Нормирование выброса токсичных веществ
ГОСТ 17.2.2.03—87 предусматривает проверку не только СО, но и СН в эксплуатационных условиях на двух режимах холостого хода.
По ГОСТ 17.2.2.03—87 предприятие-изготовитель должно обеспечить на выпускаемых автомобилях концентрацию CO не более 1,5% при nx.x.min и 2% при nпов. Однако при проверке автомобилей, находящихся в эксплуатации при минимальной частоте вращения вала, допускается увеличение концентрации CO в отработавших газах до 3 % для всех автомобилей независимо от года выпуска.
Кроме того, новый ГОСТ был дополнен ограничениями на предельное содержание СН, выражаемое в отличие от CO на измерительных приборах в частях на миллион (млн-1 или ppm). Это изменение было направлено на существенное снижение выброса в окружающую среду всех видов продуктов неполного сгорания, многие из которых являются канцерогенными веществами. Для двигателей с числом цилиндров менее четырех концентрация СН не должна превышать 1200 млн-1 при nx.x.min и 600 млн-1 при nпов. Для двигателей с числом цилиндров более четырех, нормы концентрации СН увеличиваются до 3000 млн-1 при nx.x.min и 1000 млн-1 при nпов.
Как часто нужно производить проверку токсичности и перерегулировку карбюратора? Прежде всего при изменении режима подогрева воздуха или смеси, например при перестановке крышки воздушного фильтра или изменении положения регулирующей заслонки на нем. Осенью преждевременное включение подачи подогретого воздуха при нулевых температурах окружающей среды приводит к обогащению смеси и, следовательно, к увеличению выброса CO и СН. Весной несвоевременное отключение подогрева может вызвать переобеднение смеси и увеличение выброса СН. Уточнять регулировку карбюратора необходимо при существенном изменении условий эксплуатации, например после ремонта двигателя, при подготовке к техническому осмотру и др.
Переобогащение смеси приводит не только к увеличению выброса CO и углеводородов, но и к повышению расхода топлива. При переобеднении смеси концентрация CO падает до 0,1...0,2%, однако резко возрастает выброс СН, двигатель работает неустойчиво, с перебоями, при разгоне автомобиля появляются «провалы», при резком торможении двигатель может остановиться, увеличивается расход топлива. Поэтому необходимо периодически производить уточнение регулировки карбюратора с помощью быстродействующих газоанализаторов.
Методы регулировки системы холостого хода в эксплуатации
При эксплуатации применяются следующие методы регулировки системы холостого хода карбюратора:
- по рекомендованному предприятием-изготовителем положению винта качества;
- по поиску положения винта качества, соответствующего максимальному значению n с последующим попеременным манипулированием винтами количества и качества;
- по цвету пламени в цилиндре при использовании индикатора качества смеси (ИКС-1; ИКС-2 и др.);
- с применением быстродействующих газоанализаторов;
- с помощью автономного тахометра;
- по началу неравномерной работы двигателя.
Перед проведением регулировок необходимо проверить общее состояние двигателя (компрессию, состояние свечей зажигания, зазор между контактами прерывателя, угол опережения зажигания, уровень поплавковой камеры и т. д.). Двигатель должен быть прогрет до заданной по инструкции температуры (обычно 70...80°С).
Регулировка системы холостого хода по заранее рекомендованному предприятием-изготовителем положению винта качества в современных условиях совершенно неприемлема по причине неопределенности достигаемой концентрации CO и СН, зависящей не только от положения винта качества, но также и от изменяемого в достаточно широких пределах положения винта количества. Кроме того, каждый карбюратор имеет индивидуальные особенности, при которых одному n тому же положению винта качества может соответствовать различный состав смеси.
При регулировке карбюратора по выбору положения винта качества, соответствующего максимальному значению n, путем попеременного манипулирования винтами качества и количества первым винтом стремятся максимально поднять, а вторым снизить значение n. Принципиальным недостатком такого способа является то, что максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя соответствует обогащенная смесь, при которой содержание оксида углерода составляет не менее 5%, т. е. значительно больше установленных норм.
Регулировка по цвету пламени в цилиндре может быть осуществлена с помощью индикаторов качества смеси, например ИКС-1, представляющих собой свечу зажигания со смещенным электродом. В средней части установлен стеклянный световод. Индикатор заворачивается вместо свечи в предварительно прогретый двигатель. Двигатель пускается и на холостом ходу производится регулировка карбюратора по цвету пламени. Инструкцией к индикатору предусмотрено сначала обогатить смесь до появления оранжевого цвета, затем обеднить ее до появления голубого пламени, а после этого дополнительно обеднить смесь, завернув винт качества смеси карбюратора еще на 1/2...1/4 оборота.
