Токсичность отработавших газов Под токсичностью отработавших газов ДВС подразумевается негативное воздействие отработавших газов на живые организмы и растения. Это воздействие приводит к разрушению окружающей среды. Оно отражается на природе, людях, уровне заболеваний, количестве техногенных катастроф и т. д.
Сводная таблица по потреблению топлива и выбросам токсичных компонентов в год в конце 20 -го века Вид транспорта Общая мощность Потребляется топлива % % Автомобильный 50 56, 5 Железнодорожный 16 Речной флот % млн. т 65, 0 71, 3 21, 7 11, 0 12, 6 6, 3 1, 9 8 5, 6 6, 8 2, 6 0, 8 4 1, 9 2, 2 1, 3 0, 4 Сельскохозяйств. и лесопромышл. машины 20 23, 5 27, 0 17, 8 5, 4 Авиация 2 1, 4 0, 7 0, 2 ИТОГО 100 115, 0 100 30, 4 Строительнодорожные машины млн. т Выбросы в атмосферу
Негативное воздействие ДВС Топливо С, Н, О, S Воздух, пыль N 2, O 2, ОГ N 2, O 2, Н 2 О, СO 2, C. СО, Сх. Ну, NOx Частицы (РМ) SОx и др. Охл. жидкость С, Н, О Смазка С, Н, О, S Испарение Излучение
Компоненты образующиеся при сгорании топлива и содержащиеся в ОГ Составляющие продуктов сгорания Бензиновый ДВС % по массе г/к. Вт. ч Дизель % по массе г/к. Вт. ч ПДКрз % Азот 74 -77 74 -78 - Кислород 0, 3 -8, 0 3, 0 -18 - Водяной пар 3, 0 -5, 5 0, 5 -9, 0 - Диоксид углерода СО 2 5, 0 -12, 0 1, 0 -12, 0 - Оксид углерода СО Углеводороды Сх. Ну /* 0, 5 -12, 0 Оксиды азота NOx (NO более 95%) 0, 0005 -0, 4 4 -6 0, 002 0, 2 -3, 0 14 -140 0, 0009 -0, 3 0, 05 0, 00050, 03 0, 01 -0, 8 /* 70 -180 27 0, 004 -0, 5 12 -19 0, 0005 Сажа [мг/м 3] /* 0 -40 0, 4 10 -1100 1, 4 -2, 0 4 Альдегиды /* 0 -0, 2 3, 4 0, 001 -0, 009 0, 14 -0, 3 0, 00002 -0, 0005 Оксиды серы до 0, 008 0, 3 до 0, 02 1 0, 001 Бенз(а)пирен [мг/м 3] 0, 0 -0, 02 2*10 -5 0, 0 -0, 001 2*10 -6 1, 5*10 -4 /* - продукты неполного сгорания топлива ПДКрз - предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, которая при ежедневной работе в течении 8 часов, не может вызвать заболеваний ГОСТ 12. 1. 005 -88.
Токсичность компонентов выброшенных с ОГ Нетоксичные компоненты: Азот, кислород – газы, попадающие в ОГ из поступающего в двигатель воздуха. Водяной пар, диоксид углерода СО 2 – продукты сгорания углеводородного топлива. Токсичные компоненты: Оксид углерода СО – продукт неполного окисления углерода топлива при нехватке кислорода (a<1) или плохом смесеобразовании в цилиндре двигателя (при a>1). Газ без цвета и запаха, с воздухом образует взрывчатую смесь. Углеводороды СН – продукты несгоревшего или разложившегося при высокой температуре топлива, масла как при a<1, так и при a>1 в результате гашения пламени в пристеночных зонах с низкой температурой или попаданием топлива в зону ОГ в цилиндре, где его сгорание становится невозможным (пары из носка распылителя после впрыска). В ОГ содержится более 200 видов различных углеводородов. Оксиды азота – NOx (NO более 95%, NO 2 около 3%, N 2 O 5 и др. менее 1%) - образуются в результате химической реакции азота и кислорода воздуха при высокой температуре в цилиндре двигателя. NO бесцветный газ, который в воздухе доокисляется до газа NO 2 - красно-бурого цвета с характерным запахом. Сажа С – углерод топлива образующий в результате пиролиза твердые соединения. Является переносчиком вредных веществ, поглощенных ею из продуктов сгорания. Альдегиды СН – органические соединения, образующиеся в стадии предпламенных процессов и в дальнейшем выгорающие вместе с топливом. Оксиды серы SOx – результат окисления серы топлива с кислородом воздуха. В соединении с водой образует кислоту. Бенз(а)пирен – органическое соединение, образующиеся в цилиндре при сгорании топлива. Обладает канцерогенными свойствами. Частицы (РМ) – твердые и жидкие частицы размером 0, 1 мкм и более, содержащиеся в ОГ двигателей и улавливаемые фильтрующими элементами. Жидкие частицы – несгоревшее топливо и масло. Твердые частицы – сажа, продукты от присадок и примесей топлива и масла, результаты износа металлов.
