Основными видами экологического воздействия автомобиля на окружающую среду являются:

• вредные выбросы ОГ из ДВС автомобилей (токсичность);
• акустические воздействия, например, вентиляционный и магнитный шумы при работе исполнительных механизмов ЭСАУ;
• вибрация элементов кузова и вибрация, возникающая при работе электроприводных механизмов;
• восстановление заряда В В Б.

ИСПЫТАНИЯ НА ТОКСИЧНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЕЙ С ЭЛЕКТРОННЫМИ СИСТЕМАМИ УПРАВЛЕНИЯ

Автоэлектроника играет основную роль в снижении токсичности ОГ. Токсичность ОГ определяется наличием окиси углерода (максимум наблюдается в режиме холостого хода), окиси азота (максимум наблюдается при самой высокой температуре сгорания) и углеводорода, возникающим при перебоях в воспламенении или при пропусках зажигания.

Наибольшее отрицательное влияние в плане токсичности оказывают системы зажигания бензиновых двигателей, особенно конструкция свечей зажигания и их расположение в камере сгорания, а также энергия и продолжительность искрового разряда. Важными являются момент зажигания, угол опережения зажигания, так как при применении позднего зажигания в выпускной системе двигателя увеличивается температура газов, что позволяет уменьшить содержание окиси углерода, углеводородов и окиси азота. Но это приводит к увеличению расхода топлива. Разумное сочетание углов опережения зажигания и состава смеси, поступающей в цилиндр, достигается применением электронных систем управления и нейтрализаторов О Г. Особенно успешна каталитическая очистка при применении системы с обратной связью по датчику кислорода - 1-зонду.

Испытания на токсичность отработавших газов проводят по стандартным программам на стенде с беговыми барабанами по так называемым ездовым циклам. Во время этих циклов меняется режим работы двигателя, поэтому проводится отбор проб выхлопных газов и их газовый анализ. Существует несколько ездовых циклов: федеральный ездовой цикл США (ЕТР75), испытательный цикл ЕЭК/ЕС (ЕЭКИ. 15-04) и испытательный цикл Японии. Эти циклы различаются режимами, продолжительностью и максимальной скоростью автомобиля во время цикла.

Электронные системы управления двигателем испытывают в составе автомобиля. Причем с каждым годом эти системы все более совершенствуются, и поэтому возрастает количество функций регулирования, оптимизируются программы управления, увеличиваются диагностические функции.

В табл. 9.1 приведены технические характеристики и методы газового анализа ОГ автомобилей.

Таблица 9 .7

Основные технические характеристики газоанализаторов

Примечание. Используется обогреваемый (до 200°С) пробоотборник с гибкими шлангами длиной 6-10 м. Инструментальная погрешность - ±3%.

На рис. 9.1 представлена схема измерительной камеры инфракрасного газоанализатора. Инфракрасное излучение создается элементом, нить которого имеет температуру около 700°С.

Рис. 9.1.

7 - приемная камера с компенсационными объемами I/, и / 2 ; 2 - датчик потока; 3 - измеряющий элемент; 4 - вращающийся диск с щелью; 5 - инфракрасный

излучатель; М - электродвигатель привода диска

Инфракрасные лучи пропускаются через измеряющий элемент перед входом в приемную камеру. Окись углерода, содержащаяся в выхлопных газах, поглощает часть излучения, что сопровождается увеличением температуры газа, которое приводит к возникновению потока газа, перетекающего через датчик потока из зоны с объемом У 1 в компенсационную камеру с объемом У 2 . Вращающийся диск со щелью обеспечивает периодическое прерывание инфракрасного излучения, проходящего через два объема У 1 и У 2 . Датчик потока преобразует это перемещение диска со щелью 4 в переменный электрический сигнал. Когда испытуемый газ с измененным содержанием СО проходит через измеряющий элемент, он поглощает энергию инфракрасного излучения в количестве, пропорциональном содержанию СО. Отклонение от переменного основного сигнала соответствует показателю содержания СО в испытательном газе.

Для определения концентрации углеводородов используют пламенно-ионизационный метод, а 1ЧО Л. - хемилюминесцентный.

Сущность плазменно-ионизационного метода заключается в ионизации углеводородными атомами пламени водорода при температуре около 2000°С. Чувствительность этого метода пропорциональна количеству углеводородов. При непосредственном отборе пробоотборник нагревают во избежание адсорбции и конденсации углеводородов на его стенках при соприкосновении протекающего газа.

При анализе окислов азота (а в выхлопных газах присутствуют N0 и N03) их окисляют, проводят колориметрию и определяют интенсивность люминесценции N02, атомы которого при озонировании находятся в возбужденном состоянии. В качестве детектора применяется фотоэлектронный усилитель.

Газоанализаторы (рис. 9.2) позволяют объективно судить о полноте сгорания топлива. Любое отклонение от нормы в работе системы зажигания или других систем двигателя приводит к снижению его эффективности и, как следствие, к изменению концентрации вредных веществ в О Г.

Рис. 9.2. Структурная схема газоанализатора ОГ для ДВС:

Определено, что при каждом пятом перебое воспламенения (пропуске зажигания) на одной свече четырехцилиндрового двигателя количество углеводорода С^Н, увеличивается со 150 до 250- 400 ppm при частоте вращения коленчатого вала 1500 мин -1 ; при полностью неработающей свече оно вырастает до 1500-2000 ppm, а количество кислорода в ОГ увеличивается с 1 до 6-7%. Как правило, свечи начинают выходить из строя при холостом ходе. Поэтому при пропусках зажигания уменьшается доля СО и С0 2 , а доля 0 2 возрастает. Если при увеличении частоты вращения вала двигателя до 1500-1700 мин -1 характеристика восстанавливается полностью, то необходимо проверить свечи. При неработающей форсунке СН будет в норме, а количество кислорода в ОГ увеличится до 6-7%.

