новая папка / mami_auto122

Таблица 3.7. Предельно-допустимые величины содержания ВВ

Полный переход (100 % выпускаемых АТС) России на уровень Европейских требований состоялся: Евро-2 - 2004 год; Евро-3, 4 -2008 год.

Уровень загазованности может быть снижен рядом конструктивных и эксплуатационных мероприятий, направленных не только на снижение объема выбросов, но и их токсичности. Среди мероприятий конструктивного характера можно отметить следующие:

применение устройств нейтрализации и очистки выбросов от токсичных компонентов;

применение устройств, оптимизирующих дозирование, смесеобразование топлива, а также рабочий процесс (электронные и электромеханические системы впрыска топлива, транзисторные системы зажигания, форкамерно-факельные дожигатели, рециркуляция выхлопа, термостатирование воздуха и пр.);

применение нетрадиционных видов топлива (газовое топливо, водород, синтетический бензин, спирт);

создание новых силовых установок.

Значительное уменьшение выброса СО может быть достигнуто равномерным распределением смеси путем непосредственного впрыска топлива или улучшения условий испарения топлива в карбюраторе и во впускном трубопроводе; обеспечение состава и качества образуемой смеси нагрузке и частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Для снижения выброса углеводородов СnНm, двигатель внутреннего сгорания переводят на работу на бедных смесях, стремясь достичь большей однородности смеси и равномерности ее распределения по цилиндрам. Кроме того, стараются уменьшить долю остаточных газов в смеси при работе двигателя на частичных нагрузках правильным выбором формы и размеров камеры сгорания. Значительно сократить выбросы СО и СnНm с отработавшими газами можно использованием для питания двигателя водорода или газообразного топлива, а также послойным смесеобразованием.

271

Уменьшение выброса NOх у карбюраторных двигателей достигается снижением максимальной температуры цикла, обогащением смеси или сокращением продолжительности реакций, при которых происходит образование соединений азота. На практике наряду с обогащением смеси и уменьшением угла опережения зажигания понижают степень сжатия, увеличивают частоту вращения коленчатого вала двигателя, впрыскивают воду во впускной трубопровод или осуществляют частичную рециркуляцию отработавших газов.

Все применяемые в настоящее время способы уменьшения токсичности выбросов по всем основным компонентам (СО, СnНm, NOх) основаны на комбинации рассмотренных выше способов. Чаще всего это достигается следующим образом:

уменьшением выброса СО и СnНm, обеднением смеси и изменением угла опережения зажигания. Эти параметры подбирают для каждого режима работы двигателя. Устойчивая работа на обедненных смесях достигается улучшением качества смесеобразования и увеличением энергии искры на электродах свечи, для чего применяют непосредственное впрыскивание топлива и тиристорное зажигание. Для уменьшения выброса NOх используют частичную рециркуляцию отработавших газов. При использовании системы непосредственного впрыскивания топлива с электронным управлением, отрегулированной на экономичный состав смеси (в зависимости от разрежения во впускном трубопроводе, частоты вращения вала и теплового режима двигателя), удается снизить концентрацию токсичных веществ и уменьшить расход топлива на 8...10 %;

переводом двигателя на газообразное топливо с одновременной его регулировкой для работы на обедненных смесях. При этом достигается значительное уменьшение выброса продуктов неполного сгорания, т. е. СО и СnНm. Одновременно для уменьшения выброса NOx применяют, например, частичную рециркуляцию отработавших газов.

В карбюраторных двигателях во всех случаях используют специальные устройства для подачи дополнительного воздуха во впускной трубопровод на режимах разгона и торможения колесной машины. Широко применяют устройства, предотвращающие выброс в атмосферу паров углеводородов из картера двигателя и топливной системы.

