Нормирование шума автомобиля (стр. 2 из 4)

На двигателях, имеющих настроенную систему выпуска с индивидуальными выпускными патрубками на каждый цилиндр, можно применять бескомпрессорную подачу дополнительного воздуха с помощью малоинерционных обратных клапанов (пульсаров) Пульсары (рис. 3), устанавливаемые на выпускном трубопроводе двигателя, срабатывают от импульсов разрежения, возникающих в пульсирующем потоке ОГ двигателя за выпускными клапанами. Лепестковый клапан пульсара открывается в момент разрежения в потоке ОГ и пропускает в коллектор воздух, а при прохождении волны повышенного давления запирается. Следует отметить, что производительность пульсаров мало зависит от противодавления в системе выпуска, что немаловажно при установке нейтрализаторов последовательно со стандартным глушителем шума выпуска. Установка пульсаров практически не влияет на топливно-скоростные характеристики автомобиля.

Рис. 3 Схема пульсара.

1 — перфорированная пластина, 2 — эластичная мембрана, 3—упор обтекатель

Нейтрализаторы бензиновых двигателей работают в диапазоне температур ОГ от 120°С на холостом ходу, до 600 °С на форсированных режимах. Каждый процент повышения объемных концентрации СО или С_nH_m в ОГ повышает температуру реакции на катализаторе примерно на 100°С. Верхний диапазон температур в реакторе при мощностном обогащении смеси может достигать 800 900 °С, а при возникновении неисправностей в системе питания и зажигания — 1000 1100°С. Это аварийный режим, который может привести к спеканию катализатора, прогару реактора и корпуса нейтрализатора.

Для прекращения подачи дополнительного воздуха в реактор на аварийных по температуре режимах, а также на принудительном холостом ходу во избежание возникновения «хлопков» в нейтрализаторе применяется система контроля и автоматического управления. Она включает в себя датчик температуры (термопару), установленный в реакторе, электронный блок управления, трехходовой электромагнитный клапан и клапан отсечки воздуха. Электронный блок подает управляющий сигнал на трехходовой клапан при достижении определенного порога температур (около 850 °С). Клапан срабатывает также от максимального разрежения во впускном трубопроводе двигателя при егоработе на принудительном холостом ходу. В обоих случаях он, воздействуя на клапан отсечки воздуха, предотвращает подачу воздуха в нейтрализатор. Такая система применяется с любым типом воздухоподающих устройств — нагнетателем, эжектором или пульсарами.

Электронный блок управляет сигнальной лампочкой на щитке приборов водителя - в кабине автомобиля. В диапазоне температур 300—850 °С лампочка не горит — нейтрализатор работает нормально При температуре ниже 300 °С лампочка загорается, а при температуре выше 850 °С горит прерывисто В первом случае –она сигнализирует о том, что нейтрализатор не выходит на активный режим из-за отсутствия подачи воздуха или потери активности катализатора, во втором — о возникновении неисправностей в двигателе. В любом случае необходимо прекратить эксплуатацию СНОГ до выяснения и устранения неисправностей.

Токсичность отработавших газов и способы её снижения у современных автомобилей.

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.

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 (рис.4).

Рис. 4. Состав отработавших газов бензинового двигателя в зависимости от состава топливовоздушной смеси:

а — без нейтрализатора б — с трехкомпонентным нейтрализатором

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. Вследствие этого современные автомобили с бензиновыми двигателями снабжаются каталитическими нейтрализаторами.

Нейтрализатор состоит из носителя, заключенного в корпус. Носитель представляет собой керамический материал (сотовой 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:

2СО + О₂ -> 2С0₂

СmНn + (m + n/4)O₂-> mCO₂ + (n/2)Н₂О

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

Рис. 5. Токсичность выхлопа и дымность (К) дизелей с разделенной камерой сгорания:

а — по частоте вращения (----) — для двигателя с неразделенной камерой, б — по составу смеси (нагрузке) в — по углу опережения впрыска (©вп)

СО и СН, но и одновременно окислов азота NОх. Такие нейтрализаторы называются трехкомпонентными.

Основная проблема заключена в том, что в отличие от указанных выше реакций окисления уменьшение концентраций NOx является реакциями восстановления:

2NO + 2СО -> N₂ + 2СO₂ ;

2NO + 2Н₂ -> N₂ + 2Н₂O ;

2NO + 5Н₂ -> 2NНз + 2Н₂O (при а < 1).

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% (рис.4). Чтобы обеспечить такую точность поддержания состава смеси, на современных двигателях устанавливают электронные системы управления подачей 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.

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.