Земные спасатели космонавтов (ч.1)
Поисково-эвакуационная установка ПЭУ-1
Секреты воздушного фильтра
Бульдозер и дизель – по жизни вместе
Есть ли альтернатива ЯМЗ
Конусные дробилки как инструмент получения качественного щебня
Земные спасатели космонавтов (ч.2)
Поисково-эвакуационная установка ПЭУ-1
Экономика шин, или Экономия на шинах
Практические советы
 1
Под сильным давлением
Карьерные самосвалы БелАЗ
Всем ли по зубам лизинговый пирог? (ч.1)
Расчет удельной стоимости эксплуатации строительных машин
Карбюраторы малых грузовых и грузопассажирских автомобилей
Конструкции карбюраторов К-126Г, К-131, К-151 АО «ПеКар» для двигателей ЗМЗ и УМЗ
 1
Думпер – это не самосвал!
Что же такое строительный думпер?
 4
Ямочный ремонт дороги
Традиционные и новые методы
Гидромолоты среднего класса (ч.1)
Обзор моделей гидромолотов представленных на российском рынке

Токсичность автомобильных двигателей

А. Дмитриевский, канд. техн. наук

Непрерывный рост автомобильного парка потребовал введения в большинстве стран мира норм на выброс токсичных веществ с отработавшими газами, а также ряда других требований, связанных с улавливанием паров топлива и картерных газов.

Срез действующего каталитического нейтрализатора

Согласно существующим законам двигатели большегрузных автомобилей (с общей массой более 3,5 т) и автобусов при разработке и сертификации проходят испытания на моторных стендах. Нормируются три компонента отработавших газов: оксид углерода (CO), углеводороды (CH) (пары несгоревшего топлива и продукты неполного сгорания) и оксиды азота (NOx). При этом используется 13-ти ступенчатый цикл, который включает в себя работу на холостом ходу, режиме максимального крутящего момента при нагрузках 2, 25, 50, 75, 100%, опять на холостом ходу и далее на номинальной мощности (100%) с постепенным уменьшением нагрузки (75, 50, 25, 2% от полной) и снова холостой ход. Нормы при испытании на моторных стендах задаются в г/кВт·ч. Заметим, что содержание в отработавших газах канцерогенных веществ пока не нормируется.

Проверка проводится только на трех скоростных режимах, что позволяет при электронных системах управления на большинстве эксплуатационных режимов устанавливать оптимальные регулировочные параметры. Именно это определяет очень сложные алгоритмы подачи топлива, закономерности изменения углов опережения зажигания и впрыскивания топлива.

Автомобили и микроавтобусы с общей массой до 3,5 т испытываются на роликовом стенде, моделирующем движение на различных передачах с заданными скоростями, режимы разгона и торможения двигателем. В европейском ездовом цикле задаются скорости от 15 до 120 км/ч. Для автомобилей с максимальной скоростью менее 130 км/ч (малые грузовики, грузопассажирские автомобили и др.) максимальная скорость ездового цикла ограничивается 90 км/ч. Для замера токсичности используется аппаратура, обеспечивающая разбавление отработавших газов воздухом и определение содержания СН пламенно-ионизационным способом.

Для выполнения норм Еuro-2 и Еuro-3, а также действующих в США и ряде других стран требуется применение трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов в сочетании с микропроцессорной системой управления топливоподачей и зажиганием, работающей с обратной связью от кислородного датчика. Некоторые нейтрализаторы для получения минимальных выбросов оксидов азота и углеводородов требуют работы двигателя на незначительно обогащенных смесях (коэффициент избытка воздуха не 1, а 0,96...0,98). Современные электронные блоки управления позволяют производить необходимое смещение качества смеси. Это, в частности, использовано для ряда двигателей отечественного производства.

На дизельных двигателях для снижения СО, СН и NОx также применяются каталитические нейтрализаторы, а на транспортных средствах, работающих в закрытых помещениях, устанавливаются фильтры для улавливания сажи и твердых частиц.

