NO на Ag/Al2O3 катализаторе в широком диапазоне температур. Кроме того, водород уменьшает потери эффективности SCR катализатора, связанные с повышенной объемной скоростью и присутствием серы. В разработанной модели используются следующие три реакции, происходящие в смеси NO-H2-O2: 2 NO + 4 H2 + O2 N2 + 4 H2O 2 NO + 3 H2 + O2 N2O + 3 H2O H2 + 1/2 O2 H2O Восстановление оксида азота водородом в присутствии кислорода является упрощенным и поясняется первым уравнением. Окисление оксида азота до диоксида азота дается вторым уравнением. Наконец, третье уравнение описывает процесс образования воды в реакции водорода и кислорода. 42 Разработанная модель позволяет рассчитывать концентрацию вредных выбросов на выходе из катализатора, коэффициент конверсии NOx в зависимости от температуры и расхода ОГ, геометрии катализатора. Результаты сравнительных экспериментальных исследований подтверждают достоверность модели физических и химических процессов, происходящих в обоих катализаторах. 1.5.3 Моделирование процессов в дизельном фильтре- нейтрализаторе. При создании дизельного фильтра-нейтрализатора (DPF) должны быть решены две задачи: - обеспечена эффективная фильтрация потока отработавших газов от дисперсных частиц; - обеспечено периодическое и/или непрерывное удаление аккумулированных частиц путем их окисления (регенерация фильтра). Конструктивными параметрами, влияющими на эффективность работы фильтра, являются: - геометрия фильтра (длина, ширина); - микроструктура (пористость, диаметр пор); - геометрия каналов (плотность ячеек, толщина стенки, асимметрия). Чтобы поддерживать приемлемый уровень противодавления на выпуске и предотвратить фильтр от закупоривания, собранное вещество частиц должно периодически удаляться (необходима регенерация фильтра). Обычным методом определения уровня сажи является измерение расхода ОГ и падения давления в фильтре и сравнение с корреляцией между падением давления, расходом и уровнем заполнения сажей. Поэтому важно установить характеристики падения давления в DPF. 1.5.3.1 Моделирование потери давления. Основным источником противодавления фильтра являются газодинамические потери, возникающие при прохождении через фильтр потока отработавших газов. В чистом фильтре (без сажи) эти потери складываются из газодинамических потерь связанных с прохождением потока через пористые стенки фильтра и потерь 43 давления в каналах фильтра. В фильтре, заполненном сажей, прохождение потока через слой сажи и изменение пористости стенок дополнительно увеличивают противодавление. В чистом фильтре имеется несколько источников потери давления: - сужение потока на входе во входные каналы фильтра; - трение при течении ОГ по входному и выпускному каналам (без течения через пористую стенку); - трение потока в пористой стенке (это наиболее важный источник потерь давления в фильтре); - расширение потока на выходе из выпускных каналов. Разные газодинамические механизмы, связанные с течением газа в DPF, оказывают влияние на общее падение давления. В целом, течение через пористую стенку вносит наибольший вклад в общую потерю давления в фильтре. Основные уравнения модели газодинамических потерь в фильтре приведены в промежуточном отчете [10]. Общее падение давления в фильтре рассчитывается путем сложения потерь давления во всех элементах фильтра. 1.5.3.2 Моделирование регенерации. При постоянной работе двигателя из-за загрязнения фильтра увеличивается противодавление, и соответственно ухудшается топливная экономичность и мощность двигателя. Поэтому необходима непрерывная и/или периодическая регенерация фильтра. Установка дизельного окислительного катализатора перед типичным фильтром ОГ обеспечивает регенерацию фильтра при температурах ниже 300оС. Дизельный окислительный катализатор (DOC) конвертирует часть, покидающих двигатель, NO в NO2 для последующего вступления в реакцию с ДЧ в расположенном ниже по потоку фильтре. Этот процесс является непрерывным и система не нуждается в обслуживании или сложной стратегии активной регенерации [55]. Для дополнительного улучшения пассивной и активной регенерации, применяют фильтры с каталитическим покрытием [56]. Улучшение обеспечивает повторное окисление NO и формированием в фильтре 44 дополнительных NO2, которые вступают в реакцию с сажей, а также в результате прямой реакции кислорода с углеродом на катализаторе. Разработанная в рамках данного проекта, модель регенерации учитывает два основных процесса: - каталитическое окисление частиц углерода кислородом, который содержится в потоке ОГ (активная регенерация): С + α1О2 → 2(α1 – 0,5)СО2 + 2(1 - α1)СО - реакцию диоксида азота с частицами углерода захваченными фильтром (пассивная регенерация): С + α2NO2 → α2NO + (2 - α2)CO + (α2 – 1)CO2 где α1 и α2 – коэффициенты завершенности двух рассматриваемых реакций; их значения зависят от температуры и они принимаются с учетом экспериментальных данных [57]. Основные уравнения модели регенерации приведены в промежуточном отчете [10]. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными подтверждает достоверность разработанной модели сажевого фильтра. Разработанная модель позволяет рассчитывать изменение потерь давления в фильтре, в том числе при регенерации. 1.6 Расчет основных элементов ПСН Основными отработавших элементами газов перспективной дизельного двигателя системы нейтрализации являются окислительный катализатор, фильтр отработавших газов, система подачи восстановителя, селективно-восстановительный катализатор. Их конструкция не должна оказывать негативного влияния на кривую крутящего момента, мощность и акустические характеристики двигателя. 1.6.1 Окислительный катализатор. Конструкция окислительного каталитического нейтрализатора должна обеспечивать высокие коэффициенты конверсии СО и СН и одновременно конвертировать в NO2 45 часть NO (с отношением NO2/NO ~1,0), покидающих двигатель, для последующего использования в фильтре ОГ при пассивной регенерации. В соответствии с разработанной методикой основные параметры нейтрализатора (фронтальная площадь, объем и позиция в системе выпуска) выбираются исходя из конструктивных соображений и общих рекомендаций [58], которые базируются на статистическом анализе катализаторов аналогичного назначения. Эти параметры проверяются и уточняются с помощью математической модели физических и химических процессов в катализаторе, приведенной в разделе 1.5.1 настоящего отчета. Фронтальная площадь каталитического нейтрализатора влияет на противодавление выпускной системы и соответственно на мощностные показатели и топливную экономичность двигателя. Ее величина выбирается с учетом номинальной мощности двигателя с помощью графика. Зависимости фронтальной площади катализатора от мощности для современных двигателей европейских автомобилей приведена на рисунке 1.6. Объем каталитического нейтрализатора зависит от требуемой эффективности конверсии отработавших газов, а также гарантируемой пропускной способности. Рисунок 1.6 – Изменение фронтальной площади катализатора в зависимости от мощности двигателей европейских автомобилей. 46 Для выполнения экологических норм Евро-4 и Евро-5 в современных двигателях применяют каталитические нейтрализаторы с удельным объемом порядка 0,70-1,15 л/л рабочего объема двигателя [34,59,60]. Больший объем увеличивает массу катализатора, что, в свою очередь, увеличивает продолжительность его прогрева после холодного пуска. С другой стороны, увеличение объема при сохранении плотности ячеек и загрузки металлами платиновой группы увеличивает геометрическую поверхность катализатора, что благоприятно для повышения его эффективности, особенно на повышенных скоростных и нагрузочных режимах. Для предварительного выбора объема и последующего расчета окислительного катализатора рекомендуется воспользоваться статистическими данными, приведенными на рисунке 1.7. На этом рисунке приведена зависимость объема каталитического нейтрализатора от мощности двигателей европейских автомобилей. Рисунок 1.7 - Изменение объема катализатора в зависимости от мощности двигателей европейских автомобилей. Позиция каталитического нейтрализатора в выпускной системе влияет на температуру катализатора, долговечность, продолжительность его включения после холодного пуска и активность катализатора на режимах 47 малых нагрузок и холостого хода. Последний фактор особенно важен для выполнения экологических норм Евро-5 и Евро-6. Поэтому позиция его выбирается с учетом возможности компоновки в моторном отсеке автомобиля и ограничения максимальной допустимой температуры Тмах = 600оС. Величина температуры окислительного катализатора проверяется и место его установки уточняется с помощью математической модели [61]. В том случае если расчетная величина температуры превышает максимально допустимую величину (600оС) позиция окислительного катализатора в выпускной системе двигателя должна быть изменена (удалена от двигателя) на такое расстояние, при котором требование по максимально допустимой температуре будет выполнено. Анализ результатов расчета окислительного каталитического нейтрализатора и их экспериментальная проверка, выполненные в рамках настоящей работы [10,11], подтверждают адекватность разработанной методики расчета и позволяют рекомендовать ее для предварительного выбора основных параметров нейтрализатора на стадии проектирования. 1.6.2 Дизельный фильтр-нейтрализатор. Конструкция дизельного фильтра-нейтрализатора отработавших газов должна обеспечивать: - эффективную фильтрацию потока отработавших газов от ДЧ; - периодическое и непрерывное удаление аккумулированных фильтром частиц путем их окисления (регенерацию фильтра) так, чтобы общее газодинамическое сопротивление ПСН в процессе эксплуатации не превышало 1200 мм водяного столба. Как и при расчете дизельного окислительного катализатора, сначала выбираются основные геометрические параметры фильтра (фронтальная площадь, объем, позиция в системе выпуска, плотность ячеек и др.). Затем соответствие этих параметров техническим требованиям проверяются и уточняются по результатам математического моделирования физических и химических процессов происходящих в фильтре по методике, приведенной в разделе 1.5.3 настоящего отчета. 48 Так как фронтальная площадь фильтра влияет на противодавление выпускной системы и соответственно на мощностные показатели и топливную экономичность двигателя, ее величина выбирается с учетом номинальной мощности двигателя. Если фильтр установлен за окислительным катализатором, тогда, как правило, его фронтальную площадь выбирают равной фронтальной площади катализатора, чтобы не создавать дополнительных газодинамических потерь, связанных с изменением площади проходного сечения. Объем автомобиля каталитического и обычно нейтрализатора больше объема зависит от дизельного назначения окислительного катализатора в 1,5 – 3,0 раза (большие значения относятся к дизелям, применяемым на тяжелых грузовых автомобилях и больших автобусах, имеющих большие пробеги). Для предварительного выбора объема и последующего расчета рекомендуется объем фильтра равный утроенному объему окислительного нейтрализатора. Методика расчета фильтра предусматривает проверку его газодинамического сопротивления (см. раздел 1.5.3), и определение влияния положения в выпускной системе на температуру фильтра с помощью модели физико-химических процессов происходящих в ПСН [10]. Анализ результатов расчета фильтра-нейтрализатора и их экспериментальная проверка, выполненные в рамках настоящей работы [10,11], подтверждают адекватность разработанной методики расчета и позволяют рекомендовать ее для предварительного выбора основных параметров фильтра на стадии проектирования. 1.6.3 Селективно-восстановительный восстановительный катализатор катализатор. Селективно- конструктивно отличается от окислительного катализатора в основном геометрическими размерами и материалом каталитического покрытия. Как и предварительно при расчете выбираются дизельного основные 49 окислительного геометрические катализатора, параметры селективно-восстановительного катализатора (фронтальная площадь, объем, позиция в системе выпуска, плотность ячеек и др.). Затем соответствие этих параметров техническим требованиям проверяются и уточняются по результатам математического моделирования физических и химических процессов происходящих в катализаторе по методике, приведенной в разделе 1.5.2 настоящего отчета. Как правило, фронтальную площадь селективно-восстановительного катализатора выбирают равной фронтальной площади окислительного катализатора и дизельного фильтра ОГ, чтобы не создавать дополнительных газодинамических потерь, связанных с изменением площади проходного сечения. Объем каталитического нейтрализатора зависит от назначения автомобиля и, как правило, сопоставим с объемом дизельного фильтра. По сравнению с окислительным катализатором его объем больше в 1,3-5 раз. Увеличенный объем при сохранении плотности ячеек и загрузки катализатором (серебром, если в качестве восстановителя используется водород, или медь/цеолит, если восстановителем является аммиак) увеличивает геометрическую поверхность катализатора, что благоприятно для повышения его эффективности, особенно на повышенных скоростных и нагрузочных режимах. Методика расчета селективно-восстановительного катализатора предусматривает проверку его эффективности, и определение влияния положения в выпускной системе на температуру катализатора с помощью модели физических и химических процессов происходящих в ПСН. При использовании в качестве восстановителя карбамида для обеспечения эффективной конверсии NOx в молекулярный азот его температура должна находиться в диапазоне 300-400оС. При расчете положения катализатора в ПСН следует учитывать потенциально высокие температуры в фазе активной регенерации фильтра, расположенного выше по потоку. 50 Анализ результатов расчетов селективно-восстановительных нейтрализаторов и их экспериментальная проверка, выполненные в рамках настоящей работы [10,11], подтверждают адекватность разработанной методики расчета и позволяют рекомендовать ее для предварительного выбора основных параметров нейтрализатора на стадии проектирования. Экспериментальные исследования процессов нейтрализации 1.7 токсичных компонентов ОГ в макетах типовых ПСН Для определения основных характеристик ПСН в целом и отдельных ее функциональных элементов были проведены две серии испытаний и исследований - на экспериментальном стенде, созданном в рамках данной работы [11], с использованием модельных газов и на моторном стенде в условиях работающего двигателя. Испытания проводились в соответствии с Программой и методикой 16.516.11.6132 ПМ. 1.7.1 Цель исследований. Определение эффективности двух вариантов макетов типовых перспективных систем нейтрализации ОГ в целом и характеристик отдельных функциональных элементов этих вариантов ПСН. 1.7.2 Объект, методика и программа исследований. Объектом исследований являлись два варианта макетов типовых ПСН в составе: - вариант А: дизельный окислительный катализатор, фильтр- нейтрализатор с системой каталитической регенерации и селективновосстановительный катализатор с водородом в качестве восстановителя; - вариант Б: дизельный окислительный катализатор, фильтр- нейтрализатор с системой термокаталитической регенерации и селективновосстановительный катализатор, использующий в качестве восстановителя раствор карбамида; а также основные функциональные элементы этих вариантов ПСН: окислительный каталитический нейтрализатор, фильтр-нейтрализатор с системой регенерации, два варианта 51 селективно-восстановительного нейтрализатора с системами подачи водорода и раствора карбамида, замерзающего при низких температурах (минус 15-20оС). Принципиальные схемы макетов ПСН вариантов А и Б приведены на рисунках 1.8 и 1.9. Рисунок 1.8 – Принципиальная схема типового макета ПСН варианта А: 1 – дизельный двигатель; 2 – окислительный нейтрализатор; 3 – фильтрнейтрализатор с системой регенерации; 4 – селективно-восстановительный нейтрализатор с системой восстановления NOx водородом. Рисунок 1.9 – Принципиальная схема макета ПСН варианта Б: 1 – дизельный двигатель; 2 – окислительный нейтрализатор; 3 – фильтр-нейтрализатор с системой регенерации; 4 – селективно-восстановительный нейтрализатор с системой восстановления NOx замерзающим при низких температурах раствором карбамида. 52 Испытания и исследования функциональных элементов макетов типовых ПСН и перспективной системы нейтрализации в целом были выполнены на разработанном в рамках данного проекта экспериментальном испытательном стенде с использованием синтетических газов, имеющих концентрации токсичных компонентов близкие по составу реальным ОГ дизельного двигателя. Стенд позволял изменять в широких пределах объемную скорость газа (до 200 тыс. ч-1), температуру (свыше 550оС), расход мочевины (до 10 см3), концентрацию NO (до 1000 ppm). Кроме того, испытания макетов типовых ПСН были выполнены на моторном стенде в составе модифицированного дизельного двигателя типа ЗМЗ-514.10, обеспечивающего выполнение экологических норм Евро-4. Техническая характеристика дизеля приведена в промежуточном отчете [11]. При этом система нейтрализации модифицированного дизеля заменялась макетами ПСН. Определение удельных значений вредных выбросов с ОГ при испытании в условиях моторного стенда производилось на 13 стационарных режимах по методике Правил ЕЭК ООН № 49-03. Композиция газовой смеси на входе и выходе из основных элементов ПСН или ПСН в целом измерялась газоаналитическим оборудованием Horiba MEXA. Концентрация СО и СО2 измерялась инфракрасным методом, концентрация СН - пламенно-ионизационным методом, а концентрация NO и NOx – хемилюминисцентным методом. Концентрация NO2 определялась по замерам NOx и NO и последующему вычитанию результатов этих двух измерений. Погрешность измерения СО, СО2, СН и NOx не превышала 2%. Программа модельных испытаний макетов ПСН на экспериментальном стенде предусматривала проведение испытаний: 1. Дизельного окислительного каталитического нейтрализатора с определением влияния температуры и расхода газа моделирующего ОГ дизеля на эффективность очистки от СО и СН, а также преобразование NO в NO2. 53 2. Фильтра-нейтрализатора с определением характеристик активной регенерации и влияния активной регенерации на газодинамическое сопротивление фильтра. 3. Комбинации окислительного каталитического нейтрализатора и фильтра-нейтрализатора с определением влияния пассивной регенерации на газодинамическое сопротивление фильтра и влияния каталитических покрытий окислительного нейтрализатора и фильтра-нейтрализатора на конверсию СО и СН. 4. Селективно-восстановительного каталитического нейтрализатора (вариант А) с определением влияния температуры газа, моделирующего ОГ дизеля, и концентрации водорода на эффективность очистки его от NOx. 5. Селективно-восстановительного каталитического нейтрализатора (вариант Б) с определением влияния температуры газа, моделирующего ОГ дизеля, на эффективность очистки его от NOx. 6. Макета ПСН вариант А по определению эффективности конверсии СО, СН и NOx при температуре 350оС. 7. Макета ПСН вариант Б по определению эффективности конверсии СО, СН и NOx при температуре 350оС. Программа испытаний макетов типовых ПСН в условиях моторного стенда в составе модифицированного дизеля типа ЗМЗ-514.10 предусматривала проведение: 1. Предварительных испытаний дизеля по калибровке двигателя и динамометра. 2. Стендовых испытаний макетов типовых ПСН (двух вариантов) на 13 стационарных режимах, в составе дизеля с определением: - уровня очистки вредных газообразных веществ от исходного значения; - уровня очистки дисперсных частиц от исходного значения; - общего газодинамического сопротивления ПСН. 54 1.7.3 Результаты модельных исследований. Дизельный окислительный нейтрализатор. Исследования дизельного окислительного нейтрализатора показали, что в модельных условиях его эффективность существенно зависит от температуры и в значительно меньшей степени от расхода модельного газа (в исследованном диапазоне). Коэффициенты конверсии СО и СН окислительного нейтрализатора достигают максимума при температуре 250-370оС равного соответственно 91 и 81% при расходе 75 м3/ч. Коэффициент конверсии NO в NO2 окислительного нейтрализатора достигает максимального значения равного 65% в диапазоне температур 300-350оС и начинает снижаться при увеличении температуры выше 350оС. С увеличением расхода модельного газа до 150 м3/ч коэффициенты конверсии СО, СН и NO немного снижаются (на ~5%) при низких температурах (180-200оС) в основном из-за уменьшения времени пребывания вредных веществ в катализаторе. Анализ результатов исследований нейтрализатора подтверждает адекватность разработанной методики расчета. Фильтр-нейтрализатор. Экспериментальные исследования фильтранейтрализатора в модельных условиях показали, что его газодинамическое сопротивление существенно зависит от удельной загрузки сажей (массы сажи в единице объема фильтра) и от расхода модельного газа. По мере аккумулирования ДЧ фильтром-нейтрализатором его газодинамическое сопротивление увеличивается. Поэтому для обеспечения нормальной работы двигателя (без потери мощности и топливной экономичности) необходима его регенерация. Эффективным методом периодической (активной) регенерации является термическое окисление сажи кислородом за счет увеличения температуры ОГ до 550-600оС. Повышение температуры модельного газа в результате окисления топлива на каталитической поверхности фильтра-нейтрализатора приводит к запуску механизма регенерации, индикатором которой является уменьшение перепада давлений на фильтре. Дополнительное повышение температуры 55 при регенерации обеспечивает тепло, выделяющееся при окислении СО, СН, входящих в состав модельного газа, и окисление сажи аккумулированной в фильтре. Анализ результатов исследования показал, что величина максимальной температуры и продолжительность регенерации существенно зависят от загрузки фильтра сажей. Чем больше загрузка сажей, тем выше температура регенерации и короче продолжительность. Причина сокращения продолжительности регенерации заключается в том, что большее количество сажи, захваченной фильтром, выделяет при окислении больше тепла. Кроме того, окисление сажи при повышенных температурах происходит значительно быстрей (в экспоненциальной зависимости от температуры). Анализ также показал, что общее количество топлива, которое требуется для регенерации фильтра, заметно уменьшается при повышении температуры регенерации. Уменьшение расхода топлива связано с тем, что при пониженной температуре требуется больше времени для выжигания того же количества сажи и соответственно больше топлива для поддержания заданной температуры в течение более длительного времени. Окислительный нейтрализатор + фильтр-нейтрализатор. Другим эффективным методом регенерации фильтра является низкотемпературное окисление сажи диоксидом азота (NO2). Диоксид азота формируется в окислительном нейтрализаторе и дополнительно на каталитической поверхности самого фильтра. Результаты исследования пассивной регенерации фильтра- нейтрализатора, предварительно загруженного сажей, показаны на рисунке 1.10. Анализ приведенных результатов показывает, что при относительно низкой температуре (200-240оС) регенерации не происходит (противодавление не увеличивается), так как температура не достаточна для конвертирования NO в NO2 в окислительном нейтрализаторе. Кроме того, фильтр-нейтрализатор не достаточно прогрет, чтобы обеспечить протекание реакции NO2 – углерод с ощутимой скоростью. 