Влияние технического состояния автомобилей на токсичность отработавших газов (стр. 2 из 3)

Максимальная концентрация окислов азота в отработавших газах карбюраторных и дизельных двигателей соответствует наиболее экономичным режимам работы, а затем понижается, несмотря на возрастание количества кислорода в смеси. Это свидетельствует о влиянии температуры пламени на процесс образования окислов азота.

На режимах работы двигателя, соответствующих max КПД, процесс сгорания заряда смеси имеет наименьшую продолжительность, что при прочих равных условиях способствует повышению температуры сгорания до max.

Двигатель карбюратор которого отрегулирован на minыброс вредных веществ, при n = 3000ч4200 об/мин.

СО = 0,7ч1,6%.

При регулировке карбюратора на max мощность СО = 4ч5,8%.

Коэффициент избытка воздуха,Ј

Зависимость состава отработавших газов двигателя от Ј (искровое зажигание)

Влияние нагрузки

В карбюраторных двигателях резкое повышение мощности достигается изменением положения дроссельной заслонки, т.е. благодаря увеличению количества топлива, поступающей в цилиндры двигателя.

В дизельном двигателе, при частичных нагрузках изменяется количество поступающего в цилиндры топлива, а количество всасываемого воздуха остается одинаковым. Система регулировки смеси оказывает влияние не только на состав смеси оказывает влияние не только на состав, но и на количество отработавших газов.

Влияние регулировки системы холостого хода

При эксплуатации автомобилей в условиях больших городов доля работы двигателя на холостом ходу составляет от 15ч35%.

При работе на холостом ходу в двигатель должна поступать богатая смесь с избытком топлива. Это связано с большим процентным содержанием в заряде цилиндра остаточных отработавших газов, а так же плохими условиями образования смеси - малой скоростью прохождения заряда через систему впуска и малым завихрением его в цилиндре.

При длительной эксплуатации техническое состояние автомобиля, как и любой машины, неизбежно ухудшается. Поддержание автомобиля в работоспособном состоянии в течение длительной эксплуатации является основной задачей технического обслуживания (ТО) и ремонта.
Техническое состояние автомобилей или их агрегатов и деталей качественно подразделяют на исправное - неисправное, работоспособное -неработоспособное и предельное. В нормативно-технической документации устанавливают требуемые пределы значений параметров, характеризующих качество работы элементов конструкции. Несоответствие автомобиля хотя бы одному из установленных требований свидетельствует о происшедшем повреждении, т. е. о переходе из исправного состояния в неисправное. Если требованиям не соответствует параметр, характеризующий способность автомобиля выполнять заданные функции - совершать транспортную работу, - это значит, что произошел отказ - нарушение работоспособности, и автомобиль неработоспособен.
Агрегаты и большинство деталей автомобиля являются ремонтируемыми объектами, их исправность и работоспособность в случае возникновения отказа или повреждения подлежат восстановлению. В предельном случае нарушения работоспособности, когда эксплуатация автомобиля или его агрегата должна быть прекращена полностью или он должен быть подвергнут капитальному ремонту, состояние объекта называют предельным. Следует отметить, что критерии предельного состояния различных агрегатов автомобиля определяются и неустранимым нарушением безопасности движения, и неустранимым отклонением заданных параметров от установленных пределов, и главным образом неустранимым снижением эффективности эксплуатации автомобиля. Закономерности переходов технического состояния деталей, агрегатов и систем автомобиля из исправного, работоспособного состояния в неисправное, неработоспособное и, наконец, в предельное состояние и обратно изучают методами теории надежности технических объектов. При анализе надежности рассматривают как отдельный технический объект автомобиль, его систему, агрегат или деталь.

Причины изменения технического состояния автомобиля.

