Технология снижения выбросов автотракторными двигателями / Autoua форум

Новая технология снижения выбросов вредных веществ автотракторными двигателями.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Достаточно отметить, что в Москве (ж. «Автомобильный транспорт, №1, 2001 г.) на долю автомобильного транспорта приходится 87% загрязнения города.
Согласно данным Минздрава РФ на долю автотранспорта в ряде регионов России приходится свыше 70% от общего объёма выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, в том числе в Пензенской области – 77%, в Санкт-Петербурге – 71%, в Воронежской области – 77%, в Краснодарском крае – 78%..
При сжигании различных видов топлива в двигателях в атмосферу выбрасываются такие вредные вещества как оксиды углерода, серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный бензаперен, несгоревшие частицы топлива и т.п.
Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу с выпускными (ВГ) и картерными (КГ) газами в большей степени зависит от технического состояния ДВС. При этом основными эксплуатационными факторами, влияющими на уровень вредных выбросов двигателей, являются параметры, характеризующие состояние деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Одним из таких показателей является овальность цилиндров. Для уменьшения этого дефекта в данной работе предлагается способ компенсации овальности (КО).
Сущность способа КО заключается в обжатии бурта гильзы посредством установки компенсаторов овальности, выполненных в виде пластин, в зазор между цилиндрическими поверхностями бурта гильзы и расточки в блоке под бурт. При этом ось симметрии компенсаторов совпадает с большей осью овала зеркала цилиндра в верхней его части.
По предлагаемому техническому решению уменьшение овальности происходит под действием радиально приложенных сил, сжимающих бурт гильзы при установке компенсаторов с натягом. Под действием сил, сжимающих бурт гильзы, образующие зеркала цилиндра поворачиваются вокруг точек в «нейтральном сечении» цилиндра. «Нейтральное сечение» - это круг, образованный неподвижными точками образующих цилиндра, вокруг которых образующие поворачиваются под действием сил, сжимающих бурт. При этом гильза ведёт себя как тонкостенный цилиндр, сжатый двумя диаметрально противоположными силами, приложенными у одного из торцов. Характер деформации гильзы при этом такой, что большая ось овала над « нейтральным сечением» перпендикулярна большей оси овала под «нейтральным сечением. Расположение «нейтрального сечения» зависит от соотношения размеров гильзы с её диаметром. Так, например, в цилиндрах двигателей ЯМЗ нейтральное сечение расположено на расстоянии 200- 250 мм. от привалочной плоскости.
Обеспечение компенсации овальности в цилиндрах по всей длине хода компрессионных колец возможно при отношении расстояния от плоскости верхнего компрессионного кольца при положении поршня в нижней мёртвой точке до привалочной плоскости блока к расстоянию от «нейтрального сечения» до првалочной плоскости блока равном единице (Патент № 2052147).
Способ КО является универсальным, т.к. сочетает в себе два пути снижения токсичности двигателей: эксплуатационный и технологический, а так же позволяет снизить токсичность и количество вредных выбросов как в КГ, так и в ВГ.
Способ КО совершенствует систему технического обслуживания двигателей по параметрам токсичности двигателей.
Способ прост в осуществлении, не требует каких-либо изменений конструкции двигателей, выполняется за один час на одном блоке цилиндров при снятых головках блока, а стоимость его немногим более стоимости снятия и установки головок блока.
Для оценки влияния овальности в цилиндрах на расход КГ проводили испытания на 11-ти двигателях ЯМЗ-236.
Ниже в таблице представлены материалы обработки экспериментальных данных овальности и расхода КГ до и после КО с разбивкой по интервалам пробега.

Диапазон изменения пробега,тыс.км. До компенсации После компенсации
Овальность,мкм. Расход картерных газов, м3 /час Овальность, мкм. Расход картерных газов, м3/час
0…50 10…25 0,9…1,3 10…15 0,9…1,3
50…100 10…30 1,3…1,8 10…20 1,3…1,8
100…150 30…40 1,8…3,3 10…20 1,3…1,8
150…200 40…60 3,3…4,4 10…20 1,3…1,8
200…250 60…70 4,4…5,3 10…20 1,3…1,8
250…300 60…80 5,3…6 10…20 1,3…1,8