Таким образом, состав отработавших газов является обобщенным параметром, с помощью которого делается вывод об эффективности работы двигателя и его основных систем: механической, топливоподачи и зажигания. Правильно отрегулированные системы топливоподачи и зажигания при исправном двигателе дают минимальный выброс вредных веществ в атмосферу. Неоспоримое достоинство газоанализатора - его универсальность. Его с успехом можно применять при диагностике любых типов двигателей.

В настоящее время в связи с внедрением систем снижения токсичности и оборудованием автомобилей каталитическими нейтрализаторами двухкомпонентные газоанализаторы как диагностические приборы оказались малоэффективными. Они не дают достаточного количества объективной информации о работе двигателя, так как каталитические нейтрализаторы активно уменьшают именно концентрацию измеряемых ими продуктов сгорания - окиси углерода СО и углеводородов С /г Н,„. Современные четырехкомпонентные газоанализаторы измеряют концентрацию СО, С /г Н,„, С0 2 и 0 2 . Замеры содержания первых трех компонентов выполняются спектрометрическим методом. Концентрация кислорода определяется при помощи электрохимического датчика.

Преимущество приборов этого уровня заключается в том, что они позволяют расчетным путем определить исходный состав топливной смеси даже для двигателей, выхлопная система которых оборудована катализатором. Помимо этого, они дают несколько дополнительных параметров, совокупный анализ которых позволяет глубже понять характер процессов, происходящих в двигателе. Однако газоанализатор в большинстве случаев не позволяет локализовать неисправность, а лишь указывает на ее наличие.

Существенно расширить возможности применения газоанализатора можно, используя его в составе диагностических комплексов совместно с мотор-тестером.

Лучшим в своем классе является газоанализатор MGA1500 фирмы Sun. Газоанализаторы такого класса кроме измерения концентрации СО, С0 2 , 0 2 и С /г Н,„ в ОГ могут определять частоту вращения коленчатого вала двигателя, температуру масла в картере, суммарную токсичность ОГ и отображать результаты на дисплее в графическом виде, управлять режимом тестирования и вычислять коэффициент избытка воздуха по показаниям?-зонда для различных видов топлива (бензина, пропана, природного газа), осуществлять трехступенчатая очистку пробы газа. Диапазон измерения газоанализатором концентрации: СО - до 10%; С, ; Н /И - до 5000 ppm; С0 2 - до 25%; 0 2 - до 25%; диапазон рабочих температур - до -20°С; питание от сети - 220 В и от АКБ - 12 В.

Рис. 9.3.

1 - термопреобразователь; 2 - источник света; 3,5 - защитное стекло индикатора; 4 - фотоэлемент; б - измерительная камера; 7,8 - предварительные усилители; 9 - источник тока; 10 - источник питания прибора; 11 - микроЭВМ; 12 - жидкокристаллический индикатор; 13 - аналого-цифровой преобразователь; 14 - устройство коммутации; 15 - блок обработки измерительной информации

Дымомеры (рис. 9.3) предназначены для измерения дымности ОГ дизельных двигателей автомобилей. По показаниям дымомера можно определить состояние цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и частоту вращения вала дизеля, также можно распечатать результаты диагностирования на принтере, подключаемом к дымомеру.

• - ЭВМ; 2 - цифровые дисплеи; 3 - газоанализатор СпНт; 4 - пробоотборный насос; 5 - газоанализатор СО; 6 - газоанализатор N0*; 7 - вход для тариро- вочных газов

Cookies – это небольшие текстовые файлы, хранящиеся на Вашем компьютере при посещении вебсайта. При желании Вы можете удалить cookies, но это может препятствовать использованию полного функционала вебсайта. Для удаления cookies смотрите меню Вашего браузера. Для дополнительной информации о используемых cookies, пожалуйста, выберите «узнать больше о наших cookies» внизу данного окна. С помощью слайдера внизу Вы можете включать или отключать различные типы cookies. Примечание: это диалоговое окно не управляет сторонними cookies, к примеру, плагинами социальных медиа.

Переместите слайдер для изменения настроек:

Required

Comfort

Statistic

Targeting

To ensure that your cookie settings to take effect, the page is to click "Save and Close" to reload.

Cookies that are used for this website:

Name	plPosLatitude
Category	Comfort
Type	Session
Function

Name	plPosLongitude
Category	Comfort
Type	Session This cookie exists for the duration of your online visit. The visit is terminated by closing the browser window or the browser is closed.
Function	This cookie contains information about your address or address input in the workshop search. It is used to redo the last search if required. The information is only send to the Bosch workshop search server. This server is located in Germany.

Name	plSearchLatitude
Category	Comfort
Type	Session This cookie exists for the duration of your online visit. The visit is terminated by closing the browser window or the browser is closed.
Function

Name	plSearchLongitude
Category	Comfort
Type	Session This cookie exists for the duration of your online visit. The visit is terminated by closing the browser window or the browser is closed.
Function	This cookie contains information about the search address in the workshop search. It is used to redo the last search if required. The information is only send to the Bosch workshop search server. This server is located in Germany.

Name	plSearchRadius
Category	Comfort
Type	Session This cookie exists for the duration of your online visit. The visit is terminated by closing the browser window or the browser is closed.
Function	This cookie contains information about the search radius of the workshop search. It is used to redo the last search if required. The information is only send to the Bosch workshop search server. This server is located in Germany.

