Технологія зниження токсичності автотракторних двигунів

Radioscan

Проблема забруднення атмосфери в Росії стоїть дуже гостро. Безперечно, що основними "забруднювачами" є автотранспортні засоби. Досить зазначити, що в Москві на частку автомобільного транспорту припадає 87% забруднення міста. З усіх видів автотранспорту найбільша частка викидів усіх шкідливих речовин належить вантажному автотранспорту. Положення посилюється вкрай незадовільним станом автомобілів, що перебувають в експлуатації.

Основними експлуатаційними чинниками, що впливають на рівень шкідливих викидів двигунів, є фактори, що характеризують стан деталей цилиндропоршневой групи (ЦПГ). Підвищений знос деталей ЦПГ і відхилення від їх правильної геометричної форми є причиною збільшення концентрації токсичних компонентів у відпрацьованих газах (ОГ) і картерів газах (КГ).

Базовою деталлю ЦПГ, від якої залежить працездатність і екологічність двигуна, є циліндр, тому що герметичність камери згоряння залежить від ущільнюючої здатності кільця в сполученні з циліндром. Від технічного стану циліндр - поршневе кільце головним чином залежить і інтенсивність росту зазорів між кільцями і канавками поршнів. Таким чином, контроль і подрегуліровка зазору між кільцем і циліндром у процесі експлуатації є істотним резервом зниження кількості шкідливих домішок в ОГ та КГ за допомогою поліпшення умов згоряння палива і зниження кількості масла, що залишився у надпоршневому просторі.

Подрегуліровка зазорів між циліндром і поршневими кільцями дуже просто виробляється пропонованим способом компенсації овальності циліндрів (КО).

Нижче представлені кілька статей, що стосуються проблем екології на вантажному автотранспорті:

-Актуальність проблеми забруднення навколишнього середовища;

-Аналіз причин підвищеної токсичності автотракторних двигунів;

-Спосіб КО.

-Рекомендації щодо застосування способу КО

Актуальність питання екології на автотранспорті.

Основними джерелами забруднення атмосфери є транспортні засоби з двигунами внутрішнього згоряння (ДВЗ). Досить зазначити, що в м. Москві (ж. "Автомобільний транспорт", № 1, 2001 р.) Усі викиди заводів столиці, разом узяті, в 6,5 разів менше, ніж викиди автомобільного транспорту.

Згідно з даними МОЗ РФ на частку автотранспорту в ряді регіонів Росії припадає понад 70% від загального обсягу викидів забруднюючих речовин в атмосферу, в тому числі в Пензенській області - 77%, в Санкт-Петербурзі - 71%, у Воронезькій області - 77%, в Краснодарському краї - 78%.

Картина і справді гнітюча, якщо не катострофически: майже у двох сотнях наших міст, охоплених моніторингом природного середовища, концентрація шкідливих для здоров'я речовин значно перевищує гранично допустимі рівні (Експерт-Авто, № 6 (16), червень, 2000)

Ще один штрих до картини. . У 1965 р. середня тривалість життя в СРСР становила 69,6 року У той час у США цей показник перевищував радянський тільки на 3 роки. До 1995р. розрив збільшився до 15 років. Причина - нервові стреси, викликані загальною нестабільністю, неправильний спосіб життя, але головна біда - огидний повітря і "огидний" його останнім часом вважаються не підприємства, а автотранспорт (Експерт-Авто 6 (16), липень, 2000 р.)

При спалюванні різних видів палива в двигунах всіх видів в атмосферу викидаються шкідливі речовини такі як оксид вуглецю, оксиди сірки, азоту, сполуки свинцю, сажа, вуглеводні, в тому числі канцерогенний бензаперін, незгорілі частки палива і т.п.

Зниженню токсичності і нейтралізації ОГ в даний час приділяється велика увага і розроблено багато способів, що дозволяють зменшити токсичність вихлопних газів.

Розробки в цьому напрямку включають в себе:

підвищення якості виготовлення та удосконалення конструкцій двигунів;

пошук нових видів палива, застосування різних присадок до нього;

розробка різних пристроїв, що знижують вміст шкідливих компонентів в ОГ.

Створення нових екологічно чистих енергетичних установок.

Пропонований нами спосіб досить приблизно можна віднести до вдосконалення конструкції двигуна.

