4. Технічний стан автомобілів
Вплив технічного стану автомобілів на кількість викиду токсичних речовин залежить від двох основних причин -- порушення складу горючої суміші та її запалювання. При тривалій експлуатації автомобіля регулювання двигуна та його систем з різних причин значно змінюється і спричинює підвищений вміст CO і СН у відпрацьованих газах. Викид токсичних речовин у відпрацьованих газах під час експлуатації внаслідок зміни технічного стану карбюратора, підвищення гідравлічного опору повітряного фільтра, відкладення нагару на стінках камери згоряння і порушення зазорів в газорозподільному механізмі безперервно збільшується. Нещільне прилягання випускних клапанів і порушення зазорів в клапанному механізмі передусім свідчить про збільшення кількості вуглеводнів у відпрацьованих газах. При негерметичному випускному клапані на такті стиску частина незгорілої суміші потрапляє в систему випуску відпрацьованих газів, вони надходять у картер двигуна через збільшені зазори циліндропорпіневої групи двигуна з відкритою вентиляцією картера і забруднюють атмосферу СН. Таким чином, під час тривалої експлуатації автомобілів зміни кількості токсичних речовин у продуктах згоряння зумовлені такими основними причинами: зміною технічного стану та регулювальних параметрів карбюратора і повітряного фільтра; порушенням регулювальних параметрів системи запалювання; спрацюванням циліндропоршневої групи і клапанної групи двигуна. Згідно з класифікацією найбільш характерних несправностей автомобільних карбюраторних двигунів (табл. 8.3) найбільше впливають на викиди токсичних речовин на 1 км шляху в реальних умовах експлуатації системи живлення та запалювання, стан циліндропоршневої,групи та газорозподільного механізму. Дефекти й несправності карбюратора зумовлюють або надмірне збагачення або надмірне збіднення горючої суміші. Система холостого ходу та збагачувальні системи (насос-приско-рювач і економайзер) карбюратора найбільш нестабільні. Система холостого ходу вже при напрацюванні 8 тис. км значно змінює свої початкові регулювальні параметри. Холостий хід регулюють вже при більш пізньому куті випередження запалювання і на вищій частоті обертання колінчастого вала, що дає змогу збіднити склад горючої суміші у даному режимі. Найбільш поширеним дефектом системи холостого ходу є перезбагачення горючої суміші. У випадку неправильного регулювання системи холостого ходу величина викидів CO і СН збільшується на 35...40 і 30...35% відповідно на одиницю шляху.
Надмірне збіднення горючої суміші на холостому ходу трапляється значно рідше і становить лише 8...10%. Цей дефект супроводжується підвищеним викидом СН і NOX^ до 14 і 10% відповідно.
Негерметичність клапана економайзера є одним із найбільш поширених дефектів карбюратора. При негерметичному клапані на режимах малих і середніх навантажень викид CO зростає в 1,5-2 рази. В реальних умовах експлуатації такий дефект збільшує викид CO на 1 км шляху на 4О...55% і СН на 60...70%. Вміст NOX^. в цьому випадку зменшується на 7...8%. Раннє вмикання клапана економайзера навіть на 1 мм суттєво збагачує суміш у режимах малих і середніх навантажень, при яких збагачення дуже небажане. Викид CO збільшується на 35...60% і СН на 40...48%. Пізнє вмикання клапана економайзера зумовлює деяке збільшення викидів СН і зниження CO. Перевищення подачі насоса-прискорювача у 2-3 рази порівняно з оптимальною величиною збільшує викиди CO в 1,6 разу і СН і 1,5-- 2,9 разу. За даними експлуатаційних спостережень 65...72% обстежених інерційно-масляних повітряних фільтрів не відповідали технічним умовам щодо виносу масла в двигун, водночас гідравлічний опір обстежених повітряних фільтрів при напрацюванні вже 40...50 тис. км на 45...55% вищий порівняно з технічними умовами заводів-виробників.
