9 Экологические показатели ДВС и способы их улучшения
Токсичность отработавших газов двигателя Группа нормируемых токсичных веществ: СО, Сх. Ну, NOx, сажа. Оксид углерода (СО) – газ без цвета и запаха. Образуется: при сгорании топлива в условиях недостатка кислорода (α 1 ) при не – стабильном сгорании смеси в пристеночных слоях и диссоциации (распаде) СО 2 в условиях высоких температур. Углеводороды (Сх Ну) – образуются из распавшихся молекул топлива: при гашении пламени в холодных пристеночных слоях; при пропусках воспламенения; в зонах скопления переобогащённой смеси; при испарениях топлива из-за негерметичности системы питания. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – образуются при разложении легких и средних фракций топлива в усло виях недостатка кислорода и низких температур (600… 700 К). Они являются канцерогенными веществами, которые накапливаются в организме и способствуют развитию онкологических заболеваний. .
В отработавших газах выделяют наиболее опасный ПАУ – бенз( α )пирен, который образуется в относительно холодных пристеночных слоях с участием масла. Оксиды азота (NOx) - образуются при температуре в цилиндре выше 2000 К и наличии свободного кислорода. Образуется в основном окись азота NO, но попадая в атмосферу окисляется до NO 2, токсичность которого значительно выше. NOx основной токсичный компонент ОГ дизелей. Сажа (С ) - представляет собой твердые частички углерода, образующиеся в результате термического разложения топлива при температуре выше 1500 К и недостатке кислорода. Сажа сама по себе не токсична, но представляет опасность тем, что является накопителем и переносчиком канцерогенных веществ, в частности, ПАУ. К группе ненормируемых токсичных веществ - относятся соединения свинца и серы.
Токсичность отработавших газов 10. 02. 2018 4
Основными факторами, влияющими на концентрацию токсич ных веществ в отработавших газах, являются: состав смеси; угол опережения зажигания(впрыска), режим работы двигателя, техническое состояние двигателя. Состав смеси У бензиновых двигателей по мере обогащения смеси в отработавших газах возрастает содержание СО и СН, что объясняется недостатком кислорода. Обеднение смеси до α = 1, 05 ведет к концентрации NOx, из-за увеличения количества кислорода и температуры в цилиндре в процессе сгорания. Дальнейшее обеднение смеси приводит к снижению температуры сгорания и, как следствие, снижению концентрации NOx. У дизелей повышенное содержание NOx объясняется избытком кислорода и стабильно высокой температурой сгорания
Бензиновый двигатель Дизель Угол опережения зажигания (φо. з. ) - влияет на выброс NOx и СН. При увеличении φо. з. (ранее зажигание) растет температура процесса сгорания и, как следствие, возрастает концентрация Nox и СН. Возрастает опасность детанационного сгорания.
Техническое состояние двигателя - сказывается на содержании токсичных веществ в отработавших газах. Увеличению выброса токсичных веществ способствуют: повышенный износ цилиндро поршневой группы; отложение нагара в камере сгорания; неотрегулированность системы питания и зажигания.
Режим работы двигателя – оказывает влияние на содержание СО и СН в отработавших газах. Наибольшая концентрация токсичных веществ наблюдается при пуске и прогреве холодного двигателя. Режим разгона также сопровождается повышенным содержанием в отработавших газах СО и СН у бензинового двигателя и сажи у дизеля, что объясняется плохим процессом смесеобразования из-за недостатка кислорода и нестабильным сгоранием смеси. Нормирование токсичных веществ ГОСТ Р 52033 -2003 - регламентирует нормы и методы конт роля содержания вредных веществ в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. В соответствии с этим ГОСТ(ом) бензиновые двигатели испытывают на выброс СО и СН на холостом ходу и повышенной частоте вращения вала двигателя.
ГОСТ Р 52160 -2003 - регламентирует нормы и методы контроля дымности отработавших газов автомобилей с дизельными двигателями. В соответствии с ГОСТ(Ом) дизельные двигатели испытывают на дымность отработавших газов при свободном ускорении (увеличении оборотов коленчатого вала от nmin до nmax ). Европейские стандарты требуют проведение двух видов испытаний автомобилей на токсичность: в эксплуатации и на испытательных стендах. Испытания на стендах проводятся по специальным методикам. Например, для автомобилей с полной массой до 3500 кг оценку токсичных выбросов проводят по ездовому циклу , который состоит из части I, повторяющей четыре раза городской цикл А, и части II, имитирующей скоростное движение автомобиля по шоссе. Кроме того стендовые испытания включают:
- проверку на выброс токсичных веществ при холодном пуске двигателя (-70 С); - замер испарения топлива( имитируется суточная стоянка автомобиля); - наличие бортовой системы, удерживающей токсичность ОГ в пределах нормы при сбоях в работе двигателя.
Стандарты токсичности Евро ( г/км ) СО СО СН NOx CH+NOx Сажа Бензиновые двигатели Дизельные двигатели
Основные мероприятия по снижению токсичности и дымности ОГ • Совершенствование процессов смесеобразования и сгорания при одновременном использовании электронного управления работой двигателя. • Применение каталитических нейтрализаторов в системе выпуска для снижения содержания СО, С Н , NOX в отработавших газах и сажевых фильтров у дизелей. • Рециркуляция отработавших газов (до 20%) при малых нагрузках, позволяющая уменьшить температуру сгорания и снизить выброс NOX. • Переход на газообразные и альтернативные виды топлива. • Применение систем улавливания паров топлива (адсорберы) и закрытой системы вентиляции картера двигателя. • Использование присадок и добавок к дизельному топливу. Присадки на основе бария и марганца снижают дымность, эмульсирование топлива водой снижает выбросы NOX. • Наличие систем выключающих проблемные цилиндры из работы двигателя.
Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор отработавших газов: 1 – датчик концентрации кислорода для замкнутого контура управления; 2 , 3 – двухоболочковая теплоизоляция нейтрализатора; 4 – пленка из благо – родного металла (платины, палладия, родия); 5 – перегородки микроканалов.
Выпускная система со стартовым нейтрализатором 1 – двигатель; 2 – стартовый нейтрализатор; 3 – глушитель; 4 – основной нейтрализатор; 5 – кислородный датчик; 6 – управляемая заслонка. К – коэффициент преобразования
Изменение показателей токсичности ОГ с трехкомпонентным нейтрализатором ---- - с трехкомпонентным нейтрализатором; - - - без каталитического нейтрализатора.
Схема системы рециркуляции отработавших газов ЭБУ 6 1 – электронный блок управления; 2 – датчик положения дрос сельной заслонки; 3 – клапан рециркуляции с электроприводом; 4 – λ-зонд; 5 – нейтрализатор; 6 – воздушный фильтр.
Скачать презентацию 9 Экологические показатели ДВС и способы их улучшения
Лекция 9.pptx