Mazda4you.ru

Мазда №4
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Нейтрализация токсичности отработавших газов автомобиля

Нейтрализация токсичности отработавших газов автомобиля

В данной статье рассмотрены вопросы экологической чистоты выхлопа и токсичности в конструкции двигателя и автомобиля. Как следует решить их с помощью регулировки токсичности у двигателей современных автомобилей. В последние годы, ужесточение норм токсичности коснулось и дизелей — на многих моделях автомобилей с дизельными двигателями.

Экологические требования к автомобилю и его двигателю являются в настоящее время приоритетными. Экологическая чистота выхлопа закладывается в конструкцию двигателя и автомобиля в целом еще при проектировании. Далее в эксплуатации характеристики токсичности должны оставаться стабильными. Регулировка токсичности у двигателей современных автомобилей в большинстве случаев или не требуется или сильно ограничена. В то же время у двигателей автомобилей прошлых лет выпуска, особенно с карбюраторами, токсичность выхлопа напрямую связана с техническим состоянием системы питания и зажигания и их регулировкой. Поэтому в настоящее время ремонт двигателя, какой бы сложный он ни был, не может считаться квалифицированным и качественным, если токсичность выхлопа двигателя после ремонта превышает установленные допустимые пределы [1].

Основная доля вредных веществ, содержащихся в отработавших газах двигателей и загрязняющих окружающую среду, состоит из окиси углерода СО, окислов азота NOx, углеводородов CnHm (или просто СН). а также углерода С (сажи) у дизелей. Из перечисленных веществ СО, СН и С являются продуктами неполного сгорания топлива. Количество NOx в выхлопных газах связано, в основном, с высокой температурой сгорания. Окислы азота образуются в двигателе при взаимодействии кислорода и азота, содержащихся в воздухе. Чем выше температура сгорания, тем больше образуется NOx. На температуру сгорания влияют конструктивные факторы (например, степень сжатия) и режим работы двигателя (состав смеси, нагрузка). У бензинового двигателя наибольшее влияние на образование вредных веществ оказывает состав смеси. При а = 1.0-1.10 концентрация NOx в выхлопных газах максимальна, а выбросы СО и СН близки к минимальным

Уменьшение количества и изменение качественного состава вредных веществ, выбрасываемых в окружающую среду с отработавшими газами, достигается целым комплексом мероприятий. Среди них следует отметить ряд конструктивных разработок — специальные конструкции камер сгорания для работы на бедных смесях, в том числе с различными типами форкамер, рециркуляция отработавших газов, т.е. подача их части на вход в двигатель, системы регулирования фаз газораспределения, уменьшающие перекрытие клапанов на пониженных режимах и т.д. Однако даже при использовании в конструкции двигателей всех самых передовых решений удовлетворить нормам токсичности, установленным, например, в США, Японии и странах Европы, не удается [5]. Вследствие этого современные автомобили с бензиновыми двигателями снабжаются каталитическими нейтрализаторами.

Нейтрализатор состоит из носителя, заключенного в корпус. Носитель представляет собой керамический материал (сотовой 11 конструкции или в виде шариков), покрытый тонким слоем катализатора из благородных металлов, например, платины, палладия, родия. При температуре поверхности катализатора свыше 250-300°С, содержащиеся в отработавших газах окислы углерода СО эффективно окисляются, а их концентрация в выхлопных газах снижается во много раз. Окисление углеводородов СН происходит при более высокой температуре (400°C). Окисление СО и СН происходит в присутствии свободного кислорода воздуха, небольшое количество которого образуется в результате сгорания:

Такие реакции могут происходить в широком диапазоне изменения состава смеси — необходимо только, чтобы отработавшие газы имели коэффициент, а более 1,0, что достигается работой двигателя на обедненной смеси или подачей в систему выпуска дополнительного воздуха.