56 При дальнейшем увеличении температуры скорости обеих реакций повышаются и окислительный катализатор конвертирует все больше NO в NO2. Эти NO2 эффективно реагируют с углеродом, накопленным в фильтре. Рисунок 1.10 – Изменение перепада давления ∆р на фильтре-нейтрализаторе при пассивной регенерации: Т – температура модельного газа на входе в фильтр. В результате начиная с температуры ~ 280-300оС потери давления начинают заметно уменьшаться вследствие окисления сажи, что свидетельствует о начале пассивной регенерации фильтра. Испытания комбинации окислительный нейтрализатор - фильтрнейтрализатор по определению влияния их каталитических покрытий на конверсию СО и СН показали, что установка фильтра-нейтрализатора повышает эффективность конверсии СО и СН на 1,0-1,5%. Это связано с тем, что каталитическое покрытие фильтра дополнительно конвертируют СО и СН, не прореагировавшие в окислительном нейтрализаторе. В целом, испытания подтвердили ожидаемый синергетический эффект от комбинирования окислительного нейтрализатора и фильтра, который выразился в уменьшении расхода топлива на регенерацию по сравнению с активной регенерацией. Селективно-восстановительные (восстановитель водород). нейтрализаторы. Модельные 57 исследования Вариант показали, А что концентрация водорода на входе в селективно-восстановительный катализатор существенно улучшает эффективность нейтрализатора, особенно при низких температурах. При отсутствии подачи водорода коэффициент конверсии NOx достигает максимума 48% при температуре 370оС. В этом случае восстановителем являются углеводороды модельного газа [67]. Увеличение концентрации водорода существенно улучшается низкотемпературная активность катализатора и расширяется температурное «окно» восстановления NOx. Максимум коэффициента конверсии NOx смещается от 370оС (Н2 = 0) к 250оС (Н2 = 6000 ppm) и к 200оС (Н2 = 11000 ppm). Вариант Б (восстановитель раствор карбамида). Испытания показали, что температура модельного газа и концентрация аммиака, полученного из раствора карбамида, на входе в селективно-восстановительный катализатор существенно влияют на коэффициент конверсии нейтрализатора. Недостаточная подача аммиака (раствора карбамида) по сравнению со стехиометрической (NH3:NOx = 0,7) существенно понижает активность катализатора в полном диапазоне температур модельного газа. Повышенная подача аммиака (NH3:NOx = 1,1) обеспечивает наилучшую эффективность нейтрализатора в полном исследованном диапазоне температур модельного газа c максимумом коэффициента конверсии NOx = 80% в диапазоне температур 250-300оС. Следует отметить, что при избыточном дозировании NH3 небольшое количество их может проскальзывать через катализатор, не прореагировав с NOx, особенно при температуре ОГ выше 250оС. Чтобы устранить проскальзывание аммиака, в системе селективного восстановления NOx водным раствором карбамида, после восстановительного катализатора установлен финишный окислительный катализатор преобразующий аммиак в азот. Испытания показали, что в диапазоне температур модельного газа 150350оС коэффициент конверсии NH3 в N2 составляет не менее 80%, что соответствует современным требованиям. 58 ПСН варианты А и Б. Модельные испытания двух вариантов ПСН в целом были выполнены при одинаковых условиях, соответствующих режиму работы дизеля типа ЗМЗ-514.10 при 2389 мин-1 и полной нагрузке (точке 2 по циклу ESC Правил ЕЭК ООН № 49-03). Для эффективной работы селективно-восстановительного катализатора обеспечивалась оптимальная подача восстановителя на вход катализатора. Основные результаты модельных испытаний перспективных систем нейтрализации приведены в таблице 1.4. Таблица 1.4 - Основные результаты модельных испытаний перспективных систем нейтрализации. Параметры Модельные газы CH ПСН вариант А CO Коэффициенты конверсии, % Требования ТЗ, не менее, % NOx 89 78 64 60 60 50 ПСН вариант Б Коэффициенты конверсии, % Требования ТЗ, не менее, % 89 78 79 60 60 50 Выводы. В целом, экспериментальные исследования и испытания в модельных условиях на экспериментальном испытательном стенде с использованием синтетических газов подтвердили эффективность этого метода исследований и испытаний отдельных функциональных элементов ПСН, различных комбинаций этих элементов и ПСН в целом. Экспериментальный испытательный стенд позволяет имитировать температуру, расход и композицию реальных отработавших газов дизеля путем соответствующего регулирования температуры, расхода и композиции набора синтетических конструкции газов. каталитических Стенд позволяет нейтрализаторов, 59 исследовать влияние сажевого фильтра, вспомогательных систем (регенерации, дозирования восстановителя) и условий их индивидуальной и совместной работы на характеристики отдельных функциональных элементов ПСН и ПСН в целом. Экспериментальный стенд и методика проведения исследований и испытаний комбинаций отдельных функциональных этих элементов и элементов ПСН в целом ПСН, различных рекомендуются для практического использования при создании систем нейтрализации и фильтрации ОГ с целью обеспечения выполнения перспективных экологических стандартов. Результаты проведенных исследований и испытаний проведенные на экспериментальном испытательном стенде с использованием синтетических газов позволили подтвердить и уточнить рекомендации по выбору основных конструктивных характеристик каталитических нейтрализаторов и фильтра, полученные на этапе расчетного моделирования. Испытания показали, что достигнутая эффективность обоих, разработанных в рамках данного проекта, вариантов макетов типовых ПСН (А и Б) обеспечивает при температуре 350оС комплексную очистку модельных газов от газовых компонентов вредных выбросов (СО, СН и NOx), до уровня достаточного для выполнения экологических требований Евро-5, что соответствует требованиям технического задания. 1.7.4 Результаты моторных испытаний. Результаты моторных испытаний в целом подтвердили результаты, полученные в модельных условиях. Основные результаты стендовых экологических испытаниях модифицированного дизеля типа ЗМЗ-514.10 экологического класса 4, оборудованного макетом типовой ПСН вариант А (восстановитель водород) приведены в таблице 1.5. Таблица 1.5 - Основные результаты стендовых испытаний ПСН варианта А. Удельные выбросы, г/кВт·ч 60 СО СН NOx ДЧ 0,762 0,082 1,87 0,017 Требования Евро-5, г/кВт·ч 1,5 0,46 2,0 0,02 Степень очистки ОГ, % 86 77 63 75 Требования ТЗ по степени очистки ОГ, % 60 60 50 65 Общее газодинамическое сопротивление, мм вод. столба Требования ТЗ по общему газодинамическому сопротивлению, мм вод. столба 1028 1200 Анализ приведенных данных показывает, что ПСН вариант А имеет общее газодинамическое сопротивление на режиме номинальной мощности соответствующее ТЗ, обеспечивает очистку отработавших газов дизеля от всех нормируемых компонентов вредных выбросов (СО, СН, NOx и ДЧ) до уровня, который достаточен для выполнения экологических требований Евро-5 при испытаниях на 13 стационарных режимах цикла Правил ЕЭК ООН № 49 и соответствует требованиям технического задания. Близкие результаты, которые полностью соответствуют требованиям экологических стандартов Евро-5 и ТЗ, получены при стендовых экологических испытаниях модифицированного дизеля типа ЗМЗ-514.10 экологического класса 4, оборудованного макетом типовой ПСН вариант Б (восстановитель раствор карбамида). Следует отметить, что общее газодинамическое сопротивление на режиме номинальной мощности, варианта Б на 13% выше, чем у варианта А. В то же время вариант Б обеспечивает более эффективную на 11% очистку ОГ от NOx по сравнению с вариантом А. В целом, можно сделать вывод, что результаты моторных испытаний, проведенных по методике Правил ЕЭК ООН № 49, подтверждают рекомендации каталитических по выбору основных нейтрализаторов и конструктивных фильтра, расчетного и экспериментального моделирования. 61 характеристик полученные на этапах 2 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ СОЗДАНИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. В результате проведения комплекса работ по созданию макетов типовых ПСН, теоретическому и экспериментальному исследованию процессов нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, выполненных по государственному контракту № 16.516.11.6132 от 22 сентября 2011 г. по теме: «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов», разработаны рекомендации исследований обеспечивающих при по создании выполнения использованию двигателей экологических результатов внутреннего норм Евро-5, этих сгорания, которые отражены в приложении А. Рекомендации могут быть распространены на 4-тактные дизельные двигатели экологического класса 4 мощностью порядка 100 л.с. 62 3 РАЗРАБОТКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ НИР НА ОСНОВАНИИ СТРУКТУРЫ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПСН ДВУХ ВАРИАНТОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗУЮЩИХ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ. Постоянный рост мирового автомобильного парка ведет к глобальному загрязнению окружающей среды токсичными компонентами продуктов сгорания ДВС. По данным российского агентства «Автостат» уже в 2010 году в ряде европейских стран соотношение доля продаж легковых автомобилей с дизельными ДВС значительно превысила 40% (см. рисунок 3.1). Рисунок 3.1 - Доля дизельных автомобилей на рынках Европы. Высокие темпы роста производства автомобилей, а также увеличение доли дизельных экономическими автомобилей, обусловленное характеристиками современных высокими технико- дизельных ДВС, предопределяет поиск новых решений по созданию высокоэффективных систем нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизельных ДВС. Дальнейшее проектирование систем нейтрализации в составе транспортных и стационарных энергоустановок должно происходить в соответствии с обязательствами Российской Федерации по выполнению требований Киотского протокола и обеспечивать сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу. Обязательным условием при этом является соответствие требованиям технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, 63 выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», с изменениями утвержденными постановлением Правительства РФ от 26 ноября 2009 года № 956. Глобальное изменение климата, вызванное избытком парниковых газов в атмосфере, поглощающих часть земного тепла и препятствующих его естественному рассеиванию в космическое пространство, представляют собой серьезную угрозу общественному здоровью и окружающей среде. Парниковые газы могут иметь как естественное, так и антропогенное происхождение. Например, АТС выбрасывают до 30% всех антропогенных парниковых газов: СО2, СН4, N2O и HFCs. Значение выбросов СО2 находится в прямой зависимости от расхода углеводородного топлива, так как практически пропорциональны этому расходу. На долю СО2 приходится до 90% всех выбросов парниковых газов. Воздействие NOx на организм человека представляет серьезную угрозу его здоровью. Попадая в дыхательные пути, NOx образуют азотистую и азотную кислоты, вызывающих серьезные заболевания. По предварительной оценке, степень воздействия NOx на организм человека в 10 раз выше, чем СО. Дисперсные частицы, содержащиеся в ОГ дизельного ДВС, представляют высокую потенциальную опасность, т.к. являются источником канцерогенных веществ, которые абсорбируются на поверхности частиц. Размеры ДЧ не превышают 10 мкм, что приводит к их беспрепятственному попаданию в органы дыхания человека. Введение в Российской Федерации перспективного экологического стандарта класса 5 с 2014 г. ставит перед двигателестроительными и научноисследовательскими организациями сложные задачи по обеспечению низкого содержания токсичных компонентов в ОГ дизельных ДВС. Выполнение перспективных экологических требований неизбежно приводит к росту себестоимости конечной продукции. 64 Одной из перспективных технологий нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизельных ДВС является применение каталитических окислительных нейтрализаторов, фильтров-нейтрализаторов ДЧ с системой регенерации и нейтрализаторов селективного восстановления NOx, оснащенных системой дозирования восстановителя: водорода (ПСН варианта А) или раствора карбамида (ПСН варианта Б). Оснащение дизельного ДВС, соответствующего экологическому стандарту Евро-4, любой из рассмотренных систем нейтрализации обеспечивает выполнение требований экологического стандарта Евро-5 и в перспективе соответствовать требованиям Евро-6. Для практической реализации перспективных технологий нейтрализации токсических компонентов в ОГ дизельных ДВС требуется система очистки ОГ, состоящая из окислительного нейтрализатора (окисление СО и СН), нейтрализатора селективного восстановления NOx с системой дозирования восстановителя (водород или раствор карбамида) и фильтра-нейтрализатора дисперсных частиц с системой регенерации. Перспективная система нейтрализации обеспечивает выполнение следующих параметров: - очистка ОГ от НС и СО не ниже 60% при температуре ОГ 350 оС. - очистка ОГ от NOx не ниже 50% при температуре ОГ 350оС и выше; - очистка ОГ от ДЧ не ниже 65% при температуре ОГ 350оС. На основании структуры и эффективности ПСН двух вариантов и характеристик образующих ее компонентов для технико-экономической оценки результатов НИР использовалась методика, разработанная в рамках проекта «ExternE». Методика «ExternE» использовалась для расчета экономического ущерба от АТС в Германии, Франции, Италии и других европейских странах. Методика «ExternE» позволяет оценить ущерб человеку и окружающей среде, причиняемый токсичными компонентами ОГ дизельных ДВС, в денежном эквиваленте. 65 В общем случае технико-экономическая оценка ПСН двух вариантов сводится к определению экономического эффекта от применения, выражаемого формулами 3.1 и 3.2: Ý1 y ( M M 1 ) y * N N1 ó" (Î - Î 1 ) l T (G T G1T GRT ) l Í 2 G Í 2 C C1 P P1 Ý 2 y(M M 2 ) y * N N 2 ó" (Î - Î 2 ) l T (GT G2T GRT ) l UR GUR где (3.1) C C2 P P2 (3.2) y – условная стоимость одного килограмма выбросов СО, СН, NOx, руб./усл.кг; М, M1 и М2 – приведенная годовая масса выбросов СО, СН, NOx, усл.кг/год; y* - условная стоимость одного килограмма выбросов СО2, руб./кг; N, N1 и N2 –годовая масса выбросов СО2, кг/год; y”- условная стоимость одного килограмма выбросов РМ2,5, руб./кг; О, О1 и О2 – годовая масса выбросов РМ2,5, кг/год; lT – цена дизельного топлива, руб/кг; G1T и G2T – годовой расход дизельного топлива, кг/год; GRT – годовой расход дизельного топлива на активную регенерацию фильтра-нейтрализатора ДЧ, кг/год lН2 – стоимость реагента ПСН (вариант А), руб./кг; GН2 – годовой расход реагента ПСН (вариант А), кг/год; lUR – стоимость реагента ПСН (вариант Б), руб./кг; GUR – годовой расход реагента ПСН (вариант Б), кг/год; С, С1 и С2 – стоимость двигателя, руб.; Р, P1 и P2 – срок службы двигателя, лет. Компоненты без индекса формул 3.1 и 3.2 относятся к базовому дизельному ДВС, соответствующему экологическому стандарту Евро-4. 66 Индексы 1 и 2 компонентов формул 3.1 и 3.2 соответствуют базовому дизельному ДВС, оснащенному ПСН варианта А и Б соответственно. Условная стоимость килограмма выбросов СО, СН, NOx рассчитывается по формуле 3.3. y f , (3.3) где – нормативная константа, переводящая условную оценку выбросов в денежную, руб./усл.кг; – показатель опасности загрязнения атмосферы над различными территориями; f – поправка, учитывающая характер рассеивания примесей в атмосфере для автотранспорта ( f 10). Нормативная константа определена на основании «Временной типовой методики определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды» и составляет 0,0497 руб./усл.кг. Показатель опасности загрязнения атмосферы для жилых районов города с высотной застройкой, включая улицы, магистрали и парки, принимается равным 5. Приведенная к оксиду углерода годовая масса выбросов вредных веществ (СО, СН, NOx) в формуле 3.1 и 3.2 вычисляется по формуле 3.4, усл.кг/год: n M Ei Ai (3.4) i 1 где Ei – выброс i-ого компонента отработавших газов, кг/год; Ai – показатель относительной агрессивности i-го компонента, усл.кг/кг. В качестве базового двигателя для оценки экономической эффективности был принят дизельный двигатель типа ЗМЗ-5148.10 рабочим объемом 2,2 л, оснащенный топливной аппаратурой Common Rail и системой 67 рециркуляции ОГ с промежуточным охладителем. Годовые значения Ei выбросов СО, СН и NOx определялись исходя из удельных выбросов токсичных компонентов, среднегодового пробега АТС и средней нагрузке на ДВС в течение года. На основе статистических данных, среднегодовая нагрузка на ДВС, установленного на АТС коммерческого назначения, принимается равной 75% от номинальной мощности. Удельные выбросы вредных веществ с ОГ по правилам ЕЭК ООН № 49 приведены в таблице 3.1. Таблица 3.1 Удельные выбросы токсичных компонентов СО, СН и NOx. Экологический класс ЕВРО-4 ЕВРО-5 Удельные выбросы токсичных компонентов, г/кВт·ч СО NМНС СН4 NOx ДЧ 4,0 4.0 0,55 0,55 1,1 1,1 3.5 2.0 0.03 0.03 Значения Ei для базового дизельного ДВС, а также для базового двигателя, оснащенного ПСН двух вариантов, приведены в таблице 3.2. Таблица 3.2 Значения годовых выбросов токсичных компонентов ОГ. Еi, кг/год (базовый ДВС с ПСН вариант А) Еi, кг/год (базовый ДВС с ПСН вариант Б) № Наименование вещества Обозначение Еi, кг/год (базовый ДВС) 1 Оксид углерода Летучие низкомолекулярные углеводороды (пары жидких топлив) по углероду Оксиды азота СО 129,6 129,6 129,6 СН 35,6 35,6 35,6 NOx 113,4 64,8 64,8 2 3 Для основных нормируемых токсичных компонентов отработавших газов СО, СН и NOx приняты следующие значения показателя относительной агрессивности, приведенные в таблице 3.3. 68 Таблица 3.3 Относительная агрессивность токсичных компонентов ОГ. № Наименование вещества Обозначение Ai 1 Оксид углерода Летучие низкомолекулярные углеводороды (пары жидких топлив) по углероду Оксид азота СО 1 СН 3,16 NOx 41,1 2 3 Годовая масса выбросов парникового газа СО2 для базового дизельного ДВС рассчитана с учетом равенства удельных выбросов СО2 300 г/км и годового пробега автомобиля 25 000 км. Она составляет 7 500 000 г/год = 7 500 кг/год. Годовая масса выбросов СО2 базового ДВС, оснащенного ПСН двух вариантов, принята равной 250 г/км. Таким образом, годовые выбросы СО2 составят 6 250 кг/год. По данным американского агентства защиты окружающей среды (ЕРА), ущерб от выбросов парникового газа СО2 составляет по разным оценкам от 6 до 73 долларов США за тонну СО2 [70]. В настоящей работе для оценки уменьшения ущерба от выбросов СО2 принята средняя стоимость СО2 – 40 долларов/тонна = 1320 руб./тонна = 1,32 руб./кг при курсе ЦБ РФ 33 руб./доллар. Для оценки уменьшения ущерба от выбросов PM в условиях мегаполисов принята средняя стоимость выбросов дисперсных частиц размером до 2,5 мкм PM2,5 была принята равной 475,2 евро/кг=19240 руб./кг [71]. Годовой расход топлива базового дизельного ДВС в кг/год оценивался по углеродному балансу по формуле: G M CO 2 2405.7кг / год 2,65 где ρ = 0,85 кг/л – плотность дизельного топлива. Для расчета годовых затрат на нефтяное топливо была установлена его стоимость в размере – 33,5 руб./кг, что является средней стоимостью дизельного топлива ЕВРО по ГОСТ 52368-2005 на территории г. Москвы летом 2012 г. Оснащение ДВС ПСН варианта А и Б обеспечивает сокращение расхода дизельного топлива на 4%. Стоимость водорода, по данным [72], 69 может составлять от 60 до 140 руб./кг. Для расчета годовых затрат на водород его стоимость была принята в размере 105 руб./кг. Стоимость 32,5% водного раствора карбамида в зависимости от объемов фасовки изменяется от 14 до 40 руб./кг. При значительных годовых пробегах и в условиях транспортной компании целесообразно приобретение раствора карбамида в емкости большого объема. Таким образом, стоимость восстановителя была принята в размере 14 руб./кг. По предварительной оценке стоимости комплектующих, входящих в состав ПСН двух вариантов, увеличение стоимости базового ДВС вследствие установки ПСН двух вариантов, обеспечивающих выполнение требований экологического стандарта ЕВРО-5, составляет 45655 руб. для ПСН варианта А и 53435 руб. для ПСН варианта Б. Срок службы двигателя принят равным 10 годам, определяющим ресурс двигателя 250000 км. Подстановка численных значений всех составляющих, определяющих величину технико-экономической эффективности от оснащения дизельного ДВС ПСН варианта А и Б, в формулы 3.1 и 3.2, дает годовой экономический эффект от одного двигателя 4498,6 руб./год и 3512,4 руб./год соответственно. Результаты расчетов приведены в таблице 3.4. Данный расчет технико-экономической эффективности был выполнен для условий эксплуатации дизельного ДВС, оснащенного ПСН двух вариантов, в составе АТС. Более высокие технико-экономические показатели от внедрения ПСН двух вариантов для дизельных ДВС можно получить, используя их в ДГУ систем энергообеспечения объектов малой энергетики или в автомобилях с гибридными силовыми установками. Это позволит сократить интегральные вредные выбросы таких установок без применения сложных систем нейтрализации ОГ на режимах с плавным изменением нагрузки и на оптимальных стационарных режимах. 70 Таблица 3.4 – Результаты расчета экономической эффективности от внедрения ПСН двух вариантов. Объект Параметр Базовый Оснащенный Оснащенный двигатель ПСН варианта А ПСН варианта Б (Евро-4) (Евро-5) (Евро-5) Годовой пробег АТС, км/год 25 000 Годовой расход топлива, кг/год 2 405,7 2 309,4 2 309,4 Годовой расход реагента, кг/год - 7,2 69,3 Стоимость топлива, руб./кг 33,5 Стоимость реагента, руб./кг - 105 14 Расходы на топливо, руб./год 80591 77365 77365 Расходы на реагент, руб./год - 756 970,2 7 500 6 250 6 250 СО 129,6 129,6 129,6 СН 112,6 112,6 112,6 4660,7 2663,3 2663,3 0,972 0,972 0,972 СО 322 322 322 СН 279,9 279,9 279,9 NOx 11581,9 6618,3 6618,3 СО2 9900 8250 8250 ТЧ 18701,3 18701,3 18701,3 - 45655 53435 - 4498,6 3512,4 Годовая масса выбросов CO2, кг/год Приведенная к СО годовая масса выбросов, усл.