В эксплуатационных условиях испытания на роликовом и моторном стендах не возможны. Поэтому токсичность бензиновых двигателей измеряется на двух режимах холостого хода: при минимальной (nmin) и повышенной (nпов) частоте вращения. Последняя задается предприятием-изготовителем или принимается в пределах от 2 000 об/мин до 80% от номинальной. Концентрацию СО и СН (в %) определяют газоанализаторами непрерывного действия, использующими принцип инфракрасной спектроскопии и отвечающими требованиям ГОСТ. Необходимо иметь в виду, что эти приборы регистрируют только часть углеводородов – примерно в 2...5 раз меньше, чем пламенно-ионизационные. Оксиды азота не нормируют и не замеряют, так как их выброс на описанных режимах невелик.

Схема установки сажевого фильтра на погрузчике

Заметим, что выбросы СО и СН при nmin не определяют общей загазованности атмосферы, поскольку не превышают 10...12% от общего выброса токсичных компонентов. Так что ужесточение норм на этом режиме снизит загазованность только в каких-то локальных зонах, например, на перекрестках или в автопарках.

На режиме nпов в карбюраторных двигателях кроме системы холостого хода в действие вступают переходная, а иногда и главная дозирующая системы. При этом удается косвенно оценить правильность регулировок этих систем. С этого режима целесообразно начинать проверку содержания СО и СН.

Для автомобилей без нейтрализаторов концентрация СО не должна превышать 2%. Для устойчивой работы двигателя при минимальном расходе топлива содержание СО должно находиться в пределах 0,5...1,0%. Концентрация СН для двигателей с числом цилиндров до четырех включительно ограничена 600 млн-1, при большем числе цилиндров – 1 000 млн-1. При исправном двигателе и правильной регулировке системы топливоподачи концентрация СН находится в пределах 50...150 млн-1. Замер состава газов следует проводить не ранее, чем через 30 секунд после установления заданного режима, чтобы исключить влияние топлива, дополнительно впрыснутого ускорительным насосом при открытии дроссельной заслонки, и дать возможность отработавшим газам дойти от цилиндра до газоанализатора.

В случае повышенной концентрации СО, а следовательно, и СН необходимо прочистить воздушные жиклеры системы холостого хода и главной дозирующей системы. Следует помнить, что в карбюраторах К-151 (автомобили УАЗ, «Газель», «Волга») в системе холостого хода их два, причем второй имеет малый диаметр и поэтому засоряется особенно часто. Если после прочистки воздушных жиклеров концентрация СО остается выше нормы, то в карбюраторах ДААЗ-2105, 2106, 2107 состав смеси можно отрегулировать винтом производственной подстройки. Иногда из-за засорения отверстия, соединяющего воздушный канал карбюратора с эмульсионным каналом, сделать этого не удается. Прочистить канал можно тонкой проволокой или завернув винт до упора и отвернув его на столько же оборотов – конус иглы сам прочистит отверстие.

В карбюраторах, не имеющих винта производственной подстройки, приходится увеличивать калиброванную часть воздушного жиклера холостого хода, причем в карбюраторах с параллельным открытием дросселей (К-89, К-90, К-135 грузовых автомобилей ЗИЛ и ГАЗ) необходимо обеспечить равную пропускную способность обоих жиклеров (разница не выше 3...5%).

Причиной повышенной концентрации СН могут быть перебои искрообразования из-за переобеднения смеси, шунтирования свечей, обгорания контактов прерывателя-распределителя и других неисправностей электрических цепей. Как правило, выброс СН удается уменьшить за счет увеличения искрового промежутка до 0,8...0,9 мм. При низкой концентрации СО неустойчивая работа двигателя, рывки при трогании могут возникнуть из-за частичного засорения топливного жиклера или низкого уровня топлива в поплавковой камере. В карбюраторах К-151 для улучшения ездовых качеств и уменьшения выброса СН рекомендуется повысить уровень топлива в поплавковой камере на 4 мм (до 19 мм от плоскости разъема крышки).

Мультитестер Bosch

В двигателях, оборудованных нейтрализаторами, концентрация СО не должна превышать 0,7%, а СН – 200 млн-1 для двигателей с числом цилиндров до четырех и 300 млн-1 – при большем числе цилиндров. В случае необходимости выброс СН можно снизить установкой более позднего зажигания. Однако при этом увеличивается расход топлива и ухудшается динамика разгона.

Отрегулировав двигатель при nпов, переходим на режим nmin.

