Свежее дыхание: как и почему на ВАЗах появилась система снижения токсичности

Автоваз и нормы токсичности: дыхательные упражнения – журнал за рулем

Свежее дыхание: как и почему на ВАЗах появилась система снижения токсичности

Кабы не потребность выхода на внешние рынки, наши машины, полагаю, и сейчас коптили бы небо без зазрения совести. А что, страна огромная, народу немного — дыши не хочу. Но жизнь заставила: в 2005-м мы раскачались на Евро-2, в 2008-м — на Евро-3. Нынче в России правит бал Евро-4, но АВТОВАЗу приходится бежать впереди паровоза — в Европе уже свирепствует Евро-5.

Внутреннее сгорание

В идеале топливовоздушной смеси следует сгорать полностью, а из выхлопной трубы должна литься деминерализованная вода. Но пока что процессы в цилиндрах двигателя далеки от совершенства. Доведение их до ума — одно из направлений прогресса. Основная задача — филигранное дозирование топлива.

Так появился распределенный впрыск топлива (Евро-2), а затем и система бортовой диагностики (Евро-3), дополненная вторым (диагностическим) датчиком кислорода и датчиком неровной дороги. Последний помогал электронике отделять вибрации, вызванные дефектами покрытия, от тех, что спровоцированы пропусками воспламенения.

Позже от этого элемента отказались, заменив его программой, работающей на основе статистики.

Отличительная особенность Евро-4 — электронная педаль газа. Это не просто модная фенечка, позволяющая к тому же сэкономить на стальном тросе и проволоке, — все гораздо сложнее. Механический привод безучастен к потугам искусственного интеллекта — последнему приходится приспосабливаться.

То есть водитель нажимает педаль, задавая объем наполнения цилиндров двигателя воздухом, а уж система управления подбирает значения остальных параметров. Такое регулирование называется последовательным и славится неизбежными погрешностями: слишком мало времени остается на реализацию принятых решений.

Электронная же педаль — ближайшая родственница компьютерной мышки. С ее помощью драйвер лишь высказывает свои пожелания системе управления. Насколько они выполнимы, решается по итогам одновременного (параллельного) сопоставления с рядом других параметров.

Выигрыш во времени оборачивается улучшением ездовых и экологических качеств (массовый расход топлива снизился на 4–5% по ездовому циклу).

Чистое небо

Второй способ угодить экологии — дожечь несгоревшие остатки за пределами двигателя в особом устройстве, именуемом каталитическим нейтрализатором.

Открытого пламени внутри нет — окислительно-восстановительный процесс идет на решетке, содержащей драгоценные металлы в качестве катализатора. Для эффективного протекания реакции состав топливовоздушной смеси необходимо поддерживать в довольно узких рамках.

За этим следит датчик кислорода, установленный на входе в нейтрализатор. Впервые «лады» в такой комплектации появились с введением Евро-1.

Евро-3 стимулировало появление катколлектора — приемной трубы со встроенным нейтрализатором. Идея проста: чем ближе устройство к мотору, тем быстрее оно прогревается до рабочей температуры.

Евро-4 ознаменовалось удешевлением нейтрализатора — платину заменили палладием и родием. Совершенствование формулы каталитического покрытия позволило сократить количество используемых цветных металлов вдвое.

Евро-5 — пока еще прекрасное далёко для России. Но ради экспорта завод вынужден идти в ногу с Европой. Помимо прочего этот стандарт требует повышенной надежности от системы снижения токсичности: пробег с гарантированным соблюдением норм увеличили со 100 тыс. до 160 тыс. км.

С задачей справились: в 2010 году АВТОВАЗ успешно омологировал автомобили «Приора», «Калина» и «Лада 4×4» на соответствие этому стандарту. Но неугомонные европейцы вновь подняли планку: с 2012 года они ввели более высокую степень экологической защиты — Евро-5+.

Наши инженеры выполнили необходимые разработки и омологировали «Гранту» на соответствие требованиям ужесточенного стандарта.

Законодательные требования в области экологии:

О чем горит check engine

Тревожная лампочка в сочетании с кодом ошибки 422 свидетельствует о потере эффективности нейтрализатора. Причин может быть несколько.

— Использование топлива с антидетонационными присадками.

Свинец или другие элементы, вместе с выхлопными газами попавшие в нейтрализатор, создают на активной поверхности пленку, снижающую эффективность устройства.

— Пропуски воспламенения в цилиндрах (дефекты свечей, катушек, проводов и т. д.).

