Причиной самовоспламенения чаше всего служит нагар на стенках камеры сгорания, который, обладая плохой теплопроводностью, сильно разогревается и в какой-то момент оказывается способным поджечь топливо-воздушную смесь до того, как это сделает свеча.

Двигатели старых конструкций требовали частой чистки камер сгорания, однако в современных двигателях эта необходимость значительно снизилась.

Побочный эффект нагарообразования состоит еше и том, что после выключения зажигания двигатель может продолжать работать, поскопьку разогретый нагар продолжает поджигать топливо даже и при не работающей свече.

Ужесточение современных требований к составу выхлопных газов привело к созданию двигателей, работающих на обедненной смеси, которые дают меньше нагара. Кроме того, дпя предотвращения самопроизвольной работы двигателя с выключенным зажиганием предусматриваются устройства, отсекающие при выключении зажигания подачу воздуха ипи подачу топлива в карбюратор.

Процесс сгорания и вредные выбросы

8 Рабочая смесь, образованная из воздуха и паров бензина, после воспламенения с помошью свечи создает мощность, которая далее передается на колеса автомобиля. Но кроме этого сгорающая рабочая смесь создает и выхлопные газы, которые выбрасываются в атмосферу

Еспи соотношение воздуха и топлива в смеси около 14.7 : 1 [стохиометрическое чиспо), теоретически должно произойти полное сгорание топлива, в результате чего должны образоваться безвредные продукты - вода и углекислый газ. Однако практически из-за не идеального смесеобразования не весь углерод топлива успевает полностью окислиться и в выхлопных газах остаются окись углерода (СО-угарный газ) и чистый кислород.

Полного сгорания топлива достичь никогда не удается и оставшиеся в выхлопных газах вредные продукты неполного сгорания загрязняют атмосферу. Вредные примеси составляют примерно 1 % выхлопных газов и включают в себя окись углерода (СО), окислы азота (N0) и углеводород (НС).

Содержание всех трех составляющих зависит от состава смеси, но проблема состоит в том, что их невозможно снизить все одновременно: так, при уменьшении содержания СО и НС повышается N0 и наоборот.

Окислы азота [NOj] не имеют запаха и вкуса, но при взаимодействии с кислородом воздуха образуют двуокись азота N0 - газ красно-коричневого цвета, который при вдыхании вызывает раздражение легких.

Соединяясь с водой, окислы азота образуют азотную кислоту, выпадающую на землю в виде кислотного дождя .

Углеводороды [НС] всегда присутствуют в выхлопных газах и представляют угрозу здоровью. Они являются остатками нефтепродуктов -топлива и масла, которые попадают в атмосферу из-за неполного сгорания в цилиндре. Они могут также просачиваться в картер из цилиндра и наоборот - из картера в цилиндр. Кроме того, углеводороды могут попадать в атмосферу в виде паров топлива из не герметичных частей топливной системы, в частности, из бака и карбюратора.

Окись углерода (СО) - очень коварный газ. Не имен ни цвета, ни запаха, он блокирует эритроциты крови и не дает им переносить кислород. Известно, что даже содержание в воздухе 0.3% СО может привести к смерти человека за 30 минут.

Свинец. Соединения свинца, попавшие в организм вместе с воздухом могут вызывать поражение клеток крови, костного мозга и нервной системы. Свинец не является исходным компонентом топпива, но может присутствовать в нем в виде добавок, служащих для повышения стойкости к детонации. Около 75% свинца, добавленного к топливу, выбрасывается из двигателя с выхлопными газами, а остальная его часть поглощается моторным маслом.

8 Великобритании подсчитали, что только в этой стране за год выхлопные трубы автомобилей выбрасывают в атмосферу около 3000 тонн свинца.

Каталитический преобразователь

9 Существенно снизить содержание вредных выбросов в выхлопных газах позволяет каталитический преобразователь [нейтрализатор].

Существует несколько конструкций такого устройства, но наиболее распространенным в настоящее время является преобразователь тройного действия , поскольку он рассчитан на снижение содержания всех трех вредных компонент выхлопных газов - СО, НС и N0.

Преобразователь выполняет две основных функции:

а] преобразует СО и НС в безвредный углекислый газ (COg) и воду (HO);

б] преобразует окислы азота N0 в безвредный азот.

Электролитический преобразователь нейтрализует около 90% всех вредных примесей, но требует выполнения двух условий;

а) дпя питания двигателя не должен использоваться бензин с содержанием свинца, который может ухудшить ипи вообще свести к нулю нейтрализующие свойства активных элементов преобразователя, изготовленных из благородных металлов;

б) необходимо строго выдерживать соотношение воздуха и топпива на стохиометрическом уровне 14.7 . 1 (Х = 1), что требует использования специальной системы управления составом смеси по параметру X [лямбда] - см. рис. В.4.

Эпектронная

система

управления

Система смесеобразования

Лямбда - датчик

Каталитический преобразователь

Рис. 6.4. Каталитический преобразователь тройного действия

Обратите внимание, что на рис. В.4 преобразователь расположен в одном корпусе. Ранние конструкции состояли из нескольких корпусов.

