Чим небезпечний вихлопний газ? Зразковий склад вихлопних газів карбюраторних та

16.07.2019

Гази автотранспорту залишаються в приземному шарі атмосфери, що ускладнює їхнє розсіювання. Вузькі вулиці та високі будівлі також сприяють затримуванню токсичних з'єднань вихлопних газів у зоні дихання пішоходів. До складу вихлопних газів автотранспорту входить понад 200 компонентів, тоді як нормуються з них лише небагато (димність, оксиди вуглецю та азоту, вуглеводні).

Склад вихлопних газів залежить від ряду факторів: типу двигуна (карбюраторний, дизельний), режиму його роботи та навантаження, технічного стану та якості палива (табл. 10.4, 10.5).

Вихлопні гази, крім вуглеводнів, що входять до складу палива, містять продукти неповного його згоряння, такі як ацетилен, олефіни та карбонільні сполуки. Кількість ЛОС у вихлопних газах залежить від умов роботи двигуна. Особливо велика кількістьшкідливих домішок надходить у навколишнє повітря, коли двигун працює на «холостому» ходу - при короткочасних зупинках та на перехрестях.

До складу вихлопних газів входять такі токсичні речовини як чадний газ, оксиди азоту, сірчистий газ, сполуки свинцю та різні канцерогенні вуглеводні.

До складу вихлопних газів карбюраторних та дизельних двигунів входить близько 200 хімічних сполук, З яких найбільш токсичні оксиди вуглецю, азоту, вуглеводні, в т. Ч. Поліциклічні ароматичні вуглеводні (бенз(а)пірен та ін.). При спалюванні 1 л бензину в повітря надходить 200-400 мг свинцю, що входить до складу антидетонаційної присадки. Транспорт є також джерелом пилу, що виникає від руйнування дорожніх покриттівта стирання шин.

Оскільки склад вихлопних газів залежить від суміші палива та повітря та моменту запалювання, він також залежатиме і від характеру водіння. Для досягнення найбільшої потужності потрібні суміші з 10-15% збагаченням, в той час як найбільш економічною є швидкість при дещо меншому збагаченні палива. Для більшості двигунів на холостому ходіпотрібні збагачені суміші, і продукти горіння не повністю викидаються з циліндра. При прискоренні руху тиск у паливній системі знижується та паливо конденсується на стінках колектора. Для запобігання збідненню паливної суміші служить карбюратор, що забезпечує подачу більшої кількості палива при прискоренні руху. При зниженні швидкості за допомогою закритого дроселя вакуум у колекторі збільшується, знижується підсмоктування повітря і надмірно зростає насиченість суміші. За таких коливань викиди значною мірою залежить від вимог, що висуваються до двигуна (табл.[ ...]

Питання про вихлопні гази та аерозолі, що виділяються в повітря автомобільними двигунами, потребує значно більш інтенсивного вивчення. У цьому напрямку отримані вже деякі дані про склад вихлопних газів, з яких випливає, що їх склад змінюється під впливом численних факторів, куди входять конструкція двигуна, режим роботи і догляд за двигуном, а також пальне, що використовується (Faith, 1954; Fitton, 1954) . В даний час планується інтенсивне вивчення впливу всіх складових частинвихлопних газів у хронічному експерименті, на тваринах.

Безбарвний газ, без запаху та смаку. Щільність по відношенню до повітря 0,967. Температура кипіння – 190°С. Коефіцієнт розчинності у воді 0,2489 (20 °), 0,02218 (30 °), 0,02081 (38 °), 0,02035 (40 °). Вага 1 л газу при 0°З 760 мм рт. ст. 1,25 р. входить до складу різних газових сумішей, коксового, сланцевого, водяного, деревного, доменного газів, вихлопних газів автотранспорту та ін.

Відпрацьовані гази автомобілів та інших двигунів внутрішнього згорянняє основним джерелом забруднення атмосфери міст (до 40% всіх забруднень США). Багато фахівців схильні розглядати проблему забруднення атмосфери як проблему забруднення її відпрацьованими газами різних двигунів (автомобілі, моторні човни та судна, реактивні двигунилітаків і т. д.). Склад цих газів дуже складний, оскільки, крім вуглеводнів різних класів, Вони містять токсичні неорганічні речовини (оксиди азоту, вуглецю, сполуки сірки, галогени), а також метали та металорганічні сполуки. Аналіз подібних композицій, що містять неорганічні та органічні сполукиз широким інтервалом температур кипіння (вуглеводні С1-С12) зустрічає значні труднощі, і для його здійснення зазвичай використовують кілька аналітичних методів. Зокрема, оксид та діоксид вуглецю визначають методом ІЧ-спектроскопії, оксиди азоту- за допомогою хемілюмінесценції, а для виявлення вуглеводнів застосовують газову хроматографію. З її допомогою можна аналізувати і неорганічні компоненти вихлопних газів, причому чутливість визначення становить близько 10-4% для ЗІ, 10-2% для N0, 3-10-4% для С02 і 2-10“5% для вуглеводнів, але аналіз складний і трудомісткий.

На концентрації вихлопних газів у тунелі впливають: 1) інтенсивність, склад та швидкість транспортного потоку; 2) довжина, конфігурація та ступінь заглиблення тунелю; 3) напрям і швидкість панівних вітрів по відношенню до осі тунелю.

У табл. 12.1 наведено склад основних домішок у вихлопних газах бензинових та дизельних двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ).

Вище згадувалося, що склад вихлопних газів помітно змінюється зі зміною режиму роботи двигуна, тому реактор має бути розрахований з урахуванням зміни концентрацій. Крім того, для протікання реакції потрібні підвищені температури, тому реактор повинен забезпечувати швидке підвищення температури, так як в холодному реакторі буде конденсуватися вода. До технічних труднощів додається необхідна умоващоб система реактора функціонувала тривалий час без технічного догляду. На відміну від інших пристроїв у машині в цьому випадку автомобіліст не звертатиме увагу на систему реактора, що не дає йому практичної віддачі, і, можливо, він не отримає реальних сигналів про те, що система вийшла з ладу. Крім того, контролювати ефективність очисної системи шляхом регулярних перевірок та технічних оглядівзначно важче, ніж досягти певного середнього рівня надійності конструкції.

Кількісний та якісний склад вихлопних газів залежить від виду та якості палива, типу двигуна, його характеристик, технічного стану, кваліфікації механіків, забезпечення автогосподарства діагностичною апаратурою та ін.

Для визначення двоокису азоту у вихлопних газах двигунів внутрішнього згоряння автомобілів і в газах, що відходять, ванн регенерації срібла запропоновано непроточний електрохімічний осередок, що володіє тривалим ресурсом роботи - 120 діб. Робочим електродом служить платина або графіт, а допоміжним - вугілля марки Б. Поглинальний розчин має склад 3% КВг і 1% Н2304. Нижня межа аналізованої концентрації двоокису азоту даним непроточним осередком 0,001 мг/л.

У табл. 3 наведено орієнтовний склад вихлопних газів карбюраторних та дизельних двигунів (І. Л. Варшавський, 1969).

Значне забруднення атмосфери відбувається вихлопним! газами автомобільного транспорту До їх складу входить велика гама: токсичних речовин, головними з яких є: СО, NOx- вуглеводні, канцерогенні речовини. До забруднювачів повітряного басейну від автомобільного транспорту слід віднести також гумовий пил, що утворюється в результаті стирання автопокришок.

