Главная страница

Экологические проблемы двс и пути их решения


Скачать 107.93 Kb.
НазваниеЭкологические проблемы двс и пути их решения
Дата08.02.2016
Размер107.93 Kb.
ТипДокументы

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ДВС И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

Баубек А.А., Сулейменов Т.Б.

ЕНУ им.Л.Н.Гумилева

 

В настоящее время уменьшение загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, выделяемыми промышленными предприятиями и автомобильным транспортом, является одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством. Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на человека и окружающую среду. Материальный ущерб, вызываемый загрязнением воздуха, трудно оценить, однако даже по неполным данным он достаточно велик. За последние десятилетия человечество окончательно убедилось, что первым виновником загрязнения атмосферного воздуха – одного из основных источников жизни на нашей Планете, является детище научно-технического прогресса – автомобиль. Автомобиль, поглощая столь необходимый для протекания жизни кислород, вместе с тем интенсивно загрязняет воздушную среду токсичными компонентами, наносящими ощутимый вред всему живому и неживому. Вклад в загрязнение окружающей среды, в основном атмосферы составляет – 60 - 90%.

Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85% «летит на ветер». К тому же камеры сгорания автомобильного двигателя – это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу.

В настоящее время идет борьба с автомобильной опасностью. Конструируются фильтры, разрабатываются новые виды горючего, содержащие меньше свинца Сокращением добавок и переход к бессвинцовому бензину создает ряд технических проблем. Итак, в перспективе можно устранить рассеивание свинца ДВС. Но останутся другие вредные компоненты – угарный газ, окислы азота, канцерогенный бенз(а)пирен и т.п.

В  таблице 1 приведены данные  о количестве  токсичных компонентов, образующихся  при сгорании 1 кг топлива для усредненного легкового автомобиля  класса   “ Жигули”,  “Опель”, “Фиат” в зависимости  от типа двигателя — бензинового или дизельного.

Количество токсичных компонентов, выделяемых при сгорании 1 кг 
топлива, в граммах.

Таблица 1.

Компонент

Вид топлива

 

Бензин

Дизельное топливо

Окись углерода     (СО)

465, 00 (378)

20,00

Окислы азота         (NO)

15,8 0 (21,2)

18,10

Углеводороды       (C H )

23,20 (14,5)

4,10

Альдегиды

0,93

0,78

Ангидрид серной кислоты

1,86

7,80

Сажа, г/ м 3

1,00

5

Свинец

0,5



В с е г о : грамм

508,99

51,56

 

По оценке исследователей различных стран именно выхлопные газы автомобилей дают до 70-80 % отдельных загрязнителей Выбросы отработавших газов весьма неблагоприятно воздействуют на организм человека. О степени влияния вредных веществ на организм человека можно судить по данным, исследования, приведенным в таблице 2.

 

Влияние концентрации вредных веществ на организм человека

 

Таблица 2

 

Последствия и продолжительность воздействия

Содержание в воздухе, мг/м3

 

СО

SO2

NO2

Без заметного действия, несколько часов

115

65

15

Признаки легкого отравления или раздражение слизистых оболочек, через 2…4 ч

115-205

130

20

Возможно серьезное отравление, через 30 минут

230-3500

210-400

100

Опасно для жизни, при кратковременном воздействии

5700

1600

150

 

Международное сообщество, учитывая серьезность проблемы токсичности автомобилей, разработало ряд международных стандартов — Правил Европейской Экономической Комиссии  (ЕЭК) ООН по транспорту, регламентирующих нормы выбросов различных типов автомобилей (легковых, дизельных, работающих на бензине, дизельном топливе и т.д.) методы  газового анализа,  процедуру измерений, требования к техническим параметрам газоанализатора.

Сейчас в Казахстане действуют ГОСТы, принятые еще в 80-х годах прошлого столетия. В странах же Евросоюза еще в 1993 году был введен стандарт Евро-1, а с 2004 года действует стандарт Евро-4, с помощью которых они смогли решить проблему загрязнения окружающей среды. Подобный стандарт необходимо на Республиканском
уровне разработать новый Национальный стандарт, регламентирующий нормативы выбросов вредных веществ в атмосферу

В связи с актуальностью экологической проблемы крупных городов, во многих странах ведется работа по снижению токсичности автомобильных выхлопов. Рассматривается несколько направлений: создание новых модификаций бензина и искусственных моторных топлив, соответствующих более низкому уровню токсичности (ЕВРО-1, ЕВРО-2, Калифорнийский стандарт и т.д.). Объемы финансовых затрат на эти цели только в США исчисляются сотнями миллионов долларов. Для снижения токсичности выхлопных газов применяют каталитические дожигатели и фильтры, которые приводят к значительному удорожанию автомобиля, но мало эффективны в условиях эксплуатации поддержанного автотранспорта.

 

Выброс вредных веществ при сгорании различных топлив

Таблица 3.

 

Виды топлива

Выброс вредных веществ, г/км

CO

CH

NOx

Бензин

42

8,5

9,1

Сжиженный нефтяной газ

19

4,8

8,7

Сжатый природный газ

8,5

4,5

8,5

Бензин в смеси с водородом

3

2,8

4,55

Метанол

28

4,6

4,4

Метанол в смеси с бензином

32

5,4

7,6

Метанол в смеси с синтез-газом (H2+CO)

5

2,5

3,5

Cинтез-газ (H2+CO)

0

0,4

2,3

Водород

0

0

2,5

ЕВРО-4

2,72

0,93

-

 

Как следует из табл. 3, из широкого перечня моторных топлив смесь бензина с водородом близко соответствует европейскому стандарту ЕВРО-4. При этом расход бензина снижается на 30-40%. Наиболее низкое содержание NОх в продуктах сгорания наблюдается при нагрузках менее 50% максимальной мощности, т.е. при рабочих параметрах двигателя, представляющих наибольший интерес для условий городской эксплуатации автомобилей.