Подобные нейтрализаторы получили широкое распространение на автомобилях с начала 80-х годов, в том числе, с карбюраторной системой подачи топлива. Однако последовательное ужесточение норм токсичности потребовало создания нейтрализаторов, снижающих не только концентрацию СО и СН, но и одновременно окислов азота NОх. Такие нейтрализаторы называются трехкомпонентными.

2NO + 2Н2 -> N2 + 2H2O ; (4)

2NO + 5Н2 -> 2ÑНз + 2Н2О (при а < 1). (5)

Для одновременного уменьшения выбросов СО, СН и NOx необходимо поддерживать определенный состав смеси в цилиндрах двигателя (а около 1,0) с очень высокой точностью — порядка ±1% . Чтобы обеспечить такую точность поддержания состава смеси, на современных двигателях устанавливают электронные системы управления подачи топлива и снижения токсичности с обратной связью по сигналу датчика концентрации кислорода. Именно ужесточением норм токсичности (а не требованиями экономичности или мощности) объясняется повсеместное внедрение на автомобилях сложных электронных систем топливоподачи. Сложность этих систем со временем, вероятно, будет увеличиваться вместе с дальнейшим ужесточением норм токсичности [3].

Следует отметить высокую чувствительность каталитического нейтрализатора к качеству применяемого топлива. В частности, использование этилированного бензина приводит к так называемому «отравлению» катализатора с разрушением покрытия и даже самой керамической основы катализатора.

Помимо нейтрализатора, на многих японских и американских двигателях устанавливают так называемые термические реакторы. Такие устройства позволяют при подмешивании к отработавшим газам воздуха доокислить СО и СН, снижая их концентрацию за счет реакции с кислородом воздуха при высокой температуре (свыше 500°С). Реакторы особенно эффективны на режимах богатой смеси при больших нагрузках, не выходят из строя со временем, однако не дают полного окисления СО и СН, поэтому применяются как дополнительные устройства перед нейтрализатором.

Рециркуляция отработавших газов применяется на двигателях не менее широко. Основная задача рециркуляции — снижение выбросов NOx. Это особенно важно, когда в нейтрализаторе не обеспечено точное поддержание состава смеси (подобная ситуация характерна для карбюраторной системы питания). Рециркуляция предполагает отбор выхлопных газов в количестве до 10-12% и подачу их на вход двигателя на режимах средних и полных нагрузок.

Поскольку каждая из рассмотренных систем выполняет свою задачу, на практике, особенно на японских автомобилях, они нередко встречаются одновременно — термический реактор, система рециркуляции и каталитический нейтрализатор. Это предполагает существенное усложнение функций системы управления. На двигателях японских автомобилей прошлых лет выпуска с карбюраторами это выражалось в значительном числе пневмоклапанов и шлангов в системе управления двигателя.

Читать еще:  Лада веста регулировка тросов мкпп

В отличие от бензиновых двигателей дизели имеют существенно более низкий уровень выбросов СО, NOx и СН. Наиболее низкий уровень выбросов СО и СН достигается обычно на режимах средних нагрузок (рис. 2). Большие различия в уровне и характере изменения выбросов в зависимости от состава смеси у дизелей по сравнению с бензиновыми двигателями связаны с иной природой процесса сгорания — у бензинового двигателя с помощью свечи поджигается хорошо перемешанная смесь воздуха и паров топлива, а в дизеле происходит самовоспламенение в факеле распыляемого топлива в зонах с концентрацией топлива около а = 1.