Технічний стан двигуна. Великий вплив на склад вихлопних газів технічний стандвигуна і насамперед карбюратора. Дослідження, проведені Ж-Г. Манусаджанцем (1971), показали, що після встановлення на автомобілях, що мали раніше підвищений вміст окису вуглецю у вихлопних газах (5-6%), нових правильно відрегульованих карбюраторів концентрація цього газу знизилася до 1,5% . Несправні карбюратори після ремонту та регулювання також забезпечували зменшення вмісту окису вуглецю у вихлопних газах до 1,5-2%.

Проста міра регулювання двигунів може знизити токсичність вихлопних газів у кілька разів. Тому у містах створюються контрольно-вимірювальні пункти для діагностики двигунів машин. В автогосподарстві на спеціальних бігових барабанах, що замінюють полотно дороги, машина проходить випробування, під час якого вимірюється хімічний складгазів двигуна за різних режимів роботи. Машина з викидом вихлопних газів на лінію не повинна випускатися. За наявними в літературі даними, один цей захід може знизити забруднення атмосферного повітря 1980 р. в 3,2 разу, а до 2000 р.-вчетверо.[ ...]

У схемі передбачається частину теплової енергії вихлопних газів в опалювальний період використовувати для теплофікаційних цілей КС, прилеглих населених пунктів, тепличних і тваринницьких господарств. Комплексна енерготехнологічна установка на КС включає до свого складу багато агрегатів, вузлів та обладнання, представлених на схемі рис.1, які показали високу економічність і успішно експлуатуються протягом тривалого часу в різних галузях промисловості.

В умовах Південно-Сахалінська, де основними забруднювачами є вихлопні гази автотранспорту та відходи ТЕЦ, спеціальних робітза впливом їх на окремі об'єкти рослинного світу не проводилося. У ході робіт з визначення мікроелементарного складу ряду рослин, у тому числі і лугових і бур'янів, були проведені деякі спостереження за вмістом токсичних мікроелементів у надземній масі рослин у межах міста та за його межами, а також на відпрацьованих картах, що рекультивуються, золовідвалу Південно-Сахалінської ТЕЦ . Хімічний склад залежить як від виду, так і від зовнішніх умов існування, тому для визначення свинцю бралися проби наступних видів рослин: їжаки збірної (Dactylis glomerata L.), конюшини повзучої (Trifolium repens L.), вейника Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii (Link)) Trin.), мятлика лугового (Роа pratensis L.), кульбаби аптечної (Taraxacum officinale Web.) - в межах міста, на узбіччях доріг і для контролю - у місцях, віддалених від антропогенного впливу.

Вже згадувалося, що сонячні промені можуть змінювати хімічний склад забруднювачів атмосферного повітря. Особливо це виступає у разі забруднювачів окисного типу, коли сонячні промені можуть призвести до утворення подразнюючого газу з недратівливого (Haagen-Smit a. Fox, 1954). Фотохімічні перетворення цього типу відбуваються при реакції між вуглеводнями, що містяться в повітрі, і оксидами азоту, причому головним джерелом як тих, так і інших є вихлопні гази автомобілів. Ці фотохімічні реакції мають настільки велике значення (наприклад, у Лос-Анжелосі), що для вирішення цієї приватної проблеми, що висувається вихлопними автомобільними газами, докладаються величезні зусилля. До вирішення цієї проблеми підходять із трьох різних сторін: а) шляхом зміни палива для двигунів; б) шляхом зміни конструкції двигуна; в) змінюючи хімічний склад вихлопних газів після їх утворення у двигуні.

Вам може здатися дивним, що тут не згадується окис вуглецю (чадний газ), який входить до складу вихлопних газів автомобіля. Щороку гине чимало людей, які мають звичку випробувати двигун у закритому гаражі або піднімати йсе скла біля машини. вихлопної системиякої є витік. У великих концентраціях чадний газ, безумовно, смертельний: поєднуючись з гемоглобіном крові, він перешкоджає перенесенню кисню від легень до всіх органів тіла. Але на відкритому повітрів переважній більшості випадків концентрація окису вуглецю настільки мала, що не становить небезпеки для здоров'я людини.

Зазначимо, що значна кількість окису вуглецю потрапляє у атмосферне повітряз вихлопними газами автомобілів та інших транспортних засобів, забезпечених карбюраторними двигунами внутрішнього згоряння, у вихлопі яких міститься СО від 2 до 10% (великі значення відповідають режимам малих оборотів). У зв'язку з цим особливу увагуприділяється освоєнню карбюраторів, що випускаються за умовною назвою «Озон» для легкових автомобілів «Жигулі». Завдяки ряду технічних новацій цей карбюратор дозволяє значно зменшити викид в атмосферу з вихлопними газами шкідливих для організму людини речовин. За рекомендацією Центрального науково-дослідного автомобільного та автомоторного інститутуна карбюраторі застосовано пристрій «Каскад», який оптимізує склад паливно-повітряної суміші, даючи цим можливість як зменшити токсичність викидів, а й знизити питому витрату бензина.[ ...]

Оксид вуглецю утворюється при неповному згорянні речовин, що містять вуглець. Він входить до складу газів, що виділяються в процесах виплавки і переробки чорних і кольорових металів, вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння, газів, що утворюються при вибухових роботах, і т. д.

Сучасні методи аналізу дозволяють поряд із віком окремих шарів льоду визначити склад повітря в період їх утворення, стежити за наростанням забруднення повітря. Так, у 1968 р. було встановлено, що рівень оксиду свинцю, що надходить у повітря переважно з вихлопними газами автомобілів, становить близько 200 мг на 1 т льоду. Автори книги «Обложені вічним льодом», з якої взяті ці цифри, коментують їх так: «Льод, цей безмовний свідок еволюції клімату Землі, сигналізує про величезну небезпеку. Чи дослухається до нього людство?» .[...]

Такі дослідження також створюють передумови для розробки спеціальних прогностичних моделей, що пов'язують склад палива та його властивості з викидами вихлопних газів для сімейств автомобілів, починаючи з ранніх транспортних засобів, не обладнаних каталітичними нейтралізаторами, до автомобілів останніх моделей, вироблених із застосуванням найновіших технологій. Цей взаємозв'язок між властивостями, складом і викидами є надзвичайно складним, тому такі моделі дозволяють розробникам палив знаходити певні межі складів паливних композицій, при яких зміни характеристик палива можуть надавати вимірний вплив на викиди вихлопних газів, що піддається кількісній оцінці. Ці межі складів, звичайно, залежатимуть як від типу автомобілів, що є на конкретному ринку, так і від можливостей виробництва палива. Таким чином, і в цьому випадку для розуміння всього процесу необхідно мати чітку картину, що характеризує обидва ці фактори.

Феноли використовують для дезінфекції, а також виготовлення клеїв та фенолформальдегідних пластмас. Крім того, вони входять до складу вихлопних газів бензинових та дизельних двигунів, утворюються при згорянні та коксуванні дерева та вугілля.

Під впливом викидів, що здійснюються промисловими підприємствами, хімічно активних покидьків та залишків від основного виробництва суттєво змінюється склад атмосферного повітря у містах. У ньому значно збільшується відсоток вмісту пилу, крім того, з'являються «сліди» речовин, не характерних для навколишнього середовища у природному стані. Зростання вихлопних газів автомобільного транспорту сприяє розвитку важких захворювань органів дихання. Викиди шкідливих речовинвід автотранспорту та промислових підприємств зумовлюють підвищену забрудненість повітря оксидами сірки, сульфатів, вуглекислого газу, чадного газу, оксидами азоту, сірководню, аміаку, ацетону, формальдегіду та ін. Дратівна дія атмосферних забруднень проявляється неспецифічною реакцією. У гострих випадках високого забруднення повітря відзначаються подразнення, кон'юнктиви, кашель, підвищене слиновиділення, спазм голосової щілини та інші симптоми. При хронічному забрудненості повітря відзначається відома варіабельність перерахованих симптомів та його менш виражений характер. Забруднення атмосферного повітря міст є тією причиною, яка збільшує опір струму повітря в дихальних шляхах.

