Выбросы при работе двигателя автомобиля - Авто Журнал
Aklaypart.ru

Авто Журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выбросы при работе двигателя автомобиля

Продукты окисления и неполного сгорания углеводородного топлива называются выхлопными газами. В атмосферу крупных городов поступает большое количество выбросов выхлопных газов, что приводит к превышению допустимых норм канцерогенов и токсичных веществ в воздухе. Эти загрязняющие вещества в массовом количестве выделяемых в атмосферу автомобилями.

Состав концентрации кислорода в отработавших газах зависит от содержания воздуха в смеси и топлива, поступающего в двигатель, определяет этот показатель специальный датчик.

Вы не ошибетесь, если назовете такой датчик кислородным датчиком или датчиком концентрации кислорода в отработавших газах, регулятор лямбда и лямбда-зонд — это названия одного и того же приспособления.

Кроме разных названий кислородный датчик бывает разным по типу:

  • электрохимическим;
  • резистивным.

Электрохимический датчик (название говорит само за себя) работает по принципу выработки электрического тока. Именно этот вид датчиков на сегодняшний день имеет широкое применение. Принцип работы такого датчика следующий: диоксид циркония при разной концентрации кислорода создает разность электрического напряжения. В том случае, когда система подачи топлива работает правильно, показатель напряжения, которое вырабатывает датчик в секунду, может меняться неоднократно. Благодаря этому в любом режиме работы двигателя можно приготовить и поддержать нужный состав горючей смеси.

Работа менее распространенного резистивного вида датчика работает по принципу резистора, это означает — в зависимости от условий среды меняет свое направление блок управления впрыском или использует информацию, выдаваемую датчиком напряжения, для коррекции используемого топлива. Температура выхлопной газообразной смеси замеряется специальным датчиком, называемым датчиком перегрева выхлопных газов или датчиком перегрева катализатора.

Выпускной коллектор, соединенный с группой частей глушителя, — это выпускная система выхлопных газов.

Катализатор отработанных газов можно установить в резонатор и разрыв приемной трубы. Для чего нужна такая система? Чтобы уменьшить шумы выхлопа и для очистки выбросов.

Кислородный датчик для определения количества кислорода

Снижение токсичности методом дозирования топлива

Рабочая смесь, качество которой определяется коэффициентом избытка воздуха λ, оказывает решающее влияние на состав отработавших газов.

Двигатель обеспечивает получение максимального крутящего момента при λ = 0,9 – эта величина обычно программируется для режима полной нагрузки двигателя. Оптимальная топливная экономичность достигается при смесях, характеризующихся λ = 1,1. Это совпадает с возможностью получения низких выбросов CO и CH. Однако выбросы оксидов азота (NOx) при этом оказываются максимальными. Коэффициент избытка воздуха λ = 0,9 … 1,05 выбирается для режима холостого хода двигателя.

Слишком обедненная смесь приводит к появлению пропусков воспламенения, а так как смесь постепенно обедняется и далее, это влечет за собой быстрое увеличение выбросов СН.

Для предотвращения работы двигателя на сверхвысоких оборотах, когда требуется постоянное использование богатой смеси, осуществляется полное прекращение подачи топлива к двигателю.

Системы впрыска топлива позволяют добиться более точного контроля за составом смеси и значительно снизить количество выбросов отработавших газов.

Выбросы при работе двигателя автомобиля

  • Система рециркуляции отработанных газов (EGR)
  • Система управления клапанами инжекции воздуха (AIR)
  • Система контроля топливных испарений (EECS)
  • Каталитические конвертеры (Catalytic Converter)
  • Кислородные датчики (O2 sensors)
  • Клапаны положительной вентиляции картера двигателя (PCV)

Источники вредных выбросов

Есть три главных источника, вызывающих проблемы токсичности выхлопа в автомобиле: выбросы отработавших газов, испарения из картера двигателя и испарения из топливного бака.
Системы понижения токсичности выхлопа (Emission Control Systems) использовались с начала 1960-х годов.
В 1961г. была разработана система положительной вентиляции картера (Positive Crankcase Ventilation (PCV)), при которой в автомобилях и легких грузовых автомобилях, проданных в Калифорнии, испарения картера двигателя дозировались назад к впускному коллектору. В 1966г. система управления клапанами инжекции воздуха (Air Injection Reaction (AIR)) была встроена в автомобили и легкие грузовые автомобили, проданные в Калифорнии.
Другие системы, включая систему сгорания, которой управляют (Controlled Combustion System (CCS)) были развиты и использовались в промышленном масштабе c 1968 года.
Выделения топливных паров начали контролироваться с введением систем понижения токсичности испарений из бензобака. Эти системы начали устанавливаться с 1970 года на автомобили, проданные в Калифорнии.
Система рециркуляции отработанных газов (Exhaust Gas Recirculation (EGR)), использовалась интенсивно на моделях автомобилей с 1973 года, когда федеральные стандарты США для окисей азота вступили в силу. Эти системы были необходимы для снижения выброса окидов азота (NOx).
Каталитический конвертер обеспечил окисление угарного газа и углеводородные выбросы в выхлопе двигателей. Начиная с 1975 года выпуска, большинство легковых автомобилей США и легких грузовых автомобилей были оборудованы конвертерами.

