екология на автомобила

Екология на автомобила

В момента екологичните изисквания за модерен автомобил са приоритет. Екология на автомобила. Безопасността на околната среда е свойството на автомобила. Да намалява отрицателните последици от въздействието на работата на автомобила върху участниците в движението и околната среда. Тя е насочена към намаляване на токсичността на отработените газове. Намаляване на шума, намаляване на радио смущенията при шофиране на автомобил. Въпреки многобройните опити да се замени двигателят с вътрешно горене с друг, който не отделя токсични вещества, все още няма алтернатива за него. И ако се появи принципно нов двигател, пренастройването на производството за мащабното му производство. Ще изисква огромни инвестиции и няма да се случи веднага. В същото време човечеството стигна дотам, че е просто невъзможно да се направи без екологично чист автомобил. И засега има само един изход. Необходимо е, ако не е елиминирано напълно, тогава, във всеки случай, да се минимизират вредните емисии на ДВГ.

Вредните емисии и тяхното въздействие върху околната среда

Екология на автомобила. Как се образуват вредни вещества, които причиняват на всички, толкова много проблеми с изгорелите газове ? Известно е, че горивото гори в камерата при взаимодействие с атмосферен кислород. Този процес е придружен от интензивна топлина, която се превръща в работа. Теоретично за изгарянето на 1 кг бензин са необходими 14,7 кг въздух, но на практика това количество не е достатъчно. Факт е, че запалването и изгарянето на смес от бензин-въздух трае хиляди от секундата и не е добре подготвена за такъв бърз процес. Газовете от предишния цикъл остават в сместа, предотвратявайки достъпа на кислород до горивните частици. В допълнение, не е възможно да се постигне перфектното му смесване в обема на цилиндъра. Особено при неотопляем двигател и при преходни условия. В резултат на това не цялото гориво се окислява до крайните продукти и за нормалния ход на процеса на горене трябва да се добави.

Екология на автомобила и работата на двигателя

Ако количеството гориво в горивната смес е по-голямо от изчисленото, сместа се нарича богата, ако горивната смес е по-малка – лоша. Екология на автомобила. При средни натоварвания основният акцент е върху ефективността, така че малко горивна смес се подава в горивната камера. С малко обогатяване на сместа се увеличава скоростта на горенето и. В камерата се развиват по-високи температури и налягания. За максимални натоварвания или рязък преход от малки към големи товари е необходима богата смес. Голямо количество гориво се подава към цилиндрите при стартиране на студен двигател, когато само най-леките фракции на горивото образуват горивна смес. В тези случаи, поради липса на кислород, горивото не изгаря напълно.

Кои са най-токсичните компоненти на газовите двигатели

Екология на автомобила. Най-токсичните компоненти на газовите двигатели са: въглероден оксид, азотни оксиди, въглеводороди, а в случая с оловен бензин, оловото. Съставът на дизеловите емисии е различен от бензиновия. При дизелов двигател се получава по-пълно изгаряне на горивото. По този начин се получава по-малко въглероден окис и не изгорени въглеводороди. Но заедно с това поради излишния въздух в дизеловия двигател се образува по-голямо количество азотни оксиди. Дизеловите двигатели, наред с други неща, отделят прахови частици или сажди. Саждите, съдържащи се в отработените газове, са нетоксични, но адсорбират канцерогенни въглеводороди на повърхността на частиците си. При изгаряне на ниско качествено дизелово гориво, съдържащо сяра, се образува серен диоксид.

Как тези вредни компоненти влияят на хората и околната среда ?

При нормални условия CO е безцветен газ без мирис, той е по-лек от въздуха и следователно може лесно да се разпространи в атмосферата. Когато е изложен на хора, СО причинява главоболие, замаяност, умора, раздразнителност, сънливост, болка в сърцето. Екология на автомобила. Азотният оксид NO е безцветен газ, азотният диоксид NO 2 е червеникавокафяв газ с характерна миризма. Азотните оксиди при поглъщане се комбинират с вода. В същото време те образуват съединения на азотна киселина в дихателните пътища. Азотните оксиди дразнят лигавиците на очите, носа и устата. Излагане на NO 2 допринася за развитието на белодробни заболявания. Някои СН въглеводороди са най-силните канцерогени, като например бензапирен. Носителите на които могат да бъдат частици сажди, съдържащи се в отработените газове. В облаците на CH и NOx, натрупани над асфалт под въздействието на светлината, възникват химични реакции.

