Л.В. Мисун, И.Н. Мисун, В.М. Грищук
Инженерная экология в АПК пособие / под ред. проф. Л.В. Мисуна. – Мн.: БГАТУ, 2007. – 302с.
4. Обеспечение экологической безопасности тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин
4.2. Влияние эксплуатационных факторов на экологическую безопасность МТП
Основными факторами технического состояния дизеля,
значительно увеличивающими токсичность ОГ по мере наработки дизелей являются:
-
загрязненность воздухоочистителя
или неисправность турбокомпрессора, уменьшающие поступление воздуха в цилиндры
и ухудшающие полноту сгорания топлива (появление темного цвета или черного дыма
при работе под нагрузкой);
-
ухудшение качества распыливания
топлива форсунками (белый дым на холостых оборотах непрогретого дизеля, черный
дым при работе прогретого дизеля под нагрузкой);
-
неправильный момент начала
впрыскивания топлива форсунками (черный дым при раннем, белый дым – при позднем
впрыскивании);
-
повышенный износ деталей
цилиндропоршневой группы дизелей (поршневые кольца, гильзы, поршневые канавки
под кольца качественный признак – голубой дым ОГ).
Менее определенно на токсичность ОГ проявляется
влияние состояния топливной аппаратуры, хотя и оно влияние существенно
увеличивается по мере нарастания износов деталей ТНВД. Встречаются также случаи
повышенного дымления и токсичности ОГ под нагрузкой вследствие принудительного
увеличения цикловой подачи топлива против номинальной. Кроме повышения дымности
и токсичности ОГ это нарушение приводит к значительному перерасходу топлива и
снижению ресурса дизеля в целом.
Окись углерода, углеводороды и другие органические
продукты неполного сгорания топлива возрастают в ОГ из-за уменьшения количества
воздуха, поступающего в цилиндры, ухудшения его турбулизации, ухудшения качества
распыливания, позднего начала его воспламенения, а также из-за повышенной
подачи масла в камеру сгорания, износа ЦПГ или повышенной загрязненности
воздухоочистителя. Так, например [8],
увеличение разрежения Рвп за воздухоочистителем на 100 мм вод. ст. увеличивает дымность ОГ и выбросы СО и СН под нагрузкой в 1,5 раза.
Снижение давления наддува Рк на те же 100 мм вод. ст. действует равнозначно. Уменьшение давления впрыскивания Рвпр
топлива на 1 МПа от нормы увеличивает дымность под нагрузкой на 3 %, выход СО
на 5 %, а СН – на 10 %. Повышение Рвпр заметно
уменьшает выход ВВ и дымность ОГ. Естественное уменьшение угла начала
нагнетания на 2 град. п.к.в. увеличивает выход СО и СНх
в 1,5 раза. При этом возникает проблема «белого дыма» (белого или голубоватого
«холодного дыма»), являющегося следствием чрезмерного выброса углеводородов и паров
топлива в ОГ.
Значительное влияние на
токсичность и дымность ОГ оказывает тепловой режим дизеля, температура воздуха.
На холостом ходу дизелей смесеобразование и сгорание ухудшаются, выход
продуктов неполного сгорания, особенно СНх, увеличивается. Поэтому,
при контроле токсичности и дымности ОГ следует обеспечивать прогрев дизеля не
менее чем до tохл, tм = 85 оС. Повышение tохл, tм до 95–105 °С снижает дымность ОГ
на 20–30 %. Таким образом, изменение (уменьшение) дымности и цвета дыма во
время прогрева дизеля является качественным признаком его нормального
состояния. Замена топлива с ρ = 0,81 т/м3 на топливо с
ρ = 0,87 т/м3 увеличиает выход СО в 2 раза [8].
Износ КШМ приводит к увеличению надпоршневого зазора,
уменьшению компрессии, увеличению доли топлива, сгорающего вне камеры сгорания.
Параллельно этому износ ЦПГ увеличивает расход масла. Эти процессы значительно
увеличивают выход СО, СН и прежде всего, сажи (дымности ОГ).
Отсюда следует, что одновременное увеличение выхода сажи СО, СН (с
повышенным расходом моторного масла на угар) является признаком износа КШМ.
Редкими причинами увеличения дымности и токсичности ОГ являются увеличение
противодавления из-за засоренности выхлопного тракта (дымность может
увеличиться в несколько раз), неисправности (прогар, негерметичность) клапанов
ГРМ, применение несоответствующего сорта топлива (повышенная плотность,
вязкость, чрезмерное содержание серы). Кроме общих, присущих всем цилиндрам,
могут возникать неисправности и в отдельных цилиндрах: неисправность форсунки,
клапанов, компрессионных колец. Эти неисправности локализуются выключением
подачи: ослаблением крепления топливопровода; декомпрессированием цилиндра
декомпрессором или вворачиванием регулировочного винта в коромысло клапана или
другими приемами.
