«Производственно-технологические методы обеспечения экологической

безопасности автотранспорта»

Любой метод анализа позволит получить информации об объекте исследования на

основе определенного физического, химического и другого явлений.

Используя те или другие методы обеспечения экологической безопасности АТС,

мы стремимся в конечном итоге достигнуть восстановления (регенерации) окружающей

среды.

Жизненный

цикл

(ЖЦ)

любого

объекта

состоит

из

хронологически

последовательных

этапов: создание

(добыча и

переработка

сырья,

производство

конструкционных

материалов

и

эксплуатационных

материалов),

производство

(изготовление узлов, деталей, сборка, испытание), использование, восстановление

работоспособности и утилизация (переработка).

На каждом этапе ЖЦ происходит потребление энергоресурсов, материалов, все

производственно-технологические

процессы

сопровождаются

выбросами

вредных

веществ.

Из указанных выше методов наиболее изученными являются совершенствование и

управление рабочего процесса ДВС включает:

-

интенсификацию рабочего процесса (управление вихревым движением потоков

воздуха, горючей смеси), форкамерно-факельное зажигание, применение свечи-

Градостроительные и

планировочные решения

Совершенствования конструкции ДВС,

АТС и качества, эксплуатационных

материалов

Научно-

исследовательские

работы, новые

разработки

Производственно-технологические методы обеспечения экологической безопасности автотранспорта

Кольцевые, объездные

дороги, пути

Рациональное развитие

транспортной

инфраструктуры

Развязка движения на 2-3 и

более уровнях

Подземные гаражи,

автостоянки и переходы

Скоростные трассы и

системы «Зеленая волна».

Локальные системы

экологических (шумов)

защитных систем

Совершенствование

дорожных покрытий

Совершенствование рабочего

процесса и управление ДВС

Применение гибридных энергетических

систем

Совершенствование аэродинамических

показателей АТС

Применение нейтрализаторов и

сажеуловителей

Повышение качества моторных топлив,

других эксплуатационных материалов

Регулируемый наддув, наддув с

глубоким охлаждением

Совершенствование конструктивных,

массовых показателей ДВС, АТС

Работа над

перспективными

ДВС и АТС

Совершенствование

способов испытаний

Применение

нетрадиционных

энергетических

установок

Встроенные

диагностические

системы

форкамеры, применение двух и более свеч зажигания, обеднение состава

горючей смеси;

-

использование теплоизоляции стенок цилиндра и выпускной системы;

-

использование многоклапанной системы газораспределения и многоклапанной

системы газораспределения с регулируемыми фазами;

-

применение инжекторных систем питания;

-

применение микропроцессорных систем управления;

-

рециркуляцию отработавших газов;

-

применение комплекса антитоксичных систем;

-

применение экологически чистых топливных добавок и альтернативных

топлив;

-

оптимизацию геометрии цилиндро-поршневой группы;

-

использование отключения цилиндров;

-

применение электронной системы управления топливоподачей;

-

уменьшение угла опережения зажигания (впрыска) топлива;

-

рециркуляция ОГ;

-

присадка воды (водяного пара) и специальных компонентов;

-

двухфазное (газожидкостное) смесеобразование;

-

отключение цилиндров и др.

В процессе научных исследований в ТАДИ использовано множество из указанных

способов. Например, при впрыске воды уменьшается СО на 30…33 %, NO

X

– 21…50 %,

увеличиваются выделение СН в 2.4…2.5 раза и расход топлива на 3…4 %. Также Правила

№ 83 ЕЭК ООН предусматривают снижение предельно допустимых суммарных выбросов

углеводородов и окислов азота до 2 г/км (для двигателя рабочим объемом 1.4…2 л) путем

использования трехкомпонентного катализатора с рециркуляцией ОГ.

Таблица 3.1

№

п.п

Мероприятия по

снижению

токсичности ОГ

Окиси

углерода

, %

Углево-

дороды,

%

Окислы

азота,

%

Мощность

двигателя,

%

Расход

топлива, %

1

2

3

4

5

6

7

1.