Контроль за станом повітряного середовища в Федеративній республіці Німеччини здійснює мережу постів та 9 постійних станцій (Мюнхен), що стежать за вмістом в атмосфері шкідливих газів та пилу 15. Найбільш небезпечними для навколишнього середовища є речовини, що входять до складу вихлопних газів автомобілів. Дані вимірювань надходять до центру обробки, обладнаний ЕОМ, для складання необхідних характеристикзабруднення повітря та їх класифікації.

Автомобільний транспорт не належить до провідних джерел надходження сірчистого ангідриду в атмосферу. У книзі І. Л. Варшавського, Р. В. Малова «Як знешкодити відпрацьовані гази автомобіля» (1968) питання про сірчистий ангідрид як викид двигуна автомашини взагалі не розглядається. Ця позиція узгоджується з результатами досліджень у 1974-1975 роках повітря на магістралях жвавого автомобільного рухув Ленінграді, де спостерігалися поодинокі випадки незначного перевищення допустимих концентрацій сірчистого ангідриду (Г. В. Новіков та ін, 1975). Однак, за даними США (В. Н. Смеляков, 1969), річний викид оксидів сірки автомобілями в цій країні досягає 1 млн. т, тобто порівнянний з викидом твердих частинок. В Англії за 1954 рік, за даними РШоп (1956), викид сірчистого ангідриду двигунами автомашин склав 20 тис. т. та 0,02%-дизельних. Ці матеріали переконують у доцільності контролю концентрацій ангідриду на трасах інтенсивного руху автотранспорту.

Крім того, ці знання і даний підхід можуть застосовуватися для технологій двигунів, що знову розробляються. Як показано на рис. 1, очікується, що майбутній напрямок робіт з мінімізації викидів вихлопних газів традиційних двигунів зрушуватиметься у бік створення повністю оптимізованих систем, охоплюючи при цьому автомобіль, двигун та паливо. Основним чинником цього процесу буде знання того, як правильно підібрати склад спеціальних палив, щоб вони стали придатними для таких систем.

Як приклади практичного застосування перспективних лазерних діодів на РЬ, Бп, Ті можна навести два проекти, що розробляються американською фірмою «Техас-Інструмент» (Даллас). У першому з них розробляється компактний пристрій (вагою не більше 4,5 кг) на лазерному діоді, що перебудовується, для контролю промислових викидів з труб на вміст 302, N02 н інших газів. Другий проект має на меті створення зручного приладу для контролю вихлопних газів автомобілів на вміст СО, С02, залишків вогневоднів, що не згоріли, і серусодержащих газів. Побудовані макети є матрицями з ряду лазерних днодів, налаштованих кожен на певний газ і пов'язаних оптичними аналогічними матрицями фотоприймачів. Прилад повинен поміщатися безпосередньо у вихлопний струмінь. Труднощі пов'язані з розробкою зручного охолоджувача, необхідного для забезпечення безперервного режиму випромінювання лазера. Цей прилад створюється як масовий контрольний засіб у зв'язку з проектом державного стандарту США, що розробляється, на допустимий склад вихлопних газів. Обидва прилади будуються на абсорбційному методі.

Хоча регулювання вмісту сірки в паливі та вибір альтернативного палива і володіють потенційною можливістю забезпечення непрямого зниження шкідливих вихлопів автомобілів, з точки зору перспектив нафтової компанії основним фактором, що враховується при розробці палива з низьким рівнем шкідливих викидів, є можливість безпосереднього впливу на викиди вихлопних газів таких властивостей палива, як вуглеводневий склад, леткість, щільність, цетанове числоі т. п., а також включаються до складу палива кисневмісних сполук (окислювачів) або біопалив. У розділі розглядається перше питання. Остання тема більш докладно обговорюється у статті, що публікується в цьому ж журналі.

Кругообіги азоту та сірки все більше піддаються впливу промислового забруднення повітря. Окиси азоту (N0 і N02) і сірки (50г) з'являються в ході цих кругообігів, але лише як проміжні стадії і присутні в більшості місцеперебування в дуже малих концентраціях. Спалювання викопного палива сильно збільшило вміст летких оксидів у повітрі, особливо у містах; у такій концентрації вони стають небезпечними для біотичних компонентів екосистем. У 1966 р. ці оксиди становили близько третини загальної кількості (125 млн. т) промислових викидів у США, Основне джерело БОг - теплові електростанції, що працюють на вугіллі, а основне джерело N02 - автомобільні мотори. Л), а оксиди азоту завдають шкоди, потрапляючи у дихальні шляхи вищих тварин та людини. В результаті хімічних реакцій цих газів з іншими забруднюючими речовинами шкідлива дія тих та інших посилюється (відзначається свого роду синергізм). Розробка нових типів двигунів внутрішнього згоряння, очищення пального від сірки та перехід від теплових електростанцій до атомних дозволять усунути ці серйозні порушення у кругообігах азоту та сірки. Зауважимо у дужках, що такі зміни у способах виробництва енергії людиною висунуть інші проблеми, про які треба подумати заздалегідь (див. гл. 16).

Ця обставина визначає і наступний аргумент на користь вітчизняної водневої енергетики. Він полягає у необхідності глобального підходу до вирішення таких проблем. Тенденція до загальної інтеграції торговельно-економічної системи сьогодні така, що вимагає аналізу світового ринку для переважної номенклатури товарів та послуг. У умовах Росія не може бути вирвана з глобальних промислових і торгово-економічних зв'язків. Не можна не рахуватися, не несучи при цьому великих матеріальних і моральних втрат, з дедалі жорсткішими екологічними вимогами, що закріплюються національними та міжнародним законодавством. Закон про «Чисте повітря», прийнятий конгресом США, вже згадані вище посилення на хімічний склад вихлопних газів повітряного та наземного транспорту в Західній Європі та інших регіонах планети, а також низка інших законодавчих заходів є основою для Глобального екологічного кодексу. Назріла необхідність створення національної концепції використання водню в паливній базікраїни як екологічно чистого пального для повітряного та наземного транспорту. Така концепція та відповідна національна програма можуть бути розроблені в рамках конверсії оборонних галузей промисловості.

При вивченні забруднення навколишнього середовища викидами будь-якого промислового підприємства зазвичай враховують лише ті хімічні речовини, які на основі технологічного процесуможуть вважатися пріоритетними за валовим викидом в атмосферне повітря або стічні води. Тим часом значна частина вихідних і кінцевих продуктів виробництва має досить високу реакційну здатність. Тому є підстави припускати, що ці сполуки взаємодіють не лише на стадії технологічного процесу. Не можна виключати можливість такої взаємодії у повітрі виробничих приміщень, Звідки новостворені продукти як неорганізовані викиди потрапляють в атмосферне повітря. Нові хімічні речовини можуть виходити в результаті хімічних та фотохімічних реакцій у забрудненому атмосферному повітрі, а також у воді та ґрунті. Прикладом може бути утворення нових хімічних речовин із продуктів неповного згоряння палива, що входить до складу вихлопних газів автомобілів. В даний час досить повно вивчено шляхи фотохімічного окислення цих продуктів. Доведено можливість забруднення атмосферного повітря якісно новими хімічними речовинами, не зазначеними в технологічному регламенті підприємств, що вивчаються.

Щорічно кількість машин у містах збільшується, а отже й підвищується концентрація вихлопних газів. Яку дію чинять на організм продукти роботи двигуна можна дізнатися, розібравшись у їх складі.