Підвищення гідравлічного опору повітряного фільтра в 2 рази при напрацюванні 100 тис. км збільшує викид СО3 з 42 до 54 г/км автомобілем середньої вантажності при швидкості руху 40 км/год, а вуглеводнів з 6,5 до 8,1 г/км. Винесення масла в двигун сприяє підвищеному викиду канцерогенних речовин, що зростає в більшості випадків на цілий порядок.
Найбільш суттєво впливає на експлуатаційні властивості автомобіля величина кута випередження запалювання. Навіть поелементна перевірка та регулювання системи запалювання в межах технічних умов (ТУ) заводів-виробників може мати поле розсіювання кута 12° і більше.
Збільшення кута випередження запалювання (раннє запалювання) поліпшує паливну економічність до 5... 10% і водночас підвищує вміст у відпрацьованих газах СН на 15...20% і NOх на 12...16%. Концентрація CO і СО2 при цьому не змінюється, оскільки ці компоненти залежать від складу горючої суміші. Зменшення кута випередження запалювання на 12° (пізнє запалювання) знижує концентрацію NO у відпрацьованих газах на 25...32%, а СН на 20...30%. Зниження концентрації СН у відпрацьованих газах пояснюється підвищенням температури відпрацьованих газів, внаслідок чого відбувається їх догорання у системі випуску.
Величина зазору між контактами перервника-розподільника також помітно впливає на відхилення величини кута випередження запалювання від оптимальної. За рекомендаціями заводів-виробників технологічний допуск на згаданий зазор, який утворює поле розсіювання по куту випередження запалювання до 6°, становить 0,1 мм. Практично ця величина змінюється в ширших межах. Порушення зазорів між контактами перервника-розподільника в експлуатаційних умовах зумовлює збільшення викиду СН до 30%.
Порушення роботи свічок запалювання також є найпоширенішим дефектом системи запалювання. Збільшення зазору між електродами свічки призводить до збільшення ступеня концентрації викиду СН до 24%. Збільшення зазору на 20% проти нижньої оптимальної границі (0,85 = 1 мм автомобіля ЗІЛ--130 і ГАЗ-53А) підвищує концентрацію СН до 40%.
Одна із непрацюючих свічок восьмициліндрового двигуна або дві, що працюють з перебоями, свічки можуть спричинити збільшення викиду СН у 1,8-2,6 разу. Під час роботи з перервами свічки запалювання чотирициліндрового двигуна викид СН збільшується до 200%.
Граничне спрацювання циліндропоршневої групи у восьмициліндрових двигунах погіршує потужності та економічні якості на 8--10 і 14-19% відповідно і збільшує до 3...4% вигар моторного масла від витрат палива. Викид СН з продуктами згоряння збільшується у 1,4-2,2 разу.
Негерметичність випускних клапанів, незадовільний стан сідел і поверхонь зумовлює збільшення СН у відпрацьованих газах. Збільшення зазору у впускних клапанах між насосом коромисла і стержнем клапана на величину 0,1 мм порушує фази газорозподілу. Наприклад, у восьмициліндрових двигунах сімейства ЗІЛ і ГАЗ зазначеній величині зазору відповідає зміна кута повороту колінчастого вала на 8-9°.
Порушення фаз газорозподілу призводить до зниження коефіцієнта наповнення і збільшення коефіцієнта залишкових газів. Збільшення зазору між носиком коромисла і стержнем клапана на 0,1 мм підвищує концентрацію викидів СН на 50...60%. Температурний режим двигуна автомобіля. Зниження температури охолоджувальної рідини зумовлює передусім збільшення СН у відпрацьованих газах. Частково це пояснюється тим, що робоча суміш охолоджується в пограничному шарі відносно холодною стінкою камери згоряння. При досягненні фронту полум'я такої поверхні камери згоряння відбувається погашення реакції окиснення. Частина робочої суміші, що не прореагувала, викидається з відпрацьованими газами у вигляді СН. Для зниження СН у системі випуску двигуна у даному випадку доцільно вибирати більш пізнє запалювання, що одночасно призводить і до зниження NOX. З підвищенням температури в системі охолодження двигуна автомобіля середнього класу із 40°С (після підігрівання двигуна на холостому ходу) до 80°С вміст СН зменшується до 42%. Викид NOх у цьому випадку зростає до 48%. Більший ступінь концентрації NOX^ характерний для бідніших сумішей і діапазону зміни температури від 65 до 80°С.
