Экологические системы автомобилей

Майкопский  государственный технологический

университет

Политехнический колледж

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

АВТОМОБИЛЕЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                         Выполнил: студент 3 курса

                                                                                                                              группы ТО – 31

                                                                                                                              Щегорцов Кирилл

 

 

На протяжении всего XX века производство автомобилей стремительно возрастало. В 1998 г. по дорогам мира ездило уже 700 млн автомобилей. Ожидается, что к 2010 г. это число достигнет миллиардной отметки.

двигателя автомобилей

 

Такое распространение  автомобиль получил главным образом благодаря качествам установленного на нём двигателя. При сравнительно небольшой массе он развивает мощность, достаточную для быстрой езды, потребляя при этом не так уж

много топлива: одной  заправки хватает на 400—500 км. Двигатель  готов к работе и летом и  зимой.

Всё было хорошо, пока автомобилей  не стало слишком много. В столицах развитых стран на каждую тысячу жителей  приходится более 300 автомобилей; в  Москве — 250 (а всего в российской столице 2,2 млн автомобилей). Очевидно, что при таком количестве машин лёгкий дымок, выходящий из выхлопных труб, загрязняет окружающий воздух настолько, что это причиняет ощутимый вред здоровью людей и природе. Среди множества различных газов и химических соединений, выбрасываемых автомобилем, есть и токсичные вещества. На некоторых московских магистралях в часы пик их содержание в воздухе превосходит предельно допустимые концентрации в десять и более раз. А по всей России выброс вредных веществ автомобилями в 1998 г. составил 11,8 млн тонн.

 

В цилиндрах двигателя  происходит окисление мелкораспыленного и испарённого топлива кислородом воздуха с образованием тепла, углекислого газа (С02) и воды. За тысячные доли секунды, отводимые на этот процесс при каждом такте работы двигателя, часть топлива не успевает сгореть. Продукты его неполного сгорания выбрасываются из выхлопной трубы в атмосферу.

Больше всего выделяется монокси-да углерода (СО — угарного газа) и различных углеводородов, среди которых особую опасность представляет бенз(а)пирен — вещество, способствующее возникновению онкологических заболеваний. Кроме того, азот, входящий в состав воздуха, при высоких температурах и давлении, развиваемых в цилиндрах двигателя, реагирует с кислородом, образуя весьма опасные оксиды.

 

Дизели выбрасывают  ещё и сернистый ангидрид (S02) —  при работе на топливе, в котором  содержится много серы, а также  твёрдые частицы, образующиеся при  горении топлива в цилиндрах, и масляные аэрозоли. При больших  количествах твёрдых частиц отработанные газы делаются видимыми — двигатель  дымит.

топливо автомобилей

Есть и ещё одна опасность. Дело в том, что чем  сильнее сжимается горючая смесь  в цилиндрах до воспламенения  искрой от свечи зажигания, тем эффективнее  и экономичнее работа двигателя. Если использовать низкосортный бензин (так называемый низкооктановый), то нормальный процесс сгорания горючей смеси нарушается. Возникает детонация — сгорание со взрывной скоростью. При этом двигатель перегревается, быстро изнашивается, а его мощность падает. Таких последствий можно избежать, применяя высокосортный (высокооктановый) бензин, но для его изготовления необходима сложная и дорогостоящая технология по переработке нефти.

 

Однако выяснилось, что  добавление к низкооктановому бензину даже небольшого количества так называемой этиловой жидкости (1—3 г на 1 л бензина) позволяет использовать его в двигателях, не опасаясь возникновения детонации. Этот путь как более простой и дешёвый и был избран практически повсеместно. Бензин с присадкой этиловой жидкости

 

 

Загрязняющие вещества в выхлопных  газах дизельного двигателя.

 

В больших городах  автомобиль является основным загрязнителем  воздуха. В Москве на долю автотранспорта приходится 92,3 % всех выбросов.

Особенно нещадно  дымят двухтактные двигатели  мотоциклов и мотороллеров, работающие на смеси бензина с маслом.

 

Загрязняющие вещества в выхлопных  газах бензинового двигателя.

 

 

Дизельное топливо

 

СО —0,01—0,5%; СН —100—500 млн'; NOx — 500—5000 млн1; сажа — 0—20000 мг/м3; PI — 0; SO, — 0—0,015 мг/м3.

 

 

Для того чтобы определить, удовлетворяет ли автомобиль установленным  нормам, надо измерить, сколько вредных  вешеств содержится в отработанных газах, когда автомобиль ездит по улииам с оживлённым движением. Но установить на движущемся автомобиле необходимую аппаратуру невозможно. Поэтому испытания проводят на специальном стенде, имеюшем сменные маховики разного веса. В зависимости от массы автомобиля включают маховики, обеспечивающие нагрузку на колёса, близкую к нагрузке при движении автомобиля по дороге. В процессе испытаний определяют выброс вредных вешеств в расчёте на 1 км «пробега» автомобиля. На улицах замеры выбросов вредных вешеств производят портативным газоанализатором при работе двигателя на холостых оборотах.