Розвиток всього людства незмінно супроводжується зростанням населення та, звичайно ж, потреб. Одночасно з цим розвивається промисловість та автомобільний транспорт, а довкілля викидається дедалі більше отруйних хімікатів. Близько 90 відсотків сукупного обсягу забруднень складають вихлопні гази від автомобілів. Ця проблема сьогодні набуває все більшої актуальності.

Автомобільні вихлопні гази - це своєрідний коктейль із кількох сотень хімікатів, які можуть завдати шкоди і людському здоров'ю, і екології. Вони виділяються у процесі згоряння палива.

Статистика свідчить, що одна «легковик» виділяє за добу в навколишнє середовище в середньому до одного кілограма канцерогенів, токсинів та технічних компонентів. При цьому шкідливі речовини акумулюються і можуть утримуватися в атмосфері до 5-6 років. Вони можуть нашкодити і довкіллю, і людині, і рослинам, і тваринам.

Коли концентрація вихлопних газів у повітрі перевищує норму, то вони негативно впливають і на людське самопочуття. Найбільше від їхнього впливу страждають водії таксі та маршруток, а також люди, які проводять багато часу в автопробках. При цьому шкідливими вважаються дизельні двигуни, які можуть відпрацювати багато сажі.

Викиди з вихлопної труби автомобілів миттєво впливають на органи дихання, причому у дорослих набагато менше, ніж у дітей. Зумовлено це тим, що максимальна концентрація газів зосереджена приблизно на рівні дитячої особи.

Склад вихлопних газів автомобілів

Шкода навколишньому середовищу завдається завдяки токсинам, які містяться у вихлопних газах. З них особливо виділяються такі хімічні сполуки:

За статистикою, автобуси та вантажівки виробляють набагато більше вихлопних газів, ніж легкові автомобілі та мотоцикли. Це пов'язано з обсягом двигунів та режимом їх роботи.

Вплив на організм людини

У своєму складі вихлопні гази автомобілів мають отруйні та шкідливі хімічні сполуки, можуть спричиняти розвиток хронічних та гострих захворювань. В органах дихання при цьому можуть виникати такі патології:

астма;
алергія;
бронхіт;
злоякісні новоутворення;
гайморит;
емфізема;
запалення дихальних шляхів.

Крім того, через вміст шкідливих речовин у викидах може страждати і серцево-судинна система. Для неї характерні такі явища:

запаморочення;
задишка та утруднення дихання;
ознаки стенокардії;
формування тромбозів;
інфаркт міокарда.

Речовини, що є у складі вихлопів автомобілів, можуть накопичуватися всередині організму. Через це відбувається його зашлаковування, що веде до розвитку серйозних хвороб. Про вплив вихлопних газів на здоров'я людини ведеться дуже багато суперечок, але вони зводяться до того, що шкода неминуча.

Багато людей ще зі шкільної лави знають, що рослини можуть «дихати». Тобто, вони теж відчувають на собі вплив вихлопних газів. Мікрочастинки токсинів отруюють тіло рослини, тому дерева та квіти, що ростуть уздовж доріг, виглядають так тьмяно і мляво.

Крім того, величезний обсяг вплинув і на склад кліматичних опадів. Саме через експлуатацію транспортних засобів дедалі частіше виникають кислотні дощі, різнокольорові тумани чи темний сніг. Звісно, такі опади сприяють очищенню повітря, але забруднення у своїй потрапляють у землю. Після цього важкі метали та хімічні сполуки поширюються далі, через сільськогосподарські культури та тваринні корми. Такий «кругообіг» шкідливих речовин згубно впливає на стан здоров'я.

Заходи захисту

Максимальна шкода автомобільні викидинадають на людей, які довго стоять у пробках. Автомобілісти, не маючи протигазу або респіратора, буквально змушені їх вдихати. Однак ротову порожнину або ніс можна закрити шарфом або хусткою. Тканина не зможе захистити від потрапляння шкідливих речовин до організму, але вона хоча б мінімізує їхню кількість.

Якщо доводиться часто стояти в автопробках, то раціон рекомендується доповнити зеленими овочами, ягодами та насінням. Також бажано пити якнайбільше води, тому що вона усуває інтоксикацію.

Вплив вихлопних газів на довкілля поширюється також на будинки та квартири, що знаходяться поряд з автострадами. Найчастіше вихлопи у житло потрапляють через кватирки та вікна. Фахівці для підвищення безпеки радять встановлювати герметичні конструкції, а для провітрювання користуватись бризерами.

Сьогодні вчені все ще продовжують розробляти альтернативні види пального, електромобілі та інші екологічні технології. Але поки що це лише питання майбутнього, тому проблема викиду вихлопних газів зараз є такою актуальною.

Вихлопні гази (або відпрацьовані гази) - основне джерело токсичних речовин двигуна внутрішнього згоряння - це неоднорідна суміш різних газоподібних речовинз різноманітними хімічними та фізичними властивостями, що складається з продуктів повного та неповного згоряння палива, надлишкового повітря, аерозолів та різних мікродомішок (як газоподібних, так і у вигляді рідких та твердих частинок), що надходять із циліндрів двигунів у його випускну систему. У своєму складі вони містять близько 300 речовин, більшість із яких токсичні.

Основними нормованими токсичними компонентами вихлопних газів двигунів є оксиди вуглецю, азоту та вуглеводню. Крім того, з вихлопними газами в атмосферу надходять граничні та ненасичені вуглеводні, альдегіди, канцерогенні речовини, сажа та інші компоненти. Орієнтовний склад.

Склад вихлопних газів

Компоненти вихлопного газу	Зміст за обсягом, %		Токсичність
	Двигун
	бензин	дизель
Азот	74,0 - 77,0	76,0 - 78,0	ні
Кисень	0,3 - 8,0	2,0 - 18,0	ні
Пари води	3,0 - 5,5	0,5 - 4,0	ні
Диоксид вуглецю	5,0 - 12,0	1,0 - 10,0	ні
Оксид вуглецю	0,1 - 10,0	0,01 - 5,0	так
Вуглеводні неканцерогенні	0,2 - 3,0	0,009 - 0,5	так
Альдегіди	0 - 0,2	0,001 - 0,009	так
Оксид сірки	0 - 0,002	0 - 0,03	так
Сажа, г/м3	0 - 0,04	0,01 - 1,1	так
Бензопірен, мг/м3	0,01 - 0,02	до 0,01	так

При роботі двигуна на етильованому бензині у складі вихлопних газів є свинець, а у двигунів, що працюють на дизельне паливо- Сажа.

Оксид вуглецю (CO - чадний газ)

Прозорий отрутний газ, що не має запаху, трохи легший за повітря, погано розчинний у воді. Оксид вуглецю є продуктом неповного згоряння палива, на повітрі горить синім полум'ям з утворенням діоксиду вуглецю (вуглекислого газу). У камері згоряння двигуна CO утворюється при незадовільному розпилюванні палива, в результаті холоднопламенних реакцій, при згорянні палива з нестачею кисню, а також внаслідок дисоціації діоксиду вуглецю при високих температурах. При наступному згорянні після займання (після верхньої мертвої точки, на такті розширення) можливе горіння оксиду вуглецю за наявності кисню з утворенням діоксиду. При цьому процес вигоряння CO продовжується і у випускному трубопроводі. Слід зазначити, що з експлуатації дизелів концентрація CO у вихлопних газах невелика (приблизно 0,1 - 0,2%), тому, зазвичай, концентрацію CO визначають для бензинових двигунів.

