Нормативы по защите окружающей среды

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический институт

Факультет транспорта

Контрольная работа

_Нормативы по защите окружающей среды   

предмет

Красноярск 2016

Список вопросов к выполнению контрольной работы

1.     Снижение вредных выбросов совершенствованием рабочего процесса и конструкции систем двигателей….…………………..…………………..3

2.     Влияние технического состояния автомобиля на количество вредных выбросов……………………………………………………………….……6

3.     Оптимизация регулировок основных систем двигателя, как способ снижения вредных выбросов………………………………………..…...11

1. Снижение вредных выбросов совершенствованием рабочего процесса и конструкции систем двигателей.

         Бензиновые двигатели Снижение одновременное СО, СхНу и NOx требует от бензиновых ДВС противоположных решений. Эффективными средствами уменьшения NOx является уменьшение угла зажигания, рециркуляция ОГ. Эти мероприятия могут снизить выброс NOx на 40–50%, но увеличивают расход топлива на 10–12%. При снижении угла зажигания уменьшается не только мощность, но и температура цикла, в результате чего снижается NOx, одновременно уменьшается и количество СхHу, поэтому угол зажигания выбирают из условия оптимальных углов зажигания на частичных режимах и на холостом ходу. Средний выброс токсичных веществ СО и СхHу у автомобилей с неисправным или неотрегулированным двигателем и его системами в 2–3 раза больше, чем при технически исправном его состоянии. Поэтому одно из обязательных условий снижения токсичности ОГ связано с улучшением технического состояния систем питания и зажигания путем своевременной и правильной их регулировки.      Увеличение угла опережения (ранее зажигание) повышает в ОГ содержание СхHу и NOx на 12–16%. Величина СО и СО2 при этом не меняется. Уменьшение угла зажигания (позднее зажигание) – снижает концентрацию NOx на 25–30%, а СхHу – на 20–30%. Величина зазора между контактами прерывателя-распределителя влияет на отклонение угла опережения зажигания от оптимального. Эксплуатацион- ное нарушение зазоров вызывает увеличение выброса СхHу до 30%. Негерметичность клапана экономайзера – один из самых распространенных дефектов, увеличивает выброс СО в 1,5–2 раза на режимах малых и средних нагрузок.          Превышение подачи ускорительного насоса в 2–3 раза выше оптимальной величины ведет к увеличению выбросов СО и СхHу в 1,5–2 раза. Гидравлическое сопротивление воздухоочистителей – при увеличении его в 2 раза, что соответствует примерно 100 тыс. км, повышается выброс СО примерно на 30%, а также способствует уносу масла в двигатель и повышен- ному выбросу канцерогенных веществ. Нарушение работы свечей зажигания – также наиболее встречающийся дефект. Увеличение зазора между электродами свечей зажигания приводит к увеличению выброса СхHу до 25%. Уменьшение зазора на 25% против нижнего предела оптимума повышает концентрацию СхHу до 40%. Одна неработающая свеча двигателя или две свечи, работающие с пере- боями, вызывают повышение СхHу в 2–2,5 раза. Предельный износ цилиндропоршневой группы у 8-цилиндрового двигателя ухудшает мощностные качества на 8–10%, экономические – на 14–19%, экологические – в 1,5–2 раза. Негерметичность выпускных клапанов, неудовлетворительное состояние седел и поверхностей приводит к увеличению СхHу. Увеличение зазора у впускных клапанов между штангой и коромыслом на 0,1 мм приводит к нарушению фаз газораспределения, что в свою очередь повышает концентрацию выбросов СхHу на 50–60%.    Рециркуляция отработавших газов заключается в перепуске части отработавших газов во впускную систему. Клапан рециркуляции связан с дроссель- ной заслонкой карбюратора, и с увеличением оборотов увеличивается поступление отработавших газов, снижая максимальную температуру. На режимах холостого хода и принудительного холостого хода ОГ не поступают на всасывание. Доля перепускаемых ОГ не превышает 10%.         При этом увеличивается в отработавших газах на 5–10% содержание СхНу. Расслоение топливной смеси. Снижение NO, CO и CхHу при работе на бедных смесях α>1,1, когда вследствие пропусков зажигания должно увеличиваться CхHу, можно достигнуть расслоением топливной смеси. Тогда в область свечи через специальный клапан или специальный канал подаётся не- большое количество обогащённой смеси α=0,6–0,8, а в общий объём камеры подаётся обеднённая смесь или воздух. Все эти мероприятия возможно осуществить для любых камер сгорания бензиновых ДВС. Дизели У дизелей различается три типа камер сгорания: предкамерные разделенного типа, неразделённого типа и полуразделённые. Лучшими по токсичности являются предкамерные разделённого типа, когда в дополнительную камеру впрыскивается всё топливо и его сгорание происходит при α<1, что ограничивает образование окислов азота при высокой температуре. В основной камере сгорание смеси происходит при избытке кислорода, но при пониженных температурах. Интенсивное вихреобразование способствует догоранию несгоревших частиц топлива и сажи. Поэтому выбросы токсичных веществ в 1,5–3 раза ниже, чем у дизелей с неразделенными камерами сгорания. Полуразделённые камеры обладают промежуточными свойствами. Для уменьшения токсичности у дизелей уменьшается угол опережения впрыскивания и увеличивается α (ограничивается цикловая подача Qц). Огра- ничение Qц на 30% от номинальной приводит к 70–80% снижению выбросов СО, CхHу и сажи. Снизить токсичность дизелей можно совершенствованием процессов топливоподачи. При электронном регулировании непосредственного впрыскивания бензина в цилиндры двигателя содержание СО в ОГ снижается до 0,8–1,0%, а CхHу до 280 млн –1, возрастает мощность и снижается удельный расход топлива. Для улучшения системы зажигания обеднённых смесей ведутся разработки систем зажигания с увеличенным временем разряда, подачей серии искр с транзисторным управлением, использование плазменных и лазерных способов воспламенения.