Влияние различных факторов на выбросы токсичных компонентов бензинового ДВС Зависимость относительной концентрации NO от изменения момента начала (φ0) и продолжительности сгорания (φz) : точка 1 (NO=100%) соответствует условиям α=1; φz=45º; φ0=340º Влияние состава смеси
Влияние различных факторов на выбросы токсичных компонентов бензинового ДВС Влияние состава смеси на дымность и концентрацию NOx и СО в ОГ дизеля Влияние угла опережения впрыскивания на экономичность, дымность и концентрацию NOx в ОГ дизеля Влияние рециркуляции ОГ на экономичность, дымность и концентрацию окислов азота в ОГ дизеля
ДИНАМИКА НОРМАТИВНЫХ ТРЕБОВАНИЙ ПО ТОКСИЧНОСТИ ОГ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПОЛНОЙ МАССОЙ БОЛЕЕ 3, 5 Т
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДИЗЕЛЯМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН РОССИЯ Кат. Мощность CO к. Вт HC NO х PM г / к. Вт. ч A 130 ≤ Ne ≤ 560 5, 0 1, 3 9, 2 0, 54 Б 75 ≤ Ne <130 5, 0 1, 3 9, 2 0, 70 С 37 ≤ Ne <75 6, 5 1, 3 9, 2 0, 85 ЕВРОПЕЙСКИЙ СОЮЗ Кат. Полезная мощность CO к. Вт NOx+HC PM г / к. Вт. ч H 130 ≤ Ne ≤ 560 3. 5 4. 0 0. 2 I 75 ≤ Ne < 130 5. 0 4. 0 0. 3 J 37 ≤ Ne < 75 5. 0 4. 7 0. 4 K 19 ≤ Ne < 37 5. 5 7. 5 0. 6
Нормирование ОГ автомобилей Этапы развития: 1. Нормировалось по СО на холостом ходу работы ДВС. 2. Нормирование 5 -ти компонентов (СО, СН, NO, С, РМ) новыми методами измерения вредных выбросов, на серии режимов: разгон, торможение, работа на различных нагрузках. 3. Нормирование всех токсичных компонентов, режим испытаний – Испытательный цикл - это обобщенный цикл режимов работы автомобиля, характерный для его условий эксплуатации (он эмитирует разгон, движение на постоянных скоростях, торможение, работа на холостых оборотах и т. д. ). Существует несколько испытательных циклов принятых а разных странах
Методы испытаний для определения токсичности выбросов Испытание ДВС – на моторном стенде Испытание ДВС вместе с автомобилем – на беговых барабанах 2 Вида: – Испытания на установившихся режимах, когда n=const – Испытания на переходных режимах, когда n=var – Ездовой цикл принятый в США – считаются максимально приближенными к условиям эксплуатации; – Ездовой цикл принятый в Европе и Японии. В основе заложен принцип движения на постоянных скоростях
Установки для проведения испытаний на беговых барабанах a – по федеральному циклу США; b – по европейскому ездовому циклу 1 – динамический тормоз; 2 – инерционная масса; 3 – отработавшие газы; 4 – воздушный фильтр; 5 – чистый (разбавляющий) воздух; 6 – охладитель; 7 – трубка Винтури для отбора проб; 8 – датчик температуры газа; 9 – датчик давления; 10 – трубка Винтури; 11 – воздуходувка; 12 – ёмкости с пробами; 13 – роторно-поршневая воздуходувка; 14 – выход системы; ct – пробы на неустановившихся режимах; s – пробы в установившемся режиме; ht - пробы при испытаниях в условиях высоких температур
Ездовые циклы 1. Европейский ездовой цикл. Состоит из 2 – х частей: Городской цикл – эмитация движения в городе (4 цикла подряд) 2. Скоростной цикл. Японский ездовой цикл проводиться: a – на холодном ДВС; b – на прогретом -Ездовой цикл США – отличается гораздо более резкими изменениями нагрузки и скорости движения: работа непрогретого ДВС; остановка на 10 с. и второй цикл испытаний; последний цикл повторяет первый, но ДВС уже хорошо прогрет
РЕЖИМЫ ИСПЫТАНИЙ ДИЗЕЛЯ nхх nм nн
![gx – удельные выбросы токсичного компонента x [г/к. Вт. ч]; Gj – массовый расход](https://present5.com/presentation/3/9412814_198619820.pdf-img/9412814_198619820.pdf-15.jpg "gx – удельные выбросы токсичного компонента x [г/к. Вт. ч]; Gj – массовый расход")
gx – удельные выбросы токсичного компонента x [г/к. Вт. ч]; Gj – массовый расход токсичного компонента на j-том режиме [г/ч]; Kвj - весовой коэффициент i-того режима; Nej – мощность на j-том режиме испытаний [к. Вт].
