Токсичность дизельных ДВС

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(Научно-инсследовательский  университет)

Факультет «Заочный инженерно-экономический»

Кафедра «Эксплуатации автомобильного транспорта»

 

 

Реферат

По дисциплине «Диагностика транспортных средств»

На тему: «Токсичность дизельных ДВС»

 

 

 

 

 

    Проверил Прокопьев К.В.                         

              2014 г.

                                                                       Выполнил     

    студент группы ОБД-505

    Дёмин Александр Сергеевич.

    __________________2014 г.

    

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Челябинск 2014

 

Содержание

 

Введение                                                                                                         3

1 Общие принципы снижения  токсичности двигателей в мире                         5

2 Современные технологии  дизелей, направленные на экологичность             6

3 ПДК отработавших газов  дизеля и их влияние на окружающую  среду         8

Заключение                                                                                                             12

Список использованных источников                                                                   13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Проблема охраны окружающей среды является одной из наиболее актуальных, поскольку от ее решения зависят жизнь на Земле, здоровье и благосостояние человека. Эта проблема обострилась в XX в., когда интенсивное развитие промышленности и транспорта, а также несовершенство технологических процессов привели к загрязнению атмосферы, воды и почвы. Ежегодно мировое хозяйство выбрасывает в атмосферу 350 млн. т окиси углерода, более 50 млн. т различных углеводородов, 150 млн. т двуокиси серы. В атмосфере накапливается углекислый газ, уменьшается количество кислорода.

        Экологические требования к автомобилю и его двигателю являются в настоящее время приоритетными. Экологическая чистота выхлопа закладывается в конструкцию двигателя и автомобиля в целом еще при проектировании. Далее в эксплуатации характеристики токсичности должны оставаться стабильными.

         Токси́чность — токсикометрический показатель, вычисляемый как величина, обратная средней смертельной дозе или средней смертельной концентрации токсичного вещества.

         Регулировка токсичности у двигателей современных автомобилей в большинстве случаев или не требуется или сильно ограничена. В то же время у двигателей автомобилей прошлых лет выпуска, особенно с карбюраторами, токсичность выхлопа напрямую связана с техническим состоянием системы питания и зажигания и их регулировкой. Поэтому в настоящее время ремонт двигателя, какой бы сложный он ни был, не может считаться квалифицированным и качественным, если токсичность выхлопа двигателя после ремонта превышает установленные допустимые пределы.

        По сравнению с бензиновыми двигателями, в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода (СО), но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно. Основные токсичные газы, которые присутствуют в выхлопе в заметных количествах — это углеводороды (НС или СН) , оксиды (окислы) азота (NOх) и сажа (или её производные) в форме чёрного дыма. Больше всего загрязняют атмосферу в России дизели грузовиков и автобусов, которые часто являются старыми и неотрегулированными.

       Решение  задачи повышения экологических  показателей дизелей приводит  к необходимости внедрения в  отечественное двигателестроение  различным методов снижения токсичности отработавших газов (ОГ). Применяются методы, позволяющие воздействовать на рабочий процесс дизеля таким образом, чтобы предотвратить образование в камере сгорания (КС) повышенных концентраций токсичных компонентов ОГ. Другая группа методов направлена на улавливание или нейтрализацию уже образовавшихся токсичных компонентов в  выпускной системе дизеля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Общие принципы снижения токсичности двигателей в мире

 

     Стимулом к сокращению объёмов выхлопных газов предполагается заинтересованность в сокращении расхода топлива (крупная статья расходов в автомобильном транспорте).

       Колоссальное влияние на количество выбросов (не считая сжигания топлива и времени) играет организация движения автомобилей в городе (значительная часть выбросов происходит в «пробках» и перед светофорами). При удачной организации возможно применение менее мощных двигателей, при невысоких (экономичных) промежуточных скоростях.

       Существенно снизить содержание углеводородов в отходящих газах, более чем в 2 раза, возможно применением в качестве топлива попутных нефтяных (пропан, бутан), или природного газов, при том, что главный недостаток природного газа — низкий запас хода, для города не столь значим.

        Кроме состава топлива, на токсичность влияет состояние и настройка двигателя (особенно дизельного — выбросы сажи могут увеличиваться до 20 раз и карбюраторного — до 1,5—2 раз изменяются выбросы окислов азота).

       Значительно снижены выбросы (снижен расход топлива) в современных конструкциях двигателей с инжекторным питанием стабильной стехиометрической смесью неэтилированного бензина с установкой катализатора, газовых двигателях, агрегатах с нагнетателями и охладителями воздуха, применением гибридного привода. Однако подобные конструкции сильно удорожают автомобили.

        Испытания SAE показали, что эффективный способ снижения выбросов окислов азота (до 90 %) и в целом токсичных газов — впрыск в камеру сгорания воды.

 

2 Современные технологии дизелей, направленные на экологичность

       После введения в России 1 января 2008 г. норм токсичности Euro-3 дизельные двигатели, оборудованные топливными системами старой конструкции с управлением углом опережения впрыска, муфтой ТНВД с центробежным регулятором и плунжерами со спиральными отсечными кромками, не могут выполнить эти нормы. Для эффективного снижения токсичности отработавших газов (ОГ) потребовалось применить электронные системы управления и системы снижения токсичности, усовершенствовать рабочий процесс дизелей.

       Переход  со стандарта Euro 3 на Euro 4 предусматривает  существенное снижение допустимого  содержания в ОГ дизельных  двигателей СО, СН, NOx и твердых  частиц (см. «ОС» № 2, 2008 г. «Нормы Евросоюза...»). Для снижения выбросов оксидов азота применяют частичную рециркуляцию ОГ, т. е. перепуск ОГ во впускной трубопровод (английская аббревиатура – EGR). Эта технология позволяет одновременно снижать содержание сажи и NOx. Так, компания Scania разработала для своих пяти- и шестицилиндровых двигателей систему рециркуляции, в которой от 18 до 25% ОГ подается во впускной коллектор (схема слева). Это обеспечивает снижение температуры сгорания и сокращение выброса оксидов азота до современных европейских норм.

