Малотоксичные двигатели что это такое

Малотоксичные двигатели

Среди малотоксичных двигателей внутреннего сгорания следует назвать газотурбинные, двигатель Стирлинга и паровой двигатель. Процесс сгорания в указанных двигателях происходит стабильно, с большим коэффициентом избытка воздуха. При этом выделяется значительно меньше окиси углерода и углеводородов, чем у двигателей с искровым зажиганием и у дизелей. Однако внедрение в массовое производство газотурбинных и паровых двигателей пока не осуществляется ввиду их высокой стоимости, низкой экономичности, необходимости использования специальных материалов.

К малотоксичным двигателям следует также отнести поршневые с послойным сгоранием смеси и двигатели, работающие по полузамкнутому циклу.

В США, Японии и ФРГ ведутся исследовательские работы по использованию роторно-поршневых двигателей Ванкеля на транспортных средствах. Указанные двигатели хотя и выделяют большое количество окиси углерода и углеводородов, но окислов азота выбрасывают меньше, чем поршневые.

В последнее время в нашей стране созданы газовые двигатели. Двигатель ЗИЛ-138 отличается от базового (ЗИЛ-130) наличием специальной газовой аппаратуры.

Такую аппаратуру можно установить на газовом двигателе ЗМЗ-53-07 к автомобилю ГАЗ-53-07. Газовый двигатель ЗИЛ-375Г, созданный на базе двигателя ЗИЛ-375Я, устанавливается на газобаллонном автобусе ЛиАЗ-677Г. Создан газовый двигатель и для легкового газобаллонного автомобиля ГАЗ-24-07 «Волга».

Заслуживают внимания электрические установки с аккумуляторными батареями, а также с топливными элементами. Высокая в настоящее время стоимость автомобиля с топливными элементами не позволяет внедрять их в массовое производство. Широкому внедрению в массовое производство электромобилей препятствуют их низкие удельные показатели (мощность, энергоемкость). Следует помнить, что основное количество электроэнергии, потребляемой электромобилями, вырабатывается на тепловых электростанциях, где сжигается обычное топливо.

Полная замена автомобилей электромобилями в мировом масштабе ставит под сомнение мощности всех электростанций мира. И все же электромобиль настойчиво прокладывает себе дорогу. На Ереванском автомобильном заводе создан электромобиль ЕрАЗ-3731. Тепловой электродвигатель этого электромобиля мощностью 22 кВт питается от аккумуляторной батареи номинальным напряжением ПО В и общей массой 720 кг.

Электромобили созданы также в Запорожском машиностроительном институте. Во Франции функционирует завод по производству легковых автомобилей с электрическим двигателем. В Англии эксплуатируются десятки тысяч электромобилей. Такси-электромобили работают в Токио, Париже, Лондоне, Нью-Йорке и во многих других городах мира.

Источник

Сокращение токсичности автомобильных двигателей

Как известно, одним из основных источников загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха в XX веке явился автомобильный транспорт.

В связи с этим в мире возникла насущная необходимость разработки и проведения широкомасштабных комплексных мер по предотвращению и нейтрализации негативных последствий, которые порождаются автомобилизацией, а так же сокращению токсичности автомобильных двигателей.

Среди мер по снижению токсичности автомобильных двигателей, можно выделить следующие:

1. Эксплуатационные мероприятия

Основными эксплуатационными мероприятиями снижения токсичности отработанных газов являются:

для карбюраторных двигателей: своевременное регулирование карбюраторов по оптимальному составу рабочей смеси; оптимизация характеристики ускорительного насоса при разгоне автомобиля; поддержание оптимальной регулировки зазоров между торцами стержней клапанов и носками коромысел газораспределительного механизма; контроль и регулировка оптимального угла опережения зажигания и поддержание нормального зазора в контактах прерывателя; повышение минимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя на 50-100 оборотов в минуту; периодическая промывка системы смазки специальным промывочным маслом; периодическая проверка герметичности цилиндро-поршневой группы; движение автомобиля, по возможности, с постоянной скоростью; систематическая промывка топливных и воздушного фильтров систем питания двигателя; работа двигателя на средних скоростных режимах и нагрузках 60-80% от максимальной мощности; добавление в бензин 3% антитоксичного изопропилового спирта;

