Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Концентрация

Концентрация ТВ в отработавших газах двигателя в десятки и сотни раз выше ПДК. Однако с точки зрения воздействия на организм человека нас интересует концентрация ТВ в атмосфере, в зоне дыхания. А это зависит от интенсивности движения транспорта, интенсивности естественного воздухообмена в зоне магистрали, удаленности человека от магистрали и т. д. Конечно, чем
меньше ТВ в ОГ, тем меньше их концентрация в атмосфере. Но сделать абсолютно нетоксичный тепловой двигатель пока ни теоретически, ни тем более практически невозможно. Поэтому в настоящее время установлены как международные, так и внутригосударственные нормы содержания ТВ в ОГ, которые направлены на ограничение выброса ТВ и ориентированы на лучшие результаты, достигнутые гГри современном развитии техники в массовом производстве двигателей. Эти нормы регулярно пересматриваются в сторону ужесточения. Нормируются только "основные токсичные компоненты СО, СН и NO + NO2, причем в качестве единицы нормирования принят выброс токсичных компонентов в граммах за время выполнения условного ездового цикла, имитируемого на стенде с беговыми барабанами или на моторном испытательном стенде.
Выброс токсичных веществ органически присущ двигателям внутреннего сгорания и обусловлен характером протекающих в них процессов смесеобразования и сгорания. Окисление углеводородов—это сложный многостадийный процесс, развивающийся по законам цепных реакций, однако каждый из его. этапов подчиняется общим законам химических реакций. Полнота превращения реагирующих веществ в конечные продукты зависит от скорости реакции и от времени, которое отводится на нее в реальных условиях сгорания в цилиндре двигателя. А скорость реакции зависит в свою очередь от состава и степени гомогенизации топливовоз-душной смеси, температурных условий реакции, физических свойств ее участников, которые характеризуются прежде всего энергией их активации. Скорость реакции возрастает с увеличением концентрации реагирующих веществ (с увеличением плотности заряда), с ростом температуры и с уменьшением энергии, требующейся для их активации.
Процесс сгорания в цилиндре двигателя .послойно развивается от источника первоначального воспламенения (искровой разряд на свече зажигания, раскаленная поверхность накальной свечи, зона факела топлива с оптимальными условиями воспламенения в дизеле). Скорость перемещения фрсГнта пламени в объеме зависит от-процессов теплопередачи и диффузии активных центров в несгорев-шие слои смеси, которые в свою очередь интенсифицируются движением топливовоздушного заряда, созданным вытеснителями или соответствующей профилировкой впускных каналов. Камеру сгорания можно условно разделить на три объема или зоны - (рис. 10.7, а). Зона 1 — это холодный пристенный слой с температурой менее 400°С, где вследствие интенсивного теплоотвода смесь-вообще не горит и поэтому сохраняются углеводороды топлива. Зона 2, граничащая с пристенным слоем, — так называемая зона пиролиза, в которой температура (до 750°С) достаточна для расщепления углеводородных молекул на радикалы, частичного окисления угле-, водородов или полимеризации радикалов в более сложные соединения, в том числе и ПАУ. Для этой зоны характерно наличие альдегидных соединений и углеводородов — продуктов подимеризации. Наконец, зона 3 с температурой выше 750°С — это зона нормального высокотемпературного горения. Здесь образуются окислы азота (при £>1000°С) и оксид углерода (СО). Такое условное выделение зон в объеме камеры сгорания полностью применимо к бензиновым двигателям. В дизелях образование токсичных веществ предопределяется также особенностями смесеобразования и структурой факела распыливаемого топлива. Рациональная конструкция камеры сгорания в сочетании с организованным движением заряда во всех случаях позволяют оптимизировать процесс сгорания, повышают экономичность и снижают токсичность отработавших газов. Так компактная камера, где движение заряда интенсифицируется вытеснителями А (рис. 10.7, б, в), позволяет осуществить процесс сгорания вблизи ВМТ. Поверхность охлаждения^ такой камеры невелика, следовательно, невелико и содержание углеводородов и альдегидов в ОГ. Прохождение фронта пламени в сравнительной узкой щели Б вытеснителя увеличивает теплоот-вод от него, что позволяет несколько снизить содержание оксидов азота. В полисферической камере (рис. 10.7, г) процесс сгорания происходит одновременно в нескольких малых объемах. Интенсивный теплоотвод позволяет уменьшить содержание оксидов азота, но развитая поверхность охлаждения является причиной повышенного содержания углеводородов и альдегидов. Наиболее эффективно удается сжигать смесь в камерах типа «огненный шар» (рис. 10.7, д, е). Компактный сферический объем и интенсивное вихревое движение заряда, созданное вытеснителем, обеспечивают высокую экономичность и детонационную стойкость двигателя, но содержание оксидов азота в ОГ в этом случае возрастает.
Содержание СО, углеводородов и альдегидов, а также оксидов азота предопределяется составом смеси, что иллюстрируется графиками на рис. 10.8.
По мере обеднения смеси содержание продуктов неполного сгорания в ОГ уменьшается, но даже при стехиометрическом составе, вследствие влияния холодного пристенного слоя и неравномерности распределения смеси как по цилиндрам, так и по объему камеры сгорания остается довольно высоким. При дальнейшем обеднении смеси содержание углеводородов и альдегидов опять возрастает, так как из-за вялости процесса сгорания холодный пристенный слой увеличивается. Выброс оксидов азота достигает, как известно, максимума при составах смеси, близких к стехиометрическому, поэтому выгодно было бы работать на бедных смесях, как это свойственно дизелям, в которых на полных нагрузках количество воздуха примерно в полтора раза превышает теоретически требуемое. Содержание СО в ОГ дизелей в 10 раз меньше, чем в бензиновых, а оксидов азота —- меньше в 2—4 раза. Кроме того, дизели экономичны, что и объясняет устойчивую тенденцию к дизели-зации автомобильного транспорта.
Снижения выброса NO.x как в дизелях, так И бензиновых двигателях достигают с помощью мероприятий, направленных на затормаживание процесса сгорания в целом или на отдельных его участках, и с помощью перевода сгорания на линию расширения (в условиях нарастающего объема и относительно уменьшающихся температур). С этой целью снижа-. ют степень сжатия, уменьшают угол опережения зажигания или впрыска топлива, применяют рециркуляцию отработавших газов, т. е. возвращают их в количестве 10—20%|на впуск в цилиндры. Попав в цилиндры, ОГ действуют как активные центры в начале реакции сгорания, но вместе с тем они увеличивают количество балластных компонентов, замедляют протекание реакции окисления и снижают ее температуру. "Такую же роль может играть и вода, подаваемая в цилиндры либо в виде топливно-водной эмульсии, либо путем впрыска во впускной трубопровод. Как рециркуляция, так и подача воды позволяют в несколько раз снижать содержание оксидов азота в ОГ, однако при этом ухудшается топливная экономичность двигателя, а при подаче воды интенсифицируются и коррозионные процессы.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.