В выхлопных газах дизеля присутствуют, иногда в больших количествах, частицы углерода (сажа). Это происходит из-за наличия зон богатой смеси в струе распыляемого топлива. Сажевыделение дизеля создает характерный черный дым выхлопа и так же, как и другие вещества, ограничивается нормами токсичности. Снижение сажевыделения достигается более ранним впрыском (ограниченным, правда, «жесткостью» сгорания и повышением нагрузок на детали) и ограничением подачи насоса. Среди конструктивных мероприятий следует отметить увеличение скорости впрыска и качества распыливания топлива за счет увеличения давления подачи, а также электронное регулирование подачи. Дымление двигателя резко возрастает при приближении состава смеси к стехиометрическому (а = 1), поэтому дизели, несмотря на то, что вблизи а = 1 мощность и крутящий момент максимальны, имеют ограничение a по пределу дымления. Сравнительно низкий уровень СО, СН и NOx в отработавших газах дизеля не требовал в прошлом установки специальных устройств для снижения токсичности. Однако в последние годы ужесточение норм токсичности коснулось и дизелей — на многих моделях автомобилей с дизельными двигателями уже появились системы снижения токсичности выхлопа, включающие рециркуляцию выхлопных газов, каталитический нейтрализатор и специальный сажевый фильтр.

Регулировка токсичности отработанных газов

Инструментальный контроль токсичности выхлопных газов

Диагностика и регулировка двигателей внутреннего сгорания автомобилей (ДВС) — это одно из наиболее важных направлений деятельности по снижению токсичности выхлопных газов, повышению экономичности ДВС и сроков их эксплуатации. Эти задачи решаются при помощи специального диагностического оборудования, в перечень которого входит и автомобильный газоанализатор , контролирующий состав отработанных газов. Общее назначение газоанализаторов — измерение и анализ газовых смесей для определения их количественного и качественного (объёмного и процентного) состава. В частности, газоанализатор для автомобиля используется при измерении количества вредных выбросов в выхлопных газах ДВС, работающих на бензиновом, дизельном и газообразном топливе: оксида углерода (CО), диоксида углерода (СО2), углеводородов (CH) и других соединений. Диагностика двигателей, регулировка и ремонт карбюраторов, газового оборудования, наладка систем впрыска топлива — вот далеко не полный список работ, выполнение которых практически невозможно без применения автомобильных газоанализаторов. Регулировка расхода топлива — это особо востребованная в наши дни услуга, когда стоимость топлива растёт изо дня в день.

В зависимости от конструктивного устройства автомобильные газоанализаторы могут измерять один или несколько компонентов выхлопных газов (однокомпонентные и многокомпонентные). Одно- или двухкомпонентными газоанализаторами можно измерять количество вредных примесей в отработанных газах автомобилей (СО, окислы азота), не оборудованных катализаторами. Некоторое время назад наиболее распространёнными были однокомпонентные газоанализаторы для определения содержания оксида углерода СО. Введение норм выбросов по экологическим стандартам ЕВРО не только СО, но и других составляющих отработанных газов стимулировало выпуск и использование многокомпонентных газоанализаторов для оценки их состава. При помощи обычных автомобильных газоанализаторов можно выполнять диагностику и регулировку либо бензиновых, либо дизельных двигателей. Универсальные газоанализаторы позволяют диагностировать и выполнять регулировку и бензиновых, и дизельных ДВС.

В соответствии с ГОСТ Р 52033- 2003 г . «АВТОМОБИЛИ С БЕНЗИНОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ ВЫБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния»

проверки газоанализаторами автомобилей на выбросы загрязняющих веществ могут проводиться:

— на предприятиях, изготовляющих двигатели и автомобили, при приемочных, периодических и контрольных испытаниях серийной продукции ;

— при сертификационных испытаниях;

— при контроле технического состояния находящихся в эксплуатации автомобилей в установленном порядке специально уполномоченными органами;

— на предприятиях, эксплуатирующих и обслуживающих автомобили, при техническом обслуживании, ремонте и регулировке агрегатов, узлов и систем, влияющих на изменение содержания нормируемых компонентов в отработавших газах;

— на предприятиях, осуществляющих капитальный ремонт автомобилей.

Для измерения содержания компонентов СО, СН, СО2 и О2 в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями должны применяться газоанализаторы 2 класса, 1класса или 0 класса.