Рабочая температура в нейтрализаторе достигает 950 ºC. Но свежая порция, не сгоревшая в дефектном цилиндре, изрядно подогревает конструкцию. При 1150º решетка начинает спекаться, постепенно теряя работоспособность, и окончательно разрушается при 1200º.

Защита от такой неприятности в системе управления есть, но эффективна она лишь в базовых режимах работы двигателя, до оборотов не выше 4500.

Так что резкие перегазовки, призванные разбудить неработающий цилиндр, приводят к выгоранию нейтрализатора менее чем за минуту.

— Дефекты в топливной системе, приводящие к обеднению смеси.

Чрезмерный износ насоса и форсунок, засорение топливного фильтра.

— Механические проблемы, влияющие на процесс сгорания.

Смещение фаз (перескакивание ремня ГРМ на зуб), снижение компрессии, общий износ двигателя.

Благодарим заместителя начальника управления проектирования двигателей ДТР АВТОВАЗа

Григория Сергеева за помощь в подготовке материала.

Источник: https://www.zr.ru/content/articles/482656-avtovaz_i_normy_toksichnosti_dyhatelnyje_uprazhnenija/

Методы снижения токсичности отработавших газов автомобилей

Свежее дыхание: как и почему на ВАЗах появилась система снижения токсичности

Методы, используемые для снижения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием, делятся на две основные категории: конструктивные методы и очистка отработавших газов.

Основные промышленно развитые страны стремятся внедрить у себя (или уже приняли) строгие нормы предельной токсичности отработавших газов.

Выполнение этих норм требует использования систем снижения токсичности, включающих трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, который уже доказал свою эффективность в США, Европе и Японии

Снижение токсичности методом дозирования топлива

Рабочая смесь, качество которой определяется коэффициентом избытка воздуха λ, оказывает решающее влияние на состав отработавших газов.

Двигатель обеспечивает получение максимального крутящего момента при λ = 0,9 – эта величина обычно программируется для режима полной нагрузки двигателя.

Оптимальная топливная экономичность достигается при смесях, характеризующихся λ = 1,1. Это совпадает с возможностью получения низких выбросов CO и CH. Однако выбросы оксидов азота (NOx) при этом оказываются максимальными.

Коэффициент избытка воздуха λ = 0,9 … 1,05 выбирается для режима холостого хода двигателя.

Слишком обедненная смесь приводит к появлению пропусков воспламенения, а так как смесь постепенно обедняется и далее, это влечет за собой быстрое увеличение выбросов СН.

Для предотвращения работы двигателя на сверхвысоких оборотах, когда требуется постоянное использование богатой смеси, осуществляется полное прекращение подачи топлива к двигателю.

Системы впрыска топлива позволяют добиться более точного контроля за составом смеси и значительно снизить количество выбросов отработавших газов.

Снижение токсичности отработавших газов точным смесеобразованием

Однородность смеси, ее послойное распределение и температура в зоне свечи являются основными факторами при определении способности смеси к воспламенению и последующему сгоранию с соответствующим влиянием на состав отработавших газов.

Однородные смеси и регулируемое послойное смесеобразование (богатая смесь у свечи зажигания и бедная смесь вблизи стенок камеры сгорания) представляют два пути совершенствования процесса смесеобразования.

На двигателях с одноточечным впрыском топлива для предотвращения отложения пленки топлива на стенках впускного трубопровода используется предварительный нагрев воздуха и впускного трубопровода.

Равномерное распределение

Максимальный коэффициент полезного действия (к.п.д.) двигателя может быть достигнут только при одинаковом коэффициенте избытка воздуха в каждом цилиндре.

Рециркуляция отработавших газов как способ снижения токсичности отработавших газов

(система EGR (Exhaust Gas Recirculation))

Отработавшие газы направляются обратно в камеру сгорания для снижения максимальной температуры сгорания с целью снижения образования NOx. Оптимизация системы EGR может также приводить к снижению расхода топлива. Система EGR используется любым из двух способов:

— внутренней рециркуляцией отработавших газов, обеспечиваемой соответствующей установкой фаз газораспределения (перекрытия клапанов);

— внешней рециркуляцией отработавших газов с применением управляемых клапанов.

Изменение фаз газораспределения

Большой угол перекрытия клапанов (при раннем открытии впускного клапана) позволяет увеличить внутреннюю рециркуляцию отработавших газов и поэтому может помочь в снижении выбросов NOx. Однако, так как рециркулирующие отработавшие газы вытесняют свежую топливовоздушную смесь, то раннее открытие впускного клапана также ведет к уменьшению максимального крутящего момента.