Як вже зазначалося вище, кількість шкідливих речовин, що надходять в атмосферу у складі ОГ і КГ в більшій мірі залежить від технічного стану ДВЗ.

Сьогодні потреби експлуатації при підтримці парку в працездатному і екологічно допустимому стані збалансовані, в основному, капітальним ремонтом. Очевидно, що необхідні обсяги виробництва капітальних ремонтів не виконуються і в експлуатації перебувають двигуни в технічно незадовільному стані, у яких токсичність викиду значно підвищена. За даними НТЦ ПО КамАЗ при граничному значенні витрати газів картерів 8,1 кубометрів на годину витрата КГ у двигунів з пробігом 180-280 тис.км. складає від 6 до 15 кубометрів на годину.

У ВАІ ведуться роботи з коригування регулювань дизеля КамАЗ-740 відповідно до зносом ЦПГ. Однак, безперечно, доцільніше періодично відновлювати вихідні значення нещільностей в камері згоряння за допомогою компенсації овальності циліндрів до гранично допустимих. Відомо, що овальність циліндрів є критерієм працездатності та екологічності двигунів і постановки двигунів у капітальний ремонт. При досягненні овальності 100 мкм. двигуни ЯМЗ і КамАЗ економічно і екологічно недоцільно експлуатувати. Так при досягненні величини овальності циліндрів 100 мкм. . Гільзи двигунів ЯМЗ розточуються на наступний ремонтний розмір, а двигунів КамАЗ - викидаються ..

30 березня 2002 президент Росії підписав постанову Ради безпеки РФ про "Пріоритетні напрями розвитку науки, технологій і техніки Російської Федерації, серед яких -" екологія та раціональне природокористування ".

Аналіз причин підвищеної токсичності автотракторних двигунів.

Токсичними викидами ДВС є ОГ та КГ. Основна частка токсичних домішок надходить в атмосферу з ОГ. З КГ в атмосферу надходить близько 40% токсичних домішок від їх загального викиду.

Вміст вуглеводнів в ОГ багато в чому залежить від технічного стану та регулювань двигуна і на холостому ходу коливається від 100 до 5000% і більше (www.autoguide.ru)

При загальному невеликій кількості КГ, рівному 2-10% ОГ в загальному балансі забруднення атмосфери шкідливими речовинами, частка картерних газів становить близько 10% у мало зношених двигунів і виростає до 40% при експлуатації двигуна зі зношеною ЦПГ, тому що концентрація вуглеводнів в КГ в 15-10 разів вище, ніж в ОГ двигуна (В. А. Марков та ін Токсичність відпрацьованих газів дизелів М.; МГТУ ім. Н. Е. Баумана, 2002р.)

Кількість КГ, а так само їх хімічний склад залежать від стану деталей ЦПГ, здійснюють ущільнення камери згоряння. Від величини зазорів між трущимися деталями ЦПГ залежить проникнення газів з циліндра в картер і назад. При цьому збільшується частка вуглеводнів з канцерогенними властивостями через підвищений чаду масла і збільшеного витрати газів картерів через замкнену систему вентиляції картера.

Ближче до 100 тисяч км. пробігу димність і токсичність вихлопу двигунів відчутно підвищуються. Якщо ж врахувати наше споконвічне запилене бездоріжжя та типове нехлюйство при складанні вітчизняних автомобілів, то цю цифру можна сміливо зменшувати (www.autoguide.ru).

До досягнення граничного зносу двигуна викиди збільшуються в середньому на 50%. На прикладі прискорених випробувань, проведених у НАМИ, встановлено що знос двигуна збільшує викиди з ОГ вуглеводнів у 10 разів.

Основна маса двигунів з підвищеною димністю ОГ припадає на двигуни, що пройшли капітальний ремонт.

Ступінь розущільнення камери згоряння залежить від зносу деталей ЦПГ, відхилення їх макрогеометрії від правильної геометричної форми. При збільшенні нещільностей камери згоряння відбувається зростання СО і СН і зниження СО2 в результаті погіршення умов згоряння палива. Окрім зниження якості організації робочого процесу, зазори між кільцем і циліндром, а також зазори між кільцем і канавкою поршня приводять до збільшення кількості масла, що потрапив у надпоршневий простір, до збільшення відхилення від заданої динаміки тепловиділення в процесі згоряння, а, отже, - до збільшення загальної маси токсичних викидів. Олія складає 30-40% твердих частинок ОГ (ж. "Автомобільна промисловість", № 12, 2001 р.).