кг/год: NOx Годовая масса выбросов ТЧ, кг/год Годовая стоимость выбросов, руб./год: Увеличение стоимости двигателя, руб. Экономический эффект, руб./год 71 Другим важным параметром, определяющим технико-экономические показатели ПСН двух вариантов, является трудоемкость проведения плановых работ по техническому обслуживанию АТС после установки одной из ПСН двух вариантов. Для сокращения трудоемкости работ по техническому обслуживанию ко всем элементам и системам ПСН двух вариантов, требующим проведения периодических работ по регулировке, проверке герметичности и пр., по возможности должен быть обеспечен свободный доступ, не сопряженный с демонтажем расположенных рядом агрегатов и систем. Для оценки увеличения трудоемкости проведения плановых работ по техническому обслуживанию АТС после установки одной из ПСН двух вариантов был проведен анализ, в котором за базу в 100% принималась трудоемкость технического соответствующим обслуживания экологическим АТС требованиям с дизельным Евро-4. ДВС, Трудоемкость проведения дополнительных работ, связанных с обслуживанием одной из ПСН двух вариантов после установки на АТС, определялась относительно базовой трудоемкости, равной 100%. Значения трудоемкости проведения плановых работ по техническому обслуживанию систем и элементов ПСН двух вариантов, представленных в процентах, отображены в таблице 3.5. Таблица 3.5 – Трудоемкость проведения плановых работ по техническому обслуживанию систем и элементов ПСН двух вариантов. Системы, элементы ПСН Система дозирования восстановит еля ПСН варианта А Трудоемкость обслуживания, % ПСН варианта ПСН варианта А Б Виды работ Контроль газовых баллонов и регуляторов давления газа, предохранительного клапана, газового расходомера, электромагнитного клапана подачи водорода и форсунки Контроль герметичности трубопроводов и резьбовых соединений Контроль целостности уплотнительных прокладок и герметичности корпуса смесителя водорода 72 3 - 3,5 - 1,5 - Продолжение таблицы 3.5. Система дозирования восстановителя ПСН варианта Б Контроль насоса-дозатора и форсунки Контроль герметичности трубопроводов и резьбовых соединений Контроль целостности уплотнительных прокладок и герметичности корпуса смесителя раствора карбамида Контроль датчиков уровня и температуры раствора карбамида Система активной Контроль насоса-дозатора и регенерации форсунки фильтраКонтроль датчика перепада нейтрализатора ДЧ давления ОГ Контроль герметичности трубопроводов и резьбовых соединений Контроль целостности уплотнительных прокладок и герметичности корпуса смесителя топлива Система охлаждения Контроль работы форсунок циркуляционного насоса Контроль герметичности трубопроводов и резьбовых соединений Контроль уровня охлаждающей жидкости Нейтрализаторы, Контроль целостности фланцевые уплотнительных прокладок и соединения герметичности корпуса Итого, % - 1 - 2 - 1,5 - 0,5 1 0,25 2 1,5 0,75 2 0,25 4 19,75 16,75 Из результатов, представленных в таблице 3.5, следует вывод, что трудоемкость технического обслуживания ПСН варианта А вследствие значительного количества элементов и соединений в газовой арматуре превосходит аналогичный показатель для ПСН варианта Б и составляет 19,75% и 16,75% соответственно. Полученные результаты соответствует требованиям технического задания, в котором увеличение трудоемкости проведения плановых работ по техническому обслуживанию АТС после установки одной из ПСН двух вариантов не должно превышать 20%. 73 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ СОЗДАВАЕМЫХ ПСН И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЫНОЧНОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Анализ конкурентоспособности заключался в сравнении основных технических характеристик созданных перспективных систем нейтрализации с эталонными. За эталон была выбрана одна из основных аналогичных систем нейтрализации, выпускаемая ООО "НТЦ МСП". Была выбрана именно эта система, ввиду ее высоких показателей по очистке отработавших газов от CO, CH, NOx и ДЧ. Помимо основных технических характеристик, сравнивались такие показатели компонентов, соответствие как цена экологическим системы, нормам надежность и её трудоемкость обслуживания. Проведенные расчеты показали высокую конкурентоспособность созданных ПСН. По всем сравниваемым показателям созданная перспективная система нейтрализации превосходит аналоги, следовательно будет является более привлекательной как для заводов-автопроизводителей, так и для непосредственных владельцев транспортных средств. Также был произведен расчет рыночного потенциала созданных ПСН. Его определение заключалось в оценке рыночного спроса, который оказался очень высок и составил 42 308 760 200 руб. Технико-экономическая оценка конкурентоспособности создаваемых ПСН и определение рыночного потенциала полученных результатов отражено в приложении Б. 74 5 ПРОВЕДЕНИЕ МАРКЕТИНГОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПОИСКУ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ СОЗДАВАЕМЫХ ПСН В СТРАНАХ СНГ И БЛИЖНЕГО ВОСТОКА И РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА БИЗНЕСПЛАНА ПРОИЗВОДСТВА ПСН В АВТОМОБИЛЬНОЙ ОТРАСЛИ. Маркетинговые исследования В результате проведения работ по государственному контракту № 16.516.11.6132 от 22 сентября 2011 г. по теме: «Проведение проблемноориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов» были проведены маркетинговые исследования по поиску потребителей создаваемых ПСН в странах СНГ (Украина, Беларусь) и Ближнего Востока (Турция, Иран), которые представлены в приложении В. Проект бизнес-плана К настоящему моменту созданы и испытаны макеты типовых ПСН (Перспективные системы нейтрализации) двух вариантов, проведены необходимые научные и маркетинговые исследования, предложено и обосновано использование разработанных ПСН. Продолжение внедрения систем нейтрализации требует создания коммерческого предприятия, способного взять на себя производство и реализацию ПСН. Предприятие будет создаваться в форме закрытого акционерного общества, учредителями в котором будут являться частные инвесторы, способные профинансировать создание производства. В рассматриваемом периоде буде организовано сборочное производство из готовых узлов и агрегатов. Производство систем нейтрализации будет осуществляться по предварительному заказу. За первый год производственная мощность может достигнуть 20000 ПСН. Сборка систем нейтрализации будет происходить из узлов, поставляемых сторонними поставщиками, за исключением нейтрализаторов, 75 производство которых будет осуществляться непосредственно на предприятии. В использовании ПСН заинтересованы автомобильные заводы, устанавливающие на выпускаемые автомобили 4-х тактные дизельные ДВС (Двигатели внутреннего сгорания) рабочим объемом до 2500 см3. Проект бизнес - плана представлен в приложении Г. Экономические расчеты, выполненные по утвержденным методикам свидетельствуют о высокой эффективности инвестиционного проекта. Основные показатели экономической эффективности проекта приведены в таблице 5.1. Таблица 5.1 - Основные показатели экономической эффективности проекта. Значение Значение при при Показатель производстве производстве ПСН ПСН варианта А варианта Б Расчетный период, год 1 1 Годовой объем выпускаемой 20000 20000 продукции, шт. Цена единицы продукции, руб. 70 655 78 435 Общий доход, руб. 1 413 100 000 1 568 700 000 Суммарные издержки, руб. 15 495 460 15 495 460 Инвестиции в проект, руб. 16 000 000 16 000 000 Чистая прибыль на конец года, руб. 73 871 942 69 621 186 Денежные средства на конец года, руб. 1 150 008 607 1 285 050 007 Активы и пассивы на конец года, руб. 1 159 474 747 1 294 516 147 Точка безубыточности, шт. 2783 2534 Коэффициент надежности 0,13915 0,1267 Чистый дисконтированный доход, руб. 8 652 802,7 11 645 926,5 Рентабельность инвестиций, % 323,4 429,5 Внутренняя норма доходности 2,72 3,94 Срок окупаемости, месяцев 4,2 2,6 76 6 РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА ОКР. В результате проведения работ по государственному контракту № 16.516.11.6132 от 22 сентября 2011 г. по теме: «Проведение проблемноориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов» был разработан проект технического задания на ОКР «Проведение проблемноориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов», который представлен в приложении Д. 77 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проведения комплекса работ по анализу и обобщению теоретических и экспериментальных исследований процессов нейтрализации токсичных компонентов ОГ ДВС до уровня перспективных экологических стандартов, выполненных по государственному контракту № 16.516.11.6132 от 22 сентября 2011 г. по теме: «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших перспективных газов двигателей экологических внутреннего стандартов», сгорания получены до уровня следующие результаты: 1. Показано, что выполнение 4-тактным дизелем перспективных экологических стандартов Евро-5 и особенно Евро-6 требует реализации комплекса мер, в том числе: - разработки мероприятий по конструкции и рабочему процессу дизеля, обеспечивающих дальнейшее снижение вредных выбросов; - разработки перспективной системы каталитической нейтрализации (ПСН) токсичных компонентов отработавших газов, в первую очередь NOx и дисперсных частиц; - наличия на рынке дизельного топлива с очень низким содержанием серы (на уровне 10-15ppm). 2. Ключевым фактором выполнения перспективных экологических стандартов дизелем экологического класса 4 мощностью порядка 100 л.с. АТС полной массой свыше 3,5 тонн является создание высокоэффективной перспективной четырехкомпонентной системы нейтрализации ОГ. 3. Разработана и рекомендуется принципиальная схема двух вариантов макетов типовых ПСН со следующей последовательностью расположения основных элементов: 1) дизельный окислительный нейтрализатор ; 78 2) каталитический сажевый фильтр с системой активной регенерации; 3) селективно-восстановительный нейтрализатор с системой дозирования восстановителя (для варианта А - водорода или для варианта Б раствора карбамида). По сравнению с альтернативными концепциями, предложенная схема обеспечивает возможность применения пассивной (низкотемпературной) регенерации сажевого фильтра диоксидом азота, что позволяет уменьшить расход топлива на регенерацию и соответственно выбросы СО2. 4. Разработан и апробирован методический подход, позволяющий определить на стадии разработки параметры основных элементов ПСН, который заключается в комбинированном применении: - методик расчета, базирующихся на созданных математических моделях физических и химических процессов в катализаторах и фильтре; - экспериментального метода, в том числе, используемого в модельных условиях на экспериментальном стенде, созданном в рамках данной работы, и на моторном стенде при испытаниях и исследованиях ПСН. 5. Разработаны конкретные рекомендации по использованию результатов данных исследований при создании основных элементов ПСН, обеспечивающих выполнение дизельным двигателем внутреннего сгорания экологических норм Евро-5, в том числе, по выбору основных конструктивных характеристик: - дизельного окислительного каталитического нейтрализатора; - каталитического сажевого фильтра; - системы активной регенерации сажевого фильтра; - селективно-восстановительного каталитического нейтрализатора, использующего водород в качестве восстановителя NOx (вариант А); - системы дозирования восстановителя (водорода); 79 - селективно-восстановительного каталитического нейтрализатора, использующего раствор карбамида в качестве восстановителя NOx (вариант Б). 6. Созданные с учетом рекомендаций по п. 5 заключения макеты типовых ПСН (варианты А и Б) обеспечивают в составе 4-тактного дизельного двигателя экологического класса 4 мощностью порядка 100 л.с. автотранспортного средства полной массой свыше 3,5 тонн при испытаниях по 13 режимному циклу Правил ЕЭК ООН № 49 выполнение перспективных экологических требований Евро-5, в том числе за счет: - снижения СО на 86% (по ТЗ не менее 60%); - снижения СН на 77% (по ТЗ не менее 60%); - снижения NOx на 63% для варианта А и на 70% для варианта Б (по ТЗ не менее 60%); - снижения ДЧ на 75% (по ТЗ не менее 65%). 7. Методы экспериментальных и результаты исследований выполненных основных теоретических элементов и перспективной системы нейтрализации и ПСН в целом составляют научную основу создания перспективных систем нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания, соответствующих экологическому классу 5 и формируют направления работ по обеспечению более жестких требований Евро-6. 8. Разработанные технологические и технические решения для снижения токсичных выбросов дизелей обеспечивают: - увеличение трудоемкости проведения плановых работ по техническому обслуживанию транспортного средства для обслуживающего персонала или водителей транспортного средства после установки ПСН двух вариантов не более чем на 20%; 80 - основные элементы и узлы ПСН изготавливаются преимущественно из отечественных материалов и комплектующих, доля которых составляет не менее 30% от общего количества комплектующих ПСН двух вариантов. 9. Разрабатываемые (каталитические и характеристиками, ПСН, с фильтровальные также их узлы, определенными отдельные узлы элементы дозирования) техническим с заданием, конкурентоспособны с устройствами аналогичного назначения, в части эффективности очистки и пониженной не менее, чем на 10% себестоимости. 10. Проведены маркетинговые исследования в части поиска основных (автомобильная промышленность) и дополнительных потребителей создаваемых ПСН в РФ и странах СНГ (Украина, Беларусь), а также в странах ближнего Востока (Иран, Турция), а также разработан проект бизнес-плана с предложениями о размещении производства в объеме до 20.0 тыс. шт. ежегодно. 11. Разработан конструкторские проект работы технического «Проведение задания на опытно- проблемно-ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов». 12. Работа по этапу 4 государственного контракта № 16.516.11.6132 от 22 сентября 2011 г. и контракту в целом, выполнена полностью в запланированном исследований объеме, научно-технический соответствует уровню уровень выполненных исследований ведущих исследовательских центров в области двигателестроения. Результаты работы рекомендуются для практического использования при создании перспективных систем нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания. 81 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Ипатов А.А., Кисуленко Б.В. Кутенев В.Ф. «Глобализация экологических требований к конструкции автотранспортных средств, их производству и эксплуатации». Автомобили и двигатели: Сб. науч. трудов НАМИ. Вып. 231. 2003. 2. Shafer F., van Basshuysen R. «Reduced Emission and Fuel Consumption in Automobile Engines». Springer – Verlag, Wien, 1995. 3. Degobert P. «Automobiles and Pollution». SAE Inc., 1995. 4. Звонов В.А. «Токсичность двигателей внутреннего сгорания». М., Машиностроение, 1975. 5. Кутенев В.Ф., Каменев В.Ф. «Вредные выбросы автомобильных двигателей, нормирование и методы измерений». М., 1999. 6. Морозов К.А. «Токсичность автомобильных двигателей». М., ЛегионАвтодата, 2000. 7. Звонов В.А., Корнилов Г.С., Козлов А.В., Симонова Е.А. «Оценка и контроль выбросов дисперсных частиц с отработавшими газами дизелей». Издательство Прима-Пресс, М. 2005. 8. Кульчицкий А.Р. «Токсичность автомобильных и тракторных двигателей».М., издательство ООО "Академический проект". 9. Отчет НГТУ о выполнении НИР «Проведение проблемно- ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов», этап 1 «Выбор направления исследований. Проведение аналитических и патентных исследований», Нижний Новгород, 2011. 10. Отчет НГТУ о выполнении НИР «Проведение проблемно- ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего 82 сгорания до уровня перспективных экологических стандартов», этап 2 «Теоретические исследования процессов нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания», Нижний Новгород, 2011. 11.Отчет НГТУ о выполнении НИР «Проведение проблемно- ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов», этап 3 «Экспериментальные исследования процессов нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания», Нижний Новгород, 2012. 12.Звонов В.А., Симонова Е.А. «Токсикологическая опасность дизельного аэрозоля», Автостроение за рубежом, № 12, 2002. 13. «Health assessment document for diesel engine exhaust / EPA/600/8-0/057F», National Center for Environmental Assessment, Office of Research and Development, U.S. Environmental Protection Agency. Washington, DC, May, 2002. 14. D. T. Silverman и др. «The Diesel Exhaust in Miners Study: A Nested Case– Control Study of Lung Cancer and Diesel Exhaust», JNCI, Vol. 104, № 11, June 6, 2012. 15. «Worldwide Emissions Standards Heavy Duty & Off-Road Vehicles», Delphi, 2008. 16. «Единообразные предписания, касающиеся сертификации транспортных средств в отношении выбросов вредных веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей», ГОСТ Р 41.83-2004 (Правила ЕЭК ООН № 83), М., ИПК Издательство стандартов, 2004. 17. «Единообразные предписания, касающиеся сертификации двигателей с воспламенением от сжатия и двигателей, работающих на природном газе, а также двигателей с принудительным зажиганием, работающих на 83 сжиженном нефтяном газе, и транспортных средств, оснащенных двигателями с воспламенением от сжатия, двигателями, работающими на природном газе, и двигателями с принудительным зажиганием, работающими на сжиженном нефтяном газе, в отношении выбросов вредных веществ», ГОСТ Р 41.49-2003 (Правила ЕЭК ООН № 49), М., ИПК Издательство стандартов, 2004. 18. Рекомендации ФГУП РФ «НАМИ» по выбору конструкции дизельной топливной аппаратуры. 2010. 19. Johnson T. V. «Diesel Emission Control in Review», SAE Paper, № 2009-010121, 2009. 20. Knight A., Crossley S., Draper D.E. «Development of High Pressure Common Rail Systems Incorporating Advanced Electronic Control Strategies for Future Heavy Duty Vehicles», 33rd International Vienna Motor Symposium, Vienna, 2012. 21. Dollmeyer T.A., Vittorio D.A., Grana T. A., Katzenmeyer J. R., Charlton S. J., Clerc J., Morphet R.G. « Meeting the US 2007 Heavy-Duty Diesel Emission Standards - Designing for the Customer», SAE Paper, № 2007-01-4170, 2007. 22. Tomazic D., Pfeifer A. «Cooled EGR - A Must or an Option for 2002/04», SAE Paper , № 2002-01-0962, 2002. 23. A. Pfeifer, M. Krueger, D. Tomazic « U.S. 2007 - Which Way to Go? Possible Technical Solutions», SAE Paper, № 2003-01-0770, 2003. 24. Walzer P. «Future Power Plants For Cars», SAE Paper, № 2001-01-3192, 2001. 25. Панчишный В.И. «Нейтрализаторы отработавших газов дизелей», Автомобильная промышленность, № 11, 2008. 26. Herzog P. L., Bürgler L., Winklhofer E., Zelenka P., Cartellieri W. « NOx Reduction Strategies for DI Diesel Engines», SAE Paper, № 920470, 1992. 27. Hu H., Reuter J., Yan J., McCarthy, Jr. J. «Advanced NOx Aftertreatment System and Controls For On-Highway Heavy Duty Diesel Engines», SAE 84 Paper, № 2006-01-3552, 2006. 28. Mizuno T., Suzuki J. «Development of a New DPNR Catalyst», SAE Paper, № 2004-01-0578, 2004. 29. Senatore A., Cardone M., Buono D., Sessa G. «Experimental Study of Lean NOx Trap Management», SAE Paper, № 2007-01-3442, 2007. 30. R.M. Heck, R.J. Farrauto, S.T. Gulati «Catalytic Air Pollution Control», John Wiley & Sons, Inc., New York. 2002. 31. Hirata K., Masaki N., Ueno H., Akagawa H. « Development of Urea-SCR System for a Heavy-Duty Commercial Vehicles», SAE Paper, № 2005-011860, 2005. 32. Walker, A.P., P.G. Blakeman, T. Ilkenhans, B., Magnusson, A.C. McDonald, P. Kleijwegt, Stunnenberg F., M. Sanchez « The Development and In-Field Demonstration of Highly Durable SCR Catalyst Systems», SAE Paper, № 2004-01-1289, 2004. 33. Havenith, C., R.P. Verbeek « Transient Performance of a Urea DeNOx Catalyst for Low Emissions Heavy-Duty Diesel Engines», SAE Paper, № 970185, 1997. 34. Conway R., Chatterjee S., Beavan A., Goersmann C., Walker A. « NOx and PM Reduction Using Combined SCR and DPF Technology in Heavy Duty Diesel Applications», SAE Paper, № 2005-01-3548, 2005. 35. B. West B., Huff S., Parks J., Swartz M., Graves R. « In-Cylinder Production of Hydrogen During Net-Lean Diesel Operation», SAE Paper, № 2006-010212, 2006. 36. Satokawa S., Shibata J., Shimizu K., Satsuma A., Hattori T. « Promotion Effect of H2 on the Low Temperature Activity of the Selective Reduction of NO by Light Hydrocarbons over Ag/Al2O3», Applied Catalysis B: Environmental, 2003, 42, 179-186. 37. Kirwan J. E., Quader, A. A., Grieve M. « Advanced Engine Management Using On- Board Gasoline Partial Oxidation Reforming for Meeting Super85 ULEV (SULEV) Emissions Standards», SAE Paper, № 1999-01-2927, 1999. 38. Kirwan J. E., Quader, A. A., Grieve M. « Fast Start-Up On-Board Gasoline Reformer for Near Zero Emissions in Spark-Ignition Engines», SAE Paper, № 2002-01-1011, 2002. 39. B. Frank, G. Emig, A. Renken. Appl. Catal. B. 19, 45,1998. 40. R. Burch, M.D. Coliman. Appl. Catal. B. 23, 115, 1999. 41. Ueda, T. Nakao, M. Azuma, T. Kobayashi. Catal. Today. 45, 135,1998. 42. Панчишный В.И. «Дизельные фильтры и фильтры-нейтрализаторы отработавших газов дизелей», Автомобильная промышленность, № 12, 2008. 43. Wade W., White J., Florek J. «Diesel Particulate Trap Regeneration Techniques», SAE Paper, № 810118, 1981. 44. Forster H.J «Entwicklungsreserven des Verbrennungsmotors», ATZ, vol. 93, № 6, 1991. 45. Cooper B., Thoss J. «Role of NO in Diesel Particulate Emission Control», SAE Paper, № 890404, 1989. 46. Wurzenberger J. C., Wanker R. «Multi-Scale SCR Modeling, 1D Kinetic Analysis and 3D System Simulation», SAE Paper, № 2005-01-0948, 2005. 47. Koebel M., Elsener M., Kleemann M. «Urea-SCR: a promising technique to reduce NOx emissions from automotive diesel engines», Catalysis Today, vol.59, pp. 335-345, 2000. 48. J. Y. Kim, G. Cavataio, J. E. Patterson, P. M. Laing, C. K. Lambert « Laboratory Studies and Mathematical Modeling of Urea SCR Catalyst Performance», SAE Paper, № 2007-01-1573, 2007. 49. Gieshoff J., Schafer-Sindlinger A., Spurj P. C., van den Tillaart J. A. A. «Improved SCR Systems for Heavy Duty Applications», SAE Paper, № 200001-0189, 2000. 50. Koebel M., Elsener M., Madia G. «Recent Advances in the Development of Urea-SCR for Automotive Applications», SAE Paper, № 2001-01-3625, 2001. 86 51. Шлихтинг Г. «Теория пограничного слоя», Наука, М., 1969. 