Реферат: Нормирование шума автомобиля

Для эффективной нейтрализации СО и C_n H_m значение суммар­ного коэффициента избытка воздуха в нейтрализаторе а_∑ =(Gв+Gвдоп)/14.9Gт должно бьпь не менее чем 1,05, что достигается подачей в систе­му выпуска перед нейтрализатором дополнительного воздуха (gb_{в доп} ) Одним из наиболее распространенных типов устройств, обеспечивающих подачу дополнительного воздуха, является нагне­татель ротационного типа с приводом от коленчатого вала. В ав­томобиле ГАЗ-24 с карбюратором, выполненным с предельными от­клонениями в сторону обогащения смеси, производительность наг­нетателя, равная 60 м³ /ч, обеспечивает условия для очистки ОГ по окиси углерода на 90—95%, по углеводородам на 70—85%. Систе­ма нейтрализации ОГ (СНОГ) в составе каталитического палладиевого нейтрализатора и ротационного нагнетателя обеспечивает вы­полнение самых жестких норм на выбросы окиси углерода и угле­водородов

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_n H_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)Н₂ О

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 + 2Н₂ O ;

2NO + 5Н₂ -> 2NНз + 2Н₂ O (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.