Оксиди азоту (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, надалі NOx)

Оксиди азоту є одними з найбільш токсичних компонентів газів, що відпрацювали. За нормальних атмосферних умов азот є дуже інертним газом. При високих тисках і особливо температурах азот активно входить у реакцію з киснем. У вихлопних газах двигунів понад 90% всієї кількості NOx становить оксид азоту NO, який ще системи випуску, а потім і в атмосфері легко окислюється в діоксид (NO2). Оксиди азоту дратівливо впливають на слизові оболонки очей, носа, руйнують легкі людини, оскільки під час руху дихальним трактом вони взаємодіють із вологою верхніх дихальних шляхів, утворюючи азотну і азотисту кислоти. Як правило, отруєння організму людини NOx проявляється не відразу, а поступово, причому якихось нейтралізуючих засобів немає.

Закис азоту (N2O геміоксид, газ, що веселить) газ з приємним запахом, добре розчинний у воді. Має наркотичну дію.

NO2 (діоксид) блідо-жовта рідина, що бере участь у освіті смогу. Діоксид азоту використовується як окислювач у ракетному паливі. Вважається, що для організму людини оксиди азоту приблизно в 10 разів небезпечніші за CO, а при врахуванні вторинних перетворень у 40 разів. Оксиди азоту становлять небезпеку для листя рослин. Встановлено, що їхній безпосередній токсичний вплив на рослини проявляється при концентрації NOx у повітрі в межах 0,5 - 6,0 мг/м3. Азотна кислота викликає сильну корозію вуглецевих сталей. На величину викиду оксидів азоту значно впливає температура в камері згоряння. Так, у разі підвищення температури від 2500 до 2700 До швидкість реакції збільшується в 2,6 разу, а при зменшенні від 2500 до 2300 К - зменшується в 8 разів, тобто. що температура, то вище концентрація NOx. Раннє упорскування палива або високий тиск стиснення в камері згоряння також сприяють утворенню NOx. Чим вища концентрація кисню, тим вища концентрація оксидів азоту.

Вуглеводні (CnHm етан, метан, етилен, бензол, пропан, ацетилен та ін.)

Вуглеводні органічні сполуки, молекули яких побудовані лише з атомів вуглецю та водню, є токсичними речовинами. У вихлопних газах міститься більше 200 різних CH, які діляться на аліфатичні (з відкритим або закритим ланцюгом) і містять бензольне або ароматичне кільце. Ароматичні вуглеводні містять у молекулі один або кілька циклів із 6 атомів вуглецю, з'єднаних між собою простими або подвійними зв'язками (бензол, нафталін, антрацен та ін.). Мають приємний запах. Наявність CH у відпрацьованих газах двигунів пояснюється тим, що суміш у камері згоряння є неоднорідною, тому у стінок, в перезбагачених зонах, відбувається гасіння полум'я і обрив ланцюгових реакцій. мають неприємний запах. CH є причиною багатьох хронічних захворювань. Токсичні також пари бензину, які є вуглеводнями. Допустима середньодобова концентрація парів бензину становить 1,5 мг/м3. Зміст CH у вихлопних газах зростає при дроселюванні, під час роботи двигуна на режимах примусового холостого ходу (ПХХ, наприклад, при гальмуванні двигуном). При роботі двигуна на зазначених режимах погіршується процес сумішоутворення (перемішування паливоповітряного заряду), зменшується швидкість згоряння, погіршується займання і, як результат, виникають його часті пропуски. Виділення CH викликається неповним згорянням поблизу холодних стінок, якщо до кінця згоряння залишаються місця з сильним локальним недоліком повітря, недостатнім розпилюванням палива, при незадовільному завихренні повітряного заряду та низьких температурах (наприклад, режим холостого ходу). Вуглеводні утворюються в перезбагачених зонах, де обмежений доступ кисню, а також поблизу порівняно холодних стін камери згоряння. Вони відіграють активну роль в утворенні біологічно активних речовин, що викликають подразнення очей, горла, носа та їх захворювання, і завдають шкоди рослинному та тваринному світу.

Вуглеводневі сполуки надають наркотичну дію на центральну нервову систему, можуть бути причиною хронічних захворювань, а деякі ароматичні CH мають отруйні властивості. Вуглеводні (олефіни) та оксиди азоту за певних метеорологічних умов активно сприяють утворенню смогу.

Зміг від вихлопних газів.

Зміг (Smog, від smoke дим і fog - туман) отруйний туман, що утворюється в нижньому шарі атмосфери, забрудненої шкідливими речовинами від промислових підприємств, вихлопними газами від автотранспорту та установок, що тепловиробляють при несприятливих погодних умовах. Він є аерозоль, що складається з диму, туману, пилу, частинок сажі, крапельок рідини (у вологій атмосфері). Виникає в атмосфері промислових міст за певних метеорологічних умов. Шкідливі гази, що надходять в атмосферу, вступають у реакцію між собою і утворюють нові, у тому числі і токсичні сполуки. У атмосфері у своїй відбуваються реакції фотосинтезу, окислення, відновлення, полімеризації, конденсації, каталізу тощо. Внаслідок складних фотохімічних процесів, що стимулюються ультрафіолетовою радіацією Сонця, з оксидів азоту, вуглеводнів, альдегідів та інших речовин утворюються фотооксиданти (окислювачі).

Низькі концентрації NO2 можуть створити велику кількість атомарного кисню, який у свою чергу утворює озон і знову реагує на речовини, що забруднюють атмосферне повітря. Наявність в атмосфері формальдегіду, вищих альдегідів та інших вуглеводневих сполук також сприяє разом із озоном утворенню нових перекисних сполук. Продукти дисоціації взаємодіють із олефінами, утворюючи токсичні гідроперекисні сполуки. При їх концентрації понад 0,2 мг/м3 настає конденсація водяної пари у вигляді дрібних крапель туману з токсичними властивостями. Їхня кількість залежить від сезону року, часу доби та інших факторів. У спекотну суху погоду зміг спостерігається у вигляді жовтої пелени (колір надає присутній у повітрі діоксид азоту NO2 крапельки жовтої рідини). Зміг викликає подразнення слизових оболонок, особливо очей, може спричинити головний біль, набряки, крововиливи, ускладнення захворювань дихальних шляхів. Погіршує видимість на дорогах, збільшуючи цим кількість дорожньо-транспортних пригод. Небезпека для життя людини велика. Так, наприклад, лондонський смог 1952 р. називають катастрофою, оскільки за 4 дні від смогу загинуло близько 4 тис. осіб. Наявність в атмосфері хлористих, азотних, сірчистих сполук і крапельок води сприяє утворенню сильних токсичних сполук і пар кислот, що згубно позначається на рослинах, а також спорудах, особливо на історичних пам'ятниках, складених з вапняку. Природа смогів різна. Наприклад, у Нью-Йорку утворенню смогу сприяють реакції фтористих та хлористих сполук з крапельками води; у Лондоні присутність парів сірчаної та сірчистої кислот; у Лос-Анджелесі (каліфорнійський чи фотохімічний смог) наявність в атмосфері оксидів азоту, вуглеводнів; в Японії - присутність в атмосфері частинок сажі та пилу.

Викиди двигунів внутрішнього згоряння (ДВС) поділяються на викиди від карбюраторних та дизельних двигунів. Такий поділ пов'язаний з тим, що карбюраторні двигуни (КД) працюють з однорідними паливно-повітряними сумішами, тоді як дизельні двигуни (ДД) – з гетерогенними сумішами.

Викиди забруднень від двигунів внутрішнього згоряння карбюраторного типу включають вуглеводні, оксиди вуглецю, оксиди азоту та нерегулярні викиди. Забруднення виникають внаслідок реакцій та в процесі горіння в обсязі та на поверхнях. Прорив газів через поршневі кільця та вихлоп із циліндрів є менш інтенсивним джерелом викидів забруднень.

