Экология /
←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ТЕПЛОТЕХНИКИ И ГИДРАВЛИКИ
РЕФЕРАТ ПО ТРАНСПОРТНОЙ ЭКОЛОГИИ
СИСТЕМЫ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В ВЫПУСКНОЙ СИСТЕМЕ
ВЫПОЛНИЛ: студент группы АТ-312
Литвинов Александр Владимирович
ПРОВЕРИЛ: Захаров Евгений Александрович
ВОЛГОГРАД 2004
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение 3
1. Способы нейтрализации отработавших газов в выпускной сис¬теме 4
2. Нейтрализация отработавших газов в выпускной системе бен¬зиновых двигателей 4
Эволюция каталитических нейтрализаторов 4
Устройство и принцип действия каталитических нейтрализа¬торов 5
Разогрев каталитических нейтрализаторов 6
Обратная связь 7
Кислородные датчики 8
Условия нормальной работы каталитических нейтрализаторов 10
3. Нейтрализация отработавших газов в выпускной системе ди¬зельных двигателей 11
Комплексная очистка отработавших газов дизеля 11
Сажевые фильтры 11
Система DRNR (TOYOTA) 12
Плазменный нейтрализатор 13
Обратная связь дизеля 14
Система SCR (MERCEDES–BENZ) 15
Заключение 16
Введение
Загрязнение воздуха вредными выбросами автомобилей в конце ХХ века стало одной из глобальных экологических про¬блем. Путь ее ре-шения только один - автомобиль должен стать экологически чистым. Важное место здесь принадлежит системам ней¬трализации, способным в несколько раз снизить токсичность выхлопных газов.
Всего в отработавших газах обнаружено около 280 компонентов. По своим химическим свойствам, характеру воздействия на организм чело¬века вещества, содержащиеся в отработавших газах, подразделя-ются на несколько групп:
СОСТАВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ДИЗЕЛЕЙ
Компоненты
отработавших
газов Концентрация, %
Бензиновый
двигатель Дизель
Азот 74-77 74-78
Кислород 0,3-8,0 2,0-18
Водяной пар 2,0-5,5 0,5-9,0
Оксиды углерода 0,5-12 0,005-0,4
Оксиды азота 0,01-0,8 0,004-0,6
Диоксид серы - 0,002-0,02
Углеводороды 0,2-3,0 0,01-0,3
Альдегиды 0-0,2 0,001-0,009
Сажа, г/мз 0-0,04 0,01-1,1 и более
Таблица 1 – Состав отработавших газов бензиновых и ди¬зельных двигателей
1.нетоксичные: азот, ки¬слород, водород, водяные пары, а также диоксид углерода;
2.токсичные: оксид угле¬рода, оксиды азота, многочис¬ленная группа углеводородов, альдегиды, сажа. Причем сажа сама по себе нетоксична, но она адсорбирует на поверхности частиц канцерогенные полицик¬лические углеводороды, в том числе наиболее вредный и ток¬сичный бенз(а)пирен. При сго¬рании сернистых топлив образу¬ются неорганические газы - ди¬оксиды серы и сероводо¬род.
Токсичные компоненты со¬ставляют 0,2–5% от объема от¬работавших газов, в зависимо¬сти от типа двигателя и режима его работы.
ЕВРОПЕЙСКИЕ И КАЛИФОРНИЙСКИЕ (LEV, ULEV, SULEV) СТАНДАРТЫ
Нормы
токсичности Бензиновый двигатель Дизельный
двигатель
CO CH NOx CO NOx CH+NOx Сажа
Евро III, с 2000 г. 2,3 0,2 0,15 0,64 0,5 0,56 0,05
Евро IV, с 2005 г. 1,0 0,1 0,08 0,5 0,25 0,30 0,025
LEV 2,1 0,2 0,15 - - - -
ULEV 1,0 0,02 0,03 - - - -
SULEV, с 2004 г. 0,62 0,006 0,0125 - - - 0,006
Таблица 2 – Европейские и американские нормы токсичности от¬работавших газов
За долгое время существования проблемы автомобильных выбросов и загрязнения ими атмосферного воздуха было разработано множество ме¬тодов и способов, позволяющих уменьшить количества выхлопов или снизить их токсичность. В настоящее время разрабатываются и пре-тво¬ряются в жизнь ме¬ро¬приятия по снижению за¬грязнения атмосферы вы¬бросами автомобильных двигателей, включающие в себя:
1.усовершенствование конструкций двигателей и повышение качеств изго¬товления;
2.поиск новых видов топлива, применение раз¬личных присадок к нему;
3.создание энергоси¬ловых установок для ав¬томобилей, выбрасывающих меньшее количество вред¬ных веществ;
4.разработка устройств, снижающих содержание вредных компонен¬тов в отработавших газах.