52. Konstandopoulos A. G., Kostoglou M., Skaperdas E., Papaioanou E. Zarvalis D., Kladopoulou E. «Fundamental Studies of Diesel Particulate Filters: Transient Loading, Regeneration and Aging», SAE Paper, № 2003-013176, 2003. 53. M. Sahimi «Flow and Transport in Porous Media and Fractured Rock», VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, 1995. 54. A. G. Konstandopoulos, E. Skaperdas, M. Masoudi «Inertial Contributions to the Pressure Drop of Diesel Particulate Filters», SAE Paper, № 2001-01-0909, 2001. 55. Allansson R., Blakeman P. G., Cooper B. J., Hess H., Silcock P. J., Walker A. P. «Optimising the Low Temperature Performance and Regeneration Efficiency of the Continuously Regenerating Diesel Particulate Filter (CR-DPF) System», SAE Paper, № 2002-01-0428, 2002. 56. York A.P.E., Watling T. C., Ahmadinejad M., Bergeal D., Phillips P. R., Swallow D. «Modeling the Emissions Control Performance of a Catalyzed Diesel Particulate Filter (CDPF) System for Light Duty Diesel Applications», SAE Paper, № 2009-01-1266, 2009. 57. G. Ferrari, F. Piscaglia, A. Onorati «1D Modeling of the Hydrodynamics and of the Regeneration Mechanism in Continuous Regenerating Traps», SAE Paper, № 2006-01-3011, 2006. 58. Weltens H., Bressler H., Doll M. «Design of Exhaust Gas Catalyst Systems for European Applications», SAE Paper № 880318, 1988. 59. Triana A. P., Johnson J. H., Yang S. L., Baumgard K. J. «An Experimental and Numerical Study of the Performance Characteristics of the Diesel Oxidation Catalyst in a Continuously Regenerating Particulate Filter», SAE Paper, № 2003-01-3176, 2003. 60. C. Huynh, J.H. Johnson, S. Yang, S Bagley, J. Warner «A One-Dimensional Computational Model for Studying the Filtration and Regeneration 87 Characteristics of a Catalyzed Wall-Flow Diesel Particulate Filter», SAE Paper, № 2006-01-3011, 2006. 61. Папкин Б.А., Каменев В.Ф., Хрипач Н.А., Бурков В.И. «Математическая модель и программа инженерного расчета каталитического нейтрализатора», Двигатели: Сб. науч.. тр. НАМИ, вып. 233. 2005. 62. York A. P.E., Ahmadinejad M., Watling T. C., Walker A. P., Cox J. P., Gast J., Blakeman Р. G., Allansson R. «Modeling of the Catalyzed Continuously Regenerating Diesel Particulate Filter (CCR-DPF) System: Model Development and Passive Regeneration Studies», SAE Paper, № 2007-01-0043, 2007. 63. Chatterjee D., Burkhardt T., Rappe T., Güthenke A., Weibel M. « Numerical Simulation of DOC+DPF+SCR Systems: DOC Influence on SCR Performance», SAE Paper, № 2008-01-0867, 2008. 64. Pischinger S., Körfer T., Wiartalla A., Schnitzler J., Tomazic D., Tatur M. «Combined Particulate Matter and NOx Aftertreatment Systems for Stringent Emission Standards», SAE Paper, № 2007-01-1128, 2007. 65. Enderle C., Vent G., Paule M. «BLUETEC Diesel Technology – Clean, Efficient and Powerful», SAE Paper, № 2008-01-1182, 2008. 66. Li C.G., Mao F., Swartzmiller S. B., Wallin S. A., Ziebarth R. R. «Properties and Performance of Diesel Particulate Filters of an Advanced Ceramic Material», SAE Paper, № 2004-01-0955, 2004. 67. Schmieg S. J., Blint R. J., Deng L. «Control Strategy for the Removal of NOx from Diesel Engine Exhaust using Hydrocarbon Selective Catalytic Reduction», SAE Paper, № 2008-01-2486, 2008. 68. Kono N., Kobayashi Y., Takeda H. «Fuel Effects on Emissions from Diesel Vehicles Equipped with Advanced Aftertreatment Devices», SAE Paper, № 2005-01-3700, 2005. 69. I. Gekas, A. Vressner, K. Johansen «NOx Reduction Potential of V-SCR Catalyst in SCR/DOC/DPF Configuration Targeting Euro VI Limits from High Engine NOx Levels», SAE Paper, № 2009-01-0626, 2009. 88 70. «Light-Duty Vehicle Greenhouse Gas Emission Standards and Corporate Average Fuel Economy Standards; Final Rule», Federal Register , Vol. 75, № 88, May 7, 2010. 71. «Updating the external cost of environmental damage in relation to air pollution and climate change», MIRA 2011 72. Дмитриев А.Л. «ВОДОРОДНОЕ ТОПЛИВО: экономика и экология», http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=1236 89 ПРИЛОЖЕНИЕ А РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ СОЗДАНИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ по выполнению государственного контракта от «22» сентября 2011 г. № 16.516.11.6132 (Шифр «2011-1.6-516-033-023») заключенного с Министерством образования и науки Российской Федерации по теме ПРОВЕДЕНИЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОИСКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДО УРОВНЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ 90 91 Введение В результате проведения комплекса работ по созданию макетов типовых перспективных отработавших систем газов нейтрализации (ОГ) дизельных (ПСН) токсичных двигателей компонентов внутреннего сгорания, теоретическому и экспериментальному исследованию процессов нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей, анализу научнотехнической, патентной, нормативной и методической литературы в области экологии автомобилей и технологий нейтрализации ОГ, выполненных по государственному контракту № 16.516.11.6132 от 22 сентября 2011 г. по теме: «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов», разработаны рекомендации по использованию результатов этих исследований при создании дизельных двигателей внутреннего сгорания, обеспечивающих выполнения экологических норм Евро-5. Рекомендации распространяются на 4-тактные дизельные двигатели экологического класса 4 мощностью порядка 100 л.с. отечественных автотранспортных средств и другой техники, оснащенной этими двигателями, с целью защиты окружающей среды от воздействия вредных выбросов. Рекомендации Для обеспечения выполнения перспективных экологических стандартов Евро-5 при эксплуатации отечественных автомобилей и другой техники, оснащенной дизельными двигателями внутреннего сгорания, с целью защиты окружающей среды от воздействия вредных выбросов рекомендуется: 92 1. Использовать нейтрализации ОГ, четырехкомпонентную обеспечивающую при перспективную температуре систему 350оС очистку отработавших газов дизеля: - от дисперсных частиц (ДЧ) - на 65%, не менее; - от СН и СО – на 60%, не менее; - от NOx – на 50%, не менее; - общее газодинамическое сопротивление 1200 мм водяного столба, в составе: - дизельного окислительного каталитического нейтрализатора; - селективно-восстановительного каталитического нейтрализатора в двух вариантах с водородом (А) и раствором карбамида (Б) в качестве восстановителя оксидов азота; - фильтра-нейтрализатора дисперсных частиц (сажевый фильтр) с каталитическим покрытием, для снижения выбросов токсичных компонентов отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания при испытаниях по Правилам ЕЭК ООН № 49 до уровня требований Евро-5, приведенного в таблице 1. Таблица 1 - Требования Евро-5 по выбросам токсичных компонентов. Требования Евро-5 по выбросам токсичных компонентов, г/кВтч СО NMHC CH4 NOx ДЧ 4,0 0,55 1,1 2,0 0,03 2. Применять принципиальную схему ПСН, в которой реализована следующая последовательность расположения элементов ПСН относительно выпускного коллектора дизельного двигателя: 1) дизельный окислительный нейтрализатор (ДОН); 2) каталитический сажевый фильтр регенерации; 93 (КСФ) с системой активной 3) селективно-восстановительный нейтрализатор (СВН) с системой дозирования восстановителя (водорода или раствора карбамида), в целях достижения синергетического эффекта. В варианте А рекомендуемая схема позволяет использовать пассивную (низкотемпературную) регенерацию сажевого фильтра диоксидом азота, формируемым в ДОН и КСФ, что обеспечивает в целом меньший расход топлива на регенерацию и соответственно меньшие выбросы парникового газа СО2 по сравнению с альтернативной схемой (ДОН + СВН + КСФ). В варианте Б, кроме того, не прореагировавший в фильтре диоксид азота способствует повышению эффективности конверсии NOx в СВН. 3. Использовать методический подход для определения геометрических параметров (фронтальной площади, объема, позиции в системе выпуска и др.) основных элементов ПСН – дизельного окислительного катализатора, фильтранейтрализатора ОГ и селективно-восстановительного катализатора (двух вариантов – с водородом и карбамидом в качестве восстановителя NOx), который заключается в комбинированном применении: - методик расчета, базирующихся на математических моделях физических и химических процессов в катализаторах и фильтре, разработанных в рамках данной работы; - экспериментального метода, базирующегося на результатах испытаний и исследований ПСН в модельных условиях на экспериментальном стенде, созданном в рамках данной работы, и на реальном двигателе в условиях моторного стенда. 4. Использовать модель физических и химических процессов в дизельном окислительном катализаторе, которая описывает химическую кинетику окисления СО, СН и NO и характеристики переноса тепла и массы в катализаторе в одномерной постановке, для расчета концентраций выбросов СО, СН и NO2 на выходе из катализатора в зависимости от его геометрии и температуры. Проверка достоверности модели показала, что 94 результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными в диапазоне температур от 150 до 490оС. 5. Применять модель физических и химических процессов в фильтренейтрализаторе ОГ, которая описывает газодинамические процессы в фильтре и химическую кинетику регенерации сажи в одномерной постановке, для расчета потери давления в фильтре в зависимости от его геометрии и расхода газа, в том числе с учетом регенерации. Проверка достоверности модели методами вычислительного эксперимента показала, что результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными. 6. Применять модель физических и химических процессов в двух вариантах селективно-восстановительного катализатора (с водородом и раствором карбамида в качестве восстановителя), которая рассматривает течения с многофазными явлениями (применительно к впрыску карбамида), явления конвективного и диффузионного переноса газа, каталитическую конверсию на активных реакционных центрах, для расчета концентраций выбросов NOx и NH3 (последний применительно к варианту Б) на выходе из катализатора, коэффициентов конверсии NOx в зависимости от геометрии и температуры катализатора. Проверка достоверности модели варианта катализатора А показала, что результаты моделирования экспериментальными данными. хорошо согласуются Проверка достоверности с собственными модели варианта катализатора Б показала, что результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными. 7. Применять экспериментальный испытательный стенд для исследований и испытаний отдельных функциональных элементов ПСН, различных комбинаций этих элементов и ПСН в целом, позволяющий имитировать температуру, расход и композицию реальных отработавших газов дизеля путем соответствующего регулирования температуры, расхода и композиции набора синтетических газов. Стенд позволяет исследовать влияние конструкции каталитических нейтрализаторов, сажевого фильтра, вспомогательных систем (регенерации, 95 дозирования восстановителя) и условий их индивидуальной и совместной работы на характеристики отдельных функциональных элементов ПСН и ПСН в целом. 8. Использовать дизельный окислительный каталитический нейтрализатор повышенной эффективности с реактором, состоящий из одного каталитического блока на металлическом носителе, изготовленном из корозионно - стойкой жаропрочной стали путем намотки чередующихся слоев плоской и гофрированной ленты, образующих продольные каналы, для снижения выбросов СО, СН и ДЧ с отработавшими газами дизеля, а также конверсии NO в NO2. Основные параметры нейтрализатора: - объем нейтрализатора (реактора) – 1,67 л; - активный материал – платина; - материал подложки - γ - Al2O3 - удельная поверхность, не менее – 1,5 м2/г; - плотность ячеек – 300 на кв. дюйм; - массовая доля Pt – 1,0-1,2%; - толщина стенки носителя – 0,12 мм - коэффициент конверсии СО при температуре 350оС – 89%; - коэффициент конверсии СН при температуре 350оС – 78%; - коэффициент конверсии NO в NO2 при температуре 350оС – 65%. 9. Применять технологический регламент для изготовления дизельного окислительного каталитического нейтрализатора, предназначенного для использования в реакциях окисления токсичных компонентов отработавших газов дизельного двигателя - СО, СН, ДЧ и NO. Регламент устанавливает требования к характеристикам каталитического нейтрализатора, характеристикам сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов, технологическому процессу производства и управления технологическим процессом изготовления нейтрализатора. Он специфицирует основное технологическое оборудование и технические устройства, описывает возможные неполадки в работе и способы их ликвидации, регламентирует вопросы охраны окружающей среды, нормирования 96 отходов производства и безопасной эксплуатации производства, в том числе, взрывопожарной и пожарной опасности, санитарной характеристики производственных зданий, помещений, зон и наружных установок. 10. Использовать фильтр-нейтрализатор, состоящий из одной матрицы, выполненной в виде чередующихся клиновидных трапециевидных каналов с каталитическим покрытием и фильтрующего элемента, в виде ленты из металлического волокна, для очистки отработавших газов дизеля от ДЧ. Основные параметры фильтра: - объем фильтра – 5,3 л; - активный материал – платина; - удельная поверхность катализатора – 1,5 м2/г; - плотность ячеек – 150 на кв. дюйм; - коэффициент конверсии ДЧ – 75%. 11. Использовать систему активной (высокотемпературной) регенерации фильтра-нейтрализатора состоящую из двух модулей (дозирования топлива и смешения топлива с ОГ), установленных перед фильтром, в составе: - топливный бак; - насос-дозатор; - смеситель системы регенерации; - датчиком давления; - арматура, для выжигания отфильтрованного материала с целью поддержания газодинамического сопротивления ПСН на уровне, не превышающем 1200 мм водяного столба. Начало активной регенерации рекомендуется определять дифференциальным датчиком давления по перепаду давлений на входе и выходе из фильтра. Активную регенерацию рекомендуется обеспечивать периодическим дозированием подачи топлива системой регенерации, установленной перед фильтром-нейтрализатором с помощью электронного блока управления по 97 заданной программе. Для запуска механизма регенерации, ведущего к выжиганию отфильтрованного материала, рекомендуется повышение температуры отработавших газов до 550-600оС за счет окисления топлива на каталитической поверхности фильтра-нейтрализатора. Более высокие температуры не рекомендуются, чтобы минимизировать риск термического разрушения фильтранейтрализатора. В качестве индикатора регенерации рекомендуется применять перепад давлений на фильтре-нейтрализаторе. Дополнительное повышение температуры фильтра, позволяющее увеличить эффективность регенерации, обеспечивает тепло, выделяющееся при окислении СО, СН, входящих в состав отработавшего газа, и окисление сажи аккумулированной фильтром- нейтрализатором. 12. Использовать селективно-восстановительный каталитический нейтрализатор, использующий в качестве восстановителя NOx водород, с реактором, состоящим из одного каталитического блока на металлическом носителе, изготовленном из железо-хром-алюминиевой фольги путем намотки чередующихся слоев плоской и гофрированной ленты, образующих продольные каналы, для снижения выбросов NOx с отработавшими газами дизеля. Основные параметры нейтрализатора: - объем нейтрализатора (реактора) – 7,26 л; - активный материал – серебро; - материал подложки – Al2O3; - удельная поверхность катализатора – 1,5 (150) м2/г; - плотность ячеек – 300 на кв. дюйм; -массовая доля Ag – 1,5-2,3%; - толщина стенки носителя – 0,12 мм; - коэффициент конверсии NOx при температуре 350оС – 64%. 13. Применять технологический регламент для изготовления селективновосстановительного каталитического нейтрализатора, использующего в качестве восстановителя NOx водород, который предназначен для осуществления реакций 98 селективного восстановления оксидов азота, входящих в состав отработавших газов дизельного двигателя имеющих избыточную концентрацию кислорода. Регламент устанавливает требования к характеристикам нейтрализатора, характеристикам сырья, материалов, энергоресурсов, технологическому процессу каталитического полупродуктов производства и и управления технологическим процессом изготовления нейтрализатора. Он специфицирует основное технологическое оборудование и технические устройства, описывает возможные неполадки в работе и способы их ликвидации, регламентирует вопросы охраны окружающей среды, нормирования отходов производства и безопасной эксплуатации производства, в том числе, взрывопожарной и пожарной опасности, санитарной характеристики производственных зданий, помещений, зон и наружных установок. 14. Использовать систему дозирования восстановителя (водорода), состоящую из двух модулей (дозирования водорода и смешения водорода с ОГ), установленных за фильтром-нейтрализатором, в составе: - баллон для хранения сжатого водорода; - баллон для хранения сжатого азота (для продувки системы); - регуляторы давления газа; - электромагнитный клапан подачи газа; -смеситель системы дозирования водорода; - арматура, для обеспечения эффективной работы селективно-восстановительного нейтрализатора, использующего в качестве восстановителя NOx водород, путем подачи восстановителя. Для обеспечения эффективной конверсии рекомендуется периодическая дозированная подача водорода системой дозирования восстановителя, установленной непосредственно за фильтром-нейтрализатором перед селективновосстановительным каталитическим нейтрализатором и контролируемая с помощью электронного блока управления по заданной программе. Модуль 99 дозирования водорода используется для обеспечения требуемой подачи восстановителя, модуль смешения – для равномерного распределения водорода в поперечном сечении потока отработавших газов. 15. Применять селективно-восстановительный каталитический нейтрализатор, использующий в качестве восстановителя NOx раствор карбамида, с реактором, состоящим из двух каталитических блоков на металлическом носителе, изготовленном из железо-хром-алюминиевой фольги – первый блок для селективного восстановления NOx и второй блок для окисления аммиака, проскочившего через первый блок. Основные параметры блока селективного восстановления: - объем блока – 7,26 л; - активный материал – медь; - подложка – цеолит; - удельная поверхность – 1,5 м2/г; - плотность ячеек – 300 на кв. дюйм; - массовая доля Cu – 3% - толщина стенки носителя – 0,12 мм - коэффициент конверсии NOx при температуре 350оС – 79%. Основные параметры блока окисления аммиака: - объем блока – 1,81 л; - активный материал – платина; - материал подложки - γ - Al2O3 - удельная поверхность, не менее – 1,5 м2/г; - плотность ячеек – 300 на кв. дюйм; - массовая доля Pt – 0,8% - коэффициент конверсии NH3 при температуре 350оС – 81%. Блок селективного восстановления предназначен для завершения формирования аммиака из раствора карбамида и осуществления реакций восстановления. В присутствии кислорода аммиак селективно вступает в реакцию 100 с NOx, продуцируя безвредный азот и водяной пар. Блок каталитического окисления аммиака установлен за блоком селективного восстановления и предназначен для того, чтобы удалять из потока отработавших газов избыточный аммиак, не израсходованный в секции селективного восстановления NOx. Такой избыток аммиака может возникать на неустановившихся режимах работы двигателя. 16. Использовать технологический регламент для изготовления селективновосстановительного каталитического нейтрализатора, использующего в качестве восстановителя NOx раствор карбамида, который предназначен для осуществления реакций селективного восстановления оксидов азота, входящих в состав отработавших газов дизельного двигателя имеющих избыточную концентрацию кислорода. Регламент устанавливает требования к характеристикам каталитического нейтрализатора, характеристикам сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов, технологическому процессу производства и управления технологическим процессом изготовления нейтрализатора. Он специфицирует основное технологическое оборудование и технические устройства, описывает возможные неполадки в работе и способы их ликвидации, регламентирует вопросы охраны окружающей среды, нормирования отходов производства и взрывопожарной безопасной и эксплуатации пожарной опасности, производства, в санитарной том числе, характеристики производственных зданий, помещений, зон и наружных установок. 17. Применять систему дозирования восстановителя (раствора карбамида), состоящая из двух модулей (дозирования восстановителя и смешения восстановителя с ОГ), установленных за фильтром-нейтрализатором, в составе: - бак с раствором карбамида; - насос-дозатор; - смеситель системы дозирования восстановителя; - арматура, 101 для обеспечения нейтрализатора, эффективной использующего в работы селективно-восстановительного качестве восстановителя NOx раствор карбамида, путем подачи восстановителя. Для обеспечения эффективной конверсии рекомендуется периодическая дозированная подача водного раствора 32,5% (по массе) карбамида системой дозирования восстановителя, установленной непосредственно за фильтромнейтрализатором перед селективно-восстановительным каталитическим нейтрализатором и контролируемая с помощью электронного блока управления по заданной программе. Насос-дозатор модуля дозирования раствора карбамида используется для впрыскивания реагента в направлении потока отработавших газов и обеспечения требуемого распыления и подачи восстановителя, а модуль смешения – для испарения, формирования аммиака и равномерного распределения аммиака в поперечном сечении потока отработавших газов на входе в селективно-восстановительный каталитический нейтрализатор. 102 ПРИЛОЖЕНИЕ Б ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ СОЗДАВАЕМЫХ ПСН по выполнению государственного контракта от «22» сентября 2011 г. № 16.516.11.6132 (Шифр «2011-1.6-516-033-023») заключенного с Министерством образования и науки Российской Федерации по теме ПРОВЕДЕНИЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОИСКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДО УРОВНЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ 103 104 1. Описание создаваемой продукции Разработанные типовые ПСН (Перспективные системы нейтрализации) двух вариантов предназначены для установки на 4-х тактные дизельные ДВС (Двигатели внутреннего сгорания) рабочим объемом до 2500 см3, соответствующие требованиям экологического класса ЕВРО-4, с целью выполнения требований экологического стандарта ЕВРО-5 и ЕВРО-6. 