Кроме того, чрезмерная рециркуляция отработавших газов, особенно при работе двигателя на холостом ходу, может стать причиной перебоев в зажигании, что, в свою очередь, приводит к увеличению выбросов углеводородов (НС).

Оптимальным решением является применение изменяемых фаз газораспределения, когда фазы газораспределения варьируются для оптимального приспосабливания процесса сгорания к условиям работы двигателя.

Влияние степени сжатия на количество токсичных компонентов отработавших газов

Ранее считалось, что повышение термического коэффициента полезного действия (к.п.д.) путем роста степени сжатия представляется эффективным мероприятием для улучшения топливной экономичности. Однако при этом одновременно увеличивается и максимальная температура сгорания, которая вызывает более высокую концентрацию выбросов NOx.

Конструкция камеры сгорания

Снижение выбросов CH обеспечивается компактной камерой сгорания, имеющей минимальную площадь поверхности с отсутствием выемок.

Центральное расположение свечи зажигания обеспечивает короткий путь распространения пламени, позволяя получить быстрое и относительно полное сгорание рабочей смеси, что приводит, кроме низких выбросов CH, к пониженному расходу топлива.

Турбулизация рабочей смеси в камере сгорания обеспечивает более быстрое сгорание. Кроме создания двигателей, способных работать на обедненных смесях, оптимизация формы камеры сгорания дает возможность снизить концентрацию CH при λ = 1.

Создания вихревого движения смеси во впускном канале и оптимизация формы камеры сгорания позволяют использовать переобедненные рабочие смеси (λ = 1,4…1,6). Такие двигатели характеризуются низкой токсичностью и очень хорошей экономичностью, они не нуждаются в каталитической очистке отработавших газов.

Разработки в области снижения выбросов NOx у двигателей, работающих на переобедненных смесях, еще находятся в начальной стадии. Такие двигатели вплоть до настоящего времени с успехом применялись в Европе и Японии.

Имелось только несколько моделей, использующих концепцию обедненных смесей, когда достигался компромисс между токсичностью отработавших газов и расходом топлива.

Система зажигания автомобилей

Конструкция свечи зажигания, ее положение в камере сгорания, а также энергия и продолжительность искрового разряда – все эти параметры оказывают существенное влияние на воспламенение смеси, продолжительность ее сгорания, а поэтому и на токсичность компонентов отработавших газов.

Важность этих факторов возрастает в прямой зависимости от обеднения смеси (λ > 1,1). Установка момента зажигания оказывает решающее влияние как на токсичность, так и на расход топлива.

При выборе момента зажигания приходится (иногда в ущерб расходу топлива) для снижения выбросов CH и NOx выбирать более поздние углы опережения зажигания. Вместе с подачей в избытке кислорода это поднимает температуру в выпускной системе и позволяет дожигать СО и СН.

Этот метод приводит к снижению выбросов NOx и несгоревших углеводородов, но за счет увеличенного расхода топлива. С другой стороны, если выбирается слишком большое опережение зажигания, это приводит к увеличению расхода топлива и выбросов NOx и СН.

Вентиляция картера двигателя

Концентрация углеводородов в картере двигателя может во много раз превышать регистрируемую в отработавших газах.

Система регулирования вентиляции картера перепускает картерные газы во впускной тракт двигателя, откуда они попадают в камеру сгорания для дожигания.

Раньше эти газы выпускались неочищенными непосредственно в атмосферу; сейчас наличие системы снижения токсичности картерных газов является обязательным требованием.

Источник: https://carspec.info/snizhenie-toksichnosti

15.03.2014, автор moly-shop.ru

Всякий автопроизводитель хочет победить в конкурентной борьбе, и здесь работают принципы «мощнее, быстрее, дешевле». С последним принципом, кстати, проблемы, а для выполнения первого принципа двигатели форсируют.

В результате повышается температура в камерах сгорания. Причем до такой степени, что содержащийся в воздухе азот начинает реагировать с кислородом напрямую.

Следствием форсировки двигателя становится наличие в выхлопных газах вреднейших окислов азота.


Окись азота существенно влияет на здоровье человека, возникают хронические и острые заболевания верхних дыхательных путей, бронхиты и воспаления легких. Растет количество аллергиков.

