Ежегодно на дорогах увеличивается число автомобилей. В потоке движутся новые и старые машины, оставляющие черный дым. Загрязнению окружающей среды автомобильными выхлопными газами отводится первое место. Опасный побочный продукт работы двигателя наносит вред экологической системе и человеку.
Факт. Городом “черного неба” называют российский Красноярск. Это дни, когда стоит безветренная погода и автомобильные выбросы висят над городом. С 2014 года количество таких дней резко увеличилось.
Что такое выхлопные газы
При работе двигателя сгорает топливо, образуя газы. Они удаляются выхлопной системой, которая снабжена фильтрами. У исправного автомобиля газы бесцветные, очищенные от вредных частиц.
Кратковременное изменение цвета не несет опасности и говорит об исправности машины. Черные и белые выхлопы, сохраняющиеся длительное время, содержат ядовитые компоненты.
Состав выхлопных газов
Отработанные газы состоят почти из 200 канцерогенных и токсичных веществ.
Таблица №1
| Компоненты | % в карбюраторном двигателе | % в двигателе на дизельном топливе | Токсичность |
| Азотистые соединения | 75-76 | 75-77 | — |
| Кислород | 0,2-7 | 1,5-17 | — |
| Водород | 0-4,8 | — | — |
| Пар | 3,5-5 | 0,4-3,9 | — |
| Углерод | 4-11 | 1-9 | — |
| Угарные газы | 0,4-11 | 0,01-4 | токсичные |
| Углеводороды | 0,1-2,9 | 0,008-0,4 | токсичные |
| Альдегиды | 0-1,9 | 0,001-0,008 | токсичные |
| Оксиды серы | 0,002 | 0,03 | токсичные |
| Сажа | 0,039 | 1,2 | канцероген |
| Бензапирен | 0,01 | 0,01 | канцероген |
Справка. Одна машина выбрасывает 1 кг канцерогенов, которые сохраняются в воздухе до 4-5 лет.
Состав выхлопных газов зависит от топлива, на котором работает автомобиль. Бензиновый двигатель содержит большую долю свинца, дизельный – сажу. В российских городах проблема усугубляется отсутствием контроля выхлопов на содержание вредных частиц.
Объем выхлопных газов
Количество отработанных газов определяют расходом топлива. Норма указывается производителем в технических характеристиках автомобильного транспорта. Объем выхлопных газов рассчитывают по схеме – 1 кг сожженного бензина образует 15,5 кг различных газовых смесей.
Бензиновый двигатель выбрасывает в воздух от 0,7 до 0,8 г/см3, автомобиль, работающий на дизельном топливе, оставляет 0,8 г/см3. До 75% свинца, окисей углеродов, азота загрязняют атмосферу, из них 40% выпадает на почву, остальное остается в воздухе.
Учитывая количество машин на улицах городов, можно представить концентрацию выхлопных газов, которыми дышит человек.
Дополнительная информация. Уровень загазованности в Москве превышает допустимые нормы в 30 раз. Более 120 дней в году над столицей висит смог.
Влияние выхлопных газов на окружающую среду
Автомобильные выбросы загрязняют окружающую среду. У неисправной машины выхлоп канцерогенных веществ увеличивается в 3-4 раза. Все это поднимается в атмосферу, вызывая катаклизмы.
Выбросы стоят на первом месте по загрязнению атмосферных слоев. Это вызывает глобальное потепление, становится причиной кислотных дождей.
Газовые выхлопы стали причиной подтопления стран Запада в 2002 году. Были затоплены Франция, Германия, Чехословакия, Италия. Вызвали засуху и смог на территории центральной России.
Горячий воздух выхлопов, встречаясь с воздушными потоками Гольфстрима, нагревает атмосферу, что вызывает обильные осадки и подтопления.
Справка. 1 автомобиль, проехавший 10-15 тыс. км, расходует около 2-х тонн топлива, сжигая при этом 28 тонн воздуха, из которых 5 тонн кислорода. При этом он выделяет в атмосферу 690-700 кг угарного газа ежегодно.
Влияние на человека
За прошедшие полвека количество автотранспорта резко увеличилось. Выхлопные газы навсегда заполнили города и стали основным источником химического загрязнения воздуха. Они наносят непоправимый вред здоровью человека.