Снижение токсичности ОГ ОГ Концентрация 1 Образование токсичных веществ ОГ Концентрация 2
Методы снижения токсичных компонентов в ОГ Уменьшение выхода токсичных компонентов из цилиндра двигателя при выпуске Создание экологически чистых рабочих процессов Поддержание энергетического средства в технически исправном состоянии Очистка отработавших газов в выпускном тракте от вредных составляющих Обеспечение работы двигателя на экологически "чистых" режимах
Уменьшение выхода токсичных компонентов из цилиндра ДВС Решается организацией рабочего процесса в цилиндре двигателя В дизеле для этой цели воздействуют на следующие факторы: • количество впрыскиваемого топлива (увеличение a); • температура воздуха на впуске (увеличение a, снижение Та); • продолжительность впрыскивания топлива (сокращение jсгор); • давление впрыскивания (уменьшение d капель); • закон подачи топлива (ступенчатая, двойная подачи, резкая отсечка); • тубулизация воздушного заряда (увеличение скорости сгорания); • угол опережения начала впрыскивания (поддержание оптимальным); • рециркуляция отработавших газов; • конструктивные особенности деталей (распылитель, КС); • электронное управление влияющими факторами (оптимизация работы); • использование экологически чистых топлив (уменьшение S, ДМЭ). В бензиновом ДВС для этой цели воздействуют на следующие факторы: • стехиометрический состав смеси; • угол опережения зажигания; • мощность искрового разряда; • интенсивность вихревого движения воздуха; • впрыскивание топлива разделенное и непосредственное в цилиндр; • обеднение топливовоздушной смеси (форкамерное воспламенение, впрыск); • фазы газораспредиления; • электронное управление влияющими факторами; • использование экологически чистых топлив;
Очистка отработавших газов в выпускном тракте Для нейтрализации токсичных составляющих в ОГ используются нейтрализаторы в которых происходит окисление СО в СО 2, Сх. Ну в СО 2 и Н 2 О в окислительных нейтрализаторах и восстановление NO в N 2 и O 2 в восстановительных нейтрализаторах. Очистка ОГ от сажи происходит в сажевых фильтрах.
Нейтрализаторы токсичных компонентов ОГ Нейтрализаторы могут быть: • термические (дожигание СО и Сх. Ну в камере нейтрализатора при 650 -850 о. С, степень очистки 85 -90%) • жидкостные (очистка ОГ при пропускании их через жидкий нейтрализующий раствор при температуре 40 – 60 о. С, степень очистки 5095%) • каталитические (окисление СО и Сх. Ну и восстановление NO на катализаторе при 100600 о. С, степень очистки 85 -95%). Катализатор – металлы платиновой группы.
Обеспечение работы двигателя на экологически "чистых" режимах • создания гибридных силовых установок, работающих на одном оптимизированном режиме; • организация движения транспортных потоков; • создание трансмиссии под наилучший режим работы двигателя.
Поддержание энергетического средства в технически исправном состоянии • проведение своевременного технического обслуживания; • своевременный ремонт двигателя и транспортного средства; • поддержание технических средств обслуживания и ремонта в исправном состоянии; • обеспечение квалифицированными кадрами.
Скачать презентацию Токсичность отработавших газов Под токсичностью отработавших газов ДВС
8 Токсичность отработавших газов.ppt