Люди с хроническими заболеваниями дыхательных путей (например, астма или эмфизема легких), а также с сердечно-сосудистыми заболеваниями, более чувствительны к воздействиям оксидов азота.

Окись азота, реагируя с атмосферной водой, приводит к кислотным дождям, к фотохимическому смогу и дополнительному загрязнению атмосферы городов.

Нормативы ЕВРО

Количество окислов азота в выхлопе автомобилей ограничивают нормативы ЕВРО и другие национальные законы.

Для выполнения ЕВРО 3, действующий к слову в России, конструктора двигателей ввели в конструкцию так называемый EGR-клапан. Этот клапан направляет часть отработавших газов обратно, в камеры сгорания для снижения температуры.

Это достаточно эффективное решение оказалось недостаточным для выполнения более строгих экологических норм ЕВРО 4 и ЕВРО 5.


Для соответствия экологии мировые производители пошли двумя основными путями, отражающими особенности национальных рынков, в частности топливных.

Американский и европеский рынки

Американцы, как обладатели самого чистого дизтоплива без серы чаще используют каталитические адсорберы окислов азота на основе оксида бария.

Для европейского и российского рынков более подходят система снижения токсичности SRS (впрыска мочевины в виде водного раствора), однако подобные системы чувствительны к фосфору, то есть требуют специальных масел. Специальные масла – тема отдельного разговора, а сейчас поговорим о мочевинной нейтрализации.

Система снижения токсичности

Технология снижения токсичности SRC (Selective Catalytic Reduction – Селективная Каталитическая Нейтрализация) направлена исключительно на ликвидацию окислов азота в выхлопе. Для этого в поток выхлопных газов, специальным дозатором впрыскивается водный раствор особо чистой мочевины.

Как работает

Система работает так: горячая мочевина (AdBlue) впрыскивается в поток выхлопных газов перед восстановительным катализатором. Дополнительно нагреваясь в потоке, мочевина распадается на аммиак и углекислый газ. Проходя через катализатор, аммиак реагирует с оксидами азота и преобразует их в чистый азот и воду. В идеале вредные вещества полностью преобразуются.

Но это в идеале. Важно, чтобы сам основной реагент AdBlue был абсолютно чистым. Любые примеси способны забить распылитель или отравить материалы катализатора. Именно поэтому AdBlue является продуктом строго лицензированным.

Лицензия AdBlue

Лицензии бывают мировыми и европейскими и выдаются правообладателем самой технологии – Ассоциации Автомобильной Промышленности Германии (VDA).

Использование лицензированного продукта, а не многочисленных дешёвых эрзац-продуктов из Прибалтики гарантирует длительную работоспособность системы.

Эрзац появляется очень просто, ведь техническая мочевина выпускается тысячами тонн как органическое удобрение для сельского хозяйства, да и водопроводная вода не дефицит. Отсюда и демпинговые цены.

Стандарты качества

Для обеспечения качества продукта существуют два промышленных стандарта DIN 70070 и ISO 22241-1/2/3.
Для более качественного снабжения наших потребителей, компания Liqui Moly GmbH вывела на российский рынок продукт собственного производства.

Немного подробностей: расход жидкости AdBlue составляет 4-6% от расхода топлива, причем, чем выше экологический класс автомобиля, тем больше. Особо следует коснуться условий хранения и использования. AdBlue является агрессивной жидкостью, поэтому недопустим ее контакт с черными и цветными металлами.

Насосы и баки для AdBlue делаются из нержавеющей стали специальных марок или из особого пластика.

Как хранить AdBlue

Храниться жидкость тоже не просто, ибо ей противопоказаны как слишком высокие (выше 35˚С), так и низкие (ниже -11,5˚С) температуры.

Специалисты говорят, что в специальном баке для AdBlue жидкость остается годной даже после двух суток при температуре -30˚С, но это не должно успокаивать. При заведенном двигателе AdBlue в баке ничего не угрожает, так как работает штатный обогрев.

А вот при хранении больших емкостей на улице следует быть осторожным. Многократное замораживание\размораживание снижает и так небольшой (36 месяцев) срок годности.

Мы привыкли, что в AdBlue нуждается грузовой транспорт, и удивляемся, увидев на легковом Фольксвагене шильдик «BlueMotion» или «BlueTec» на Мерседесе. Между тем, на европейском рынке присутствуют и легковые потребители, экологичные автомобили пользуются налоговыми льготами.

Источник: https://www.moly-shop.ru/blog/okis-azota

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.