1.1. ПСН варианта А. Для восстановления NOx применяется водород. В состав ПСН входят окислительный нейтрализатор для дожигания СО и СН, нейтрализатор селективного восстановления NOx, фильтр-нейтрализатор ДЧ (дисперсных частиц) с системой регенерации, баллоны для хранения сжатого газа, регулятор давления, газовые форсунки, контрольно-измерительную и запорно-регулирующую арматуру, соединительные трубопроводы. 105 Рисунок 1.1 – Принципиальная пневмогидравлическая схема ПСН варианта А: 1 – дизельный двигатель; 2 – окислительный нейтрализатор; 3 – фильтрнейтрализатор с системой регенерации; 4 – нейтрализатор селективного восстановления NOx. Помимо газообразного водорода (Б1), являющегося восстановительным реагентом в системе нейтрализации оксидов азота, в состав системы включен баллон с азотом (Б2), который используется в качестве инертного газа для продувки системы при возникновении аварийных ситуаций и для заполнения газовой магистрали при консервации ПСН. Газовая магистраль низкого давления, расположенная после баллонных регуляторов давления РД1 и РД2, оснащена предохранительным клапаном ПК, который срабатывает при превышении давления в магистрали. ПК исключает повреждение газового расходомера Рм и электромагнитного клапана Кл. 1.2. ПСН варианта Б. Для восстановления NOx используется 32,5% водный раствор карбамида, включает в себя окислительный нейтрализатор для дожигания СО и СН, нейтрализатор селективного восстановления NOx, оснащенный смесителем реагента с ОГ, нейтрализатор аммиака (для выполнения перспективных требований экологического класса ЕВРО-6), фильтр- нейтрализатор ДЧ с системой регенерации, систему подачи раствора карбамида, контрольно-измерительную и запорно-регулирующую арматуру, соединительные трубопроводы, комбинированную систему подогрева емкости с раствором карбамида и дозирующей системы: электрическую и от системы охлаждения ДВС. 106 Рисунок 1.2 – Принципиальная пневмогидравлическая схема ПСН варианта Б: 1 – дизельный двигатель; 2 – окислительный нейтрализатор; 3 – фильтр-нейтрализатор с системой регенерации; 4 – нейтрализатор селективного восстановления NOx. В ПСН варианта Б восстановительный реагент размещается в отдельном баке И1. Расход впрыскиваемого в смеситель См2 раствора карбамида перед нейтрализатором селективного восстановления NOx как и расход топлива, подаваемого в смеситель См1 для активной регенерации фильтра-нейтрализатора, определяется настройками насосов-дозаторов НД1 и НД2 соответственно. Составная конструкция смесителя См2 и трубы перед селективным нейтрализатором позволяет изменять расстояние L между форсункой подачи раствора карбамида и каталитическим блоком нейтрализатора. Данное решение обусловлено необходимостью проведения ряда испытаний по определению зависимости между расстоянием L и давлением впрыскивания для обеспечения испарения водного раствора карбамида и гомогенизации получившейся смеси. 2. Технико-экономическая оценка конкурентоспособности создаваемых ПСН Оценка конкурентоспособности создаваемых ПСН (Перспективных систем нейтрализации) осуществляется 107 на основе ее нормативных, технических, экономических и организационных параметров посредством расчета интегрального показателя конкурентоспособности продукции. Учет нормативных параметров при оценке конкурентоспособности осуществляется с помощью интегрального показателя, который принимает значения лишь 1 и 0. Если продукция соответствует нормам, то показатель равен 1, если не соответствует, то он равен 0. Нормативными показателями для создаваемых ПСН являются показатели, установленные ГОСТом РФ. А так как вся продукция, производимая предприятием, удовлетворяет стандартам, то интегральный показатель принимает значение, равное 1. Анализ конкурентоспособности определение технических предприятию оценить, продукции показателей, насколько включает расчет конкретное которых свойство в себя позволяет продукции, представленное ею, удовлетворяет соответствующий элемент потребности. Это выражается отношением величины технического параметра анализируемой продукции к величине того же параметра, при которой элемент потребности удовлетворяется полностью (величине параметра гипотетической продукции). Аналогично можно произвести расчеты по всем техническим параметрам, получив, в конечном итоге, полный набор показателей, характеризующих степень приближения свойств анализируемой продукции к требованиям покупателя. При этом значимость свойства в общей структуре свойств продукции должна совпадать со значимостью соответствующего элемента потребности. Для получения характеризующего на базе соответствие единичных продукции группового показателя, потребности, необходимо объединить их с учетом значимости. Полученный таким образом показатель характеризует степень соответствия данной продукции существующей потребности по всему набору технических параметров. Чем выше его 108 величина, тем полнее удовлетворяются запросы потребителя. Единичные и групповой показатели отражают степень удовлетворения потребности, не позволяя при этом оценить конкурентоспособность продукции. Для этого необходимо сопоставить показатели анализируемой продукции и ее конкурента и выяснить, какая из них в большей степени соответствует потребности. Такое сопоставление позволяет определить уровень конкурентоспособности данной продукции в сравнении с продукцией конкурентов по отношению к конкретной потребности. Несмотря на кажущуюся простоту рассмотренного выше показателя, его применение на практике в ряде случаев затруднительно. Он применим, когда четко известны потребность, функция, которую должна выполнять продукция, и конкретные условия ее осуществления. В большинстве случаев для этого необходима обширная и точная информация о потребностях покупателей, а также трудоемкие и дорогостоящие рыночные исследования. Поэтому часто конкурентоспособность оценивается косвенным методом - с помощью товара-образца. В этом случае за основу анализа берется не потребность, а товар-образец, уже пользующийся спросом и, следовательно, в какой-то мере близкий к общественным потребностям. Образец, таким образом, выступает в виде материализованных требований, которым должна соответствовать продукция, предназначенная для удовлетворения определенной потребности, а также моделирует потребность и позволяет вести сравнение его параметров с параметрами продукции, подлежащей оценке, что облегчает и удешевляет процесс анализа. Далее представлены характеристики аналогичных систем конкурирующими фирмами. 109 нейтрализации, разработанных Таблица 1. Параметры Разработанные ООО «НТЦ ПСН (Евро-4) МСП» (Евро-3) ООО «Экоальянс» (Евро-3) «Ecocat OY» (Евро3) «Haldor Topsoe» (Евро-3) 77 80 80 80 - 86 80 80 80 80 75 80 - 80 80 63 84 - - 90 Степень конверсии CO, % Степень конверсии СН, % Степень очистки от ДЧ, % Степень конверсии NOx, % За эталон принимаем систему нейтрализации, выпускаемую ООО "НТЦ МСП", так как на сегодняшний день данное предприятие является ведущим независимым производителем систем выпуска и нейтрализации отработанных газов, ежегодно производящее и поставляющее свыше 400 тысяч единиц продукции на крупнейшие заводы-автопроизводители Российской Федерации и ближнего зарубежья. Составим лист конкурентоспособности для создаваемых ПСН: Таблица 2. ai/ai Показатели Wi ai ai эталона Степень конверсии CO, % Степень конверсии СН, % Степень очистки от ДЧ, % Степень конверсии NOx, % Цена , % Соответствие экологическим нормам, % Надежность компонентов, % Трудоемкость обслуживания, баллы Итого 10 10 10 10 8 77 86 75 63 100 80 80 80 80 90 0,96 1,075 0,94 0,78 1,43 9,6 10,75 9,4 7,8 14,3 10 100 70 1,4 10 10 100 100 1 10 8 92 87 1,05 8,4 76 - - - 80,25 Wi – весомость значения показателя; Ai – значение показателя для оцениваемого товара; 110 эталона Wi*ai/ai эталона Аi эталона – значение показателя товара-эталона; КСП = Wi*ai/ai эталона / Wi КСП = 80,25 / 76 = 1,05. По анализу полученных данных можно сделать вывод о том, что конкурентоспособность товара опережает эталон на 5%. Полученный в результате показатель дает возможность решить лишь одну часть проблемы - способна ли данная продукция (и в какой степени) удовлетворить существующую потребность. Однако он оставляет в стороне еще один важнейший аспект, определяющий выбор на рынке, - при каком уровне затрат потребность может быть удовлетворена. Решение этой части проблемы связано с анализом экономических параметров. Проводя оценку продукции, предлагаемой на рынке, покупатель наряду с сопоставлением ее потребительских качеств должен учитывать цену потребления. Стремясь добиться наилучшего соотношения уровня потребительских свойств, продукции и своих расходов, покупатель выбирает ту продукцию, по которой будет достигнут максимум полезного эффекта на единицу затрат. Таким образом, для определения конкурентоспособности какой- либо продукции необходимо провести сравнение цен потребления. Именно в этом и заключается основная задача сопоставления продукции по экономическим параметрам. Подход к решению задачи оценки экономических параметров продукции во многом сходен с анализом по техническим параметрам. Его особенность состоит в том, что соизмерение всех экономических параметров происходит на стоимостной основе сопоставляются цены потребления анализируемой продукции и товараобразца. 111 Таблица 3. Ценовые параметры на системы нейтрализации, руб. за шт. Разрабатываемые ООО ООО «Ecocat «Haldor ai/ai ПСН (цена средняя «Экоальянс» «НТЦ OY» конкурента между вариантом А 74 545 руб Как видно из (среднее МСП» и вариантом Б) Цена, Topsoe» значение) 82 856 83 652 86 472 таблицы разрабатываемые 87 963 0,87 ПСН более конкурентоспособны по цене, чем продукция основных конкурентов. На основе групповых показателей по нормативным, техническим и экономическим параметрам конкурентоспособности рассчитывается (Кпрод.). интегральный Интегральный показатель показатель отражает различие между сравниваемой продукцией в потребительском эффекте, приходящемся на единицу затрат потребителя, связанных с приобретением и использованием продукции. Если Кпрод меньше 1, то анализируемая продукция уступает образцу, если Кпрод больше 1, то она превосходит образец по конкурентоспособности. При равной конкурентоспособности Кпрод = 1. Следует отметить, что действие группового показателя по техническим параметрам и группового показателя по экономическим параметрам является разнонаправленным. При росте группового показателя по техническим параметрам (т.е. при улучшении технических параметров анализируемой продукции по сравнению с образцом) показатель Кпрод растет, отражая рост конкурентоспособности. При увеличении группового показателя по экономическим параметрам (т.е. при росте расходов по данной продукции) показатель Кпрод падает. К прод = 1 * 1,05 * 1,13 = 1,18. Интегральный Следовательно показатель разработанные конкурентоспособности ПСН 112 превосходят больше аналоги 1. по конкурентоспособности. 3. Определение рыночного потенциала. Рыночный потенциал — это предел, к которому стремится рыночный спрос при приближении затрат на маркетинг в отрасли к такой величине, что их дальнейшее увеличение уже не приводит к росту спроса при определенных условиях внешней среды. C определенными допущениями в качестве рыночного потенциала можно рассматривать спрос, соответствующий его максимальному значению на кривой жизненного цикла какого-то продукта для стабильного рынка. В этом случае предполагается, что конкурирующие фирмы для поддержания спроса прилагают максимально возможные маркетинговые усилия. Рыночный спрос — это общий объем продаж на определенном рынке (частном или совокупном) определенной марки продукта или совокупности марок продукта за определенный период времени. Наибольшее практическое значение имеет определение прогнозирование текущего рыночного спроса. В общем случае определение текущего рыночного спроса в денежном исчислении (Q) осуществляется по формуле: Q =N * q * Ц ,где N — число покупателей данного вида продукта на данном рынке (покупатели-заводы, производящие автомобили); q — число покупок покупателя за исследуемый период времени (общее количество проданных автомобилей); Ц — средняя цена данного продукта. Основными покупателями на территории Российской Федерации являются: 113 1. Группа "ГАЗ", производящая легкие коммерческие автомобили семейства "Газель" и семейства "Соболь". Согласно годовому отчету, в 2011 г. «Группа ГАЗ» реализовала 86 000 легких коммерческих автомобилей; 2. Ульяновский Автомобильный Завод, производящий легковые автомобили UAZ Patriot, UAZ Pickup, UAZ Hunter. Согласно годовому отчету, в 2011 г. Ульяновский Автомобильный Завод реализовал 30 726 легковых автомобилей; 3. "Автотор Холдинг", производящий легковые автомобили Kia Sorento. Согласно годовому отчету, в 2011 г. "Автотор Холдинг" реализовал 5 722 легковых автомобиля Kia Sorento; 4. Таганрогский Автомобильный Завод (ТагАЗ), производящий легковые автомобили Tagaz Tager, Hyundai Santa Fe Classic, а так же легкий коммерческий автомобиль Hyundai Porter. Согласно годовому отчету, в 2011 г. Таганрогский Автомобильный Завод реализовал 19 442 автомобиля. Таким образом получаем Q=4*141 890*74 545=42 308 760 200 руб. 4. Выводы Анализ конкурентоспособности заключался в сравнении основных технических характеристик созданных перспективных систем нейтрализации с эталонными. За эталон была выбрана одна из основных аналогичных систем нейтрализации, выпускаемая ООО "НТЦ МСП". Была выбрана именно эта система, ввиду ее высоких показателей по очистке отработавших газов от CO, CH, NOx и ДЧ. Помимо основных технических характеристик, сравнивались такие показатели компонентов, соответствие как цена экологическим системы, нормам надежность и её трудоемкость обслуживания. Проведенные расчеты показали высокую конкурентоспособность созданных ПСН. По всем сравниваемым показателям созданная перспективная система нейтрализации превосходит аналоги, следовательно 114 будет является более привлекательной как для заводов-автопроизводителей, так и для непосредственных владельцев транспортных средств. Также был произведен расчет рыночного потенциала созданных ПСН. Его определение заключалось в оценке рыночного спроса, который оказался очень высок и составил 42 308 760 200 руб. 115 ПРИЛОЖЕНИЕ В ОТЧЕТ ПО МАРКЕТИНГОВЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ по выполнению государственного контракта от «22» сентября 2011 г. № 16.516.11.6132 (Шифр «2011-1.6-516-033-023») заключенного с Министерством образования и науки Российской Федерации по теме ПРОВЕДЕНИЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОИСКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДО УРОВНЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ 116 117 Введение Маркетинговые исследования представляют собой систематическую подготовку и проведение различных исследований, анализ полученных данных и предоставление результатов и выводов в виде, соответствующем конкретной маркетинговой задаче, сформулированной маркетологами. Целью маркетингового исследования является выявление возможностей компании-изготовителя обеспечить рынок сбыта разработанных ПСН двух вариантов, созданных в рамках государственного контракта № 16.516.11.6132 от «22» сентября 2011 г., в странах СНГ (Украина, Беларусь) и Ближнего Востока (Иран, Турция) путем адаптации выпускаемой продукции к спросу и требованиям потребителей, а также составление прогноза развития сегмента рынка. Разработанные ПСН двух вариантов включают в себя дизельный окислительный нейтрализатор, фильтр-нейтрализатор дисперсных частиц с системой активной регенерации, нейтрализатор селективного восстановления оксидов азота с применением газообразного водорода (ПСН варианта А) и раствора карбамида (ПСН варианта Б), а также окислительного нейтрализатора аммиака, входящего в состав ПСН варианта Б и расположенного после нейтрализатора селективного восстановления оксидов азота. Изучение и анализ условий рынка В последние годы серьезную озабоченность во всем мире вызывает высокий уровень техногенного воздействия на окружающую среду, создающего ряд глобальных, региональных и локальных экологических проблем, проявляющихся в виде изменения климата, загрязнения воздушного бассейна крупных городов и роста дефицита нефтяных ресурсов. Основным техногенным источником вредных веществ является процесс сгорания различных топлив, приводящий к выбросам следующих токсичных 118 веществ: оксид углерода, диоксид углерода, несгоревшие углеводороды, в том числе канцерогенные, оксиды азота, диоксид серы, дисперсные частицы. Важную роль в загрязнении атмосферы вредными веществами играют транспортные средства, в том числе с дизельными двигателями. Токсическое воздействие отработавших газов этих двигателей на здоровье людей и окружающую среду определяется, в основном, содержанием оксидов азота и дисперсных частиц. По опубликованным результатам консалтингового агентства «J.D. Power Asia Pacific» исследования производства дизельных двигателей в ближайшие 10 лет, количество изготовленных в Европе, Азии и Северной Америке автомобилей с дизельным типом двигателя будет неуклонно увеличиваться. В 2007 году общая доля дизельных автомобилей на мировом рынке оставила 25%, а к 2017 году, по прогнозу «J.D. Power Asia Pacific», она увеличится до 45%. Этому будет способствовать развитие топливной аппаратуры дизельных двигателей и совершенствование систем очистки отработавших газов. В 2007 году в мире было выпущено 66 млн. автомобилей, из них 16 млн. с дизельными двигателями. К 2017 году, по предварительной оценке, в мире будет выпущено порядка 92 млн. автомобилей, из которых 29 млн. автомобилей будет оснащено дизельным двигателем. Если опираться на эти данные, то доля новых дизельных автомобилей к 2017 году возрастет с нынешних 23,6% до 31,5%. Этот прогноз, сделанный на основе существующих цифр, согласуется с результатами, полученными в «J.D. Power Asia Pacific». Ежегодное ужесточение экологических норм на содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизельных двигателей предъявляет серьезные требования к системам нейтрализации отработавших газов. 119 Если представить развитие рынка систем нейтрализации отработавших газов дизельных двигателей с учетом ужесточения экологических требований и роста доли дизельных двигателей среди новых автомобилей, то разработанные ПСН двух вариантов будут находиться на стадии ускорения спроса (см. рисунок 1). Рисунок 1 – Cтадии цикла спроса на разработанные ПСН двух вариантов. Исследование производства Исследование объемов производства потенциальных потребителей разработанных ПСН двух вариантов является важным элементом маркетингового исследования. Автомобильное производство в Украине В настоящее время автомобильные заводы Украины загружены всего на 30%. В отрасли остро стоит вопрос эффективного использования производственных мощностей и повышения рентабельности продукции. По данным Государственной службы статистики Украины («Госстат») производство легковых автомобилей в Украине в январе-феврале 2012 года по сравнению с аналогичным периодом 2011 года уменьшилось на 19% - до 10,4 тысяч штук. Производство тракторов в Украине уменьшилось на 66,7% - до 332 штук, производство грузовых автомобилей увеличилось на 69,9% - до 569 единиц 120 техники, а производство автобусов сократилось на 0,7% - до 282 шт. За 12 месяцев 2011 г. выпуск легковых автомобилей увеличился на 29,5% - до 97,5 тыс. штук. Украинское предприятие ОАО «Черкасский автобус» специализируется на производстве пассажирских автобусов малого класса и специальных автобусов народно-хозяйственного назначения. Предприятие имеет замкнутый цикл производства и собственную научно-техническую базу. Производственные мощности предприятия позволяют изготавливать до 3000 автобусов в год. За 2011 г. заводом был выпущен 551 автобус, увеличение производства относительно 2010 г. составило 73%. В условиях нестабильных объемов производства поиск потребителей разработанных ПСН двух вариантов, а также определение объемов поставки, даже в краткосрочной перспективе представляет собой трудную задачу. Автомобильное производство в Беларуси Крупнейший производитель Беларуси грузовых автомобилей разных классов и назначения ОАО «Минский автомобильный завод» на состояние 2012 г. находится в стадии переговоров с российским автогигантом ОАО «КАМАЗ», целью которых является объединение двух производителей. Ситуация для ОАО «МАЗ» осложняется тем, что корпорация «Ростехнология» может продать свою долю в КамАЗе в 49,9% немецкому автоконцерну Daimler. Производя в год около 25 тыс. автомобилей МАЗу достаточно сложно в дальнейшем работать на внешнем рынке в одиночку, т.к. такой объём не способен обеспечить стабильное положение на внешнем рынке. В настоящем маркетинговом исследовании МАЗ рассматривается как потенциальный потребитель ПСН двух вариантов в случае начала производства малотоннажных грузовых автомобилей. ПО «Минский тракторный завод» в 2011 году увеличил объем производства на 32,7%, до 59 тыс. тракторов и тракторокомплектов. При этом в 2012 г. МТЗ планирует увеличить объем производства на 10% по сравнению с 121 показателем 2011 года до 65 тысяч тракторов и тракторокомплектов с долей головного предприятия в этом объеме 61,5 тысяч тракторов и машин. Основной объем произведенной в 2011 г. продукции, а это более 50 тысяч тракторов, был отправлен на экспорт в 57 стран (в 2010 году число странимпортеров тракторов МТЗ было 52). На состояние 2011 г. экспортная география МТЗ насчитывает 11 стран СНГ и 46 государств дальнего зарубежья. В 2011 году на выполнение научно-исследовательских и опытноконструкторских работ МТЗ было инвестировано более 2,37 млн. долларов США, а на технологическую подготовку производства - более 1,18 млн. долларов США. На рисунке 2 представлена диаграмма производства тракторов «Беларус» и грузовых автомобилей «МАЗ» с 1995 г. по 2011 г. Рисунок 2 – Производство тракторов «Беларус» и грузовых автомобилей «МАЗ» В настоящее время МТЗ выпускает широкую линейку тракторов и специальной техники, оснащенных дизельными двигателями мощностью до 100 л.