Возможно использование каталитического преобразователя и без системы управления составом смеси, но в этом спучае его эффективность в лучшем случае составит 50%.

Преобразователь должен быть расположен в таком месте выхлопной системы, где температура составляет от 400 до 80СРС (см. рис. В.5]. Преобразование начинается в нем лишь при температуре свыше 250°С. При температуре свыше 800°С начинается термическое старение активной массы преобразователя и ее покрытия из благородных металлов.

Типичная конструкция каталитического преобразоватепя показана на рис. В.В. Он содержит один ипи несколько керамических блоков, изготовленных из алюминиево-магниевого силиката, в которых имеется несколько тысяч сквозных отверстий, через которые проходят выхлопные газы. Силикатные блоки покрыты тонкой пленкой окиси алюминия, которая увеличивает активную ппошадь преобразователя в несколько тысяч раз. Снаружи планка покрыта тонким слоем из благородных металлов - родия и платины.

Подогреватель лямбда-датчика

Лямбда- датчик

Каталитический преобразователь

Блок управления двигателем

Рис. 6.5. Важное значение имеет место установки преобразователя в автомобиле

ФВ0$СН

При движении газов через преобразователь в контакте с платиной и родием происходят химические преобразования вредных составляющих в безвредные.

1 Керамика, покрытая каталитически активными материалами

2 Набивка из стальных волокон

3 Кожух преобразователя

Рис. 6.6. Каталитический преобразователь

Платина способствует окислению СО и НС, а родий - разложению окислов азота на азот и кислород.

Общая маса благородных металлов в преобразоватале составляет около 3 граммов.

Результат работы преобразователя показан на рис. В.7, из которого следует жизненная необходимость поддержания состава смеси при X = 1. Даже небольщой сдвиг X в сторону увеличения, т.е. в сторону обеднения смеси, приводит к резкому увеличению количества окислов азота в составе выхлопных газов.

g со

Содержание углеводородов (СН), окиси углерода fCO) и окислов азота (N0) в выхлопных газах:

а) без нейтрализации

б) поспе нейтрализации Важно точно выдерживать значение коэффициента избытка воздуха на уровне X 1. При сдвиге влево растет содержание СО и НС, а при сдвиге вправо - резко увеличивается содер.жание N0 .

OB0SCH 0,9

Коэффициент избытка воздуха л

Рис. 6.7. Характеристики кеталитического преобразователя

Рис. 6.В. Батарейная система зажигания - патент 1908 года

3 Системы зажигания

1 В первые 20 пет нынешнего века двигатели автомобилей для цепей зажигания обычно оснашапись магнето. Это генератор высокого напряжения, который приводится от двигателя и не требует аккумулятора. Однако для работы световых приборов автомобиля еккумулятор все равно потребовался, поэтому старая система зажигания была постепенно вытеснена более прогрессивной - катушечной. Такая система была впервые запатентована в 1908 году К. Ф.Кеттерингом из Dayton Engeneering Laboratories Company [DELCO] и из рис. В.8 видно, что идея не претерпела существенных изменений за прошедшие 90 пет [см. рис. 6.9).

2 Развитие электроники положило конец монополии Кеттеринга и за последние 20 лет в конструкцию систем зажигания было внесено изменений больше, чем за предыдущие 80.

Батарейно-катушечная система зажигания все еще применяется на многих автомобилях и понимание принципов ее работы имеет важное значение, хотя теперь она является лишь частью большой группы разнообразных систем [см. рис. В.10].

л ,Катушка зажигания

Рис. 6.9. Современная система зежигения с аккумулятором и катушкой

Системы зажигания

Батарейно-катушечная

Все эти системы в той или иной мере будут рассмотрены в этой главе, но здесь мы хотим отметить главную общую черту всех существующих систем зажигания - все они содержат катушку зажигания. Эта деталь системы осталась неизменной, все отличия касаются лишь способа ее подключения.

4 Система зажигания с батареей и катушкой

1 В основе работы системы зажигания с катушкой лежат открытые в 1881 году 1\/1айклом Фарадеем законы электромагнитной индукции.

Если проводник движется относительно магнитного поля, то в проводнике индуцируется э.д.с.

К этому принципу мы будем в этой книге возвращаться многократно, поскольку дпя понимания принципов работы автомобильного электрооборудования он имеет важное значение.

2 Как было отмечено в главе 1, индуцированная э.д.с. зависит от:

а] длины участка проводника, находящегося в магнитном поле;

б) скорости относительного перемещения проводника и магнитного поля;

Контакты замкнуты

Э.д.с. индукции

~ Батарея

I Расходящееся магнитное поле

Рис. 6.11. Образование магнитного поля

Электронная

Система с электронным прерывателем

Индуктивная

Конденсаторная

С постоянным углом замкнутых контактов

С постоянной энергией С цифровым управлением

Рис. 6.10. Классификация систем зажигания