Name	plZoom
Category	Comfort
Type	Session This cookie exists for the duration of your online visit. The visit is terminated by closing the browser window or the browser is closed.
Function	This cookie contains information about the zoom of the workshop search. It is used to redo the last search if required. The information is only send to the Bosch workshop search server. This server is located in Germany.

Name	plServices
Category	Comfort
Type	Session This cookie exists for the duration of your online visit. The visit is terminated by closing the browser window or the browser is closed.
Function	This cookie contains information about selected filters of the workshop search. It is used to redo the last search if required. The information is only send to the Bosch workshop search server. This server is located in Germany.

Особенности организации процессов горения топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) обусловливают образование вредных веществ, которые выбрасываются вместе с отработавшими газами (ОГ) в окружающую среду и оказывают вредное воздействие на атмосферу, почву, воду, растения, животных и людей.

В идеальном случае при полном сгорании углеводородного топлива должны были бы образовываться только продукты полного сгорания топлива: диоксид углерода (СОД и вода (Н 2 0). Практически же вследствие физико-химических процессов в цилиндрах двигателя действительный состав ОГ очень сложный и включает более 1000 токсичных соединений, большую часть из которых представляют различные углеводороды. Ввиду такого многообразия и сложности идентификации отдельных соединений к рассмотрению обычно принимаются компоненты или их группы, составляющие основную часть ОГ (табл. 3.1).

Вредных выбросов у бензиновых ДВС в расчете на единицу полезной работы больше, чем у дизелей, в 2...4 раза по массе и в 1,5...2 раза по эквивалентной токсичности. Как видно из табл. 3.1, состав ОГ рассматриваемых типов ДВС существенно различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания - оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и сажи. Различие в составе ОГ бензиновых и дизельных ДВС объясняется большим коэффициентом избытка воздуха и лучшим распыли-ванием топлива в дизельных ДВС.

Таблица 3.1

Ориентировочный состав отработавших газов карбюраторных

и дизельных двигателей

	Концентрация по объему, %
Компонент	Бензиновый двигатель	Дизельный двигатель	Примечание
			Нетоксичный
			Нетоксичный
Водяной пар			Нетоксичный
			Малотоксичный
			Токсичный
			Токсичный
			Токсичный
			Токсичный
вОд., мг/м 3			Токсичный
Соединения свинца, мг/м 3			Токсичный
С (сажа), г/м 3			Токсичный
Бенз(а)пирен, мкг/м 3			Токсичный

Однако дизельные ДВС характеризуются высокой дымностью ОГ. Значение дымности ОГ зависит от содержания в них различных веществ: паров воды, несгоревших частиц масла и топлива, твердых частиц. Белый дым соответствует холодному пуску и малым нагрузкам двигателя. Он содержит в основном углеводороды и водяные пары. Черный дым наблюдается при больших нагрузках двигателя и содержит твердые частицы, в основном сажу. Наличие сажи объясняется тем, что, несмотря на сравнительно большой избыток воздуха в камере сгорания дизеля, происходит местное переобогащение смеси в различных участках объема камеры. Это способствует образованию частиц сажи, которые в основном сгорают в цилиндре дизеля, однако около 1 % этих частиц выбрасывается в атмосферу.

В состав ОГ входят вещества, образующиеся в результате термического синтеза из воздуха при высоких температурах (оксиды азота), продукты неполного сгорания топлива (несгоревшие углеводороды, окись углерода, спирты, кетоны, кислоты, перекиси, сернистый ангидрид, частицы сажи, продукты конденсации и полимеризации), а также продукты сгорания смазочного масла, вещества, образующиеся из присадок к топливу и маслу, и твердые частицы, в частности из материала конструкции двигателя (Ее, N1, Си, Сп, Сг).

Сущность явления токсичности определяется количественной характеристикой взаимоотношений между химическими компонентами внешней среды и организмом человека. Токсичность веществ - это мера несовместимости веществ с жизнью организма. Опасность вещества - это вероятность возникновения и развития отравления в реальных условиях.

Сгорание топлива в цилиндрах ДВС сопровождается образованием большого количества различных токсичных веществ, которые состоят из продуктов неполного сгорания и термического разложения углеводородов топлива, оксидов азота, соединений серы и свинца.

Доказано, что продукты сгорания топлива накапливаются в воде, растениях, на сооружениях, в почве. В воздухе они могут превращаться в другие, более токсичные, чем исходные продукты. При высоком содержании в малоподвижной и влажной атмосфере N02, 0 3 и С„Н т возникает туман коричневого цвета, который получил название «смог». Смог является смесью жидких и газообразных компонентов, он раздражает глаза и слизистые оболочки, ухудшает видимость на дорогах.

Характеристика отдельных компонентов ОГ и их воздействие на организм человека описаны в табл. 3.2.

Установлено, что в кабинах автомобилей и тракторов концентрация вредных веществ может в несколько раз превышать предельно допустимые нормы и отрицательно сказываться на здоровье работающих. Загрязнения отрицательно сказываются на продуктивности животноводства, урожайности сельскохозяйственных культур, качестве продукции.

Оксиды азота. Если температура в цилиндре превышает 1500 К, то азот и кислород воздуха вступают в химическое взаимодействие по цепному механизму:

N2 + О N0 + О + 136 кДжДК моль).