Екология на автомобила

Разлагането на азотни оксиди води до образуването на озон. Всъщност озонът не е стабилен и бързо се разлага, но не и в присъствието на въглеводороди. Те забавят разграждането на озона и той активно реагира с влага частици и други съединения. Образува се устойчив облак от облачен смог. Озонът разяжда очите и белите дробове, а емисиите на NOx участват в образуването на киселинен дъжд. В случай на оловни бензини около 50% от оловото се отлага под формата на сажди върху части от двигателя и в изпускателната тръба. Останалата част отива в атмосферата. Оловото присъства в отработените газове под формата на миниатюрни частици с размер 1-5 микрона, които се съхраняват дълго време в атмосферата. Концентрацията на олово в атмосферата на крайпътното платно е 2-20 пъти по-висока, отколкото на други места. Наличието на олово във въздуха причинява сериозни щети на храносмилателната система, централната и периферната нервна система.

Стандарти за отработените газове

Екология на автомобила. Ефектът на оловото върху кръвта се проявява в намаляване на количеството хемоглобин и разрушаване на червените кръвни клетки. Първият, който задейства алармата, беше в САЩ и Япония, където проблемът със замърсяването с газове в големите градове беше особено остър. Беше одобрено законодателство за токсичността на изгорелите газове на нови автомобили, които периодично се преглеждаха и затягаха. Скоро в Европа бяха приети подобни закони. На сегашното ниво на технологично развитие, най-ефективният начин за намаляване на токсичността на отработените газове е неутрализирането на токсичните компоненти на отработените газове, като се използват реакции на окисляване или редукция. За тази цел в изпускателната система на двигателя е инсталиран специален термичен реактор който се нарича конвертор. Сега ще разгледаме как работи каталитичният конвертор на моторните превозни средства.

Устройството и принципът на работа на каталитичните конвертори

На съвременните автомобили са инсталирани три пътни каталитични конвертори за намаляване на емисиите на вредни вещества. Те се наричат ​​три компонентни, защото неутрализират трите вредни компонента на отработените газове: CO, CH и NO. Три пътният каталитичен преобразувател е корпус от неръждаема стомана, включен в изпускателната система преди заглушителя. В корпуса има носещ блок с множество надлъжни пори, покрити с тънък слой катализатор. Който сам по себе си не влиза в химически реакции, но с присъствието си ускорява потока им. Като катализатор се използват платина и паладий, които допринасят за окисляването на СО и СН, и родия се бори с NOx. В резултат на реакциите в конвертора токсичните съединения CO, CH и NOx се окисляват или редуцират до въглероден диоксид 2 , азот N 2 и вода H 2 O. По правило носителят в конвертора е специален керамично-монолитен с много надлъжни пчелни пити, върху които се нанася специален груб субстрат.

До каква температурата издържат каталитичните конвертори

Екология на автомобила. Това ви позволява да увеличите ефективната контактна площ на каталитичното покритие с отработени газове – до около 20 хиляди квадратни метра. Освен това теглото на благородните метали, отложени на субстрат върху тази огромна площ, е само 2-3 грама. Керамиката е направена доста огнеупорна – издържа на температури до 800-850 ° C. Но все пак, при неизправност на системата за захранване и продължителна работа върху обогатената работна смес. Монолитът може да не издържи и да се стопи – и тогава каталитичният конвертор ще се повреди. Въпреки това, най-тънките метални пчелни пити се използват все повече като носители на каталитичния слой. Това ви позволява да увеличите повърхността. На пръв поглед може да изглежда, че инсталирането на катализатор решава всички екологични проблеми. Температурата, при която катализаторът започва да действа това е температурата на активиране, е в границите 250–350 ° С.