У 1980 р. 4 % легкових і вантажних автомобілів, що випускаються у світі, було оснащено дизелями, а до кінця 80-х років цей показник зріс до 25 %. Основні викиди забруднень дизельних двигунів самі, як і карбюраторних двигунів (вуглеводні, оксид вуглецю, оксиди азоту, нерегулярні викиди), але до них додаються частинки вуглецю (сажевий аерозоль).

Легковий автомобіль викидає оксиду вуглецю СО до 3 м3/год, вантажний - до 6 м3/год (3…6 кг/год).

Про склад вихлопних газів автомобілів з різними типами двигунів можна судити за даними, наведеними у табл. 8.1.

		Таблиця 8.1.
Зразковий склад вихлопних газів автомобілів

Компоненти
	карбюраторний	дизельний двигун
	двигун


H2 Про (пари)
СО2

Оксиди азоту		2. 10-3 -0,5
Оксиди азоту
Вуглеводні		1. 10-3 -0,5
Альдегіди		1 . 10 - 3 -9 .10 -3

	0-0,4 г/м3	0,01-1,1 г/м3
Бензапірен	(10-20). 10-6 г/м3	до1. 10-5 г/м3

Викиди оксиду вуглецю та вуглеводнів у карбюраторних двигунів істотно вищі, ніж у дизельних двигунів.

8.2. Зниження викидів двигунів внутрішнього згоряння

Підвищення екологічних показників автомобіля можливе за рахунок проведення комплексу заходів щодо вдосконалення його конструкції та режиму експлуатації. До покращення екологічних показників автомобіля призводять: підвищення його економічності; заміна бензинових ДВЗ на дизельні; переклад ДВЗ на використання альтернативних палив (стиснений або скраплений газ, етанол, метанол, водень та ін.); застосування нейтралізаторів відпрацьованих газів ДВЗ; вдосконалення режиму роботи ДВСі технічне обслуговуванняавтомобіля.

Відомі та застосовуються ряд методів зниження токсичності вихлопних газів. Серед них робота автомобіля в умовах, коли двигун виділяє найменшу кількість токсичних речовин (зменшення гальмування, рівномірний рух із певною швидкістю тощо); застосування спеціальних присадок до палива, що збільшують повноту його згоряння та зменшують викид СО (спирти, інші сполуки); полум'яне допалювання деяких шкідливих компонентів.

У карбюраторних двигунах співвідношення між повітрям та паливом впливає на вміст вуглеводнів та оксиду вуглецю у вихлопі. Так, наприклад, викиди збільшуються зі збільшенням збагачення суміші. Зміст ЗІ збільшуєтьсячерез неповне згоряння, викликане недоліком кисню в суміші. Збільшення вмісту вуглеводнів відбувається в першу чергу через збільшення адсорбції палива та посилення механізму неповного згоряння палива. Бідні суміші створюють нижчі концентрації Сn Нm і СО у викиді внаслідок їх повного згоряння.

У дизельних двигунах потужність змінюється при зміні кількості палива, що впорскується. В результаті змінюється розподіл струменя палива, кількість палива, що ударяється об стінку, тиск у циліндрі, температура, а також тривалість упорскування.

Фахівці вважають, що для помітного зниження шкідливих викидів необхідно скоротити споживання бензину з 8 літрів (на 100 км пробігу – до 2…3 л. Це потребує вдосконалення пристрою двигуна та якості палива; переходу на неетилізований бензин; застосування каталітичного допалу для зменшення викиду ЗІ; впровадження електрон-

ної системи управління процесів горіння палива; та інші заходи, зокрема застосування глушників шуму у системі вихлопу.

Підвищення паливної економічності автомобіля досягається головним чином за рахунок вдосконалення процесу згоряння ДВС: пошарове спалювання палива; форкамерно-факельне спалювання; застосування підігріву та випаровування палива у впускному тракті; використання електронного запалювання. Додатковими резервами підвищення економічності автомобіля є:

- зниження маси автомобіля за рахунок удосконалення його конструкції та застосування неметалічних та високоміцних матеріалів;

- поліпшення аеродинамічних показників кузова (останні моделі легкових автомобілів мають, як правило, на 30...40% менший коефіцієнт лобового опору);

- зниження опору повітряних фільтрівта глушників, відключення допоміжних агрегатівнаприклад вентилятора і т. п.;

- зниження маси палива, що перевозиться (неповне заповнення баків) і маси інструментів.

Сучасні моделі легкових автомобілів суттєво відрізняються за паливною економічністю від попередніх моделей.

Перспективні марки легкових автомобілів матимуть витрату бензину 3,5 л/100 км і менше. Підвищення економічності автобусів та вантажних автомобілів досягається насамперед застосуванням дизельних ДВС. Вони мають екологічні переваги в порівнянні з бензиновими ДВС, оскільки мають меншу на 25...30% питому витрату палива; крім того, склад відпрацьованих газів у дизельного ДВЗ менш токсичний (див. табл. 8.1).

Екологічні переваги в порівнянні з бензиновими ДВС мають двигуни, що працюють на альтернативних паливах. Загальне уявленняпро зниження токсичності ДВЗ при переході на альтернативне паливо можна отримати з даних, наведених у табл. 8.2.

Таблиця 8.2 Токсичність викидів ДВЗ на різних паливах

Багато вчених бачать часткове вирішення екологічної проблеми у переведенні автомобілів на газоподібне паливо. Так, вміст окису уг-

лероду у вихлопах газомобілів менше на 25...40 %; окису азоту на 25...30%; сажі на 40...50%. При використанні в автомобільних двигунахскрапленого чи стиснутого газу вихлопні гази майже містять оксиду вуглецю. Вирішенням проблеми стало б широке застосуванняелектромобіля. Електромобілі, що випускаються, мають обмежений радіус дії через обмежену ємність і велику масу батарей. Наразі ведуться широкі дослідження у цій галузі. Деякі позитивні результати вже досягнуто. Зниження токсичності викидів може бути досягнуто зменшенням вмісту сполук свинцю в бензині без погіршення його енергетичних якостей.

Переведення на газове паливо не передбачає значних змін у конструкції ДВЗ, проте стримується відсутністю станцій заправки та необхідної кількостіавтомобілів, що переобладнані для роботи на газі. Крім того, автомобіль, переобладнаний для роботи на газовому паливі, втрачає вантажопідйомність через наявність балонів і запас ходу приблизно в 2 рази (200 км. проти 400…500 км. у бензинового автомобіля). Ці недоліки частково усунуті при переведенні автомобіля на скраплений природний газ.

Застосування метанолу та етанолу потребує змін конструкції ДВС, оскільки спирти більш хімічно активні до гум, полімерів, мідних сплавів. У конструкцію ДВСнеобхідно вводити додатковий підігрівач для запуску двигуна в холодну пору року (при t< -25 °С); необходима перерегулировка карбюратора, так как изменяется стехиометрическое отношение расхода воздуха к расходу топлива. У бензиновых ДВС оно равно 14,7; у двигателей на метаноле - 6,45, а на этаноле - 9. За рубежом (Бразилия) применяют смеси бензина и этанола в пропорции 12:10, что позволяет использовать бензинові ДВЗз незначними змінами їхньої конструкції, дещо підвищуючи при цьому екологічні показники двигуна.

Незважаючи на те, що викиди токсичних речовин (Сn Нm та СО) з картера та паливної системидвигуна принаймні на порядок нижче за викиди вихлопних газів, в даний час розробляються методи спалювання картерних газівДВЗ. Відома замкнута схема нейтралізації картерних газів з подачею їх у впускний трубопровід двигуна з подальшим допалюванням. Замкнута система вентиляції картера з поверненням картерних газів до карбюратора зменшує виділення в атмосферу вуглеводнів на 10-30%, оксидів азоту на 5-25%, але при цьому збільшується викид оксиду вуглецю на 10-35%. При поверненні картерних газів після карбюратора знижується викид Cn Hm на 10...40%, на 10...25%, але зростає викид NOx на 10...40%.