Як вже зазначалося вище базової деталлю ЦПГ є циліндр, від якого залежить економічна та екологічна доцільність експлуатації двигуна.

Знос гільз циліндрів має виражену форму овалу, велика вісь якого розташована у площині хитання шатуна. Причиною утворення овальності циліндрів головним чином є збільшене навантаження поршнів на гільзи саме в площині хитання шатунів.

На овальність циліндрів впливає також недосконалість технології складання блоку циліндрів. Зміна макрогеометрії циліндрів (овальними і конусності) після складання двигуна також призводить до погіршення прилягання поршневих кілець до дзеркала циліндра. Відомо, що при встановленні гільз в блоки різних марок ДВС, овальність у циліндрах збільшується в 2-3 рази.

Дуже важливо відзначити, що характер спотворення макрогеометрії гільз циліндрів після збирання і в процесі експлуатації однаковий для більшості конструкцій блоків циліндрів з "мокрими гільзами". Велика вісь овалу циліндра, що утворюється при складанні, в зоні зупинки верхнього компресійного кільця у верхній мертвій точці поршня має таку ж спрямованість, як і велика вісь овалу, що утворюється при експлуатації. Такий характер деформації циліндрів пояснюється більшою деформацією блоку в місцях між розточенням під гільзи.

Зниження овальності циліндрів сприяє зниженню інтенсивності зносу кілець і канавок поршнів, що в цілому сприяє поліпшенню роботи поршневих кілець і поліпшенню ущільнення камери згоряння. Відомо, що заміна маслос'емних кілець після вироблення граничного ресурсу в деякій мірі відновлює середній рівень токсичності двигуна. Безперечно, якщо при заміні кілець зробити подрегуліровку овальності циліндрів до рівня граничної величини на виготовлення нових гільз, то ефект буде набагато значніші.

Таким чином, овальність в циліндрах є основним експлуатаційним і технологічним чинником, що призводить до зростання викидів СО і СН. Подрегуліровка овальності в процесі експлуатації запропонованим нами способом (КО) є істотним резервом зниження кількості шкідливих домішок в ОГ та КГ.

Спосіб КО.

КО - спосіб зниження експлуатаційної і монтажною овальності в циліндрах двигунів з "мокрими гільзами" з метою зниження кількості шкідливих речовин як в КГ, так і в ОГ, шляхом зниження величини овальності до рівня, що не перевищує допуск на виготовлення нових гільз.

Сутність способу КВ полягає в стисненні бурту гільзи за допомогою встановлення компенсаторів овальності, виконаних у вигляді пластин, в зазор між циліндричними поверхнями бурту гільзи і розточки в блоці під бурт. При цьому вісь симетрії компенсаторів збігається з більшою віссю овалу дзеркала циліндра у верхній його частині.

За пропонованому технічному рішенню зменшення овальності відбувається під дією радіально прикладених сил, що стискають бурт гільзи при установці компенсаторів з натягом. Під дією сил, що стискають бурт гільзи, що утворюють дзеркала циліндра повертаються навколо точок у "нейтральному перетині" циліндра. "Нейтральне перетин" - це коло, утворений нерухомими точками твірних циліндра, навколо яких утворюють повертаються під дією сил, що стискають бурт. При цьому гільза веде себе як тонкостінний циліндр, стислий двома діаметрально протилежними силами, прикладеними в одного з торців. Характер деформації гільзи при цьому такий, що велика вісь овалу над "нейтральним перетином" перпендикулярна більшої осі овалу під "нейтральним перетином. Розташування "нейтрального перерізу" залежить від співвідношення розмірів гільзи з її діаметром. Так, наприклад, в циліндрах двигунів ЯМЗ нейтральне перетин розташоване на відстані 200 - 250 мм. від прівалочной площині.

Забезпечення компенсації овальності в циліндрах по всій довжині ходу компресійних кілець можливо при відношенні відстані від площини верхнього компресійного кільця при положенні поршня в нижній мертвій точці до прівалочной площині блоку до відстані від "нейтрального перерізу" до прівалочной площині блоку рівному одиниці (Патент № 2052147).