Угарный газ выхлопов бесцветен и не имеет запаха. Заполняя дыхательные пути, вызывает отравления организма, головную боль, тошноту, обмороки, летальный исход. Все зависит от дозы попавшего в организм вещества.
Оксиды серы и свинца – это канцерогены, вызывающие злокачественные новообразования, бронхит, сужают сосуды мозга, разрушают нервную систему. При длительном вдыхании CO2 (угарный газ) наступает смерть. Взаимодействие частиц образует смог, который с каждым вдохом отнимает здоровье.
Влияние на природу
Загрязнение атмосферы уже сегодня сказывается на “легких” планеты – лесах. Состояние, в котором находится зеленый покров, показывает степень загрязненности воздуха.
Примером служит “Комсомольская роща”, высаженная у трассы Москва – Санкт-Петербург. Постоянный поток выхлопов автомобилей, снижает естественный газообмен. Листва, покрытая сажей и пылью, не поглощает кислород, теряет цвет. Деревья плохо растут, появляется корявость, они ослаблены.
Автомобильные выхлопы превышают объемы выбросов железнодорожного транспорта. Ежегодно только российские машины пополняют воздух 21,5 млн. тонн ядовитых веществ.
Внимание! В конце 2019 года в Тольятти ухудшились метеоусловия из-за накопления выбросов в нижнем слое атмосферы. Ситуация продолжалась 2 недели, ей был присвоен оранжевый уровень опасности.
Как защититься от выхлопных газов
Человек знает, что загрязнение воздуха выхлопами автомобилей приносит вред, но не каждый задумывается о защите от них. Чтобы сохранить здоровье, нужно принимать меры предосторожности:
- Меньше вредных веществ выделяет автомобиль, едущий со скоростью от 40 до 80 км/ч. На скоростных трассах никто не соблюдает такой режим. Поэтому полезнее ехать с закрытыми окнами, с включенным кондиционером.
- На время стоянки двигатель лучше выключить. Работающий двигатель неподвижного авто затянет дым к пассажирам.
- При перевозке негабаритного груза не всегда удается закрыть крышку багажника. В таком случае нужно закрыть окна и включить вентиляцию на полную мощность. Давление воздуха не даст отработанным газам заполнить салон.
- Новый и исправный автомобиль вырабатывает меньше ядовитых газов. Поэтому нужно вовремя исправлять неисправности.
- Салон машины нужно проветривать утром и вечером с отключенным двигателем.
- Установка угольного фильтра защитит салон от попадания опасных выхлопов.
Проблема загрязнения атмосферы автомобильными выхлопными газами касается и пешеходов:
- при ходьбе нужно избегать дорог с оживленным движением;
- для прогулок выбирать парки;
- не открывать окна, выходящие на улицу с автомобильным движением;
- для занятий спортом на свежем воздухе нужно обратить внимание на зеленую зону;
- если частный дом стоит вблизи улиц с интенсивным движением, хорошей идеей станет посадить живую изгородь, которая воспрепятствует попаданию выхлопов на участок;
- при сильной загазованности прикрывать органы дыхания.
Для защиты используют специальные средства для органов дыхания, медицинская маска не поможет.
Заключение
Ядовитые выхлопные газы вредны для окружающей среды и человека. Они содержат большое число отравляющих веществ. Их объем ежегодно увеличивается, усугубляя проблему загрязненности. Для сохранения здоровья нужно принимать меры предосторожности и знать, как защититься от вредных веществ.
Загрязнение атмосферы выхлопными газами: влияние на человека и окружающую среду
Во второй половине 20 века во многих странах мира произошел резкий скачок развития автомобилестроения. Увеличение количества машин привело к усилению беспокойства как ученых, так и простых обывателей по поводу влияния продуктов сгорания топлива на здоровье человека и на экологию в целом.
Чувствуете ли Вы запах выхлопных газов в городе?
Данная проблема загрязнения атмосферы выхлопными газами не потеряла своей актуальности. В их составе присутствует множество токсичных компонентов, поэтому выхлопные газы – одна из главных экологических проблем современности.
Что такое выхлопные газы?