Экспериментально установлено, что при изменении пробега двигателя от 0 до300 тыс. км. овальность в цилиндрах изменяется в диапазоне 10….80 мкм. При этом расход КГ изменяется соответственно от 0,9…1,3 м3/час до 5,3…6 м 3 /час. Снижение овальности до 15-25 мкм. позволило снизить количество пррывающихся в картер газов до значений, не превышающих 1,8м3/час независимо от исходных значений (Головатенко А.Г. Повышение технико-экономических и ресурсных показателей автотракторных двигателей путём компенсации овальности цилиндров. Автореферат, 1994 г.).
Способ был опробован на снижение СО, NO2 и гексана на 3-х двигателях КамАз и одном двигателе ЗиЛ-130.
Средние значения максимальной величины овальности и концентрации указанных вредных ингредиентов до и после компенсации овальности приведены в таблице

Величина максимальной овальности в цилиндрах №1-8, мкм. Концентрация СО, NO2 и гексана, об.% Величина максимальной овальности в цилиндрах №1-8, мкм. Концентрация СО, NO2 и гексана, об.%
КамАз-740 40, 25, 20, 80, 50, 50, 20, 25 СО – 0,16NO2 –0,010Гекс – 0,033 10, 25, 20, 15,10, 15,20, 25 СО – 0,13NO2-0,006Гекс- 0,026 До компенсации овальности После компенсации овальности
----- ----- ----- 80, 50, 20, 50,50, 40, 40, 15 СО – 0,12NO2 –0,008Гекс-0,0166 20, 15, 20, 20,20,10, 20, 15 СО – 0,09NO2- 0,007Гекс-0,0125
----- ---- ----- 20, 15, 40, 11020, 20, 15, 20 CO –0,10NO2- 0,008Гекс- 0,0286 20, 15, 10, 20,20, 20, 15, 20 CO –0,07NO2 – 0,006Гекc- 0,0218
ЗиЛ-130 40, 50, 50, 20,40, 15, 20, 50 CO- 0,25NO2- 0,016Гекс- 0,0374 15, 15, 10, 2015, 15, 20, 10 CO –0,15NO2 –0,010Гекс- 0,0224

Таким образом, уменьшение средней максимальной овальности в цилиндрах исследуемых двигателей с 50 – 70 мкм. до10 – 20 мкм. в 4 – 5 цилиндрах позволило обеспечить снижение концентрации CO, NO2 и гексана в выхлопных газах в среднем на 25 – 30%.
Возможно предположить, что при овальности в цилиндрах 70 – 90 мкм. и при овализации всех цилиндров, эффективность установки компенсаторов была бы выше.
Бесспорно, что способ КО является целесообразным как экологически, так и экономически, а так же является доказательством тому, что экологические и экономические резервы ДВС далеко не исчерпаны.
В настоящее время нет эффективных и дешёвых методов снижения токсичности и количества выбросов вредных веществ автотракторных двигателей.
Не реально ожидать массового поступления на отечественный рынок автомобилей, соответствующих требованиям Правил ЕЭК ООН, (Евро-2, Евро-3)
Бессмысленно ставить вопрос о постановке нейтрализаторов на все автомобили.
Как уже отмечалось выше, обеспечить поддержание автотракторного парка в экологически чистом состоянии посредством капитальных ремонтов –так же реально не выполнимая задача
Ужесточение технологических допусков на изготовление и сборку ЦПГ- невыполнимая задача в ближайшие годы.
Выполнение комплекса мер, связанных с применением способа КО, в грузовых и автобусных парках является технологически выполнимой задачей. Для этого автопредприятия должны обеспечить контроль и подрегулировку овальности в цилиндрах в процессе эксплуатации двигателей.
Оценку величины овальности и, при необходимости, компенсацию овальности целесообразно приурочить к любому снятию головок блока (например при замене прокладок под головками блока). При этом трудоёмкость способа значительно снижается. Наиболее рационально оценку и подрегулировку овальности в цилиндрах производить через каждые 60 тыс. км. пробега. Этот срок не очень малый, чтобы заметно увеличить трудоёмкость обслуживания и в то же время подрегулировки с такой периодичностью существенно снизят интенсивность выделения вредных примесей в атмосферу.
Дополнительные затраты по организации применения способа КО преннебрежимо малы по сравнению с экономическим эффектом, который можно получить за счёт эффекта по снижению ущерба вследствие ограничения выбросов вредных веществ, а также экономии ГСМ.
Применение способа КО позволит по меньшей мере приблизиться к требованиям стандартов по токсичности и дымности подвижного состава, а также повысить техникоэкономические показатели двигателей и увеличить их ресурс.
Возможно предположить, что способ КО целесообразно применять на двигателях европейских и американских моделей. .