с. К ним относятся следующие типы и модели тракторов: 122 - универсально-пропашные тракторы «Беларус» моделей 510, 520, 622, 910.2, 80.1/82.1, 826, 890, 920, 950 - коммунальная техника «Беларус» моделей 920, 921, 92П, 82МК, МУП351; - специальные тракторы «Беларус» моделей 80Х/100Х, ЭП-491, 1221 П11; - лесохозяйственный трактор «Беларус Л82.2»; - трактор трелевочный «Беларус ТТР-401М»; - машина лесная погрузочно-транспортная «Беларус МЛПТ-354М1»; - машина транспортная шахтная «Беларус МТ-353М2»; - машины шахтного назначения. Для тракторов, работающих в оранжереях и прочих объектах с ограниченной вентиляцией, обеспечение высокой чистоты отработавших газов является приоритетной задачей. Различные виды коммунальной техники, используемые в условиях плотной городской застройки, также должны иметь минимальные выбросы токсичных веществ с отработавшими газами. Таким образом, учитывая высокий объем производства с положительной ежегодной динамикой, ПО «Минский тракторный завод» может рассматриваться в качестве потенциального потребителя разработанных ПСН двух вариантов. Автомобильное производство в Турции Начиная с 2000 г. и до 2008 г. включительно выпуск автомобилей в Турции вырос на 250% и составил 1,17 млн. шт., при этом доля экспорта в совокупном объеме производства за указанный период времени увеличилась с 22 до 79%, что является косвенным подтверждением высокой конкурентоспособности выпускаемой продукции. Ключом к успеху турецкой автомобильной промышленности стало наличие недорогой квалифицированной рабочей силы, низкой себестоимости организации производства и развитому сектору по производству комплектующих, нацеленному на экспорт в Европу. 123 автомобильных Автомобильная промышленность Турции, по мнению экспертов отрасли, должна диверсифицировать производство и обеспечить дальнейшее снижение себестоимости продукции и расширение выпуска недорогих коммерческих и легковых автомобилей с возможностью полной локализации. Сборочное предприятие «Anadolu Isuzu», производящее по лицензии японские автомобили «Isuzu», после инвестиций 50 млн. долл. в строительство нового предприятия в начале 2011 г. приступило к производству пикапов «Isuzu D-Max», для которых предусмотрена широкая линейка атмосферных и наддувных дизельных двигателей объемом 2500 см3 и 3000 см3 и мощностью от 79 до 163 л.с. За период с января по апрель 2012 г. автотракторной промышленностью Турции, представленной компаниями «Turk Traktor» и «Hattat Tarim», выпущено 16175 и 1231 единиц техники соответственно. Компания-производитель коммерческого транспорта «Karsan» в конце 2010 г. сменила модель микроавтобуса J9 на новую модель J10, оснащенную дизельным двигателем «Iveco» рабочим объемом 2300 см3 мощностью 96 л.с., который соответствует экологическим требованиям Евро-5. Выпуск микроавтобусов за указанное время составил 1064 шт. Компания «Ford Otosan» в 2002 г. освоила лицензионное производство коммерческих автомобилей «Ford Transit Connect» с дизельным двигателем 1800 см3. В 2006 г. было запущено производство микроавтобусов «Ford Transit», оснащенных дизельным двигателем 2200 см3. Выпуск пикапов «Ranger» за указанный период времени составил 83093 шт., а микроавтобусов «Transit» – 7651 шт. 124 Оснащение коммерческого преимущественно автомобильным в условиях транспортом, транспорта, мегаполисов с разработанными высокой ПСН эксплуатируемого загруженностью двух вариантов представляется своевременной задачей. Представленные статистические данные по производству на территории Турции автомобильной и тракторной техники, оснащенной дизельными двигателями, позволяет сделать вывод о большой емкости рынка, позволяющей поставить большой объем систем нейтрализации для дизельных двигателей с целью выполнения требований перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6. Автомобильное производство в Иране В настоящее время автопромышленность Ирана находится в стадии активного роста. Согласно данным Ассоциации автомобилестроителей Ирана, в 1389 иранском году (21 марта 2010 г. – 20 марта 2011 г.) в Иране произведено 1,4 млн. автомобилей. При этом затраты для обеспечения производства указанного количества автомобилей составили около 3 млрд. долл., однако, в случае импорта автомобилей из-за границы, соответствующие расходы составили бы порядка 13 14 млрд. долл. Таким образом, благодаря производству автомобильной техники на предприятиях Ирана государство сэкономило около 10 млрд. долл. Согласно прогнозу Министерства промышленности и рудников Ирана в текущем 1390 иранском году (21 марта 2011 г. – 20 марта 2012 г.) в стране будет выпущено 1,75 млн. автомобилей всех типов, освоено производство 110 новых моделей разных типов, продолжится появление на рынке новых автомобильных марок, проектирование и создание новых автомобильных платформ. Таким образом, автомобильный сектор Ирана в краткосрочной перспективе является перспективным рынком сбыта для разработанных ПСН двух вариантов. Производственная группа «Bahman» в прошедшем году выпустила 13452 шт. (вместе с NQR70) коммерческих 125 автомобилей Isuzu NKR55 грузоподъемностью 2 т. и оснащенных дизельным двигателем мощностью до 100 л.с.. В ближайшее время производственная группа запланировала строительство завода по производству легких коммерческих автомобилей. Несмотря на целый ряд положительных тенденций автомобильной отрасли Ирана, рассматривать автомобильную промышленность Ирана в дальнесрочной перспективе как надежного потребителя разработанных ПСН двух вариантов не стоит, учитывая достаточно сложные международные отношения Ирана с целым рядом стран. SWOT-анализ В 1963 году в Гарварде на конференции по проблемам бизнес политики профессор K. Andrews впервые ввел аббревиатуру SWOT: - сильные стороны (strengths) - преимущества продукции/организации; - слабые стороны (weaknesses) - недостатки продукции/организации; - возможности (opportunities) - факторы внешней среды, использование которых формирует преимущества продукции/организации на рынке$ - угрозы (threats) - факторы, которые могут потенциально ухудшить положение продукции/организации на рынке. Матрица SWOT-анализа, отображающая составляющие положительного и отрицательного влияний, представлена в таблице 1. Таблица 1 – Матрица SWOT-анализа Внутренняя среда Внешняя среда Положительное влияние Отрицательное влияние Strengths Weaknesses (сильные стороны) (слабые стороны) Opportunities (возможности) Threats (угрозы) 126 На рисунке 3 представлена модель генерации стратегии на базе SWOTанализа. Внутренняя среда Внешняя среда Угрозы и Возможности Ключевые факторы успеха SWOT-анализ Сильные стороны и Слабые стороны Создание стратегии Конкурентные преимущества Рисунок 3 – Модель генерации стратегии на базе SWOT-анализа С 60-х годов и по сей день SWOT-анализ широко применяется в процессе стратегического планирования. С появлением SWOT-модели аналитики получили инструмент для своей интеллектуальной деятельности. SWOT-анализ позволил аналитикам сформулировать в виде логически согласованной схемы взаимодействия сил, слабостей, возможностей и угроз ранее известные, но разрозненные и бессистемные представления о компании, продукте и конкурентном окружении. Сильные и слабые стороны – это контролируемые показатели: в процессе работы над ПСН двух вариантов возможно улучшить технико-экономические характеристики за счет оптимизации элементов, модернизации элементной базы, доработки алгоритма работы и т.д. Эти показатели рассматриваются в настоящем времени. Угрозы и возможности – это те факторы, на которые достаточно сложно повлиять, т. к. они относятся к внешней среде производства ПСН двух вариантов. Эти факторы влияют на будущий результат. 127 SWOT-анализ применяется как инструмент для оценки возможностей производимой продукции и поиска потребителей при выходе на международный рынок. Ниже приведен SWOT-анализ разработанных ПСН двух вариантов, позволяющий обосновать эффективность систем нейтрализации, разработанных в рамках государственного контракта № 16.516.11.6132 от «22» сентября 2011 г. по теме «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов». В таблице 2 представлен SWOT-анализ разработанных ПСН двух вариантов. Таблица 2 – SWOT-анализ разработанных ПСН двух вариантов. Сильные стороны: - значительное сокращение выбросов вредных веществ в окружающую среду; - эффективное использование восстановителей (водород и раствор карбамида) на различных нагрузочных и скоростных режимах работы дизельного двигателя; - более низкая стоимость по сравнению с зарубежными аналогами Возможности: - способны частично заменить на рынке зарубежные перспективные системы нейтрализации Слабые стороны: - ПСН варианта А является новым продуктом на рынке; - необходимость соответствия транспортного средства жестким нормам водородной безопасности Угрозы: - при повышении рыночной стоимости драгметаллов, используемых при производстве катализаторов ПСН, увеличится себестоимость ПСН двух вариантов По результатам SWOT-анализа определяется стратегия позиционирования на рынке, а именно: ПСН двух вариантов обеспечивают значительное 128 сокращение выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизельных двигателей в окружающую среду, эффективно используют восстановители (водород и раствор карбамида) на различных нагрузочных и скоростных режимах работы дизельного двигателя и имеют более низкую стоимость для потребителя по сравнению с зарубежными аналогами, что открывает возможность частичной замены на рынке зарубежных перспективных систем нейтрализации. 129 ПРИЛОЖЕНИЕ Г ПРОЕКТ БИЗНЕС-ПЛАНА по выполнению государственного контракта от «22» сентября 2011 г. № 16.516.11.6132 (Шифр «2011-1.6-516-033-023») заключенного с Министерством образования и науки Российской Федерации по теме ПРОВЕДЕНИЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОИСКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДО УРОВНЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ 130 131 1. Резюме проекта НГТУ им. Р.Е. Алексеева совместно с рядом научно-исследовательских организаций разработал и реализовал перспективные системы нейтрализации отработавших газов, использующие в качестве восстановителя оксидов азота водород и мочевину. К настоящему моменту созданы и испытаны макеты типовых ПСН (Перспективные системы нейтрализации) двух вариантов, проведены необходимые научные и маркетинговые исследования, предложено и обосновано использование разработанных ПСН. Продолжение внедрения систем нейтрализации требует создания коммерческого предприятия, способного взять на себя производство и реализацию ПСН. Предприятие будет создаваться в форме закрытого акционерного общества, учредителями в котором будут являться частные инвесторы, способные профинансировать создание производства. В рассматриваемом производство из готовых периоде будет узлов агрегатов. и организовано сборочное Производство систем нейтрализации будет осуществляться по предварительному заказу. За первый год производственная мощность может достигнуть 20000 ПСН. Сборка систем нейтрализации будет происходить из узлов, поставляемых сторонними поставщиками, за исключением нейтрализаторов, производство которых будет осуществляться непосредственно на предприятии. В использовании ПСН заинтересованы автомобильные заводы, устанавливающие на выпускаемые автомобили 4-х тактные дизельные ДВС (Двигатели внутреннего сгорания) рабочим объемом до 2500 см3. Экономические расчеты, выполненные по утвержденным методикам свидетельствуют о высокой эффективности инвестиционного проекта. 132 Основные показатели экономической эффективности проекта приведены ниже: Значение Значение при при производстве производстве ПСН ПСН варианта А варианта Б 1 1 Показатель Расчетный период, год Годовой объем выпускаемой продукции, шт. Цена единицы продукции, руб. Общий доход, руб. Суммарные издержки, руб. Инвестиции в проект, руб. Чистая прибыль на конец года, руб. Денежные средства на конец года, руб. Активы и пассивы на конец года, руб. Точка безубыточности, шт. Коэффициент надежности Чистый дисконтированный доход, руб. Рентабельность инвестиций, % Внутренняя норма доходности Срок окупаемости, месяцев 20000 20000 70 655 1 413 100 000 15 495 460 16 000 000 73 871 942 1 150 008 607 1 159 474 747 2783 0,13915 8 652 802,7 323,4 2,72 4,2 78 435 1 568 700 000 15 495 460 16 000 000 69 621 186 1 285 050 007 1 294 516 147 2534 0,1267 11 645 926,5 429,5 3,94 2,6 2. Описание проекта Российскими технического учеными университета перспективные системы из им. Нижегородского Р.Е. нейтрализации Алексеева государственного были отработавших разработаны газов дизеля, использующие в качестве восстановителя оксидов азота водород и мочевину. К настоящему времени на базе большого числа лабораторных экспериментов созданы макетные образцы ПСН двух вариантов, позволяющие обеспечить экологические стандарты Евро-5 и Евро-6 при эксплуатации отечественных автомобилей и другой техники. Данный проект представляет большой коммерческий интерес, так как потребность в разработанных ПСН 133 подтверждена проведенными маркетинговыми исследованиями. Следовательно целесообразным представляется приступить к коммерческой реализации ПСН и продолжить совершенствование и внедрение разработанных систем. 3. Описание продукта Разработанные типовые ПСН двух вариантов предназначены для установки на 4-х тактные дизельные ДВС рабочим объемом до 2500 см3, соответствующие требованиям экологического класса ЕВРО-4, с целью выполнения требований экологического стандарта ЕВРО-5 и ЕВРО-6. 3.1. ПСН варианта А. Для восстановления NOx применяется водород. В состав ПСН входят окислительный нейтрализатор для дожигания СО и СН, нейтрализатор селективного восстановления NOx, фильтр-нейтрализатор ДЧ (дисперсных частиц) с системой регенерации, баллоны для хранения сжатого газа, регулятор давления, газовые форсунки, контрольно-измерительную и запорно-регулирующую арматуру, соединительные трубопроводы. Рисунок 1.1 – Принципиальная пневмогидравлическая схема ПСН варианта А: 1 – дизельный двигатель; 2 – окислительный нейтрализатор; 3 – фильтр134 нейтрализатор с системой регенерации; 4 – нейтрализатор селективного восстановления NOx. Помимо газообразного водорода (Б1), являющегося восстановительным реагентом в системе нейтрализации оксидов азота, в состав системы включен баллон с азотом (Б2), который используется в качестве инертного газа для продувки системы при возникновении аварийных ситуаций и для заполнения газовой магистрали при консервации ПСН. Газовая магистраль низкого давления, расположенная после баллонных регуляторов давления РД1 и РД2, оснащена предохранительным клапаном ПК, который срабатывает при превышении давления в магистрали. ПК исключает повреждение газового расходомера Рм и электромагнитного клапана Кл. 3.2. ПСН варианта Б. Для восстановления NOx используется 32,5% водный раствор карбамида, включает в себя окислительный нейтрализатор для дожигания СО и СН, нейтрализатор селективного восстановления NOx, оснащенный смесителем реагента с ОГ, нейтрализатор аммиака (для выполнения перспективных требований экологического класса ЕВРО-6), фильтр- нейтрализатор ДЧ с системой регенерации, систему подачи раствора карбамида, контрольно-измерительную и запорно-регулирующую арматуру, соединительные трубопроводы, комбинированную систему подогрева емкости с раствором карбамида и дозирующей системы: электрическую и от системы охлаждения ДВС. 135 Рисунок 1.2 – Принципиальная пневмогидравлическая схема ПСН варианта Б: 1 – дизельный двигатель; 2 – окислительный нейтрализатор; 3 – фильтрнейтрализатор с системой регенерации; 4 – нейтрализатор селективного восстановления NOx. В ПСН варианта Б восстановительный реагент размещается в отдельном баке И1. Расход впрыскиваемого в смеситель См2 раствора карбамида перед нейтрализатором селективного восстановления NOx как и расход топлива, подаваемого в смеситель См1 для активной регенерации фильтра-нейтрализатора, определяется настройками насосов-дозаторов НД1 и НД2 соответственно. Составная конструкция смесителя См2 и трубы перед селективным нейтрализатором позволяет изменять расстояние L между форсункой подачи раствора карбамида и каталитическим блоком нейтрализатора. Данное решение обусловлено необходимостью проведения ряда испытаний по определению зависимости между расстоянием L и давлением впрыскивания для обеспечения испарения водного раствора карбамида и гомогенизации получившейся смеси. 4. Рынок сбыта Разработанные типовые ПСН двух вариантов предназначены для установки на 4-х тактные дизельные ДВС рабочим объемом до 2500 см3. 136 Следовательно рынок сбыта определяется автомобильными заводами, использующими при производстве транспортных средств двигатели такого объема. Основными потребителями на территории Российской Федерации являются: - Группа "ГАЗ", производящая легкие коммерческие автомобили семейства "Газель" и семейства "Соболь"; - Ульяновский Автомобильный Завод, производящий легковые автомобили UAZ Patriot, UAZ Pickup, UAZ Hunter; - "Автотор Холдинг", производящий легковые автомобили Kia Sorento; - Таганрогский Автомобильный Завод (ТагАЗ), производящий легковые автомобили Tagaz Tager, Hyundai Santa Fe Classic, а так же легкий коммерческий автомобиль Hyundai Porter. Так же возможно сотрудничество с зарубежными заводами- производителями. Конкурирующие производители систем нейтрализации отработавших газов, такие как ООО «НТЦ МСП», ООО «Экоальянс» - Россия, а также ведущие мировые фирмы «Ecocat OY» - Финляндия и «Haldor Topsoe» – Дания, специализируются на производстве систем, в которых для восстановления NOx используется водный раствор карбамида. Себестоимость разработанных типовых ПСН ниже на 10-15% чем у конкурентов. Это достигается за счет использование в ПСН отечественных узлов и сокращения драгоценных металлов в блоках катализатора. ПСН варианта А, где для восстановления NOx используется водород, не имеет серийных аналогов ни в России, ни за рубежом. Водород является лучшим восстановителем NOx, чем водный раствор карбамида, однако его использование имеет некоторые особенности. За счет использования в системе баллонов с азотом и водородом значительно увеличивается масса ПСН, так же компоновка транспортного средства должна позволять размещать на борту это систему. При использовании ПСН варианта А 137 необходимо учитывать развитость инфраструктуры по заправке водородом баллонов. 5. Производственный план 5.1. Стадии производства В рамках реализации проекта планируется сборка оборудования из комплектующих сторонних производителей. Производственный процесс по созданию ПСН состоит из следующих стадий: 1. Разработка проектной документации под потребности заказчика; 2. Закупка комплектующих и изготовление системы; 3. Поставка ПСН заказчику; 4. Послепродажное обслуживание. 5.2. Разработка проектной документации Особенностью планируемого производства будет являться индивидуальный подход к каждому клиенту. Заказчик может выбрать любой из вариантов системы, где восстановителем NOх является водород или водный раствор карбамида. Далее проводится адаптация системы под ДВС заказчика, проводится оптимизация основных характеристик компонентов системы. После выбора системы определяется компоновка на транспортном средстве. Исходя из вышеперечисленного формируется спецификация заказа (в соответствие с таблицей 1) с основными параметрами, разрабатывается смета, техническое задание и договор на производство ПСН. После заключения договора готовится проектная документация, в рамках которой определяются все параметры ПСН, технические характеристики, фирмы-производители и параметры комплектующих. 5.3 Закупка и изготовление системы После разработки проектной документации формируются заказы на основные комплектующие для сборки ПСН. Система нейтрализации включает следующие основные узлы: 138 - окислительный нетйрализатор; - фильтр-нейтрализатор с системой регенерации; - нейтрализатор селективного восстановления NOx. Изготовление ПСН будет осуществляться на производственной площади в 900 м2. Производственная площадка должна быть расположена в зоне транспортной досягаемости разработчиков и исследователей. 5.4 Послепродажное обслуживание После подписания заказчиком акта приема-передачи товара, наступает этап послепродажного обслуживания ПСН. Послепродажное обслуживание подразделяется на два этапа: - гарантийное обслуживание; - постгарантийное обслуживание. Гарантийное обслуживание осуществляется в период действия гарантии. Период гарантийного обслуживания составляет 180 000 км. В течение всего срока гарантийного обслуживания производитель в случае каких-либо неполадок (если данные неполадки являются гарантийным случаем), обязан бесплатно провести ремонт и устранить все неполадки. В том случае, если какие-либо сбои или неполадки произошли по вине покупателя, то данный случай не является гарантийным и устраняется покупателем за свой счет. Данную неполадку также может устранить производитель установки, но на коммерческой основе по отдельному заказу, и уже на данный ремонт предоставить отдельную гарантию. Постагарнтийное обслуживание является дополнительной услугой, предлагаемой производителем покупателю в тот момент, когда срок гарантийного обслуживания после покупки уже закончился. 5.5 Краткое описание оборудования, которое будет использоваться для производства ПСН Для сборки узлов предлагается следующего оборудования: 139 предполагается использование Сварочный аппарат аргоно-дуговой сварки (MinarcTig 180) 73 500 руб. Сварочный полуавтомат (МС-250 МЕ) 30 700 руб. Универсальная установка для проверки герметичности 4 450 руб. Трубогибочный станок 4-х координатный с ЧПУ SB-63-4A- 1 600 000 руб. 2S Полуавтоматический станок с дисковой пилой МС-315 АС 20 000 руб. Станок полуавтоматический для обработки торца трубы EF- 10 000 руб. AC/80 Станок сверлильный 2Н-135 360 000 руб. Круглогибочный автомат-RBA60/153 «Prinzing» 476 000 руб. Заточной станок 15 000 руб. Слесарный инструмент 5 000 руб. Итого 2 594 650 руб. 5.6 Удельные затраты сырья и материалов, энергии, времени работы оборудования и персонала для выпуска единицы продукта Удельные затраты сырья и материалов, энергии, времени работы персонала, необходимые для производства установки отражают себестоимость этой установки. Ниже в таблице 1 отражены затраты узлы и агрегаты. Таблица 1. Затраты на узлы и агрегаты Наименование ПСН вариант А Баллон газовый Н2 технический марки А Баллон газовый N2 особой чистоты (1 сорт) Блок катализатора - 3 шт. Регулятор давления GCE 0780625 Регулятор давления GCE 0780692 Форсунка Danfoss OD 0,5 45ºS Форсунка Danfoss LE 0,5 45 ºS Насос-дозатор AKL 603 4/12 N Расходомер газовый Honeywell AWM720P1 Термопара ДТПК 065-0110.80 - 2шт Дифференциальный датчик давления ОГ Материалы: Металлопрокат Крепеж Фитинги, газовая арматура 140 Стоимость*, руб. 4 000 4 000 38 600 1 475 1 475 514 654 3 546 1 790 1 000 1 400 1 000 170 4 066 Итого 63 690 ПСН вариант Б Насос-дозатор AKL 500 1,5/6 N - 2 шт. Блок катализатора - 4 шт. Термопара ДТПК 065-0110.80 - 2шт Дифференциальный датчик давления ОГ Датчик NH3 Форсунка Danfoss OD 0,5 45ºS Форсунка Danfoss LE 0,5 45 ºS Датчик уровня РК Материалы: Металлопрокат Крепеж Фитинги, газовая арматура Итого *При среднесерийном производстве 9 626 51 300 1 000 1 400 4 932 514 654 65 1 000 170 300 70 961 Основные элементы и узлы ПСН изготавливаться преимущественно из отечественных материалов и комплектующих, доля которых составляет не менее 30% от общего количества комплектующих ПСН двух вариантов. Прочие производственные издержки планируются на уровне 50% к фонду оплаты труда производственных рабочих. 