Снижение токсичности отработанных газов грузовых автомобилей

В последнее время масса усилий направлена на то, чтобы снизить негативное влияние вредных выбросов на экологию. Масштабным источниками токсичных веществ являются многочисленные, активно эксплуатируемые во всех уголках земного шара транспортные средства.

В частности, грузовики, которые, как известно, всегда характеризовались огромным количеством вредных выбросов в атмосферу. Сегодня поговорим о методах снижения токсичности отработанных газов в грузовиках.

Компоненты отработавших газов

Итак, выхлопные газы являются главным источником токсичных веществ в 2- и 4-тактных двигателях внутреннего сгорания, наносящих непоправимый вред окружающей среде. Отработавшие газы представляют собой смесь множества газообразных веществ, у каждого из которых – свои физические и химические свойства. 

В составе присутствуют продукты сгорания топлива, аэрозоли, избыточный воздух и масса примесей, включая газообразные, жидкие и даже твердые. В общем и целом выхлопные газы состоят из более чем трехсот веществ, подавляющее большинство которых – токсично.

Ключевыми токсичными составными элементами выхлопных газов в двигателях транспортных средств и, в частности, грузовиков, являются окись углерода, азота и углеводорода. Также в них содержатся альдегиды, канцерогены, сажа и прочие элементы. В составе автомобильных выхлопов присутствуют дисперсные твердые частицы, в том числе сажа, оксид серы, конденсат, полимерные вещества и альдегиды. 

Помимо продуктов сгорания в выхлопных газах от дизельных силовых установок содержатся вещества, образовываемые в результате горения масла, и компоненты, испаряющиеся из активно используемых сегодня присадок к маслу и топливу. 1-2% состава занимают водород, аргон и прочие инертные газы.

Эксплуатационные решения снижения токсичности

Чтобы снизить токсичность отработавших газов, по состоянию на сегодняшний день предпринимается несколько конструктивных решений, активно внедряются новейшие технологии, цель которых – минимизировать негативное влияние автомобильных выхлопов на экологию. 

В частности, повсеместно используются инновационные системы впрыска топлива под высоким давлением, а в грузовых транспортных средствах осуществляется чистка отработавших газов уже на выходе из цилиндров.

Речь идет о каталитической нейтрализации, добавлении в отработавшие газы мочевины и дизеля, подаче в цилиндры вторичного воздуха и так далее. Поговорим о наиболее эффективных решениях для снижения токсичности газов более подробно. 

Контроль и регулировка угла опережения зажигания

Ключевым элементом любого современного ДВС является система зажигания. Свеча, которая предназначена для образования искры, связана с поршневой системой, благодаря чему в момент, когда ключ поворачивается в замке зажигания, происходит расширение газов, а топливная смесь воспламеняется. 

Благодаря правильной регулировке зажигания, во-первых, удается избежать возникновения проблем в момент запуска мотора, а во-вторых, заметно снизить количество вредных выбросов. Выполнить эту процедуру можно своими силами, если знать главные этапы работы.

Итак, одним из наиболее популярных способов уменьшения токсичности отработавших газов является регулировка опережения угла зажигания. Под понятием опережения зажигания подразумевают воспламенение искрой топливной смеси в цилиндре до того, как поршень в нем достигнет верхней мертвой точки. 

Дело в том, что для максимального крутящего момента двигателя и его мощности важно, чтобы давление газов в результате сгорания ТВС наибольшей величины достигало на отметке 10-12 градусов выше верхней мертвой точки. Это гарантирует эффективное преобразование силы давления газов в механическую энергию.

Для получения такой эффективности важно выполнить регулировку подачи топлива, согласовать скорость движения поршней и сгорания топливной смеси. Раньше регулировка УОЗ выполнялась на слух: во время езды на четвертой передаче и при скорости около 50 км/час водитель резко надавливал на педаль акселератора.

Если в этот момент была отчетливо слышна незначительная детонация, все в порядке, если ее не было, приходилось на опережение крутить трамблер до тех пор, пока не возникнет характерный звук. Детонации нет дольше, чем одна-две секунды? Трамблер необходимо покрутить на более поздний угол.

Правильная регулировка системы подачи топлива

Непосредственное влияние на состав выхлопных газов оказывает качество рабочей смеси, определяемое т.н. коэффициентом избытка воздуха. Максимальный крутящий момент двигателя достигается, когда коэффициент избытка воздуха находится на уровне 0,9. Обычно это происходит, когда мотор транспортного средства полностью нагружен. Об оптимальной топливной экономичности можно говорить, если коэффициент избытка воздуха находится на отметке в 1,1. 

Это позволяет получить также минимальный уровень выбросов углеводорода и монооксида углерода, но вот количество выбросов оксидов азота достигает наивысшей отметки. Регулировка подачи топливной смеси выполняется для холостого хода. Если ТВС слишком бедная, появляются так называемые пропуски воспламенения, а это еще сильнее повышает выбросы оксидов азота.

Чтобы достичь точного контроля над составом смеси и уменьшить токсичность отработавших газов, активно внедряются системы впрыска топлива, которыми оснащаются все современные грузовики непосредственно с заводов-производителей. 