Таким чином, забезпечити зниження викиду СН неможливо без правильної організації експлуатації автомобільних двигунів. Необхідною умовою є також наявність ефективно працюючого термостата, який забезпечує прискорене прогрівання двигуна. Заправлення системи охолодження рідиною, що замерзає при низьких температурах (наприклад, антифризом "Тосол"), теплотворна здатність якої на 25...35% менша води, поліпшує робочий процес у режимах запуску та прогрівання двигуна. При заправленні антифризом тепла відводиться значно менше, ніж при заправленні водою, завдяки цьому температура стінок камери згоряння підвищується на 7О...8О°С. Збільшення температури в системі охолодження знижує відносну тепловіддачу при стисненні та згорянні робочої суміші.
Підвищення температурного режиму деталей двигуна (поршня, випускного клапана тощо) сприяє окисненню продуктів неповного згоряння CO і СН у системі випуску двигуна.
Підвищення температури навколишнього середовища збільшує вихід паливної пари зі системи живлення, що спричинює забруднення атмосферного повітря СН. Для зниження забруднення атмосфери паливною парою на сучасних автомобілях в експериментальному порядку застосовують систему вловлювання пари. Основною частиною цих систем є фільтр з активованим вугіллям, який акумулює паливну пару при непрацюючому двигуні. При працюючому двигуні рух повітря, через цей фільтр регулюється спеціальним клапаном.
5. Якість технічного обслуговування та ремонту автомобілів і двигунів
В експлуатаційних умовах зі збільшенням напрацювання автомобіля відбувається закономірна зміна основних регулювальних параметрів і технічного стану вузлів і систем карбюратора, які впливають на точність і стабільність дозування палива в широкому діапазоні швидкісних і навантажувальних режимів роботи двигуна. Під час роботи двигуна на часткових навантаженнях, найбільш характерних для реальних умов експлуатації, дозувальні системи карбюратора повинні подавати горючу суміш, яка б забезпечувала роботу двигуна при неповному відкритті дросельної заслінки з мінімально можливими витратами палива і викидом токсичних речовин на одиницю шляху або перевезення пасажира.
Тривала експлуатація автомобіля спричинює збільшення у відпрацьованих газах продуктів неповного згоряння CO і СН. Кількість автомобілів автопідприємств великих міст, які контролюють періодично на вміст CO, становить тільки 20%, а тих, що підлягають вибірковому контролю, дещо більше -- близько 30%. Середній викид токсичних речовин CO і СН у автомобілів з несправним і невідрегульованим двигуном і його системами у 2-3 рази вищий, ніж при його технічно справному стані.
На автопідприємствах обмеження токсичності відпрацьованих газів здійснюють здебільшого у напрямі зниження кількості в них CO, яка досягає максимального значення під час роботи двигуна на холостому ходу і прискоренні автомобіля. При невідрегульованій системі холостого ходу спостерігається підвищений удвічі викид CO порівняно з контрольованою системою. Основними причинами є недосконалість конструкції системи холостого ходу традиційних карбюраторів, відсутність діагностичного контролю над складом відпрацьованих газів і виконання регулювальних робіт на двигуні без використання газоаналізаторів і тахометрів частоти обертання колінчастого вала. Типові порушення роботи двигуна на холостому ходу зумовлені самовільною зміною положення гвинта якості горючої суміші, засмоленнями у вихідних каналах системи холостого ходу, підвищеннями рівня палива в поплавковій камері, порушеннями регулювань і наявністю спрацювань у системі запалювання. Аналіз результатів експлуатаційних спостережень свідчить, що у 15...20% автомобілів (середній вік сім років) викид CO відповідає рівню стандартів. Тому однією з обов'язкових умов зниження токсичності відпрацьованих газів є поліпшення технічного стану системи живлення і запалювання шляхом своєчасного та правильного їх регулювання. Згідно зі статистичними даними застосування діагностичних методів технічного обслуговування та поточного ремонту забезпечує зниження CO і СН при роботі двигуна на холостому ходу відповідно на 20 і 22%, а при додатковій перевірці на навантажених режимах такі викиди знижуються ще більше, відповідно на 43 і 49%, водночас зменшуються витрати палива на 5-6%. Під час проведення технічного обслуговування та поточного ремонту працівників технічної служби автопідприємств і станцій технічного обслуговування автомобілів цікавить не тільки факт наявності несправності та збільшення токсичності речовин у продуктах згоряння, але й місця і причини появи типових несправностей і розрегулювань.
