20. Показатели токсичности работы двигателей.

Показатели токсичности работы двигателя.

Автомобили с дизелями испытывают на дымность ОГ при свободном ускорении и максимальной частоте вращения вала на холостом ходу. Более полную оценку токсичности и дымности ОГ автомобилей и двигателей проводят на заводах, при этом выполняются заданные совокупности режимов, называемые циклами. Оценочными и нормируемыми показателями служат выбросы СО, NOх и СН, а для дизелей также дымность ОГ или содержание твердых частиц. Автомобили с полной массой не более 3500 кг (легковые, микроавтобусы и т. п.) с дизелями и двигателями с искровым зажиганием испытывают по так называемому ездовому циклу на стенде с беговыми барабанами. Испытание состоит из части I, в течение которой четыре раза повторяется городской цикл А, а затем следует высокоскоростная часть II, имитирующая движение автомобиля по шоссе (рис. 15.5).

• Состав смеси оказывает большое влияние на токсичность ОГ. Как следует из рис.15.6, при < 1 существенно возрастает концентрация СО и СН, при этом, даже когда для двигателя в целом α=1,0 в ОГ, содержится некоторое количество этих токсичных компонентов, что объясняется неравномерностью состава смеси по цилиндрам, наличием в камере сгорания зон с обогащенной смесью. При обеднении смеси выход NO, сначала растет, что связано с увеличением концентрации в продуктах сгорания атомарного кислорода, затем при α> 1,05. ..1,10 в результате падения температуры сгорания образование NOх уменьшается.

Наименьшая величина средней амплитуды α этих колебаний имеет место при α= 0,8...0,85, когда наблюдается также минимальная концентрация СН. С обеднением смеси при α> 0,80...0,85 выброс СО уменьшается, однако из-за пропусков воспламенения в отдельных циклах сильно возрастает концентрация СН и увеличивается амплитуда колебаний двигателя на подвеске.

• Угол опережения зажигания вблизи его оптимального значения (с точки зрения экономичности работы двигателя почти не влияет на концентрацию СО и СН, однако с ростом φ концентрация NOх возрастает и особенно заметно при α > 1,0. Отступление от рекомендуемых для данного двигателя φ в сторону более поздних способствует снижению выбросов NOх, но при этом одновременно ухудшаются и экономические показатели. Работа с чрезмерно ранним зажиганием недопустима, так как при этом увеличивается выброс NOх и ухудшаются другие показатели.

• Совершенствование рабочих процессов и смесеобразования. Конструкция камеры сгорания влияет на образование СН: чем меньше отношение поверхности к объему камеры и объем камеры над вытеснителем, тем меньше образуется СН. На концентрацию СО и NOх эти факторы заметного влияния не оказывают. Увеличение степени сжатия вызывает рост максимальной температуры цикла и приводит к увеличению отношения поверхности камеры сгорания к ее объему. Первый фактор определяет повышение концентрации NOх при α> 1,0, а второй — увеличение выхода СН.Улучшение смесеобразования уменьшает выброс СО в области богатых смесей, но может несколько увеличить концентрацию NO, на бедных смесях. Наибольшие трудности при соблюдении действующих и перспективных норм на токсичность ОГ связаны со снижением выбросов NOх, а на режимах пуска, прогрева и холостого хода — со снижением выбросов СН и СО. Для снижения токсичности ОГ рекомендуется использовать следующие мероприятия.• Повышение качества изготовления двигателей путем совершенствования технологических процессов и в первую очередь ужесточения технологических допусков на изготовление деталей, формирующих камеру сгорания, систему подачи топлива, впускные трубопроводы и систему зажигания. Это обеспечивает уменьшение различий значения степени сжатия в отдельных цилиндрах, улучшает распределение смеси по цилиндрам, позволяет существенно приблизиться к оптимальным составам смеси и углам опережения зажигания. Улучшение конструкции поршневых колец уменьшает угар масла и, следовательно, снижает выброс СН и канцерогенных веществ. • Совершенствование систем питания и зажигания имеет исключительно большое значение. Для карбюраторов помимо повышения точности изготовления его основных деталей существенное значение имеют совершенствование систем пуска, прогрева и холостого хода, применение экономайзера принудительного холостого хода и т. п. Наилучшие результаты по снижению токсичности ОГ дает применение системы впрыскивания бензина. Транзисторная система зажигания увеличивает энергию электрической искры, что улучшает воспламенение и позволяет работать на более бедных смесях. Микропроцессорное управление системой зажигания позволяет изменять угол опережения зажигания по сложному закону, обеспечивающему выполнение требований к процессу сгорания с точки зрения снижения токсичности ОГ и улучшения топливной экономичности.