Выхлопными газами автомобилей называют продукты переработки топлива, выбрасываемыми в атмосферу. Их состав и влияние на окружающую среду начали активно изучать еще в 60-е годы 20 века.
За последние десятилетия количество автомобилей на планете значительно увеличилось, а вредные выбросы, возникающие в процессе их работы стали серьезной проблемой. Особенно страдает от них экология крупных городов. Присутствие веществ, содержащихся в их составе, в мегаполисах превышает допустимые нормы и может привести к возникновению различных заболеваний.
Состав выхлопных газов
Состав выхлопных газов автомобилей зависит от качества используемого топлива и типа двигателя. Но отличия будут только в процентном составе тех или иных веществ. Выхлопы автомобилей состоят как из вполне безвредных веществ, так и из достаточно токсичных.
В большей части они состоят из таких газов, как азот, кислород, диоксид углерода и водяные пары. Эти вещества входят в состав атмосферного воздуха и не представляют никакой опасности для людей и окружающей среды. Объем каждой из вредных примесей в составе не превышает 1-2%, реже 5-10%. К опасным для здоровья можно отнести следующие компоненты:
- Оксид углерода.
- Альдегиды.
- Углеводороды.
- Диоксид серы.
- Сажа
- Бензапирен.
| Компонент | Объемная доля в бензиновом двигателе, % |
Объемная доля в дизельном двигателе, % |
Токсичность |
| Азот | 74–77 | 76–78 | нетоксичен |
| Кислород | 0,3–8 | 2–18 | нетоксичен |
| Водяной пар | 3–5,5 | 0,5–4 | нетоксичен |
| Диоксид углерода | 5–12 | 1–10 | нетоксичен |
| Оксид углерода | 0,1–10 | 0,01–5 | токсичен |
| Углеводороды | 0,2–3 | 0,009–0,5 | токсичны |
| Альдегиды | 0–2 | 0,001–0,009 | токсичны |
| Диоксид серы | 0–0,002 | 0–0,03 | токсичен |
| Сажа, г/м3 | 0–0,04 | 0,1–1,1 | токсична |
| Бензапирен, г/м3 | 0,01–0,02 | 0–0,01 | токсичен |
Монооксид углерода и углекислый газ
Эти вещества считаются опасными и наносящими серьезный ущерб экологии. В большинстве стран мира автомобили проходят проверку и сертификацию на соответствие международным нормам по их содержанию в составе выхлопных газов автомобилей.
Вред, наносимый этими примесями, зависит от их концентрации в воздухе. Так малое содержание (до 0,05%) углекислого газа может привести к возникновению головной боли и тошноты, а более высокое (0,5%) – вызывает удушье и смерть в течение 15 минут.
Причиной высокого содержания углекислого газа в воздухе является неполное сгорание топлива. Это чаще всего происходит при прогреве двигателя. Поэтому прогревать автомобиль рекомендуется в хорошо проветриваемом помещении или на свежем воздухе.
Также уменьшить количество указанных веществ в составе автомобильных выхлопов можно при помощи правильной настройки карбюратора, заменой старого воздушного фильтра или регулировкой впрыскивающих клапанов.
Углеводороды и органические масла
Остатки не прогоревших углеводородов и пары органических масел не представляют опасности для здоровья людей.
Но под действием солнечных лучей они вступают в реакцию с другими компонентами воздуха и образуют токсичные соединения. Полученные вещества могут вызвать раздражение слизистых оболочек и дыхательных путей.
Кроме того, одним из основных элементов смога являются углеводороды и их соединения.
Если следить за состоянием уплотнительных колец, а также настроить карбюратор и свечи зажигания таким образом, чтобы углеводороды в процессе работы двигателя прогорали полностью, то в результате будут выделятся безвредные вещества: углекислый газ и пары воды.
Формальдегид
В результате взаимодействия формальдегида, выделяемого автомобилями, с атмосферным азотом и рядом других компонентов воздуха образуются токсичные соединения. При их достаточной концентрации образуется туман, который может представлять опасность для человека.
Пыль и сажа
Мельчайшие твердые частицы, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей, оседают на обочинах и различных объектах вдоль автомобильных трасс.
При постоянном вдыхании подобной пыли и сажи возникает риск развития заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой системы.