Практика показала, что при этом достичь уровня токсичности от¬работавших газов, требуемого законодательством развитых стран, первыми тремя способами нельзя. Поэтому получила широкое распро¬странение нейтрализация отработавших газов в системе выпуска. В этом случае токсичные пары, вышедшие из цилиндров двигателя, ней¬трализуются до выброса их в атмосферу.
1. Способы нейтрализации отработавших газов в выпускной сис¬теме
Существует несколько способов нейтрализации отработавших газов в выпускной системе автомобиля:
1.Окисление отработавших газов путем подачи к ним дополнитель¬ного воздуха в термических реакторах. Термические реакторы уста¬навливают на многих японских и американских двигателях. Термиче¬ский реактор представляет собой теплоизолированный объем со специ¬альной организацией течения отходящих газов, устанавливаемый в вы¬пускной системе двигателя и осуществляющий термическое доокисление токсичных компонентов за счет собственного тепла отходящих газов. Термическая нейтрализация не зависит от вида сжигаемого топлива, наличия присадок и позволяет использовать в двигателях этилирован¬ный бензин. Повысить температуру отработавших газов в реакторе можно, уменьшив теплопотери применением проставок-экранов, тепло¬изоляцией корпуса реактора, использованием тепла реакции окисле¬ния, а также кратковременным уменьшением угла опережения зажига¬ния. Реакторы особенно эффективны на режимах богатой смеси при больших нагрузках, не выходят из строя со временем, однако не дают полного окисления СО и СН и не восстанавливают NOx, поэтому приме¬няются как дополнительные устройства перед каталитическим нейтра¬лизатором.
2.Поглощение токсичных компонентов жидкостью в жидкостных ней¬трализаторах. Этот способ не получил широкого распространения из-за малой эффективности и необходимости частой замены жидкости.
3.Применение каталитических нейтрализаторов и сажевых фильтров (на автомобилях с дизельными двигателями) – в настоящее время наи¬более актуальный.
2. Нейтрализации отработавших газов в выпускной сис¬теме бензи-новых двигателей
Эволюция каталитических нейтрализаторов
В конце 60-х годов, когда мегаполисы Америки и Японии стали буквально задыхаться от смога, инициативу взяли на себя правитель¬ственные комиссии. Именно законодательные акты об обязательном снижении уровня токсичных выхлопов новых автомобилей вынудили про¬мышленников усовершенствовать двигатели и разрабатывать системы нейтрализации.
В 1970 году в Соединенных Штатах был принят закон, в соответ¬ствии с которым уровень токсичных выхлопов автомобилей 1975 мо¬дельного года должен был быть в среднем наполовину меньше, чем у машин 1960 года выпуска: СН — на 87%, СО — на 82% и NOх — на 24%.
Аналогичные требования были узаконены в Японии и в Европе.
Первым делом инженеры бросились совершенствовать системы питания и зажигания. Но было очевидно, что добиться столь существенного улучшения ситуации с токсичностью без применения дополнительных устройств просто невозможно.
В 1975 году на американских машинах появились первые каталити¬ческие нейтрализаторы отработавших газов — тогда еще двухкомпо-нент¬ные, так называемого окислительного типа. Двухкомпонентными они на¬зывались потому, что могли нейтрализовать только два токсич-ных ком¬понента — СО и СН. Окислительными — потому, что происходив-шие реак¬ции представляли из себя окисление (то есть фактически до-жигание) молекул СО и СН с образованием углекислого газа СО2 и воды Н2О.
На американских автомобилях 1975 года появились транзисторные системы зажигания с высокой энергией искры и свечи с медным сер-деч¬ником центрального электрода — это свело к минимуму пропуски зажи¬гания и последующие вспышки несгоревшего топлива в нейтрализа-торе, которые грозят оплавлением керамики.
В 1977-м к нему добавили "противоазотную" секцию, а еще через пару лет объединили все в едином корпусе, дав неправильное назва-ние "трехступенчатый" нейтрализатор. На самом деле речь идет не о сту¬пенях, а о трех подавляемых классах вредных веществ.
К 1990 году нейтрализатор переехал вплотную к выпускному кол¬лектору, чтобы быстрее нагреваться до рабочих температур (300ºС) – тем самым уменьшить вредные выбросы на стадии прогрева.
В 1995 году фирма ”Эмитек” разработала технологию подогрева ка¬тализатора мощным электрическим сопротивлением. Основанная на этом принципе модель катализатора ”6С” (или ”Эмикэт”) была уста-новлена на ”БМВ-Альпина В12”.
Ну и, наконец, в 2000 году появилась цеолитовая ловушка угле-во¬дородов (СН), задерживающая их при пуске мотора и лишь после на¬грева до 220°С отдающая
←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5