Для запобігання викидам парів бензину з паливної системи, основна частина яких надходить в атмосферу, коли двигун не працює, на автомобілях встановлюють систему знешкодження випарів палива з карбюратора та паливного бака, що складається з трьох основних вузлів (рис. 8.1): герметичного паливного бака 1 спеціальною ємністю 2 для компенсації теплового розширення палива; кришки 3 паливно-заправочної горловини бака з двостороннім запобіжним клапаномдля запобігання надмірному тиску або розрідження в баку; адсорбера 4 для поглинання парів палива при вимкненому двигуні із системою повернення парів у впускний тракт двигуна під час його роботи. Як адсорбент використовують активоване вугілля.

Мал. 8.1. Схема уловлювання парів палива бензинового ДВС

Дотримання регламенту технічного обслуговування та контроль складу відпрацьованих газів (ОГ) ДВЗ дозволяє значно скоротити токсичні викиди в атмосферу. Відомо, що з 160 тис. км пробігу і за відсутності контролю викиди СО зростають у 3,3 разу, а Сп Нт - в 2,5 разу.

Підвищення екологічних показників газотурбінної рухової установки (ВМДУ) на літаках досягається вдосконаленням процесу згоряння палива, застосуванням альтернативного палива (скраплений газ, водень та ін.), раціональною організацією руху в аеропортах.

Збільшення часу перебування продуктів згоряння в камері згоряння ГТДУ супроводжується збільшенням повноти згоряння (зменшення вмісту СО та Cn Hm у продуктах згоряння) та вмісту в них оксидів азоту. Тому, змінюючи час перебування газу в камері згоряння, можна досягти лише мінімальної токсичності продуктів згоряння, а не повністю усунути її.

Найбільш ефективним засобом зниження токсичності ВМДУ є застосування способів подачі палива, що забезпечують більш рівномірне змішування палива та повітря. До них відносяться пристрої з попереднім випаровуванням палива, форсунки з аерацією палива та ін. зменшити вміст NOx.

Істотне зниження вмісту NOx у продуктах згоряння ВМДУ досягається при стадійному процесі згоряння палива у двозонних камерах згоряння. У таких камерах основна частина палива на режимах великої тяги спалюється у вигляді попередньо підготовленої бідної суміші. Найменша частина палива (~25 %) спалюється у вигляді багатої суміші, де і утворюються в основному оксиди азоту. Досліди показують, що при такому згорянні можна знизити вміст NOx у 2 рази.

Вирішення екологічних проблем, пов'язаних із застосуванням ракетної техніки, засноване на використанні екологічно безпечного паливаі насамперед кисню та водню.

8.3. Нейтралізація вихлопів двигунів внутрішнього згоряння

Поліпшення екологічних характеристик автомобілів можливе за рахунок комплексу заходів щодо вдосконалення їх конструкцій та режимів експлуатації. До них відносяться підвищення економічності роботи двигунів, заміна їх бензинових версій на дизельні, використання альтернативних палив (стислий або скраплений газ, етанол, метанол, водень та ін.), застосування нейтралізаторів відпрацьованих газів, оптимізація режиму роботи двигунів та технічного обслуговування автомобілів.

Значне зниження токсичності ДВЗ досягається при використанні нейтралізаторів відпрацьованих газів (ОГ). Відомі рідинні, каталітичні, термічні та комбіновані нейтралізатори. Найбільш ефективними є каталітичні конструкції. Оснащення ними автомобілів почалося 1975 р. у США та 1986 р. - у Європі. З того часу забруднення атмосфери вихлопами різко знизилося - відповідно на 98,96 і 90% вуглеводнів, СО і NOх.

Нейтралізатор - це додатковий пристрій, який вводиться у випускну систему двигуна зниження токсичності ОГ. Відомі рідинні, каталітичні, термічні та комбіновані нейтралізатори.

Принцип дії рідинних нейтралізаторів заснований на розчиненні або хімічній взаємодії токсичних компонентів ОГ при пропусканні їх через рідину певного складу: вода, водний розчинсульфіту натрію, водний розчин двовуглекислої соди.

На рис. 8.2 представлена схема рідинного нейтралізатора, що застосовується з двотактним дизельним двигуном. Гази, що відпрацювали, надходять у нейтралізатор по трубі 1 і через колектор 2 потрапляють у бак 3, де вступають в реакцію з робочою рідиною. Очищені гази проходять через фільтр 4, сепаратор 5 і викидаються в атмосферу. У міру випаровування рідину доливають у робочий бак з додаткового бака 6.

Мал. 8.2. Схема рідинного нейтралізатора

Пропуск відпрацьованих газів дизелів через воду призводить до зменшення запаху, альдегіди поглинаються з ефективністю 0,5, а ефективність очищення від сажі досягає 0,60 ... 0,80. При цьому дещо зменшується вміст бенз(а)пірену у відпрацьованих газах дизелів. Температура газів після рідинного очищення становить 40...80 °С, приблизно до цієї температури нагрівається і робоча рідина. При зниженні температури процес очищення йде інтенсивніше.

Рідкісні нейтралізатори не вимагають часу для виходу на робочий режим після запуску холодного двигуна. Недоліки рідинних нейтралізаторів: велика маса та габарити; необхідність частої зміни робочого розчину; неефективність стосовно СО; мала ефективність (0,3) по відношенню до NOx; інтенсивне випаровування рідини. Однак використання рідинних нейтралізаторів у комбінованих системахочищення може бути раціональним, особливо для установок, які відпрацювали гази яких повинні мати низьку температуруна час вступу в атмосферу.

Вихлопні гази

У Євросоюзі дозволений рівень шкідливих речовин у вихлопі залежить від віку автомобіля. Якщо рік випуску автомобіля раніше ніж 1978, то немає якихось фіксованих обмежень, існує лише одна вимога, щоб не було видимого диму, що виходить з вихлопної труби. Якщо машина 1979-1986 року випуску, то максимальний ліміт шкідливих речовин, що виділяються нею, вимірюваних на холостому ходу такий: CO - менше, ніж 4,5%, СH - 100 ppm. Кисень має бути меншим ніж 5%. Останній показник зазвичай використовується для підтвердження того, що нічого незаконного для зниження рівня CO із системами автомобіля зроблено не було. З 1986 по 1990 рік у більшості країн вимоги стали вищими: CO - 3,5%, CH - 600 ppm. З 1991 були встановлені нові правила щодо автомобілів, обладнаних каталітичним допалювачем вихлопних газів. Зараз рівень шкідливих вихлопів автомобіля вимірюють двома способами: на холостому ходу та на 2500 оборотах двигуна за хвилину. За допомогою каталітичного випалювача вихлопних газів рівень шкідливих вихлопів набагато скоротився, з цієї причини показники обмежень шкідливих вихлопів теж зменшилися. На холостому ході рівень CO повинен бути не більше 0,5%, а СН не більше 100 ppm. У цей час так званий коефіцієнт надлишку повітря альфа обчислюється математично і може бути між 0,91 - 1,03. Також рівень кисню повинен бути меншим ніж 0,5% і контрольний рівень CO 2 повинен бути меншим за 16.

Власники нових машин не мають проблем із отриманням дозволу на використання їхнього транспорту. Хоча, наприклад, у Фінляндії середній віклегкового автомобіля складає 105 років. Але коли автомобіль має значний пробіг та вік, при проходженні тесту на шкідливість вихлопу він може бути відправлений на ремонт.