Воздействие отдельных компонентов ОГ на человека

Компонент	Характеристика компонента	Воздействие на организм человека
Оксиды азота (NO a .)	N0(95...98% всего объема) - бесцветный газ, очень плохо растворяющийся в воде; N02 (2...5 % всего объема) - газ красновато-бурого цвета с характерным запахом (плотность по воздуху 1,58)	Взаимодействуя с парами воды в воздухе, образуют азотную кислоту, разрушающую легочную ткань и вызывающую хронические заболевания. Концентрация N0,. в воздухе, равная 0,0001... ...0,0003 %, воспринимается по запаху, 0,0013 % - раздражает слизистую оболочку носа и глаз, 0,004...0,008 % -приводити отеку легких. Вызывают необратимые изменения в сердечнососудистой и нервной системах, в соединении с углеводородами образуют токсичные нитроолефины. Воздействие NО т на организм человека ничем не нейтрализуется
Окись углерода (СО)	Бесцветный газ без запаха и вкуса, очень плохо растворим в воде, плотность по воздуху 0,97, горюч, с воздухом образует взрывчатые смеси, значительно активнее кислорода в соединении с гемоглобином крови (более чем в 200 раз)	Вытесняя кислород из крови, нарушает перенос кислорода от легких к тканям. При этом наступает кислородное голодание, удушье. Если концентрация СО мала, то появляются субъективные ощущения: голова становится «тяжелой», сильная боль во лбу, висках, в глазах - «туман», в висках - ощущение пульсации. В дальнейшем - головокружение, шум в ушах, чувство слабости, рвота, учащается пульс, равнодушие, сонливость и потеря сознания. Воздействие СО зависит от ее концентрации в воздухе: 0,01 % - хроническое отравление при длительном пребывании, 0,05 % - слабое отравление через 1 ч, 1 % - потеря сознания через несколько вдохов. Концентрация около 0,01 % характерна для работы водителей в помещениях с ограниченным воздухообменом

Проверка токсичности и дымности отработавших газов двигателей

Углеводороды	Ароматические углеводороды, обладают сильными отравляющими свойствами, воздействуют на процессы кроветворения, деятельность центральной нервной и мышечной системы	Наибольшую опасность представляют канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), включая бенз(ос)пи-рен (БП, С 2 оН 12). Они не выводятся из организма человека, а со временем накапливаются в нем, способствуя образованию злокачественных опухолей
Альдегиды (формальдегид, акролеин)	Органические соединения, содержащие альдегидную группу СНО. Как правило, это бесцветная жидкость или газ с резким неприятным запахом	Вредно действуют на нервную систему и органы дыхания человека. Сильное раздражение слизистых оболочек носа и глаз наступает при концентрации формальдегида 0,18 %. Акролеин более ядовит и уже при концентрации 0,002 % вызывает сильное раздражение слизистых оболочек
	Твердый продукт, содержащий в основном углерод, а также 1...3 % (по массе) водорода	Частицы сажи засоряют дыхательные пути, вызывают хронические заболевания носоглотки и легких. Относительно крупные частицы сажи (размером более 10 мкм) задерживаются в верхних дыхательных путях и легко выводятся из организма, мелкие (0,1..Л0,0 мкм) задерживаются в легких и вызывают аллергию дыхательных путей. Токсичные свойства сажи обусловлены присутствием на ней адсорбированных канцерогенных ПАУ

3.1. Состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

Определяющей является верхняя реакция, скорость которой зависит от концентрации атомарного кислорода. При сгорании в цилиндрах ДВС образуется главным образом оксид азота N0.

В двигателе с искровым зажиганием окисление азота и образование N0 происходит за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания, где в результате Махе-эффекта достигаются наивысшие температуры. Образование N0 сильно увеличивается с ростом температуры газов и концентрации кислорода.

При сгорании в дизеле образование N0 определяется локальным составом смеси и температурой. Наибольшее количество N0 образуется в тех зонах заряда дизеля, которые сгорают первыми и имеют наибольшее время пребывания при температуре выше 2200 К.

Выход N0 зависит и от скорости охлаждения продуктов сгорания. Установлено, что при а > 1 (а - коэффициент избытка воздуха) в процессе расширения, когда температура газов в цилиндре уменьшается, концентрация оксида азота не снижается до равновесной, а остается на уровне максимальной, т.е. имеет место так называемая «закалка». При работе двигателя с искровым зажиганием при а

Оксид углерода. Оксид углерода образуется во время сгорания при недостатке кислорода, в ходе холоднопламенных реакций в дизелях или при диссоциации С0 2 (главным образом в двигателях с искровым зажиганием). При нормальной эксплуатации концентрация СО в дизелях невелика (не более 0,1...0,2 %).

В двигателях с искровым зажиганием основное влияние на образование СО оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концентрация СО. Значительное количество СО образуется в режимах холостого хода и максимальной мощности, когда коэффициент избытка воздуха находится в пределах 0,5...0,9.

Углеводороды. Углеводороды состоят из исходных или распавшихся молекул топлива, которые не принимали участия в сгорании. Они появляются в ОГ вследствие гашения пламени вблизи относительно холодных стенок камеры сгорания, в «защемленных» объемах, находящихся в вытеснителях и в зазоре между поршнем и цилиндром над верхним компрессионным кольцом.

В дизелях углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где происходит пиролиз молекул топлива (распад молекул топлива под действием высоких температур при отсутствии химических реагентов). Если в процессе расширения в эти зоны не поступит достаточное количество кислорода, то углеводороды окажутся в составе ОГ. Углеводороды могут выбрасываться в атмосферу также вследствие пропусков воспламенения, негерме-тичности выпускного клапана или системы вентиляции картера, а также из-за испарения бензина в топливном баке и карбюраторе.