 

получил название этилированного. Но этиловая жидкость содержит свинец и соединения, способствующие его превращению в летучие соли, которые уносятся с выхлопными газами, что в результате привело к большому накоплению свинца в окружающей среде и повлияло на здоровье населения. Поэтому многие страны с 80-х гг. XX в. начали переходить на использование неэтилированного бензина, а применение этилированного резко сократилось. В США, Японии, в некоторых европейских странах и крупнейших российских городах он теперь вообще запрещён.

 

Стало очевидно: чтобы  остановить загрязнение окружающей среды, необходимо вводить законы, ограничивающие выброс вредных веществ. В США  и Японии, а затем и в европейских  странах (в том числе и России) были установлены предельно допустимые нормы выброса для различных  категорий автомобилей.

Первоначально законодательные  ограничения вводились лишь на те вещества, которых выбрасывалось особенно много, и на наиболее ядовитые, а также на дымность и твёрдые частицы (сажу, пыль и т. д.). Но по мере роста числа автомобилей нормы ужесточались. Их устанавливает один из комитетов Европейской экономической комиссии ООН, вынуждая автомобилестроителей совершенствовать выпускаемую продукцию таким образом, чтобы уменьшить токсичность отработанных газов. С 2000 г. в России также установлены соответствующие европейским стандартам нормы на новые модели автомобилей.

 

Что же делается для toro, чтобы обеспечить соответствие автомобилей современным, весьма жёстким нормам? Совершенствуются уже существующие двигатели, создаются новые, обеспечивающие более полное сгорание топлива. Карбюраторное смесеобразование заменяется впрыском топлива, широко внедряется

 

электроника. Это, конечно, заметно уменьшает токсичность  отработанных газов, но снизить её до без-эпасных пределов всё же не удаётся. Приходится вредные вещества, выходящие из цилиндров двигателя, ликвидировать уже в выпускной системе. Для этого применяются каталитические нейтрализаторы. Но их использование связано с определёнными трудностями, так как отработанные газы проходят по выпускной системе с большой скоростью; температура их изменяется в широких пределах и достигает 900 °С, а сами нейтрализаторы, которые устанавливаются под днищем автомобиля, подвергаются значительным внешним механическим и тепловым воздействиям.

 

В современных нейтрализаторах  в качестве катализаторов применяют  платину, палладий, родий. Это очень  дорогие металлы, и, хотя их расходуется  не так уж много (на производство нейтрализатора для легкового автомобиля нужно 1—3 г), стоимость устройства оказывается  высокой.

При использовании нейтрализаторов  заправлять автомобиль можно уже  только неэтилированным бензином, иначе  нейтрализатор приходит в негодность, да и расход топлива увеличивается. Предъявляются более

строгие требования к  приборам питания и зажигания, к  их конструкции и регулировке. В  связи с этим автомобиль становится дороже. Так, в современных зарубежных автомобилях на системы нейтрализации  и электронные устройства приходится 10—12 % общей стоимости. Несмотря на это, автомобилестроители во всём мире переходят на оснащение своей  продукции нейтрализаторами, так  как это обеспечивает снижение выбросов вредных веществ на 80—90 %.

 

На токсичность отработанных газов большое влияние оказывает  сорт применяемого топлива и его  качество. В настоящее время увеличивается  производство бензинов без свинцовистых присадок, в дизельном топливе  ограничено содержание серы, топливо  из нефти заменяется более «чистым» сжатым природным газом. Можно использовать в качестве топлива и водород, обеспечивающий очень чистый выхлоп. Однако пока не удаётся создать дешёвые  и безопасные системы образования  и хранения водорода на борту автомобиля.

Значительный интерес  представляют электрические двигатели, использующие аккумуляторные батареи  и электрохимические генераторы. Электромобили отличаются хорошей

 

приспосабливаемостью к переменным режимам городского движения, простотой технического обслуживания, а главное — экологической чистотой Однако широкого практического применения они пока не находят. Во-первых, нет надёжных, лёгких и достаточно энергоёмких аккумуляторов. Во-вторых, перевод автомобильного парка на питание от электрохимических аккумуляторов приведёт к расходованию на их подзарядку огромного

количества электроэнергии, значительная часть которой вырабатывается на электростанциях при сжигании ископаемого топлива. Так что  в этом случае загрязнение воздуха  будет происходить не от автомобилей, а от электростанций. По причине  дороговизны и тихоходности не стали  пока обычными и электромобили, работающие от солнечных батарей.