6. Описание предприятия Разработанные типовые ПСН обеспечивают экологические стандарты Евро-5 и Евро-6 при эксплуатации отечественных автомобилей и другой техники, оснащенной двигателями внутреннего сгорания. Для их производства необходимо создать новое предприятие. Предприятие создается в форме закрытого акционерного общества. Учредители будут участвовать в управлении предприятием, проведении маркетинговых исследований, организации учета и финансовой деятельности. Основное требование к производственной площадке - близость к федеральным магистралям, что позволит минимизировать расходы на грузоперевозки. 141 Для организации производства предполагается арендовать отдельное здание площадью 900 м2 . Помещение должно быть оборудовано системами отопления и принудительно-вытяжной вентиляции, освещения, пожарной сигнализации, связи и оповещения о чрезвычайных ситуациях с соблюдением противопожарных требований следующих действующих нормативных и руководящих документов: СНиП 2.04.05-91* "Отопление, вентиляция и кондиционирование"; СНиП 23-05-95* "Естественное и искусственное освещение"; НПБ 104-95 "Проектирование систем оповещения людей о пожаре в зданиях и сооружениях". Полы основных производственных помещений выполняются в искробезопасном исполнении не накапливающем заряды статического электричества. Производственная площадка должна быть оснащена системой электропитания с глухозаземленной нейтралью, системами заземления и молниезащиты. Все решения по сооружению должны быть приняты с соблюдением противопожарных требований следующих действующих нормативных и руководящих документов: СНиП 21-01-97 "Пожарные безопасные здания и сооружения"; СНиП 2.01-02-85* "Противопожарные нормы"; СНиП 2.09-02-85* "Производственные здания"; СНиП 2.09-03-85* "Сооружения промышленных предприятий"; СНиП 2.04.09-84 "Пожарная автоматика зданий и сооружений"; НПБ 105-03 "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности"; НПБ 01-93 "Правила пожарной безопасности в Российской Федерации"; ПБ 10-115-96 "Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов"; ППБ 01-98 "Правила пожарной безопасности в РФ"; 142 другие ГОСТы и СНиПы, касающиеся вопросов обеспечения пожарной безопасности. В производственных помещения будет производится сборка нейтрализаторов на специальном оборудовании. ПСН также включает в себя узлы и агрегаты, которые будут поставляться на предприятие в необходимых количествах зарекомендовавшими себя поставщиками. Для реализации проекта будет необходим следующий персонал: Таблица 2. Штатное расписание Должность Генеральный директор Главный бухгалтер Бухгалтер Итого управленческий персонал Руководитель отдела продаж Менеджер по продажам Итого коммерческий персонал Начальник производства Главный технолог Технолог Итого инженерно-технический персонал Электрогазосварщик 4 разряда Станочник широкого профиля Итого производственный персонал ВСЕГО: Штат предприятия Производственный персонал Количество человек 1 1 1 Оклад руб./мес. 60 000 40 000 25 000 ФОТ руб./мес. 60 000 40 000 25 000 3 -------- 125 000 1 2 3 1 1 2 40 000 20 000 -------50 000 40 000 30 000 40 000 40 000 80 000 50 000 40 000 60 000 4 -------- 150 000 32 32 30 000 30 000 960 000 960 000 64 -------- 1 920 000 74 -------- 2 275 000 будет будет комплектоваться набираться в постепенно. соответствии с потребностями по мере роста портфеля заказов. Штаты административно-управленческих сотрудников полностью укомплектованы на второй год реализации проекта. 143 будут На первом году в офис будут приняты директор, главный бухгалтер, а также еще три сотрудника. Для реализации проекта, а именно для сборки нейтрализаторов требуется оборудование. Общая стоимость оборудования составляет 10 378 600 руб. 7. Инвестиционный план В соответствии с вышеперечисленным расчетом потребностей в инвестиционных ресурсах инвестиционный план создаваемой компании будет выглядеть следующим образом (таблица 3): Таблица 3. Инвестиционный план № п/п Статья затрат 1 Арендная плата 2 Оборудование 3 Монтаж оборудования Итого 8. Организация и управление Сумма, млн.руб. 5 200 000 10 378 600 200 000 15 778 600 Предприятие возглавляет один из учредителей - генеральный директор. В его подчинении - заместители, выполняющие основные функции управления предприятием - главный технолог, главный бухгалтер, начальник производства, руководитель отдела продаж. В цехах работает 64 рабочих. Административно-управленческий персонал получает заработную плату и участвует в распределении чистой прибыли, как учредитель ЗАО. Рабочие получают заработную плату и премии за высокое качество выполняемых работ. 9. Риски и страхование Основными рисковыми моментами в деятельности предприятия являются: наличие необходимой суммы денежных средств у потенциальных учредителей ЗАО; величина заложенного в расчеты значения нормы прибыли; неравномерность поступления ремонтного фонда в течение года. 144 Неравномерность поступления ремонтного фонда в течение года может повлечь за собой значительное уменьшение объемов производства и доходов в отдельные периоды (как правило, месяцы) и резкое увеличение указанных показателей в другие периоды (месяцы). Важным при этом является то, что годовой объем производства не должен приближаться к критическому объему. Возникающую неустойчивость в периоды предприятия спада производства финансовую из-за недостаточного покрытия расходов оборотом или из-за недополучения предусмотренных доходов предлагаем избегать поправкой на риск. 10. Юридический план Для закрытого акционерного общества необходимо подготовить следующие документы для регистрации: 1. Заявление учредителей с просьбой зарегистрировать предприятие. 2. Устав общества, составленный на основе типовой формы устава АО, в котором указаны величина уставного капитала, перечислены основной и другие виды деятельности, местонахождение администрации ЗАО, место хранения учредительных и бухгалтерских документов. 3. Платежные документы, подтверждающие уплату регистрационной пошлины. 4. Справка из банка о внесении 50% уставного фонда. 5. Эскиз печати. 6. Платежные документы, подтверждающие уплату за внесение оттиска печати в городской реестр. После получения временного свидетельства о регистрации в течение 10 дней встать на учет в налоговой инспекции, в государственных социальных фондах, получить коды ОКПО, сделать готовую печать, получить лицензию на оказание услуг. 145 11. Эффективность инвестиционного проекта и финансовые показатели 11.1. Оборудование Таблица 4 Наименование оборудования Сварочный аппарат аргонодуговой сварки (MinarcTig 180) Сварочный полуавтомат (МС-250 МЕ) Универсальна я установка для проверки герметичности Трубогибочны й станок 4-х координатный с ЧПУ SB-634A-2S Полуавтомати ческий станок с дисковой пилой МС-315 АС Станок полуавтомати ческий для обработки торца трубы EF-AC/80 Станок сверлильный 2Н-135 Круглогибочн ый автоматRBA60/153 Колво оборд овани я Мощнос ть оборудо вания, кВт/ч Площа дь, занима емая оборуд ование м, м2 Стоимость, руб. Стоимость всего, руб. 4 7,0 0,07 73 500 294 000 10 29 400 4 8,0 0,19 30 700 122 800 10 12 280 4 0,25 0,37 4 450 17 800 10 1 780 4 10,0 5,2 1 600 000 6 400 000 10 640 000 4 5,0 2,2 20 000 80 000 10 8 000 4 5,0 1,17 10 000 40 000 10 4 000 4 4,0 0,1 360 000 1 440 000 10 144 000 4 4,8 1,1 476 000 1 904 000 10 190 400 146 Сро Амортиза к ция, служ руб/год бы, лет «Prinzing» Заточной станок Слесарный инструмент Итого 4 2,0 0,58 4 46,05 10,98 15 000 60 000 10 6 000 5 000 20 000 5 4 000 2 594 650 10 378 600 1 039 860 11.2. Расчет трудоемкости изготовления одного нейтрализатора Таблица 5 ОПЕРАЦИЯ мин. шт/час 1. Резка труб (5 шт.) 2. Обработка торцев (5 шт.) 3. Промывка 4. Развальцовка/обжим /калибровка (3 шт.) 5. Гибка труб (2 шт) 6. Разметка по шаблону 7. Резка 8. Термосверление (7 втулок) 9. сварка конусов с блоками (6 шт) 10. сварка фланцев с конусами (6 шт) 11. проверка на герметичност (3 шт) 12. подвар 13. сварка фланцев с патрубками( 6 шт) 14.проверка на герметичность 15. подвар 16. сварка кронштейнов (6 шт) 17. вырезка отверстия в патрубке(2шт) ? 18. сварка патрубков (2 шт) 19. маркировка Общее производственное время Тоб Трудоемкоть tp, норма/час Эффективный фонд рабочего времени Fэф, час 3,75 2,5 0,67 16,00 24,00 89,55 на изготовлен ие шт/смену 0,128 0,085 0,023 3 20,00 0,102 2 1 2,25 10,5 24 30,00 60,00 26,67 5,71 2,50 0,068 0,034 0,077 0,357 0,816 12 5,00 0,408 7,5 8,00 0,255 5 12,00 0,170 12 5,00 0,408 5 5 6 12,00 12,00 10,00 0,170 0,170 0,204 10 6,00 4 1,5 117,67 2 15,00 40,00 0,510 1747 147 0,340 0,136 0,051 4,002 Коэффициент выбытия Кв Количество штук/год Количество рабочих Pосн, человек 1.1 120 000 64 11.3. Расчет переменных затрат Таблица 6 ПСН ПСН варианта варианта А, Б, руб/изд. руб/изд. Затраты на комплектующие: См= 63 690 70 961 Основная з/п: 1152 ЕСН: 391,68 Расчет затрат на содержание и эксплуатацию оборудования: суммарная установленная мощность электродвигателей: Ny= 46,05 кВт Коэффициент загрузки оборудования по мощности: Квр= 0,5 Коэффициент загрузки оборудования по времени: Кн= 0,7 Коэффициент одновременности работы: Код= 1 Коэффициент, учитывающий потери электроэнергии: Кw= 1,05 Удельный вес машинных операций: Км= 0,95 нормоТрудоемкость изготовления изделия: tp= 2 час руб./кВтТариф на электроэнергию: Цэ= 3,79 час Средний коэффициент полезного действия: Jм= 0,75 Затраты на технологические энергоресурсы: Сэ= 208,5 руб./изд Затраты,связанные с эксплуатацией и рем оборудования Сэ.обор.= 2 075 720 руб./изд. Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования: Ссод.обор.= 225,8 Итого переменных затрат, руб./изд. 65 459,5 руб./изд 72 730,5 11.4 Расчет постоянных затрат Таблица 7 148 Заработная плата управляющего и обслуживающего персонала, руб*чел/год ЕСН Годовая сумма амортизации Аренда помещений Площадь офисных помещений, м2 Стоимость аренды офисных помещений, руб./год Площадь производственных помещений, м2 Стоимость аренды производственных помещений, руб./год Итого арендная плата за год Затраты на рекламу Затраты на страхование Налог на имущество Итого постоянных затрат 4 260 000 1 448 400 1 039 860 70 700 000 900 4 500 000 5 200 000 300 000 622 716 363 251 13 234 227 11.5 Расчет себестоимости Таблица 8 Статьи расходов Себестоимость изготовления 1. Переменные издержки 1.1. Затраты на комплектующие 1.2. Содержание и эксплуатация оборудования 1.3. З/П 1.4. ЕСН 2. Постоянные издержки 2.1. З/П непроизводственных рабочих 2.2. ЕСН 2.3. Амортизация оборудования 2.4. Аренда помещений 2.5. Реклама 2.6. Страхование 2.7. Налог на имущество Цена единицы изделия, руб/шт.: Величина расходов на 1 ПСН варианта А, руб. Величина расходов на 1 ПСН варианта Б, руб. 66 031,1 65 459,5 Величина расходов на годовой выпуск ПСН варианта А, руб. 1 320 622 000 1 309 190 000 73 302,1 72 730,5 Величина расходов на годовой выпуск ПСН варианта Б, руб. 1 466 042 000 1 454 610 000 63 690 1 273 800 000 70 961 1 419 220 000 225,8 4 516 000 225,8 4 516 000 1 152 391,7 571,62 23 040 000 7 833 600 11 432 400 1 152 391,7 571,62 23 040 000 7 833 600 11 432 400 123 4 260 000 123 4 260 000 72,42 1 448 400 72,42 1 448 400 51,9 1 039 860 51,9 1 039 860 260 15 31,1 18,2 5 200 000 300 000 622 716 363 251 260 15 31,1 18,2 5 200 000 300 000 622 716 363 251 70 655 149 78 435 11.6 План доходов и расходов 11.6.1. ПСН варианта А. Таблица 9.1 Показатели Объемы продаж, шт. 1. Доходы от продаж, млн. руб. 2.Производственная себестоимость, млн. руб. 3.Накладные расходы, млн.руб 3.1.З/П АУП, руб. 3.2.ЕСН АУП, руб. 3.3.Амортиза -ция, руб. 3.4.Аренда помещений, руб. 3.5.Страхование имущества, руб. 3.6. Реклама, руб. 3.7. Налог на имущество, руб. месяцы 7 8 9 10 11 12 Итого 2200 2400 2500 2600 2700 2900 20000 141,31 155,441 169,572 176,6375 183,703 190,7685 204,8995 1413,1 99,0466 5 132,062 2 145,2684 2 158,4746 4 165,0777 5 171,6808 6 178,2839 7 191,4901 9 1320,622 1,29128 9 1,29128 9 1,29128 9 1,291289 1,291289 1,291289 1,291289 1,291289 1,291289 15,49546 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 4260000 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 1448000 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 1039860 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 5200000 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 622716 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 300000 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 363251 1 2 3 4 5 6 100 200 300 600 1500 2000 7,0655 14,131 21,1965 42,393 105,982 5 6,60311 13,2062 2 19,80933 39,6186 6 1,29128 9 1,29128 9 1,291289 355 000 355 000 120 666 150 3.8.Проценты за кредит в банке, руб 4. Валовая прибыль, млн. руб. 5.Налог на прибыль, млн. руб. 6.Платежи из прибыли после налого облажения, млн. руб. 7.Чистая прибыль, млн.руб. 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 2256254 -0,82889 -0,3665 0,095881 1,48305 1 5,64456 1 7,95651 1 8,881291 9,806071 10,26846 1 10,73085 1 11,19324 1 12,11802 1 92,47798 5 -0,16577 -0,0733 0,019176 2 0,29661 1,12891 2 1,59130 2 1,776258 2 1,961214 2 2,045369 2 2,146170 2 2,238648 2 2,423600 4 18,49559 7 0,00920 4 0,00920 4 0,009204 0,00920 4 0,00920 4 0,00920 4 0,009204 0,009204 0,009204 0,009204 0,009204 0,009204 0,110446 -1,00386 -0,449 0,067500 8 1,17723 7 4,50644 5 6,35600 5 7,095828 8 7,835652 8 8,213887 8 8,575476 8 8,945388 8 9,685216 6 73,87194 2 11.6.2. ПСН варианта Б. Таблица 9.2 Показатели Объемы продаж, шт. 1. Доходы от продаж, млн. руб. 2.Производственная себестоимость, млн. руб. 3.Накладные расходы, месяцы 7 8 9 10 11 12 Итого 2200 2400 2500 2600 2700 2900 20000 156,87 172,557 188,244 196,0875 203,931 211,7745 227,4615 1568,7 109,953 146,604 161,2644 175,9248 183,255 190,5852 197,9154 212,5758 1466,04 1,29128 9 1,291289 1,291289 1,291289 1,291289 1,291289 1,291289 1,291289 15,49546 1 2 3 4 5 6 100 200 300 600 1500 2000 7,8435 15,687 23,5305 47,061 117,652 5 7,3302 14,6604 21,9906 43,9812 1,29128 9 1,29128 9 1,29128 9 1,29128 9 151 млн.руб 3.1.З/П АУП, руб 3.2.ЕСН АУП, руб 3.3.Амортиза -ция, руб 3.4.Аренда помещений, руб. 3.5.Страхование имущества,руб. 3.6. Реклама, руб. 3.7. Налог на имущество, руб. 3.8.Проценты за кредит в банке, руб 4. Валовая прибыль, млн. руб. 5.Налог на прибыль, млн. руб. 6.Платежи из прибыли после налого облажения, млн. руб. 7.Чистая прибыль, млн.руб. 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 355 000 4260000 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 120 666 1448000 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 86 655 1039860 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 433 333 5200000 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 51 893 622716 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 25 000 300000 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 30 721 363251 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 188 021 2256254 -0,77798 -0,26468 0,24861 1 1,78851 1 6,40821 1 8,974711 10,00131 1 11,02791 1 11,54121 1 12,05451 1 12,56781 1 13,59441 1 87,16454 -0,15559 -0,05293 0,04972 2 0,35770 1,28164 1,794942 2,000262 2 2,205582 2 2,308242 2 2,410902 2 2,513562 2 2,718882 2 17,43290 8 0,00920 4 0,00920 4 0,00920 4 0,00920 4 0,00920 4 0,009204 0,009204 0,009204 0,009204 0,009204 0,009204 0,009204 0,110446 -0,63159 -0,22095 0,18968 1,42160 5,11736 4 7,170564 8 7,991844 8 8,813124 8 9,223764 8 9,634404 8 10,04504 5 10,86632 5 69,62118 6 152 11.7 План денежных поступлений и выплат 11.7.1 ПСН варианта А. Таблица 10.1 месяцы Показатели Поступления от продаж, шт. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Итого 100 200 300 600 1500 2000 2200 2400 2500 2600 2700 2900 20000 1. Доходы от продаж, млн. руб 6,60311 13,20622 19,80933 39,6186 99,0466 132,0622 145,2684 158,4746 165,0777 171,6808 178,2839 191,4902 1320,622 2. Платежи всего, млн.руб. 0,93077 4,3110742 4,7566262 6,15909 9,95325 12,053242 12,98515 13,7167 14,106 23,15339 14,8471 15,64098 133,2732 2.1. Покупка оборудования, млн. руб. 2,59465 0 2,59465 0 2,59465 0 2,59465 0 0 0 0 0 10,3786 0,42055 0,84110 1,2616562 2,52331 6,30828 8,4110415 9,252145 10,0932 10,5138 10,93435 11,3549 12,19601 84,11041 0,1274 0 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 25,025 -2,275 0 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 7,917 -0,65975 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 5,2 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,622716 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,3 0 0,025 0,05 0,1 0,2 0,19723 0,19723 0,17848 0,14723 0,103483 0,04723 0 1,245895 2.2. Комплектующие, млн. руб. 2.3. З/П всех работающих, млн. руб. 2.4. ЕСН, млн. руб. 2.5. Аренда, млн. руб. 2.6. Страхование, млн. руб. 2.7. Реклама, млн. руб. 2.9. % за кредит, млн.руб. 153 Остатки 2.10. Налог на имущество, млн.руб. 2.11. Налог на прибыль, млн.руб. 3. Прирост денежной наличности, млн.руб. 4. Остаток на начало, млн.руб. 5. Остаток на конец, млн.руб. 0 0 0 0,09081 0 0 0,09081 0 0 0,090813 0 0 0,272438 -0,0908 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8,579772 0 0 8,579772 -9,91583 5,67234 8,895146 15,052704 33,4595 89,0934 120,00896 132,2832 144,7579 150,9717 148,5274 163,4368 175,8492 0,5 6,172338 13,567484 3,62018 33,5797 118,17315 234,1821 366,4653 511,2233 662,195 810,7225 974,1594 6,17234 15,06748 28,620188 37,0797 122,673 238,18211 366,4653 511,2233 662,195 810,7225 974,1594 1150,008 1,5 25 3,5 4,5 4 6. Возврат кредита, млн.руб. Уставной фонд: 0,5 Млн. руб. Кредит: 16 Млн.руб. 16 11.7.2 ПСН варианта Б. Таблица 10.2 Показатели Поступления от продаж, шт. 1 2 3 4 5 100 200 300 600 1500 1. Доходы от продаж, млн. руб 7,33021 14,66042 21,99063 43,9812 3,5254221 4,3110741 7,3512762 6,159092 2. Платежи всего, млн.руб. месяцы 6 7 8 9 10 11 12 Итого 2000 2200 2400 2500 2600 2700 2900 20000 109,9531 146,6042 161,26462 175,925 183,255 190,585 197,917 212,576 1466,04 12,5479 12,053241 15,579806 13,7167 14,106 23,1534 14,8471 15,6409 143,6518 154 Остатки 2.1. Покупка оборудования, млн. руб. 2.2. Комплектующие, млн. руб. 2,59465 0 2,59465 0 2,59465 0 2,59465 0 0 0 0 0 10,3786 0,4205521 0,8411041 1,2616562 2,523312 6,30828 8,4110415 9,252146 10,09325 10,5138 10,9343 11,3549 12,196 84,11041 0,1274 2.3. З/П всех работающих, млн. руб. 0 2.4. ЕСН, млн. руб. 0 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 0,65975 7,917 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 0,43333 5,2 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,05189 0,622716 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,3 0 0,025 0,05 0,1 0,2 0,19723 0,19723 0,17848 0,14723 0,103483 0,04723 0 1,245895 0 0 0 0,09081 0 0 0,09081 0 0 0,090813 0 0 0,272438 2.5. Аренда, млн. руб. 2.6. Страхование, млн. руб. 2.7. Реклама, млн. руб. 2.9. % за кредит, млн.руб. 2.10. Налог на имущество, млн.руб. 2.11. Налог на прибыль, млн.руб. 3. Прирост денежной наличности, млн.руб. 4. Остаток на начало, млн.руб. 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 2,275 25,025 -2,275 -0,65975 -0,0908 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8,579772 0 0 8,579772 -9,91583 3,8047879 10,349346 14,639354 37,82216 97,40525 134,55096 145,68481 162,208 169,149 167,432 183,069 196,935 0,5 4,3047879 13,154134 2,793487 37,11565 130,0209 260,57186 406,257 568,465 737,614 905,046 1088,11 155 5. Остаток на конец, млн.руб. 4,3047879 6. Возврат кредита, млн.руб. 14,654134 27,793487 1,5 25 Уставной фонд: 0,5 Млн. руб. Кредит: 16 Млн.руб. 40,61565 134,5209 3,5 4,5 264,57186 4 156 406,25668 568,465 737,614 905,046 1088,11 1285,05 16 11.8 Балансовый план Таблица 11 Наименование АКТИВЫ, руб. 1. Ликвидные активы: Денежная наличность Запасы материалов Запасы продукции Счета к получению 2. Неликвидные активы: Оборудование Амортизация ПАССИВЫ И СОБСТВЕННЫЙ КАПИТАЛ 1. Краткосрочные обязательства Счета к оплате 2. Итого пассивов Собственный капитал Нераспределенная прибыль Уставной фонд При производстве ПСН При производстве ПСН варианта А варианта Б 1 159 474 747 1 294 516 147 1 150 136 007 1 285 177 407 1 150 008 607 1 285 050 007 127 400 127 400 9 338 740 9 338 740 10 378 600 1 039 860 10 378 600 1 039 860 87 313 322 83 062 566 12 941 380 12 941 380 12 941 380 12 941 380 74 371 942 12 941 380 12 941 380 70 121 186 73 871 942 69 621 186 500 000 500 000 11.9 Справка по источникам и использованию средств на конец первого года Таблица 13 Наименование Средства из разных источников, всего руб.: 1. Ссуда под недвижимость 2. Кредит 3. Собственные средства 4. Чистая прибыль 5. Амортизация Использовано ср-в, При производстве ПСН варианта А При производстве ПСН варианта Б 91 411 802 87 161 046 16 000 000 16 000 000 500 000 500 000 73 871 942 1 039 860 27 751 895 69 621 186 1 039 860 27 751 895 157 всего руб.: 6. Покупка оборудования 7. Прирост запасов 8. Погашение ссуды Чистый прирост оборотного капитала Итого, руб. 10 378 600 10 378 600 127 400 17 245 895 127 400 17 245 895 63 659 907 59 409 151 91 411 802 87 161 046 11.10. Расчет точки самоокупаемости и коэффициента надежности проекта N тбу TFC Ap P AVC - точка безубыточности, где TFC - общие постоянные издержки; Ар – амортизация; AVC – средние переменные издержки; P - цена изделия K N тбу N факт - коэффициент надёжности, где Nфакт – фактическое количество изделий. Необходимо, чтобы К ≤ 0,75…0,8 – тогда проект считается надёжным. 11.10.1 Для ПСН варианта А Nт.б.у.=(15495460 - 1039860)/(70655-65460)=2783 шт. К = 2783/20000=0,13915 11.10.2 Для ПСН варианта Б Nт.б.у.=(15495460-1039860)/(78435-72731)=2534 шт. К = 2534/20000=0,1267 158 11.11 Эффективность инвестирования 11.11.1 ПСН варианта А Рентабельность инвестиций - это отношение всей суммы дисконтированных доходов по проекту к сумме дисконтированных инвестиционных затрат: А100% К Ринв= ,где А= (Dt-Ct)(1-Hпр)+Ap (1+i)t Затраты Ставка налога на прибыль Амортизация Ставка доходности 0,18 руб. 1039860 0,24 руб. руб. 1413100000 1336117460 Ар i Ринв A K Рентабельность инвестиций Нпр Дисконтирован ные инвестици онные затраты C Дисконтированный доход D Доход Таблица 13 руб. руб. % 51746405,48 16000000 323,415 Вывод: Ринв>100%, следовательно, инвестиции окупятся в срок жизни проекта. Чистый дисконтированных доход Рассчитывается поквартально NPV= S(Dt-Ct)(1-Нпр)+Ар (1+i)t -K Таблица 14 Квартал Ар D C i t NPV 1 2 259965 259965 42393000 289685500 43492527 274601377 0,08 0,08 0,25 0,5 -16567350,3 -4612743,2 159 3 259965 501650500 472694677 0,08 0,75 5314268,0 4 259965 579371000 545328887 0,08 1 8652802,7 Расчет внутренней ставки доходности Расчет производится при равенстве чистого дисконтивного дохода нулю. При t=1 и NPV=0 i= S(Dt-Ct)(1-Нпр)+Ар К -1 Отсюда внутренняя ставка доходности i=2,72. Графически внутреннюю ставку доходности можно найти, составив следующую таблицу: Таблица 15 i 0,5 1,5 2,72 4,5 5 NPV 23697726,9 7818636,2 0,0 -5173347,2 -6075568,3 160 Определение дисконтного срока окупаемости Определение графическим путем Таблица 16 Квартал 1 2 3 4 Дисконтированные поступления нарастающим итогом 42393000 332078500 833729000 1413100000 Дисконтированные расходы нарастающим итогом 59492527 334093904 806788581 1352117468 Дисконтный срок окупаемости равен: Ток=4,2 месяца. 