Из-за малых размеров частиц сажи, они легко попадают непосредственно в кровеносные сосуды и оказывают пагубное влияние на них изнутри.
Возможности полностью исключить данные вещества из состава выхлопных газов пока не существует. Единственной возможностью уменьшить их количество – это применение качественного топлива.
Бензпирен
Бензпирен (Бензапирен) относится к группе полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Данные мутагенные и канцерогенные вещества способны накапливаться в природных объектах, воде и почве.
Бензипрен самый распространенный из ряда опасных веществ этой группы.
Со временем он накапливается в организме человека и, при достижении определенной критической концентрации, оказывает необратимые воздействия на его здоровье.
Объем выхлопных газов
В среднем при сжигании одного литра топлива выделяется 16 тысяч литров выхлопных газов. Примерный объем газов, выделяемых каждым автомобилем можно вычислить, исходя из среднего расхода топлива на 100 км пробега, заявленного производителем машины. Для этого придется суммировать пройденное расстояние и считать общий объем заправленного топлива.
Выхлопы каждого автомобиля за 1 день или пройденный километр сосчитать просто невозможно. Также нельзя определить общий объем выхлопа большого количества машин, так как неизвестно сколько проезжает ежедневно или ежечасно каждая машина. Поэтому любые данные подобных исследований можно считать сильно усредненными или приближенными.
Влияние выхлопных газов на здоровье человека
Высокая концентрация вредных веществ, содержащихся в выхлопах автомобилей, в атмосфере представляет серьезную опасность для здоровья. Одним из самых быстродействующих и наиболее опасных компонентов автомобильных выхлопов является угарный газ. Он не имеет вкуса и запаха, а при высокой концентрации в замкнутом объеме вызывает тошноту, головокружение, удушье, обмороки и смерть.
Долгое время в качестве автомобильного топлива использовался этилированный бензин, в продуктах его сгорания присутствовал свинец. Этот опасный для человека элемент способен накапливаться в организме. Сейчас этот металл исключен из состава бензина, но за время применения этилированного бензина, свинец мог серьезно повлиять на здоровье жителей крупных городов.
- При нагревании углеводородов под воздействием прямых солнечных лучей они окисляются и при вдыхании вызывают раздражение слизистых оболочек глаз и обострение хронических заболеваний дыхательной системы.
- Сажа и бензипрен, накапливаясь в организме человека, способны вызвать появление опухолей, в том числе и недоброкачественных.
- При классификации веществ, вырабатывающихся в процессе сгорания автомобильного топлива, по степени опасности для человека выделяют 6 основных групп:
- Безопасные.
К ним относятся азот и его соединения, водород и водяные пары, кислород, углекислый газ и другие элементы земной атмосферы. - Оксид углерода или угарный газ.
Наиболее опасная составляющая отходящих газов, он способен вызвать отравление и привести к смерти от сильнейшего удушья. - Оксид и диоксид азота.
Эти вещества считаются более опасными чем угарный газ, при длительном воздействии данных газов даже в небольшой концентрации можно заболеть астмой, получить отек легких или хронический бронхит, а также они способствуют развитию заболеваний пищеварительной, сердечно-сосудистой и нервной систем. - Углеводородные соединения.
В эту группу входит множество органических соединений, большинство из которых ядовиты, вредны для сердечно-сосудистой системы или приводят к возникновению опухолей. - Альдегиды.
Вызывают раздражение слизистых оболочек, приводят к заболеваниям дыхательных путей и убивают нервные клетки. - Сажа и мелкодисперсные элементы
Кроме непосредственного влияния на дыхательные пути и кровеносные сосуды способны впитывать в себя вредные вещества и способствовать их накоплению в организме.
Лечение при отравлении
В случае отравления продуктами сгорания топлива следует срочно обратиться в больницу. Для снижения вреда выхлопных газов автомобилей для сердечно-сосудистой системы производят инъекции препаратов для нормализации ее работы.
При отравлении угарным газом проводят искусственную вентиляцию легких, детоксикацию.
Первая помощь при отравлении
При подобных отравлениях необходимо вывести пострадавшего на свежий воздух, расположить его в сидячем или полусидячем положении и срочно вызвать скорую помощь. До приезда медицинской бригады можно укрыть пострадавшего теплым одеялом и дать теплое питье.
