Реферат: Зниження токсичності автомобілів в експлуатаційних умовах

Викиди токсичних речовин автомобіля в різних експлуатаційних умовах змінюються залежно від швидкості руху автомобіля. У міських умовах експлуатації при невисоких швидкостях руху викиди CO в 1,46...2,2 і СН в 2,1...2,8 разу вищі порівняно з вільним рухом на міжміських дорогах і маршрутах. При підвищенні швидкості ця різниця значно зменшується.

При збільшенні швидкості руху вантажного автомобіля середньої вантажності з карбюраторним двигуном з 20 до 60 км/год кількість токсичних речовин зменшується: CO з 83 до 27 г/км, а СН з 10 до 5,8 г/км. Збільшення тривалості роботи двигуна на холостому ходу і при гальмуванні сприяє збільшенню викиду токсичних речовин в 1,5-2 рази. За всіх однакових умов збільшення кількості магістралей швидкісного руху забезпечує зниження продуктів неповного згоряння CO і СН, але збільшує вміст NO_X в атмосфері на 20...30%.

Конструктивні особливості автомагістралей суттєво впливають на режим руху автомобіля і відповідно на викиди токсичних речовин. Навіть наявність на автомагістралях невеликих схилів збільшує викиди COна 15...25%, а СН на 10...20%.

При неоптимальній організації автоперевезень народногосподарських вантажів і пасажирів питомий викид шкідливих речовин на одиницю транспортної роботи або перевезення пасажира суттєво збільшується.

Викид токсичних речовин і, як наслідок, енергетичні витрати пов'язані переважно з переміщенням власної маси автомобіля. Викид токсичних речовин на перевезення одного пасажира автомобілем ГАЗ-24 "Волга" порівняно з масою автомобіля менший щодо COв 24 рази, СН в 40 і в NO_X b31раз. Тому зниження металомісткості транспортних засобів є одним із значних резервів зниження забруднення атмосфери. Саме цим шляхом удосконалюють конструкції сучасних автомобілів провідні зарубіжні фірми.

3. Організація дорожнього руху

Між концентрацією CO в атмосфері та інтенсивністю руху транспортних засобів існує безпосередній зв'язок. Для його визначення доцільно використати залежність викиду токсичних речовин окремим автомобілем під час руху його в транспортному потоці від середньої швидкості на ділянці між двома перехрестями (Рис. 3.1.).

Рис. 3.1.

Підвищення інтенсивності автомобільного руху з 400 до 1200 авт./ год на автомагістралях збільшує вміст COв атмосфері з 0,00056 до 0,0017%, тобто практично в три рази. Максимальна концентрація COв атмосфері великих міст в робочі дні спостерігається у ранішній та вечірній час, а у вихідні та святкові дні — тільки ввечері, що деякою мірою відповідає інтенсивності руху транспортних потоків у зазначені години доби. Зниженню токсичності в центральній частині великих міст сприяє раціональна організація транспортного процесу, яка передбачає повну заборону або хоча б часткове обмеження в'їзду вантажних автомобілів в цю частину міста. Правильне планування та регулювання міського руху забезпечує скорочення числа й тривалості зупинок автомобілів, зменшує тривалість їх роботи на токсичних режимах, запобігає скупченню транспортних засобів на перехрестях. Резервом ефективного зниження забруднення атмосфери є забезпечення оптимального руху всього транспортного потоку, регулювання тривалості зупинок автомобіля і швидкості його руху на окремих перегонах.

Режими руху

Робота автомобільного двигуна характеризується безперервною зміною швидкісних і навантажувальних режимів, кожному з яких відповідає певна кількість викиду токсичних речовин. При цьому ступінь концентрації токсичних компонентів у відпрацьованих газах змінюється залежно від потужності двигуна, його температурного режиму, керування автомобілем та інших факторів.

Вивчення режимів руху автотранспортних засобів свідчить, що у великих містах тривалість роботи вантажних автомобілів становить на холостому ходу 17%, у режимах прискорення 42, постійної швидкості 16 і режимах сповільнення 25%. В умовах руху автомобілів на заміських автомагістралях тривалість роботи двигуна автомобіля на холостому ходу збільшується залежно від щільності транспортних потоків від 1 до 3%. Співвідношення зазначених режимів в балансі часу роботи автомобіля несприятливі і з точки зору токсичності відпрацьованих газів (табл. 1).

Таблиця 1. Вплив режимів руху автомобілів на концентрацію токсичних речовин

Токсичні компоненти відпрацьованих газів, %	Режим роботи
	Холостий хід	Постійна швидкість	Прискорення 0…40 км/год	Сповільнення 0…40 км/год
Оксид вуглецю	0,50…8,00	0,030…2,50	1,90…3,80	1,50…4,10
Вуглеводні	0,03…0,12	0,02…0,40	0,12…0,17	0,28…0,45
Оксид азоту	0,005…0,01	0,08…0,14	0,12…0,19	0,02…0,04

Результати тривалих досліджень підтверджують необхідність удосконалення організації руху транспортних засобів у нашій країні.