И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в атмосферу одинаковое количество углеводородов. Для здоровья человека опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления. Двигатель, работающий на бензине, выбрасывает сравнительно легко окисляющиеся вещества – этил и этилен, а газовый двигатель – метан, который из всех предельных углеводородов наиболее устойчив к окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен. Газ как моторное топливо не только не уступает бензину, но и превосходит его по своим свойствам.

Газ, в сравнении с бензином, горит при меньших концентрациях, т.е. при более «бедных» смесях. В случае повышения концентрации газа и обогащения смеси можно добиться увеличения мощности двигателя. Обедняя смесь, наоборот, можно понизить мощность. Возникает возможность изменением состава смеси регулировать мощность двигателя: газ как топливо значительно «послушнее» бензина.

Эксплуатация показала, что автомобили на газе более выносливы – в полтора-два раза дольше работают без ремонта. При сгорании газа образуется меньше твердых частиц и золы, вызывающих повышенный износ цилиндров и поршней двигателя. Кроме того, масляная пленка дольше держится на металлических поверхностях – ее не смывает жидкое топливо, и, наконец, газ практически не вызывает коррозию металла. Несмотря на многочисленные достоинства, закрывать заправочные станции и выбрасывать бензиновые канистры еще рано.

По своим свойствам сжиженный пропан-бутан почти не отличается от сжатого природного газа. То же высокое октановое число, те же неплохие экологические и эксплуатационные показатели. Есть у сжиженного пропан бутана и преимущество перед метаном – 225 литров этого горючего хватает на пробег около 500 километров, а метана, помещающегося в восьми баллонах – на вдвое меньший. На сжиженном газе работает вдвое меньше машин, чем на сжатом и вот почему. Пропан-бутана получают в 20...25 раз меньше, чем добывают природного газа.

Однако у сжиженного газа как автомобильного топлива есть и другие преимущества.

  1. 1.                 Очень важно то, что это экологически более чистое топливо, в выхлопе при работе на газе содержится меньше вредных веществ, в том числе СО (почти в два раза меньше).

  2. 2.                 Газ имеет более высокое октановое число (порядка 100 и даже выше в зависимости от состава). Соответственно, практически невозможны детонационные повреждения двигателя.

  3. 3.                 Уменьшается износ цилиндропоршневой группы. Во-первых при пуске холодного двигателя не образуется пленки из бензина, смывающей смазку. Во-вторых, газ сгорает медленнее и давление в цилиндрах нарастает не так быстро - в результате ударные нагрузки на детали двигателя меньше.

  4. 4.                 Благодаря лучшему смесеобразованию газа с воздухом газовая смесь равномернее распределяется по цилиндру - улучшается холостой ход двигателя, двигатель работает мягче и тише. Кроме того, после пуска холодного двигателя на газе можно ехать практически сразу, не требуется длительного прогрева как на бензине.

  5. 5.                 Газ не разжижает моторное масло, поэтому масло можно менять реже, чем при эксплуатации на бензине.

  6. 6.                 Практически не образуется нагара.

  7. 7.                 Газ по сравнению с бензином значительно чище, поэтому в карбюратор не попадает грязь.

По сравнению с бензином, у газа есть один недостаток: меньшая теплота сгорания. Поэтому при работе на газе мощность двигателя меньше примерно на 5 %.

Еще один недостаток - место в багажнике занимает.

Нефтяной газ представляет собой смесь пропана, бутана и незначительного количества (около 1%) непредельных углеводородов. Фактически на автомобильные газонаполнительные станции поступают две марки газа, регламентируемые соответствующими ГОСТами: зимняя (85-95% пропана) и летняя (45-55% пропана). Такое сочетание учитывает свойства СНГ в зависимости от окружающей температуры и позволяет круглый год эксплуатировать автомобиль на газе.

Таблица 4.

 

Параметры

Пропан

Бутан

Бензин

Молекулярная формула

C3H6

C4H10

C8H18

Плотность жидкости при t кипения и давлении 100 кПа, кг/м3

584

600

735

Температура кипения при давлении 100 кПа, Со

-42.1

-0.5

-45...135

Степень сжатия

10...12

7.5...8.5

8.2

Октановое число

110

95

92


     Как видно из таблицы 4 свойства компонентов СНГ отличаются от свойств бензина. Сжиженный нефтяной газ находится в баллоне под давлением собственных насыщенных паров при данной температуре, которое практически не зависит от количества газа в баллоне. Это свойство позволяет израсходовать практически полностью содержимое баллона.
   На автомобильные газонаполнительные станции (АГНС) поставляют летнюю и зимнюю смеси газов с различным содержанием пропана. В летней - 50±10% пропана, а зимней - 90±10%, Пропан испаряется во всем диапазоне рабочих температур, а бутан при температуре ниже 0 градуса по Цельсию не создает избыточного давления (остается жидким). Уменьшение количества пропана и увеличение бутана в летней смеси необходимо для ограничения роста давления в баллоне при положительных температурах окружающей среды. И наоборот, в зимней смеси пропана больше чем бутана для сохранения необходимого давления и надежной работы газовой системы питания при отрицательных температурах.