Способы снижения дымности и токсичности О.Г. дизелей

Известен ряд способов уменьшения дымности и токсичности О.Г. дизелей. Вопрос о выборе наиболее целесообразного пути решается применительно к конкретным условиям.

1. Совершенствование процессов смесеобразования и сгорания. Преимущество этого способа заключается в том, что одновременно со снижением дымности О.Г. и содержания в них СО и СН улучшаются мощностные и экономические показатели двигателя. Однако интенсификация сгорания приводит к увеличению концентрации NO_х. Наоборот, воздействие на процесс сгорания путем снижения степени сжатия, уменьшение угла опережения впрыскивания топлива или дросселированием воздуха на впуске приводит к уменьшению выхода NO_х, но при этом ухудшаются индикаторные показатели.

Для снижения токсичности О.Г. дизеля необходимо сокращать длительность задержки воспламенения за этот период впрыскивать основную долю топлива, стремясь к тому, чтобы сгорание происходило в течение второй фазы с небольшой скоростью, а в завершающих фазах – с наибольшей возможной интенсивностью.

2. Рециркуляция отработавших газов. Если часть отработавших газов из системы выпуска направить во впускной трубопровод, то наполнение цилиндров воздухом уменьшится. При этом диоксид азота, содержащийся в О.Г., может способствовать сокращению периода задержки воспламенения. Все это вместе с относительно высокой теплоемкостью продуктов сгорания приводит к понижению максимальной температуры цикла к концентрации кислорода в заряде, а значит, способствует уменьшению образованию оксидов азота и понижает их концентрацию в О.Г. на 40-50%. Опыты показывают, что для такого снижения концентрации NO_х во впускную систему необходимо подавать отработавшие газы в количестве около 20% от количества воздуха.

Рециркуляция О.Г. более эффективна на режимах малых и средних нагрузок, причем ее эффективность в дизелях с разделенными камерами. Естественно, что на больших нагрузках рециркуляция О.Г. уменьшает индикаторный к.п.д. и увеличивает выделение СО.

Сходное с рециркуляцией О.Г. воздействие на снижение выхода NO_х имеет подача воды во впускной трубопровод или цилиндр дизеля. В последнем случае вода может впрыскиваться вместе с топливом в виде топливно-водяной эмульсии. При добавке воды в количестве 6% (по массе) концентрация NO_х снижается в два раза. Выброс СО и СН при добавке к заряду воды практически не изменяется. Использование воды для подавления образования NO_х наталкивается на ряд практических трудностей, связанных с возможностью замерзания воды, появления коррозии и увеличением износа некоторых деталей.

3. Топливо и присадки. Увеличение цетанового числа топлива уменьшает период задержки воспламенения, жесткость работы и максимальное давление сгорания, что оказывает сложное влияние на образование токсичных компонентов и дыма. На малых и средних нагрузках увеличение цетанового числа способствует уменьшению выброса NO_х и СН, а на больших в некоторых случаях – повышению дымности выхлопа. Чем больше в топливе легких фракций, тем лучше его испаряемость, а значит и равномернее и состав смеси в камере сгорания, что приводит к снижению дымности О.Г. и концентрации в них NOх. Добавка к дизельному топливу в количестве до 1% антидымных присадок, например, на основе бария, марганца и тетраэтилсвинца, позволяет при больших нагрузках в несколько раз понизить дымность О.Г. и содержание в них альдегидов и бензпирена.

4. Нейтрализация О.Г. Радикальный способ уменьшения токсичности О.Г. – нейтрализация (обезвреживание) газов в системе выпуска. В каталитических нейтрализаторах О.Г. дизеля проходит через слой катализатора, сильно ускоряющего протекание окислительных реакций, т.е. превращение СО и СН в СО₂ и Н₂О. В результате каталитической нейтрализации при температуре О.Г. более 300 ^оС уменьшается на 85-90%, а СН – на 75-80%. При низких температурах О.Г. (менее 300 ^оСО эффективность каталитических нейтрализаторов невысока. При эксплуатации нейтрализаторы часто забиваются сажей. С этим недостатком борются путем установки перед нейтрализатором специальных улавливателей сажи или путем периодического выжигания ее в самом нейтрализаторе. Каталитические нейтрализаторы применяются на специальных машинах, работающих в условиях повышенной загазованности воздуха.

Термическая нейтрализация заключается в окислении при высоких температурах СО и СН без катализатора. Полнота термической нейтрализации зависит от концентрации токсичного компонента и кислорода, температуры, давления и времени нахождения газов в нейтрализаторе. Если в отработавших газах совсем нет или недостаточно кислорода, то к ним с помощью специального насоса добавляют в соответствующем количестве воздух.

При невысоких температурах (до 150–200 ^оС) в термическом нейтрализаторе происходит интенсивное окисление NO и NO₂. Конструктивно термические нейтрализаторы изготовляют в виде теплоизолированных камер, встроенных в выпускную систему по возможности ближе к клапанам. Система каналов в нейтрализаторе обеспечивает хорошее перемешивание дополнительного воздуха и О.Г. Термический нейтрализатор увеличивает гидравлическое сопротивление системы выпуска, и поэтому при его установке экономичность двигателя ухудшается.

5. Техническое состояние двигателя. Интенсивность дымления и токсичность О.Г. сильно зависят от технического состояния и регулировок топливоподающей аппаратуры. Недопустимы подтекание топлива в распылителе, неправильная регулировка давления начала впрыскивания, зависание иглы распылителя и т.п.

Большое значение имеет тепловое состояние распылителя. Перегрев распылителя выше 180-210 ^оС приводит к его закоксовыванию, нарушению характеристики впрыскивания, ухудшению равномерности распыливания и подачи топлива через отдельные отверстия. В этом случае увеличиваются дымность и токсичность О.Г. При засорении воздухоочистителя или потери герметичности клапанов токсичность О.Г. может возрасти в результате снижения наполнения цилиндров и компрессии. В изношенном дизеле в пристеночную зону цилиндра попадают частички масла, что увеличивает выброс бензпирена в 8-10 раз. Правильная эксплуатация, т.е. поддержание дизеля в хорошем техническом состоянии, и стабильность регулировок топливной аппаратуры в сочетании с систематическим контролем дымности и токсичности О.Г. позволяют снизить общий выброс токсичных веществ на 30–40%.