Проблема зниження забруднення атмосфери ускладнюється у зв'язку зі зростанням темпів автомобілізації, що зумовлює збільшення інтенсивності руху в центральній частині міст на 6...10%, підвищення викиду токсичних речовин, а також зростання витрат палива на одиницю транспортної роботи або перевезення одного пасажира. Найважливішим фактором зниження токсичних викидів у відпрацьованих газах є прийоми керування автомобілем. Точне визначення положення та інтенсивності відкриття дросельної заслінки, забезпечення рівномірного руху на правильно вибраній передачі, а також раціональне дотримання умов проїзду перехресть і тунелів забезпечує мінімальне забруднення навколишнього середовища. Водій повинен завжди підтримувати постійну швидкість руху автомобіля на вищій передачі, допустимій в конкретних дорожніх умовах.

Невміння водія підтримувати оптимальний режим роботи двигуна при пуску, на початку руху, на тривалих зупинках, а також при прискоренні та сповільненні автомобіля (особливо в години пік) збільшують частку токсичних режимів у загальному балансі часу роботи автомобіля. При цьому рух автомобіля характеризується частою зміною режимів підгальмовування та прискорення, які збільшують кількість сповільнень і прискорень на 10...20%, що погіршує паливну економічність автомобіля і збільшує викид токсичних речовин на одиницю шляху. Тому розроблення найбільш оптимальних режимів руху транспортних засобів з метою зменшення викиду токсичних речовин повинно бути спрямоване передусім на поліпшення роботи двигуна на холостому ходу, у режимах прискорення і сповільнення. Доцільно детальніше розглядати особливості викиду токсичних речовин в умовах експлуатації у кожному режимі роботи двигуна (на стоянці і під час руху).

Холостий хід. Сьогодні обмеження токсичності випускних газів на автотранспорті здійснюється здебільшого у напрямі зменшення вмісту в них CO, який досягає максимального значення при роботі двигуна на холостому ходу. Це пояснюється тим, що викид токсичних речовин карбюраторного двигуна вантажного та легкового автомобілів залежить від частоти обертання колінчастого вала.

На регулювання системи холостого ходу завжди звертали особливу увагу. Найбільш ефективним засобом зменшення токсичних викидів у цьому режимі є збільшення горючої суміші. Але при значному збідненні (а = 1,0 і більше) та відносно великому значенні коефіцієнта залишкових газів у циліндрах двигуна виникають перебої через не запалювання робочої суміші і підвищення вмісту СН у відпрацьованих газах. Двигун вібрує і працює нестійко. Тому регулювати систему холостого ходу на збіднену горючу суміш при експлуатації автомобілів небажано.

Збагачення горючої суміші у режимах холостого ходу необхідне для стійкої роботи двигуна і особливо при його прогріванні та рушанні автомобіля з місця. Це пояснюється тим, що в більшості випадків система холостого ходу продовжує працювати і на навантажувальних режимах (до ЗО...40%), помітно впливаючи на викиди токсичних речовин у тягових режимах руху. Згідно з експериментальними даними, в обстежених 500 вантажних автомобілів середньої вантажності на мінімальному холостому ходу вміст CO(%) становив до 1,5 у 15%; до 4 у 40%; до 6 у 20%, більше 6 у 16% автомобілів. Система холостого ходу карбюратора є найбільш нестабільною. її початкові параметри змінюються за пробіг на 8...9 тис. км. У випадку неправильного регулювання вміст COі СН у відпрацьованих газах помітно збільшується. Діапазон зміни вмісту COстановить 0,1...8%. Середній ступінь концентрації COу контрольованих автомобілів дорівнює 3%, а у неконтрольованих — 6,1%. Таким чином, зниження токсичності відпрацьованих газів на холостому ходу значною мірою залежить від організації ТО та регулювання системи холостого ходу. Обстеження стану карбюраторів автомобілів автопідприємств свідчать, що тільки 15% з них мають правильно відрегульовану систему холостого ходу. Витрати палива, що припадають на цю систему, становлять 11... 13% від загальних витрат, а у випадку порушення її регулювання 18...20%. Ще більш відчутно впливає система холостого ходу на викид токсичних речовин при русі автомобіля з невеликими швидкостями. Зменшення вмісту CO на холостому ходу знижує токсичні викиди CO і СН легкових автомобілів з 32 до 19 г/км і з 2,9 до 1,95 г/км відповідно. Протягом багатьох років науково-дослідні інститути працюють над поліпшенням стабільності роботи системи холостого ходу та зниженням токсичності відпрацьованих газів у цьому режимі. В результаті в конструкції карбюратора "Озон", що використовується на автомобілях марки ВАЗ, систему холостого ходу забезпечують двома гвинтами. За допомогою одного з гвинтів заводського виготовлення регулюють необхідний склад горючої суміші, а другий служить для обмеження мінімального відкриття кута повороту дросельної заслінки. В експлуатаційних умовах зазначені гвинти не використовують. Система холостого ходу влаштована таким чином, що навіть при некваліфікованому втручанні в експлуатацію карбюратор не може бути розрегульований так, щоб вміст COу відпрацьованих газах перевищував норми, визначені стандартом. Перерегулювання системи холостого ходу здійснюють тільки на станціях технічного обслуговування автомобілів.