Рециркуляцию газов для уменьшения выброса оксидов азота осуществляют все шире как в двигателях с искровым зажиганием, так и в дизелях. При этом понижают температуру процесса сгорания в результате уменьшения количества топлива, поступающего в цилиндры, и большей теплоемкости продуктов сгорания по сравнению с теплоемкостью воздуха. При рециркуляции 5 % отработавших газов концентрация NOх уменьшается примерно на 47 %, а при рециркуляции 15 % газов – на 84 %. Одновременно наблюдаются небольшое уменьшение выброса СnНm и некоторое увеличение выброса СО, а в дизелях – увеличение дымности. При рециркуляции газов более 10 % происходит заметное падение мощности двигателя,

272

увеличивается расход топлива и ухудшаются динамические характеристики автомобиля (трактора).

Такие компоненты отработавших газов, как оксид углерода и углеводороды, могут быть нейтрализованы в выпускной системе двигателя. Для этого в поток горячих отработавших газов непосредственно за выпускным клапаном подают воздух под давлением 0,05...0,06 МПа. Количество подаваемого воздуха зависит от коэффициента избытка воздуха. По мере обеднения смеси подачу воздуха прекращают.

Чем выше температура смеси отработавших газов с воздухом, тем эффективнее процесс окисления в выпускной системе. Увеличивают температуру уменьшением угла опережения зажигания, использованием тепловой изоляции выпускного трубопровода, снижением потерь теплоты в камере сгорания, установкой в системе выпуска специальных реакционных камер. Однако при этом несколько снижается мощность двигателя (увеличивается сопротивление на выпуске) и повышается удельный расход топлива.

Каталитические нейтрализаторы служат для сжигания продуктов неполного сгорания (СО и СnHm) и разложения оксидов азота NOх. Их действие основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с катализатором (например, платины). Скорость сгорания зависит от температуры носителя (достигает 800 °С).

Каталитические нейтрализаторы используются для очистки отработавших газов двигателей с искровым зажиганием и дизелей. Все нейтрализаторы, монтируемые в выпускной системе, увеличивают сопротивление прохождению газов и приводят к снижению мощности двигателя на 10...20 %. Основным их недостатком является неэффективная работа в диапазоне низких температур отработавших газов. В связи с этим разработаны устройства, состоящие из плазменного и каталитического нейтрализаторов. В плазменном газы разогреваются, а в каталитическом происходит основной процесс окисления. Такие устройства эффективно работают на всех режимах независимо от нагрузки и частоты вращения вала двигателя. Их недостатком являются относительная сложность конструкции и повышенный расход топлива.

Дальнейшее усовершенствование ДВС для уменьшения выброса токсичных компонентов без увеличения расхода топлива практически невозможно. В этом отношении заслуживают внимания силовые агрегаты, например с газотурбинными двигателями и двигателями Стирлинга.

Значительное уменьшение выброса токсичных компонентов с уменьшением расхода топлива может быть достигнуто созданием автомобилей с гибридными силовыми установками.

273

3.2. Шумовое воздействие

Шум, создаваемый автомобилями и тракторами, вызывает раздражение у 36 % населения, находящегося дома, и у 20 % – на улице.

Известно, что даже весьма низкие уровни акустических воздействий в условиях нарастающей психоэмоциональной напряженности и интеллектуализации трудовых процессов обуславливают преждевременное утомление и приводят к снижению производительности труда, способствуют повышению заболеваемости самого разнообразного характера.

Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной часты и силы. Источниками шума являются колеблющиеся тела.

Влияние шума на человека оценивается уровнем звукового давления (в децибелах) определяется по формуле:

L =10 ln( 1J0 ),

где J0 – пороговая интенсивность звука, Втм2 : J0 = 10–12.

Шум может быть постоянным и прерываемым, а также широкополосным, импульсным.

Постоянным считается шум, уровень которого меняется в течение определенного времени не более чем на 5 дБ. Шум одиночного автомобиля и автотранспортного потока является непостоянным и оценивается эквивалентным уровнем звука Lэкв. Эквивалентный уровень звука непостоянного шума равен уровню звука постоянного шума, который оказывает на человека такое же воздействие, как и постоянный шум. Эквивалентный уровень звука определяют по результатам измерений уровней звука шумомером по шкале А (дБ). Уровень звука измеряют в течение наиболее шумного отрезка времени и рассчитывают по формуле:

Lэкв = (10 lg 1001 ∑ fi 100,1Li )),

где fi – доля времени воздействия шума i-го класса по отношению ко всему периоду измерения шума, %; Li – средний уровень звука i-го класса, дБ по шкале А.