При работе и хранении автомобиля происходят процессы физического старения деталей, важнейшими из которых являются изнашивание, усталость и коррозия. Долговечность большинства деталей автомобиля ограничивается износом, возникающим вследствие сложных процессов изнашивания при трении поверхностей. Усталость и коррозия являются как самостоятельными процессами старения, так и составляющими при изнашивании.
Прочностью детали называется ее способность сопротивляться действию нагрузок, т. е, сопротивляться разрушению или возникновению недопустимых деформаций. Сопротивление деформациям характеризует жесткость деталей. Долговечность деталей автомобилей по условиям прочности в основном определяется сопротивлением статическому или усталостному разрушению, а прочность картеров отдельных агрегатов зависит от сопротивления пластическим деформациям, вызывающим перекосы и смещение опор подшипников и валов. Статическое разрушение возникает практически при однократном действии нагрузки, величина которой превышает предел прочности материала детали. Такоеразрушение является в основном следствием нарушения технологии .изготовления или правил эксплуатации.
Усталость — это процесс разрушения детали под действием многократно повторяющихся знакопеременных нагрузок. Усталостное разрушение возникает в результате приложения определенного числа циклов переменных нагружений, превышающих предел выносливости материала детали. Разрушение связано с возникновением усталостных трещин, развитие которых пропорционально количеству циклов нагружения и является естественным процессом старения. Долговечность рам, рессор, картеров ведущих мостов, полуосей определяется в основном усталостной прочностью.
Коррозия - процесс разрушения материалов вследствие физико-химического взаимодействия с внешней средой. Коррозионные поражения металлов и сплавов всегда начинаются с поверхности и являются следствием окислительно-восстановительных реакций, происходящих на границе металл - газовая или жидкая среда. Долговечность кузова автобуса и легкового автомобиля, например, во многом определяются его коррозионной стойкостью.
Изнашивание - процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы тела. Поверхности трения не являются абсолютно ровными; они обладают микронеровностями, величина которых зависит от точности обработки (точение - до 80 мкм, шлифование - 2 ... 20 мкм, полирование- 0,8... 1,3 мкм). При трении возникает взаимодействие микронеровностей трущихся поверхностей между собой и с абразивными частицами, попавшими в масло. Разрушение нескольких слоев микронеровностей приводит к макроповреждениям - изменениям формы поверхности, размеров и формы деталей.
Изнашивание включает целый ряд физико-химических процессов. Происходит снятие тончайших слоев металла -микрорезание и смятие отдельных микронеровностей — пластическая и упругопластическая деформация. В результате многократного упругого деформирования микровыступов возникает усталость — образуются трещины и происходит выкрашивание поверхности. Взаимодействие микронеровностей при больших давлениях и скоростях вызывает выделение, тепла. Высокие локальные температуры могут достигать значений, вызывающих изменение структуры металла и повышение его хрупкости, а также приводить к термическим трещинам и даже расплавлению. Одновременно происходит молекулярное взаимодействие поверхностей, заключающееся в сращивании отдельных участков контакта микронеровностей и в переносе частичек металла с одной поверхности на другую.
Химическая активность поверхностей вызывает коррозию. Скорость изнашивания резко меняется в зависимости от коррозионной агрессивности среды. Следует также отметить расклинивающее действие масла (эффект акад. П. А. Ребиндера), заключающееся в разрушении поверхностных слоев высоким давлением масла при затекании его в микротрещины.
С целью управления процессом изнашивания деталей разработана классификация видов изнашивания деталей в зависимости от ведущих процессов разрушения поверхностей трения. Детали автомобилей подвержены практически всем видам изнашивания, которые делят на три группы: механическое, коррозионно-механическое, и электроэрозиоиное.Механическое изнашивание является результатом механических действий и включает резание, царапание, деформирование, отслаивание и выкрашивание микрообъемов материала. Основными видами механического изнашивания деталей автомобилей являются: абразивное, гидро- и газоабразивное, эрозионное, кавитационное, усталостное, и изнашивание при заедании.
Абразивное изнашивание состоит в .основном в режущем и царапающем действии на деталь твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Царапание заключается в образовании углублений на поверхности в направлении скольжения под воздействием выступов сопряжений детали или свободных твердых частиц; при этом могут происходить многократная пластическая деформация и цикличное образование хрупкого слоя, который затем разрушается.
Изменение структуры материала происходит из-за высокого местного нагрева, ударов, неравномерного изнашивания отдельных зерен металла и т. д. В подшипники с антифрикционным слоем абразивные частицы вдавливаются и при трении увеличивают износ сопряженного вала. Абразивному изнашиванию в сочетании с другими видами подверженыпрактически все трущиеся детали автомобиля.
Гидроабразивному изнашиванию, происходящему под действием твердых частиц, взвешенных в жидкости и перемещающихся относительно изнашивающейся детали, подвержены водяные, топливные и масляные каналы, а также детали, смазываемые под давлением. При этом абразивными частицами являются не только частицы кварца и других соединений, попадающие на трущиеся поверхности снаружи, но и частицы нагара и продукты износа, образующиеся внутри агрегатов автомобиля.
Газоабразивное изнашивание возникает под воздействием частиц, взвешенных в газе. Этому виду изнашивания подвержены впускные и выпускные системы автомобильных двигателей, а также наружные лакокрасочные покрытия кузовов автомобилей особенно при работе в запыленных условиях. Наибольший износ трущихся поверхностей деталей автомобиля вызывают частицы кварца, поэтому обеспечение чистоты воздуха и эксплуатационных жидкостей, поступающих во внутренние полости агрегатов автомобиля, является важнейшим методом уменьшения интенсивности различных видов абразивногоизнашивания.
Трение потоков жидкостей и газов о поверхности деталей вызывает их эрозионное и кавитационное изнашивание. Эрозионное изнашивание является механическим видом изнашивания в результате воздействияна поверхность детали потока жидкости - гидроэрозионное изнашивание - или газа -газоэрозионное.Гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание - это эрозионное изнашивание в результате воздействия потока жидкости (газа). Усталостное изнашивание является механическим изнашиванием в |результате усталостного разрушения приповторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя детали. Усталостное разрушение проявляется в виде трещин и поломок деталей от длительного воздействия повторно-переменных нагрузок. На развитие питтйнга большое влияние оказываетрасклинивающее действие масла. На поверхностях, где возможен выход масла из усталостных трещин, питтинги практически не наблюдаются. Усталостное разрушение имеет место на поверхностях кулачков и зубьев шестерен, в подшипниках качения трансмиссии, в антифрикционном слое вкладышей подшипников коленчатого вала двигателя.
На износ некоторых деталей, особенно выполненных из одинаковых материалов, большое влияние оказывает явление местного соединения в местах контакта, происходящее вследствие действия молекулярных сил -схватывание при трении. При этом происходит перенос материала, так как материал одной детали, соединившись с другой, отрывается от первой иостается на поверхности второй детали. Процесс возникновения и развития повреждений поверхностей трения вследствие схватывания и переноса материала называют заеданием. Изнашиванием при заедании, таким образом, является изнашивание в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность.
Изнашивание при заедании определяется свойствами материалов трущихся деталей и зависит от скорости скольжения поверхностей, а также от температуры. Для деталей автомобиля, когда материал трущихся деталей подобран правильно, схватывание поверхностей может быть вызвано в основном повышением температуры при сухом трении и определяется налипанием и переносом частиц размягченного и даже расплавленного металла. Заедание может завершаться прекращением относительного движения деталей и вызывать их задир — повреждение поверхностей трения в виде широких и глубоких борозд в направлении скольжения. При аварийных отказах систем охлаждения и смазки автомобильных двигателей могут происходить заедание и, как следствие, наблюдаться задиры поршневых колец, поршней, гильз цилиндров, коренных и шатунныхподшипников.
Коррозионно-механическое изнашивание является результатом механического воздействия, сопровождаемого химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Для деталей автомобиля коррозия при трении в основном связана с окислением материала поверхностей деталей, т. е. ведущее значение имеет окислительное изнашивание, при котором основное влияние на изнашивание имеет химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружаю- щей средой. При окислительном изнашивании кислород воздуха или растворенный в масле образует на металле окисную пленку, которая механически удаляется при трении. Затем процесс повторяется. Пластическая деформация поверхностных слоев усиливает окисление. Изнашивание в условиях агрессивного действия жидкой среды имеет аналогичный механизм, однако пленки, как правило, малостойки при трении и скорость процесса резко возрастает. Следует отметить, что пленки окислов и других соединений из-за неметаллической природы не способны к схватыванию. Это используют при разработке противозадирных присадок к маслам — образующиеся достаточно стойкие к стиранию пленки исключают молекулярное схватывание поверхностей. Долговечность, например, основных деталей цилиндропоршневой группы двигателя ограничивается коррозионно-механическим износом, возникающим вследствие выделения в цилиндрах из продуктов сгорания сернистой, серной, угольной, азотной и других кислот.
Электроэрозионное изнашивание является видом эрозионного изнашивания поверхности в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока. Этому виду изнашивания подвержены контакты прерывателя и свечей системы зажигания автомобильного карбюраторного двигателя.

