Основы транспортной экологии

Страница 3

Нейтрализатор состоит из носителя, заключенного в кор­пус. Носитель представляет собой керамический материал (сотовой конструкции или в виде шариков), покрытый тонким слоем катализатора из благородных металлов, например, платины, палладия, родия. При температуре поверхности ка­тализатора свыше 250-300°С содержащиеся в отработавших газах окислы углерода СО эффективно окисляются, а их кон­центрация в выхлопных газах снижается во много раз. Окис­ление углеводородов СН происходит при более высокой тем­пературе (400°C). Окисление СО и СН происходит в присутст­вии свободного кислорода воздуха, небольшое количество ко­торого образуется в результате сгорания:

2СО + О2 -> 2С02

СmНn + (m + n/4)O2 -> mCO2 + (n/2)Н2О

Такие реакции могут происходить в широком диапазоне изменения состава смеси - необходимо только, чтобы отрабо­тавшие газы имели коэффициент, а более 1,0, что достигается работой двигателя на обедненной смеси или подачей в систе­му выпуска дополнительного воздуха.

Подобные нейтрализаторы получили широкое распростра­нение на автомобилях с начала 80-х годов, в том числе, с кар­бюраторной системой подачи топлива. Однако последова­тельное ужесточение норм токсичности потребовало созда­ния нейтрализаторов, снижающих не только концентрацию

Рис. 5. Токсичность выхлопа и дымность (К) дизелей с разделенной камерой сгорания:

а — по частоте вращения (----) — для двигателя с неразделенной камерой, б — по составу смеси (нагрузке) в — по углу опережения впрыска (©вп)

СО и СН, но и одновременно окислов азота NОх. Такие нейт­рализаторы называются трехкомпонентными.

Основная проблема заключена в том, что в отличие от указанных выше реакций окисления уменьшение концентра­ций NOx является реакциями восстановления:

2NO + 2СО -> N2 + 2СO2 ;

2NO + 2Н2 -> N2 + 2Н2O ;

2NO + 5Н2 -> 2NНз + 2Н2O (при а < 1).

Для одновременного уменьшения выбросов СО, СН и NOx необходимо поддерживать определенный состав смеси в ци­линдрах двигателя (а около 1,0) с очень высокой точностью - порядка ±1% (рис.4). Чтобы обеспечить такую точность поддержания состава смеси, на современных двигателях ус­танавливают электронные системы управления подачей топ­лива и снижения токсичности с обратной связью по сигналу датчика концентрации кислорода. Именно ужесточением норм токсичности (а не требованиями экономичности или мощности) объясняется повсеместное внедрение на автомо­билях сложных электронных систем топливоподачи. Слож­ность этих систем со временем, вероятно, будет увеличивать­ся вместе с дальнейшим ужесточением норм токсичности.

Следует отметить высокую чувствительность каталитичес­кого нейтрализатора к качеству применяемого топлива. В ча­стности, использование этилированного бензина приводит к так называемому "отравлению" катализатора с разрушением покрытия и даже самой керамической основы катализатора.

Помимо нейтрализатора, на многих японских и американ­ских двигателях устанавливают так называемые термические реакторы. Такие устройства позволяют при подмешивании к отработавшим газам воздуха доокислить СО и СН, снижая их концентрацию за счет реакции с кислородом воздуха при вы­сокой температуре (свыше 500°С). Реакторы особенно эф­фективны на режимах богатой смеси при больших нагрузках, не выходят из строя со временем, однако не дают полного окисления СО и СН, поэтому применяются как дополнитель­ные устройства перед нейтрализатором.

Рециркуляция отработавших газов применяется на двига­телях не менее широко. Основная задача рециркуляции - сни­жение выбросов NOx. Это особенно важно, когда в нейтрали­заторе не обеспечено точное поддержание состава смеси (подобная ситуация характерна для карбюраторной системы питания). Рециркуляция предполагает отбор выхлопных газов в количестве до 10-12% и подачу их на вход двигателя на ре­жимах средних и полных нагрузок.

Поскольку каждая из рассмотренных систем выполняет свою задачу, на практике, особенно на японских автомобилях, они нередко встречаются одновременно - термический реак­тор, система рециркуляции и каталитический нейтрализатор. Это предполагает существенное усложнение функций системы управления. На двигателях японских автомобилей прошлых лет выпуска с карбюраторами это выражалось в значительном чис­ле пневмоклапанов и шлангов в системе управления двигателя.

В отличие от бензиновых двигателей дизели имеют суще­ственно более низкий уровень выбросов СО, NOx и СН. Наи­более низкий уровень выбросов СО и СН достигается обычно на режимах средних нагрузок (рис. 5). Большие различия в уровне и характере изменения выбросов в зависимости от состава смеси у дизелей по сравнению с бензиновыми двига­телями связаны с иной природой процесса сгорания - у бен­зинового двигателя с помощью свечи поджигается хорошо пе­ремешанная смесь воздуха и паров топлива, а в дизеле про­исходит самовоспламенение в факеле распыляемого топлива в зонах с концентрацией топлива около а = 1.

