- •Историческая справка о развитии двигателей внутреннего сгорания
- •2. Устройство и принципы работы поршневых двигателей
- •2.1. Основные определения
- •2.2. Принцип работы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •3. Топливо
- •3.1.Элементарный состав и реакции сгорания топлив
- •3.2.Процессы воспламенения и горения
- •4. Четырехтактный цикл двигателя
- •5. Двухтактный цикл двигателя
- •6. Показатели двигателей
- •6.1. Индикаторная и эффективные показатели
- •7. Устройство двигателей внутреннего сгорания
- •7.1. Кривошипно-шатунный механизм
- •7.1.1. Поршневая группа
- •7.1.2. Шатунная группа
- •8. Механизм газораспределения
- •8.1. Элементы механизма газораспределения
- •9. Смазочная система
- •10. Система охлаждения
- •11. Система впуска
- •12. Основные пути снижения токсичности отработавших газов
- •12.1. Бензиновые двигатели
- •12.2. Снижение токсичности и дымности отработавших газов дизелей
- •13. Системы впрыскивания бензина
- •Литература
- •1.В.Ф.Мыльнев в.М. Сычев. Введение в специальность “Двигатели внутреннего сгорания”:чеб. Пособие./Юж.-Рос.Гос.Техн.Ун-т.-Новочеркасск:юргту, 2008.- 136c.
12.2. Снижение токсичности и дымности отработавших газов дизелей
В дизелях реализуется внутреннее смесеобразование. Сгорает смесь обедненного состава при α =1,5 1,7 на номинальном режиме. Из-за сокращения времени, отводимого на процесс смесеобразования, в ОГ всегда присутствуют продукты неполного сгорания в виде сажи, твердых частиц, СО, СН , NОх, Нормы предельно допустимых выбросов вредных веществ
приведены в табл. 12.1.
Таблица 12.1
Предельно допустимые нормы вредных веществ
Вредные вещества, г/кВт ч |
Евро II 1996 г. |
Евро III.2000 г. |
Евро IV 2005 г. |
СО |
4,0 |
2,1 |
1,5 |
СН |
1,1 |
0,66 |
0,46 |
NОх |
7,0 |
5,0 |
3,5 |
Частицы |
0,15 |
0,10 |
0,2 |
Первым способом снижения токсичности ОГ дизелей следует признать улучшение протекания процесса смесеобразования. Совершенствование процессов смесеобразования и сгорания приводит к снижению расхода топлива. Одновременно возрастает выброс NОх и твердых частиц. Твердые частицы образуются из содержавшейся в топливе серы, а также в виде аэрозолей масла и не сгоревшего топлива. Твердые частицы также образуются в результате износа трущихся пар.
В современных дизелях за счет повышения давления впрыска до величин 200 – 250 МПа удается добиться протекания сгорания с уменьшенным выбросом частиц сажи, NOх. В двигателях с наддувом при увеличении частоты вращения наблюдается снижение токсичности ОГ выброса частиц сажи. На выброс токсичных продуктов оказывает закон подачи топлива. Для уменьшения образования NOх желательно такое поступление топлива в цилиндр, когда вначале впрыска в цилиндр подается малая запальная порция топлива, а затем, после начала горения, впрыскивается основная порция. При этом из-за возрастания продолжительности подачи возможно повышение выброса сажи.
Топлива и присадки. Влияние цетанового числа топлива на выброс NOх зависит от частот вращения дизелей. Так, увеличение цетанового числа топлива вызывает уменьшение выброса NOх у дизелей с невысокой частотой вращения и наоборот приводит к их увеличению в высокооборотных дизелях. При этом для всех дизелей наблюдается снижение выбросов СО и СН. На токсичность оказывает влияние содержание в топливе легких фракций – с их увеличением снижается дымность ОГ количество NOх. Уменьшение присутствия в топливе ароматических углеводородов приводит к снижению выброса канцерогенных веществ. К снижению дымности ОГ и содержанию в них альдегидов и бензальфапирена приводит добавка к топливу присадок на основе бария или марганца. Использование спиртов в качестве добавок к дизельному топливу позволяет значительно уменьшить выбросы частиц и снизить содержание в ОГ NOх и СО. При этом выбросы СН увеличиваются. К уменьшению содержания в ОГ NOх приводит подача в цилиндр со свежим зарядом воды, приводящей к понижению максимальной температуры сгорания.
Использование в качестве топлива диметилэфира приводит к снижению шума сгорания, выбросов частиц NOх и СН, отсутствию дыма при сгорании. В качестве альтернативного топлива для дизелей может быть использовано рапсовое масло, но не в чистом виде, а после соответствующей переработки. Применение такого топлива позволяет уменьшить выбросы СН и частиц, а также полициклических углеводородов.
Нейтрализация отработавших газов дизелей. Нейтрализаторами называются специальные устройства, предназначенные для нейтрализации токсичных компонентов ОГ. Они делятся на окислительные и окислительно-восстановительные.
Окислительные служат для окисления СО и СН и эффективно работают при температуре ОГ 300 – 800 0С. Материалом служат платина и палладий. Для работы таких нейтрализаторов при α< 1необходима дополнительная подача воздуха. Для этого предусмотрен специальный воздушный насос. В окислительных нейтрализаторах остается нерешенным вопрос нейтрализации NOх.
Современные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы являются окислительно-восстановительными и позволяют дополнительно переводить NO в азот N2 и аммиак NH3. При работе двигателя на смеси, при α = 1,0, продуктом восстановления NO является N2, а при работе на богатых смесях в основном образуется NH3 (аммиак). При восстановлении NO одновременно происходит окисление CO и CH, поэтому такой нейтрализатор называется трехкомпонентным.