Проверка такого метода регулировки на различных двигателях показала, что момент появления голубого пламени вместо оранжево-желтого соответствует концентрации CO в отработавших газах 5...7%. Поэтому необходимо дополнительно обеднять смесь, заворачивая винт качества. Но у каждой модели карбюратора разные величины шага резьбы, угла конуса, проходных сечений каналов, пропускной способности жиклеров, разные схемы питания. Даже у одной модели карбюратора «Озон» применяются две различные схемы подвода эмульсии в системе холостого хода: только через регулировочный винт или через канал с регулировочным винтом и через обводной (байпасный) канал.
Кроме того, после регулировки согласно инструкции к индикатору потребуется уточнить значение n, так что операцию по регулировке, как правило, придется повторить. Необходимо иметь в виду, что качество смеси в различных цилиндрах отличается на достаточно большую величину, особенно при использовании карбюраторов со старой системой холостого хода, из-за неравномерного распределения топливного заряда по цилиндрам. Поэтому точность регулировки с помощью индикатора весьма условная и не может, как правило, обеспечить выполнение норм на выброс CO на холостом ходу.
Наиболее надежным способом для обеспечения допустимого содержания CO и СН в отработавших газах является регулировка карбюратора с помощью газоанализатора. Для точности показаний газоанализатора необходима выдержка по времени, для чего надо прокачать отобранные из выпускного трубопровода автомобиля отработавшие газы через трубки в чувствительный блок прибора. Последовательность операций при регулировке с помощью газоанализатора следующая.
1. На прогретом двигателе сначала производится проверка содержания CO и СН при значении nпов, выбираемом по инструкции или в зоне от 2000 мин-1 до 0,8 nном. Рычаг привода дроссельной заслонки карбюратора должен быть неподвижен. Изменение производится не ранее чем через 0,5 мин после установки режима. Концентрация CO не должна превышать 2%, а СН — 600 млн-1 или ppm (частей на миллион) для двигателей с числом цилиндров до четырех включительно и 1000 млн-1 с числом цилиндров больше четырех.
В случае повышенной концентрации CO и СН в карбюраторах ДААЗ 2106 и «Озон» регулировка производится медленным вращением винта 11 производственной подстройки (см. рис. 22) против часовой стрелки. В эмульсионный колодец 10 добавляется воздух, при этом уменьшается количество топлива, выходящего через переходную систему и систему холостого хода через отверстие винта 3. Низкая концентрация CO и повышенная СН, а также неустойчивая работа двигателя и «провалы» при открытии дроссельной заслонки свидетельствуют о переобеднении смеси на переходных режимах. В данном случае необходимо постепенно заворачивать винт И до снижения СН и стабильной работы двигателя и ликвидации «провалов», но не допускать превышения нормы на СО.
В карбюраторах, не имеющих винта производственной подстройки,регулировка состава смеси производится ступенчато, изменением пропускной способности топливного 1 или воздушного 2 жиклеров холостого хода, а иногда и главной дозирующей системы.
2. Убедившись, что при значении nпов концентрация CO и СН в пределах нормы, можно приступить к регулировке при значении nx.x.min. При действующем газоанализаторе, последовательно вращая винты количества и качества смеси, устанавливают заданные значения nx.x.min и концентрацию СО. Через 10...30 с в зависимости от интенсивности прокачки газа по пробоотборной трубке и ее длины фиксируют установившееся значение содержания CO и СН и при необходимости осторожными последовательными поворотами винта качества каждый раз на небольшую величину (сначала на 1/2, затем на 1/4 и 1/8 оборота) доводят значение концентрации CO до 0,8...1% для карбюраторов с автономной системой холостого хода и 1,2...1,5 % для систем с задроссельным распыливанием.
3. Затем винтом количества восстанавливают изменившуюся при вращении винта качества частоту вращения вала. Далее, если значение CO существенно изменилось и перестало соответствовать норме или двигатель стал работать неустойчиво от переобеднения смеси, снова повторяют все описанные операции, добиваясь одновременно необходимого значения n и требуемых значений CO и СН.
Регулировка холостого хода с помощью газоанализатора по мере расширения парка приборов и средств их проверки получает все большее распространение и в дальнейшем должна вытеснить все другие методы регулировки.
Достаточно простым способом регулировки качества смеси на холостом ходу для двигателей с неизношенной цилиндропоршневой группой является способ с помощью тахометра. С целью объяснения принципиальных особенностей данного способа рассмотрим рис. 38. На графиках дана зависимость изменения частоты вращения коленчатого вала от состава смеси, характеризуемого содержанием CO в отработавших газах при постоянном положении винта количества смеси или воздуха. Максимальная частота вращения вала соответствует примерно 5% СО. Для снижения концентрации CO до 1% (чтобы иметь некоторый запас до нормы 1,5%) частота вращения вала должна быть уменьшена примерно на 15% путем обеднения смеси винтом качества.