для дизельных двигателей: систематический контроль оптимального угла опережения начала подачи топлива; поддержание постоянной цикличности подачи топлива для каждого цилиндра; контроль и регулировка оптимальной максимальной подачи топлива, исключающей дымный выхлоп; своевременный контроль технического состояния и регулировка оптимального давления начала впрыска топлива каждой форсункой; разогрев двигателя и его систем перед началом движения автомобиля до температуры не ниже 30°С и полная нагрузка двигателя при температуре охлаждающей жидкости не ниже 55°С; работа двигателя на средних скоростных режимах и нагрузках 60-70% от максимальной мощности; периодическая проверка герметичности цилиндро-поршневой группы; движение, по возможности, с постоянной скоростью;

Читайте также:  Двигатель заводится прогревается и глохнет

общие мероприятия: своевременная промывка топливных и воздушных фильтров; контроль за отработанных газов на токсичность с помощью современных газоанализаторов; углубленная проверка исправного технического состояния топливных систем двигателей (производительность топливных жиклеров, степень износа деталей привода ускорительного насоса и его производительность, проверка системы балансировки поплавковой камеры).

2. Мероприятия по снижению токсичности и дымности отработавших газов

Основными направлениями, мероприятиями, методами и средствами снижения токсичности и дымности отработавших газов, являются:

1. Новые схемы двигателя: с турбокомпаундированием, с утилизацией теплоты в цикле Ренкина-Стирлинга, комбинированные, газотурбинные, аксиальные, двухтактные, электрические.

2. Совершенствование рабочего процесса: оптимизация камеры сгорания, оптимизация параметров топливоподачи, улучшение наполнения цилиндров, оптимизация структуры воздушного вихря, оптимизация фаз газораспределения, разработка малотоксичных рабочих процессов, теплоизоляция камеры сгорания, предварительная физико-химическая обработка топлива, воздушного заряда, рабочей смеси, совершенствование систем турбонаддува и систем впуска и выпуска.

3. Совершенствование конструкции и технологии изготовления ДВС: снижение механических потерь, утилизация теплоты отработанных газов, ужесточение допусков, оптимизация степени сжатия, совершенствование систем теплоподачи, совершенствование узлов и деталей дизеля, совершенствование систем охлаждения и смазывания, создание электронных систем управления.

4. Разработка средств и методов снижения токсичности и дымности ДВС: воздействие на рабочий процесс (регуляция отработанных газов, впрыскивание воды, присадки и эмульсии); установка в систему выпуска каталитических или жидкостных катализаторов, фильтров, термореакторов и прочих устройств; комбинированные системы очистки отработанных газов и химических поглотителей.

5. Применение альтернативных видов топлива и масел: жидкие топлива, водород, сжатый и сжиженный газы (природный, синтетический и другие), антидымные присадки, смеси топлив, масел и присадок, метанол, этанол, подсолнечное, рапсовое масла.

6. Технологическое обеспечение, эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт: обкатка, ремонт, диагностика, эксплуатация, обслуживание, хранение, повышение качества моторных масел.

7. Комбинированные методы и средства: гаражные навесные и стационарные системы очистки отработанных газов; малотоксичные режимы обкатки; оптимальная организация движения; оптимизация транспортных потоков.

3. Малотоксичные и нетоксичные двигатели

Малотоксичными двигателями являются: газотурбинные, роторные и гибридные двигатели, а нетоксичными — инерционные.

Газотурбинный двигатель проще поршневого по конструкции, имеет меньшую массу, проще в эксплуатации, легко пускается и значительно меньше загрязняет воздух, поскольку в его отработавших газах содержится существенно меньше оксидов углерода и углеводородов.

Однако для двигателя этого типа характерны высокая стоимость, большой расход топлива и малая приемистость (медленно развивает максимальную мощность).

Роторный двигатель — это бензиновый двигатель, отличающийся по конструкции от поршневого. У роторного двигателя нет цилиндров и шатунно-поршневой группы. Вместо поршней двигатель имеет вращающийся ротор, который передает крутящий момент через зубчатую передачу. В двигателе также отсутствуют клапаны, а вместо них предусмотрены впускные и выпускные отверстия. Двигатель имеет меньшую массу и более высокую частоту вращения. Он компактен, прост в производстве, бесшумен и способен работать на бензине с любым октановым числом и без добавок антидетонационных свинцовых присадок.