Применение

диагностических

комплексов

нор.

нор.

нор.

нор.

–10…30

2.

Работа на

экономичных

скоростях и

режимах

(профессиональное

мастерство)

нор.

нор.

нор.

нор.

–15…20

3.

Уменьшение угла

опережения

зажигания (впрыска)

топлива.

нор.

-15...25

-20…60

–

нор.

4.

Рециркуляция

отработавших газов

(до 15…20 %)

нор.

нор.

-35…40

нор.

нор.

5.

Автоматическое

отключение привода

вентилятора

нор.

нор.

нор.

нор.

-10…20

6.

Индивидуальная

регулировка

-30

-30

нор.

нор.

нор.

системы холостого

хода карбюратора

7.

Повышение частоты

вращения

коленчатого вала на

режиме холостого

хода

-10

-10

нор.

нор.

+5…10

8.

Обеднение главной

дозирующей

системы

карбюратора

(α=1.05…1.15)

-40

-15

-30

-8…10

-5…10

9.

Прогрев воздуха

перед карбюратором

нор.

умен.

+

нор.

нор.

10.

Подогрев горючей

смеси

-40

-40

+40

нор.

нор.

11.

Увеличение зазора

между электродами

свечей зажигания

нор.

-30

нор.

нор.

нор.

12.

Установка

оптимальных углов

опережения

зажигания

нор.

-30

-20

нор.

нор.

13.

Применение

электронной

системы зажигания

нор.

нор.

нор.

нор.

умен.

14.

Замкнутая система

вентиляции картера

нор.

-30

нор.

нор.

5…6

15.

Применение

нейтрализаторов-

катализаторов

тройного действия.

-90

-90

-76

-7…8

5…6

16.

Впрыск воды

(водяного пара) до

8…10 % или

применение

воднотопливных

эмульсий

-30…33

+200

-20…50

нор.

нор.

17.

Форкамерно-

факельное

зажигание или

расслоение заряда.

-30

-15

-30

нор.

нор.

18.

Конструкция камеры

сгорания (F

кс

/V

кс

)

нор.

-35...50

-10…15

нор.

нор.

19.

Применение

регулятора

разрежение (ЭПХХ)

или выключение

подачи топлива на

ПХХ

нор.

-30...40

нор.

нор.

-3…5

20.

Впрыск бензина

-10

-10

нор.

нор.

нор.

21.

Совершенствование

системы уплотнения

«стержень – клапан

– направляющая

втулка»

-15

-32..40

-7

нор.

нор.

22.

Применение

антидымных

присадок

Уменьшение сажи до 90 %

23.

Использование

газообразных

углеводородных

топлив

-100

-50

нор.

нор.

нор.

24.

Применение

водорода

отс.

отс.

+30

-20

-20…30

25.

Применение наддува

-20

-30

+60

+30

+20

Продолжение табл. 3.1

26.

Теплоизоляция

стенок камеры

сгорания

-60

-50

+40

-30

-10

27.

Применение

четырех и более

клапанов на один

цилиндр

-60

-20

-20

+15

-10

28.

Повышение степени

сжатия с 9.5 до 12

нор.

-25

+100

+25

-15

29.

Много искровые

зажигания или

установка более

одной свечи

зажигания

нор.

-20

-25

нор.

нор.

30.

Изменение

гидродинамического

состояния горючей

смеси

-9

нор.

нор.

-5

+9

31.

Дожигание ОГ

путем нагнетания

воздуха во впускной

тракт

-50

-50

нор.

нор.

нор.

32.

Применение в

дизелях

двухфазного

смесеобразования

(газодизели)

-150

-180

-350

+9

нор.

33.

Отключение

цилиндров

-15…25

-30...40

+5…15

-10…15

-10…20

34.

Применение

антидетонатора –

этил-трет-

бутилового эфира

или применение

неэтилированного

бензина

Уменьшается содержание свинца и его соединений

Применение систем нейтрализации токсичных компонентов.