Шум неблагоприятно влияет на работоспособность человека. Под действием шума увеличивается скрытый период двигательной реакции, снижается зрительное восприятие, ослабевает сумеречное зрение, нарушается координация движений и функций вестибулярного аппарата, наступает преждевременное утомление.

Вредное воздействие шума возрастает при увеличении его громкости, частоты и информативности.

В связи с этим уровни внешнего шума автомобиля строго регламентируются и приведены в табл.3.8.

274

Измерение шума, производимого транспортного средства, проводится по двум методам, для транспортного средства, находящегося в движении, и для транспортного средства, находящегося в неподвижном состоянии. Испытание транспортного средства, находящегося в неподвижном состоянии, проводят для установления контрольной величины, необходимой административным органам, применяющим этот метод для контроля транспортных средств, находящихся в эксплуатации. Транспортное средство, приводимое в движение с помощью электродвигателя, измерение производимого им шума должно осуществляться только в движении.

Транспортные средства, максимально допустимая масса которых превышает 2 800 кг, должны дополнительно подвергаться испытанию на измерение уровня шума, производимого сжатым воздухом, в неподвижном состоянии если соответствующее тормозное оборудование является частью транспортного средства.

Общий шум движущегося автомобиля, складывается из шума, создаваемого двигателем, агрегатами, кузовом автомобиля и его составными частями, шумом вспомогательного оборудования и качения шин, а также шумом от потока воздуха.

Шум в конкретном источнике порождается определенными физическими явлениями, среди которых в автомобиле наиболее характерными являются: ударное взаимодействие тел; трение поверхностей; вынужденные колебания твердых тел; вибрация деталей и узлов; пульсация давления в пневматических и гидравлических системах.

Таблица 3.8

Предельные значения уровней внешнего шума автотранспортных средств

275

Примечание:

1)Транспортные средства, оборудованные двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и прямым впрыском, предельные значения увеличиваются на 1 дБ (А);

2)Транспортные средства, предназначенные для использования в условиях бездорожья и имеющих максимально разрешенную массу более 2 т, предельные значения увеличиваются:

на 1 дБ (А), если они имеют двигатель мощностью менее 150 кВт; на 2 дБ (А), если они имеют двигатель мощностью 150 кВт или более.

3)Транспортные средства для перевозки пассажиров, которые могут иметь не более девяти сидячих мест, включая место водителя, оснащенных коробкой передач, имеющей более четырех передач переднего хода, и двигателем, развивающим максимальную мощность более 140 кВт , и имеющих соотношение максимальная мощность/максимальная масса более 75 кВт/т, предельные значения увеличиваются 1 дБ (А), если скорость, на которой задняя часть транспортного средства пересекает контрольную линию, на третьей передаче превышает 61 км/ч.

В целом, источники шума автомобиля можно разделить на механические, гидромеханические, электромагнитные, аэродинамические.

Полная классификация основных источников шума автомобиля представлена на рис.3.3.

Анализ этих источников показывает, что внешний шум имеет сложную структуру и складывается из шума отдельных источников. Наиболее интенсивными источниками внешнего шума являются:

-структурный шум двигателя (механический и шум процесса сгорания);

-шум впуска и его системы;

-шум выпуска и его системы;

-шум трансмиссии;

-шум качения шин (шум шин);

-шум вентилятора системы охлаждения;

276

- шум кузова.

Рис.3.3. Классификация источников шума автомобилей

Многолетними исследованиями установлено, что к основным источникам шумообразования в автомобиле следует отнести двигатель внутреннего сгорания (ДВС), элементы трансмиссии, шины, аэродинамический шум. Вторичным источником шума являются панели кузова. К второстепенным источникам относятся шумы навесных агрегатов двигателя, некоторых элементов трансмиссии, электродвигателей, отопителей, обдува стекол, хлопание дверей и т.п..

Перечисленные источники генерируют механические и акустические колебания, разные по частоте и интенсивности. Характер спектра частот возмущений весьма сложен для анализа ввиду наложения и взаимосвязанности по частотам рабочих процессов и возмущений от элементов трансмиссии, ходовой части, аэродинамических процессов и т.д., а также, ввиду того, что многие источники являются одновременно возбудителями механических и акустических колебаний. В спектрах вибрации основных агрегатов трансмиссии и шума проявляются, главным образом, гармонические составляющие от основных источников возбуждения (двигателя и трансмиссии).

Динамическое взаимодействие частей агрегатов автомобиля, трактора порождает колебательную энергию, которая, распространяясь от источников

277

колебаний излучается в окружающую среду и создает звуковое поле автомобиля, трактора (шум автомобиля, трактора).

В соответствии с этим для решения задачи снижения интенсивности шума можно наметить следующие пути:

-снижение виброактивности агрегатов, т.е. уменьшение уровня колебательной энергии, генерируемой в источнике;

-принятие мер к снижению интенсивности колебаний на пути их распространения;

-воздействие на процесс излучения и передачи вибраций присоединенным деталям, то есть уменьшение их виброакустической активности.

Уменьшение виброактивности источника заключается в улучшении кинематических свойств систем автомобиля, трактора в выборе параметров механических систем таким образом, чтобы их резонансные частоты были максимально удалены от частотного диапазона, содержащего рабочие частоты агрегатов, а также в снижении до минимума уровней колебаний в опорных точках и минимизации амплитуд вынужденных колебаний.

Снижение шума может быть достигнуто созданием малошумного процесса сгорания, улучшением виброакустических характеристик корпусных деталей, агрегатов, введением в их конструкцию демпфирования, усовершенствованием конструкции и качества изготовления подвижных деталей, понижением частоты вращения коленчатого вала ДВС, повышением акустической эффективности глушителей шума впуска и выпуска и т, д.

Борьба с шумом и вибрациями при их распространении в процессе излучения во внешнюю среду, а также передачи колебательной энергии присоединенным деталям и агрегатам, может производиться «отстройкой» системы несущих элементов от резонансных состояний путем виброизоляции, вибродемпфировання и виброгашения.

Виброизоляция – выбор таких параметров механических систем, которые обеспечивают локализацию вибраций в определенной зоне автомобиля, трактора без дальнейшего её распространения.

Вибродемпфирование – использование систем, с помощью которых осуществляется активное рассеивание энергии колебаний вибрирующих поверхностей, а также применение материалов с большим декрементом затухания.

Виброгащеиие – применение в агрегатах, настроенных на определенную частоту и форму колебаний систем, действующих в противофазе.

Подавление шума в самом источнике его возникновения является активным способом шумоглушения и наиболее радикальным средством борьбы с шумами. Однако во многих случаях этот метод по тем или иным причинам не удается применить или его эффективность оказывается недостаточной для снижения шума до требуемого уровня. Тогда приходится прибегать к пассивным методам защиты от шума – это вибродемпфирование поверхностей, звукопоглощение, звукоизоляция.

278

Под звукоизоляцией понимается снижение звука (шума), поступающего к приемнику, вследствие отражения от препятствий на пути передачи. Звукоизолирующий эффект возникает всегда при прохождении звуковой волны через границу раздела двух разных сред. Чем больше энергия отраженных волн, тем меньше энергия прошедших, и, следовательно, тем больше звукоизолирующая способность границы раздела сред. Чем больше звуковой энергии поглощается преградой, выше её звукопоглощающая способность.

Для определения эффективных путей снижения шума необходимо знать наиболее интенсивные источники шума необходимо провести разделение источников внешнего шума, а также определить необходимость и величины снижения уровней каждого из них.

Имея результаты разделения источников можно определить очередность по доводке автомобиля, трактора по шуму.