2. Влияние технического состояния автомобиля на количество вредных выбросов.

         Эксплуатация технически неисправных автотранспортных средств значительно увеличивает выбросы вредных веществ в окружающую среду. Причем эти выбросы растут быстрее физического износа и старения машин. В частности, для легковых автомобилей только в первые три года можно поддерживать уровень выбросов, гарантированный заводом-изготовителем.

Были проведены исследования, показывающие изменение экологической безопасности автомобиля в процессе эксплуатации, и установлена связь между величиной пробега и токсичностью отработавших газов.

         Полученные экспериментальные данные позволяют утверждать, что доля оксида углерода является наибольшей (от 76 до 84 % по массе), затем идут углеводороды (от 7 до 17 % по массе) и на последнем месте оксиды азота (от 2 до 7 % по массе). Содержание оксида углерода к 30 000 км пробега возрастает до 91 %. Общее количество выбросов возрастает примерно в три раза.

         У автомобилей с карбюраторным ДВС эти показатели снижаются вследствие отклонений в системе питания ДВС (на 30...40 %), в системе зажигания (на 25...30 %), в механической части ДВС (на 20...25 %), в трансмиссии и ходовой системе (на 15 %).

Таблица №1- Влияние величины пробега на токсичность отработавших газов

Таблица №2 - Влияние неисправностей карбюраторного ДВС на выбросы вредных веществ в атмосферу

         Повышение аэродинамического сопротивления воздушного фильтра вследствие его засорения в процессе эксплуатации ДВС вызывает обогащение рабочей смеси и увеличивает выброс СО и С_mН_n. Так, если сопротивление фильтра возрастет в 2 раза, выброс СО увеличится с 42 до 54 г/км и С_mН_n — с 6,5 до 8,1 г/км пути для автомобиля средней грузоподъемности при скорости движения 40 км/ч.

         Можно констатировать, что при увеличении пробега с начала эксплуатации машин с карбюраторными ДВС возрастание содержания токсичных веществ в ОГ обусловливается следующими основными причинами:

• изменением технического состояния карбюратора (засорение или износ главного и вспомогательного жиклеров, нарушение уровня топлива в поплавковой камере, изменение регулировки карбюратора);

• неисправностью в системе зажигания, вызывающей изменение его установки и ослабление мощности искры (подгорание контактов прерывателя и электродов свечей, нарушение изоляции проводов, замыкание обмоток катушки высокого напряжения);

• износом клапанов и втулок в газораспределительном механизме;

• износом цилиндропоршневой группы и отложением нагара в цилиндрах ДВС.