В ряде работ (например: Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и транспортных дизелей / А.Р. Кульчицкий. М.: Академический проект, 2004) утверждается, что значительная часть С„Н, П выбрасывается в результате того, что на тактах впуска и сжатия горючей смеси пары топлива поглощаются масляной пленкой на стенках цилиндра (абсорбция). На такте расширения парциальное давление паров топлива в заряде снижается практически до нуля и происходит их выделение из пленки (десорбция). Аналогичный эффект вызывается также нагаром на поверхности камеры сгорания.

Количество различных углеводородов, входящих в группу токсичных веществ, превышает 200. В тех концентрациях, в которых С„Н т содержится в воздухе даже в зонах с самым интенсивным движением автотранспорта, они не приносят значительного вреда здоровью человека, однако могут вызывать реакции, которые ведут к образованию соединений, вредных даже при незначительной их концентрации. Так, углеводороды под действием солнечных лучей могут взаимодействовать с оксидами азота, образуя биологически активные вещества, которые вызывают появление смога и раздражающе действуют на органы дыхательных путей.

Особое значение имеют выбросы бензола, толуола, ПАУ и в первую очередь бенз(а)пирена. Эта группа высокотоксичных веществ образуется в результате пиролиза (разложения) легких и средних фракций топлива при температуре 600...700 К. Такие условия возникают во время рабочего хода в цилиндре вблизи его холодных поверхностей при наличии там несгоревших углеводородов. Количество ПАУ в ОГ тем больше, чем выше концентрация в топливе бензола.

Сажа. Сажа образуется при температуре выше 1500 К в результате объемного процесса термического разложения (пиролиза) топлива при сильном недостатке кислорода. Формально реакция пиролиза выражается уравнением

С„Н т пС + 1/2тН 2 .

Сажа начинает образовываться при а

В двигателях с искровым зажиганием концентрационные пределы воспламенения смеси не совпадают с указанными пределами начала образования сажи, поэтому содержание сажи в ОГ двигателей с искровым зажиганием незначительно.

В дизелях вследствие неоднородности состава смеси в цилиндрах преобладает так называемое диффузионное сгорание, при котором скорость горения в основном лимитируется не скоростью химических реакций, а скоростью смешения (диффузии) паров топлива в воздухе. В результате этого в цилиндре дизеля имеют место зоны с богатой, стехиометрической и бедной смесью. В зонах с богатой смесью при диффузионном догорании и малом доступе кислорода создаются благоприятные для пиролиза условия. Большая часть частиц сажи имеет размеры 0,4...5 мкм. Концентрация частиц сажи в ОГ зависит и от выгорания ее в процессе расширения, когда к частицам поступает кислород. Наличие сажи в ОГ обусловливает черный дым на выпуске.

Сажа - не единственное твердое вещество, содержащееся в ОГ. Другие твердые вещества образуются из содержащейся в дизельном топливе серы, а также аэрозолей масла и несгоревшего топлива. Кроме того, в ОГ могут находиться продукты износа цилиндра. Все вещества, которые оседают на специальном фильтре при прохождении через него ОГ, получили общее название - «частицы».

До недавнего времени считалось, что бензиновые двигатели более токсичны, чем дизельные, однако применение неэтилированных бензинов и микропроцессорной техники, регулирующей подачу топлива, позволило значительно снизить выброс токсичных веществ и повысить их экономичность.

Для контроля содержания в ОГ вредных компонентов выпускаются анализаторы, основанные на оптических методах анализа. Принцип их действия заключается в избирательном поглощении компонентами ОГ лучистой радиации в инфракрасной, ультрафиолетовой или видимой областях спектра. Концентрация компонента определяется пропорционально степени поглощения лучистой радиации.

Для определения содержания в ОГ оксидов азота, оксида углерода и углеводородов выпускаются газоанализаторы ГИАМ-27-02(04), ГАИ-1, ГЛ-1121, основанные на прямом поглощении инфракрасного (ИК) излучения пробой исследуемого газа. Трубка пробозаборника газоанализатора устанавливается в выхлопную трубу автомобиля с прогретым двигателем. Отработавшие газы просасываются через фильтры и поступают в рабочую кювету оптического блока.

Для непрерывного измерения концентрации СО, С0 2 , С„Н т, N0* в отработавших газах выпускаются газоаналитические системы АСГА-Т, ЕМЕИАС-2000.

Разработано несколько методов определения дымности ОГ, которые основаны на степени поглощения светового потока столбом газа заданной длины (СИДА-107 «Атлас», «Хартридж», «Вольво») либо фильтрации определенного объема ОГ с последующим определением степени отражения света поверхностью фильтра, покрытого сажей (ИД-1, «Бош», ЕМЕ11АС-2000).

Для определения содержания частиц ОГ при сертификационных испытаниях применяется так называемый разбавительный туннель.

Отработавшие газы из дизеля направляются в туннель, одна сторона которого через воздушный фильтр связана с атмосферой, а другая подсоединена к пробоотборнику постоянного объема. Отработавшие газы разбавляются теплым воздухом (20...30 °С) для того, чтобы избежать конденсации водяных паров, содержащихся в ОГ до отбора пробы. Отобранная проба при постоянном расходе прокачивается через специальный стандартный фильтр; температура на входе в него должна быть не выше 52 °С, чтобы смоделировать конденсацию. Фильтрующий элемент взвешивается с высокой точностью до и после отбора пробы. По разности показаний весов определяется содержание частиц в пробе. После учета соотношения расходов через туннель и фильтр определяется общий выброс частиц.

В настоящее время разработаны стандарты и правила, устанавливающие предельно допустимые нормы выброса СО, СН и N0*. Кроме того, для дизелей установлены нормы на допустимую дымность ОГ. В последнее время от нормирования дымности ОГ многие страны перешли к нормированию содержания в них частиц.