Согласно действующим нормам при техническом осмотре концентрация СО не должна превышать 3,5%. У двигателей с карбюраторами К-151, К-131 (автомобили УАЗ, ГАЗ), ДААЗ-2105,2107 (автомобили ВАЗ) с автономной системой холостого хода минимальная концентрация СН (180...250 млн-1) достигается при СО 0,3...0,5%. Норма СН составляет 1 200 млн-1. Однако рекомендуется регулировать карбюратор так, чтобы содержание СО было в пределах 0,8...1,0%, для обеспечения гарантированного запаса на возможные изменения состава смеси при эксплуатации. Для автомобилей с нейтрализатором норма СО – 1%, СН – 400 или 600 млн-1.

Бывают случаи, когда при завернутом до упора винте качества смеси концентрация СО превышает норму. В карбюраторах К-151 это происходит, когда калиброванное отверстие в первом топливном канале системы холостого хода имеет слишком большую пропускную способность. В этом случае необходимо уменьшить это отверстие, а иногда даже заглушить его. В карбюраторе ДААЗ-2108 и его модификациях одной из причин высокой концентрации СО является прорыв мембраны пневмопривода клапана экономайзера мощностного режима. Клапан в этом случае остается открытым постоянно. Топливо через прорванную мембрану и демпфирующий жиклер, расположенный в нижней части корпуса карбюратора, попадает в задроссельное пространство, что ведет не только к высокой концентрации СО, но и к увеличению расхода топлива. Временно до замены мембраны можно заглушить демпфирующий жиклер и жиклер экономайзера, однако это сопровождается снижением максимальной скорости автомобиля.

Регулирование двухкамерных карбюраторов грузовых автомобилей ЗИЛ и ГАЗ К-89, К-90, К-135 с параллельным открытием дроссельных заслонок требует определенных навыков.

При nmin целесообразно начинать регулирование по СН. Вращением винта качества одной из камер необходимо добиться минимальной концентрации СН. Затем нужно повторить операцию с винтом качества другой камеры и, в случае необходимости, винтом количества установить заданную частоту вращения. После этого проверить концентрацию СО. Если она окажется выше нормы, то следует обеднить смесь, поворачивая последовательно винты качества обеих камер точно на одинаковые углы до тех пор, пока концентрация не снизится до нормы. Затем нужно снова проверить концентрацию СН. При повышенной концентрации СН можно несколько увеличить частоту вращения или уменьшить опережение зажигания.

Дизельные двигатели грузовых автомобилей и автобусов проверяются на непрозрачность (дымность) выхлопа, которая оценивается в процентах при помощи дымомеров путем просвечивания пробы отработавших газов на заданных режимах. Среди приборов зарубежного производства наиболее известны «Хартридж» и МК-3. Из многочисленных отечественных дымомеров наиболее полно основным требованиям к таким приборам отвечает «Измеритель дымности переносной ИДП-2».

Пламенно-ионизационный детектор

ИДП-2 измеряет коэффициент светопропускания столба отработавших газов заданной длины и преобразует аналоговые сигналы датчиков в единицы дымности (в процентах или в виде коэффициента ослабления светового потока, м-1), приведенные к нормализованным значениям температуры газа (100°С) и фотометрическим данным (430 мм). Источник света – лампа накаливания МН 6,3В-0,3А, датчик – кремниевый фотодиод ФД-24К. Прибором можно пользоваться при температурах выше –20°С. Его питание обеспечивает батарея из 10 элементов VARTA 5006 0,75 А·ч.

Измерения проводятся после полного прогрева двигателя. При наличии двух выхлопных труб дымность замеряют в каждой из них. После подключения прибора частота вращения доводится до максимальной. Этот режим выдерживается до достижения температуры отработавших газов, соответствующей инструкции. Измерение дымности проводится при изменении частоты вращения от минимальной до максимальной путем быстрого нажатия на педаль подачи топлива до упора и отпускания ее. Интервал цикла не более 15 секунд. Циклы повторяются 10 раз, но в зачет принимаются только последние четыре. На этих режимах дымность не должна превышать 40% для двигателей без наддува и 50% для двигателей с наддувом. Затем проводится замер при максимальной частоте вращения коленчатого вала после нажатия педали подачи топлива до упора и стабилизации показаний прибора, но не ранее, чем через 30 секунд. При этом норма на дымность – 15%.

В настоящее время готовится новый стандарт, в котором предусмотрены более жесткие требования для автомобилей с каталитическими нейтрализаторами.


А. Дмитриевский, канд. техн. наук Основные Средства 02'2000 8 апреля 2005

Комментарии (0)