Двигатель является совокупностью большого количества механизмов (процессов), генерирующих значительные уровни вибрационной и акустической энергии, что приводит к превращению его в основной источник шума и вибраций автомобиля. Шум двигателя образуется во все фазы рабочего цикла. Особенно интенсивное образование шума происходит в момент открытия и закрытия клапанов и процесс сгорания. Шум при этом образуется в виде кратковременных импульсов. При осуществлении рабочего цикла существуют следующие причины возникновения акустического излучения: сила давления газов, опрокидывающий момент, возмущения во впускных и выпускных системах, силы, развивающиеся в механизмах двигателя.

Шум, излучаемый двигателем, имеет широкий спектр частот и состоит из тональных составляющих и сплошной области. Наиболее интенсивные уровни звукового давления располагаются в области частот, соответствующих основной частоте рабочего процесса двигателя. Максимум излучения акустической энергии заключен в диапазоне частот от 800 до 2500 Гц. Шум двигателя существенно зависит от режима его работы.

Под структурным шумом двигателя обычно подразумевается шум двух источников: шум сгорания и механический шум. Шум сгорания взывает колебания среды, Эти колебания обусловлены пульсацией давления, вихреобразованием и неоднородностью потока. Доля шума сгорания в высокочастотной области мала по сравнению с другими источниками, поэтому больше внимания следует уделить снижению механического шума. Он вызывается инерционными возмущениями в механизмах, соударениями и трением между деталями в кинематических парах и представляет собой два вида акустических излучений: воздушный шум или звуковые волны, распространяющиеся в воздушной среде; звуковые вибрации – структурный шум в деталях конструкции. Оба вида обуславливают друг друга, возникают, как правило, одновременно и часто переходят друг в друга.

Возбудителями структурного шума являются: кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм и прочие механизмы. На

279

установившихся динамических режимах акустические излучения источников создают установившееся звуковое поле вокруг двигателя. Периодичность и характер возмущающих усилий в источниках определяют основную частоту (тон) и гармонические составляющие (обертоны) излучаемых звуков. Эти частоты на установившихся режимах работы связаны с частотой вращения коленчатого вала двигателя.

Излучателями являются все корпусные детали с достаточно большой поверхностью, то есть те детали, которые непосредственно передают шум двигателя в окружающую среду. Не являясь источниками шума в прямом смысле, они могут усиливать акустические излучения в результате вибраций

ирезонансных явлений. Только после эффективной виброзащиты они становятся не излучателями, а наоборот, препятствиями (экранами) на пути распространения звуковых волн.

Снижение излучательной способности деталей двигателя в первую очередь необходимо начинать со снижения виброактивности силового агрегата.

Для снижения виброактивности силового агрегата важное значение имеет правильное расположение опор подвески двигателя и их жесткость. Их необходимо располагать в узлах упругой линии. Особое внимание должно быть удалено частотам собственных колебаний двигателя. Опоры двигателя

идругих агрегатов и систем необходимо располагать в местах с минимальными амплитудами изгибных колебаний. Если это невозможно, то на них должны проявляться минимальные уровни вибрации; точки с минимальными амплитудами должны быть расположены как можно ближе к элементам, передающим вибрации на кузов.

Подбором жесткости опор можно снизить уровень вибраций, передающихся на кузов.

Перспективно применение нелинейной системы виброизоляции силового агрегата. Ее применение позволяет на 50 % уменьшить виброактивность силового агрегата.

Сколебаниями силового агрегата связаны акустические излучения поверхностей двигателя и его деталей, а также вспомогательных агрегатов прикрепляемых к нему.

Процесс сгорания вызывает главным образом изгибные колебания блока и головки цилиндров. Кроме того, происходят единые и раздельные изгибные колебания коренных подшипников и блока. Вибрации передаются на поддон, и он становится интенсивным источником шума ДВС. Расположение коренных подшипников в едином блоке значительно снижает вибрацию и шум двигателя.

Изменение жесткости параметров деталей двигателей позволяет снизить их акустические излучения.

Дальнейшее уменьшение внешнего шума автомобилей может быть получено дополнительным поглощением звуковой энергии в моторном отсеке. Установка развитого брызговика, что эквивалентно частичному

280