Нормы на допустимые токсичные выбросы с ОГ устанавливаются исходя из условий обеспечения санитарных норм на предельно допустимые концентрации токсичных веществ в атмосфере на улицах городов с интенсивным движением автомобилей. С ростом автомобильного парка вводятся все более жесткие нормы.

Нормирование токсичности ОГ является главным стимулом к созданию тракторов и автомобилей с требуемыми экологическими показателями.

Впервые нормирование токсичности ОГ и картерных газов было введено в 1959 г., в штате Калифорния (США). В 1968 г. на его основе утвержден Государственный (федеральный) стандарт. С 1970 г. Европейской экономической комиссией ООН рекомендованы единые для государств Европы Правила оценки токсичности ОГ и картерных газов (Правила № 15 и № 49). С 2000 г.

в странах Европейского экономического сообщества должны выполняться Правила № 83.03, № 49 и № 24. В нашей стране нормирование токсичности ОГ началось в 1970 г. (ГОСТ 16533-70).

В настоящее время существуют разные стандарты, разработанные для США, Европы и Японии, представляющих собой регионы с наиболее жестким нормированием выбросов. Эти стандарты постоянно совершенствуются, а нормы становятся все более жесткими. При этом сформировалась четкая тенденция приближения европейских стандартов к стандартам США, а наши стандарты уже сейчас во многом идентичны Правилам № 83.03 ЕЭК ООН, предусматривающим пять типов испытаний.

В табл. 3.3 приведены европейские нормы на выбросы токсичных веществ и дымности ОГ согласно Правилам ЕЭК ООН № 49 и ЕВС/ЕШ, ОСТ 37.001.234-81, а также (справочно) фактические выбросы автомобилей КамАЗ и МАЗ согласно приведенным замерам.

Таблица 3.3

Выброс загрязняющих веществ дизельными двигателями

ЕШЮ-З (с 2000 г.)
ЕШЮ-4 (с 2005 г.)
ЕШЮ-5 (с 2010 г.)
ОСТ 37.001.234-81
Фактические выбросы
КамАЗ, МАЗ

Снижение токсичности ОГ до допустимых пределов представляет собой сложную научно-техническую задачу, при решении которой большое значение имеет стоимость тех или иных мероприятий, а также необходимость обеспечения сохранения высоких экономических, энергетических и других показателей двигателей.

Исторически снижение токсичности ОГ осуществлялось в первую очередь путем совершенствования традиционных процессов смесеобразования и сгорания при одновременной оптимизации управления двигателем (регулировались состав смеси и угол опережения зажигания). Практика показала, что достичь при этом уровня токсичности ОГ, требуемого законодательством развитых стран, нельзя.

Поэтому широкое применение получил второй путь - нейтрализация ОГ (СО, С„Н т, N0*) в системе выпуска до выброса их в атмосферу.

Использование этих двух путей не позволяет устранить выбросы соединений свинца, 80 2 и ПАУ. Это вызывает необходимость использовать третий путь - ограничение содержания в топливе свинца, серы и ароматических углеводородов. Например, по действующим в нашей стране стандартам в этилированных бензинах Н-80 и АИ-92 содержание свинца не должно превышать 0,17 и 0,37 г/дм 3 соответственно, а в неэтилированном бензине свинец практически отсутствует (менее 0,013 г/дм 3). В дизтопливе допускается содержание серы по массе не более 0,20...0,05 %. Уменьшение содержания в бензинах ароматических углеводородов обеспечивает снижение выбросов бензола и ПАУ. Разрешенное содержание свинца, серы и ароматических углеводородов в топливах для ДВС постоянно уменьшается.

Четвертый путь снижения вредных выбросов с ОГ связан с улучшением топливной экономичности двигателей (снижением расхода углеводородного топлива) или с переходом на альтернативные виды топлива, в том числе не содержащие углерод (например, водород).

Перевод двигателей на питание сжатым природным газом дает заметный экологический эффект из-за значительного отличия элементного состава природного газа и бензина. Например, при испытаниях в среднем регистрируется выброс СО в 2 раза, С„Н т - на 15...40 %,Ж) Х - на 15 % меньше норм по ОСТ 37.001.054-86. Одновременно при работе на сжатом газе регистрируется меньший выброс С0 2 и отсутствие тяжелых углеводородов. Опыт показывает, что оптимизация состава смеси и угла опережения зажигания не дает возможности при работе на газе выполнить нормы ЕШЮ-2.

Для снижения токсичности ОГ используется большое количество различных мероприятий, включая применение специальных антитоксичных устройств и систем. Выбор той или иной стратегии зависит от уровня токсичности ОГ, который требуется обеспечить. Другими словами, все зависит от законодательных норм на допустимые выбросы токсичных веществ, которые необходимо выполнять.

• Продукты сгорания первых порций смеси, расположенных вблизи свечи зажигания, подвергаются адиабатному сжатию в результате повышения давления при сгорании остальной массы смеси. Вследствие этого в начальной зоне горения имеют место повышенные значения температуры по сравнению с их значениями в остальной массе заряда. Это различие температур в камере сгорания двигателя с искровым зажиганием называется Махе-эффектом.

К атегория:

Ремонт топливной аппаратуры автомобилей

Проверка и регулировка токсичности отработавших газов двигателя

Оптимальным режимом работы двигателя следует считать такой, когда коэффициент избытка воздуха приближается к а =1,2. При этом достигается снижение токсичности и уменьшение расхода топлива. Для практического обеспечения этого режима необходимы специальные конструктивные мероприятия, которые внедряются на автомобильных двигателях.

