Экологические показатели двигателей

Экологические показатели ДВС характеризуются выбросом вредных веществ, дымностью отработавших газов, а также уровнем шума и вибрации.

Образование токсичных веществ в ДВС и их нормирование.

Сгорание в ДВС топлива (топливо состоит из углерода (С), водорода (Н), кислорода (О₂) и др. составляющих) происходит при присутствии воздуха (воздух состоит из 0,23 О₂ и 0,77 N), сопровождается образованием токсичных веществ.

При сгорании в ДВС 1кг бензина [2] при средних режимах работы выделяется примерно 300…310г токсических компонентов (225г окиси углерода, 55г окиси азота, 1…1,5г сажи и др.).

При сгорании 1кг дизельного топлива выделяется около 80…100г токсичных компонентов (20…30г окиси углерода, 20…40г окислов азота, 4…10г углеводорода, 10…30г окислов серы, 0,8…1,0 альдегидов, 3…5г сажи и др.).

Наиболее опасны для человека, животного и растительного мира окислы азота (NОx), сажа (C),, окислы углерода (CO), углеводороды (CxHy), бенз(а)пирен (C₂₀H₁₂), окиси серы (SОx), аммиака (NH₃), окиси свинца PbO, альдегиды (RCHO).

СО образуется в основном, когда в смеси недостаток кислорода и происходит неполное сгорание топлива.

NОx в отработавших газах более 90%, образуются, когда максимальная температура в процессе сгорания превышает 2200К и больше в смеси О₂ и N.

С – сажа образуется в результате термического распада топлива в зонах камеры сгорания, где α <0,3 и температура больше 1200К.

СхНу образуется в низкотемпературных зонах у стенок камеры сгорания, где пламя гасится, при чрезмерном обеднении смеси и при пропусках воспламенения.

Альдегиды образуются перед горением, а также на такте расширения и выпуска, когда есть пленка масла и топлива.

Соединение свинца образуются при сгорании этилированного бензина.

Сернистый газ и сероводород образуются при сгорании серы, содержащейся в топливе.

Оптическая плотность отработавших газов – нормируемый параметр дымности отработавших газов дизелей. Она представляет собой количество света, поглощенного частицами сажи и другими светопоглощающими дисперсными частицами отработавших газов дизелей, определяемое по шкале измерительного прибора.

 

 

Таблица 4.1. Норма удельных выбросов для легковых автомобилей.

Токсичные вещества

Нормы выброса в г/км и срок внедрения

Евро -1 1993 Евро -2 1996 Евро -3 2000/2001 Евро -4 ~ 2005 СО дизеля. СО искр.зажиг 2,72 2,0 2,2 0,64 2,3 0,5 1,0 СхНу + NOX 0,97 0,7 0,5 0,56 0,2 0,3 - СхНу     0,2 0,1 NOх -- -- 0,5 0,25 Твёрдые части РМ. 0,14 0,08 0,05 0,025

 

Таблица 4.2. Норма удельных выбросов для грузовых автомобилей.

Токсичные вещества	Норма выбросов в гр/км
	Евро-1	Евро-2	Евро -3	Евро-4
NOх	8	7	5	2,56
CO	4,5	4,0	2,1	2,76
CxHy	1,1	1,1	0,66	0,41
Твёрдые части	0,36	0,15	0,1	0,08

Влияние различных факторов на токсичность ДВС.

Токсичность зависит от типа двигателя (табл. 4.3).

Таблица 4.3.

Вещества

Удельное содержание, г/кВт. ч

Карбюраторные Дизели Окиси углерода (СО) 70…180 4…5,5 Окиси азота(NОх) 27 12…19 Углеводороды(СхНу) 14…140 2…4,0 Альдегиды 3,4 0,14…0,2 Сернистый ангидрид 0,28 0,95 Сажа (С) 0,4 1,4…2,0

На выход токсичных веществ существенное влияние оказывают тип камер сгорания. Так, дизели с разделенной камерой сгорания (вихрекамерные и предкамерные) имеют в 10…12 раз меньший удельный выброс углеводородов, в 4 раза меньший выброс окиси углеводорода и в 2 раза меньший выброс окислов азота по сравнению с однокамерными.

Повышение частоты вращения коленчатого вала увеличивает токсичность, что вызвано, вероятно, сокращением времени на смесеобразование и сгорание.

Т оксичность зависит от нагрузки на двигатель, причем характер изменения показателей токсичности дизелей отличается от характера изменения токсичности карбюраторных двигателей.

При обогащении смеси существенно возрастает концентрация СО и СН, при обеднении смеси количество NОx сначала возрастет (из-за увеличения свободного кислорода), а при α = 1,05…1,1 уменьшается (из-за снижения температуры сгора-ния), при этом СО₂ также несколько снижается.

При увеличении угла опережения зажигания по отношению к его оптимальному значению возрастает концентрация NОx, особенно при обеднении смеси, для поздних углов опережения зажигания характерно снижение NОx, но при этом ухудшается топливная экономичность.

Изменение угла опережения впрыска для дизеля особенно сказывается на выделении сажи и СхНу, для которых можно определить оптимум по токсичности.

Снижение токсичности может быть достигнуто не только за счет угла

опережения впрыска, но и за счет изменения давления начала впрыска топлива

 При увеличении давления снижается содержание углеводородов (СхНу) и бенз(а)пирена (С₂₀Н₁₂), максимальное содержание окислов азота (NОx) наблюдается при давлении топлива 17…18 МПа для установившегося режима и линейно возрас-тает с увеличением давления впрыска в режиме свободного ускорения

Необычайно сильно влияние на образование токсичных компонентов имеет техническое состояние двигателя, топливной аппаратуры и систем зажигания.

Неисправности автомобиля общего характера увеличивают выбросы на 20%; неисправности системы питания и зажигания, влияющие на процесс сгорания, увеличивают суммарные выбросы вредных веществ в 2…5 раз, а канцерогенных веществ в 100 раз.

О сновные способы снижения токсичности и дымности ДВС:

1. Совершенствование смесеобразования и сгорания (послойное смесеобразование,

   форкамера и др.).

2. Правильная регулировка всех систем ДВС.

3. Рециркуляция отработавших газов (позволяет уменьшить на 40-50% NОх, но при  

этом снижается экономичность).

4. Применение присадок к топливу (антидымные для дизеля).

5. Применение неэтилированного бензина и газового топлива, спирта, водорода.

6. Нейтрализация газов с помощью термической (дожигатели) и каталитической  

систем.

Применение этих мер естественно приводит к удорожанию автомобилей,