От какво са изработени каталитичните конвертори

Времето, необходимо за загряване може да достигне няколко минути. Това зависи от типа на автомобила, неговия начин на работа и температурата на въздуха. Студен катализатор е практически неефективен – затова е необходимо да се намали времето за достигане на температурата на активиране. Проблемът беше частично решен, чрез приближаване на преобразувателя до изпускателния колектор, тази комбинация често се нарича колектор. В допълнение, колекторът е изработен от стоманени тръби с тънкостенни стени вместо масивни чугуни и е допълнително изолиран. Като по този начин намалява топлинните загуби. Друг начин за бързо загряване на катализатора е подаването на допълнителна порция въздух към отработените газове и в същото време обогатяване на сместа. Горивото изгаря вече на изхода, температурата на отработените газове се повишава и преобразувателят преминава в работен режим много по-бързо.

Екология на автомобила

Понякога неутрализаторът се нагрява от електрическа термодвойка, но това води до допълнителна консумация на енергия. Три пътният катализатор е най-ефективен със специфичен състав на отработените газове. Това означава, че е необходимо много точно да се поддържа съставът на горивната смес в близост до така нареченото стехиометрично съотношение въздух и гориво. Чиято стойност лежи в тесен диапазон от 14,5-14,7. Ако горивната смес е по-богата, тогава ефективността на неутрализация на CO и CH ще намалее, но ако е по-бедна, NOx. Възможно е да се поддържа стехиометричният състав на горивната смес само по един начин. Да се контролира образуването на смес чрез незабавно получаване на информация за процеса на горене, тоест чрез организиране на обратна връзка. За това в изпускателния колектор беше поставен специално проектиран кислороден сензор, така наречената ламбда сонда.

Какво е това ламбда сонда

Ламбда сондата влиза в електрохимична реакция с горещи отработени газове и дава сигнал. Чието ниво зависи от количеството кислород в отработените газове. Ако е останало много кислород, сместа е твърде бедна, ако не e богата. И според резултатите от моменталния анализ, с който се занимава електрониката, можете бързо да коригирате състава на сместа в една или друга посока. Напрежението на изхода на кислородния сензор заема две нива. Ако сместа е лоша, сигналът с ниско напрежение дава команда за обогатяване на горивната смес и обратно. На съвременните преобразуватели са инсталирани по два кислородни сензора. Първият определя качеството на сместа, дали е богата или некачествена. Другият, инсталиран зад конвертора, следи ефективността на неутрализацията. По-нататъшното развитие на корекционните системи са адаптивни системи с възможност за самостоятелно обучение по време на работа.

Обработка на изгорелите газове на дизелови двигатели

Същността на работата на такива системи е, че тъй като характеристиките на различните системи и компоненти на двигателя се променят по време на работа. Например замърсяване на дюзите, намаляване на сгъстяването, изтичане на въздух. В специалната област на паметта на контролния блок се натрупват корекционни фактори или така наречените грешки. Които се използват от процесора при изчисляване на продължителността време на инжектиране в различни постоянни режими. Това ви позволява да поддържате стехиометричния състав на сместа дори със значителни отклонения в състоянието на системата. Система за последващо третиране на отработени газове. Сравнително ниското съдържание на вредни компоненти в изгорелите газове на дизеловите двигатели в миналото не са изисквали специални устройства. Затягащите стандарти за токсичност Евро-3 и Евро-4 обаче ги засегнаха.

Какви системи имат дизеловите двигатели

Природозащитниците отправят основните претенции към дизеловите двигатели поради съдържанието на частици сажди и азотен оксид (NOx) в отработените газове. Поради това дизеловите двигатели имат и системи за намаляване на емисиите на отработени газове. Включително рециркулация на отработените газове, каталитичен преобразувател и специален филтър за твърди частици. Системата за рециркулация на отработените газове EGR клапана се използва за бензинови, дизелови и газови двигатели. Той е проектиран за намаляване на токсичността на отработените газове при нагряване и бързо ускорение на двигателя. Който в тези режими работи върху обогатена горивна смес. Част от отработените газове се връща обратно в цилиндрите, което причинява намаляване на максималната температура на изгаряне. И в резултат на това намаляване на емисиите на азотни окиси, генерирани при високи температури и е едно от най-токсичните вещества.