Основним способом правильної експлуатації є періодична перевірка і регулювання зібраних карбюраторів на динамометричному стенді або безмоторним методом на вакуумній установці мод. НІІАТ-489А. При перевірці карбюраторів безмоторним методом на вакуумній установці витрати палива, що надходить у карбюратор, вимірюють при проходженні через нього певної кількості повітря. Об'єктивність безмоторного методу, менша його трудомісткість порівняно з іншими методами сприяють ефективному використанню його в умовах автопідприємств. При перевірці карбюраторів на вакуумній установці імітують реальні умови роботи двигуна. Технічний стан карбюратора визначають на цій установці за допомогою контрольних нормативів. Карбюратор залежно від загального його напрацювання або напрацювання від попереднього ТО підлягає загальній або поелементній діагностиці. При загальній діагностиці контролюють стан системи холостого ходу, положення гвинта мінімального відкриття кута повороту дросельної заслінки, частоту обертання колінчастого вала і вміст CO у відпрацьованих газах. При поелементній перевірці (двічі на рік на станції технічного обслуговування) перевіряють також пропускну здатність паливних жиклерів, спрацювання деталей приводу насоса-прискорювача і його подачу, систему балансування поплавкової камери. Правильно відрегульований карбюратор має добру перехідну характеристику, яка забезпечує автомобілю стабільну роботу при переході від холостого ходу до навантажувальних режимів. Відсутність чіткого маркування на жиклерах, а також недостатня кількість приладів і обладнання для перевірки їх каліброваних отворів зменшують імовірність правильного складання карбюраторів з послідовним відкриванням дросельних заслінок при сезонних технічних обслуговуваннях. Сучасні карбюратори характеризуються складною системою холостого ходу. Тому навіть кваліфіковане ТО не завжди зменшує викид токсичних речовин до гранично допустимих норм. Для кожної моделі повинні бути розроблені спеціальні інструкції з регулювання двигунів на основі результатів випробувань двигунів з детальним аналізом проб відпрацьованих газів. Для двокамерних карбюраторів з паралельним відкриттям дросельних заслінок (К-88А, К--126Б) прийнятий певний порядок проведення контрольно-регулювальних операцій. Перед регулюванням гвинти якості в обох камерах закручують до упору, а потім відкручують на 3,5 оберту. Запускають двигун і за допомогою упорного гвинта визначають мінімально можливе відкриття дросельних заслінок, що забезпечує стійку роботу двигуна. Збіднюють горючу суміш завершенням гвинтів якості через 0,5 оберту, а потім через 0,25 оберту до початку роботи двигуна з перервами. Збагачують горючу суміш гвинтом якості знову до стійкої роботи двигуна. Повторюють регулювання і для другої змішувальної камери. Зменшують частоту обертання колінчастого вала двигуна упорним гвинтом дросельних заслінок, а потім гвинтами якості знову збіднюють горючу суміш. Замірюють частоту обертання колінчастого вала двигуна і доводять її до рекомендованої заводом-виробником. Регулювання виконують без аналізу складу відпрацьованих газів. При наявності у автопідприємстві газоаналізатора правильність регулювання перевіряють контрольними вимірюваннями концентрації CO. Правильне регулювання забезпечує роботу двигуна без провалів при різкому відкритті дросельної заслінки, а при скиданні навантаження двигун не повинен зупинятись. Концентрації CO повинні перебувати в межах норм, регламентованих стандартом. Діагностування двигуна за показниками токсичності. Збільшення вмісту CO у відпрацьованих газах здебільшого є результатом підвищених витрат палива, змін технічного стану і порушення регулювань двигуна і його систем. Залежність CO від витрат палива для карбюраторних двигунів має лінійний характер і є зручною для діагностування автомобілів на динамометричному стенді. Найбільш характерні режими та параметри діагностування (табл. 8.5) поширених газових легкових і вантажних карбюраторних автомобілів ГАЗ-24 "Волга", "Москвич-412", ВАЗ-2102 визначали при лабораторно-дорожніх і стендових випробуваннях. Режими руху автомобілів досліджували водночас у міських умовах експлуатації. Прийнятий порядок режимів діагностування дає змогу перевірити технічний стан і ефективність роботи окремих систем і пристроїв карбюратора (перехідної системи, герметичність і початок вмикання клапана економайзера тощо) залежно від кута повороту відкриття дросельної заслінки при однаковій швидкості руху автомобіля.
