Mitsubishi: техническое обслуживание автомобилей — часть 723

Глава 5

Система снижения токсичности

1. Отработавшие газы

CH, O

2

, N

2

H

2

O, CO

2

, N

2

Рис. 5.1

Автомобильные двигатели производят полезную работу за счет сжигания топлива в основном

состоящего из углеводородов СН. Топливо (СН) смешиваясь с воздухом, состоящим на 21% из
кислорода О

2

и на 78% из азота N

2,

в определенном соотношении попадает в камеру сгорания. Если

соотношение воздуха и топлива соответствует стехиометрическому отношению (14,7:1), то топливо
сгорает полностью. В случае его “идеального” сгорания отработавшие газы состоят из воды H

2

O,

углекислого газа CO

2

и азота N

2

, который не учувствует процессе горения.

CH, O

2

, N

2

H

2

O, CO

2

, N

2

СН, СО, NOx

Рис. 5.2

К сожалению реальные процессы сгорания, по ряду причин отличаются от “идеального” сгорания,

поэтому в отработавших газах кроме воды H

2

O, углекислого газа CO

2

и азота N

2

, ещё присутствуют

углеводороды СН, окись углерода СО (угарный газ) и оксиды азота NOx. Эти выбросы загрязняют
окружающую среду, поэтому существуют строгие ограничения на выброс этих вредных веществ.

5 – 1

Система снижения токсичности

1.1 Состав отработавших газов

СН

Рис. 5.3

Вредные выбросы, образующие при сгорании топлива в бензиновом двигателе составляют лишь

небольшую часть общей массы отработавших газов, около 1-2%.

1.2 Вредные компоненты в отработавших газах и их влияние на человеческий
организм

Вредными компонентами считаются такие компоненты, содержащиеся в отработавших газах,

которые оказывают непосредственное или косвенное воздействие на окружающую среду и
человеческий организм. Каждый из них оказывает различное воздействие:

•

Окись углерода СО (угарный газ): возникает в результате неполного сгорания топлива.

Этот газ не имеет ни цвета, ни запаха, взрывоопасен и очень ядовит. Он обладает
способностью увеличивать скорость разрушения гемоглобина находящегося в крови примерно
в 300 раз, тем самым, блокируя поступления кислорода, и способен вызвать смерть при
относительно малой концентрации в воздухе (объёмная концентрация 0,3% может привести к
смерти человека в течение 30 мин)

•

Оксиды азота NOx: (NO, NO

2

, N

2

O и другие) образуются при сгорании в двигателе под

воздействием высокой температуры и давления при наличии избытка кислорода. Некоторые из
них токсичны и вызывают расстройство центральной нервной системы и дыхательной системы
в зависимости от уровня концентрации этого компонента и продолжительности его вдыхания.

•

Углеводороды СН: появляются в результате неполного сгорания топлива и могут

появляться в различных формах (например, С

6

Н

6

, С

8

Н

18

и др.) и их действие на организм

человека различно. Некоторые из них вызывают раздражение органов чувств, а другие
развитие злокачественных опухолей.

•

Углеводороды СН и оксиды азота NOx: распределение этой смеси в атмосфере воздуха

приводит к образованию фотохимического смога при сильном солнечном свете.
Фотохимический смог состоит из озона, альдегидов и нитратов, вызывающий раздражение
кожи, слизистых оборочек и глаз.

5 – 2

Система снижения токсичности

1.3 Механизм образования вредных компонентов

1.3.1 Образование СО

Окись углерода СО образуется в результате неполного сгорания топлива (бензина). Если

топливовоздушная смесь имеет недостаточное количество воздуха для полного сгорания топлива
(смесь богатая), то концентрация, образующего СО увеличивается. В некоторых случаях допускается
работа двигателя при соотношении воздух-топливо большем, чем стехиометрическое соотношение и
это считается его нормальным режимом работы (например, режим запуска и прогрева после пуска,
режимы ускорения и полной нагрузки).

0

СО

12

14 16

18

20

22

1

2

3

4

5

6

24

СО

%

λ=1

Сгорание бедной

смеси

Воздушно-топливное

соотношение

Рис. 5.4

Образование СО практически полностью зависит только от отношения массы воздуха к массе топлива.

Концентрация СО уменьшается при сгорании бедных и увеличивается при сгорании богатых
топливовоздушных смесей.

1.3.2 Образование СН

Углеводороды в отработавших газах появляются в результате неполного сгорания топлива.

Образование СН происходит на всех режимах работы двигателя и зависит от многих факторов (формы
камеры сгорания, зазоров между поршнем и цилиндром, угла опережения зажигания, фаз
газораспределения и др.), и поэтому их содержание в отработавших газах зависит не только от
отношения массы воздуха к массе топлива, но и от конструкции двигателя.

Углеводороды, образующиеся в результате неполного сгорания:

В тех случаях, когда смесь (воздух, топливо, остаточные газы) с трудом сгорает в камере сгорания

двигателя из-за её неоптимального состава (например, при значительной концентрации в смеси
остаточных газов, во время торможения двигателем, при работе на бедных смесях), увеличивается
количество несгоревшего топлива или появляются пропуски воспламенения. Это приводит к
значительному выбросу углеводородов в атмосферу.

Углеводороды, образующиеся в процессе нормального сгорания:

При нормальном протекании процесса сгорания углеводороды образуются вследствие неполного

сгорания смеси в пристеночной зоне и в “мёртвых” объёмах, образующихся в щели между днищем
поршня и головкой блока цилиндров («щелевой эффект»), между боковой стенкой поршня до первого
кольца и стенкой цилиндра, и в пристеночных зонах камеры сгорания.

5 – 3

Система снижения токсичности

Расположение

пристеночного слоя в

камере сгорания

Рис. 5.5

0

12

14 16

18

20

22

500

1000

1500

2000

2500

3000

24

λ=1

СH

Сгорание бедной

смеси

Рис. 5.6

Воздушно-топливное

соотношение

CH

ppm

Концентрация СН минимальная точке, в которой отношение воздух-топливо примерно равно 18:1.

Это происходит в связи с уменьшением количества топлива в пристеночных зонах при переобеднении
смеси. Увеличение концентрации СН при дальнейшем обеднении связано с возникновением пропусков
воспламенения.

5 – 4