Влияние выхлопных газов на окружающую среду
Выхлопы автомобилей влияют на городскую экологию следующим образом:
- Загрязнение воздуха, воды и почвы вредными веществами.
- Отравление растений, растущих вдоль дорог.
- Возникновение ядовитых кислотных осадков.
- Отрицательное влияние на сельскохозяйственные и кормовые культуры на полях рядом с дорогами.
Все перечисленные факторы тем или иным образом влияют и на здоровье местных жителей.
Как защититься от выхлопных газов?
Для защиты от вредного воздействия газов в местах большого скопления техники или в автомобильных пробках можно применить противогаз или респиратор. Но они редко имеются под рукой. Уменьшить воздействие автомобильных выхлопов можно при помощи самодельной повязки из шарфа или платка.
Для защиты квартиры, расположенной вблизи дороги или парковки, рекомендуется приобрести плотные стеклопакеты, чаще применять специальные приборы – очистители воздуха и как можно больше времени проводить за городом или в парках.
Ремонт и техническое обслуживание автомобилей
Отработанные газы, выводимые из цилиндров двигателей внутреннего сгорания через такт выпуска в атмосферу, имеют в своём составе многочисленные газообразные, жидкие и твердые компоненты (всего — около 200 химических элементов и их соединений).
Эти вещества можно объединить в несколько групп в зависимости от химического состава, свойств и характера воздействия на окружающую среду и организм человека.
В первую очередь такие вещества следует разделить на две основные группы — токсичные (вредные для живой природы и человека) и нетоксичные (относительно безвредные).
Концентрация вредных веществ в общем объеме газов, выбрасываемых двигателем в атмосферный воздух, измеряется в процентах к общему объему или в миллионных долях этого объема.
Единицы измерения концентрации газов
Чтобы в дальнейшем понимать, какими единицами измерения оперируют специалисты при анализе количественного содержания тех или иных компонентов в отработавших газах, необходимы следующие пояснения. Содержание измеряемых компонентов выхлопных газов оценивается в следующих единицах измерения:
- для СО, СО2 и О2 — в процентах;
- для углеводородов СnНm и окислов азота NОx — в ppm.
Аббревиатура ppm (читается «пи-пи-эм») является сокращением английского выражения «parts per million» — «частей на миллион», т. е. миллионная доля (1/1000000 = 10-6).
Применение единицы измерения ppm для оценивания количества углеводородов и окислов азота обусловлено с тем, что концентрация этих газов в общем объеме отработавших газов ничтожно мала, поэтому неудобно указывать их количество в процентах, т. е. в сотых долях.
Определение концентрации малого количества веществ в миллионных долях позволяет более точно оценить отклонение от нормативных значений, что и предопределило массовое распространение ppm в качестве единицы обозначения концентрации. Соотношение между процентами и ppm можно описать следующим равенством: 1% = 10 000 ppm.
Так, например, концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере Земли составляет около 380 ppm, и это означает, что в каждом кубометре воздуха 0,380 мл (почти 2 стакана) углекислого газа. В процентах это выражение будет записано, как 0,038 %. Исправный автомобиль под нагрузкой должен иметь содержание NОx, в выхлопных газах менее 1000 ppm.
Если указать эти значения в процентах, то запись будет выглядеть следующим образом: содержание NОx в выхлопных газах не должно превышать 0,1%.
Очевидно, что отклонение значения, например, на 50 миллионных долей при записи в процентах (0,005%) интуитивно не воспринимается, как существенное изменение, а при записи в ppm (50 ppm) заставляет обратить внимание.
Нетоксичные компоненты отработавших газов
К нетоксичным (безвредным) компонентам выхлопных газов относятся естественные составляющие атмосферного воздуха (например, водяной пар, свободный азот, кислород). Эти вещества не вызывают существенных патологий в организме живых существ (в т. ч.
человека) даже при относительно высокой концентрации.
Пар является газообразной фазой воды, кислород и свободный азот являются основными компонентами атмосферного воздуха, поэтому эти вещества не наносят ощутимого вреда живой природе, даже если их содержание в выхлопных газах будет значительным.
Тем не менее, по количественному содержанию этих веществ в отработавших газах можно сделать определенные выводы о техническом состоянии работающего теплового двигателя и его систем.
Так, например, чрезмерное содержание водяного пара в выхлопных газах может свидетельствовать о неисправности прокладки головки блока цилиндров, трещинах в цилиндре или головке блока, из-за чего охлаждающая жидкость попадает в цилиндры двигателя.
Кислород (О2) в цилиндрах двигателя вступает в реакцию с топливом, вызывая процесс горения. Уровень кислорода в выхлопных газах должен быть низким, не более 0,5%.
Более высокие значения, особенно при работе двигателя на холостом ходу, могут быть вызваны плохой герметичностью впускного тракта, сопровождающейся работой двигателя на чрезмерно бедной топливовоздушной смеси.
Такие отклонения позволяют диагностировать определенные неполадки в системе питания двигателя.
Газообразный азот (N) достаточно инертен, поэтому сам по себе не является опасным для живой природы веществом и не представляет ценности с точки зрения термодинамики теплового двигателя, поскольку не является ни топливом (как например углерод или водород), ни окислителем (как кислород). Тем не менее, его доля в атмосферном воздухе составляет почти 78 %, поэтому в любом случае после сжигания автомобильного топлива образуются те или иные азотосодержащие соединения. Многие из этих соединений являются очень токсичными веществами.
Относительно безопасным компонентом выхлопных газов двигателя считается двуокись углерода (СО2, угольный ангидрид, углекислота или углекислый газ) — газообразное химическое соединение, не обладающее цветом и запахом. Этот газ примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха, а его концентрация в атмосфере Земли составляет примерно 0,04 %.
В течение суток организм человека поглощает и использует в процессах обмена веществ почти 1 кг двуокиси углерода, которая затем покидает организм при выдохе. Тем не менее, дышать при избыточной конценрации углекислого газа в воздухе для здоровья вредно, поскольку он относится к удушающим газам.
Незначительная концентрация (до 2-4%) в непроветриваемом помещении приводит к появлению сонливости и слабости, при концентрации выше 7-10% развивается удушье, проявляющее себя в головной боли, головокружении, расстройстве слуха и даже в потере сознания.
К счастью отравление этим газом не приводит к необратимым последствиям, и после вдыхания свежего воздуха организм вскоре восстанавливается.
Допустимое содержание СО2 в отработавших газах — 12…15%, при этом высокие значения свидетельствуют о хорошей работе двигателя, поскольку углерод топлива полностью сгорает.
Оксид углерода — ядовитый газ без цвета, вкуса и запаха. Вступая в легких в реакцию с кислородом воздуха, лишает мозг кислорода. Выделяется при неполном сгорании топлива, имеет ярко выраженное отравляющее воздействие. Степень отравления зависит от его концентрации и продолжительности воздействия на человека. При дозах свыше 1 % возможна потеря сознания и смерть.
Окись углерода (СО) — неустойчивое химическое соединение, легко вступающее в реакцию с кислородом, в результате которой образуется относительно безопасное соединение — двуокись углерода СО2 (допустимая концентрация в выхлопных газах – 12…15%).
Высокое содержание СО2 в выхлопе свидетельствует о хорошей работе двигателя, рационально сжигающего топливо. Уровень СО в выхлопных газах для современных автомобилей с впрыском топлива не должен превышать 0,5%.
Возможные причины повышения содержания СО следующие:
- неисправность систем вентиляции картера;
- засорение воздушного фильтра;
- неправильная регулировка работы двигателя на холостом ходу;
- повышенное давление топлива в рампе;
- любые другие неисправности, приводящие к работе двигателя на чрезмерно богатых для данного режима топливовоздушных смесях (ТВС).
Оксиды азота NO и диоксиды азота NO2
Оксид азота NО — бесцветный газ без вкуса и запаха. Двуокись азота NО2 — рыжеватый газ с кислым едким запахом. Из этих компонентов в камере сгорания двигателя образуется группа окислов азота, для краткости обозначаемых, как NОx (например, NO3, NO4 и пр.).
Окислы азота считаются более опасными, чем угарный газ, при этом наиболее негативное воздействие на человеческий организм оказывает диоксид азота — NO2.
