Технологические процессы технического обслуживания и ремонта автомобиля (Годунова Л.Н.) - 2017 год

 

  Главная       Учебники - Транспорт      Технологические процессы технического обслуживания и ремонта автомобиля (Годунова Л.Н.) - 2017 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ДГТУ)

 

 

 

 

 

 

Годунова Л.Н.

Решенкин А.С.

 

 

 

 

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Технологические процессы технического обслуживания и ремонта автомобиля»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ростов-на-Дону

2017г.


 

УДК629.113.004.5+629.113.004.67:629.114.6(075)

 

Годунова Л.Н., Решенкин А.С. Технологические процессы технического обслуживания и ремонта автомобиля: Методические указания к лабораторным работам. Ростов-на-Дону: ДГТУ. 2017 - с. 172.

 

В методических указаниях приведена тематика лабораторных работ, дано описание применяемого оборудования и технологических воздействий на объект труда с целью оказания услуг с заранее заданными свойствами. Методические указания предназначены для студентов изучающих дисциплину «Технологические процессы техничекого обслуживания и ремонта автомобилей».

 

 


 

Содержание

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И УКАЗАНИЯ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. «ТЕХНОЛОГИЯ РАЗБОРКИ И СБОРКИ ДЕТАЛЕЙ С РЕЗЬБОВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№2 «ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОСАДОК НЕПОДВИЖНЫХ СОПРЯЖЕНИЙ АНАЭРОБНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ»

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА № 3 «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РЕМОНТА И ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 «ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕРКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ АВТОМОБИЛЯ»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 «КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ТОКСИЧНОСТИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РЕМОНТА КУЗОВОВ И КАБИН АВТОМОБИЛЕЙ»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7 «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОКРАСКИ КУЗОВОВ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8 «ТЕХНОЛОГИЯ ДЕФЕКТАЦИИ И РЕМОНТА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9 «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ»

ЛИТЕРАТУРА

 


 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И УКАЗАНИЯ

Лабораторные работы призваны закрепить и расширить знания студентов о технологических процессах обеспечения работоспособности автомобилей. В автосервисах для обеспечения работоспособности применяют три стратегии:

·   техническое обслуживание, основной целью которого является поддержание заданного уровня (интервала) работоспособности;

·  ремонт, основная цель которого – восстановление утраченной работоспособности;

·  техническое обслуживание и ремонт представляют собой комбинацию первой и второй стратегий.

Реализовать эти стратегии можно, применяя соответствующие технологии. В общем виде технология представляет собой совокупность знаний о способах и средствах изменения или обеспечения заданного состояния, формы, свойства или положения объекта воздействия.

Технологический процесс – это определенная совокупность воздействий, оказываемых планомерно и последовательно во времени и пространстве на конкретный объект в технологических процессах ТО и ремонта определены объекты воздействия (автомобиль, агрегат, система, узел, деталь, соединение или материал), место, содержащее последовательность и результат проводимых воздействий, их трудоемкость, требования к оборудованию, условиям труда, квалификации персонала.

Вначале каждой работы даются краткие сведения из теории, помогающие студенту подготовиться к выполнению лабораторных и практических занятий. Лабораторно-технические занятия могут выполняться как индивидуально, так и группой из двух-трех человек. При этом каждый студент самостоятельно производит расчеты, разрабатывает технологические процессы, оформляет графические материалы.

Для рационального использования времени студент обязан заранее изучить теорию, оборудование, задачи и порядок выполнения лабораторной работы.

Руководитель занятия предварительно проверяет степень готовности студента к выполнению задания, принимает решение о допуске его к работе, проводит инструктаж по технике безопасности.

После окончания работы студент обязан привести в порядок рабочее место, сдать оборудование, приборы и инструмент, затем обработать результаты замеров и составить отчет о работе.

Отчеты хранятся на кафедре до сдачи экзаменов по данной дисциплине.


 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. «Технология разборки и сборки деталей с резьбовыми соединениями»

Время выполнения работы-4 часа

Цель работы

Закрепить и расширить знания по современной технологии сборки и разборки резьбовых соединений элементов и агрегатов двигателей. Изучить принцип действия и освоить навыки работы с комплектами специальных ключей и механизированного инструмента.

Материальное обеспечение и оборудование

Для разборки и сборки резьбовых соединений применяют шуруповёрты, винтовёрты, гайковёрты,  динамометрические ключи, обычные гаечные ключи, отвертки. Замятую резьбу можно восстановить специальным режущим инструментом (плашками, метчиками). Динамометрический ключ работает следующим образом (см. рис. 1)

Рисунок 1 - Динамометрический ключ

При завертывании гайки с помощью рукоятки 2 происходит изгиб стержня 1, прогиб которого пропорционален прикладываемому к рукоятке усилию. Затяжка гайки прекращается в момент достижения стрелкой и требуемого деления шкалы 3.

Для сокращения доли ручных работ применяют пневмо – или электрогайковерты с различными видами носадок при работе с гайками (болтами) или винтами. Гайковерты используются при работе с крепежными соединениями, имеющими большие моменты затяжки, например с гайками колес, рессор и стремянок.

На рис. 2 показана схема гайковёрта с ограничением крутящего момента кулачковой муфтой.

Рисунок 2 - Схема электрического гайковёрта

От асинхронного  двигателя 9 через редуктор 8 крутящий момент передается на кулачковые муфты 6 и 7, выполняющие функции ограничения предельного момента. Муфта  6 поджимается к муфте 7 через пружину 5. Сила нажатия пружины регулируется гайкой 4, расположенной на выходном валике. Рабочий наконечник 1 включается через муфту 3, которая под воздействием пружины 2 находится в разомкнутом состоянии. При начале работы, в результате нажатия на инструмент, преодолевается сопротивление пружины 2 и муфта 3 включается. Сменив наконечник 1 на отвертку, получим винтовёрт или шуруповёрт.

Один из вариантов инструмента ударно-импульсного действия представлен на рис. 3. При нажатии курком 6 стержень 7 открывает клапан 8, и сжатый воздух поступает в полость роторного пневматического двигателя 5. От вала двигателя вращение передается рабочему наконечнику 1 через ударно-импульсную муфту, состоящую из обоймы 4 и роликов 3. При вращении обоймы ролики многократно ударяют о выступы, шпинделя 2 обеспечивая затяжку соединения.

Рисунок 3 - Ударно-импульсный инструмент

Последовательность выполнения работы:

Произвести наружный осмотр двигателя автомобиля, выявить детали и узлы с резьбовыми соединениями, промыть их;

разобрать детали, провести дефектовку резьбовых соединений, используя резьбовые калибры и визуально. Каждому студенту выдается индивидуальное задание. Рассчитать моменты затяжки резьбовых соединений;

построить графики зависимости потребного крутящего момента от наружного диаметр резьбы болтов, винтов и шпилек;

разработать схемы технологических процессов сборки и фиксации резьбовых соединений;

собрать резьбовые соединения с использованием моментных ключей, соблюдая порядок сборки;

провести фиксацию соединения с использованием анаэробных материалов.

Краткие сведения из теории

Сборка и разборка узлов и деталей автомобилей проводится на участках ТО и ТР.

Схема технологического процесса текущего ремонта узлов и агрегатов автомобилей приведена на рисунке 4..

Рисунок 4 - Схема технологического процесса текущего ремонта узлов и агрегатов

Организация разборочных работ

Разборка — это совокупность операций, предназначенных для разъединения объектов ремонта (автомобилей и агрегатов) на сбо­рочные единицы и детали, в определенной технологической последовательности. Трудоемкость разборочных работ в процессе ка­питального ремонта автомобилей и агрегатов составляет 10...15 % общей трудоемкости ремонта. При этом около 60 % трудоемкости приходится на резьбовые, а около 20 % — на прессовые соедине­ния. Технологический процесс разборки дает ремонтному пред­приятию до 70% деталей, которые пригодны для повторного использования. Качественное проведение разборочных работ  позволяет полностью исключить повреждения деталей и тем са­мым уменьшить себестоимость ремонта. Годные детали обходятся ремонтному предприятию в 6... 10 % от их цены, отремонтированные в 30...40%, а замена деталей в ТО- 150%.

Разборку автомобилей и агрегатов выполняют в последователь­ности, предусмотренной картами технологического процесса, ис­пользуя указанные в них универсальные и специальные стенды и оснастку. Разборку автомоби­лей и их агрегатов производят в соответствии со следующими ос­новными правилами:

сначала снимают легкоповреждаемые и защитные части (электрооборудование, топливо- и маслопроводы, шланги, крылья и т.д.), затем самостоятельные сборочные единицы (радиаторы, кабину, двигатель, редукторы), которые очищают и разбирают на детали;

агрегаты (гидросистемы, электрооборудования, топливной ап­паратуры, пневмосистемы и т.д.) после снятия с автомобиля направляют на специализированные участки или рабочие места для определения технического состояния и при необходимости ремонта;

в процессе разборки не рекомендуется разукомплектовывать сопряженные пары, которые на заводе-изготовителе обрабатыва­ют в сборе или балансируют (крышки коренных подшипников с блоком цилиндров, крышки шатунов с шатунами, картер сцепле­ния с блоком цилиндров, коленчатый вал с маховиком двигате­ля), а также, приработанные пары деталей и годные для дальней­шей работы (конические шестерни главной передачи, распреде­лительные шестерни, шестерни масляных насосов и др.). Детали, не подлежащие обезличиванию, метят, связывают, вновь соеди­няют болтами, укладывают в отдельные корзины или сохраняют их комплектность другими способами.

При выпрессовке подшипников, сальников, втулок применяют оправки и выколотки с мягкими наконечниками (мед­ными, из сплавов алюминия). Если выпрессовывают подшипник из ступицы или стакана, то усилие прикладывают к наружному кольцу, а при снятии с вала — к внутреннему. При этом запрещае­тся пользоваться ударными инструментами;

Особенности разборки резьбовых соединений

После наружной мойки узлов и агрегатов с применением моечного оборудования или вручную деталь поступает на разборку. Заржавевшее резьбовое соединение очищают металлической щеткой, смачивают специальными проникающими жидкостями, можно тормозной. Эффективно  применение какого-либо жидкого преобразователя ржавчины или, в крайнем случае, уксусной кислоты. В последнем случае детали резьбового соединения промываются водой и смазываются. Оборвавшуюся часть болта или шпильки из резьбового отверстия удаляют сверлом меньшего диаметра. Резьбовые отверстия под болты и шпильки восстанавливают путем нарезания резьбы увеличенного (ремонтного) размера. При необходимости обеспечения резьбы номинального размера, изношенное отверстие рассверливают, нарезают в  отверстии резьбу, ввертывают пробку, стопорят ее, сверлят отверстие и нарезают резьбу номинального размера.

Резьбовые соединения классифицируются на три группы, ко­торые приведены в табл.1.

Для разборки резьбовых соединений применяют инструмент ручной и механизированный. К ручному инструменту относятся гаечные ключи следующих видов: с открытым зевом двусторон­ние; кольцевые двусторонние коленчатые (накладные); торцовые немеханизированные со сменными головками; специальные.

Накладные ключи охватывают все грани гайки, что придает им большую жесткость и долговечность. Накладными ключами с 12-гранным зевом можно поворачивать гайки при отвертывании на 30 °, что очень важно при работе в труднодоступных местах.

Торцовые ключи можно вращать, не переставляя с грани на грань, поэтому сокращается время на отвинчивание гайки по срав­нению с открытыми гаечными ключами.

Из специальных ключей при разборке применяют коловоротные ключи и ключи для круглых гаек. Коловоротные ключи рациональны для отвертывания болтов и гаек небольших размеров. Про­изводительность труда может быть повышена в 2... 5 раз.

Задача сокращения затрат труда при разборке резьбовых соеди­нений в основном решается применением механизированного инструмента.

Крутящий момент отвертывания гаек и болтов (Н · м) диаметром от 10 до 26 мм определяют по формуле

                                                          (1)

где  — коэффициент, учитывающий состояние резьбового соединения , Dcp — средний диаметр резьбы гайки, мм.

Для вывертывания шпилек применяют эксцентриковые, кли­новые, цанговые наконечники и специальные ключи.

Для соединений со значительным крутящим моментом (до 350 Н·м) используют шпильковерты. Так, например, для вы­вертывания шпилек всех диаметров из блока цилиндров двига­теля используется шпильковерт, который содержит механизмы для захвата шпилек и их освобождения после вывертывания. В результате использования этих шпильковертов производитель­ность труда увеличивается на 30...40%.

Таблица 1 - Классификация резьбовых соединений и значений крутящего момента при разборке

Группа

Местоположение в автомобиле

Примеры резьбовых соединений

Диаметр резьбовых соединений, мм

М8

М10

М12

М14

М16

Крутящий момент, Н м

Тяжёлая

Резьбовые соединения снаружи автомобиля

Крепление колес, полуосей, рессор, редукторов и т.д.

45

80

190

260

350

Средняя

Резьбовые соединения расположены снаружи автомобиля в верхней его части, закрыты кожухами, капотами и т.п.

Крепление головок блока, корпуса муфты сцепления, крышек шестерён газораспределения и т.п.

До

40

До

60

До

180

До

190

До

320

Лёгкая

Резьбовые соединения расположены внутри корпусов

Крепление крышек коренных подшипников, крышек шатунов, фланцев и т. д.

До

35

До

45

До

160

До

180

До

300

 

Сборка деталей

Резьбовые соединения обеспечивают сборку узлов как посредством резьбы, находящейся непосредственно на детали (свеча зажигания, регулировочные винты в механизме газораспределения, шаровые пальцы шарниров рулевого привода),  так и при помощи крепежных деталей-болтов, шпилек, гаек специального и общего назначения. Специальные применяют в ответственных узлах (шатунные болты, шпильки крепления, головки цилиндров и т.п.) или там где без них технология сборки – разборки усложнится.

Ответственные крепежные соединения имеют мелкий шаг резьбы и защитное покрытие.

К основным неисправностям резьбовых соединений относятся – ослабление предварительной затяжки, повреждения и срыв резьбы. Самоотворачивание происходит в основном из-за вибраций, в результате снижается сила трения в самой резьбе и на контактном торце гайки или головки болта. Быстрому ослаблению крепления подвержены карданный вал, стартер, топливный насос, генератор.

Основной причиной срыва резьбы при ремонтах является затяжка соединений с усилиями, значительно превышающими нормативные. Крепежные детали, использовавшиеся 10-15 раз, сохраняют предварительную затяжку в 2-4 раза хуже чем новые. При невыполнении крепежных работ при ТО-2, например, у двигателя, к 80-100 тыс. км  его пробега ослабевает затяжка почти 15% резьбовых соединений.

Перед сборкой резьба должна быть очищена и смазана маслом. Длина ввертываемой части болта для стальной детали должна быть от одного до двух диаметров резьбы. Увеличивать глубину ввертывания бесполезно, поскольку основную нагрузку воспринимают только несколько витков резьбы, расположенных у входной поверхности детали. При наворачивании гайки болт выбирают по длине таким, чтобы он выступал из гайки не более чем на два-три витка резьбы. Соединения обеспечивающие герметичность топливо-, воздухо, водо- и маслопроводов затягиваются плавно. Последние 60-900 поворота надо делать без рывков за один прием. Если узел собирается из разукомплектованных деталей и имеет уплотнительную прокладку, то он сначала обжимается моментом в 1,1 раза большим чем по техническим условиям

                                                  (2)

Затем ослабляют гайки (болты) и узел повторно затягивается требуемым моментом. Эта операция обеспечивает равномерность затяжки.

У многоболтовых резьбовых соединений гайки затягивают постепенно, в два-три приема, в определенной последовательности, что предупреждает деформацию детали. Если сопрягаемые детали прямоугольной формы, то затяжку нужно начинать со средних гаек, при расположении гаек по окружности их следует затягивать крест-накрест.  На рис. 5. цифры обозначают последовательность затяжки гаек. Превышение момента затяжки может повредить (сорвать) резьбу или вызвать текучесть материала стержня болта (шпильки) и ослабление затяжки. В инструкциях заводов-изготовителей, в технологических картах указаны моменты затяжки для наиболее ответственных узлов.