Режим розгону. При переході двигуна з режиму холостого ходу на навантажений горюча суміш значно збіднюється. У цьому випадку токсичність відпрацьованих газів залежить від характеристик насоса-прискорювача. В години "пік" частка режимів розгону в загальному балансі часу збільшується додатково на 10...20%. Зі зменшенням подачі насоса-прискорювача карбюратора К—126Г з 13 до 3...4 см³ за десять повних ходів поршня в період розгону відповідно зменшуються вміст COу відпрацьованих газах у 2,5 разу і СН у 2,7 разу, паливна економічність автомобіля ГАЗ-24 "Волга" підвищується до 1 %. Подальше зниження подачі зумовлює збільшення викиду токсичних речовин і одночасно погіршує динамічні якості автомобіля.

Усталені режими

В експлуатаційних умовах автомобільний двигун 80% часу працює на часткових навантаженнях, для яких характерна відносно невисока концентрація токсичних речовин. Хоч тривалість роботи на усталених режимах невелика — 14...16%, об'єм відпрацьованих газів становить 48%, а викид COі СН — 26 і 19 г/км відповідно.

На міжміських автомагістралях автомобілі рухаються зі швидкістю 55...60 км/год, в центральній частині міста 20...23 км/год, а на хордових маршрутах — 25...29 км/год.

На міських маршрутах автомобіль порівняно мало (2...6%) працює у режимах повної потужності. Сучасні умови автомобілізації потребують оптимізації основних експлуатаційних характеристик двигуна. Карбюратор у тих умовах регулюють на певний склад горючої суміші, що забезпечує мінімальну величину викиду токсичних речовин у визначених режимах. При стехіометричному складі горючої суміші (а = 1,0) виділяється 0,3% COі 0,2...0,3% різних СН (від маси витраченого палива). Беручи до уваги специфіку та різноманітність експлуатаційних режимів роботи двигуна необхідно регулювати карбюратор на склад горючої суміші, що забезпечує потуж-нісне і економічне та екологічне регулювання карбюратора в межах (а = 0,95-1,15). Що більше а, то менше у відпрацьованих газах продуктів неповного згоряння. Надмірне збільшення значення коефіцієнта надлишку повітря зумовлює нестійку роботу двигуна та втрату потужності. Мінімально можливий викид токсичних речовин в основних експлуатаційних режимах здебільшого визначається надійною та правильною роботою економайзера. Передчасне відкриття економайзера збагачує горючу суміш у режимах малих і середніх навантажень, хоч збагачення у цих режимах абсолютно небажане. Пізнє вмикання клапана економайзера також небажане, бо під час руху автомобіля з одною і тією ж швидкістю необхідно збільшувати кут повороту відкриття дросельної заслінки. Випробування карбюраторів вантажних автомобілів середньої вантажності свідчать, що викиди CO у відпрацьованих газах на одному й тому ж автомобілі і в однакових дорожніх умовах суттєво відрізняються. Токсичні характеристики для різних карбюраторів залежно від швидкості руху відрізняються на 20...60%. Аналогічна закономірність характерна і для легкових автомобілів. Режим сповільнення з точки зору токсичності відпрацьованих газів є одним із найменш сприятливих. У нормальних умовах експлуатації інтенсивність сповільнення вантажного автомобіля становить 0,6... 1,80 м/с² . За час проходження відстані в 1 км в центральній частині великого міста легковий автомобіль робить в середньому 3,1 гальмування або 1,1 гальмування на кожну хвилину. При переході двигуна з навантажувального у режим примусового холостого ходу відбувається інтенсивне випаровування паливної плівки у впускному трубопроводі та подача горючої суміші (емульсії) через систему холостого ходу. Для цього режиму характерний підвищений вміст продуктів неповного згоряння палива (CO) у відпрацьованих газах, зумовлений перезбагаченням горючої суміші внаслідок швидкого закривання дросельної заслінки і відносно великого вмісту залишкових газів.

Для зменшення викиду токсичних речовин вантажним та легковим автомобілям в експлуатаційних умовах, якщо дозволяє дорожня ситуація, необхідно уникати режиму примусового холостого ходу.

4. Технічний стан автомобілів