Циклический характер работы двс один из его недостатков, но вместе с тем именно благодаря ему в двс реализуются высокие максимальные температуры и давления (стр. 6 из 27)
В термических нейтрализаторах обезвреживание газов состоит в окислении при высоких температурах CO и C Hx. При невысоких температурах (150-200°С) в термических нейтрализаторах происходит преобразование NO в NO2, а токсичность NO2 существенно ниже, чем токсичность NO. Термические нейтрализаторы выполняют в виде теплоизолированных камер сгорания и устанавливают в выпускной системе по возможности ближе к выпускным каналам двигателя.
В каталитических нейтрализаторах для ускорения протекания окислительных или восстановительных реакций применяют катализаторы, в качестве которых используют металлы или их окислы: платина, палладий, окислы меди, никеля и др. Выпускные газы пропускают через слой катализатора. Наличие сажи в выпускных газах приводит к забиванию катализатора. С этим борются, устанавливая сажевые фильтры перед нейтрализатором или путем периодического выжигания сажи в нейтрализаторе. Опасен для каталитических нейтрализаторов свинец, дезактивирующий нейтрализатор и сера. Поэтому при применении каталитических нейтрализаторов в двигателях используют неэтилированные бензины с низким содержанием серы.
В жидкостных нейтрализаторах токсичные вещества растворяются или связываются при их прохождении через воду или водные растворы определенных веществ. После прохождения через эти нейтрализаторы выпускные газы содержат жидкость, которая удаляется в специальных фильтрах. В жидкостных нейтрализаторах задерживается до 60 … 80% сажи и около 30% NOx. Жидкостные нейтрализаторы громоздки и требуют частой смены фильтрующей жидкости.
В настоящее время наибольшее распространение получили трехкомпонентные нейтрализаторы. Они позволяют достигнуть высокой степени очистки выпускных газов по CO, CHx, NOx, но для их функционирования необходима точная регулировка коэффициента избытка воздуха в окрестности a = 1,0 (стехиометрическая смесь). С этой целью в выпускной системе двигателя устанавливается специальный датчик (l - зонд), реагирующий на содержание кислорода в выпускной системе. У этого датчика, представляющего собой элемент из порошка диоксида циркония ZrO2, используется сильная зависимость ЭДС твердотельного гальванического элемента ZrO2 от концентрации кислорода. Сигналы об изменении концентрации кислорода (состава смеси) передаются в блок электронного управления, который формирует управляющее воздействие на исполнительный механизм привода дроссельной заслонки электронного карбюратора или на элементы дозирования электронной системы впрыскивания топлива. В результате двигатель работает на стехиометрической смеси, обеспечивая приемлемую экономичность и минимальные выбросы после нейтрализатора CO, NOx и CHx .
 |
| Рис.4.2. Система SCR (селективной каталитической очистки ОГ от оксидов азота) |
Большая часть европейских автопроизводителей, среди которых Mercedes-Benz, DAF, Iveco, Renault Trucks, Volvo Trucks и другие, для обеспечения требований «Евро-4» ориентируются на систему SCR. SCR представляет собой каталитический нейтрализатор, в котором оксиды азота восстанавливаются до чистого азота. Для осуществления реакции в нейтрализатор непрерывно подается жидкий реагент, представляющий собой 32,5-процентный водный раствор мочевины. SCR обеспечивает высокую степень нейтрализации оксидов азота, на уровне 80-90%. Подаваемый в нейтрализатор реагент широко известен под названием AdBlue. Применение SCR не ухудшает, по сравнению с методом рециркуляции ОГ, рабочий процесс двигателя. Более того, применение SCR, по имеющимся данным, позволяет улучшить топливную экономичность дизелей на 5–7%, по сравнению с двигателями уровня «Евро-3». Связано это с тем, что для достижения требований «Евро-3» производители двигателей, наряду с системой рециркуляции, были вынуждены жертвовать оптимальными настройками двигателя, смещая момент начала впрыска топлива.
Установка нейтрализаторов в выпускной системе ДВС увеличивает гидравлическое сопротивление системы, что приводит к некоторому ухудшению экономичности двигателя.
Удаление картерных газов во впускную систему позволяет заметно снизить выброс токсичных газов в атмосферу. Это уменьшение может составить по CHx на 10 … 40%, NOx на 5 … 25% и CO на 10 … 25%.