Промывка фильтров

Еще одним решением, к которому прибегают для уменьшения количества вредных выбросов, является промывка фильтра. Выполняется она в следующей последовательности:

•  Вывернуть сливную пробку и слить масло, после чего пробку вернуть на место.
•  Снять колпак фильтра, а также обе секции фильтрующих элементов (наружную и внутреннюю).
•  Удалить с колпака присутствующие на нем отложения.
•  Поместить фильтрующие элементы в емкость с растворителем на несколько часов, после чего аккуратно промыть их щеткой, соблюдая правила техники безопасности при работе с ядовитыми веществами.
•  Поместить очищенные элементы в емкость с чистым бензином, прополоскать каждый из них и хорошо продуть.
•  Промыть колпак фильтра, для этого можно использовать дизтопливо.
•  Собрать тщательно промытый фильтр и установить его на место.
•  Запустить мотор, дать ему поработать около 5 минут, проверить фильтр на предмет наличия подтеканий в особенности на средних оборотах.

Технические решения

Помимо описанных выше методов снижения вредных выбросов существует и ряд технических решений, внедряемых в конструкцию транспортного средства как непосредственно во время сборки, так и кустарным образом. Поговорим о самых распространенных из них более детально.

Каталитическая нейтрализация

В основе каталитического действия нейтрализаторов лежит поверхностное окисление токсичных веществ без образования пламени. Для ускорения реакции используются катализаторы, а окисление происходит в момент, когда отработавшие газы преодолевают слой носителя. Именно на этот носитель катализатор и наносится. 

Оперативность реакции в таком случае зависит от того, какой температуры достиг носитель. Благодаря использованию такого решения становится возможным дожиг монооксида углерода и углеводорода, а также полное разложение оксидов азота, как следствие – вредные вещества полностью нейтрализуются и не попадают в окружающую среду. 

Функцию катализаторов, активных компонентов выполняют благородные металлы, в частности, платина и палладий, а также оксиды меди, ванадия, кобальта, марганца, хромат железа и пр.

Кроме перечисленных выше элементов эффективная нейтрализация может осуществляться с использованием сплава меди, оксида хрома и ванадиевого ангидрида, хорошими катализаторами являются также металлические сплавы.

Сажевые фильтры

Для эффективной очистки выхлопных газов грузовые транспортные средства оснащаются сажевым фильтром. В нормальных условиях эксплуатации он задерживает отработавшие частицы, но имеет свойство забиваться. Для возвращения детали требуемых характеристик рекомендуется выполнить промывку сажевого фильтра. Для нее нужно сделать следующее:

•  Прогреть двигатель ТС до рабочей температуры и заглушить его.
•  Подготовить пневмопистолет со специальной жидкостью (профессиональной промывкой).
•  Подставить под выхлопную трубу старую грязную емкость, которую потом не жалко будет выбросить.
•  Снять датчик давления и/или температуры, который находится перед фильтром.
•  Вставить в отверстие наконечник пистолета.
•  Вводить жидкость для промывки на протяжении 1 минуты, затем подождать, пока она осядет (3-4 мин.) и повторить манипуляцию несколько раз, пока не будет использовано все средство.
•  Подождать, пока жидкость разъест все отложения (около получаса).
•  Завести мотор, дать ему поработать 5-6 мин. при высоких оборотах, затем заглушить.
•  Залить в пневмопистолет средство для второго этапа очистки (как правило, она так и называется, например, DPF Flush Step 2).
•  Распилить его точно так же, как это делалось на предыдущем этапе – пошагово.
•  Запустить двигатель, дать ему поработать минут 10-15 при высоких оборотах. При этом из выхлопной трубы должна пойти пена. Важно, чтобы мотор работал до тех пор, пока активное пенообразование не прекратится.
•  Заглушить двигатель, продуть сильным потоком воздуха отверстие, через которое подавалась промывочная жидкость.
•  Завести мотор очередной раз, дать ему поработать не менее 5 минут.

Описанная выше процедура весьма эффективна, но для достижения максимального эффекта специалисты советуют запустить процедуру регенерации сажевого фильтра. Она проходит автоматически, занимает не более 20 минут и позволяет полностью очистить деталь, сжигая все накопившиеся в ней частицы. 

Каталитическое восстановление (система нейтрализации SCR)

Хорошо зарекомендовало себя так называемое избирательное каталитическое восстановление SCR, когда реакция нейтрализации проходит в избирательном порядке – сжигаются лишь определенные вещества, как правило, это оксиды азота.

В процессе химической реакции вредные компоненты распадаются, образуя азот и воду, которые не несут никакого вреда окружающей среде. Чтобы процесс пошел, в поток отработавших газов вводится восстановитель, роль которого обычно играет мочевина.

Заключение

Из описанного выше можно сделать вывод о том, что в настоящее время существует немало готовых конструктивных решений, а также доступных и распространенных методов снижения количества вредных компонентов в отработавших выхлопных газах. Повсеместное их применение позволяет уменьшить вред экологии и приблизить двигатели современных грузовиков к требуемым стандартам.