Рисунок 5 - Последовательность затяжки гаек на различных поверхностях

Расчет крутящего момента при затяжке резьбовых соединений

Каждый студент получает свой вариант расчета. В таблице 2 приведены основные формулы для определения крутящего момента при затяжке различных видов резьбового соединения. В формулах используются следующие обозначения:

dp – средний диаметр резьбы

dн - наружный диаметр резьбы

S – шаг резьбы

do – диаметр отверстия в соединяемых деталях

f – коэффициент трения в резьбе

fт –   коэффициент трения торца головки гайки по поверхности закрепляемой детали

p]- допустимое напряжение на растяжение, равное 0,85, где σт – предел текучести материала МПа

σ0,2- предел текучести, определяемый допуском на остаточное удлинение 0,2% МПа

l – длина винта

l0 - длина резьбы винта

li- длина ввинчиваемого резьбового конца шпильки

Таблица 2 Формулы для определения крутящего момента при затяжке резьбовых соединений

Виды соединений

Расчетные формулы

Завинчивание болта в резьбовое отверстие корпусной детали при свинчивании деталей

 

Завинчивание винта с цилиндрической головкой

 

Завинчивание винта с конической головкой

 

Навинчивание гайки на шпильку, установленную в гнезде

0,984dн2p](S/2π+0,577fdp+0,33fтd0)

 

 

0,005dн30,2](6,5fт+1)

 

 

0,005dн30,2](9,8fт+1)

 

0,005dн30,2](6,8fт+1)

 

Фиксация резьбовых соединений

В процессе эксплуатации резьбовые соединения подвергаются действию знакопеременных нагрузок, температур, коррозионной среды и других факторов, что вызывает ослабление затяжки. При ослаблении затяжки изменяется характер действия сил на резьбовое соединение. Его детали, рассчитанные для работы на растяжение, подвергаются действию изгибающих и срезающих нагрузок.

В результате увеличиваются зазоры, соединение подвергается ударным нагрузкам, вибрациям, что вызывает шум, подтекание масла, а нередко и разрушение  резьбовых соединений. Основные крепёжные элементы приведены в таблицах 3 и 4.

 

 

Таблица 3 - Болты с шестигранной головкой (ГОСТ 7798-70)

Болты

dн102 (м)

dp102 (м)

S102 (м)

do102 (м)

σp (МПа)

f

fт

1

0,6

0,535

0,1

0,61

217

0,22

0,15

2

0,8

0,71

0,125

0,81

217

0,22

0,15

3

1,6

1,47

0,2

1,61

217

0,22

0,15

4

2

1,83

0,25

2,01

217

0,22

0,15

5

3

2,77

0,35

3,01

217

0,22

0,15

 

Таблица 4 Крепёжные изделия

Винты с цилиндрической головкой ГОСТ 1491-72

Винты с конической головкой ГОСТ 17474-72

Шпильки ГОСТ 11765-66

№п/п

dн102(м)

σ0,2(МПа)

fт

№п/п

dн102(м)

σ0,2(МПа)

fт

№п/п

dн102(м)

σ0,2(МПа)

fт

1

0,2

210

0,15

1

0,2

210

0,15

1

0,2

210

0,15

2

0,6

210

0,15

2

0,6

210

0,15

2

0,6

210

0,15

3

1

210

0,15

3

1

210

0,15

3

1

210

0,15

4

1,6

210

0,15

4

1,6

210

0,15

4

1,6

210

0,15

В настоящее время для фиксации и стопорения резьбовых соединений применяют различные способы: с помощью контргаек, пружинных и замковых шайб, шплинтов, штифтов, кернения и расклепывания; приварки и пайки. Не все из применяемых способов надежны, что вызывает необходимость периодической  подтяжки резьбовых соединений в процессе эксплуатации и требует значительных трудовых затрат.  Большой перспективой для целей ремонта и восстановления деталей обладают анаэробные материалы. Анаэробные уплотняющие материалы представляют собой жидкие составы различной вязкости, способные длительное время оставаться в исходном состоянии без изменения свойств и быстро отверждаться в узких зазорах при (15…35 оC) при разрушении контакта с кислородом воздуха с образованием прочного полимерного слоя. Анаэробные материалы, выпускаемые как у нас, так и за рубежом, подразделяются на:

- анаэробные материалы общего назначения (марки ДН-1, Анатерм-6В; материалы фирмы «Бельзона», фирмы «ТриБонд» и т.п.);

- анаэробные материалы повышенной термической и химической стойкости (Унигерм-1К, Унигерм-3, Анатерм-117, материалы фирмы «Локтайт» и т.п.);

- пропитывающие анаэробные материалы  (композиция ПК-80, Анатерм-1У);

- анаэробные и акриловые клеи (Анатерм-102Т, Анатерм-103).

Технология фиксации деталей

 - очистка и мойка деталей;

- сушка деталей;

- обезжиривание поверхностей деталей растворителями с помощью кисти, тампона или окунания;

- нанесение анаэробного состава на резьбовую поверхность (на несколько витков резьбы шпильки, болта) через капельницу-флакон;

- для равномерного распределения анаэробного материала медленно в течение (30-50) с. проворачивают одну деталь относительно другой;

- производят окончательную затяжку и очищают поверхность от излишков состава;

- при сборке деталей с глухими резьбовыми отверстиями, материал наносят на стенки отверстия (а  не на болт или шпильку) на всю длину резьбы в количестве, достаточном для выдавливания его на поверхность при завинчивании до упора.

Механизм полимеризации анаэробных материалов в резьбовых соединениях можно представить следующим образом.  При завинчивании резьбового элемента с анаэробным материалом происходит удаление воздуха из объема заключенного между сопрягаемыми резьбами и заполнение его анаэробным материалом, который, затвердевая, образует пленку определенной механической прочности. Пленка создает значительный момент сопротивления, в результате чего резьбовые соединения становятся стойкими к вибрации и ударным нагрузкам. Схемы фиксации резьбовых соединений приведены на рисунках 6 и 7.

Рисунок 6 - Стопорение (стабилизация) резьбовых соединений деталей анаэробным полимерным материалом: а – соединение «шпилька-корпус»; б – болтовое соединение; в – соединение трубопроводов; г – соединение « винт корпус».

Рисунок 7 - Механизм полимеризации анаэробного материала в резьбовом стыке: 1 – резьбовой элемент; 2 – анаэробный материал; 3 - зазор

Содержание отчета:

- схемы технологических процессов сборки, разборки и фиксации резьбовых соединений;

- перечень дефектов, установленных внешним осмотром;

- результаты расчетов крутящего момента при различных видах резьбовых соединений;

- графики зависимости крутящего момента от наружного диаметра резьбы Мкр = f(dн);

- выводы по работе.

 

 

Контрольные вопросы:

Какие основные неисправности резьбовых соединений Вы знаете?

Каковы особенности разборки деталей с резьбовыми соединениями?

Какой сборочно-разборочный инструмент Вы знаете? Область его применения.

От каких параметров зависит усилие затяжки резьбового соединения?

Порядок сборки резьбовых соединений, чем он определяется?

Перечислите операции технологического процесса фиксации резьбовых соединений с помощью анаэробных материалов.


 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№2 «Технология восстановления посадок неподвижных сопряжений анаэробными материалами»

Время выполнения работы-4часа

Цель работы

Закрепить и расширить знания по технологии ремонта неподвижных сопряжений автомобиля.

Освоить навыки выбора и работы с перспективными анаэробными материалами.

Материальное обеспечение и оборудование

Для выполнения лабораторной работы используются: штангенциркуль (с ценой деления 0,02 мм), стальные линейки (на 300 и  1000 мм), калибры, индикатор-нутромер (с ценой деления  0,01 мм), набор анаэробных материалов, растворители.

Последовательность выполнения работы:

-провести наружный осмотр неподвижных сопряжений;

-измерить предельные отклонения размеров изношенных поверхностей сопрягаемых деталей (износ отверстий под подшипники картера коробки передач, шейки вала) при помощи калибров;

-разбить подлежащие восстановлению сопряжения на группы в зависимости от реального зазора с шагом  0,1 мм;

-подобрать для каждой группы в зависимости от зазора наиболее рациональные марки анаэробных материалов или композиций на их основе;

-разработать технологию восстановления посадок неподвижных сопряжений;

-рассчитать прочность восстанавливаемых соединений.

Краткие сведения из теории

Неподвижные соединения в автомобилях, тракторах, дорожных и погрузочно-разгрузочных машинах, а также в оборудовании составляют 20-30% всех сопряжений. При эксплуатации автомобилей происходит нарушение неподвижных посадок цилиндрических соединений типа: «гнездо шарикоподшипника – шарикоподшипник», «вал – шарикоподшипник», «вал-шестерня», «корпус-втулка» и т.д., что влечет проворачивание одной из сопрягаемых деталей относительно другой. Основная причина отказа неподвижных соединений – износ сопрягаемых поверхностей. До 30% валов и 50-80% корпусных деталей машин и оборудования, поступающих на капитальный ремонт, требует восстановления посадочных мест под подшипники качения. Основной причиной ускоренного износа сопрягаемых поверхностей деталей является фретинг-коррозия, возникающая при колебательном относительном движении контактирующих поверхностей. Это движение может быть вызвано вибрациями, возвратно-поступательным перемещением, периодическим изгибом или скручиванием сопряженных деталей и т.п.

Традиционные методы восстановления неподвижных соединений, такие как хромирование, осталивание, электродуговая и вибродуговая наплавки, накатка, накатка с заполнителем, приварка стальной ленты, металлизация, железнение и др. не в полной мере обеспечивают требуемые характеристики ремонтируемых сопряжений. Общий недостаток традиционных методов состоит в искажении геометрии восстановленной поверхности, неточностях сборки, напряженности посадки, погрешностях, обусловленных технологией сборки. Особенно отрицательно это влияет на качество сборки механизмов зубчатых передач (коробок передач, задних мостов, раздаточных коробок и т.п.). В результате деформируется наружное кольцо подшипника и искажается траектория его беговой дорожки.

Восстановление сопрягаемых поверхностей с помощью анаэробных материалов позволяет снизить трудоемкость процессов по сравнению с традиционными методами в 5…30 раз, сократить расход материалов в 70…260 раз. Сэкономить около 240 кВтч  электроэнергии при  восстановлении 1м2 поверхности детали. При этом отпадает необходимость в механической обработке детали. Благодаря высокой проникающей способности анаэробные материалы плотно заполняют трещины, микродефекты сварных швов, зазоры.

Технологический процесс восстановления посадочных мест под подшипники качения в отверстиях корпусных деталей

Этот процес включает следующие операции:

- очистку и мойку сопрягаемых деталей;

- дефектовку и разбивку деталей на группы,  в зависимости от величины износа ( зазора в соединении);

- доставку на сборочный участок;

- подготовку посадочных мест (зачистка и обезжиривание поверхности изделия);

- выбор и подготовку анаэробного материала и композиций на его основе;

- нанесение анаэробного материала;

- сборку узла, агрегата (полная сборка агрегата, узла с сопряжением должна производиться сразу после нанесения анаэробного материала на поверхность).

Очистка мойка и обезжиривание производятся традиционными способами, получившими применение в ремонтном производстве. При сборке детали центрируют с помощью оправок и приспособлений. Собранное соединение выдерживают в неподвижном состоянии при комнатной температуре 30…40 мин, после чего анаэробный материал набирает технологическую прочность, и с ремонтируемого узла можно снимать центрирующее приспособление. По истечении 5…24ч герметик набирает рабочую прочность. На рисунке 1 приведена схема восстановления неподвижных сопряжений

Рисунок 1 - Схема восстановления неподвижных сопряжений: 1, 5 — подшипники качения; 2, 4, 6 — посадочные отверстия; 3 — кор­пусная деталь; 7 — стакан подшип­ника

Износ сопряжений определяется на основе проведенных измерений, при этом могут учитываться данные ремонтных предприятий.

С увеличением толщины слоя герметика его долговечность снижается. Для повышения прочности и расширения технологических возможностей в герметики добавляют наполнители, при этом, допустимые зазоры для различных композиций приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Допустимые зазоры применения составов на основе анаэробных герметиков

Состав композиции, % от общей массы

Допустимый зазор, мм

Порошок железный ПЖ очень мелкий (ВМ) или мелкий (М) — 15, анаэробный герметик — остальное

0,15...0,3

Пудра бронзовая или порошок медный — 15, порошок полиэтилена мелкодисперсный — 30, герметик — остальное

0,15...0,5

Тальк — 25, порошок железный ПЖ (М) — 5, герметик — остальное

0,5...1,0

Графит — 25, пудра бронзовая или порошок железный ПЖ (М), или порошок медный — 0,1, герметик — остальное

0,5...1,0

Пудра алюминиевая — 25, пудра бронзовая или порошок железный ПЖ (М) — 0,1, герметик — стальное

0,5...1,0

Порошок медный — 15, герметик — остальное

0,15...0,5

По реальному зазору подбирают марку анаэробного материала с учетом его вязкости (см. табл. 2). Вязкость анаэробного материала в исходном состоянии уменьшается в 5...6 раз в зависимости от температуры окружающей среды. Этот температурный «разброс» вязкости необходимо учитывать при использовании анаэробных материалов. Анаэробный материал является готовым продуктом, который наносится непосредственно на деталь. Для правильного выбора анаэробного материала необходимо учитывать вязкость состава и величину зазора между уплотняемыми деталями. Высоковязкий анаэробный материал трудно равномерно распределить в малом зазоре, а низковязкий не будет удерживаться в большом зазоре и вытечет до момента отверждения.

Таблица 2 - Зависимость величины зазора в восстанавливаемом сопряжении от  вязкости анаэробного материала.

Вязкость состава 106м2

5÷20

50÷150

150÷500

1000÷3000

3000÷5000

5000÷

300000

Свыше 300000

Величина зазора, мм

до 0,07

0,05.0,15

0,1...0,2

0,15...0,35

0,2…0,45

0,25…0,6

0,6…1

 

По рекомендуемой вязкости подбирается анаэробный материал. Физико-химические свойства некоторых анаэробных материалов представлены в таблице3.

Необходимо отметить, что в настоящее время промышленностью предлагается целый ряд добавок к анаэробным материалам существенно расширяющих диапазон их применения. При применении анаэробных материалов большое внимание следует уделять подготовке восстанавливаемых поверхностей.

Подготовка поверхности включает тщательную очистку, удаление окалины и ржавчины механическим путем.  Масляные и другие загрязнения удаляются с помощью растворителей: ацетона, эфира, бензина, фреона, хлорсодержащих растворителей. Для обезжиривания поверхности ее протирают смоченным в растворителе  тампонами, промывают с помощью кисти, окунанием или заливкой.

Таблица 3 - Физико-химические свойства анаэробных материалов

Показатель

ДН-1

ДН-2

Анатерм-18

Анатерм-8

Анатерм-6К

Унитерм-8

Внешний вид

Прозрачная однородная жидкость

Светло-желтого цвета

Синего цвета

Красного цвета

Зеленого цвета

Климатическая вязкость 106м2/с при 20оС

100-150

1000-3000

4000-6000

15000-30000

5000-30000

6000-25000

Плотность, кг/м3

1060

1116

1120

1140

1200

1220

Предел прочности на сдвиг при отвинчивании, Мпа

 

 

 

 

 

 

Через 2 часа

10-16

8-14

2…4

2…8

8-14

18-22

После прогрева при 150оС в течение 1000 часов

10-14

6-10

2…4

2…8

10-14

9-12

При 250оС в течение 5 ч.

12-15

6…9

2…4

2…8

10-14

8-10

Температурный диапазон эксплуатации оС

-60-150

-60-100

-96-250

-60-150

Предел прочности при сдвиге d (Мпа)

6-12

4-10

1-3

6-10

12-14

 

 

 

 

 

 

 

 

Окалина удаляется абразивной шкуркой, металлическими кругами, лепестковыми абразивными кругами, закрепленными в ручных  электрических либо пневматических машинах. Детали после гальванического покрытия герметизируются без предварительного обезжиривания.