В выхлопных газах дизеля присутствуют, иногда в больших количествах, частицы углерода (сажа). Это происходит из-за наличия зон богатой смеси в струе распыляемого топлива. Сажевыделение дизеля создает характерный черный дым выхло­па и так же, как и другие вещества, ограничивается нормами токсичности. Снижение сажевыделения достигается более ранним впрыском (ограниченным, правда, "жесткостью" сгора­ния и повышением нагрузок на детали) и ограничением подачи насоса. Среди конструктивных мероприятий следует отметить увеличение скорости впрыска и качества распыливания топли­ва за счет увеличения давления подачи, а также электронное регулирование подачи. Дымление двигателя резко возрастает при приближении состава смеси к стехиометрическому (а = 1), поэтому дизели, несмотря на то, что вблизи а = 1 мощность и крутящий момент максимальны, имеют ограничение по пре­делу дымления. Сравнительно низкий уровень СО, СН и NOx в отработавших газах дизеля не требовал в прошлом установки специальных устройств для снижения токсичности. Однако в последние годы ужесточение норм токсичности коснулось и ди­зелей - на многих моделях автомобилей с дизельными двигате­лями уже появились системы снижения токсичности выхлопа, включающие рециркуляцию выхлопных газов, каталитический нейтрализатор и специальный сажевый фильтр.

3. НОРМИРОВАНИЕ ШУМА АВТОМОБИЛЕЙ.

3.1. Автомобиль - как источник шума 3.1.1. Внешний и внутренний шум. Различают шум внешний, оказывающий воздействие на окружающих, так и шум внутренний, оказывающий воздействие на водителя и пассажиров. Значение показателей шума для транспортных средств нормируется ГОСТ, международными стандартами. Так нормативы для легковых автомобилей: · По внешнему шуму - 74 дБ (Евростандарт) · По внутреннему шуму - 78 дБ (ГОСТ 27435). 3.1.2. Шум и вибрация. По природе происхождения шумы делятся на воздушные и структурные. Средой распространения воздушного шума является воздух. Средой распространения структурного шума является твердое тело. Применительно к а/м это выглядит так. Работающий двигатель через элементы крепления передает вибрацию на кузов, панели которого в зависимости от степени вибрации издают звук - структурный шум. 3.1.3. Источники шума на автомобиле. Их условно можно разделить на две группы: первичные: Двигатель; Трансмиссия; Система выпуска отработанных газов; Шины; Потоки воздуха, обтекающие автомобиль при движении. б) вторичные: Металлические панели кузова (пол, крыша, крылья, двери, арки колесных ниш и т.д.); Крупногабаритные пластмассовые детали интерьера а/м (панель приборов, формованные накладки дверей, декоративный кожух переднего пола под рукоятку КПП, накладки стоек); Мелкие металлические конструкции (тяги привода замков, стеклоподъемников и т.п.). 3.1.4. Пути распространения шума в автомобиле. Воздушный шум от первичных источников проникает в салон а/м через неплотности кузова (дверные проемы, технологические отверстия переднего пола), а также остекление а/м. Чем толще стекло и панели кузова, тем выше их звукоизоляционные свойства. Воздушный шум от первичных источников тем ниже, чем оптимальнее конструкция самих источников: двигателя, трансмиссии, системы выхлопа, шин (высота и рисунок протектора). Структурный шум проникает в а/м через элементы подвески к кузову силового агрегата, трансмиссии, системы выхлопа, ходовой части. Вибрация, передаваемая через элементы подвески, заставляет колебаться все без исключения панели кузова, которые в свою очередь излучают структурный шум. Кроме того, звук, излучаемый элементами системы выхлопа (трубами, резонатором, глушителем), приводит к дополнительному возбуждению пола а/м, что вносит ощутимый вклад в общий уровень внутреннего шума. В общий уровень шума в салоне а/м немалую долю вносит отраженный звук. Отраженный звук - звук, получающийся при отражении звуковых потоков, издаваемых первичными источниками, от дорожного покрытия. 3.2. Методы борьбы с шумом. Разделяются на конструктивный и пассивный. Конструктивный метод: 1. Применение отбалансированных силовых агрегатов и узлов трансмиссии; 2. Правильный подбор и расчет эластичных элементов подвески силового агрегата, трансмиссии, ходовой части, системы выхлопа; 3. Правильный расчет конструкции системы выхлопа и определение точек ее подвески к кузову; 4. Правильное моделирование конструкции кузова и его жесткости; 5. Выбор прогрессивных конструкций уплотнителей окон и дверных проемов и т.д. Пассивный метод: 2. ПРИМЕНЕНИЕ ШУМОИЗОЛЯЦИОННЫХ И ПРОКЛАДОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ. 3. Применение защитных кожухов. 3.3. Практические приемы борьбы с шумом. 3.3.1. Предварительная оценка шумовых характеристик а/м. Производится на обкатанном, не менее 3000 км, технически исправном а/м по ГОСТ 27435. В результате оценки будет установлен уровень общего шума внутри а/м и снаружи. Однако этих оценочных показателей будет недостаточно для того, чтобы правильно выбрать марку материала и место его установки. Для правильного выбора приемов и методов необходимо знать: 1. критические точки на кузове а/м, т.е. места кузова, подверженные наибольшей частоте и амплитуде колебаний, вызванных передаваемой от источников вибрацией; 2. доли вклада в общий уровень шума внутри а/м шумов воздушного и структурного; 3. основные пути распространения воздушного и структурного шумов; 4. частотную характеристику шума внутри салона и вибрации на панелях кузова, особенно в критических точках и т.п.