Улучшить экологические характеристики ДВС можно подбором топлив. Например, при замене бензина на газ существенно понижается токсичность выпускных газов и содержание в них CO2. Благоприятно сказывается на показателях токсичности ДВС перевод их на спирты и эфиры. Особенно перспективно применение в двигателях метанола и диметилэфира, которые можно получать не только из газа, каменного угля, но из биомассы .
Для уменьшения токсичности выпускных газов двигателей широко используют различные присадки к топливам, например, антидымные присадки к дизельным топливам.
Как отмечалось ранее, экологические показатели ДВС зависят от уровня шума, создаваемого им при работе. Под шумом ДВС понимают интенсивность акустического излучения, воспринимаемого наблюдателем. В работающем двигателе первопричиной акустического излучения является рабочий процесс, перекладки поршней, выборы с ударами зазоров в сопряжениях передач, акустический шум на выпуске и впуске и др. Уровень шума выражают в децибелах (дБ). Обычно двигатели создают уровень шума 90 … 115 дБ на расстоянии 1 м от поверхности двигателя.
Уровень шума на впуске и выпуске снижают путем установки глушителей шума. Соответствующей организацией рабочего процесса (выбором угла опережения впрыскивания топлива или воспламенения смеси, закона подачи топлива, многоразовым впрыском, формы камеры сгорания и др.) можно существенно снизить уровень шума. Уменьшить уровень шума можно применением конструкционных материалов с повышенным уровнем вибропоглощения (пластмассы, композиты, многослойные материалы), правильным выбором расположения ребер жесткости и опор, минимизацией зазоров в сопряжениях, подверженных знакопеременным нагрузкам (поршень-цилиндр, шестеренчатые и цепные передачи и др.). В последнее время наблюдается тенденция применения в автомобильных и тракторных двигателях жесткой подкартерной плиты, в которой размещаются постели коренных подшипников. В отдельных случаях двигатель помещают в изолированную капсулу, не контактирующую с поверхностью двигателя.
5. УПРАВЛЕНИЕ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЕМ
Управление воздухоснабжением позволяет целенаправленно изменять коэффициент избытка воздуха
путем согласования подачи воздуха с величиной цикловой подачи топлива в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы дизеля. Увеличение давления наддува 
k с низкими α дает возможности уменьшать угол опережения впрыскивания с целью снижения эмиссии оксидов азота NOx без заметного снижения экономичности и увеличения выбросов CO и CHx и сажи. Требуемый закон управления давлением наддувочного воздуха может быть реализован с использованием различных способов воздействия на процессы воздухоснабжения (рис. 5.1): регулирование компрессора поворотными лопатками на входе и выходе, дросселирование воздуха после компрессора; выпуск в атмосферу части сжатого воздуха; дросселирование воздуха на входе в компрессор; подвод дополнительной энергии к турбокомпрессору; перепуск части сжатого в компрессоре воздуха в турбину; дросселирование газа на выходе из турбины; регулирование турбины поворотом сопловых лопаток (РСА); регулирование проходного сечения турбины; перепуск части газов мимо турбины; применение дополнительной (форсажной) камеры сгорания перед турбиной; управляемый привод клапанов. Эти способы имеют различную эффективность, надежность и технические трудности при реализации. Наименьшую эффективность имеют способы управления с применением дросселирования воздуха на входе в компрессор и газа на выходе из турбины. Это обусловлено значительными потерями энергии при дросселировании и соответствующим снижением экономических и экологических показателей дизеля. В частности, дросселирование на выходе из турбины приводит к ухудшению очистки цилиндров, снижению α, повышению температур сгорания и увеличению содержания основных токсичных компонентов в выпускных газах.Системы регулирования воздухоснабжения перепуском части наддувочного воздуха перепуском на вход турбины или выпуском в атмосферу сравнительно просты, но нашли ограниченное применение вследствие потери энергии на сжатие перепускаемого воздуха.
Способ перепуска части выпускных газов мимо турбины оказался наиболее простым в реализации для дизелей с невысоким уровнем наддува (
k =1,5 - 2,0) и позволяет регулировать частоту вращения ротора турбокомпрессора и давление наддува в довольно широких пределах, однако по эффективности он уступает способу регулирования турбины при помощи РСА.Подвод дополнительной энергии к ротору турбокомпрессора и установка форсажной камеры сгорания перед турбиной ранее находили применение в основном только в дизелях большой мощности с высоким наддувом , однако в последнее время в автомобилестроении активно разрабатывают системы с электрически поддерживаемыми агрегатами наддува.