Анаэробный материал наносят на поверхность одной из двух сопрягаемых деталей непосредственно через капельницу флакона, в котором он поставляется заводом изготовителем, либо с помощью шпателя, кисти с коротким ворсом после полного испарения растворителя. Композиция готовится непосредственно перед ее использованием. Анаэробный материал наносят на всю наружную цилиндрическую поверхность, а затем медленно вдвигают или вклеивают одну деталь в другую.

Эффективный и несложный способ восстановления посадочных отверстий под подшипники в корпусных деталях  -это калибрование поверхности анаэробных композиций. Его сущность состоит в том, что на изношенную поверхность детали наносят слой анаэробной композиции, который после предварительного частичного отверждения калибруют, исключая, таким образом, расточку восстановленных отверстий. Технологический процесс (рис.2) включает операции: очистку поверхности посадочного отверстия, обезжиривания её, приготовление композиции, нанесения слоя композиции толщиной 1…1,5 мм на подготовленную поверхность, частичное отверждение, калибрование, окончательное отверждение композиции, снятие наплывов, контроль качества покрытий. Таким способом восстанавливают посадочные отверстия подшипников в корпусах водяного насоса, коробок передач, раздаточных коробок, в крышках распределительных шестерён двигателей и т.д.

Рисунок 2 – Схема этапов технологического процесса восстановления деталей размерным калиброванием: а – изношенное отверстие, очищенное и обезжиренное; б – нанесенный слой анаэробной композиции, частично отвержденной; в – калибрование; г – отвержденный слой анаэробной композиции; 1 – анаэробная композиция; 2 – калибр

 

Расчет прочности восстанавливаемых соединений.

Для прогнозирования достигаемой прочности анаэробных соединений можно использовать следующую методику.

Усилие выпресовки (осевая нагрузка), и крутящий момент (радиальное усиление), определяются по зависимостям:

                                            (1)

                                         (2)

где F- усилие выпрессовки

Mt – крутящий момент, H - мм;

d   средний диаметр посадки, мм;

l  –  длина соединения, мм;

tb2 – предел прочности при аксиальном сдвиге, Н/мм2

kпопр – поправочный коэффициент, представляющий собой произведение ряда коэффициентов:

                    (3)

где k1, k2, k3, k4, k5, k6 k7, k8 – коэффициенты, учитывающие соответственно материал субстрата, величину зазора, шероховатость поверхности, площадь контакта сопрягаемых поверхностей и масштабный фактор, направление нагрузки, способ нагружения, температуру эксплуатации, способ отверждения.

В зависимости от материала поверхности принимают понижающий коэффициент k1, который учитывает влияние материала на отверждение и адгезионную прочность. Для стали (k1=1); алюминия (k1=0,7); высоколегированной стали (k1=0,8); материалов с гальваническими поверхностями (k1=0,5); меди (k1=0,5); серого чугуна (k1=0,4); пластмассы (0,2…0,4).

При соединении разнородных материалов принимают наименьшее значение k1. В таблице 4 приведены зависимости коэффициентов k2 и k3 от зазора и шероховатости сопрягаемых поверхностей.

Таблица 4 - Зависимость коэффициентов k2 и k3 от зазора и шероховатости.

Зазор (мм)

0,05

0,1

0,2

0,3

Шероховатость (мкм)

0

10

20

30

k2

1

0,9

0,8

0,5

k3

1

1,1

1,4

1,6

Масштабный фактор вносит существенный вклад в прочность соединения, что связано с неравномерным распределением напряжений по ширине втулки. При оптимизации этой величины учитывают ширину втулки (в), средний диаметр анаэробного соединения (d) и площадь соединения (S).

Рисунок 3 - Изменение коэффициента k4 от масштабного фактора 1 – в/d=2; 2 - в/d=0,5; 3 - в/d=0 ( в – ширина втулки, d – средний диаметр полимерного слоя)

Коэффициент k5 для анаэробных материалов лежит в пределах k5 = 0,4…0,8

Кроме направления нагрузки необходимо учитывать и способ нагружения. С этой целью вводится коэффициент k6, который имеет следующее значение:

- при статической нагрузке…………………………..1

- при лёгкой знакопеременной нагрузке…………..0,7

- при переменной пульсирующей нагрузке……….0,5

- при высокой длительной переменной нагрузке…0,7

В зависимости от температуры эксплуатации прочность соединения изменяется. Наибольшая прочность достигается при температуре (20-25)о С. Ориентировочно, в зависимости от температуры, коэффициент k7 можно принимать:

-при температуре 20…50оС (k7 = 1); при температуре 60…100оС (k7 = 0,9); при температуре 120…200оС (k7 = 0,85).Прочность анаэробного  соединения зависит так же от способа отверждения, что учитывается с помощью коэффициента k8.  

Коэффициент имеет следующие значения:

- отверждение при комнатной температуре (20….25оС)…..1

- отверждение при нагреве до 120оС…..1,2

- отверждение при помощи активатора……0.8.

Запас прочности соединения с анаэробным материалом, при осевой Va и радиальной Vt, нагрузках , определяется по зависимостям:

;                                                      (4)

,                                                   (5)

где- F и Mt - расчетные значения; F треб ; М треб – необходимые значения для обеспечения работоспособности соединения.

Содержание отчета:

-схема технологического процесса восстановления посадок неподвижных соединений;

-данные по износу отверстий под подшипники коробки передач и цилиндрических втулок;

-расчетные значения поправочного коэффициента;

-расчетное значение коэффициента запаса прочности;

-выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.     Что представляют собой анаэробные полимерные составы? Область их применения.

2.     Чем определяется вязкость анаэробных материалов?

3.     Что необходимо учитывать при расчёте прочности восстановленных сопряжений?

4.     Технологический процесс восстановления неподвижных сопряжений.


 

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА № 3 «Технологический процесс ремонта и заряда аккумуляторных батарей»

Время выполнения работы -4часа

Цель работы

Закрепить и расширить знания по технологии обслуживания и ремонта аккумуляторных батарей;

освоить навыки работы с комплектом инструментов и приборов, применяемых при ТО и ремонте аккумуляторных батарей.

Материальное обеспечение и оборудование:

Аккумуляторная батарея, денсиметр, термометр, нагрузочная вилка (НВ), стеклянная трубка диаметром (5- 6) мм, раствор нашатырного спирта (10%) или раствор кальцинированной соды (10%),смазка ПВК, ключи гаечные 12х14 и 14х17,. вольтметр на напряжение 30 В класс точности 1,.амперметр класса точности не ниже 1 с набором шунтов

Последовательность выполнения работы:

-внешний осмотр  АБ с целью выявление дефектов;

-изучение технологического процесса ТО и ремонта АБ;

-расчет состава электролита;

-проведение ТО 2  АБ

Краткие сведения из теории.

Аккумуляторная батарея на автомобиле служит для питания электрическим током стартера при пуске двигателя, а также для всех других приборов электро­оборудования, когда генератор не работает или не может еще давать энергию в цепь (например, при работе двигателя в режиме холостого хода). Если мощность, потребляемая включенными потребителями, превышает мощность, развиваемую генератором, аккумуляторная батарея, разряжаясь, обеспечивает питание потребителей одновременно с работающим генератором.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея является вто­ричным химическим источником постоянного тока. Прежде чем она будет отдавать электрическую энергию, ее необходимо зарядить сообщить ей определенное количество электрической энергии.

Стартерные аккумуляторные батареи, выпускаемые нашей промышленностью, классифицируют по номинальному напряже­нию (6 и 12В); по конструкции: в моноблоке с крышками и пере­мычками над крышками и в моноблоке с общей крышкой и пере­мычками под крышкой; батареи необслуживаемые: залитые электролитом и полностью заряженные или сухозаряженные. Схема аккумуляторной батареи приведена на рис.1.

Батарея состоит из следующих основных частей: отрицательных пластин 4, собранных в полублок 7, положительных пластин 3, собранных в полублок 5, сепараторов 2, бареток 6, связывающих в один полублок 8 параллельно включенные пластины одного знака (плюс или минус), выводных штырей-борнов аккумуляторного бака 10 с общей крышкой 11 и заливными пробками 12.

Отрицательные и положительные пластины состоят из  решетки 1, отлитой из  свинцово-сурьмянистого сплава с содержанием сурьмы от 4 до 5%. Сурьма увеличивает стойкость решетки против коррозии, повышает ее твёрдость, улучшает текучесть сплава при отливке решеток.

Рисунок 1 - Устройство свинцово-кислотной стартерной аккумуляторной батареи с общей крышкой

В настоящее время выпускают так называемые необслуживаемые аккумуляторные батареи, которые отличаются от обычных меньшим содержанием сурьмы (1,5—2,0%) в решетках пластин. Наличие сурьмы в решетках положительных пластин приводит в процессе эксплуатации батареи к переносу части сурьмы на поверхность активной массы отрицательных пластин и в электролит, что сказывается на повышении потенциала отрицательной пластины и понижении ЭДС батареи в процессе ее срока службы. При постоянном  напряжении генератора понижение ЭДС батареи приводит к повышению зарядного тока, обильному газовыделению и повышению расхода воды. В необслуживаемых батареях за счет меньшего процента сурьмы в решетках пластин эти явления протекают более слабо

Принцип действия аккумулятора

Пластины, опущенные в раствор серной кислоты в воде, приобретают определенный электрический потенциал по отношению к этому раствору и становятся, таким образом, положительными и отрицательными электродами. Так как, величина электрического потенциала различна для плюсового и минусового электродов, через последний потечет электрический ток при их соединении проводником. При разряде аккумулятора ток в электролите протекает от отрицательного электрода к положительному. На отрицательной пластине происходит образование сернокислого свинца PbSO4 в результате соединения губчатого свинца пластины с кислотным остатком SO4 из электролита. На положительной пластине под действием разрядного тока активный материал (диоксид свинца РЬО2) превращается также в сернокислый свинец PbSO4, поглощая из электролита кислотный остаток SO4 и отдавая в электролит кислород О2.. Кислород с положительной пластины, соединяясь с водородом, оставшимся в электролите в результате распада серной кислоты, образует воду Н2О.

При разряде аккумулятора количество серной кислоты в электролите уменьшается, и плотность электролита снижается. При заряде аккумулятора реакции проходят в обратном порядке. В этом случае ток от постороннего источника пойдет от положительного электрода к отрицательному. Реакции, происходящие при разряде и заряде аккумулятора, можно изобразить следующей химической формулой:

       (1)

При заряде аккумулятора количество серной кислоты в электролите увеличивается, и плотность электролита повышается. Свойство электролита изменять свою плотность при разряде и заряде аккумулятора используется в эксплуатации для определения степени заряженности аккумуляторной батареи.

Технологический процесс ТО и ремонта представлен на рис. 2

Рисунок 2 - Схема технологического процесса ремонта и заряда аккумуляторных батарей.

Технология проведения ТО-2

Проверка общего состояния аккумуляторной батареи.

Очистить ветошью аккумуляторную батарею от пыли и грязи. Электролит, попавший на поверхность батареи, удалить ветошью, смоченной в растворе нашатырного спирта (10%). Проверить целостность корпуса батареи. Вывернуть пробки заливных отверстий аккумуляторов и прочистить вентиляционные отверстия деревянным или пластмассовым стрежнем диаметром (1,0-1,5) мм. Очистить от окислов и смазать тонким слоем контактные поверхности наконечников проводов, выводов батареи и межэлементные перемычки смазки. Проверить маркировку АБ и при необходимости корпус подкрасить, маркировку обновить.

Проверка уровня электролита.

Погрузить стеклянную трубку диаметром 5-6 мм с делениями  в заливное отверстие аккумулятора до упора в предохранительный щиток (рис. 3). Закрыть пальцем

Верхний конец трубки и, сохраняя вертикальное положение, вынуть её из отверстия. Долить дистиллированную воду при понижении уровня электролита в аккумуляторе менее 10 мм. Провести проверку уровня электролита в остальных аккумуляторах в соответствии с указанной последовательностью. Уровень электролита должен быть на 10—15 мм (у батарей автомобилей ВАЗ — 5—10 мм) выше предохранительного щитка.

При понижении уровня электролита в аккумуляторы доливают дистиллированную воду. Для перемешивания воды с электролитом батарею подзаряжают в течение 15—20 мин.

 

Рисунок 3 - Проверка уровня электролита

Проверка плотности электролита и определение снижения заряженности аккумуляторной батареи

Измеряют плотность электролита при помощи денсиметра или плотномера. Денсиметр 3 помещен (рис. 4, а) в стеклянной пипетке 2. На пипетку надета резиновая пробка 4 с пластмассовой трубкой 5. Ден­симетр 3 имеет цену деления 0,01 г/см3. Плотность электролита зависит от его температуры, на каждый градус изменения температуры в показания денсиметра следует вводить поправку, равную 0,0007 г/см3. Если температура выше 150 С, поправку к показаниям денсиметра прибавляют, если ниже — вычитают.

Плотномер (рис. 4, б) состоит из резиновой груши 1, крышки 6, пластмассового прозрачного корпуса 7 с трубкой 9 и семи пластмассовых поплавков 8 с различными массами и коэффициентами расширения. Поплавок, регистрирующий плотность 1,27 г/см3, окрашен. На корпусе против каждого поплавка выполнена надпись наименьшей плотности, при которой всплывает поплавок. Величину плотности определяют по тому всплывшему поплавку, против которого выполнена надпись с большей цифрой.

Определение плотности производят по положению поплавков через некоторое время после заполнения корпуса электролитом, что необходимо для  выравнивания температуры электролита и поплавков. Наполнить денсиметр электролитом для этого:

-   сжать резиновую грушу денсиметра;

-   ввести его трубку в заливное отверстие аккумулятора до упора в предохранительный щиток;

-   отпустить грушу. Определить плотность электролита. При этом следить за тем, чтобы поплавок свободно плавал в электролите. Привести величину плотности электролита к температуре (+25оС) в соответствии с данными табл. 1.

Рисунок 4 - Приборы для измерения плотности электролита

Рисунок 5 - Схема нагрузочной вилки ЛЭ-2.

Нагрузочная вилка ЛЭ-2 позволяет проверять работоспособность аккумуляторов батарей ёмкостью 40-135 А·ч. Нагрузочная вилка состоит из двух нагрузочных резисторов 1 и 8, вольтметра 5, кожуха 7, рукоятки 6 и ножек 11. Резистор 1 (0,01 Ом) включается контактной гайкой 10 при проверке аккумуляторов ёмкостью 70-100А

Таблица 1 - Величина поправок к показанию денсиметра (ареометра) в зависимости от температуры электролита

Температура электролита при измерении его плотности, оС

Поправка к показанию ареометра

От –55 до –41

От –41 до –26

От –25 до –11

От –10 до + 4

От +5 до + 19

От +20 до +30

От +31 до +45

От +46 до +60

-0,05

-0,04

-0,03

-0,02

-0,01

0,00

+0,01

+0,02

 

Плотность электролита зависит от температуры. При повышении температуры на 1оС плотность электролита уменьшается, а при понижении температуры на 1оС. наоборот увеличивается. Произвести аналогичный замер плотности во всех аккумуляторах АБ. Определить степень заряженности АБ по состоянию аккумулятора с наименьшей плотностью электролита и сравнить с данными табл. 2. Провести замер напряжения АБ с помощью нагрузочной вилки.  Сравнить два полученных результата.

Таблица 2 - Плотность электролита (приведенная к 25оС) в зависимости от степени разряженности батареи

Район эксплуатации

Плотность заряженной батареи г/см3

Плотность разряженной батареи

 

На 25%

 

На 50%

Северные районы с температурой окружающего воздуха ниже -40оС

- зимой

- летом

 

Северные районы с температурой зимой до -40оС

 

Центральные районы с температурой зимой до -30оС

 

Южные районы с температурой зимой до -20оС

 

 

 

1,3

1,27

 

 

1,29

 

 

1,27

 

 

1,25

 

 

 

1,26

1,23

 

 

1,25

 

 

1,23

 

 

1,21

 

 

 

1,22

1,19

 

 

1,21

 

 

1,19

 

 

1,17

 

Расчет состава электролита

Электролит требуемой плотности может быть приготовлен непосредственно из кислоты плотностью 1,83 – 1,84 г/см3 и дистиллированной воды. Однако при непрерывном вливании кислоты в воду происходит сильный разогрев раствора (80…90оС) и требуется длительное время для его остывания.  Для приготовления электролита требуемой плотности более удобно применять раствор кислоты промежуточной плотности 1,4 г/см3, так как в этом случае значительно сокращается время охлаждения электролита.