Спосіб КВ є універсальним, тому що поєднує в собі два шляхи зниження токсичності двигунів: експлуатаційний і технологічний, атак само дозволяє знизити токсичність і кількість шкідливих викидів як в КГ, так і в ОГ.

Спосіб КО удосконалює систему технічного обслуговування двигунів за параметрами токсичності двигунів.

Спосіб простий у виконанні, не потребує будь-яких змін конструкції двигунів, виконується за одну годину на одному блоці циліндрів при знятих головках блока, а вартість його трохи більше вартості зняття і установки головок блоку.

Для оцінки впливу овальності в циліндрах на витрату КГ проводили випробування на 11-ти двигунах ЯМЗ-236.

Нижче в таблиці представлені матеріали обробки експериментальних даних овальними і витрати КГ до і після КВ з розбивкою по інтервалах пробігу.

Експериментально встановлено, що при зміні пробігу двигуна від 0 до 300 тис. км. овальність в циліндрах змінюється в діапазоні 10 ... 80 мкм. При цьому витрата КГ змінюється відповідно від 0,9 ... 1,3 м3/год до 5,3 ... 6 м3/год. Зниження овальності до 15-25 мкм. дозволило знизити кількість прориваються в картер газів до значень, що не перевищують 1,8 м3/год незалежно від вихідних значень (Головатенко А. Г. Підвищення техніко-економічних і ресурсних показників автотракторних двигунів шляхом компенсації овальності циліндрів. Автореферат, 1994 р.).

Спосіб був випробуваний на зниження СО, NO2 і гексану на 3-х двигунах КамАЗ і одному двигуні ЗиЛ-130.

Середні значення максимальної величини овальними і концентрації вказаних шкідливих інгредієнтів до і після компенсації овальності наведені в таблиці.

Таким чином, зменшення середньої максимальної овальності в циліндрах досліджуваних двигунів С50 ... 70 мкм. до10 ... 20 мкм. в 4 або 5 циліндрах дозволило забезпечити зниження концентрації CO, NO2 і гексану у вихлопних газах у середньому на 25 -30%.

Можливо припустити, що при овальності в циліндрах 70-90 мкм. і при овальності у всіх циліндрах, ефективність встановлення компенсаторів була б вище ..

Безперечно, що спосіб КО є доцільним як екологічно, так і економічно, а так само є доказом того, що екологічні та економічні резерви ДВС далеко не вичерпані.

Застосування способу КО.

В даний час немає ефективних і дешевих методів зниження токсичності та кількості викидів шкідливих речовин автотракторних двигунів.

Не реально очікувати масового надходження на вітчизняний ринок автомобілів, які відповідають вимогам Правил ЄЕК ООН, (Євро-2, Євро-3)

Безглуздо ставити питання про постановку нейтралізаторів на всі автомобілі.

Як вже зазначалося вище, забезпечити підтримку автотракторного парку в екологічно чистому стані за допомогою капітальних ремонтів-так само реально не здійсненне завдання

Посилення технологічних допусків на виготовлення і збірку ЦПГ-нездійсненне завдання в найближчі роки.

Виконання комплексу заходів, пов'язаних із застосуванням способу КВ, у вантажних та автобусних парках є технологічно здійсненним завданням. Для цього автопідприємства повинні забезпечити контроль і подрегуліровку овальності в циліндрах у процесі експлуатації двигунів.

Оцінку величини овальними і, при необхідності, компенсацію овальності доцільно приурочити до будь-якого зняття головок блоку (наприклад при заміні прокладок під головками блоку). При цьому трудомісткість способу значно знижується. Найбільш раціонально оцінку і подрегуліровку овальності в циліндрах робити через кожні 60 тис. км. пробігу. Цей термін не дуже малий, щоб помітно збільшити трудомісткість обслуговування і в той же час подрегуліровкі з такою періодичністю істотно знизять інтенсивність виділення шкідливих домішок в атмосферу.

Додаткові витрати по організації застосування способу КО пренебрежимо малі в порівнянні з економічним ефектом, який можна отримати за рахунок ефекту щодо зниження збитку внаслідок обмеження викидів шкідливих речовин, а також економії ПММ.

Застосування способу КО дозволить щонайменше наблизитися до вимог стандартів по токсичності й димності рухомого складу, а також підвищити техніко-економічні показники двигунів і збільшити їх ресурс.

Можливо припустити, що спосіб КО доцільно застосовувати на двигунах європейських та американських моделей.