         К неисправностям дизельных ДВС, вызывающим повышенное содержание токсичных веществ в ОГ, относятся:

• засорение сопловых отверстий форсунок, заедание иглы форсунки;

• неравномерный износ прецизионных пар;

• негерметичность топливоподающей аппаратуры и неправильная ее регулировка;

• ухудшение подвижности поршневых колец в канавках поршней из-за сильного осмоления и потери упругости от износа по толщине;

• поздний впрыск топлива;

• увеличение аэродинамического сопротивления воздушного фильтра при всасывании воздуха (возрастание сопротивления фильтра в 2 раза приводит к увеличению дымности в 2... 3 раза).

         Но и при эксплуатации нового двигателя и нового автомобиля можно расходовать неоправданно большое количество топлива. Существуют определенные правила, как избежать большого расхода топлива на исправном автомобиле.

         1. На расход топлива влияет вес автомобиля. Известно, что каждые 500 кг веса машины потребляют примерно 700 л бензина в год (при норме пробега 20 тыс. км в год). Это значит, что если ваш автомобиль весит 1000 кг, вы сожжете за год около 1400 л топлива; если он весит 1500 кг — 2100 л и т. д.

         2. Регулярное обслуживание автомобиля позволит сократить расход топлива — исправный, но не отрегулированный автомобиль расходует топлива на 10 % больше (будь то газ или бензин).

         3. Поддержание оптимального давления в колесах. Более ²/₃ автомобилистов ездят на колесах с заниженным давлением, в то время как известно, что снижение давления с 2, 0 до 1, 5 кг/см² ведет к увеличению расхода топлива примерно на 3 %. Измерять величину давления в колесах следует в холодном их состоянии. Даже после небольшого пробега давление в колесах повышается.

         4. Обеспечение правильной регулировки колес («развал—схождение»).

         5. Дополнительное потребление топлива связано с лишним грузом. Каждые 50 кг груза вызывают перерасход топлива примерно на 2 %.

         6. Включение кондиционера увеличивает расход топлива примерно на 10 %.

         7. Открытые стекла при скорости автомобиля свыше 50 км/ч также приводят к повышенному расходу топлива. Величина перерасхода зависит от того, насколько эти стекла приоткрыты и какова скорость автомобиля.

         8. Каждое торможение предполагает последующий разгон, что, в свою очередь, вызывает большой расход топлива. Если вы видите, что через две-три машины впереди зажглись сигнальные огни торможения — уберите ногу с педали акселератора.

         9. Для удержания автомобиля на склоне следует использовать ручной тормоз, а не педали сцепления и акселератора.

         10. Лучше ехать медленно и плавно, чем резко трогаться и тормозить. Особенно часто эта ошибка заметна у водителей в «пробках», где они придерживаются принципа: «главное, никого не пропустить вперед себя».

         11. Правильный выбор передачи. На повышенной передаче, если вы полностью утопите педаль газа, нормального разгона не получится, кроме того, это приведет к перерасходу топлива. Как только разогнались, сразу же выключайте повышенную передачу.

         12. Высокие скорости для автомобилей 80-х годов приведут к перерасходу топлива — расход топлива при 110 км/ч на 25% больше, чем при 90 км/ч.

         13. При остановке нужно глушить двигатель.

         14. Резкое нажатие на педаль газа — чем резче вы нажимаете на педаль газа, тем больше будет расход топлива.

         15. Любое снижение мощности двигателя тут же приводит к большему расходу топлива.

3. Оптимизация регулировок основных систем двигателя, как способ снижения вредных выбросов.

         В настоящее время автопроизводители и поставщики проводят очень дорогие исследования и разработки для соблюдения действующих и перспективных норм токсичности ОГ. Чем жестче становятся требования законодательства, тем больше требуется затрат (в том числе технических) на их соблюдение. Достигнутые за последние годы успехи были отмечены «легко» реализуемыми возможностями. В будущем необходимо выбирать новые пути, что также включает в себя разработку новых методов организации процессов сгорания и новые решения в «старых» системах

         Таблица №3 - Меры по уменьшению вредных выбросов у бензиновых двигателей

            В таблице показаны некоторые технические меры по снижению расхода топлива и выбросов вредных веществ для бензиновых двигателей, уже выпускаемых серийно или разрабатываемых для серийного выпуска. Зачастую прогресс в снижении расхода топлива и выбросов вредных веществ при работе двигателей дают только комбинации различных мер.