Количество компонентов, необходимое для приготовления электролита представлено в таблице 3

 

 

 

 

 

Таблица 3 - Количество исходных компонентов для приготовления электролита требуемой плотности

Требуемая плотность электролита г/см3

Количество воды, л.

Количество серной кислоты плотностью 1,83 г/см3

Количество воды, л.

Количество раствора серной кислоты плотностью 1,42 г/см3

л.

кг.

1

2

3

4

5

6

1,2

1,21

1,22

1,23

1,24

1,25

1,26

1,27

1,28

1,29

1,31

1,4

 

0,859

0,849

0,839

0,829

0,819

0,809

0,800

0,791

0,781

0,772

0,749

0,65

0,2

0,211

0,221

0,231

0,242

0,253

0,263

0,274

0,285

0,295

0,319

0,423

0,365

0,385

0,405

0,424

0,444

0,464

0,484

0,503

0,523

0,541

0,585

0,776

0,547

0,519

0,491

0,465

0,438

0,410

0,382

0,357

0,329

0,302

0,246

-

0,476

0,5

0,524

0,549

0,572

0,601

0,624

0,652

0,679

0,705

0,760

-

 

Примеры расчета для составления электролита

Пример 1.

Требуется приготовить электролит плотностью 1,25 г/см3 из раствора серной кислоты плотностью 1,41 г/см3 и воды. Сколько нужно взять исходных компонентов?

Из таблицы 3 находим, что для приготовления одного литра электролита плотностью. 1,25 г/см3 нужно взять раствора кислоты плотностью 1,4 г/см3  0,601 л., а дистиллированной воды – 0,410 л.

Пример 2.

Сколько нужно серной кислоты плотностью 1,83 г/см3 и дистиллированной воды, чтобы составить раствор плотностью 1,4 г/см3.

В таблице 3 необходимо, что для приготовления 1 л. Раствора кислоты плотностью 1,4 г/см3 требуется 1,423 л. Или 0,776 кг. серной кислоты плотностью 1,83 г/см3 и 0,65 л. воды.

Приведение сухозаряженной батареи в рабочее состояние

В запасные части, в магазины батареи поступают без электролита, сухозаряженные. Для приведения такой батареи в рабочее состояние отворачиваются пробки, удаляются уплотнения пробок или срезаются с пробок вентиляционные выступы. Затем в батарею заливается электролит с температурой от 15-25оС. Плотность заливаемого электролита (приведенная к 25оС) должна быть 1,27-1,29 г/см3 для районов с умеренным климатом и 1,22-1,24 г/см3 для тропиков. После заливки электролита батарея выдерживается два часа, чтобы пластины и сепараторы пропитались электролитом, а  затем проверяется напряжение батареи без нагрузки и плотность электролита. Если плотность понизилась не более чем на 0,03 г/см3 и напряжение батареи больше 12 в., то батарея готова к работе. Если напряжение 10-12В и плотность понизилась больше чем на 0,03 г/см3, то батарею следует подзарядить током 2-3А в течение двадцати четырех часов. Если после подзарядки напряжение останется меньше 12 в., то батарея не пригодна к эксплуатации.

Заряд прекращается, когда начнется обильное выделение газа во всех элементах батареи, а напряжение и плотность электролита в течение 2-3 часов заряда будут оставаться постоянными.

Технология ремонта

Основные неисправность АБ и способы их устранения. К основным неисправностям АБ относят:

-   трещины в заливочной мастике и ее отслоение;

-   повреждение и износ полюсных выводов и перемычек;

-   сульфатация электродов;

-   повышенный саморазряд;

-   короткое замыкание внутри аккумуляторов;

-   нарушение электрической цепи аккумуляторной батареи;

-    трещины моноблоков, баков и крышек аккумуляторов.

Трещины в заливочной мастике образуются в результате естественного старения, нарушения правил хранения батарей при отрицательных температурах воздуха, а также в результате случайных ударов и тряски батарей. Небольшие трещины в мастике устраняют с помощью электрического паяльника.

При наличии в мастике глубоких трещин и отслоений её удаляют и заливают поверхность новой, которую предварительно расплавляют в мастиковарке.

Изношенные или поврежденные полюсные выводы наплавляются с помощью угольного электрода и специальных форм (шаблонов) для положительного или отрицательного вывода. В качестве источника тока используется батарея напряжением 12 В., или понижающий трансформатор на вторичное напряжение 12 В. Негодные  перемычки заменяют новыми, отлитыми в специальной форме. Материалом для отливки выводов и перемычек служат свинцовые детали ремонтируемых и непригодных батарей. Температура форм должна быть около 200оС, а  расправленного свинца около 500оС.

«Сульфатация электродов» – такое состояние АБ, когда они не заряжаются при  пропускании нормального зарядного тока в течение установленного промежутка времени. Для отрицательного электрода сульфатация внешне проявляется наличием на поверхности крупных, трудно растворимых при заряде кристаллов или даже сплошного слоя сульфата свинца. Активный материал положительных электродов, подвергшихся сульфатации, часто приобретает светлую окраску, появляются белые пятна сульфата. Сульфат свинца имеет больший объем, чем активная масса, поэтому при сульфатации происходят закупоривание пор, выкрашивание и выдавливание активной массы, а также искривление и разрыв электродов. При сульфатации электродов резко возрастет внутреннее сопротивление аккумулятора, а следовательно, понижается напряжение при разряде. Емкость сульфатированного аккумулятора резко снижается, особенно при стартерном режиме разряда.

Исправление сильно сульфатированных электродов аккумулятора невозможно. Частичную сульфатацию можно устранить путем длительного (до 24 часов и более) заряда батареи. Заряд нужно вести до тех пор, пока плотность электролита и напряжение не будут постоянными в течение 5…6 часов.

Повышенный саморазряд

АБ, отключенная от разрядной цепи, самопроизвольно разряжается, теряет емкость, такой разряд АБ называется саморазрядом. Саморазряд бывает нормальным и повышенным. Нормальный саморазряд для свинцовой стартерной АБ – явление неизбежное.

Саморазряд считается повышенным, если после 14 суточного бездействия батарей среднесуточная величина его превышает 0,7% номинальной емкости при температуре окружающей среды 20+- 5оС. Основные причины повышенного саморазряда:

-наличие на поверхности батарей загрязнений, проводящих электрический ток;

-при наличии дистиллированной воды или электролита, содержащих вредные примеси;

- хранение АБ при повышенных температурах окружающего воздуха.

Короткое замыкание внутри АБ.

Внутреннее короткое замыкание в АБ происходит между разноименными электродами через токопроводящие мостики, образующиеся на нижних и боковых кромках электродов через осадок (шлам), откладывающейся в свободном пространстве АБ, в результате оползания активной массы. А также за счет заполнения наиболее крупных по диаметру пор сепараторов разбухшей активной массой до образования сквозных мостиков через сепараторы (так называемое «прорастание»). Характерными признаками короткозамкнутого аккумулятора являются отсутствие или очень малая ЭДС; быстрая потеря емкости после полного заряда, быстрое уменьшение плотности электролита.

Причины коротких замыканий устанавливаются после разборки аккумуляторов и устраняются заменой поврежденных сепараторов. Удалением губки на кромках электродов и накопившегося на дне аккумулятора осадка.

АБ на станциях автосервиса разбираются только после отработки батареями гарантийного срока службы.

АБ разбирается для выполнения следующих видов ремонта:

-устранение короткого замыкания внутри аккумулятора;

-замены баков, моноблока и крышек аккумуляторов;

-устранения обрыва цепи внутри аккумулятора.

Перед разборкой АБ разряжается током 10-часового режима до напряжения 1,7В. на вышедшем из строя аккумуляторе.

Технологический процесс ремонта

-внешний осмотр;

-установление причины неисправности АБ;

-разборка АБ с помощью приспособлений, съемников, электродрели;

-дефектация отдельных блоков и полублоков;

-устранение неисправности;

-сборка и спайка новых полублоков (при необходимости) с помощью универсального кондуктора;

-сборка из полублоков – блоков;

-наварка полюсных выводов (в случае необходимости);

-установка аккумуляторных крышек;

-заливка их мастикой;

-заливка свежим электролитом и полный заряд;

-проверка, выдача потребителю.

Содержание отчета:

-дефектация батареи, замер основных параметров;

-схема технологического процесса ТО лабораторной АБ;

-схема технологического процесса ремонта АБ;

-расчет плотности электролита для заданного района в пересчете к 25оС;

-расчет количества воды, кислоты или ее раствора для приготовления 1 л. электролита;

-выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.     Какими основными параметрами характеризуется АБ?

2.     Как маркируется АБ?

3.     Основные неисправности АБ.

4.     Пояснить технологический процесс ТО и ремонта АБ.

5.     Пояснить принцип действия АБ.

6.     Понятие о сульфатации и внешние признаки её проявления.


 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 «Технология проверки технического состояния контрольно-измерительных приборов автомобиля»

Время выполнения работы – 6 часов

Цель работы:

Закрепить и расширить знания по технологии проверки КИП, научиться пользоваться технологическими картами.  Приобрести навыки в проведении проверок КИП автомобиля различными средствами диагностики.

Материальное обеспечение и оборудование

Автомобиль ВАЗ-2106 или ВАЗ-2110, прибор Э-204,(или мотор-тестер), комплект инструмента, экран для проверки света фар, теплоизоляционная подсветка, неисправные КИП, приборы для замера температуры воды и давления масла, схемы соединения прибора Э-204 с КИП автомобиля, амперметр.

Последовательность выполнения работы:

 -изучить технологические карты на диагностирование контрольно-измерительных приборов автомобилей;

-изучить правила пользования переносным приборам Э-204 и схемы его подключения при различных видах проверок;

-выполнить по указанию преподавателя операции проверки КИП в соответствии с разделами  технологической карты.

Краткие сведения из теории

Очень удобен для диагностирования КИП переносной прибор Э-204 (рис.1). КИП можно проверить непосредственно на автомобиле или в снятом состоянии в электротехническом участке. Прибор оснащен всем необходимым для диагностики КИП. На рис. 2, 3, 4, 5 даны схемы проверок отдельных КИП автомобиля. С помощью манометра и поршневого насоса проверяются манометры и сигнализаторы аварийного давления; с помощью нагревателя и контрольного термометра - датчики температуры и сигнализаторы аварийной температуры; с помощью угломера датчики указателей уровня топлива и т.д.

Рисунок 1 - Прибор Э-204 для проверки контрольно-измерительных приборов автомобиля: 1-термометр; 2-нагреватель; 3-микроамперметр; 4-сигнальная лампа; 5-розетка с зажимами для подключения соединительных проводников;6-манометр; 7-площадка; 8-штифт; 9-угломер;10-рукоятка насоса; 11-соединительная муфта; 12-вентиль выпуска воздуха;13-переключатель проверок; 14-рукоятка реостата;15-кнопка «Отсчёт»; 16-переключатель эталонных сопротивлений; 17-розетка для подключения аккумуляторной батареи; 18-предохранитель; 19-розетка для подключения проводников от нагревателя;20-переключатель напряжения; 21-розетка для подключения амперметра; 22-лампа

 

 

Рисунок 3 - Проверка указателей электрических манометров, датчиков сигнализаторов давления масла

 

 

Рисунок 4 - Проверка указателя давления масла контрольными резисторами

Рисунок 5 - Проверка указателя уровня топлива в баке

Классификация контрольно-измерительных приборов

Автомобильные контрольно-измерительные приборы по спосо­бу отображения информации, которую они представляют водите­лю, разделяют на указывающие и сигнализирующие.

Указывающие приборы имеют шкалу и стрелку. Чтобы оценить измеряемую величину, водитель должен на некоторое время отвлечься от наблюдения за движением автомобиля, посмотреть на шкалу прибора и осознать показания.

Сигнализирующие приборы (сигнализаторы) ре­агируют на одно (минимально или максимально допустимое) значение измеряемого параметра и информируют об этом световым (иногда звуковым) сигналом. Сигнализатор меньше отвле­кает водителя от процесса управления автомобилем, однако обладает меньшей информативностью.

По устройству автомобильные приборы разделяют на электрические и механические. Электрические приборы питаются от электрической сети автомобиля. Механические же приборы дают показания, используя энергию измеряемой среды (например, манометры для измерения давления в системе смаз­ки). Преимуществом электрических приборов является простота передачи сигнала с места контроля к месту наблюдения.

Электрический контрольно-измерительный прибор (указатель) состоит из датчика и приемника, соединенных между собой проводами для передачи сигнала (рис. 6). В месте контроля уста­навливают датчик 1 прибора, а в месте наблюдения — прием­ник 2. Датчик имеет обычно кроме чувствительного элемента 3, измеряющего контролируемый параметр (входной сигнал), ка­кой-либо преобразователь 4 сигнала в электрическую величину, передаваемую чувствительному элементу 5 приемника. Поступив­ший в приемник сигнал преобразуется в перемещение стрелки и по шкале определяется значение контролируемого параметра. В сигнализирующих приборах приемником является сигнальная лампа.

Расположение приборов на автомобиле должно подчиняться рекомендациям инженерной психологии и соответствовать эсте­тическому оформлению кузова или кабины автомобиля.

Рисунок 6 - Структурная схема контрольно-измерительного прибора (указателя): 1-датчик, 2-приемник, 3-чувствительный элемент датчика, 4-преобразователь сигнала в датчике,5-чувствительный элемент приёмника, 6-преобразователь сигнала в приёмнике, 7-шкала показаний приёмника.

По назначению все контрольно-измерительные приборы разделяют на следующие группы: измерения темпера­туры (указатели температуры); измерения давления (указатели давления); измерения уровня топлива (указатели уровня); кон­троля зарядного режима аккумуляторной батареи (указатели то­ка и напряжения); измерения скорости автомобиля и пройденного пути (спидометры); измерения частоты вращения (тахометры); выбора экономного расхода топлива (эконометры); непрерывного измерения и регистрации скорости движения авто­мобиля, пройденного пути и расхода топлива (тахографы).

Стоимость приборов от общей стоимости автомобиля незначи­тельна, однако стоимость агрегатов, состояние которых контро­лируется приборами и дает возможность исключить их выход из строя, в сотни раз превышает стоимость приборов.

Приемник (рис. 7,б) имеет пластмассовый каркас 6, состоящий из двух частей, соединенных стяжными винтами 12, на каркас намотаны три измерительные катушки 10 (15, 16, 17 на рис. 7, в). Вторая катушка 16 намотана под углом 90° к двум другим. Первая 17 и третья 15 катушки имеют встречное направление обмоток, создающих противоположно направленные магнитные потоки. Внутри каркаса находится постоянный магнит 11, укрепленный на одной оси 9 со стрелкой. Поворачиваясь, магнит устанавливается вдоль магнитных силовых линий результирующего вектора напряженности магнитного поля трех ка­тушек.

В нижней половине каркаса установлен подпятник 13 оси дискообразного магнита и стрелки. Вторым подшипником оси магнита является отверстие в пластине 8, которая закрепляется на каркасе и служит опорой шкалы прибора. Между пластиной и шайбой, закрепленной на оси магнита, а также в подшипник пластины вводится демпфирующая смазка, которая снижает колебания подвижной системы. Для возврата подвижной систе­мы в нулевое положение при выключенном приборе служит неболь­шой магнит, установленный в нижнюю половину каркаса. Собран­ный с катушками и магнитом каркас размещают в экранирующем цилиндре 7, чтобы исключить воздействие на магнит посторонних магнитных полей, а также, чтобы поле катушек не влияло на показания других приборов.

При включении датчика и приемника в цепь питания ток проходит по двум параллельным цепям (см. рис. 7, в): первая — катушки 16 и 17 приемника и термокомпенсационный резистор 18, вторая — катушка 15 приемника и терморезистор 14 датчика.