Рис. Зависимость износа и интенсивности изнашивания детали от пробега автомобиля
Интенсивность изнашивания, являющаяся отношением величины износа к объему выполненной работы или к наработке, на которой происходило изнашивание детали, зависит, как видно из описания процессов разрушения деталей, от различных факторов. Поэтому обеспечение износостойкости деталей требует различных мероприятий как на стадиях конструирования и изготовления автомобилей, так и при эксплуатации.
Величина износа повышается в течение всего пробега автомобиля до предельного состояния детали, но интенсивность изнашивания различна на разных этапах работы (рис.). Детали после сборки сопрягаются по выступам микронеровностей, образовавшихся при изготовлении. Размеры деталей, хотя и в пределах заданных чертежом допусков, имеют отклонения, что приводит к макронеровностям деталей - овальности, конусности, неплоскостности и т. д. Фактическая площадь контакта трущихся деталей в начальный период мала, поэтому происходит их приработка. Приработка - это процесс изменения геометрии поверхностей трения и физико-механических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения, обычно проявляющийся при постоянных внешних условиях в уменьшении работы трения, температуры и интенсивности изнашивания. Уменьшениеприработочных износов достигается работой деталей в облегченных нагрузочных и скоростных режимах, применением специальных масел и усиленной очисткой их от продуктов износа. На период приработки деталей (в течение 1... 5 тыс. км) назначают режим обкатки автомобиля.
Износ увеличивает зазоры в соприкосновениях деталей, что приводит с ухудшению условий смазывания и повышению динамических, ударных нарузок; разрушаются специально разработанные износостойкие поверхностные слои. Интенсивность изнашивания повышается - наступает период аварийного изнашивания. Чтобы не допустить полного разрушения детали назначают начало этого периода. На работоспособность подвижных сопряжений решающее влияние оказывают зазоры между деталями, которые, как отмечалось выше, увеличиваются в процессе работы вследствие изнашивания деталей. Как правило, в сопряжение входят детали, различной стоимости и сложности, с различной интенсивностью изнашивания. В автомобилях таки-
ми сопряжениями являются: коленчатый вал и подшипники;распределительный вал и подшипники; цилиндры и поршневые кольца двигателя; тормозные барабаны и накладки колодок и.т. д.