Графики зависимостей показывают, что наибольший выброс окиси углерода происходит в режиме холостого хода двигателя. Поскольку этот режим составляет довольно большой процент работы двигателя, особенно в городе, оказалось целесообразным ввести ограничения токсичности именно для режима холостого хода, учитывая также простоту проверки токсичности в этом режиме.

С целью нормирования токсичности в нашей стране действует ГОСТ 17.2.2.03 - 77 «Охрана природы. Атмосфера. Содержание окиси углерода в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Нормы и метод определения». Согласно этому ГОСТу, допускается содержание окиси углерода в отработавших газах двигателей при работе на холостом ходу и при отборе пробы внутри выпускного трубопровода на расстоянии не менее 300 мм от его среза - не более 2,0% по объему при малой частоте вращения коленчатого вала; не более 1,5% по объему при большой частоте вращения (0,6 п от частоты вращения, соответствующей номинальной мощности двигателя) для автомобилей, изготовленных с 01.07. 1978 г. до 01.01. 1980 г. После этого срока нормы ужесточаются соответственно до 1,5 и 1,0%.

Рис. 49. Зависимость концентраций токсичности веществ от состава горючей смеси

Для контроля токсичности отработавших газов карбюраторных двигателей разработаны и применяются различные методы. Они позволяют определять величину концентраций окиси углерода, окислов азота и несгоревших углеродов в отработавших газах. Концентрацию окиси углерода, которая содержится в отработавших газах в значительных количествах, можно определять относительно простыми методами. Из них следует особо выделить следующие: каталитическое дожигание окиси углерода на раскаленной платиновой спирали; поглощение компонентами отработавших газов недисперсного инфракрасного излучения, имеющего определенную длину волны; химический метод, использующий реакцию ве-щества-индикатора с окисью углерода.

Состав отработавших газов определяют с помощью приборов, называемых газоанализаторами. Они бывают стационарные и портативные (переносные). Стационарные газоанализаторы применяют в основном для лабораторных исследований.

Токсичность отработавших газов в условиях эксплуатации автомобилей проверяют переносными отечественными газоанализаторами типа ОА-2Ю9, К-456 и импортными типа Элкон S-105 (ВНР), Абгаз-Инфралит (ГДР), AS R-70 (ПНР) и др.

Хорошими качествами обладают газоанализаторы непрерывного контроля отработавших газов типа К-456 и Элкон S-105.

Принцип работы прибора К-456 заключается в определении концентрации СО по количеству тепла, которое выделяется при дожигании пробы газа на раскаленной каталитически активной платиновой спирали. В качестве измерительной системы газоанализатора К-456 (рис. 50) используется электрический мост, в плечи которого включены измерительная платиновая нить R, термо-компенсациоиная эталонная платиновая нить RK, два постоянных резистора R1 и R2, а в диагональ - измерительный прибор И. На ноль стрелку прибора устанавливают перемещением движка потенциометра Rn. Питание прибора осуществляется от аккумуляторной батареи Б. Для надежности подвода отработавших газоз к платиновой нити используется мембранный насос.

Рис. 50. Схема измерительной части газоанализатора с каталитическим дожиганием отработавших газов

При поступлении отработавших газов к раскаленной платиновой нити происходит их догорание и выделяется дополнительная теплота. В результате повышается температура нити и увеличивается ее сопротивление, что ведет к разбалансу моста. Степень разбаланса регистрируется измерительным прибором - микроамперметром, шкала которого отградуирована в процентах содержания СО.

Прибор Элкон S-105 показан на рис. 51. На лицевой панели прибора расположены стрелочный прибор, легкосъемные фильтры для пробы газов и воздуха, ручки управления и кабель электрического питания от автономной аккумуляторной батареи.

Рис. 51. Газоанализатор Элкон S-105:
1 - стрелочный прибор, 2 - воздушный фильтр, 3 - ручка потенциометра зануления прибора, 4- переключатель напряжения питания 6-12 В, 5 - предохранитель, 6 - трубка для подвода газов от выпускной трубы глушителя, 7 - зонд, 8 - газовый фильтр, 9 - аккумуляторная батарея

Порядок работы с прибором следующий: подключают прибор к источнику питания; соединяют трубку подвода газов с зондом прибора, не соединяя ее конец с выпускной трубой глушителя автомобиля; устанавливают на ноль стрелку прибора ручкой потенциометра; вставляют трубку пробоотборника в выпускную трубу глушителя и закрепляют ее зажимом, пускают двигатель и замеряют концентрацию СО в интервале 30 с (не менее) в выбранном режиме.

Газоанализатор Абгаз-Инфралит (ГДР) работает на принципе поглощения различными газовыми компонентами инфракрасных лучей с определенной длиной волны. Например, окись углерода СО поглощает инфракрасные лучи (ИК-лучи) длиной волны 4,7 мкм. В данном случае степень поглощения лучей соответствует концентрации СО.

Принцип работы газоанализатора Абгаз-Инфралит (рис. 52) следующий. Два излучателя 6 инфракрасных лучей через параболические линзы и обтюратор создают пучок, направляемый в рабочую камеру и камеру сравнения, которая заполнена воздухом, не поглощающим ИК-лучи.

В рабочей камере газ проходит под действием мембранного насоса и поглощает из общего спектра ИК-лучи длиной 4,7 мкм. При этом в лучеприемник поступают два потока лучей разной интенсивности. Чувствительная мембрана приемника, разделяющая его камеры, испытывает разность давлений лучей и прогибается в сторону меньшего давления. Перемещение мембраны воспринимается усилителем и далее передается в стрелочный (индикаторный) и записывающий приборы.