 

Рост автомобильного парка породил проблему утилизации непригодных для дальнейшей эксплуатации автомобилей. Так, в Европе в 1995 г. было ликвидировано около 15 млн машин; в США — 11 млн. Чтобы не происходило захламления городов, пришлось создать целую сеть предприятий для разборки старых автомобилей, сортировки и продажи ещё пригодных для использования частей, переработки металлического лома. Неиспользуемые отходы дробят, размалывают и отправляют на свалки.

 

Таким образом, при проектировании новых автомобилей необходимо думать и о том, как утилизировать  их остатки, исключать применение материалов, которые, попав в конце концов на свалки, будут загрязнять окружающую среду.

 

Экологические требования к современному автомобилю являются в настоящее время приоритетными. Экологическая безопасность - это  свойство автомобиля снижать негативные последствия влияния эксплуатации автомобиля на участников движения и  окружающую среду. Она направлена на снижение токсичности отработанных газов, уменьшение шума, снижение радиопомех при движении автомобиля.

 

Несмотря на многочисленные попытки заменить двигатель внутреннего  сгорания каким-либо другим, не выделяющим токсичные вещества, альтернативы ему  пока нет. А если принципиально новый  двигатель и появится, то переналадка  производства для его крупносерийного  выпуска потребует грандиозных  капиталовложений и произойдет далеко не сразу. Вместе с тем уже сейчас человечество подошло к той черте, когда без экологически чистого  автомобиля просто не обойтись. И выход  пока видится один - надо если не полностью  исключить, то во всяком случае свести к минимуму вредные выбросы ДВС.

 

Вредные выбросы и их воздействие  на живую природу 

 

Как образуются доставляющие всем столько хлопот вредные вещества в отработавших газах? Известно, что  топливо сгорает в камере при  взаимодействии с кислородом воздуха. Этот процесс сопровождается интенсивным  выделением тепла, которое и преобразуется  в работу. Теоретически для сгорания 1 кг бензина требуется 14,7 кг воздуха, однако на практике этого количества оказывается недостаточно. Дело в  том, что воспламенение и сгорание бензино-воздушной смеси (ее еще называют горючей) длится тысячные доли секунды, и к такому быстрому процессу она недостаточно хорошо подготовлена. В смеси остаются газы от предыдущего цикла, препятствующие доступу кислорода к частицам топлива; кроме того, не удается добиться ее идеального перемешивания по объему цилиндра, особенно у непрогретого двигателя и на переходных режимах. В результате не все топливо окисляется до конечных продуктов, и для нормального протекания процесса сгорания его приходится добавлять. Если в горючей смеси количество топлива больше расчетного, смесь называется богатой, если меньше - бедной. При средних нагрузках главное внимание обращается на экономичность, поэтому в камеру сгорания подается несколько обедненная смесь. При небольшом обогащении смеси скорость ее сгорания увеличивается, в камере развиваются более высокие температура и давление. Для максимальных нагрузок или резкого перехода с малой нагрузки на большую требуется богатая смесь. Большое количество топлива подается в цилиндры и при пуске холодного двигателя, когда горючую смесь образуют только самые легкие фракции топлива. В этих случаях из-за недостатка кислорода топливо сгорает не полностью. Двигатель хотя и развивает большую мощность, но работает не экономично и выбрасывает в атмосферу токсичные продукты неполного сгорания.

 

Наиболее токсичными компонентами отработавших газов бензиновых двигателей являются: оксид углерода (СО), оксиды азота (NОx), углеводороды (СnHm), а в случае применения этилированного бензина - свинец. Состав выбросов дизельных двигателей отличается от бензиновых. В дизельном двигателе происходит более полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота. Дизельные двигатели, кроме всего прочего, выбрасывают твердые частицы (сажу). Сажа, содержащаяся в выхлопе, нетоксична, но она адсорбирует на поверхности своих частиц канцерогенные углеводороды. При сгорании низкокачественного дизельного топлива, содержащего серу, образуется сернистый ангидрид.

 

Как же эти вредные  компоненты воздействуют на человека и окружающую среду? В обычных  условиях СО- бесцветный газ без запаха, он легче воздуха и поэтому может легко распространятся в атмосфере. При действии на человека СО вызывает головную боль, головокружение, быструю утомляемость, раздражительность, сонливость, боли в области сердца. Оксид азота NO - бесцветный газ, диоксид азота NO2- газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислоты. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO2 cпособствует развитию заболеваний легких. Некоторые углеводороды СН являются сильнейшими канцерогенными веществами (например бензапирен), переносчиками которых могут быть частички сажи, содержащиеся в отработавших газах.