Противоположным вышеизложенному является измерение в
ОГ концентрации окислов азота. В цилиндре только во время сгорания топлива
образуется в основном окись азота NО (95 %). Оптимальными условиями для
этого являются избыток кислорода и наивысшая температура (как минимум 1650 °С),
т. к. в отличие от других токсичных компонентов – продуктов неполного
сгорания топлива, образование NО не связано с реакциями горения, а имеет
только термическую природу. Поэтому, если увеличение выхода СО, СН
и сажи напрямую свидетельствует об ухудшении рабочего процесса, понижении
эффективности и экономичности работы дизеля, то в противоположность этому естественным
по мере эксплуатации дизеля является уменьшение выхода NОх, т. к.
это обусловлено снижением как избытка воздуха в камере сгорания, так и
температуры рабочего процесса.
Вид топлива не оказывает заметного влияния на
концентрацию NОх.
Основные причины неисправностей дизеля, влияющих на
его экологичность приведены в таблице 4.3. К числу эксплуатационных мероприятий
по восстановлению экологических характеристик дизеля относятся [8]:
- своевременная
и качественная очистка воздухоочистителя и (или) обеспечение нормативного
давления наддувочного воздуха при каждом ТО-1 машин, а в условиях запыленности
воздуха – через 50–60 мото-ч;
- поддержание
нормативного давления и качества распыливания топлива форсунками; контроль при
ТО-2 тракторов и комбайнов;
- поддерживание
нормативного угла начала нагнетания топлива секциями ТНВД, причем для
достижения токсичности ОГ только по NОх – занижение на 2–3
градуса;
- восстановление
и поддержание нормативного значения максимальной частоты вращения коленчатого
вала;
-
восстановление и поддержание
нормативного значения теплового зазора в клапанах ГРМ;
-
восстановление нормативного
значения расхода топлива на холостом ходу и под максимальной нагрузкой.
В режиме свободного ускорения коленчатого вала
ненагруженного дизеля, используемого вместо стендовой загрузки дизелей в
эксплуатационных условиях, ухудшается смесеобразование, увеличивается неполнота
сгорания топлива, вследствие чего резко увеличивается дымность ОГ и
увеличивается выход других продуктов неполного сгорания (СО, СНх),
а выход окислов азота заметно уменьшается. Для дизелей с ТКР из-за несоответствия
расходных характеристик дизеля и ТКР вследствие инерции ротора ТКР расход
воздуха в цилиндры увеличивается со значительным опозданием, а расход топлива
резко повышен. Вследствие этого еще более значительно и увеличивается выход СО
и СН, а выход NОх, как и для безнаддувных дизелей
заметно уменьшается. Это явление почти не имеет место для вихрекамерных
дизелей.
Таблица 4.3 – Основные
причины неисправностей двигателя, влияющие на экологические показатели
Составная часть
|
Причины неисправностей
|
1. Система
воздухоподачи
2. Система
топливоподачи
3. ЦПГ
4. ГРМ
5. Система смазки
6. Система
охлаждения
7. Загрязненность
ТСМ
|
- загрязненность воздухоочистителя;
засоренность впускного воздушного тракта; неисправность ТКР; негерметичность
впускного тракта за ТКР;
- пониженное давление впрыскивания;
плохое качество распыливания топлива, подтекание форсунок;
- неправильный угол начала нагнетания
топлива насосом высокого давления; разрегулировки ТНВД; износ кулачкового
вала;
- неправильно отрегулирован корректор
регулятора ТНВД; завышена цикловая подача топлив;
- износ деталей ЦПГ, закокосованы
(залегли) поршневые кольца;
- негерметичность прилегания клапанов
ГРМ к седлам из-за износа, прогара;
- неправильные тепловые зазоры в
клапанах ГРМ;
- заедание клапанов в направляющих
втулках, поломка клапанных пружин;
- загрязненность картера и масляной
системы; уровень масла в картере; загрязненность маслозаборника и фильтров;
негерметичность уплотнений и соединений;
- негерметичность соединений и
уплотнений; загрязненность радиатора; натяжение ремня вентилятора; уровень
воды в радиаторе;
- топливо с низким цетановым числом;
попадание воды в топливо и масло, загрязненность моторного масла.
|
Изменение атмосферных условий мало влияет на выход СО
и СН.
На токсичность ОГ кроме режимных и функциональных
параметров оказывают большое влияние неконтролируемые параметры: обводненность,
загрязненность топлива и масла, толщина нагара в камере сгорания, залегание
(закокосованность) поршневых колец, температура топлива, атмосферное давление,
в обычном диапазоне его изменения на равнине, мало влияет на выход СО и СН,
т. к. дизели обычно работают с коэффициентом избытка воздуха 1,3. Меньшую
токсичность имеют дизели с разделенной камерой сгорания (вихрекамерные,
предкамерные). Несколько выше у дизелей с непосредственным впрыском. Наивысшая
токсичность свойственна дизелям с турбонаддувом.
Вихрекамерные дизели имеют минимальную дымность и
токсичность по всем компонентам, что предполагает их использование в рабочих
зонах с ограниченным воздухообменом.
|