• Рециркуляция отработавших газов. Определяющее влияние на величину общей токсичности ОГ двигателей с искровым зажиганием на режимах больших и средних нагрузок оказывают выбросы NOх. Уменьшение выбросов NOх представляет собой сложную задачу. Если часть ОГ из системы выпуска направить во впускной трубопровод, то концентрация топлива в заряде уменьшится. Это вместе с относительно высокой теплоемкостью продуктов сгорания приводит к понижению максимальной температуры цикла и концентрации кислорода в заряде, а значит, способствует уменьшению образования NO, и понижает их концентрацию в ОГ на 40...50%. Опыты показывают, что для такого снижения концентрации NOх во впускную систему необходимо подавать ОГ в количестве до 20% от количества воздуха. Чрезмерно большая рециркуляция вызывает увеличение выбросов СН и заметное ухудшение топливной экономичности. Следовательно, рециркуляцию необходимо регулировать в зависимости от нагрузки двигателя, для чего служит специальный клапан-дозатор ОГ. Рециркуляция ОГ более эффективна на режимах средних нагрузок, когда максимальная температура при сгорании смеси достаточно высока и в заряде имеется избыток кислорода. При полном открытии дроссельной заслонки рециркуляция не используется, так как она снижает мощность двигателя. На холостом ходу и малых нагрузках рециркуляция также не используется, так как в ней нет необходимости. В карбюраторных двигателях ОГ подаются во впускной трубопровод за дроссельной заслонкой, чтобы не нарушать до-зирования смеси и избегать образования в карбюраторе отложений. • Нейтрализация отработавших газов — радикальный способ уменьшения токсичности ОГ. Для автомобильных двигателей наибольшее применение получили каталитические нейтрализаторы, в которых специальные вещества (катализаторы) ускоряют протекание реакций окисления СО и СН, а также восстановления NOх. Существует очень узкий диапазон составов смеси вблизи α= 1,0, когда имеет место высокая степень преобразования одновременно всех трех основных токсических компонентов, т. е. когда количество кислорода, освобождающегося при восстановлении NOх, достаточно для окисления СО и СН. Поддержание состава смеси в таком узком диапазоне возможно в основном при применении систем впрыскивания топлива с электронным управлением по сигналу кислородного датчика (λ-зонд), характеристика которого показана на рис. 15.9. Как видно, в требуемом диапазоне состава смеси сигнал λ -зонда изменяется почти ступенчато, что позволяет электронному блоку управления впрыскивания бензина поддерживать состав смеси при 1,0 с точностью ±1%.

Вопросы к государственному экзамену по дисциплине ЭИПСА

1. Цели, задачи и содержание расчета автомобилей. Анализ компоновочных схем легковых и грузовых автомобилей.

2. Эксплуатационные свойства автомобилей не связанные с движением.

3. Эксплуатационные свойства автомобилей связанные с движением.

4. Ведущие моменты, приложенные к движителям.

5. Силы сопротивления движению.

6. Тяговый баланс и дифференциальное уравнение движения.

7. Кинематика и динамика автомобильного колеса. Коэффициент сопротивления качению.

8. Работа ведомого колеса. Работа ведущего колеса.

9. Мощностной баланс и тяговые характеристики. Составляющие мощностного баланса и их определение.

10. Динамический фактор и динамические характеристики.

11. Влияние различных факторов на тягово-скоростные свойства автомобилей.

12. Разгон автомобиля.

13. Торможение автомобиля. Тормозной и остановочный пути.

14. Топливная экономичность автомобиля. Экономическая характеристика.

15. Кинематика и динамика поворота колесных машин.

16. Влияние боковой упругости шин на управляемость колесных машин.

17. Динамическая устойчивость автомобилей.

18. Плавность хода автомобиля. Виды колебаний автомобиля.

19. Проходимость автомобиля.

20. Экологическая безопасность при эксплуатации автомобилей.