Дуже часто ці проблеми трапляються у старих автомобілів, коли двигун уже має значний пробіг і втратив свою колишню міць. Найчастіше власники не помічають, що їхній автомобіль уже втратив потужність.

Кількість відхідних газів автомобілів

В основному визначається масовою витратоюпалива автомобілями. Витрата на відстані нормується і зазвичай вказується виробниками (одна зі споживчих характеристик). Щодо сумарного обсягу вихлопних газів, що виходять з глушника, приблизно можна орієнтуватися на таку цифру - один літр бензину, що спалюється, призводить до утворення приблизно 16 кубометрів або 16000 літрів суміші різних газів. На підставі цих даних можна судити приблизну кількість шкідливих домішок, що викидаються в атмосферу, але тут є невелика проблема. Ми можемо визначити лише кількість різних газів, що вилітає при спалюванні певної кількості літрів палива, але ніяк при жодному вихлопі, і тим більше за проміжок часу (година, день, місяць і т.д.). Тому судити про кількість газів, що викидаються в атмосферу щогодини, ми не можемо в принципі. Ніде не встановлено, що всі машини в день проїжджають певну кількість кілометрів з однією швидкістю. А шукати якесь середнє число - значить, обманювати себе, тому що дані можуть бути не тільки сильно наближеними, а й зовсім хибними.

Таблиця №1. Витрата палива у машин різних марок

K - карбюраторний двигун

i - інжекторний двигун

D - дизельний двигун

густина бензину при +20С коливається від 0,69 до 0,81 г/смі

густина дизельного палива при +20С за ГОСТ 305-82 не більше 0,86 г/смі

Таблиця №2. Склад автомобільних вихлопних газів

Вихлопні гази (або гази, що відпрацювали) - основне джерело токсичних речовин двигуна внутрішнього згоряння - це неоднорідна суміш різних газоподібних речовин з різноманітними хімічними і фізичними властивостями, що складається з продуктів повного і неповного згоряння палива, що надходять з циліндрів двигунів в його випускну систему. У своєму складі вони містять близько 300 речовин, більшість із яких токсичні. Основними нормованими токсичними компонентами вихлопних газів двигунів є оксиди вуглецю, азоту та вуглеводні. Крім того, з вихлопними газами в атмосферу надходять граничні та ненасичені вуглеводні, альдегіди, канцерогенні речовини, сажа та інші компоненти. Приблизний склад вихлопних газів представлений у таблиці 1. При роботі двигуна на етильованому бензині у складі вихлопних газів є свинець, а у двигунів, що працюють на дизельному паливі - сажа. Тепер спробуємо з'ясувати, чим небезпечний кожен вихлоп, і яка кількість газів, що вириваються з вихлопної труби.

Оксид вуглецю (CO - чадний газ)

Прозорий отрутний газ, що не має запаху, трохи легший за повітря, погано розчинний у воді. Оксид вуглецю - продукт неповного згоряння палива, що на повітрі горить синім полум'ям із заснуванням діоксиду вуглецю (вуглекислого газу). Якщо його вміст велике, двигун витрачає занадто багато палива та олії з картера.

У камері згоряння двигуна CO утворюється при незадовільному розпилюванні палива, в результаті холоднопламенних реакцій, при згорянні палива з нестачею кисню, а також внаслідок дисоціації діоксиду вуглецю при високих температурах. При цьому процес вигоряння CO продовжується і у випускному трубопроводі.

Слід зазначити, що з експлуатації дизелів концентрація CO у вихлопних газах невелика (приблизно 0,1-0,2%), тому, зазвичай, концентрацію CO визначають для бензинових двигунів. У середньому машини при спалюванні літра бензину викидають у повітря близько 800 літрів вуглекислого газу.

Оксиди азоту (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, надалі - NOx)

Оксиди азоту дратівливо впливають на слизові оболонки очей, носа, руйнують легкі людини, оскільки під час руху дихальним трактом вони взаємодіють із вологою верхніх дихальних шляхів, утворюючи азотну і азотисту кислоти. Як правило, отруєння організму людини NОx проявляється не відразу, а поступово, причому якихось нейтралізуючих засобів немає. При спалюванні літра бензину із вихлопної труби викидається приблизно 128 л оксидів азоту.

Закис азоту (N 2 O – геміоксид, що веселить газ) – газ з приємним запахом, добре розчинний у воді. Має наркотичну дію.

NO 2 (діоксид) - блідо-жовта рідина, що бере участь у освіті смогу. Діоксид азоту використовується як окислювач у ракетному паливі. Вважається, що для організму людини оксиди азоту приблизно в 10 разів небезпечніші за CO, а при обліку вторинних перетворень - у 40 разів.

Оксиди азоту становлять небезпеку для листя рослин. Встановлено, що їхній безпосередній токсичний вплив на рослини проявляється при концентрації Nox у повітрі в межах 0,5-6,0 мг/м 3 . Азотна кислота викликає сильну корозію вуглецевих сталей.

На величину викиду оксидів азоту значно впливає температура в камері згоряння. Так, у разі підвищення температури від 2500 до 2700 До швидкість реакції збільшується в 2,6 разу, а при зменшенні від 2500 до 2300 К - зменшується в 8 разів, тобто. що температура, то вище концентрація NOx. Раннє упорскування палива або високий тиск стиснення в камері згоряння також сприяють утворенню NOx. Чим вища концентрація кисню, тим вища концентрація оксидів азоту.

Вуглеводні (CnHm - етан, метан, етилен, бензол, пропан, ацетилен та ін.)

Вуглеводні - органічні сполуки, молекули яких побудовані лише з атомів вуглецю та водню, є токсичними речовинами. У вихлопних газах міститься більше 200 різних CH, які діляться на аліфатичні (з відкритим або закритим ланцюгом) і містять бензольне або ароматичне кільце. Ароматичні вуглеводні містять у молекулі один або кілька циклів із 6 атомів вуглецю, з'єднаних між собою простими або подвійними зв'язками (бензол, нафталін, антрацен та ін.). Мають приємний запах. Вимірюється його кількість в умовній одиниці ppm (у частинок на мільйон). Отже, навіть незначне збільшення ефективності згоряння може мати великий вплив на його рівень. Зазвичай надзвичайно високий рівень вуглеводню є проблемою не тільки господарів машин, а й механіків.

Наявність CH у відпрацьованих газах двигунів пояснюється тим, що суміш у камері згоряння є неоднорідною, тому у стінок, у перезбагачених зонах, відбувається гасіння полум'я та обрив ланцюгових реакцій. Існують кілька факторів, що впливають на кількість вуглеводню у вихлопних газах. Герметичність клапанів, їх чистота та регулювання моменту запалювання, всі вони однаково важливі. Не тільки регулювання моменту запалювання, але й поточна сила згоряння, все, що впливає на згоряння, має велике значення в обмеженні кількості вуглеводнів у вихлопних газах. Приблизна кількість вуглеводню, що утворюється при згорянні літра бензину - 400-450л.

Когось ці цифри можуть злякати, але давайте розберемося: літри - це міра об'єму, і в жодному разі не можна плутати ці цифри з рідиною, адже 800 літрів - досить велика кількість для рідини. А для газу? Газ є речовиною, у якої молекули в кілька сотень і тисяч разів менші за відстань між ними. Якщо уявити щось щільніше, то обсяг скоротиться в десятки та сотні разів. А тепер уважно - літр бензину, при спалюванні якого і виробляється цей обсяг, витрачається для подолання відстані 10 км. Постараємося розсіяти більшість ілюзій - це не таке сильне забруднення, просто в момент вихлопу виділяється неприємний запах, і нам здається, що повітря навколо навколо різко змінився. Але на нашому одязі навіть осаду ніякого не лишилося.