Выбросы отработанных газов

Выхлоп автомобильных бензиновых двигателей содержит три существенных загрязнителя воздуха: угарный газ, углеводороды и окиси азота:

  • Угарный газ (СO) — нормальный продукт сгорания и составляет большую часть загрязнения от автомобилей.
  • Углеводороды (HC) — выделения происходят из камер сгорания цилиндров двигателя из-за неполного сгорания. Когда свеча зажигания поджигает воздушно-топливную смесь в каждой камере сгорания, фронт пламени формируется и перемещается быстро внутри камеры. Прохладные стенки цилиндров препятствуют полному сгоранию воздушно-топливной смеси. Приблизительно одна треть несгоревших углеводородов выбрасывается через систему выпуска к внешнему воздуху.
  • Окиси азота (NOx) — часть полного процесса сгорания. Они увеличиваются при увеличении температуры сгорания.

Картерные газы

Во время процесса сгорания некоторое количество газов пробивается через поршневые кольца в картер двигателя.
Эти газы состоят в значительной степени из несожженного топлива (углеводороды). Утечка газов, названная «прорывом газов», происходит из-за очень высокого давления в камерах сгорания.
Картерные газы должны быть удалены от картера быстро, иначе они загрязнят и окислят моторное масло. Они могут также сформировать осадок, который может затронуть рабочие характеристики двигателя и повредить детали двигателя. Вентиляционные системы производят очистку картера от этих испарений.

Читать еще:  Характеристики двигателя своими руками

Испарение топлива

Третий источник выделений от автомобилей — испарение бензина. Это происходит, не только когда топливный бак заполнен, но в других случаях, даже когда автомобиль не находится в заведенном состоянии.

В течение последующих лет, поскольку инструкции и требования изменились, системы эмиссии были развиты, изменены и использовались в различных комбинациях, чтобы соответствовать изменяющимся стандартам в течение каждого нового модельного года. Эти системы описаны в руководствах по ремонту и эксплуатации автомобилей.

Федеральные требования США по эмиссии (граммы/миля)
(легковые автомобили)

Углеводороды (HC)Угарный газ (CO)Оксиды азота (NOx)
Год
выпуска
Калифорн.Федер.Калифорн.Федер.Калифорн.Федер.
1960
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995-2000

0.41
0.41
0.39
0.39
0.39
0.39
0.39
0.39
0.39
0.39
0.39
0.39
0.39
0.41
0.41
0.41
0.41
10.6
1.5
1.5
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41
0.41

9.0
9.0
9.0
7.0
7.0
7.0
7.0
7.0
7.0
7.0
7.0
7.0
7.0
7.0
7.0
7.0
7.0
3.4
84.0
15.0
15.0
7.0
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4

1.5
1.5
1.0
0.7
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
4.1
2.0
2.0
2.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
До 1960 года – контроль отсутствовал

Опционная таблица контроля за эмиссией транспортного средства
(VEHICLE EMISSION CONTROL INFORMATION LABEL)

Опционная таблица контроля за эмиссией автомобиля содержит важные спецификации эмиссии.

Вверху слева — информация выброса отработавших газов, которая идентифицирует модельный год, производственное подразделение двигателя, объем двигателя, класс транспортного средства и типе управления топливом двигателя.
Кроме того, есть иллюстрированный компонент эмиссии и вакуумная схема двигателя. Этот лейбл расположен в отсеке двигателя каждого транспортного средства.

Скорость автомобиля и окружающая среда. Часть 2

More in Организация движения:

  • Лондон: оценка пешеходных ограждений 27.11.2017
  • Пешеходное ограждение: типовые нарушения пешеходами 14.11.2017
  • Москва похорошела 11.08.2017

Это вторая статья, посвященная скорости автомобиля и снова в тезисах. Первая статья рассказывала о безопасности дорожного движения, а третья расскажет о прочих эффектах скорости. В данной части речь пойдет о влиянии скорости на окружающую среду.

Содержание

Влияние скорости на выхлопы

Выхлопы содержат различные вредные вещества, количество которых изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля.

Основными вредными веществами в выхлопах являются:

  1. Окись углерода или угарный газ (CO). Ухудшает доставку кислорода в организм. Особо опасен для людей, страдающих от сердечных и респираторных заболеваний. Симптомами отравления являются нарушение зрения, головная боль, снижение работоспособности.
  2. Углеводород (HC). Оказывает токсичное воздействие на организм, вызывая раковые и другие болезни.
  3. Оксиды азота (NOx). Имеют решающее значение при влиянии на здоровье. При осадках в области распространения азота, вода взаимодействует с азотом и получается серная и азотная кислота, которые образуют так называемые «кислотные дожди».
  4. Твердые частицы. Оседают в легких, и являются причиной заболевания астмой, хроническим бронхитом, нарушение дыхательной функции. Твердые частицы, которые попадают в воздух с выхлопными газами дизельных двигателей, обладают высокой токсичностью и могут вызвать рак лёгких.

Выхлоп вредных веществ сильно различается от скорости и технологии системы двигателя. На графике представлена зависимость количества выброса вредных веществ в зависимости от скорости автомобиля.

Оксиды азота производятся в основном при высоких рабочих температурах работы моторов, что соответствует постоянной высокой скорости. Уменьшение скорости вождения серьезно снижает эмиссию этого вещества. Выброс углеводорода уменьшается с уменьшением скорости. Наименьший уровень эмиссии окиси углерода и твердых частиц соответствует средней скорости движения. Двуокись углерода производится пропорционально расходу топлива.

Каждый вид вредного вещества имеет свой оптимум скорости. В современных автомобилях выбросы уменьшают для скоростей 40-90 км/ч. Следует также отметить, что на постоянной низкой скорости (15 км/ч и менее) выброс CO и CO2 в пересчете в г/км наиболее большой.

Стиль вождения является наиважнейшим фактором, влияющим на выбросы вредных веществ. При резком ускорении возрастает расход топлива и, как следствие, увеличиваются выхлопы.

Холодный старт также увеличивают выхлопы, так как двигатель и каталитический фильтр не достигли рабочей температуры.

Влияние скорости на расход топлива

В общем случае расход топлива (и, как следствие, стоимость ресурса) увеличивается с увеличением скорости. В этом смысле понижение высокого уровня скоростного режима приведет к сокращению расхода топлива и поспособствует снижению интенсивности истощения не возобновляемых ресурсов.

Например, при постоянной скорости 90 км/ч будет расходоваться на 23% меньше топлива, чем на скорости 110 км/ч. Однако стоит отметить, что снижение уровня скорости ниже 20 км/ч чаще всего приводит к увеличению расхода топлива.

Читать еще:  Шевроле ланос двигатель сколько клапанов

Влияние скорости на озон

Озон не вырабатывается непосредственно двигателями. Он возникает в результате химической реакции между углеводородами, оксидами азота и солнечным светом.

Озон серьезно влияет на здоровье людей, особенно пожилых и детей вызывая острые заболевания дыхательной системы. Особо высокая концентрация озона возникает в городах в летнее время года при высокой температуре.

Влияние скорости на шум

Скорость оказывает сильное влияние на возникновение шумов. При меньших скоростях уровень шума всегда ниже. Однако необходимо учитывать и другие факторы – частота и интенсивность ускорений может иметь большое влияние на возникновение шума. Эффект увеличения шума от ускорения как правило малозаметен на скоростях выше 50 км/ч.

Шум возникает из двух источников: двигатель автомобиля и взаимодействие между колесом и дорогой. Для новых легковых автомобилей шум колес начинает доминировать на скорости 20-40 км/ч, для новых грузовых автомобилей это значение равно 30-60 км/ч. Для старых автомобилей эта граница сдвигается примерно на 10 км/ч вверх.

При расчете воздействия шума необходимо учитывать что Децибел – логарифмическая величина, с помощью которой рассчитывается прирост. Увеличение шума на 1 Децибела означает фактическое его увеличение на 30 процентов, а прирост в 3 Децибела означает увеличение в 2 раза. То есть по графику увеличение скорости с 50 до 70 км/ч приведет к увеличению шума в 2,5 раза.

Выводы

В дополнение к уменьшению травматизма установка разумного ограничения скорости приведет к снижению уровня выброса вредных веществ, расхода топлива, уровня шума.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сергей Давыдов

Владелец сайта «ТрансСпот». Проектирую автомобильные дороги и развязки. Планирую и моделирую транспортные потоки. Участвую в научно-исследовательских работах (концепции развития городов, транспортный раздел). Читаю лекции по проектированию транспортных развязок (ЦНТИ Прогресс). Эксперт движения «Красивый Петербург». Консультант Института дизайна и урбанистики ИТМО. Интересуюсь всем транспортно-дорожным, в особенности безопасностью дорожного движения.

Устройство автомобилей

Виды токсичных веществ в отработавших газах

В современном мире автомобиль давно уже перестал быть диковинкой, и превратился из предмета роскоши в один из самых необходимых и обыденных атрибутов нашего бытия. Возможность мобильно перемещаться в окружающем мире и пространстве подняло человеческое общество на качественно новую ступень и в личностном и в коллективном развитии. Как это ни забавно звучит, но без автомобиля, а точнее будет сказать – без автомобильного транспорта, мы теперь не можем сделать и шагу.

Но интенсивное использование этого чуда техники в массовом масштабе имеет и многие негативные стороны – автомобиль является источником опасности на дорогах, источником шума и других не всегда приятных эффектов для наших органов чувств.
Однако одной из самых неприятных сторон является загрязнение окружающей среды выделениями, сопровождающими работу автомобильного двигателя и автомобиля в целом. И если с утечками нефтепродуктов (масел, различных жидкостей и топлива) из прохудившихся систем можно бороться достаточно просто, то с выбросами в атмосферу продуктов сгорания автомобильного топлива справиться очень и очень сложно.

Давно уже не тайна, что бурный рост парка автомобилей в современном мире привел к тому, что в местах их массового скопления (например, в крупных городах) они стали одной из основных причин загрязнения окружающей среды, особенно атмосферного воздуха. Дышать становится все труднее, а кроме того, выбросы интенсивно содействуют парниковому эффекту со всеми вытекающими последствиями.

В связи с этим в ряде стран мира были разработаны специальные законы и нормативные документы, ограничивающие содержание вредных веществ в отработавших газах автомобилей. Определены нормы токсичности, а также разработаны методы контроля содержания вредных веществ в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

К основным токсичным веществам, содержащимся в отработавших газах ДВС, относятся оксид углерода (СО), несгоревшие частицы топлива или углеводороды (CmHn), сажа (С) и оксиды азота (NOx). Условия, при которых происходит образование токсичных веществ в ДВС, различны. Так, образование первой группы (СО, CmHn и С) связано с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в процессе смесеобразования, так и во время непосредственно сгорания топлива и выполнении двигателем рабочего хода.

Пожалуй, наименее токсичными из перечисленных вредных веществ являются механические частицы, выбрасываемые из трубы глушителя в виде сажи. Конечно, сажа способна нанести вред здоровью человека, откладываясь в дыхательных путях и легких, но с точки зрения токсичности вред, наносимый чадящей выхлопной трубой дизеля меньше, чем едва заметный сизый дымок из трубы бензинового двигателя. Да и бороться с сажей проще, чем с химически активными продуктами неполного окисления топливных компонентов.

Вторая группа веществ – окислы и оксиды азота (NOx) носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому средства борьбы с токсичностью отработавших газов для этих двух групп веществ различны.

Причины образования токсичных веществ в отработавших газах

Основными причинами образования токсичных веществ в ДВС являются несовершенство процессов подготовки горючей смеси перед подачей в цилиндры и в цилиндрах, что приводит к неполному сгоранию топлива в двигателе, а также загрязнение топлива различными примесями и добавками.
В идеальном случае при полном сгорании углеводородного топлива в двигателе в результате этого процесса должны образовываться углекислый газ и пары воды, которые не относятся к токсичным веществам.
Но получить идеальный процесс сгорания топлива на различных режимах работы двигателя или иметь идеально чистое топливо в реальной практике эксплуатации автомобилей практически невозможно. Поэтому неприятные выбросы в атмосферу всегда сопровождают работу двигателя внутреннего сгорания.

Читать еще:  Автозапуск по температуре двигателя ягуар

Количество токсичных веществ в отработавших газах дизелей и двигателей с искровым зажиганием из-за разного характера процессов смесеобразования и сгорания топлива имеет существенные различия. В отработавших газах дизелей в больших количествах содержатся сажа и оксиды азота, а двигателей с искровым зажиганием — оксид углерода и углеводороды. Поэтому средства борьбы с токсичностью у этих типов двигателей отличаются.

Нормативные документы по токсичным веществам в отработавших газах

В России нормы содержания токсичных веществ в отработавших газах дизелей и методы их измерения установлены ГОСТ Р 52160-2003.
Нормы содержания токсичных веществ в отработавших газах двигателей с искровым зажиганием и методы их измерения установлены ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».