Поскольку индикаторный анализатор очень чувствителен к изменению температуры, в конструкции его предусмотрены отделитель конденсата, газовый фильтр, электрический холодильник для стабилизации температуры.

Газоанализаторы, работающие на принципе поглощения ИК-лучей отработавшими газами, отличаются малой погрешностью (0,5% при анализе окиси углерода), высоким быстродействием, компактностью и удобством в работе.

Токсичность отработавших газов проверяют в двух режимах холостого хода двигателя и при резком открытии дроссельных заслонок карбюратора. Такая последовательность контроля токсичности позволяет оценить работу системы холостого хода, главного дозирующего устройства и ускорительного насоса карбюратора. При необходимости вместе с проверкой выполняют регулировки или устраняют неисправности карбюратора, позволяющие установить предельный уровень токсичности отработавших газов.

Указанные работы проводят на прогретом до нормальной температуры двигателе.

Регулировку системы холостого хода выполняют в следующем порядке: – винтом количества смеси карбюратора устанавливают минимальную частоту вращения коленчатого вала, рекомендованную заводом-изготовителем двигателя (контроль ведут по тахометру); – винтом качества смеси добиваются повышенной частоты вращения на данном режиме и замеряют содержание СО в отработавших газах, которое должно составлять около 1,5% (для автомобилей, изготовленных после 1.1.80 г.); – снижают содержание СО до величины, несколько меньшей 1,5%, завертывая в несколько приемов винт качества и доводя частоту вращения коленчатого вала до нормы винтом количества смеси.

Рис. 52. Схема газоанализатора Абгаз-Инфралит:
1 - газоотборный зонд. 2 - отделитель конденсата. 3 - фильтр, 4 - мембранный насос, 5 - рабочая камера, 6 - излучатель ИК-лучей, 7 - обтюратор с электродвигателем, 8 - камера сравнения, Я - лучеприемник, 10 - усилитель, 11 - стрелочный прибор, 12 - регистрирующий прибор

Если не удается добиться указанной регулировки, то это свидетельствует об износе винта качества смеси, засорения воздушных каналов или жиклеров холостого хода, повышении уровня топлива в поплавковой камере, засорении воздушного фильтра карбюратора.

Выявленные неисправности устраняют и проводят повторную регулировку.

Слишком высокое содержание СО будет характеризовать переобогащение смеси вследствие засорения воздушного компенсационного жиклера, повышения уровня топлива в поплавковой камере, засорения воздушного фильтра или негерметичности (подтекании) клапана экономайзера.

Проверку токсичности при работе ускорительного насоса проводят в следующем порядке: – снижают частоту вращения коленчатого вала до 600- 700 об/мин и замеряют содержание СО в этом режиме; – резко нажимают 2-3 раза на педаль управления дроссельной заслонкой, наблюдая за отклонением стрелки газоанализатора.

Если ускорительный насос исправен, то содержание СО должно скачкообразно повышаться до 1%. Меньшее увеличение концентрации СО свидетельствует о потере производительности ускорительного насоса вследствие неточной регулировки его привода или износа деталей.

Для автомобилей с бензиновыми вновь изготавливаемыми и находящимися в экс­плуатации в Беларуси, действует ГОСТ 17.2.2.03-87 „Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Требова­ния безопасности с изменением №1 «. Стандарт не распространяется на автомобили, полная масса которых менее 400 кг или максимальная скорость не превышает 50 км/ч, на автомобили с двухтактными и роторными двигателями.

При испытании на токсичность отработавших газов двигатель прогре­вается до рабочей температуры, воздушная заслонка полностью открыва­ется. В выхлопную трубу на глубину не менее 300 мм от среза вставляет­ся зонд. Устанавливается повышенная частота вращения коленчатого ва­ла двигателя. После работы на этом режиме не менее 15 с частота вра­щения снижается до минимальной пхх мин и не ранее чем через 20 с измеря­ется содержание оксида углерода и углеводородов. Затем устанавлива­ется повышенная частота вращения коленчатого вала двигателя nхх пов и не ранее чем через 30 с повторно изме­ряется содержание оксида углерода и углеводородов. Проверку на повышенной частоте вращения коленчатого вала проводят только на автомобилях, имеющих карбюратор. Минимальная и максимальная частоты устанавливаются в технических условиях и инструкции по эксплуатации автомобилей. Если эти значения не установлены, при проверке принимают nхх мин = (800±50) мин-1, nхх пов = (3000±100) мин-1.

При наличии в ав­томобиле раздельных выпускных систем измерение производят отдельно для каждой из них. Показателем токсичности служат максимальные кон­центрации оксида углерода. Содержание оксида углерода в % и углеводо­родов в млн-1 в отработавших газах по ГОСТ 17.2.2.03-87 для России с изменением №1 не должно превышать норм, приведенных в табл.

Содержание углеводородов указываются в млн-1 по принятому международному обозначению, при этом 1 % углеводородов соответствует 10 000 млн-1. Такое обозначение принято в связи с тем, что при считывании показаний приборов трудно оценивать малые значения процентного содержания углеводородов, например 0,1 или 0,01, в тоже время 100 или 1000 млн-1 более наглядно показывает динамику изменения показаний приборов.

В Республике Беларусь при проверке содержания токсичных веществ в отработавших газах следует пользоваться данными таблицы.

Табл. Предельно допустимое содержание токсичных компонентов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями (Беларусь)

Частота вращения коленчатого вала мин -1	Предельно допустимое содержание оксида углерода, объемная доля, %	Предельно допустимое содержание углеводородов, объемная доля, млн -1 , для двигателей с числом цилиндров
		до 4	более 4
n хх мин	1,5	1200	3000
n хх пов	2,0	600	1000