Рис. 38. Кривые последовательности регулировки двигателя на минимальный выброс CO и СН: 1 - точка исходной регулировки; 2 - точка мощностной регулировки (nмощн при αмощн); 3,3 ’ - точки промежуточной регулировки (nрег); 4, 4' - точки мощностной регулировки после повторной регулировки винтом качества; 5, 5' - точки мощностной регулировки после повторной регулировки винтом количества; 6, 6' - точки, соответствующие норме выброса CO при проверке ГАИ; 7 - точка, соответствующая норме концентрации СО, установленной при выпуске с предпрятия-изготовителя или со СТОА; 8, 8' - точки, соответствующие nx.x.min после окончательной регулировки; — — — — для карбюраторов с автономной системой холостого хода; ———— для карбюраторов с задроссельным смесеобразованием
Как это выполнить практически? Необходимо иметь тахометр с ценой деления не менее 50 мин-1 (тахометр ВАЗ-2106 в щитке прибора не годится). Такие тахометры имеются в продаже или могут быть изготовлены самими водителями. Перед регулировкой двигатель должен быть прогрет до заданной температуры охлаждающей жидкости (обычно 70...80°С) и масла (50...60°С), температура окружающей среды должна быть 25±5°С.
Регулировка карбюратора производится в такой последовательности.
1. При неподвижном положении винта количества с учетом показаний тахометра выбирают такое положение винта качества, которое обеспечивает максимальную частоту вращения вала nмощн (точки 2, см. рис. 38), т. е. соответствует мощностной регулировке системы холостого хода карбюратора.
2. Винтом количества смеси у карбюраторов с автономной системой холостого хода или винтом упора дроссельной заслонки у других типов карбюраторов устанавливают частоту вращения nрег (точки 3, 3', см. рис. 38) коленчатого вала, указанную в табл. 3.
Примечание. В знаменателе указаны изменения (Δn) частоты вращения коленчатого вала при регулировке винтом качества.
3. Повторяя перечисленные выше операции, добиваются работы на режиме nрег при положении винта качества, соответствующем мощностному составу смеси (точки 5, 5', см. рис. 38).
4. Винтом качества смеси, не меняя положения винта количества смеси или воздуха, уменьшают частоту вращения коленчатого вала до nx.x.min (точки 8, 8' см. рис. 38).
Нажимая на рычаг привода дроссельной заслонки, повышают значение n до 1500...2000 мин-1. Затем резко отпускают рычаг, доведя значение n до nx.x.min, после чего необходимо убедиться, что значение nx.x.min осталось примерно на прежнем уровне. Повторяют эти операции 3...5 раз. В худшем случае повторяют перечисленные выше операции по пп. 1—4.
Для автомобилей с хорошим состоянием цилиндропоршневой группы, следовательно, имеющих запас по концентрации СН, есть возможность снизить расход топлива на режиме холостого хода (до 5...10%) путем подключения вакуумного автомата опережения зажигания к задроссельному пространству. Однако в связи с небольшой абсолютной величиной расхода топлива на режиме холостого хода (0,5...0,7 кг/ч для автомобилей ВАЗ, АЗЛК, ЗАЗ и 1,5...2 кг/ч для автомобилей ЗИЛ) общий эксплуатационный расход изменяется на сравнительно небольшую величину.
Для изношенных двигателей выброс СН может быть снижен путем повышения значения nx.x.min на 10...15% и установки более позднего угла опережения зажигания на 2...4°.
Регулировка данным способом на режиме nпов (при n=2000 мин-1 и выше) может производиться только для карбюраторов с подстроечным винтом (карбюратор «Озон») и из-за сложности только в случае крайней необходимости.
Другим способом регулировки системы холостого хода без газоанализатора и тахометра является постепенное обеднение смеси до начала неравномерной работы двигателя. В процессе эксплуатации бывают случаи, когда нет даже тахометра, а нужно быстро отрегулировать систему холостого хода хотя бы приблизительно. Для этого, например, можно воспользоваться описанным выше способом, определяя изменение частоты вращения коленчатого вала на слух.
Наименьшее значение неравномерности вращения коленчатого вала для восьмицилиндровых двигателей соответствует концентрации CO 4...4,5%. При обеднении состава смеси до концентрации 1,5% CO неравномерность частоты вращения вала увеличивается в 2...2,5 раза. Анализ составляющих неравномерности частоты вращения вала показывает, что она при обедненных составах смеси преимущественно определяется межцикловой неравномерностью значения n и, в меньшей степени, межцилиндровой. Для четырехцилиндровых двигателей минимальная неравномерность частоты вращения вала обычно соответствует несколько меньшей концентрации CO 2...3%. Для использования показателей неравномерности вращения коленчатого вала с целью регулировки двигателя на режиме холостого хода требуется специальная электронная измерительная аппаратура. Однако в случае крайней необходимости можно провести регулировку холостого хода и без приборов. Последовательно обедняя смесь винтом качества и поддерживая рекомендуемую частоту вращения коленчатого вала, отворачивают винт количества смеси или воздуха, определяя предел неустойчивой работы двигателя на слух. После чего, медленно отвернув винт качества, обогащают смесь до тех пор пока двигатель не станет работать без перебоев.