При окислении оксида азота кислородом воздуха образуется диоксид азота — газ тяжелее воздуха, который скапливается в нишах и углублениях, и весьма опасен при техобслуживании автомобилей.
Негативно влияет на органы дыхания, слизистую оболочку и на ткани лёгких, при длительном воздействии возможно заболевание бронхитом и нарушение деятельности сердечнососудистой системы.
- При соединении окислов азота с углеводородными компонентами СnНm (остатки несгоревшего топлива) в атмосфере под воздействием солнечных лучей образуется фотохимический компонент, чрезвычайно вредный для органов дыхания человека.
- Окислы азота NОx, формируются в камере сгорания двигателя при температуре выше 1370 °С или при большом давлении, что характерно для режимов работы двигателя под высокой нагрузкой. Повышенное содержание NОx, в выхлопных газах обычно имеет место, когда:
- двигатель перегрет;
- топливная смесь бедная.
Эффективной мерой борьбы против образования NОx является применение системы рециркуляции выхлопных газов.
Ароматические углеводороды (соединения вида СnНm)
Углеводороды (СnНm) – это компоненты несгоревшего топлива, их содержание измеряется в частях на миллион по объему (ppm или млн-1). Нормально работающий двигатель сжигает в цилиндрах практически все топливо, допустимое содержание СnНm должно быть менее 50 ppm.
Если топливо сгорает не полностью, в атмосферу выбрасывается бензин, который является канцерогеном.
Причиной повышенного содержания углеводородов в выхлопных газах может являться, например, чрезмерное попадание масла в цилиндры двигателя через неисправные поршневые кольца.
Чаще всего увеличенное содержание вызывается неполадками в системе зажигания. Неправильная регулировка двигателя, позднее зажигание и пониженная температура в камере сгорания приводит к появлению дыма. Углеводородные соединения токсичны, влияют на сердечнососудистую систему и являются сильными канцерогенами.
Остальные компоненты автомобильных выхлопов (альдегиды, сернистые соединения, свинец) не менее вредны для организма человека, но их процентное содержание в отработавших газах незначительно по сравнению с перечисленными выше компонентами.
Своевременная и квалифицированная регулировка работы двигателей внутреннего сгорания с помощью автомобильных газоанализаторов позволяет значительно уменьшить содержание вышеперечисленных вредных веществ в отработанных газах автомобилей.
Пути снижения вредных автомобильных выбросов
В общем случае сокращения объёма вредных выбросов в выхлопных газах автомобилей можно достичь:
- применением альтернативных видов топлива;
- установкой каталитических нейтрализаторов в системы выпуска автомобилей;
- поддержанием на допустимом уровне содержания токсичных веществ в отработавших газах двигателей за счет оптимизации контроля и настроек систем, влияющих на количественную и качественную составляющую вредных выбросов;
- применением гибридных конструкций автомобилей;
- правильной организацией дорожного движения.
В большой степени на содержание токсичных примесей в выхлопных газах влияет техническое состояние и регулировка систем питания и зажигания двигателей внутреннего сгорания. При неправильной регулировке вредные выбросы бензиновых двигателей могут увеличиться в 2, а дизельных — в 20 раз.
***
Типы автомобильных газоанализаторов
Главная страница
Дистанционное образование
- Группа ТО-81
- Группа М-81
- Группа ТО-71
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты
Воздействие двигателей внутреннего сгорания на окружающую среду — Экобаланс
17 сентября 2018
На сегодняшний день к двигателю внутреннего сгорания предъявляются очень жесткие нормы загрязнения, которые требуют всё более хорошего оборудования для очистки выхлопных газов.
Например, в США в Калифорнии (где большая концентрация автомобилей) действуют такие нормы, что если бы такой автомобиль попал бы на наших улицах в пробку, то в выходящих из выхлопной трубы этого автомобиля газах содержание вредных веществ было бы меньше, чем в воздухе, поступающем в мотор, и у нас ездили бы по улицам «очистители воздуха».
Загрязнения двигателями внутреннего сгорания
Почему же тогда безупречно работающий двигатель внутреннего сгорания производит загрязняющие вещества?