Слушатели, прошедшие обучение, получают Удостоверение, установленного образца.

На сайте вы найдете информацию о том как сделать качественный ремонт автомобиля своими руками, подробные фото отчеты по ремонту ауди с4, а также много полезной информации о диагностике и профилактике неисправностей.

Вы здесь: Главная />Устройство и принцип действия />Токсичность отработавших газов и способы ее снижения. Катализатор.

Меню сайта:

Последние публикации

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 3)

В первой и второй частях мы снимали обшивку потолка, сегодня же мы займемся самой перетяжкой.

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 2)

Продолжим снятие обшивки потолка. В первой части мы сняли обшивку люка и накладки передних стоек. Сегодня мы все-таки снимем потолок.

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 1)

В уже не молодых автомобилях, не редко можно столкнуться с проблемой провисания потолка. Происходит это, как правило, по двум причинам:

Читать еще:  Как регулировать сцепление камаз 5320

Токсичность отработавших газов и способы ее снижения. Катализатор.

Еще в прошлом столетии люди уже были обеспокоены сложившейся экологической обстановкой в мире, а с тем стремительным ускорением с каким автомобили ворвались в нашу жизнь, экологи всех стран начали бить тревогу. Так как количество автотранспорта на дорогах с каждым годом становилось все больше и больше, то и токсичные выбросы в атмосферу увеличились пропорционально. Поэтому уже тогда к автомобилям были предъявлены экологические требования.

В настоящее время еще при проектировании автомобиля в него закладываются экологические нормы, которые в процессе эксплуатации не должны превышаться. Регулировка токсичности в современных автомобилях, либо совсем не требуется (не доступна простому пользователю), так как она уже заложена в программе блока управления двигателя или сильно ограничена. Чего нельзя сказать о предыдущих карбюраторных автомобилях, где токсичность напрямую зависела от регулировки и настройки карбюратора, системы питания и зажигания. Поэтому сейчас нельзя сказать, что ремонтом двигателя был квалифицированным, если вдруг токсичность двигателя после ремонта превысит заданные пределы, заложенные с завода.

Основу токсичности выхлопных газов составляют следующие вещества:

  • окиси углерода СО;
  • окиси азота NOx;
  • углеводороды CH или CnHn;
  • углерод C, у дизельных двигателей.

Из вышеперечисленных веществ CO,CH и C являются продуктами не полного сгорания топлива, NOx образуется при взаимодействии азота и кислорода при высокой температуре сгорания, чем выше температура, тем больше будет выбросов окиси азота. Температура сгорания топлива зависит от многих факторов, но в ее основе лежат конструктивные факторы (степень сжатия) и режим работы двигателя. Если говорить о бензиновых моторах, то в них в большей степени все зависит от состава топливной смеси. При горении топлива, когда смесь обедненная, λ= 1,05-1,10 выбросы вредных веществ CO и CH минимальны. Чего нельзя сказать об окиси азота NOx его значения при таком составе смеси будет максимально большим.

Поэтому чтобы достичь минимальных выбросов в атмосферу всех токсичных веществ нужно использовать несколько мероприятий одновременно. Ряд мероприятий может включать в себя следующее:

  • это специальные формы камер сгорания, предназначенные для работы на бедных смесях; ; ; , для лучшего наполнения цилиндров на всех режимах работы двигателя.

Каталитический нейтрализатор

Но уже давно нормы по токсичности выбросов стали настолько жесткими, что даже ряд мероприятий по их снижению не дает нужного результата, поэтому чтобы выйти из этого положения на автомобилях в дополнении ко всему стали устанавливаться каталитические нейтрализаторы.

Каталитический нейтрализатор состоит из керамического материала, сотовой структуры, покрытой тонким слоем катализатора состоящего из благородных металлов (платина, родий), заключенный в металлический корпус. Его не малая цена обусловлена наличием благородных металлов.