Определение токсичности отработавших газов двигателя осуществляется на специальных диагностических стендах или с помощью портативных газоанализаторов (ГАИ-1 и аналогичных).
Принцип действия газоанализатора ГАИ-1 основан на оптико-абсорбционном методе, т. е. на измерении поглощения энергии излучения инфракрасного диапазона анализируемым компонентом газа (оксидом углерода или углеводородами), в результате которого он нагревается до некоторой температуры, зависящей от его концентрации в отработавших газах.
Температурные колебания с помощью датчика формируют электрический сигнал, который преобразуется в показание прибора, показывающего содержание вредных веществ в газовой смеси.

Дым черного цвета

Черный коптящий дым из выхлопной трубы в большинстве случаев свидетельствует о переобогащенной горючей смеси, либо о нарушении ее горения в цилиндрах. Черный дым может быть прямым следствием неисправной системы зажигания, подачи, смешения или впрыска топлива.

Черный дым представляет собой частицы сажи, оседающей на свечах зажигания, тарелках клапанов, стенках цилиндров и системе выпуска отработавших газов. Кроме того, продукты неполного сгорания топлива образуют кокс, что сопровождается появлением детонации, калильного зажигания (дизелингом), а в ряде случаев становится причиной залегания поршневых колец и нарушении герметичности клапанов. Появление черного дыма обычно сопровождается резко возросшим расходом топлива, затрудненным запуском и потерей мощности. На карбюраторных двигателях появление черного дыма свидетельствует об износе дозирующей иглы, нарушении регулировке поплавка в поплавковой камере или засорения воздушных жиклеров.

Также, причиной сильного дымления может быть нарушенная установка угла опережения зажигания. Инжекторные двигатели обычно дымят в результате переобогащения горючей смеси в результате выхода из строя различных датчиков (абсолютного давления, кислорода (лямбда-зонд), массового расхода воздуха и др.), а также выхода из строя форсунок, что может таить опасность гидроудара или возгорания, т.к. из неисправной форсунки в цилиндр может попасть большое количество топлива. Дизельные двигатели часто дымят черным дымом при выходе из строя ТНВД, а также в нарушении регулировки угла опережения впрыска топлива.

Одним из самых неприятных последствии при появлении черного дыма является повышенный износ и даже поломка деталей кривошипно-шатунного механизма вследствие смыва масла со стенок цилиндра большим количеством топлива. Большое количество топлива, попадая из камеры сгорания в картер, разжижает масло, значительно ухудшая его лубрикационные (смазывающие) свойства. Признаком этого является появление у масла характерного запаха топлива (бензина или солярки у дизельных двигателей).

Автомобильные решения Кнауф для сокращения выбросов CO2

Для электрификации мобильности необходимы быстрые действия. Для этого требуется сбалансированное развитие, основанное на современных и инновационных технологиях. Автомобильные компоненты из EPP (вспененный полипропилен), разработанные Knauf Automotive для секторов EV и PHEV, обеспечивают отличное поглощение ударов, а также электрическую и тепловую изоляцию. Кроме того, они представляют собой легкую альтернативу традиционным материалам.

Вспененные материалы могут внести значительный вклад в успех EV в этот век электромобильности. Использование этих материалов способствует повышению безопасности пассажиров, а также увеличивает долговечность и устойчивость к внешним факторам ключевых компонентов, таких как аккумуляторы. Вспененный полипропилен полностью пригоден для вторичной переработки и представляет собой прекрасную экологическую альтернативу традиционному сырью. Процесс получения деталей из EPP не требует больших затрат энергии или доступа к сырью. Переработка не связана с высокими выбросами CO2, особенно в сочетании с решениями Кнауф Автомотив 4.0 Пенополипропилен дает возможность снизить углеродный след автомобильной промышленности и сократить потребление основного сырья.

3 самых популярных применения EPP в автомобильных технических деталях

Технология двухкомпонентного литья под давлением

Машины с большим количеством пластмасс возвращаются

Эргономичный автомобиль — как меняются концепции интерьеров автомобилей?

Почему вспененный полипропилен (EPP) является одним из наиболее часто выбираемых материалов производителями автомобилей?

25 октября 2019

Автокресло и правильное положение за рулем

30 августа 2021

Инновации в автомобильной отрасли – какие технологии моторизации имеют будущее?

27 августа 2021

Зеленый, надежный транспорт – что вам нужно знать об этом?

DFM – Дизайн для производства в автомобильной промышленности. Преимущества, добавленная стоимость и затраты

Защита двигателя от брызг – защита днища и улучшение управляемости

Анализ экономической эффективности и технико-экономическое обоснование в автомобильном секторе

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector