Токсичность отработавших газов автомобильных двигателей. Способы снижения токсичности отработавших газов для бензиновых двигателей

Двигатели с принудительным воспламенением. Для

улучшения качества ОГ, в бензиновых ДВС также используются

конструктивные методы, влияющие на рабочий процесс:

1. Двухтактные ДВС по сравнению с четырехтактными, из-за

особенностей рабочего процесса, обеспечивают снижение

токсичности ОГ. Это происходит за счет высокой равномерности

хода 2-тактных ДВС, а также за счет меньшего эксплуатационного

расхода топлива, что обуславливает снижение выбросов токсичных

веществ [15].

2. Повышение энергии искрового разряда приводит к

увеличению температуры в зоне воспламенения, что уменьшает

вероятность возникновения пропусков зажигания и снижает

токсичность ОГ.

3. Замена карбюраторных систем впрыска на многоточечный

впрыск, а также использование автоматических систем

регулирования и дозирования топлива позволили значительно

улучшить качество ОГ.

4. Завихрение топливовоздушной смеси в КС при помощи

специальных завихрителей также обеспечивает снижение

токсичности ОГ в двигателе с принудительным воспламенением.

Стремление улучшить экологические показатели ОГ привело не

только к конструктивным изменениям в ДВС, но и к использованию

специальных устройств, которые улучшают качество ОГ перед их

выбросом в атмосферу. К таким устройствам относятся

каталитические нейтрализаторы и фильтры.

Токсичность отработавших газов автомобильных двигателей. Способы снижения токсичности отработавших газов для дизельных двигателей.

Основные способы снижения

токсичности ОГ воздействием на рабочий процесс дизельных

двигателей:

1. Использование наддува дизеля посредством

турбокомпрессора с перепуском воздушного заряда обеспечивает

изменение коэффициента избытка воздуха () в соответствии с

режимом работы двигателя. Избыточное количество воздуха

способствует догоранию углерода и углеводородов, что приводит к

снижению количества CO и СН в ОГ. К тому же управляемое

значение  способствует снижению температуры в камере сгорания

(на определенных режимах), что приводит, соответственно, к

уменьшению количества NOx [15]. Применение турбонаддува должно

сочетаться с промежуточным охлаждением воздушного заряда, что

достигается при помощи специального охладителя. Это также

позволяет снизить температуру в камере сгорания и уменьшить

количество NOx в ОГ.

2. Использование маховиков или демпферов крутильных

колебаний способствует поддержанию скоростного режима и

обеспечивает равномерность вращения коленчатого вала в дизельных

ДВС. Это приводит к согласованию цикловой подачи топлива с

расходом воздуха, что в свою очередь способствует уменьшению

количества несгоревших углеводородов в ОГ, а также дымности

двигателя.

3. Повышение максимального давления впрыска топлива в

камеру сгорания (КС) увеличивает тонкость распыливания, улучшает

смесеобразование что, в свою очередь, способствует более полному

сгоранию топлива. В результате снижается сажеобразование,

дымность ОГ, но одновременно происходит увеличение количества

NOx в ОГ.

4. Для увеличения полноты сгорания топлива вводят также

определенные конструктивные изменения в ДВС. Так, использование

предкамерного сгорания топлива значительно улучшает

экологичность ОГ дизеля по сравнению с дизелями с

непосредственным впрыском [15].

5. Значительное влияние на качество ОГ оказывает и

геометрия распылителя. Для улучшения экологичности ОГ

распылитель должен обеспечивать достаточную тонкость

распыливания топлива.

Альтернативные топлива для двигателей. Их достоинства и недостатки.

В настоящее время практическим единственным источником удовле-творения потребности ДВС в моторном топливе является нефть. На по-требности автомобильного транспорта тратится более 50% от общего ко-личества ее добычи.

Новое топливо для автомобильных ДВС должно удовлетворять мно-гим требованиям: иметь необходимые сырьевые ресурсы, низкую стои-мость, не ухудшать работу двигателя, как можно меньше выбрасывать вредных веществ, по возможности сочетаться со сложившейся системой снабжения топливом и т. д.

Альтернативные топлива можно классифицировать на однокомпо-нентные топлива и топливные смеси. В первом случае топливо представ-ляет собой компонентное целое с определенными физико-химическими и эксплуатационными свойствами; во втором – композиции, включающие традиционное топливо с добавкой одного или нескольких компонентов, улучшающих его энергоэкологические показатели.