Обработка на изгорелите газове на дизелови двигатели

EGR системата не се използва на празен ход при топъл двигател, при студен двигател и при напълно отворен клапан. Екология на автомобила. Работата на системата причинява намаляване на ефективната мощност на двигателя. Филтрите за твърди частици са направени под формата на филтър от порест силициев карбид. В проектите от минали години, филтрите периодично се почистват от натрупани сажди от отработени газове. Температурата на които се повишава чрез обогатяване на сместа. Филтърът се почиства по команда на контролния блок след всеки 400-500 километра пробег на автомобила. В този случай обаче емисиите на други вредни вещества рязко се увеличават. Затова един модерен филтър за твърди частици, най-често работи в тандем с окислителен преобразувател, който намалява NOx до NO 2. И в същото време изгаря сажди, а при по-ниски температури – около 250 ° C. Във филтрите от новото поколение общият принцип е същият: задържане и унищожаване.

Как да постигнем температурата, необходима за изгарянето на частици сажди ?

Първо, филтърът се поставя веднага след изпускателния колектор. Второ, след всеки 300-500 километра пробег, контролерът включва многофазен режим на впръскване. Увеличавайки количеството гориво, което влиза в цилиндъра на двигателя. И накрая, основното: повърхността на филтърния елемент е покрита с тънък слой катализатор. Който допълнително повишава температурата на отработените газове до необходимите 560-600 ° C. Филтриращият елемент обикновено се състои от керамична микро пореста гъба. Дебелината на стената между нейните канали не надвишава 0,4 мм, така че повърхността на филтъра е много голяма. Понякога тази гъба е направена от ултра тънки стоманени влакна, които също са покрити с катализатор. Плънката е толкова стегната която задържа до 80% от частиците с размер 20-100 nm. Новите филтри се включиха активно в управлението на двигателя. Режимът на обогатяване се активира чрез сигнал от сензори за налягане, които са инсталирани на входа и изхода на филтъра.

Електронна система за управление на дизелови двигатели EDС

Когато разликата в показанията стане значителна, компютърът възприема това като знак за запушен катализатор със сажди. А изгарянето се контролира с помощта на температурен сензор. Пример за модерен механизъм за почистване на дизелови газове е електронната система за управление на дизелите EDC – електронно управление на дизелите. Дизайнът му включва многокомпонентна изпускателна система, която осигурява седем сензора – две ламбда сонда. Две температури, две налягания и едно ниво сажди в отработените газове. Както и три почистващи елемента – каталитичен преобразувател, катализатор за съхранение и филтър за дизелови частици. Сензорите в изпускателната система позволиха да се оптимизират процесите на образуване на смес и изгаряне. Много системи от двигатели, като подаване на гориво и въздух, рециркулация на отработените газове, електронно дросело и турбокомпресор, бяха прехвърлени на контрола на мозъка на EDC.

Екология на автомобила

Използвайки сензори за налягане на входа и изхода на филтъра за твърди частици, EDC следи степента на замърсяване. Ефективността на катализаторите се оценява чрез показанията на две ламбда-сонди вход и изход. Корекцията на работата на двигателните системи се основава на показанията на ламбда-сондите. Температурните сензори и нивото на сажди на изхода. Каталитичният конвертор рециклира токсичните компоненти на отработените газове – NO, NO2 , CO, CH – в нетоксични и ниско токсични съединения – H 2 O, N 2 , CO 2. А катализаторът за съхранение изпълнява функциите на допълнително пречистване от азотен оксид NO 2 и предварително – от частици сажди. Последствия от нарушаване на работата на преобразувателя. За да се гарантира ефективната работа на преобразувателя, е необходимо да се използва само висококачествено безоловно гориво. Тъй като тетраетил оловото, съдържащо се в бензина, необратимо отравя каталитичната повърхност.

Основни правила за работа с превозно средство с каталитичен преобразувател

Екология на автомобила. По време и след работа на двигателя корпусът на конвертора има достатъчно висока температура. В тази връзка, за да избегнете пожар, не паркирайте колата върху запалими предмети, като сухи листа, трева, хартия и други. Спазвайте основните правила, дадени в ръководството за автомобила. Те са насочени към предотвратяване на ситуация, когато значително количество не изгоряло гориво може да попадне в конвертора. В този случай възможна светкавица може да доведе до нейното унищожаване. Най-общите препоръки могат да бъдат обобщени, както следва: не използвайте двигателя дълго време. В студения сезон, ако двигателят не е стартирал при първия опит, е необходимо да се избягват многократните пускания на стартера на кратки интервали. Не стартирайте двигателя чрез теглене, забранено е да се проверява работата на цилиндрите чрез изключване на запалителните свещи.