За установлений параметр навантажувального режиму приймають розрідження у випускному трубопроводі при певних величинах відкриття дросельної заслінки, а за швидкісний -- частоту обертання колінчастого вала або швидкість руху автомобіля. Для уніфікації швидкісного режиму автомобілів на динамометричному стенді прийнята швидкість: для легкових автомобілів -- 80 км/год; для вантажних -- 60 км/год. Частота обертання колінчастого вала випробуваних двигунів при цій швидкості і повному відкритті дросельної заслінки повинні перебувати в зоні максимального крутного моменту. Відхилення рекомендованих величин частоти обертання колінчастого вала двигунів "Москвич-412" і ГАЗ-24 "Волга", ЗІЛ-130 і ГАЗ-53А від частоти, що відповідає максимальному крутному моменту, має становити 5...8%. Нехтуючи цією величиною, досягають уніфікації швидкісного режиму діагностування на динамометричному стенді найбільш поширених автомобілів. Для поглиблення діагностування на навантажувальних режимах перевірку слід здійснювати на малих і середніх навантажувальних режимах (робота первинної чи паралельних змішувальних камер) при режимі повного або близького до повного відкриття дросельної заслінки (робота вторинної камери) або дросельних заслінок. Діагностування складу відпрацьованих газів достатньою мірою характеризує економічність роботи автомобіля і дає змогу знизити на 30% трудомісткість його проведення. Застосування CO як непрямого параметра паливної економічності роботи автомобіля сприяє автоматизації процесу діагностування автомобіля, а також контролю викиду токсичних речовин в продуктах згоряння в основних експлуатаційних режимах.
6. Практичне використання вторинних ресурсів
Вирішуючи питання управління використанням вторинних ресурсів на автотранспорті необхідно брати до уваги альтернативи рециркуляції матеріалів, зокрема: збільшення терміну служби матеріальних ресурсів у сфері експлуатації автотранспорту, зниження витрат матеріалів, впровадження ефективніших ресурсозберігаючих технологій, заміну дефіцитних і токсичних матеріалів менш дефіцитними та нешкідливими, тобто вживати заходів, що дають змогу зменшити об'єми утворення відходів, їх шкідливий вплив на навколишнє середовище.
Скорочення питомих витрат первинних ресурсів разом з використанням ресурсозберігаючих технологій може значною мірою сприяти збереженню ресурсів. Одним із ефективних напрямів залучення вторинних матеріальних ресурсів є застосування принципу агрегатування. Він передбачає створення машинної техніки із надлишкових уніфікованих стандартних агрегатів, вузлів, приладів і деталей автомобілів, які здають у брухт. Кожний автомобіль має гідро-, пневмо- та електроприводи, а також механічний привід, які можуть успішно застосовуватись у конструкції різних технічних засобів. При необхідності ці вироби підлягають ремонту для відновлення їх працездатності. Застосування принципу агрегатування дає змогу досягнути приблизно 80...90% економії металу, скоротити терміни створення засобів механізації у 2-3 рази, а необхідність у конструкторських роботах у 3-4 рази. При цьому економиться праця верстатників, спрощуються експлуатація та ремонт стандартних елементів створеної конструкції.