         Другой способ снижения выброса NOx основан на подаче реагента AdBlue (32,5-процентный раствор карбамида (мочевины) в деионированной воде) в выхлопную трубу перед каталитическим  нейтрализатором (английская аббревиатура  – SCR), (cхема справа). Реакции восстановления азота проходят при температуре свыше 350 °С. Расход раствора AdBlue составляет 4...5% расхода дизельного топлива.

       Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым. На классических дизелях с механически управляемым впрыском возможна установка только окислительных нейтрализаторов отработавших газов, работающих при температуре отработавших газов свыше 300 °C, которые окисляют только CO и CH до безвредных для человека углекислого газа (CO2) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи. Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением дизелей так называемой системы Common rail. В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электронно-управляемыми форсунками. Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и момент подачи топливного импульса.

        Так что, по сложности современный — и экологически такой же чистый, как и бензиновый — дизель-мотор ничем не уступает своему бензиновому собрату, а по ряду параметров (сложности) и значительно его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар (приблизительно эквивалентно «атмосфер»), то в новейших системах «Common-rail» оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар, что влечёт за собой немалые проблемы. Также каталитическая система современных транспортных дизелей значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь» работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев требуется введение так называемого «сажевого фильтра» (DPF - фильтр твёрдых частиц). «Сажевый фильтр» представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором дизеля и катализатором в потоке выхлопных газов. В сажевом фильтре развивается высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако, часть сажи не всегда окисляется, и остается в «сажевом фильтре», поэтому программа блока управления периодически переводит двигатель в режим «очистки сажевого фильтра» путём так называемой «постинжекции», то есть впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно, очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи. Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизель-моторов стало наличие турбонагнетателя, а в последние годы «интеркулера».

       Интеркулер  — устройство, охлаждающее воздух после сжатия турбонагнетателем, чтобы после охлаждения получить большую массу воздуха (кислорода) в камере сгорания при прежней пропускной способности коллекторов, а нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры.

 

3 ПДК отработавших газов дизеля и их влияние на окружающую среду

 

       Для каждого компонента ОГ существуют предельно допустимые концентрации (ПДК), определяемые из принципа полного отсутствия их воздействия на человека. ПДК основных токсичных компонентов ОГ и их классы опасности представлены в таблице 1.

      Воздействие ОГ на человека приводит к респираторным заболеваниям, бронхиту и легочной недостаточности. Отработавшие газы дизеля содержат чрезвычайно токсичные вещества, разрушающие легкие и нарушающие координацию, среди которых наиболее токсичными компонентами следует считать оксид углерода (5…1500 частиц/млн), углеводороды (20…400 частиц /млн), оксиды азота (50…2500 частиц/млн), диоксид серы

(10…150 частиц/млн) и дизельные частицы (0,25…0,1 г/м3).

 

Таблица 1

         Оксид углерода (СО), углеводороды и альдегиды образуются в ОГ в результате неполного сгорания топлива, а также выделений из моторного масла. Оксид углерода высокотоксичное вещество. Уже при концентрации СО в воздухе порядка 0,01…0,02 % при вдыхании в течение нескольких часов возможно отравление, а концентрация 2,4 мг/м3 через 30 мин приводит к обморочному состоянию. Оксид углерода вступает в реакцию с гемоглобином крови, наступает кислородное голодание, поражающее кору головного мозга и вызывающее расстройство высшей нервной деятельности, ориентировочный экономический ущерб от загрязнения СО составляет 70–100 руб./т. Углеводороды и альдегиды способны вызывать раздражения глаз, горла, носа; формируют особый запах дизельного двигателя. Большую опасность представляют ароматические углеводороды. В условиях острого воздействия на теплокровные существа ароматические углеводороды поражают центральную нервную систему, вызывая сонливость, вялость, судороги. В условиях хронической интоксикации оказывают политронное действие, поражая ряд органов и систем. Бензапирен оказывает сильное канцерогенное, мутационное, тератогенное действие, поэтому он наиболее опасен. Формальдегид оказывает общетоксичное (поражение центральной нервной системы, органов зрения, печени, почек) сильное раздражающее аллергенное, канцерогенное, мутагенное действие.

        Более 90 % оксидов азота окисляются в атмосфере до NO2 и N2O4. Общий характер действия ОГ на человека и окружающую среду зависит от содержания в газовых смесях различных оксидов азота. При контакте с влажной поверхностью легких образуется азотная и азотистая кислоты, поражающие альвеолярную ткань, что приводит к отеку легких и сложным рефлекторным расстройствам. Действуя на кровеносную систему, приводит к кислородной недостаточности, оказывает прямое действие на центральную нервную систему.

       Сернистый ангидрид (диоксид серы) оказывает общетоксичное действие на теплокровных, вызывает острое и хронические отравления. Вызывает расстройство сердечно-сосудистой системы, легочно-сердечную недостаточность, нарушает деятельность почек. Общетоксическое действие SO2 связано с нарушением иммунного статуса организма с понижением сопротивляемости инфекции; SO2 оказывает выраженное токсичное действие на растения. В присутствии диоксида серы ускоряется коррозия металлов в воздухе. Сернистый газ разрушающе действует на строительные конструкции, так как, реагируя с карбонатами кальция, содержащимися в цементе, при наличии влаги переходит в нестойкие сульфаты, вымываемые водой. Воздействие SO2 на почву снижает ее плодородность, так как при этом происходит закисление.