Ток, проходящий по первой цепи, создает практически посто­янные векторы напряженности магнитного поля Н1 и Н11(рис. 7, г). Ток во второй цепи зависит от температуры датчика и значительно меняет величину вектора напряженности третьей катушки Н111, что вызывает поворот магнита со стрелкой относ­ительно шкалы приемника.

Когда температура терморезистора датчика низка, ток в катушке 15 создает незначительную напряженность Н111 и суммарный вектор Н устанавливает магнит со стрелкой в область низких температур на шкале приемника. При высокой температуре датчика сопротивление терморезистора резко снижается, ток в катушке 15 увеличивается, вектор Н111 напряженности маг­нитного поля этой катушки возрастает и суммарный вектор на­пряженности магнитного поля всех катушек поворачивает магнит со стрелкой по часовой стрелке в область высоких температур.

В корпусе приемника размещены термокомпенсационный константановый резистор 18 (100 Ом) и добавочный резистор для указателей на 24В сопротивлением 120 Ом. Основная допу­стимая погрешность указателя при температурах 80 и 100° С не более ±5°С.

Стрелочный приемник не гарантирует, что внезапное наруше­ние теплового режима будет сразу замечено водителем, поэтому в дополнение к стрелочному приемнику может устанавливаться сигнализатор аварийной температуры, состоящий из датчика и сигнальной лампы с красным светофильтром.

На автомобилях КамАЗ применяют датчик ТМ-111 (рис 7, д). Датчик имеет массивный корпус 25, на дне которого под прижимной шайбой 24 находится термобиметаллическая пластина 19 с контактом 23. В выводном зажиме 21 может пере­мещаться на резьбе тарельчатый контакт 22. Температура за­мыкания контактов 92—98°С, завертывание тарельчатого контак­та снижает температуру замыкания контактов. Выводной зажим вмонтирован в изолятор 20.

Приборы контроля давления

Указатели давления применяют для определения давления масла в магистрали. Указатели позволяют водителю в некото­рых случаях оценивать степень износа двигателя.

Указатели давления воздуха применяют на автомобилях, имеющих пневматическую систему, для контроля давления в ре­сиверах и в тормозных камерах, а также давление в централизо­ванной системе подкачки воздуха в шинах.

Эксплуатация автомобиля с неисправным указателем давле­ния масла и воздуха запрещается, так как неизбежно приводит к аварийным режимам в контролируемой системе. Для усиления контроля во многих системах кроме указателя устанавливается и аварийный сигнализатор.

По конструкции манометрические указатели разделяют на указатели непосредственного действия и электрические. Указатели непосредственного действия имеют чувствительный элемент и приемник в виде совмещенного узла на приборной панели перед водителем, а давление контро­лируемой среды подводится к чувствительному элементу по трубопроводу.

В автомобильных манометрических указателях применяют три типа чувствительных элементов: трубчатая пружина, мембрана и диафрагма с противодействующей пружиной. В большинстве указателей непосредственного действия применяют трубчатую пружину, в указателях электрического действия и во многих сиг­нализаторах — мембранные чувствительные элементы. Диафрагму с пружиной используют в некоторых сигнализаторах.

Диафрагму с противодействующей пружиной в качестве чувствительного элемента используют для сигна­лизаторов, поскольку она обеспечивает большую точность опре­деления давления и малочувствительна к перегрузке.

Указатели давления с трубчатой пружиной. Основной деталью Указателя давления с трубчатой пружиной (рис. 8, а) является упругая плоская или овальная трубка 5, изогнутая по дуге ок­ружности и состоящая из одного неполного витка. Один конец трубки впаян в штуцер 8, через отверстие в котором жидкость или воздух из контролируемой системы подается в трубчатую пружину. Второй конец соединен с тягой 7, которая через пере­даточный  механизм  приводит в движение стрелку 2 прибора.

Под действием давления внутри трубки происходит ее расши­рение и вследствие этого кривизна дуги, по которой изогнута пружина, снижается, а трубка разгибается. При разгибании трубки ее свободный конец перемещается, передвигая связан­ную с ним стрелку прибора. В указателях давления с трубчатой пружиной передача к стрелке осуществляется зубчатым сектором 6 и трибом 3. Пружина 4 на оси стрелки компенсирует влияние зазоров в передаточном механизме на показание указателя.

В некоторых случаях в одном кожухе указателя размещают два механизма, получая, таким образом, один двухстрелочный указатель. Двухстрелочные указатели давления применяют для контроля давления в тормозной системе, причем один механизм измеряет давление в ресиверах, а второй — в тормозных каме­рах.

На некоторых автомобилях (ВАЗ 2108, АЗЛК 2141 и др.) устанавливается новый прибор — эконометр, измеряющий давление от 0,01 до 0,08 МПа, его устройство аналогично устрой­ству указателя давления с трубчатой пружиной. При этих дав­лениях трубчатая пружина сгибается под действием атмосферного давления и приводит в движение стрелку эконометра. Эконометр подсоединяется шлангом к впускному трубопроводу двига­теля за дроссельной заслонкой. Эконометр позволяет за счет выбора передачи и частоты вращения вала двигателя выбрать наиболее экономичный режим движения при загородной езде. При максимальной частоте вращения двигателя и малой нагрузке (дроссель прикрыт) давление во впускном трубопроводе мини­мально, стрелка эконометра находится в левой части шкалы и двигатель работает с повышенным расходом топлива. При малой скорости движения и большой нагрузке (дроссель открыт) ,давление впуска возрастает, и стрелка эконометра находится в правой части шкалы (надо перейти с прямой на 3-ю пере­дачу).

Указатель давления магнитоэлектрический с реостатным дат­чиком. Он состоит из датчика и приемника. Реостатный датчик (рис. 8,б)  магнитоэлектрического указателя имеет основание9        со штуцером, на котором закреплена гофрированная мембрана 10         с помощью стального основания 11, несущего на себе реостат 12 с передаточным механизмом. В центре мембраны установлен толкатель 18, на который опирается качалка 16 с регулировочным винтом 17. Качалка воздействует на ползунок 13 реостата, поворачивая его вокруг оси 14. Пружина  15 противодействует смещению ползунка. Чтобы пульсация давления в контролируе­мой системе не вызывала колебаний ползунка по реостату, в канал штуцера запрессована пробка с каналом (дюза) 19 со стерж­нем для очистки канала, которая создает большое сопротивле­ние протеканию масла и тем самым сглаживает влияние пульса­ций давления на показания стрелки приемника.

Мембрана под давлением масла выгибается и через качалку сдвигает ползунок по реостату, уменьшая его сопротивление. При снижении давления мембрана под действием собственной упру­гости опускается, а возвратная пружина 15 сдвигает ползунок и детали рычажной передачи в исходное положение.

Реостат датчика, включенный параллельно одной из катушек приемника (рис. 8в) изменяет сопротивление (от 163 до 20 Ом) в зависимости от давления и тем самым влияет на пере­распределение токов в катушках приемника.

Магнитоэлектрический приемник указателя давления для реос­татного датчика представляет собой конструкцию, аналогичную описанной выше для указателей термометров, однако обмоточ­ные данные и схема соединений несколько изменены (см. рис. 8, в). Механизмы магнитоэлектрических указателей давления на 12 и 24В изготовляются одинаковыми, но для напряжения 24В последовательно в цепь питания приемника ставится добавочный резистор 24 (см. рис. 8, в).

Датчик аварийного давления имеет чувстви­тельный элемент, воспринимающий давление, и контактный электрический выключатель, который связан с сигнальной лампой на панели приборов.

На автомобилях КамАЗ применяют датчик аварийного дав­ления ММ124-Б (рис. 8,г). Датчик имеет корпус 35 в виде полого штуцера, который внутри разделен диафрагмой 34 на две полости. В полость под диафрагмой поступает масло из системы смазки и поднимает ее вместе с толкателем 31. В полости над диафрагмой установлены подвижный 32 и неподвижный 33 кон­такты и пружина 30, нагружающая диафрагму.

Сверху корпус закрыт изолятором 29 со штекером 27, под которым установлен специальный фильтр 28, уравновешиваю­щий давление в  полости с внешним атмосфер­ным. Давление замыкания контактов датчика обеспечивается предварительной тарировкой пружины и в эксплуатации не регу­лируется

Указатели уровня топлива

Указатели уровня топлива дают возможность водителю оце­нить объем топлива в баке и, следовательно, ориентировочное расстояние, которое автомобиль может проехать без дополни­тельной заправки.

Рисунок 9 - Реостатный датчик и магнитоэлектрический приёмник уровня топлива: а - общий вид датчика, б - векторная диаграмма напряжений, в - электрическая схема;

1 - поплавок, 2 - ось, 3,4 - нижняя и верхняя части корпуса, 5 - зажим, 6 - винт,7 - рычаг,8 - проволочная петля, 9 - ползунок,10 - текстолитовая пластина, 11 - конец обмотки реостата,12 - обмотка реостата, 13,14,15 - первая, вторая и третья катушки приёмника, 16 - зажим питания,17 - добавочный резистор,18 - термокомпенсационный резистор,19 - реостат датчика; Н01, Нп1, Н02п2, Н03, НП3- векторы первой второй и третьей катушек при пустом и полном баке, Н-результирующие векторы

Принято шкалу приемника уровня топлива градуировать в долях объема бака. Если на автомобиле применяют два бака с топливом, то в каждый бак ставится датчик, а на щитке приборов стоит один приемник и переключатель для при­соединения того или иного датчика во время замера. В каче­стве датчика при измерении уровня топлива применяют про­волочный реостат, ползунок которого перемещается рычагом с поплавком на конце (рис. 9,а).

В некоторых конструкциях датчиков встраивают специальный контакт, который замыкается при снижении уровня топлива до минимального резерва (на 50—100 км пути). Этот контакт включает сигнальную лампочку резерва топлива на щитке приборов.

Датчик магнитоэлектрических указателей (рис.9, а) имеет корпус из нижней 3 и верхней 4 частей, изготовленных из цинко­вого сплава. Внутри нижней части на оси 2 закреплен бронзовый ползунок 9 реостата.

Снаружи к той же оси жестко прикреплен рычаг 7 с капроно­вым цилиндрическим поплавком. При изменении уровня топли­ва в баке от 0 до П ползунок передвигается на всю длину реоста­та. В верхней части корпуса закреплена текстолитовая пластина 10, на которую навита обмотка реостата 12 из нихромовой прово­локи диаметром 0,2 мм и общим сопротивлением 90 Ом. Конец 11обмотки реостата выведен на зажим 5, а второй — на «массу» датчика. Ползунок реостата также  имеет вывод на «массу» в виде упругой проволочной петли 8. Верхняя и нижняя части корпуса датчика соединены двумя винтами 6.

Приемники указателей уровня топлива бывают элек­тромагнитными и магнитоэлектрическими. Приемник уровня топлива с магнитоэлектрическим измеритель­ным механизмом аналогичен по конструкции магнитоэлектри­ческим приемникам температуры и давления, но отличается от них обмоточными данными и схемой соединения измеритель­ных катушек и дополнительных резисторов (рис. 9,б).

Векторы напряженности магнитных полей измерительных ка­тушек и суммарный вектор поля, вдоль которого устанавливает­ся магнит со стрелкой при пустом и полном баке, магнитоэлек­трического приемника показан на рис. 9, в. Изменение, тока в первой катушке за счет изменения сопротивления реостата датчика определяет направление действия суммарного вектора.

Приборы контроля зарядного режима

Рисунок 10 - Указатель тока (амперметр) с неподвижным магнитом: а - устройство, б-векторная диаграмма сил, действующих на якорь указателя; 1-зажим, 2-стрелка, 3- магнитный шунт, 4- постоянный магнит, 5- основание, 6- якорь, 7- ось, 8- опора

Контроль зарядного режима аккумуляторной батареи одно­временно обеспечивает и контроль исправности генератора и реле-регулятора. По зарядному току можно судить о степени заряженности аккумуляторной батареи, а по току, проходящему через полностью заряженную аккумуляторную батарею (так на­зываемый ток перезаряда), — о правильности регулировки регу­лятора напряжения и о соответ­ствии этой регулировки темпера­туре аккумуляторной батареи.

Контроль зарядного режима аккумуляторной батареи на авто­мобиле может быть осуществлен с помощью указателя тока (ам­перметра), указателя напряжения (вольтметра) или сигнальной лампы разряда.

Указатель тока уста­навливается последовательно в зарядную цепь аккумуляторной батареи и показывает ее заряд­ный, или разрядный ток. Наиболее часто применяют указатели тока магнитоэлектрического типа с неподвижным магнитом.

На рис. 10, а показано принципиальное устройство механизма указателя тока такой системы. Подвижная система прибора состоит из стрелки 2, оси 7 и якорька 6. Якорек выполнен из  низкоуглеродистой стали и при воздействии на него магнитного поля стремится сориентироваться вдоль магнитных силовых ли­ний. Подвижная система прибора полностью сбалансирована и при отсутствии электрического тока в цепи прибора якорек ориентируется вдоль оси постоянного магнита 4, стрелка в этом положении показывает нулевое деление шкалы.

При прохождении электрического тока через зажим 1 и основа­ние 5 создается в зоне якорька собственное магнитное поле, силовые линии которого перпендикулярны линиям поля постоян­ного магнита. Под действием этого поля якорек вместе со стрел­кой стремится повернуться на 90° от исходного положения, чему, однако, препятствует поле постоянного магнита.

На рис. 10,б изображена векторная диаграмма сил, действующих на подвижную систему, из которой видно, что якорек устанавливается по направлению силовых линий результирующе­го поля, напряженность которого Н равна геометрической сумме напряженности Н1 поля постоянного магнита и напряженности Н2 поля, создаваемого проходящим током. Следовательно, угол   поворота якорька и стрелки зависит от измеряемого тока. При изменении направления тока через прибор вектор Н2 изменя­ет свое направление на противоположное, что вызывает откло­нение стрелки в другую сторону.

Ось 7 подвижной системы вращается на заостренных концах (кернах) в регулируемых опорах 8. В опоры 8 закладывается демпфирующая смазка ПМС для сглаживания колебательных движений стрелки и резких ударов в подвижной системе прибора в момент его включения. Основание 5 выпол­няется из цинкового сплава, к нему крепится шкала, зажимы и подвижная система.

С целью уменьшения дополнительной погрешности указателя тока от изменения окружающей температуры под постоянный магнит ставится пластинка — магнитный шунт 3.

Указатели тока подвергаются регулировке, которая заключа­ется в размагничивании постоянного магнита 4, предварительно намагниченного до насыщения.

Спидометры

Назначение спидометра — указывать скорость движения автомобиля и одновременно отсчитывать пройденный путь. Спи­дометр состоит из двух механизмов, объединенных общим кожу­хом и основанием: указателя скорости и счетчика. Спидометры по принципу действия разделяют на магнитоиндукционные и электрические; по способу приведения в действие — на спидомет­ры с приводом гибким валом и с электроприводом.

Указатели скорости спидометров работают на прин­ципе магнитовихревого действия (рис.11). Магнит 4, закрепленный на приводном валике 3, намагничен таким образом, что оба полюса или несколько пар полюсов рас­полагаются по периферии диска.

На отдельной оси 8, свободно вращающейся в двух подшип­никах, укреплена картушка — колпачок 2 из немагнитного мате­риала (алюминия), которая с некоторым зазором охватывает магнит с таким расчетом, чтобы как можно больше силовых линий поля магнита, рассеиваемого вне его тела, пронизывали материал картушки. Чтобы через нее проходила большая часть магнитного потока, снаружи ее также с некоторым зазором раз­мещают экран из магнитомягкого материала, который концен­трирует магнитное поле в рабочем направлении.

При вращении валика поле магнита наводит в теле картушки вихревые токи, создающие, в свою очередь, ее магнитное поле.

Взаимодействие поля магнита и поля картушки вызывает крутящий момент, стремящийся повернуть ее в направлении вращения магнита. Этот момент пропорционален частоте враще­ния магнита.

Повороту оси картушки препятствует спиральная пружина (волосок) 7, закручивающаяся при увеличении тягового момента и создающая противодействующий момент, который пропорци­онален углу поворота.