Работа каталитического нейтрализатора

При разогреве каталитического нейтрализатора до температуры 250-300ºC, происходит доокисление окиси углерода CO и его концентрация в выхлопных газах значительно снижается. Что касается углеводорода CH, то для его окисления требуется более высокая температура 400 градусов.

Такие реакции характерны для обедненной смеси, где λ > 1, но, несмотря на это диапазон изменения состава смеси остается довольно широким.

Такие каталитические нейтрализаторы стали устанавливаться еще в 80-х годах и даже на карбюраторные двигатели.

Но с течением времени жесткость по токсическим нормам не стояла на месте, а с каждым готом все ужесточалась и ужесточалась. Со временем таких нейтрализаторов стало недостаточно, так как они не снижали концентрацию окиси азота в выхлопных газах и на смену им пришли новые нейтрализаторы трехкомпонентные.

Особенностью отличия предыдущего вида нейтрализаторов состоит в том, что в нем шла реакция окисления, а для понижения концентрации окиси азота здесь требуется совершенно противоположная реакция – восстановление.

2NO + 2СО → N2 + 2С02;

Для одновременного снижения всех выбросов NOx,CH,CO обязательно выполнение одного условия, нужно чтобы состав смеси всегда был строго одинаковым λ=1, отклонение может быть не более +/- 1%. За обеспечение такой точности в подачи смеси отвечает электронный блок управления двигателя, который руководствуется показаниями датчика кислорода.

Системы подачи топлива с каждым годом становятся все сложнее и сложнее, все это направлено только на снижения токсичности из-за ужесточения экологических норм, но ни как не из-за борьбы за экономичность и мощность двигателя.

Еще стоит отметить, что каталитический нейтрализатор очень придирчив к качеству топлива. При использование этилированного бензина нейтрализатор быстро выйдет из строя.

На американских и японских автомобилях можно увидеть помимо каталитического нейтрализатора дополнительно установленный термический реактор. Он позволяет доокислять CO и CH, за счет подмешивания к отработавшим газам воздуха и все это происходит при температуре свыше 500ºC. Одной из особенностей реакторов является, то, что они эффективны на богатых смесях при больших нагрузках и со временем они не выходят из строя. В то же время они обладают большим минусом, он заключается в том, что в реакторах доокисление происходит не полностью. Они не способны выступать как самостоятельный элемент, а идут только в дополнение к каталитическому нейтрализатору и устанавливаются перед ним.

Что касается дизельных двигателей, то здесь дела обстоят немного по-другому. Из-за разного процесса воспламенения и горения смеси у дизельного двигателя, концентрация выбросов NOx,CH,CO гораздо ниже, чем бензинового. При средних нагрузках наблюдается самый низкий выброс CH и CO. Из-за низкого уровня выбросов, какое-то время на дизельных двигателях установка каталитического нейтрализатора была не обязательной. Но с приходом более ожесточенных экологических норм установка нейтрализатора стала обязательной, также помимо этого на дизельных двигателях стали появляться системы снижения токсичности, как и на бензиновых. Одна из них это рециркуляция отработавших газов.

Сажевый фильтр

При сгорании топлива в дизельном двигателе выделяется значительное количество углерода, если говорить простым языком, то это не что иное как сажа. Это происходит из-за наличия зон богатой смеси в струе распыляемого топлива. Все это приводит к характерному черному дыму из выхлопной трубы. Для снижения выделения углерода приходится делать впрыск более ранним (вследствие чего колоссально возрастает нагрузка на детали двигателя) и ограничивать подачу насоса. Но, несмотря на это полностью избавится от выделения углерода невозможно, а он также классифицируется по норме токсичности. Поэтому в дополнении к каталитическому нейтрализатору на дизельных двигателях устанавливаются сажевые фильтры.

Читать еще:  Регулировка фар ваз 2170

Устройство автомобилей

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.

токсичность выхлопных газов

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

содержание вредных веществ в выхлопных газах двигателя

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.

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector