6.3. Влияние режима работы двигателя на токсичность отработавших газов

В бензиновых двигателях повышение нагрузки (т.е. повышение крутящего момента) достигается открытием дроссельной заслонки, т.е. увеличением количества подаваемой топливно-воздушной смеси ведет к соответствующему увеличе­нию количества ОГ, выделяемых им в единицу времени. При этом меняется и концентрация токсичных компонентов в ОГ (рис. 30).

Рис. 30. Влияние нагрузки на токсичность ОГ бензиновых

двигателей

Как видно из рис. 30, повышенная концентрация продуктов неполного сгорания - оксида углерода и углеводородов – наблюдается при работе двигателя на холостом ходу и при малых, а также высоких нагрузках. Это объясняется переобогащением смеси (α < 1). Концентрация окислов азота наиболее высока при нагрузках в 60 - 80% от предельной, т.е. тогда, когда ДВС работает при относительно обедненных смесях (α ≈ 1).

В дизельных двигателях повышение крутящего момента достигается за счет увеличения подачи топлива практически при неизменном количестве засасываемого воздуха.

.

Рис. 31. Влияние нагрузки на токсичность ОГ дизельных двигателей

Как видно из рис. 31, по мере возрастания нагрузки содержание оснoвных вредных компонентов ОГ (NO_x, SO₂) возрастает. Кроме того, в ОГ дизельных двигателей с увеличением нагрузки возрастает содержание и сажи. При этом особенно большой выброс происходит при разгонах автомобиля и движении на подъёмах.

6.4. Влияние скоростного режима работы двигателя на экологическую безопасность

Скоростной режим работы двигателя - также важнейший фактор, определяющий загрязнение окружающей среды. Частота вращения коленвала двигателя определяет количество ОГ, выбрасываемых в единицу времени (Q_ог, л/мин), поэтому оказывает непосредственное влияние на степень загрязнения атмосферы.

Q_ог = С , (123)

где C - коэффициент, характеризующий состав смеси.

Кроме того, скоростной режим работы двигателя оказывает значительное влияние на процесс смесеобразования, в связи с чем сказывается на полноте сгорания топлива.

У карбюраторных ДВС увеличение скорости вращения коленвала вызывает существенное снижение концентрации СО и увеличение NO_x

(рис. 32). Выброс C_mH_n почти не зависит от скоростного режима.

Рис. 32. Влияние скорости вращения коленвала на токсичность ОГ бензинового двигателя

У дизельных ДВС увеличение частоты вращения вызывает в целом некоторое уменьшение содержания токсичных компонентов за счет окиси углерода и углеводородов. (рис. 33).

Рис. 33. Влияние скорости вращения коленвала на токсичность ОГ дизельного двигателя

Однако, несмотря на снижение токсичности ОГ, повышение скорости вращения коленвала приводит в итоге к увеличению массы вредных выбросов из-за увеличения объёма отработавших газов, выделяемых в единицу времени.

6.5. Показатели и характеристики выброса вредных веществ

Экологическая безопасность оценивается с помощью комплексных и единичных показателей. Комплексные показатели оцениваются по принятой совокупности вредных компонентов, а единичные показатели характеризуют экологическую безопасность автомобиля по одному какому-то компоненту.

Единичные показатели:

А. Средний часовой выброс i-го компонента (г/ч):

М_it = М_i/, (124)

где М_i - масса i-го вещества, выброшенного автомобилем за время, г.

Б. Средний пробеговый выброс i-го компонента (г/км):

М_is = М_i/S = М_it/V_а, (125)

где S - длина пути, пройденного автомобилем, км;

V_а - средняя скорость автомобиля, км/ч.

Комплексные показатели:

Средний часовой выброс N компонентов (г/час):

М_nt = , (126)

где j_i – коэффициент относительной опасности i-го компонента;

n - количество вредных компонентов.

Средний пробеговый выброс N компонентов:

М_ns = . (127)

По физическому смыслу показатель j_i выражает то, во сколько раз i-й компонент опаснее некоторого эталонного токсичного вещества. В качестве эталона принято использовать СО. Для приближенной оценки j_i можно использовать показатели предельно допустимых концентраций (ПДК), которые устанавливаются санитарными нормами СН 245-71. При этом значения j_i определяют по формуле:

j_i = , (128)

где ПДК_со и ПДК_i - соответственно предельно допустимые концентрации СО и i-го вредного компонента в воздухе, мг/м³.

Относительная опасность некоторых вредных веществ, определенная на основе среднесуточных ПДК, приведена в табл. 6.

Таблица 6