При постоянной частоте вращения магнита картушка, повер­нувшись на определенный угол, остановится в положении, когда момент взаимодействия магнитных полей станет равным проти­водействующему моменту волоска. Угол поворота картушки  и  стрелки 6, с ней прямо пропорционален частоте вращения магнита, поэтому шкала 5 спидометра равномерна.

 При помощи приборов Э-204 и мод. 531 проверяют со­стояние контрольно-измерительных приборов автомобиля без снятия их с машины. Проверять можно датчики и указатели вместе и каждый в отдельности. Большое значение для безопасности движения в усло­виях ограниченной видимости имеет правильная установ­ка фар. Неправильно установленные фары не достаточно освещают проезжую часть дороги, ослепляют водителей встречных автомобилей, мешают другим участникам движения и создают нервозную обстановку на дороге.

Практика показала, что в 70—80% случаев фары ока­зываются неправильно отрегулированными. А это значит, что слепить встречных водителей может и близкий свет фар, а дальний не обеспечивает достаточной видимости.

В процессе эксплуатации автомобилей наклон фар мо­жет изменяться за счет износа шин, степени их накачки воздухом, деформации рессор, нарушения формы кузова или крыла автомобиля.

Рисунок 11 - Устройство магнитоиндукционного спидометра 1-экран, 2-картушка, 3-приводной вал, 4-магнит, 5-шкала, 6-стрелка, 7-спиральная пружина, 8-ось

Для проверки светового потока фар автомобиля ис­пользуют оптические приборы Э-6, К-303, ПУР-1 и др., которые позволяют осуществлять проверку и регулиров­ку фар автомобиля на постах диагностирования, на пос­тах технического обслуживания и на контрольно-техни­ческих пунктах автохозяйств.

Технологическая карта на диагностирование прибором мод. 531

1. Подготовить прибор к работе и проверить его, подключив к источнику постоянного тока напряжением 12 В (к аккумуляторной батарее или к сети).

2. Проверить состояние датчика и приемника указателя температуры воды в системе охлаждения двигателя. - Отсоединить провод от датчика. Снять датчик с автомобиля и установить его вместе с нагревателем в стакан прибора, заполненный водой на 2/3 объема. Соединить нагреватель с прибором, крышку стакана — с «массой» автомобиля, датчик — с соответствующим проводом электрооборудования. Довести воду в стакане до кипения. Включить зажигание двигателя и проверить показание приемника. Допустимое отклонение в показаниях приемника ±5° С.Охлаждать воду в стакане и следить за показаниями приемника, сравнивая с показаниями термометра, установленного в стакане прибора. Вынуть исправный датчик из стакана и установить его на место.

3. Установить в стакане неисправный датчик указателя температуры воды и выполнить операцию 2.-Присоединить провод к датчику

4. Проверить состояние датчика и приемника указателя давления масла в двигателе. Снять датчик с двигателя и навернуть на датчик переходной штуцер из комплекта прибора. Вставить датчик в соединительную муфту прибора надписью «верх». Соединить корпус дат­чика с «массой» автомобиля, клемму датчика с прово­дом электрооборудования. Закрыть спускной вентиль прибора и включить зажигание двигателя. Создавать воздушным насосом давление воздуха в приборе, фик­сируя его величину по контрольному манометру и по указателю щиткового прибора. Давление создавать для измерителя давления масла в восходящем порядке согласно  шкале указателя. Затем, постепенно снижая давление, сравнить показа­ния контрольного манометра и приемника указателя в тех же точках. Допустимые отклонения в показаниях приемника при давлении 2 кгс/см2±0,4 кгс/см2 при дав­лении 5—6 кгс/см2 ±1,0 кгс/см2

5. Вынуть исправный датчик давления масла из соединительной  муфты  прибора  и установить  на  двигатель

6. Установить в прибор'  неисправный датчик давления масла и выполнить операцию 4.

7. Присоединить провод к датчику, установленному на двигателе

8. Проверить датчик и приемник указателя уровня топлива в  баке. Отсоединить провод от датчика, снять датчик с топливного бака и установить его на крышке прибора с помощью пружин. Соединить корпус датчика с «массой» автомобиля, а клемму датчика с соответст­вующим проводом электрооборудования. Положить ры­чаг датчика на упор градуированной шкалы прибора и включить зажигание двигателя. Установить рычаг датчика поочередно на углы по шкале прибора, указанные в таблице. Установить датчик на место и присоединить к нему провод

9. Проверить амперметр, не снимая его с автомобиля. Поставить переключатель прибора вида проверки в положение «5». Соединить выводы шунта с гнездами 1 и 2 прибора. Подключить последовательно к амперметру автомобиля наружный шунт прибора, отсоединив от клеммы старте­ра провод аккумуляторной батареи и включив в разрыв этой цепи шунт. Включить фары автомобиля. Нажать кнопку прибора и сравнить показания микроамперметра прибора и ам­перметра автомобиля. Исправный амперметр присоеди­нить к соответствующим проводам электрооборудова­ния автомобиля.

10. Проверить амперметр, снятый с автомобиля. Собрать последовательную цепь: аккумуляторная батарея — ам­перметр — шунт прибора — реостат — аккумуляторная батарея. Как реостат может быть использован нагреватель при­бора, который в этом случае поместить в стакан с во­дой. Включить фары автомобиля, нажать на кнопку при­бора и сравнить показания микроамперметра и проверя­емого амперметра.

11. Проверить манометр давления масла, снятый с автомобиля. Навернуть на манометр переходной штуцер и вставить его в соединительную муфту прибора, закрыв спускной вентиль. Создать насосом различные давления в приборе (от 1 до 6 кгс/см2) и  сравнить показания контрольного и автомобильного манометров. Допустимые отклонения в показаниях автомобильного манометра (кгс/см2) при давлении 1±0,15; 2—3±0,3и 4—6 ±0,5. Вывернуть манометр из переходного штуцера прибора.

12. Проверить датчик указателя температуры воды. По­ставить переключатель вида проверки в положение «1». Установить датчик и нагреватель в стакан прибора, за­полненный на 2/з объема водой. Соединить нагреватель с гнездом нагрева прибора, крышку стакана с гнездом прибора 2, клемму датчика с гнездом прибора 1. Довести воду в стакане до кипе­ния. Нажать на кнопку прибора и по показаниям микро­амперметра определить исправность датчика. При точке кипения воды в стакане отклонение в показаниях мик­роамперметра допускается  17—20 делений шкалы.

13. Проверить приемник указателя температуры воды. Поставить переключатель вида проверки в положение «2». Соединить клеммы испытуемого приемника с гнез­дами I и II прибора. Установить реостатом стрелку приемника поочередно в положение 100, 80 и 40°, одновременно проверяя по­казания микроамперметра, и сравнивая их с данными, приведенными ниже.

Неисправный приемник заменить.

Температура по приемнику

100

80

40

Допустимые показания микроамперметра, мкА

72±8

120±4

186±10

14. Выполнить операцию 13 с неисправным приемником

15. Проверить приемник указателя давления масла. Поставить переключатель вида проверки в положение «2». Соединить клеммы приемника с гнездами I и II прибора. Установить реостатом стрелку приемника поочередно в положение контрольных точек и, нажимая на кнопку прибора, сравнить приведенные ниже показания микроамперметра с показаниями шкалы.

Показания указателя, кгс/см2

0

2/2*

4

5*

6

Потребляемый ток, мкА

52±6

114±4/136±4

160±6

194±8

192±8

 

16. Проверить датчик указателя уровня топлива. Поста­вить переключатель вида проверки в положение «3». Установить датчик на крышку прибора, закрепив его пружинами. Соединить корпус и клемму датчика с гнез­дами I и II прибора. Поставить переключатель прибора в положение «Уст. О», нажать на кнопку и с помощью реостата совместить стрелку микроамперметра с отметкой на шкале 200 мкА. Поставить переключатель в положение «Изм». Положить рычаг датчика на упор градусной шкалы. Устанавливать рычаг датчика поочередно в положе­ния, соответствующие степени наполнения бака, и, на­жимая на кнопку, сравнить показания микроамперметра, которые должны соответствовать при исправленном дат­чике данным, приведенным ниже.

 

Степень наполнения бака

0

¼

½

Полный

Показания микроамперметра, мкА

0÷16

60÷68

117÷128

176÷180

 

Технологическая карта на проверку и регулировку ФАР прибором Э-6

1. Установить автомобиль на горизонтальном участке смотровой канавы или на полу

Проверить и при необходимости довести до нормы давление воздуха в шинах колес

Проверить действие пере­ключателей 'света фар. Провести юстировку прибора

2. Установить прибор перед автомобилем так, чтобы пу­зырек оптической камеры находился между контроль­ными метками, а заостренные концы штырей упирались в месте стыков рассеивателя с ободком на уровне цент­ра фары.

3. Снять колпачок с линзы и открыть крышку прибора

4. Включить дальний свет фар и определить правильность установки проверяемой фары по положению свето­вого пятна на экране прибора. Световое пятно фары должно иметь четко очерченные границы; центр пятна должен находиться в перекрестке на экране прибора.

5. При необходимости отрегулировать фару и вновь проверить ее установку, выполнив операции 3, 4.

6. Переставить оптическую камеру на другой, конец базирующей штанги и проверить установку другой фары, выполнив операции 4 и 5. Убрать прибор от автомобиля

Технологическая карта на проверку установки фар с помощью экрана (без прибора)

1. Установить автомобиль без груза на ровной площад­ке (на осмотровой канаве), проверить и довести до нормы давление в шинах колес

2. Установить экран на расстоянии от стекол фар автомобиля ЗИЛ-130— 10 м, ГАЗ-53А — 7,5 м ВАЗ-2106 перпендику­лярно продольной оси автомобиля.

Экран для проверки и регулировки фар желательно иметь белый с шероховатой поверхностью, размеченный по схеме (рис. 12).

Расстояния между осями экрана указаны в табл.1

3. Включить попеременно ближний и дальний свет в фарах и проверить правильность включения нитей ламп при переключениях.

4. Оставить включенным дальний свет. Прикрыть одну из фар непрозрачным материалом. Проверить световой поток неприкрытой фары по экрану и при необходимо­сти отрегулировать фару

5. Прикрыть другую фару непрозрачным материалом и проверить световой поток по пятну на экране непри­крытой фары. При необходимости отрегулировать

6. Убрать экран

Рисунок 12 - Экран для проверки установки фар: О — О — вертикальная ось автомобиля, АА — продольная ось авто­мобиля,    Б—Б — нижняя граница светового пятна, Д—Д — линия центра световых пятен.  Л—Л и  П—П — вертикальные оси  соответ­ственно левой и правой фар

Таблица 1 - Расстояние между осями экрана

Марка автомобиля

Расстояние, мм

а

Н

h

От стёкол фар до экрана

ГАЗ-69

ГАЗ-51

ГАЗ-53А

ГАЗ-66

ЗИЛ-164 и

ЗИЛ-130

ВАЗ-2106

ВАЗ 2108

490

659

740

775

 

895

590

600

725

850

1000

1100

 

1245

1100

1150

675

775

1000

1000

 

1000

1000

1000

7500

7500

7500

7500

 

10000

5000

5200

 

Содержание отчета:

- схема технологического процесса проверки элементов КИП,

- структурная схема контрольно-измерительного прибора;

 - результаты проверки и выводы о дальнейшем использовании, проверяемых элементов.

 Контрольные вопросы

1.     Опишите структурную схему контрольно-измерительного прибора.

2.     Как устроены указатели температуры?

3.     Как устроены указатели давления?

4.     Как устроены указатели уровня топлива?

5.     Как устроен спидометр?

6.     Как устроен тахометр с электрическим приводом?


 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 «Конструктивные и технологические мероприятия по снижению токсичности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания»

Время выполнения работы-4 часа

Цель работы:

Теоретически рассчитать выбросы загрязняющих веществ от автомобиля находящегося  на СТО, сравнить с результатами экспериментальных исследований.

Ознакомиться с основными мероприятиями по снижению токсичности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Оборудование: инфракрасный газоанализатор концентрации окиси углерода и углеводородов марки «Автотест СО-СН-Д-Т» инструкция по применению, набор ключей, схемы, таблицы.

Описание лабораторной установки

Газоанализатор концентрации окиси углерода и углеводородов, а также дымности отработавших газов предназначен для одновременного определения содержания углеводородов, окиси углерода в отработавших газах, частоты вращения коленчатого вала автомобилей с карбюраторными двигателями, а также дымности отработавших газов автомобилей с дизельными двигателями.

Принцип действия прибора основан на измерении величины поглощения инфракрасного излучения источника молекулами углеводородов и окиси углерода в областях 3,4 и 4,7 мкм соответственно. Проба анализируемого газа поступает в проточную зеркальную кювету, где определяемые компоненты, взаимодействуя с излучением, вызывают его поглощение в соответствующих спектральных диапазонах. Поток излучения характерных областей спектра поочередно выделяется вращающимися интерференционными фильтрами (3,4; 3,9 и 4,7 мкм) и преобразуется в электрические сигналы, пропорциональные концентрации окиси углерода и углеводородов. Спектрометрический канал измерения в области 3,9 мкм является опорным каналом и служит для автоматической стабилизации чувствительности прибора. Функциональная схема прибора приведена на рис.1.

Рисунок 1 - Схема отбора и подготовки пробы газоанализатором 1 - пробозаборное устройство; 2 - каплеуловитель; 3 - компрессор для сброса конденсата; 4 - компрессор для доставки пробы газа; 5 - трубка доставки, 6 - штуцер; 7 - фильтр грубой очистки

Проба анализируемого газа отбирается из выхлопной трубы автомобиля пробозаборным зондом 1. В рукоятке зонда размещается фильтр грубой очистки 7, где происходит предварительная очистка газа от частиц сажи и аэрозолей. Далее проба газа направляется к прибору по трубке доставки 5. При использовании прибора в условиях отрицательных температур (до минус 20 °С) используется обогреваемая трубка доставки, исключающая перемерзание конденсата. В обогреваемой трубке проба газа термостатируется при температуре 35±2°С Дальнейшая обработка пробы газа происходит в каплеуловителе, совмещенном с фильтром тонкой очистки пробы 2. В каплеуловителе типа «Циклон» из пробы отделяется конденсат и смеси, которые собираются в нижней части фильтра и эвакуируются компрессором конденсата «Сброс конденсата» 6. В фильтре сверхтонкой очистки типа GB 702 4 производится окончательная очистка пробы газа от мешающих компонентов, которая затем поступает в оптическую кювету узлов. Одновременная работа пары компрессоров обеспечивает скоростную доставку пробы газа от источника до оптической кюветы, а также непрерывную эвакуацию конденсата.

Инфракрасное излучение аналитических областей спектра определения углерода (4,7 мкм) и углеводородов (3,4 мкм), а также опорного канала поочередно выделяется соответствующими интерференционными фильтрами, установленными на вращающемся диске модулятора, и формирует на выходе пироэлектрического фотоприемника последовательности электрических импульсов. Амплитуда импульсов несет информацию о концентрации определяемых компонентов газа.

Аналитические сигналы каналов  измерения концентрации окиси углерода, углеводородов преобразуются, линеаризуются и нормируются микропроцессором PIC 16C77. Результаты измерения и служебная информация для пользователя отображается на буквенно-цифровом жидкокристаллическом индикаторе.

Краткие сведения из теории

Роль автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы

Автомобиль - далеко не единственный антропогенный источник ток­сичных выбросов в атмосферу, большое количество их поступает от промышленных предприятий, теплоэнергетических станций и т.д.

В нашей стране на долю автотранспорта приходится более 45 про­центов от валового выброса в атмосферу всех загрязнений. В 1995 г. в Москве эта доля была около 87% (более 1,7 млн. тонн), а в девяти го­родах РФ максимальные разовые концентрации отдельных загрязнений превышают санитарные нормы в 55 раз.

Выброс токсичных веществ в результате естественных процессов в природе (окисление, гниение, вулканы, пожары и т.д.) значительно больше, чем от антропогенных источников. Однако, если к своим вы­бросам природа адаптировалась в течение длительных исторических периодов, то динамика роста выбросов вредных веществ антропоген­ными источниками не предоставляет такой возможности, что требует принятия соответствующих мер для решения этой экологической про­блемы.