11.11.2 ПСН варианта Б Рентабельность инвестиций - это отношение всей суммы дисконтированных доходов по проекту к сумме дисконтированных инвестиционных затрат: Ринв= А100% К ,где А= (Dt-Ct)(1-Hпр)+Ap (1+i)t 161 Затраты Ставка налога на прибыль Амортизация Ставка доходности 0,18 руб. 1039860 0,24 руб. руб. 1568700000 1466040000 Ар i Ринв A K Рентабельность инвестиций Нпр Дисконтирован ные инвестици онные затраты C Дисконтированный доход D Доход Таблица 17 руб. руб. % 68726661,29 16000000 429,5416 Вывод: Ринв>100%, следовательно, инвестиции окупятся в срок жизни проекта. Чистый дисконтированных доход Рассчитывается поквартально NPV= S(Dt-Ct)(1-Нпр)+Ар (1+i)t -K Таблица 18 Квартал Ар D C i t NPV 1 2 259965 259965 47061000 321583500 47855067 304412067 0,08 0,08 0,25 0,5 -16338558,0 -3071938,4 162 3 4 259965 259965 556888500 643167000 524318067 604950267 0,08 0,08 0,75 1 7943904,0 11645926,5 Расчет внутренней ставки доходности Расчет производится при равенстве чистого дисконтивного дохода нулю. При t=1 и NPV=0 i= S(Dt-Ct)(1-Нпр)+Ар К -1 Отсюда внутренняя ставка доходности i=3,94. Графически внутреннюю ставку доходности можно найти, составив следующую таблицу: Таблица 19 i 0,5 2 3,94 6,5 7 NPV 23697726,9 7818636,2 0,0 -5173347,2 -6075568,3 163 Определение дисконтного срока окупаемости Определение графическим путем Таблица 20 Квартал 1 2 3 4 Дисконтированные поступленя нарастающим итогом Дисконтированные расходы нарастающим итогом 47061000 368644500 925533000 1568700000 63855067 368267134 892585201 1497535468 Дисконтный срок окупаемости равен: Ток=2,6 месяцев. 164 11.12 Сводная таблица Показатель Расчетный период, год Годовой объем выпускаемой продукции, шт. Цена единицы продукции, руб. Общий доход, руб. Суммарные издержки, руб. Инвестиции в проект, руб. Чистая прибыль на конец года, руб. Денежные средства на конец года, руб. Активы и пассивы на конец года, руб. Точка безубыточности, шт. Коэффициент надежности Чистый дисконтированный доход, руб. Рентабельность инвестиций, % Внутренняя норма доходности Срок окупаемости, месяцев 165 Значение Значение при при производстве производстве ПСН ПСН варианта А варианта Б 1 1 20000 20000 70 655 1 413 100 000 15 495 460 16 000 000 73 871 942 1 150 008 607 1 159 474 747 2783 0,13915 8 652 802,7 323,4 2,72 4,2 78 435 1 568 700 000 15 495 460 16 000 000 69 621 186 1 285 050 007 1 294 516 147 2534 0,1267 11 645 926,5 429,5 3,94 2,6 ПРИЛОЖЕНИЕ Д ПРОЕКТ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА ОКР «ПРОВЕДЕНИЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОИСКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДО УРОВНЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ» по выполнению государственного контракта от «22» сентября 2011 г. № 16.516.11.6132 (Шифр «2011-1.6-516-033-023») заключенного с Министерством образования и науки Российской Федерации по теме ПРОВЕДЕНИЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОИСКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДО УРОВНЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ 166 167 1.Описание применения разработки Наименование – опытные образцы перспективных систем двух вариантов для нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (далее – ПСН). Опытный образец ПСН варианта А в составе окислительного нейтрализатора, фильтра-нейтрализатора дисперсных частиц (далее – ДЧ) и нейтрализатора селективного восстановления оксидов азота, который в качестве восстановителя NOx должен использовать водород, и опытный образец ПСН варианта Б, содержащий окислительный нейтрализатор, фильтр-нейтрализатор ДЧ, нейтрализатор селективного восстановления оксидов азота, использующий в качестве восстановителя NOx раствор карбамида, и окислительный нейтрализатор аммиака, предназначены для обеспечения перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6 при эксплуатации отечественных автомобилей и другой техники, оснащенной двигателями внутреннего сгорания, с целью защиты окружающей среды от воздействия вредных выбросов. ПСН двух вариантов потенциально могут быть применимы в системах очистки газовых выбросов от других источников вредных выбросов: дизельгенераторы, автономные энергоустановки, ТЭЦ, аварийные системы и пр. 2. Основание для разработки Основанием для разработки опытных образцов перспективных систем нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания является Государственный контракт № 16.516.11.6132 от «22» сентября 2011 г. между Министерством образования и науки Российской Федерации с одной стороны и Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им.Р.Е.Алексеева" (НГТУ) с другой стороны на выполнение НИР по теме: «Проведение проблемноориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов». 3. Назначение разработки 168 Основное функциональное назначение опытных образцов ПСН двух вариантов – окисление СО, СН и дисперсных частиц и восстановление NOx, а также окисление аммиака в случае ПСН варианта Б. Разрабатываемые опытные образцы ПСН двух вариантов могут использоваться в составе автотракторной и водной техники, оснащенных дизельными двигателями мощностью до 100 л.с., для выполнения перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6. Также ПСН двух вариантов могут входить в состав дизель-генераторных установок для сокращения вредных выбросов. 4 Технические требования 4.1 Состав продукции 4.1.1 В состав разрабатываемой научно-технической продукции должны входить: 4.1.1.1 Технология изготовления ПСН варианта А с селективным восстановлением оксидов азота водородом. 4.1.1.2 Технология изготовления ПСН варианта Б с селективным восстановлением оксидов азота раствором карбамида. 4.1.1.3 Технический проект на опытный образец ПСН варианта А с селективным восстановлением оксидов азота водородом. 4.1.1.4 Технический проект на опытный образец ПСН варианта Б с селективным восстановлением оксидов азота раствором карбамида. 4.1.1.5 Рабочая конструкторская документация для изготовления опытного образца ПСН варианта А с селективным восстановлением оксидов азота водородом. 4.1.1.6 Рабочая конструкторская документация для изготовления опытного образца ПСН варианта Б с селективным восстановлением оксидов азота раствором карбамида. 4.1.1.7 Опытный образец ПСН варианта А с селективным восстановлением оксидов азота водородом. 4.1.1.8 Опытный образец ПСН варианта Б с селективным восстановлением оксидов азота раствором карбамида. 169 4.1.1.9 Программы и методики предварительных и приемочных испытаний ПСН двух вариантов. 4.1.2 В состав опытного образца ПСН варианта А с селективным восстановлением оксидов азота водородом должны входить: - окислительный нейтрализатор; - фильтр-нейтрализатор ДЧ; - нейтрализатор селективного восстановления NOx; - система активной регенерации фильтра-нейтрализатора ДЧ: - система дозирования водорода: - система охлаждения форсунок систем активной регенерации фильтранейтрализатора ДЧ и дозирования водорода: - система управления. 4.1.3 В состав опытного образца ПСН варианта Б с селективным восстановлением оксидов азота раствором карбамида должны входить: - окислительный нейтрализатор; - фильтр-нейтрализатор ДЧ; - нейтрализатор селективного восстановления NOx; - окислительный нейтрализатор аммиака; - система активной регенерации фильтра-нейтрализатора ДЧ: - система дозирования раствора карбамида: - система охлаждения форсунок систем активной регенерации фильтранейтрализатора ДЧ и дозирования раствора-карбамида: - система управления. 4.2 Требования к показателям назначения 4.2.1 Выполняемые функции 4.2.1.1 Очистка отработавших газов дизельных двигателей, соответствующих экологическим требованиям Евро-4, до уровня перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6. 170 4.2.2 Нормы и количественные показатели 4.2.2.1 ПСН двух вариантов должны соответствовать требованиям технического регламента «О безопасности колесных транспортных средств» в части использования системы нейтрализации отработавших газов. 4.2.2.2 ПСН двух вариантов при эксплуатации в составе транспортного средства должны обеспечивать его соответствие действующим нормативным документам по выбросам вредных веществ с отработавшими газами. 4.2.2.3 ПСН варианта А должна быть выполнена в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54111.2-2010 в части обеспечения водородной безопасности на борту транспортного средства. 4.2.3 Технические характеристики (параметры) 4.2.3.1 Разрабатываемые опытные образцы ПСН двух вариантов должны обеспечивать очистку отработавших газов дизельных двигателей, соответствующих экологическим требованиям Евро-4, от: - НС и СО не ниже 75% при температуре ОГ 350 оС; - NOx не ниже 60% при температуре ОГ 350оС и выше; - ДЧ не ниже 75% при температуре ОГ 350оС. 4.2.3.2 Общее газодинамическое сопротивление всех элементов ПСН двух вариантов не должно превышать 1200 мм вод. ст. 4.2.4 Требования к порядку и способам взаимодействия с сопрягаемыми объектами Конструкция ПСН двух вариантов должна быть ориентирована на широкий типаж транспортных средств от легковых автомобилей до грузовых автомобилей, автобусов малого класса, техники коммунального назначения, тракторов и дизельных энергоустановок, оборудованных дизельным двигателем мощностью до 100 л.с. 5.2.5 Требования совместимости 4.2.5.1 Применяемые ПСН двух вариантов должны электромагнитную совместимость на автотранспортном средстве. 171 обеспечивать 4.2.5.2 Уровень радиопомех, создаваемых элементами и агрегатами ПСН двух вариантов в момент включения, отключения и работы не должен превышать установленные нормы по правилам 19 ЕЭК ООН. 4.2.6 Требования по мобильности ПСН двух вариантов должно быть предназначено для установки на неподвижных объектах (стационарные дизельные энергоустановки) и транспортных средствах. 4.3 Требования надежности 4.3.1 Требования по безотказности 4.3.1.1 Разрабатываемые опытные образца ПСН двух вариантов должны удовлетворять следующим требованиям: 4.3.1.2 Надежность безотказность, ПСН двух ремонтопригодность, вариантов долговечность должна и обеспечить сохраняемость её при эксплуатации в течение всего ресурса транспортного средства. 4.3.2 Требования по долговечности 4.3.2.1 Среднее время наработки на отказ ПСН двух вариантов 6000 часов или 250000 км пробега АТС. 4.3.2.2 В процессе эксплуатации ПСН двух вариантов допускается замена комплектующих, срок эксплуатации которых не соответствует стандартам, техническим условиям и составляет менее заявленного срока службы системы нейтрализации. 4.3.3 Критерии отказов и предельного состояния изделия 4.3.3.1 Отказом разрабатываемых опытных образцов ПСН двух вариантов считается выход из строя деталей, узлов, не требующих проведения капитального ремонта. 4.3.3.2 Предельным состоянием разрабатываемых опытных образцов ПСН двух вариантов до капитального ремонта должно быть достижение срока службы до капитального ремонта. 4.3.3.3 Предельным состоянием разрабатываемых опытных образцов ПСН двух вариантов до списания должно быть достижение полного срока службы. 172 4.3.4 Подтверждение требований п.п. 4.3.1…4.3.3 настоящего технического задания проводится: - расчетным методом в соответствии с ГОСТ 27.301-95 на этапе разработки изделия и этапе предварительных испытаний; - экспериментальным (расчётно-экспериментальным) методом по методике, согласованной с Заказчиком на этапе приёмочных испытаний. 4.4 Конструктивные требования 4.4.1 ПСН двух вариантов должны иметь возможность монтажа на транспортных средствах различных типов, а также на дизельных энергоустановках. 4.4.2 Конструкция ПСН двух вариантов должна обеспечивать её автономное функционирование в составе транспортного средства. 4.4.3 Системы дозирования восстановителей ПСН двух вариантов должны обеспечивать подачу водорода и раствора карбамида с отклонением давления подачи не более ±5%. 4.4.4 Продолжительность активной регенерации фильтра-нейтрализатора ДЧ должна быть не более 10 мин. 4.5 Требования по эргономике и технической эстетике 4.5.1 Расположение элементов разрабатываемых образцов ПСН двух вариантов не должно создавать дополнительных помех и трудностей при обслуживании и эксплуатации. 4.6 Требования к эксплуатации, удобству технического обслуживания и ремонта 4.6.1 Требования к условиям эксплуатации 4.6.1.1 Разрабатываемые опытные образцы ПСН двух вариантов, рассчитанные на совместную работу с дизельным двигателем в составе АТС, либо в составе автономной электростанции для нужд малой энергетики, должны обладать высокими показателями надежности при эксплуатации в различных 173 дорожных и климатических условиях, характерных для территории Российской Федерации. 4.6.1.2 ПСН двух вариантов должны быть устойчивы к следующим атмосферным условиям: - минимальная температура окружающего воздуха, ºС -40 - максимальная температура окружающего воздуха, ºС +40 - относительная влажность воздуха при 25 ºС, % 98 - атмосферное давление, кПа 79,5 - высота над уровнем моря, м до 3000 4.6.1.3 Узлы и агрегаты ПСН двух вариантов должны быть устойчивы к воздействию эксплуатационных автомобильных жидкостей (бензин, масла, антифриз и тормозные жидкости, 30%-ные растворы щелочей), пыли, воды, снега и противогололедных реагентов со стороны дорожного покрытия. 4.6.1.4 ПСН двух вариантов, работающие в составе АТС, должны работать с наклоном относительно горизонтальной поверхности до 45º по ГОСТ Р 523022004. 4.6.1.5 ПСН двух вариантов должны сохранять работоспособность при воздействии и после воздействия следующих вибрационных и ударных нагрузок по ОСТ 37.001.653-99: - вдоль продольной оси АТС - с ускорением 6,6g; - перпендикулярно к продольной оси АТС в горизонтальном направлении 5g; - перпендикулярно к продольной оси АТС в вертикальном направлении вверх - 1g, вниз - 2g. 4.6.2 Требования к эксплуатационным показателям 4.6.2.1 Система дозирования восстановителя ПСН варианта А должна обеспечивать подачу водорода не менее 3% по объему. 4.6.2.2 Система дозирования восстановителя ПСН варианта Б должна обеспечивать подачу раствора карбамида не менее 3% по массе. 4.6.3 Требования по ремонтопригодности 174 4.6.3.1 Требования по ремонтопригодности в соответствии с требованиями ГОСТ 23660-79, ГОСТ 21623-76, ГОСТ 27.410-87 и ГОСТ 28.001-83. 4.7 Требования безопасности 4.7.1 Обеспечение водородной безопасности должно быть выполнено в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54111.2-2010. 4.7.2 Баллоны и трубопроводы системы дозирования водорода ПСН варианта А должны иметь опознавательную окраску по ГОСТ 14202-69 "Трубопроводы промышленных предприятий» и ПОТ РМ-026-2003. «Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации баллонов». 4.7.3 Аварийная защита и аварийно-предупредительная сигнализация ПСН двух вариантов должна срабатывать при достижении предельных значений параметров: превышение рабочего давления в системе дозирования водорода, температура охлаждающей жидкости системы охлаждения форсунок, снижение температуры раствора карбамида ниже допустимого значения. 4.7.4 ПСН двух вариантов должна отвечать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-76. 4.8 Требования к маркировке 4.8.1 На доступном месте окислительных и восстановительных нейтрализаторов и фильтре-нейтрализаторе ДЧ ПСН двух вариантов должна быть нанесена маркировка, обеспечивающая идентификацию элементов системы. 4.8.2 Для маркировки использовать ударный способ нанесения. Качество выполнения маркировки должно обеспечивать ее сохранность в течение всего срока эксплуатации опытных образцов ПСН двух вариантов. Манипуляционные знаки №9, 11 и 12 по ГОСТ 14192-96 должны быть темного цвета на светлых полях и светлого цвета на темных. 4.8.3 При поставке опытных образцов ПСН двух вариантов на экспорт транспортная маркировка должна быть выполнена в соответствии с требованиями ГОСТ 14132-96, а тара соответствовать ГОСТ 24634-81. 4.9 Требования к консервации, хранению и транспортированию 4.9.1 Все неокрашенные металлические поверхности должны быть подвергнуты консервации по ГОСТ 9.014-78. 175 4.10 Требования к стандартизации и унификации 4.10.1 Основные элементы ПСН двух вариантов должны изготавливаться преимущественно из отечественных материалов и комплектующих, которые должны иметь максимально возможную унификацию с серийно выпускаемыми. 4.10.2 Модернизированные узлы и детали ПСН двух вариантов, созданные на базе стандартных изделий, должны соответствовать государственным и отраслевым стандартам и другим действующим нормативным документам. Крепежные и уплотнительные изделия должны соответствовать государственным и отраслевым стандартам. 4.11 Требования к эксплуатационной и ремонтной технологичности 4.11.1 Охлаждающие жидкости, а также восстанавливающие реагенты, применяемые в селективном восстановлении NOx, должны соответствовать действующим стандартам. 4.11.2 Увеличение трудоемкости проведения плановых работ по техническому обслуживанию транспортного средства после установки ПСН двух вариантов не должно превышать 20%. 4.11.3 Конструкция ПСН двух вариантов должна обеспечивать доступ к элементам управления и обслуживания, элементам, требующим проверки и регулирования, а также удобство монтажа и демонтажа отдельных узлов и деталей. 4.11.4 Периодичность технического обслуживания ПСН двух вариантов должна соответствовать или быть кратной периодичности технического обслуживания дизельного двигателя. 4.11.5 Плановое техническое обслуживание ПСН двух вариантов должно быть рассчитано на применение стандартизованного инструмента. 5 Требования по видам обеспечения 5.1 Требования по метрологическому обеспечению 5.1.1 Испытания образцов ПСН двух вариантов должны проводится в стендовых условиях по Правилам ЕЭК ООН № 49 с возможностью регистрации целевых показателей по количеству токсичных компонентов отработавших газов, температуре отработавших газов, расходу восстановителей (водород и раствор 176 карбамида), расходу топлива для активной регенерации фильтра-нейтрализатора ДЧ и газодинамическому сопротивлению системы нейтрализации. 5.2 Требования к разработке программного обеспечения 5.2.1 Программно-математическое обеспечение должно предоставлять возможность имитационного компьютерного моделирования процессов в разрабатываемых ПСН двух вариантов для составления алгоритма работы и определения параметров элементов системы нейтрализации. 6 Требования к документации 6.1 На первом этапе работ в течение не более 15-ти рабочих дней с даты подписания государственного контракта должна быть разработана и согласована с Заказчиком «Комплектность технической документации, разрабатываемой в рамках государственного контракта». 6.2 Техническая эксплуатационная) (конструкторская, документация должна технологическая, программная, соответствовать требованиям стандартов ЕСКД, ЕСТД и ЕСПД. 6.3 Перечень другой отчетной документации, подлежащей оформления и сдаче Исполнителем Заказчику на этапах выполнения работ, определяется требованиями нормативных актов Заказчика. 6.4 Техническая и другая отчетная документация предоставляются Заказчику или уполномоченной им организации на бумажном носителе в двух экземплярах и в электронном виде на оптическом носителе в одном экземпляре. 7 Специальные требования 7.1 Требования к испытаниям 7.1.1 Подтверждение и проверка выбранных конструктивно-схемных, конструктивно-технологических и технических решений, а также требований надежности и других, предъявляемых к разрабатываемым опытным образцам ПСН двух вариантов, необходимо производить расчетными и экспериментальными методами. 7.1.2 Подтверждение и проверка выбранных конструктивно-схемных, конструктивно-технологических и технических решений, а также требований надежности и других, предъявляемых к разрабатываемым опытным образцам 177 ПСН двух вариантов, определяются частными техническими решениями и требованиями чертежей. 7.1.3 Подтверждение соответствия разрабатываемых опытных образцов ПСН двух вариантов требованиям настоящего технического задания и нормативно-технической документации, по специально разработанной и согласованной с Заказчиком Программам и методикам, в соответствии с календарным планом должны быть проведены испытания опытных образцов систем нейтрализации: - предварительные испытания с целью предварительной оценки соответствия опытных образцов ПСН двух вариантов требованиям настоящего ТЗ, а также для определения готовности опытных образцов к приемочныи испытаниям; - приемочные испытания с целью оценки всех определенных настоящим ТЗ характеристик опытных образцов ПСН двух вариантов, проверки и подтверждения соответствия опытных образцов требованиям ТЗ в условиях, максимально приближенных к условиям реальной эксплуатации (применения, использования) ПСН двух вариантов, а также для принятия решений о возможности промышленного производства и реализации продукта. 7.2 Требования к объектам испытаний 7.2.1 В ходе выполнения ОКР должны быть разработаны опытные образцы ПСН двух вариантов, в том числе: - опытный образец ПСН варианта А с селективным восстановлением оксидов азота водорода; - опытный образец ПСН варианта Б с селективным восстановлением оксидов азота раствором карбамида. 8 Технико-экономические требования 8.1 Основные технико-экономические требования 8.1.1 Разрабатываемые опытные образцы ПСН двух вариантов должны обеспечить: 178 8.1.1.1 Выполнение базовым дизельным двигателем, соответствующим экологическому классу Евро-4, перспективных экологических требований Евро-5 и Евро-6. 8.1.1.2 Снижение расхода дизельного топлива не менее 3%. 8.1.1.3 Автономную и бесперебойную работу ПСН двух вариантов при пробеге транспортного средства не менее 5000 км со средней нагрузкой. 8.1.2 Должны быть проведены (за счет средств из внебюджетных источников) маркетинговые исследования и разработан бизнес-план производства разработанных образцов ПСН двух вариантов. 9 Перечень этапов Этап 1 Эскизный проект. Этап 2 Технический проект. Этап 3 Предварительные испытания. Этап 4 Приемочные испытания. 179