К числу однокомпонентных топлив можно отнести: синтетические то-плива (спирты, водород, диметиловый эфир), получаемые современными 56

методами на базе различных компонентов горючих ископаемых; углеводо-родные газы (прежде всего природный и нефтяной).

Из топливных смесей для двигателей интерес представляют: смеси топлив с синтетическими спиртами; водотопливные смеси в виде эмуль-сий различного типа.

Спирт

Среди многочисленных спиртов наибольший интерес в качестве топ-лива для ДВС представляют метанол CH3OH и этанол C2H5OH. Они могут использоваться как в чистом виде, так и в составе многокомпонентных смесей с бензинами. Для производства этанола используется растительное сахаросодер-жащее сырье (сахарный тростник, пшеница, кукуруза и т. п.). Метанол по-лучают из углеводородного сырья: природного газа, коксового газа, неф-ти, мазута, угля, сланцев, древесины. Спирты характеризуются более высокой активностью при горении по сравнению с бензином, поэтому их сгорание в ДВС протекает устойчивее, а предел воспламенения смещен в область бедных смесей. Основными проблемами эксплуатации спиртовых топлив является их коррозионная активность и ядовитость. Метанол и этанол активно реаги-рует со свинцом, магнием, алюминием, сталью и сплавами на их основе.

Длительный контакт с метанолом вызывает набухание и разрушение ряда эластомеров, применяемых в качестве прокладочных материалов.

Спирты гигроскопичны, т. е. обладают способностью поглощать воду, что приводит к снижению их теплотворной способности и трудностям с запуском двигателя в холодное время года. Применение спиртов в ДВС также осложнено их токсикологическими свойствами. В особой степени это касается метанола, который является нервно-сосудистым ядом, обладающим способностью накапливаться в ор-ганизме.

Углеводородные газы

Углеводородные газы обладают высокой детонационной стойкостью. Это обеспечивает возможность использования высоких степеней сжатия в ДВС с искровым зажиганием, что благоприятно сказывается на топливной экономичности двигателя.

Газ лучше бензина смешивается с воздухом, поэтому в процессе сме-сеобразования готовится более гомогенная топливовоздушная смесь, которая более полно сгорает в двигателе. Последнему обстоятельству также способствуют более широкие пределы воспламенения углеводородных газов.При использовании газа в качестве топлива для автомобильных двига-телей исключается возможность попадания жидкой фазы в цилиндры ДВС, вследствие чего снижается смывание масляной пленки со стенок цилиндра и замедляется изнашивание цилиндропоршневой группы

Основные трудности использования СНГ и СПГ в дизелях заключа-ются в их более высокой температуре самовоспламенения К недостатком природного газа можно отнести малую активность при горении. Причина этого связана с тем, что реакция окисления основного компонента природного газа – метана – относится к числу слаборазветв-ленных.

Водород Интерес к водороду как к топливу для ДВС обусловлен его высокими энергетическими показателями, уникальными кинетическими характери-стиками, отсутствием большинства вредных веществ в продуктах сгорания. Однако, если максимальное значение эффективного КПД двигателя при работе на водороде выше, чем при работе на бензине, то эффективная мощность заметно падает. Последнее обусловлено очень низкой плотно-стью водорода, что приводит к уменьшению наполнения двигателя топли-вом. Одним из серьезных вопросов в применении водорода в качестве мо-торного топлива является его хранение на борту автотранспортного сред-ства. К числу нерешенных проблем использования водорода как топлива для ДВС относятся отсутствие относительно дешевых способов его по-лучения.

Диметиловый эфир

В последнее время большой интерес стал вызывать диметиловый эфир (ДМЭ) – CH3OCH3, получаемый из метанола или природного газа.

Благодаря своим физико-химическим характеристикам он может при-меняться в дизельных ДВС с помощью штатной системы топливоподачи без использования запальной дозы дизельного топлива. Основным недостатком ДМЭ является малая кинематическая вязкость (на порядок меньшая, чем у дизтоплива) и связанная с этим пониженная смазывающая способность, в результате чего затрудняется герметизация подвижных узлов уплотнения топливной аппаратуры, а также повышается склонность к задирам прецизионных трущихся пар.