Состав ОГ дизелей и двигателей с искровым зажиганием заметно различается (см. табл.1).

Таблица 1 Состав отработавших газов ДВС

Компонент

Единица измерений х)

Дизель

Двигатель с искровым зажиганием

СО

% по объёму

0,01...0,5

0,1...8,0

СН

млн-1

100...500

200...4000

СО2

% по объёму

2...12

8...13

NOX

млн -1

500...3000

500...5000

Бензо--пирен

мг/м3

0...10

0...25

Сажа

мг/м3

0...20000

0...100

Оксиды серы

мг/м3

0...0,015

0...0.003

Соединения свинца

мг/м3

0...60

х) млн-1 - миллионная доля по объему; 1 млн -1=0,0001%.

Значимость отдельных компонентов (в порядке убывания) для об­щей токсичности ОГ с учетом действующих норм на предельно допус­тимые концентрации следующая: соединения свинца (Pb), NOX, ПАУ, СО и СН (рис.2).

В соответствии с действующими в Российской Федерации нормами на предельно-допустимые концентрации (ПДК) относительная токсичность ряда составляющих ОГ выглядит следующим образом:

СО; Nox; СН; РЬ; С20Н12(бензо-α-пирен) = 1; 40; 1,25; 22000; 125000.

Рисунок 2 - Значимость выбросов токсичных веществ с ОГ легковых автомобилей (данные НАМИ): а-этилированный бензин; б-неэтилированный бензин.

Основные пути снижения токсичности ОГ

Снижение токсичности ОГ до допустимых пределов представляет собой сложную научно-техническую задачу, при решении которой большое значение имеет стоимость тех или иных мероприятий, а также необходимость обеспечения сохранения высоких экономических, энергетических и других показателей двигателей.

Исторически снижение токсичности ОГ осуществлялось в первую очередь путем совершенствования традиционных процессов смесеоб­разования и сгорания при одновременной оптимизации управления дви­гателем (состав смеси и угол опережения зажигания). Практика показала, что достичь при этом уровня токсичности ОГ, требуемого законодатель­ством развитых стран, нельзя. Поэтому получил широкое применение второй путь - нейтрализация ОГ в системе выпуска, при которой токсичные газы (СО, СН и NOX), вышедшие из цилиндров двигателя, нейтрали­зуются в системе выпуска до выброса их в атмосферу.

Использование этих двух путей не позволяет устранить выбросы со­единений свинца, SO2 и ПАУ. Это вызывает необходимость использо­вать третий путь - ограничивать содержание в топливе свинца, серы и ароматических углеводородов. Например, по действующим в РФ стан­дартам в этилированных бензинах А-76 и АИ-92 содержание свинца не должно превышать 0,17 и 0,37 г/дм3 соответственно, а в неэтилирован­ном бензине свинец практически отсутствует (менее 0,013 г/дм3). В дизельном топливе допускается содержание серы по массе не более 0,20...0,05%. Разрешенное содержание свинца, серы и ароматиче­ских углеводородов в топливах для ДВС постоянно уменьшается.

Четвертый путь снижения вредных выбросов с ОГ связан с улуч­шением топливной экономичности двигателей (снижением расхода уг­леводородного топлива) или с переходом к альтернативным топливам, в том числе не содержащим углерода (например, водород).

Снижение токсичности ОГ двигателей с искровым зажиганием

Для снижения токсичности ОГ используется большое количество различных мероприятий, включая применение специальных антитоксичных устройств и целых систем. Выбор той или иной стратегии зависит от уровня токсичности ОГ, который требуется обеспечить. Другими словами, все зависит от законодательных норм на допустимые выбросы токсичных веществ, которые необходимо выполнить.

Совершенствование систем топливоподачи и зажигания

Определяющее влияние на состав ОГ оказывает состав смеси, ха­рактеризуемый коэффициентом избытка воздуха (α) (рис.3). СО, СО2,

Рисунок 3 – Влияние коэффициента избытка воздуха (α) на состав ОГ

Рисунок 4 – Влияние угла опережения зажигания (φо.з.) на выброс NOx и CH с ОГ

Возрастание концентрации в ОГ таких компонентов, как СО и СН по мере обогащения смеси объясняется увеличением дефицита кислорода. С другой стороны, на очень бедных смесях концентрация СН возрастает из-за появляющихся пропусков воспламенения от искры. Концентрация NOx по мере обогащения смеси до  возрастает вследствие увеличения количества О2 в ОГ и температуры в процессе горения. При дальнейшем обеднении смеси определяющее значение приобретает снижение температуры сгорания.

С другой стороны, угол опережения зажигания (.) также сильно влияет на выброс NOx и СН (рис. 4).

Это влияние связано с тем, что при увеличении () возрастает тем­пература процесса сгорания, а вместе с ней и количество образующихся NОх С уменьшением ()и сгорание всё больше переносится на линию расширения, возрастает температура ОГ в конце процесса расширения и в системе выпуска, что обеспечивает более полное окисление СН.

Поэтому на начальном этапе борьбы за снижение токсичности ОГ использовался главным образом комплекс мероприятий, направленных на увеличение полноты сгорания топлива путем оптимизации дозирования горючей смеси и более надежного и стабильного ее поджигания. Это достигалось в результате некоторого обеднения горючей смеси, улучшения характеристик карбюратора (сужение поля допусков), выключения подачи бензина на режимах принудительного холостого хода (экономайзер принудительного холостого хода). Большое внимание уделено системе холостого хода карбюратора: были несколько обедне­ны регулировки, введены ограничения на возможное изменение соста­ва смеси при  эксплуатационных регулировках с помощью соответ­ствующих винтов. Все указанные мероприятия способствовали значи­тельному уменьшению выбросов СО и СН. С этой же целью перешли к замкнутым системам вентиляции картера.

На некоторых режимах для уменьшения выбросов СН и NOX угол опережения зажигания устанавливался меньше значения, обеспечи­вающего оптимальную экономичность.

Определенный вклад в снижение токсичности ОГ двигателей с ис­кровым зажиганием внесло увеличение использования сжатого и сжи­женного газов. В этом смысле сжиженный газ менее эффективен, так как уменьшение токсичности ОГ достигается, главным образом только в результате сжигания более бедных смесей, чем при работе на бензине.

Перевод двигателей на питание сжатым природным газом дает за­метный экологический эффект из-за значительного отличия элементно­го состава природного газа и бензина. Например, при испытаниях в среднем регистрируется выброс СО в 2 раза, СН на 15...40%, a NOX на 15% меньше норм по ОСТ 37.001.054-86. Одновременно при работе на сжатом газе регистрируется меньший выброс СО2 и отсутствие тяже­лых углеводородов. Опыт показывает, что оптимизация состава смеси и угла опережения зажигания не дает возможность при работе на газе выполнить нормы Евро II.

Резервы снижения токсичности ОГ карбюраторных двигателей тра­диционной конструкции указанными выше способами к настоящему времени практически исчерпаны, и это потребовало разработки и при­менения специальных мероприятий, без которых удовлетворение норм Евро II (и тем более норм Евро III) оказалось невозможным.

Рециркуляция ОГ

Рециркуляция осуществляется посредством перепуска отработавших газов из системы выпуска во впускную систему (рис.5). В двигателях с переменными фазами газораспределения при раннем открытии выпускного клапана больше отработавших газов остаётся в цилиндре, благодаря чему обеспечивается так называемая внутренняя рециркуляция". В результате этого для получения требуемой мощности необходимо сильнее открыть дроссельную за­слонку, то есть возрастает масса рабочей смеси (с соответствую­щим увеличением ее теплоемкости), что обусловливает уменьше­ние температуры сгорания, а значит и уменьшение образования окси­да азота. Следовательно, рециркуляция ОГ используется для уменьшения выбросов NOX.

Рисунок 5 - Схема системы рециркуляции ОГ:

1 - электронный блок управления; 2 - датчик положения дроссельной заслонки;. 3 - клапан рециркуляции с электроприводом; 4 - -зонд (индикатор состава смеси); 5 – нейтрализатор.

При рециркуляции несколько уменьшаются насосные потери в процессе впуска, что создает предпосылки для улучшения топливной экономичности двигателя. Кроме того, при рециркуляции снижаются потери на диссоциацию и теплоотдачу, а термический кпд цикла воз­растает (из-за снижения удельной теплоемкости вследствие уменьше­ния температуры и соответствующего увеличения показателя адиабаты продуктов сгорания).

С другой стороны, по мере увеличения рециркуляции ОГ затягивает­ся процесс тепловыделения, усиливается невоспроизводимость после­довательных циклов и возрастает выброс СН.

Вследствие совместного действия перечисленных факторов с рос­том рециркуляции ОГ экономичность двигателя сначала несколько улучшается, а затем ухудшается, что и ограничивает целесообразную степень рециркуляции Rc.

                             (1)

где МR Мт, МВ-масса рецеркулирующих газов, топлива и воздуха, соответственно.

В зависимости от нагрузки двигателя оптимальную степень рециркуляции необходимо из­менять: с увеличением нагрузки возрастает максимальная температура цикла и обедняется горючая смесь, поэтому Rc следует увеличивать. При полном открытии дроссельной заслонки рециркуляция ОГ не позволит получить максимальную мощность, поэтому целесообразно на этих режимах обеспечить Rc= 0.

Изменение Rc в зависимости от нагрузки осуществляется специ­альным клапаном рециркуляции. В простейшем варианте клапан рециркуляции представляет собой дозатор мембранного типа (рис.6).

Рисунок 6 - Мембранный клапан рециркуляции:

1 - корпус; 2 - мембрана; 3 - шток; 4 - дросселирующий элемент; 5 - впускной трубопровод; 6 - пружина

Клапан выполняют как отдельный узел, связанный с выпускным и впускным трубопроводами. Шток 3 перекрывает перепускной канал дросселирующим клапаном 4. Верхний конец штока 3 связан с подпру­жиненной мембраной 2, полость над которой сообщается с впускным трактом (до дроссельной заслонки). Чем больше нагрузка двигате­ля, тем больше разрежение над мембраной и тем сильнее открыт дросселирующий клапан. Максимальное открытие клапана 4 и соответ­ственно наибольшая величина Rc достигаются на режиме полной на­грузки, если на этом режиме не предусмотрено отключение рециркуля­ции. Возврат штока и дросселирующего клапана в начальное положе­ние осуществляется пружиной 6. В конструкции клапана рециркуляции используются жаростойкие и коррозионностойкие материалы, обеспечивающие надежную работу в условиях высоких темпера­тур в среде химически агрессивных продуктов сгорания.

Подачу отработавших газов во впускной трубопровод органи­зуют таким образом, чтобы обеспечить равномерное их распре­деление по всем цилиндрам двигателя.

В более совершенных современных системах рециркуляции используется электропривод клапана (рис.7), что позволяет реализовать более выгодный закон изменения R, в зависимости от режима работы двигателя.

Рисунок 7 - Клапан рециркуляции с шаговым двигателем:

1 - канал, связанный с впускной сис­темой; 2 - фланец клапана; 3 - дрос­селирующий элемент; 4 - управляемый шаговый двигатель

Например, с 1992 г. фирма Rochester начала выпускать клапан ре­циркуляции с непрерывным управлением долей перепускаемых ОГ. В основу работы такого устройства (рис.7) положено осевое позициони­рование дросселирующего элемента 3 с помощью шагового двигателя 4. При этом положение элемента 3 определяется с помощью специаль­ного датчика перемещения. Клапан отличается компактностью и высо­кой эффективностью.

Фирма Pierburg выпускает для двигателей с искровым зажиганием пять систем, включающих в себя три разных клапана рециркуляции (с шибером и коническим клапа­ном) с электромагнитным приводом и с приводом от шагового двигате­ля. Клапаны обеспечивают расход ОГ от 0,5 до 20...50 кг/ч при пере­паде давления 200...300 мбар. Вес клапанов в сборе не превышает 400...700 граммов.

Системы фирмы Pierburg обес­печивают изменение Rc в зависимости от нагрузки, частоты враще­ния и температуры жидкости в сис­теме охлаждения двигателя.

Большое значение придается работе систем рециркуляции на переходных режимах. Большинство конструкций имеет высокие дина­мические характеристики: время открытия и закрытия клапанов не превышает 20...100 мс, что способствует значительному снижению вы­бросов NOX при испытаниях по ездовым циклам.

Анализ теоретического цикла с подводом теплоты при постоянном объеме, показывает, что при рециркуляции максимальная температура цикла (Tz) уменьшается приблизительно на 100 градусов на каждые 5% присадки ОГ. Такое же снижение Tz может быть получено при увеличе­нии  на 0,05 (от начального  = 1,0). С точки зрения термодинамиче­ского воздействия на Tz и на термический КПД цикла рециркуляция ОГ и обеднение смеси не имеют существенных различий. В то же вре­мя при рециркуляции ОГ концентрация кислорода в горючей смеси и продуктах сгорания не изменяется, а при обеднении смеси она возрастает, поэтому рециркуляция ОГ из-за большего затягивания про­цесса сгорания более эффективна, чем обеднение смеси.

Это обстоятельство вместе с ухудшением процессов воспламенения и сгорания при значительном обеднении смеси и объясняет, почему в двигателях с традиционной организацией рабочих процессов предпоч­тение отдается применению рециркуляции ОГ как способу снижения выбросов NOX.

В некоторых двигателях рециркуляция может достигать 40%, что по­зволяет бензиновому двигателю на малых нагрузках работать без дросселирования.

Нейтрализация ОГ

Многочисленные работы показали, что улучшение процесса сгора­ния, оптимизация управления составом смеси и углом опережения за­жигания не позволяют снизить токсичность ОГ до уровня, который обеспечил бы выполнение норм Евро II.

В связи с этим для снижения выбросов токсичных веществ широко используется специальная обработка (нейтрализация) отработавших газов в выпускной системе двигателя. Устройства, предназначенные для обработки ОГ, называются нейтрализаторами.

Сейчас используются нейтрализаторы двух типов: каталитические и термические. В первых процессы нейтрализации интенсифицируются за счет применения катализаторов, а во вторых - за счет высокой тем­пературы с добавлением к  ОГ воздуха.

 

Окислительные каталитические нейтрализаторы

Эти нейтрализаторы предназначены для окисления СО и СН:

CO+H2O=CO2+H2;

CnHn+(n+m/4)O2=nCO2+m/2 H2O;

H2+(1/2)O2=H2O.

Чтобы эти реакции успели завершиться за короткое время, в тече­ние которого ОГ проходят через нейтрализатор, в последнем необхо­димо создать окислительную среду и поддерживать температуру в пре­делах 250...800°С. При t<250°C эффективность катализатора невелика, а при t>1000°C наступает дезактивация нейтрализатора в результате спекания мелких кристаллов платины, что приводит к разрушению уча­стков платиновой поверхности. Дезактивация катализатора особенно велика в течение первых 20 тыс. км. пробега, а далее до 80 тыс. км пробега она, как правило, мала. Особенно быстро дезактивация насту­пает при использовании этилированного бензина, поэтому работа на нем недопустима. При эксплуатации температура в нейтрализаторе находится в пределах 400...600 °С, для чего его располагают вблизи выпускного коллектора.

Катализаторы, используемые для ускорения окисления СО и СН, обычно содержит 1...2 г платины и палладия. Каталитическое превращение СО при t>400°C может достигать 95...99%.

Углеводороды можно разделить на быстро и медленно сгорающие. К последним относятся предельные углеводороды малой молекулярной массы и, в первую очередь, метан. Если быстро сгорающие углеводоро­ды окисляются примерно на 95%, то метановые углеводороды окисляют­ся приблизительно на 10...70%. Окисление медленно сгорающих углево­дородов достигается в основном вследствие действия платины.

Что же касается палладия, то он особенно активен при окислении СО и быстро сгорающих углеводородов.

Если на выходе из нейтрализатора количество углеводородов вели­ко, то можно уменьшить угол опережения зажигания, что увеличит тем­пературу в нейтрализаторе и, соответственно, уменьшит выброс СН; но при этом топливная экономичность двигателя, естественно, ухудшится.

Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали толщиной 0,1...0,5 мм или в виде сферических гранул из оксида алюминия, которые укладываются в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками.

Чтобы обеспечить необходимый массоперенос между ОГ и катали­тической поверхностью, площадь последней увеличивают путем нане­сения на нее гамма-оксида алюминия (с пористой структурой), содер­жащего каталитический материал. Гранулы из оксида алюминия покры­ваются непосредственно каталитическим материалом. Блок-носитель помещают внутри корпуса нейтрализатора из жаропрочной нержавею­щей стали толщиной около 1,5 мм. Между блоком-носителем и корпу­сом ставится специальная терморасширяющаяся прокладка.

Для уменьшения вибрационных нагрузок со стороны двигателя ней­трализатор присоединяется к выпускному трубопроводу или к приемной трубе через шарнирное соединение или через компенсатор колебаний.

Если нейтрализатор расположен близко от выпускного коллектора, то при холодном пуске в нем быстрее достигается температура начала функционирования, что является положительным фактором. Однако при этом повышается эксплуатационная температура, а это может спо­собствовать дезактивации катализатора.

Как уже указывалось, для работы системы с каталитическим окисли­тельным нейтрализатором при использовании в двигателе обогащен­ных смесей необходимо к ОГ добавлять воздух. Для этого используют­ся специальные воздушные насосы или специальные клапанные уст­ройства (виброклапаны или пульсаторы), функционирующие под дейст­вием волн разрежения, возникающих в системе выпуска.

Применение каталитического окислительного нейтрализатора целе­сообразно, если  каким-либо способом можно обеспечить выбросы оксидов азота ниже значений, разрешенных нормами.

Трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы

Для нейтрализации образующегося в процессе сгорания смеси оксида азота NO используются реакции его восстановления до азота N2 и аммиака NH3. В качестве восстановителей используются находящиеся в ОГ СО, СН и Н2. При работе двигателя на стехиометрической смеси (=1) основным продуктом восстановления NO является N2, а на богатых смесях больше образуется NH3.

Для того, чтобы после восстановления NO образовывалось больше N2 и меньше NH3 катализатор помимо платины должен содержать родий (Rh). Соотношение в катализаторах количества Рt и Rh близко к 5, а в некоторых случаях достигает 12. Ряд фирм для снижения стоимости нейтрализатора применяют триметаллический катализатор: платина, палладий, родий в соотношении 1:16:1 или 1:28:1. На один нейтрализатор расходуется от 1,5 до 3 г платины. Применение этилированного бензина при использова­нии системы с трехкомпонентным нейтрализатором недопустимо.

Степень каталитического превращения различных газов в нейтрали­заторе оценивают коэффициентом преобразования

                                      (2),

где Кi - коэффициент преобразования io компонента; Сiвх Сiвых - концентрация этого компонента на входе и на выходе из нейтрализатора соответственно.

Рисунок 8 – Зона эффективной работы трехкомпонентного нейтрализатора

Как следует из рис. 8, наи­большая величина Ki одновре­менно по трем нормируемым компонентам достигается при работе двигателя на слегка обогащенной смеси вблизи ее стехиометрического состава (=0,98...0,99), так как в этом случае количество кислорода, освобождающегося при восста­новлении NО оказывается доста­точным для окисления Н2, СО и СН. Вблизи стехиометрической смеси коэффициенты преобразования изменяются очень резко, поэтому для эффективной рабо­ты нейтрализатора требуется обеспечить поддержание состава смеси (= 1) с высокой точностью, что удается достичь только путем использования систем дозирования топлива с электронным управлени­ем с отрицательной обратной связью.

Рисунок 9 - Управление топливоподачей по сигналу .-зонда: 1 - электронный блок управления; 2 - трехкомпонентный нейтрализатор; 3 - -зонд; 4 - электромагнитная форсунка; 5 - измеритель расхода воздуха

Принципиальная схема такой системы с впрыскиванием бензина по­казана на рис. 9. Количество впрыскиваемого форсункой 3 топлива зависит от длительности впрыскивания под постоянным перепадом меж­ду давлением топлива на входе и выходе из форсунки. Длительность впрыскивания задается электронным блоком управления 1 в зависимости от сигналов измерителей расхода воздуха и частоты вращения, а также ,от сигнала кислородного датчика (-зонд), показывающего отклонение состава смеси от стехиометрического и включённого в контур обратной связи системы регулирования. На режимах пуска и прогрева длительность впрыскивания (доза топлива) корректируется в зависимости от температурного состояния двигателя и температуры воздуха.

Такая система управления явля­ется замкнутой, так как поддержание стехиометрического состава смеси обеспечивается по сигналу -зонда. Любое отклонение состава смеси от заданной величины, необходимой для эффективной работы нейтрализатора, вызывает появление сигнала рассогласования, который использу­ется для соответствующего измене­ния (увеличения или уменьшения) длительности управляющего им­пульса форсунок, что приводит к со­ответствующему изменению подачи топлива.

Рисунок 10 - Схема циркониевого -зонда: 1 - электропроводное уплотне­ние; 2 - корпус; 3 - твердый элек­тролит; 4, 5 - внешний и внутрен­ний электроды

Рисунок 11 - Характеристика циркониевого -зонда при температуре 600°С

Принципиальная схема -зонда показана на рис.10, а его характе­ристика приведена на рис. 11.

Внешний 4 и внутренний 5 элек­троды -зонда (рис.10) выполнены из пористой платины или ее сплава и разделены слоем твердого электролита 3 из диоксида цирконии. Внешний электрод покрыт тонким защитным слоем керамики, внутренний электрод 5 находится в воздухе с постоянным парциальным давлением кислорода, а внешний 4 омывается отработавшими газами  в выпускной системе двигателя. Ионная проводимость твердого электролита, возникающая в результате разности парциальных давлений кислорода на внешнем и внутреннем электродах, обусловливает появление разности потенциалов между электродами.

При переходе состава смеси через стехиометрическое значение в область обедненных смесей напряжение на выходе датчика резко сни­жается от 700...1000 мВ до 50...100 мВ (рис.11). Характеристика -зонда позволяет определить стехиометрический состав смеси с по­грешностью не более ±0,5%.

Система нейтрализации ОГ на базе трехкомпонентного нейтрализатора сейчас получила повсеместное распространение как основной путь удовлетворения нормам Евро II и Евро III. Например, в Германии в 1995 г. эта система была установлена на 50% всех легковых автомобилей, тогда как окислительными нейтрализаторами были оборудованы только 6%.

Снижение выброса СН при пуске и прогреве двигателя

При использовании каталитических нейтрализаторов дальнейшее снижение выброса NOX может быть получено путем применения рецир­куляции, а уменьшение выброса СО - путем исключения режимов рабо­ты на богатых смесях.

Сложнее обеспечить выполнение перспективных норм на выброс СН. В первую очередь это связано с большой эмиссией СН на режи­мах пуска и прогрева. Например, современный двигатель с каталити­ческим трехкомпонентным нейтрализатором при испытаниях по аме­риканскому циклу в течение первых 100 с выбрасывает примерно 80% СН от общего количества (за все испытание). Это количество СН пре­восходит весь разрешенный выброс по нормам TLEV, LEV или ULEV. По нормам Евро III полагается начинать отбор газов для анализа сра­зу после запуска двигателя, а время работы на холостом ходу увеличить.

В первой фазе испытаний каталитический нейтрализатор не работает, так как температура в нем недостаточно высока, кроме того, двига­тель в это время работает на обогащенных смесях, и в ОГ нет кислоро­да, необходимого для окисления СН в нейтрализаторе.

Такие известные способы уменьшения образования СН в цилиндре, как, например, уменьшение защемленных объемов, увеличение S/D, повышение температуры в системе охлаждения, оптимизация смесе­образования и скорости сгорания при несколько пониженной степени сжатия недостаточны для решения этой проблемы.

Поэтому все большее значение приобретает использование различ­ных методов ускоренного прогрева нейтрализатора, а также подачи воздуха в поток ОГ до нейтрализатора с помощью специального насоса с электрическим приводом.

Ускоренный прогрев нейтрализатора достигается путем его установ­ки ближе к двигателю, термоизоляцией системы выпуска между выпу­скным клапаном и нейтрализатором, электрическим подогревом ней­трализатора, подогревом нейтрализатора путем сжигания перед ним топлива в горелке (рис. 12), уменьшением опережения зажигания с целью увеличения температуры ОГ.

Выше отмечалось, что А-зонд начинает работать при t=300°C, по­этому все чаще применяют его электрический подогрев.

Рисунок 12 - Система с пламенным подогревом нейтрализатора: 1 - форсунка; 2 - нейтрализатор; 3 - свеча для поджигания; 4 - воздушный насос

В некоторых случаях используется так называемый стартовый ней­трализатор, который имеет меньшие размеры, чем основной, и уста­навливается перед ним или параллельно (рис. 13).

Рисунок 13 - Система со стартовым нейтрализатором: 1 - двигатель; 2 - стартовый нейтрализатор; 3 - глушитель; 4 - основной нейтрализатор; 5 - кислородный датчик; 6 - заслонка

При параллельном расположении стартового нейтрализатора во время прогрева двигателя весь поток ОГ направляется в этот нейтра­лизатор, который быстро прогревается и начинает эффективно рабо­тать. Затем по мере прогрева двигателя поток ОГ специальной заслон­кой направляется в основной нейтрализатор.

Рисунок 14 иллюстрирует ускорение прогрева стартового нейтрализа­тора по сравнению с основным, а в табл. 2 показано снижение выбро­сов (г/км) токсических компонентов в результате электрического подог­рева нейтрализатора в течение 20 с при мощности 2 кВт. Это снижение по СН составляет около 3,5 раз, а по СО - почти в 5 раз (см. также таблицу 2).

Рисунок 14 - Изменение температуры в нейтрализа­торах при прогреве двигателя: 1 - стартовый нейтрализатор; 2 - основной ней­трализатор (при работе стартового); 3 - основной нейтрализатор (без стартового)

Таблица 2 - Снижение выбросов

Нейтрализатор

СН

СО

NOX

Без подогрева

0,20

1,9

0,07

С подогревом

0,06

0,40

0,05

Положительный эффект при последо­вательном включении стартового нейтрали­затора достигается вследствие его распо­ложения перед основ­ным нейтрализатором, т.е. ближе к выпуск­ному коллектору и меньших размеров, а значит и более быст­рого прогрева.

Термические нейтрализаторы

Термический нейтрализатор представляет собой реакционную ка­меру, в которой при высокой температуре (порядка 900°С) происходит окисление СО и СН. Если двигатель работает на обогащенной смеси, то требуется подача воздуха перед нейтрализатором с помощью довольно мощного компрессора. Топливная экономичность двигателя в этом случае будет невысокой.

При использовании термического нейтрализатора для двигателя, работающего на обедненных смесях, не требуется применение воз­душного компрессора. Однако в этом случае возникает проблема под­держания достаточной температуры в реакторе. Если ОГ находятся в реакторе от 50 до 100 мс при t = 700 °С, то концентрация СН снижается вдвое, т.е. Ксо = 50%. При t = 750...800 °С можно достичь полного пре­вращения СН (Ксн = 100%). Для окисления СО требуется более высокая температура. Например, для получения Ксо>50% требуется темпера­тура около 850°С. Существенно, что при использовании этилированных бензинов реакции в термическом нейтрализаторе тормозятся свинцом.

Большим недостатком термических нейтрализаторов является от­сутствие из-за недостаточной температуры положительного эффекта на режимах пуска и прогрева, когда выбросы СН и СО особенно велики.

Термический нейтрализатор начинает работать при существенно более высокой температуре (t = 600°С), чем каталитический.

Не удалось решить и проблему долговечности термического ней­трализатора из-за невозможности обеспечить достаточную прочность материалов для деталей нейтрализатора в условиях высоких эксплуа­тационных температур и коррозионной агрессивности ОГ, особенно при содержании в них свинца и фосфора.

По указанным причинам термические нейтрализаторы не получили распространения на автомобилях общего назначения.

Расчет выбросов загрязняющих веществ от автомобилей на СТО

Расчет выбросов загрязняющих веществ выполняет­ся для шести загрязняющих веществ: оксида углерода — СО, углеводородов — СН, оксидов азота NOX, в пересчете на диоксид азота NO2, твердых частиц — С, соединений серы, в пересчете на диоксид серы SO2 и соединений свинца — РЬ. Для автомобилей с бензино­выми двигателями рассчитывается выброс СО, СН, NOx, SO2 и РЬ (РЬ — только для регионов, где исполь­зуется этилированный бензин); с газовыми двигателями — СО, СН, NOX, SO2, с дизелями — СО, СН, NOx, С, SO2.

Выбросы i-го вещества одним из автомобилей k-й группы в день при выезде с территории или помеще­ния стоянки СТО М1ik и возврате M2ik рассчитываются по формулам (3, 4):

                          (3)

                               (4)

где mnpik — удельный выброс i-ro вещества при прогре­ве двигателя автомобиля k-й группы, г/мин;

mlik — пробеговый выброс i-ro вещества, автомобилем k-й группы при движении со скоростью 10-20 км/час, г/км;

mххik— удельный выброс i-ro вещества при работе двигателя автомобиля k-й группы на холос­том ходу, г/мин;

tпр — время прогрева двигателя, мин;

L1, L2 — пробег автомобиля по территории стоянки, км;

txxl, txx2 — время работы двигателя на холостом ходу при выезде с территории стоянки и возвра­те на нее (мин).

Значения удельных выбросов загрязняющих ве­ществ mпрik, mlik и mxxik для легковых автомобилей представлены в табл. 3-5.

В таблицах применяются следующие обозначения: тип двигателя: Б — бензиновый, Д — дизель, Г1 — газовый (сжатый природный газ); при использовании сжиженного нефтяного газа удельные выбросы загряз­няющих веществ равны выбросам при использовании бензина, выброс Рb отсутствует;

период года: Т — теплый; X — холодный; условия хранения: БП — открытая или закрытая неотапливаемая стоянка без средств подогрева; СП — открытая стоянка, оборудованная средствами подогре­ва. Для теплых закрытых стоянок удельные выбросы загрязняющих веществ в холодный и переходный пе­риод года принимаются равными удельным выбросам в теплый период.

При установке на автомобилях каталитических нейтрализаторов к данным удельных выбросов, приведен­ным в табл. 6-8, применяются понижающие ко­эффициенты, указанные в примечаниях к таблицам.

Введение понижающих коэффициентов к удельным выбросам, представленным в табл. 3-5,

Таблица 3 - Удельные выбросы загрязняющих веществ при прогреве двигателей легковых автомобилей

Рабочий объем двигателя, л

Тип двига­теля

Удельные выбросы загрязняющих веществ (гл щ,), г/км

CO

CH

NOx

SO2

Pb

Т

Х

Т

Х

Т

Х

Т

Х

АИ-92

Т

Х

БП

СП

БП

СП

БП

СП

БП

СП

БП

СП

До 1,2

Б

2,6

5,1

3,4

0,26

0,4

0,32

0,02

0,03

0,02

0,008

0,01

0,009

0,003

0,003

0,003

Свыше 1,2 до 1,8

Б

4

7,1

4,8

0,38

0,6

0,48

0,03

0,04

0,03

0,01

0,013

0,011

0,003

0,004

0,003

Свыше 1,8 до 3,5

Б

5

9,1

6,2

0,65

1

0,8

0,05

0,07

0,05

0,013

0,016

0,014

0,003

0,004

0,004

Свыше 3,5

Б

9,5

19

12,4

1,15

1,73

1,38

0,07

0,09

0,07

0,018

0,021

0,019

0,004

0,005

0,005

Примечания: 1. В переходный период значения выбросов СО, СН, С, SO2, Рb должны умножаться на коэффициент 0,9 от значений холодного периода. Выбросы NOX равны выбросам в холодный период.

Таблица 4 - Пробеговые выбросы легковых автомобилей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рабочий объем двигателя, л

Тип двига­теля

Удельные выбросы загрязняющих веществ (гл щ,), г/км

СО

сн

N0,

sso2

РЬ

АИ-93

А-92; А-76

т

X

т

X

Т

X

т

X

Т

X