Однако по сравнению с поршневым роторный двигатель менее экономичен. Кроме того, трудно обеспечить необходимую герметичность между его корпусом и ротором по мере их изнашивания и эксплуатации.

Гибридные двигатели менее токсичны и более бесшумны по сравнению с поршневыми. На автомобиле устанавливают два двигателя: двигатель внутреннего сгорания и тяговый электродвигатель. В условиях города используется электродвигатель, который работает от аккумуляторной батареи, а при выезде из города — двигатель внутреннего сгорания. При работе последнего генератор подзаряжает аккумуляторную батарею.

Читайте также:  Как состыковать кпп уаз с двигателем ваз

Автомобиль с гибридным двигателем сложнее по конструкции и дороже в производстве, чем обычный электромобиль.

Инерционный двигатель представляет собой маховик. Достоинства такого двигателя связаны с его экологической чистотой, отсутствием токсичных отходов, практически бесшумной работой и высоким КПД.

Недостатком, препятствующим его внедрению, является малая энергоемкость маховика и, следовательно, незначительный пробег автомобиля в период между подзарядками (раскручиванием) маховика. Кроме того, определенную сложность представляет создание трансмиссии, передающей энергию от маховика к ведущим колесам автомобиля.

4. Электромобили

Электромобили существенно улучшают состояние окружающей среды. Они не потребляют топливо, не загрязняют воздух отработавшими газами, работают почти бесшумно, неогнеопасны; ими легко управлять. Электродвигатель такого автомобиля выдерживает кратковременные перегрузки и имеет хорошую тяговую характеристику, поэтому на электромобиле можно устанавливать двигатель меньшей мощности.

Кроме того, электромобиль не нуждается в сложной трансмиссии и во многих системах, характерных для обычного современного автомобиля.

Однако быстрое развитие электромобилей сдерживается из-за отсутствия высокоэффективных источников электроэнергии.

Основным недостатком современного электромобиля, снабженного в качестве источника тока свинцово-кислотными аккумуляторными батареями, являются ограниченный пробег, большая масса, малый срок службы источника тока и высокая стоимость.

5. Влияние различных факторов на экологичность автомобиля

Экологичность автомобиля неразрывно связана с его топливной экономичностью. Чем меньше автомобиль расходует топлива при выполнении транспортной работы, тем незначительнее выброс отработавших газов и токсичных веществ, а также вред, наносимый окружающей среде.

В связи с этим многие факторы, влияющие на топливную экономичность автомобиля, сказываются и на его экологичности. На экологичность автомобиля оказывают влияние ряд конструктивных и эксплуатационных факторов:

Тип двигателя. По токсичности отработавших газов наиболее экологичными являются двигатели, работающие на сжатых и сжиженных газах. В отработавших газах этих двигателей содержится меньше в среднем в 4,5 раза оксида углерода, в 1,6 раза — оксидов азота и в 1,3 раза — углеводородов по сравнению с бензиновыми двигателями. Дизели по токсичности также экологичнее бензиновых двигателей. В их отработавших газах содержится меньше оксида углерода в 30 раз, оксидов азота — в 1,3 раза и углеводородов — в 10 раз, однако в 6 раз больше сажи.

Техническое состояние двигателя. Полностью технически исправный двигатель расходует меньше топлива и, следовательно, меньше загрязняет окружающую среду. Так, например, поддержание дизеля в технически исправном состоянии позволяет снизить общий выброс ядовитых веществ в среднем на 35% и значительно уменьшить его дымление. Ухудшение технического состояния двигателя и систем его обслуживания (питания, зажигания и другое) приводит к снижению экологичности автомобиля. Например, при нарушении регулировки работы карбюратора на холостом ходу выброс оксида углерода увеличивается в 2 — 3 раза, углеводородов — в 2 — 2,5 раза и альдегидов — в 1,5 раза.

Вентиляция картера двигателя. Ядовитые вещества, выбрасываемые автомобилями в окружающую среду, — это отработавшие газы (65%), картерные газы (20%), состоящие из горючей смеси и продуктов сгорания, и пары топлива (15%). В связи с этим система вентиляции картера двигателя и её тип существенно влияют на экологичность автомобиля. Автомобили с закрытой (замкнутой) системой вентиляции картера двигателя более экологичны, чем с открытой. При использовании открытой системы вентиляции картерные газы выбрасываются непосредственно в окружающий воздух, тогда как в случае применения закрытой системы картерные газы за счет вакуума во впускном трубопроводе двигателя принудительно направляются в цилиндры двигателя на догорание. В результате предотвращается попадание картерных газов в салоны кузовов легковых автомобилей и автобусов, кабины грузовых автомобилей и уменьшается выброс ядовитых веществ в окружающую среду, в том числе углеводородов, на 25 — 30%. При этом содержание оксидов углерода и азота не увеличивается.

