Содержание
Выхлопные газы — источник загрязнения окружающей среды
Продукты окисления и неполного сгорания углеводородного топлива называются выхлопными газами. В атмосферу больших городов поступает большое количество выбросов выхлопных газов, что приводит к превышению допустимых норм канцерогенов и токсичных веществ в воздухе. Эти загрязняющие вещества в массовом количестве выделяются в атмосферу автомобилями.
Состав концентрации кислорода в отработавших газах зависит от содержания воздуха в смеси и топлива, поступающего в двигатель, определяет этот показатель специальный датчик.
Вы не ошибётесь, если назовёте такой датчик кислородным датчиком или датчиком концентрации кислорода в отработавших газах, регулятор «лямбда» и лямбда-зонд — это названия одного и того же приспособления.
Кроме разных названий кислородный датчик бывает разным по типу:
- электрохимическим;
- резистивным.
Электрохимический датчик (название говорит само за себя) работает по принципу вырабатывания электрического тока. Именно этот вид датчиков на сегодняшний день имеет широкое применение. Принцип работы такого датчика следующий: диоксид циркония при разной концентрации кислорода создаёт разность электрического напряжения. В том случае, когда система подачи топлива работает правильно, показатель напряжения, которое вырабатывает датчик в секунду, может меняться неоднократно. Благодаря этому в любом режиме работы двигателя можно приготовить и поддержать нужный состав горючей смеси.
Работа менее распространённого резистивного вида датчика работает по принципу резистора, это значит — в зависимости от условий среды меняет своё направление блок управления впрыском или использует информацию, выдаваемую датчиком напряжения, для коррекции используемого топлива. Температура выхлопной газообразной смеси замеряется специальным датчиком, называемым датчиком перегрева выхлопных газов или датчиком перегрева катализатора.
Выпускной коллектор, соединённый с группой частей глушителя, — это выпускная система выхлопных газов.
Катализатор отработавших газов можно установить в резонатор и разрыв приёмной трубы. Для чего необходима такая система? Чтобы уменьшить шумы выхлопа и для очищения выбросов.
Кислородный датчик для определения количества кислорода
Устройство выхлопной системы
От выхлопной системы автомобиля зависит работа газораспределительного механизма, если говорить об этом точнее — работа выпускного коллектора и выпускных клапанов. Система состоит из следующих составляющих:
- приёмная труба;
- катализатор;
- резонатор;
- глушитель;
- датчик выхлопных газов;
- в некоторых случаях можно встретить сажевый фильтр.
Приёмная труба (в народе называется «штаны») — это изогнутая труба с приваренной подошвой, присоединяется к турбонагнетателю или выпускному коллектору. Изготавливают чаще всего из огнестойкого металла, иногда можно встретить из нержавейки. Если двигатель автомобиля повышенной мощности — устанавливаются две приёмные трубы.
Внешний вид приёмной трубы
Резонатор — банка глушителя, в которой первично разделяются выхлопные газы автомобилей и уменьшается скорость выхлопа. Для изготовления применяют огнеупорный металл.
Катализатор (бывает керамическим и металлическим) предназначен для очистки выхлопных газов. Представляет собой металлическую ёмкость с внутренним огнеупорным слоем.
Глушитель — металлическая ёмкость с несколькими перегородками, которые изменяют направление массы выхлопных газов для снижения шума.
Различные типы автомобильных глушителей
Система рециркуляции отработавших газов, клапан EGR
Рециркуляция выхлопных газов вызывает повышенную работу двигателя с меньшим расходом топлива. В бензиновом двигателе снижает детонацию, а в дизельном — жёсткую работу. Такая система применяется очень давно в большей степени на автомобилях отечественного производства. В связи с тем, что немногие разбираются в рециркуляции, её сразу же стараются нейтрализовать, тем самым эксплуатационные качества автомобиля снижаются.
Рециркуляция — для чего она нужна
При очень высокой температуре в камере сгорания в воздухе, подаваемом в цилиндры, азот и кислород взаимодействуют — в результате получается окись азота.
Для сжигания топлива в бензиновый двигатель поступает кислород, если азот «съедает» его, кислород поступает в недостаточном количестве. Недостаток кислорода приводит к неполному сгоранию топлива, мощность двигателя снижается, а в окружающую среду в избыточном количестве поступают CO, HC и NOx.
Основой всей рециркулирующей системы является клапан EGR, он осуществляет возврат отработавших газов в коллектор для смешивания с новой порцией свежего воздуха. Благодаря кислороду температура горения увеличивается, это значит, что вводимые отработавшие газы способствуют уменьшению температуры сгорания. В результате такого процесса происходит пониженное количество кислорода, смешиваемое с азотом, что приводит к меньшему образованию NOx.
Немаловажный элемент системы рециркуляции — клапан EGR
Экология и автомобиль
Давайте выясним, вследствие чего образовываются вредные примеси в выхлопных газах автомобиля.
Как уже всем известно, топливо при взаимодействии с кислородом сгорает в камере, в результате чего интенсивно выделяется тепло, которое превращается в работу. По теории 14,7 кг воздуха необходимо для сгорания 1 кг бензина, но на самом деле воздуха нужно больше. Связано это с воспламенением и сгоранием бензиново-воздушной смеси (горючей), которая не готова на достаточном уровне к сгоранию в тысячные доли секунд. От предыдущего цикла в смеси остаются вещества, которые оказывают препятствие соединению кислорода с топливом. На переходных режимах и при непрогретом двигателе не получается осуществить по объёму цилиндра идеальное перемешивание смеси. Такой процесс приводит к неполному окислению топлива, правильный процесс сгорания нарушается и топливо требуется добавлять. Смесь называется богатой, если содержит количество топлива, превышающее допустимую норму, если эта норма понижена, горючая смесь считается бедной.
При запуске холодного двигателя в цилиндры поступает большое количество топлива: в таком случае количество кислорода является недостаточным и топливо полностью не сгорает. Даже если мощность двигателя повышенная, он работает неэкономично, а токсичные продукты неполного сгорания выбрасываются в атмосферу.
Самые распространённые токсичные компоненты отработавших газов, загрязняющие экологию:
- CO — оксид углерода;
- NOx — оксид азота;
- CnHm — углеводород;
- свинец (при использовании этилированного бензина).
Видео о развитии технологий и уменьшении влияния выхлопных газов:
Несколько отличается состав выбросов бензиновых двигателей автомобиля и дизельных. Так как в дизельном двигателе сгорание горючего продукта происходит в большем объёме, несгоревшие углеводороды и окись углерода выбрасываются в атмосферу в меньшем количестве, а вот окись азота за счёт избытка воздуха превышает норму. Сажа — ещё один компонент, который вырабатывают дизельные двигатели. Сернистый ангидрид вырабатывается при сгорании низкокачественного дизельного топлива.