Сюда входят жидкостные и каталитические нейтрализаторы. В настоящее время

широкое применение нашли окислительно-восстановительные экзотермические реакции

при 250…300

0

С происходящие на катодических элементах, изготовленных из окиси

алюминия, кальция, циркония, бериллия и др., на поверхность, которых наносится тонкий

слой катализатора, как правило, из редких (благородных) металлов: рутений Run, родий

Rh, палладий Pd, осмий, платина Pt.

2СО+О

2

→ 2СО

2

С

х

Н

у

+ (х=у/4)О

2

→ хСО

2

+ (y/2) Н

2

О

2NО + 2СО → N

2

+ 2СО

2

Однако имеются попытки замены этих дорогостоящих металлов окисными

соединениями переходных металлов.

Совместные исследования такого метода были проведены (табл. 3.2) учеными

ТАДИ, УзНИИКатализ, ТГТУ для изучения возможности снижения токсичности ОГ

автомобиля ГАЗ-31-27.

Таблица 3.2.

Режим

СО,%

СН, чнм

NО

х

, чнм

О

2

, мг/м

3

без

нейтр.

с

нейтр.

без

нейтр.

с

нейтр.

без

нейтр.

с

нейтр.

без

нейтр.

с

нейтр.

Холостой

ход

2.2

0.9

440

310

66

72

5

3

Ездовой

цикл

0.8

0.5

390

350

380

380

6

4

Системы снижения токсичности традиционных бензиновых двигателей

1. Замкнутые системы вентиляции картера, они с 1961 г. установлены во всех

американских автомобилях

Она состоит из:

1) клапана принудительной вентиляции картера (PCV-valve – Positive Comcast

Ventilation

valve) установленного в трубопроводе между картером и впускным

коллектором;

2) герметизированной крышки маслозаправочной горловины картера;

3) трубопровода между воздушными фильтрами и крышкой маслозаправочной

горловины;

4) пламягасителя;

5) отдельного воздушного фильтра.

2.Системы обезвреживания ОГ:

-

ограничитель регулировок системы холостого хода;

-

буфер-демпфер, замедляющий закрытие дроссельной заслонки при

резком сбросе акселератора;

-

электромагнитный ограничитель числа оборотов холостого хода;

-

автоматическая воздушная заслонка с дополнительным подогревом

термосиловыми элементами;

-

воздухозаборное устройство с подогревом всасывающего воздуха.

3. Впускной коллектор и головка блока цилиндров (подогрев впускного

коллектора)

4. Распределительный вал с суженным диапазоном перекрытия клапанов,

уменьшающий обратный проток ОГ в КС и разбавление свежего заряда смеси и

допускающий обеднения состава смеси.

5. Система дожигания ОГ путем нагнетания дополнительного воздуха к выпускным

клапанам.

6. Аппарат обезвреживания окислов азота – РОГ (EGR – Exhaust Gas Recirculation

valve).

Особенно следует подчеркнуть работы, связанные с интенсификацией рабочих

процессов двигателей внутреннего сгорания. Увеличение скорости турбулентного

движения заряда или организации вихревого движения потока заряда во впускном

трубопроводе и далее в цилиндре является существенным резервом снижения расхода

топлива и выбросов вредных веществ ОГ.

Как показали результаты проведенных научных исследований в ТАДИ этого

можно значительно достичь на режимах холостого хода, малых и средних нагрузок.

При этом установлено, что в процессе интенсивной турбулизации потока заряда на

скоростных режимах двигателя, превышающих n

Tiqmax

в его впускной трубопровод

целесообразно вводить поток вторичного воздуха после турбулизатора. В этом случае до

скоростного режима, соответствующего режиму n

Tiqmax

(Р

к



710…713 мм.рт.ст. (94.4…

94.88 кПа) или



Р

к

<32…35 мм.рт.ст. (4.3…4.6 кПа)) происходит улучшение значений

крутящего момента, а на остальных скоростных режимах показатели базового двигателя

остается без изменений.