Читайте также:  Какой датчики температуры 402 двигатель

Топливо. Сорт топлива и присадки к нему существенно влияют на токсичность отработавших газов и экологичность автомобиля.

Применение бензина с меньшим октановым числом по сравнению с рекомендуемым заводом-изготовителем автомобиля приводит к более сильному загрязнению воздуха. При использовании очень ядовитых этилированных бензинов отработавшие газы содержат наибольшее количество токсичных веществ, особенно свинца и его соединений. Поэтому в настоящее время использование этилированных бензинов, в состав которых входит в качестве антидетонатора ядовитый тетраэтилсвинец, запрещено. Имеются другие, менее ядовитые антидетонаторы. Например, антидетонатор, созданный на марганцевой основе, в 50 раз менее токсичен, чем тетраэтилсвинец.

Дизельное топливо с повышенным цетановым числом (более 45) обеспечивает уменьшение выброса с отработавшими газами углеводородов и оксидов азота, а также более мягкую и бесшумную работу двигателя.

Газообразное топливо (метан, технический бутан, смесь пропана с бутаном и др.) более экологично, чем бензины и дизельное топливо.

Нейтрализаторы. Применение нейтрализаторов в системе выпуска отработавших газов позволяет превращать ядовитые вещества в продукты, которые не оказывают вредного влияния на окружающую среду. Так, например, нейтрализаторы, содержащие в качестве катализаторов оксиды меди, хрома, никеля, марганца и др., значительно снижают токсичность отработавших газов по оксидам углерода, а также углеводородам.

Режим движения. Токсичность отработавших газов во многом зависит от режима движения автомобиля. Больше всего ядовитых веществ автомобиль выбрасывает в воздух при трогании с места и торможении. При равномерном движении, на которое в условиях города приходится около 20% времени работы автомобиля, загрязнение окружающей среды отработавшими газами наименее значительно.

Однако в этом случае в отработавших газах содержится наибольшее количество оксидов азота, объем которых по сравнению с режимом холостого хода возрастает в среднем в 32 раза.

При торможении автомобиля двигателем содержание альдегидов в отработавших газах увеличивается в 10 раз.

При разгоне, общая продолжительность которого в условиях города составляет 40% времени движения автомобиля, токсичность отработавших газов возрастает, а при движении в режиме разгон — накат количество выбрасываемых ядовитых веществ при выпуске может быть меньше или больше, чем при установившемся движении автомобиля.

Квалификация водителя. При работе в одинаковых условиях (тип дороги, автомобиля и т.п.) у водителей разной квалификации разница в расходе топлива автомобилем составляет 20%. Следовательно, более опытные и квалифицированные водители, используя рациональные приемы вождения, добиваются снижения не только расхода топлива, но и токсичности отработавших газов, улучшая при этом экологичность автомобилей.

Таким образом, основное ограничение загрязнения атмосферы автотранспортом сводится к совершенствованию двигателя автомобиля и его технического состояния.

Одно из основных мероприятий — совершенствование конструкции современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием.

Наибольшее влияние на токсичность отработанных газов оказывают изменения, вносимые в систему питания и зажигания ДВС, поскольку они определяют процесс воспламенения и сгорания рабочей смеси.

Сегодня работы ведутся в следующих направлениях:

— улучшение качества смесеобразования во впускной системе;

— улучшение распыления топлива в карбюраторе;

— применение регуляторов принудительного холостого хода;

— обеспечение равномерного распределения смеси по цилиндрам.

От работников автомобильного транспорта — водителей, ремонтных рабочих, инженерно-технических работников зависит, насколько полно будут реализованы свойства, заложенные в конструкцию автомобиля. Чем жестче требования к токсичности и топливной экономичности, чем сложнее конструкция двигателя, тем более совершенным должно быть техническое обслуживание автомобиля, тем больше требований предъявляется к квалификации водителей.

Источник

Adblock
detector