В бензиновых и дизельных моторах используются очень разные топлива, которые содержат больше всего углеводороды CH. Помимо этого в топливах есть еще некоторые добавки и увеличители октанового числа. При реакции соединений оксида углерода (СО) и кислорода воздуха образуется диоксид углерода, или углекислый газ (CO2) и водяной пар (H2O).
Результатом неполного сгорания является то, что выхлопные газы содержат больше или меньше вредных соединений.
Неполное сгорание может быть обусловлено коротким временем горения топлива в цилиндрах мотора, разницей температур горения (более насыщенная смесь, при которой повышается температура горения), разница температуры воздуха, поступающего в мотор (если воздух забирается из-под капотного пространства, где температура поднялась до 70 oC, то в таком расширенном воздухе количество кислорода меньше по сравнению с наружным воздухом с температурой 25 oC). Также неполное сгорание может быть по причине неисправности системы зажигания и других факторов, из-за чего в выхлопные газы содержат больше или меньше вредных веществ.
По науке в воздухе 78% азота (N) и 21% кислорода (O2), остальной 1% образуют другие газы.
Для того чтобы при сжигании топливной смеси было как можно меньше вредных остатков горения, смесь должна быть такой консистенции, что на 1 кг бензина приходилось бы 14,7 кг (не литров) воздуха.
То же отношение, выраженное в литрах: на 1 литр бензина 9500 литров воздуха (данные BOSCH Gasoline-Engine Management).
Компоненты, содержащиеся в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания
Компоненты, содержащиеся в выхлопных газах можно разделить на вредные и безвредные.
Безвредные вещества:
- Азот N2
- Кислород O2
- Диоксид углерода CO2 (парниковый эффект)
- Водяной пар H2O
В выхлопных газах всегда есть кислород. Если большая его часть не израсходована, то состав такой смеси слишком ненасыщенный, или до процесса сгорания не было корректного смешивания кислорода и топлива. При нормальном горении содержание остаточного кислорода очень маленькое, потому как большая часть его всегда используется.
Диоксид углерода (CO2) и водяной пар – остатки горения. Чем больше количество (CO2), тем более полным было горение топливной смеси. Во время горения топлива в цилиндрах мотора остается около 14% (CO2). За это время, когда выхлопные газы проходят катализатор и достигают выхода выхлопного коллектора, повышается объем диоксида углерода до 15%-16%.
Возникший в результате деятельности человека смог промышленных предприятий, выхлопные газы автомобилей и дымовые потоки современных реактивных самолетов больше всего нарушают экологическое равновесие. Содержание углекислого газа в продукте горения углеродосодержащих топливных веществ в течение последних лет сильно возросла.
Находящийся в атмосфере углекислый газ препятствует тепловому обмену, который обусловливает чрезмерное нагревание днем и охлаждение ночью. Сжигая фоссильные топливные вещества, человек выбрасывает в атмосферу огромное количество углекислого газа. CO2 образует над землей купол, сохраняющий тепло, это явление ученые называют парниковым эффектом и газ – углекислым газом.
Каждый продавец при продаже нового автомобиля должен указывать, сколько граммов CO2 производит данный автомобиль при прохождении 1 км. Количество CO2 можно уменьшить с уменьшением расхода топлива.
Вредные вещества:
МОНООКСИД УГЛЕРОДА ИЛИ УГАРНЫЙ ГАЗ (СО)
Угарный газ возникает тогда, когда в составе поступающей в цилиндры мотора смеси слишком мало кислорода. На количество кислорода могут влиять засоренный воздушный фильтр или положение дроссельной заслонки (закрыта или открыта), и, конечно, играет свою роль забытый в закрытом положении воздушный клапан.
Большое количество оксида углерода СО возникает, если топливная смесь слишком насыщенная. Продолжительность жизни мотора зависит от состава поступающей в цилиндры смеси. Наибольшее количество СО в выхлопных газах образуется во время горения топливной смеси в цилиндрах.
При соприкосновении с воздухом СО реагирует относительно быстро и образуется диоксид углерода СО2. Угарный газ для человека вреден и опасен.
Он связывается с красными кровяными тельцами и снижает способность усваивать кислород, так как организм не хочет усваивать углекислый газ и кровные тельца остаются со своей «нагрузкой» на более долгое время, чем обычно. Большее, чем 0,3% содержание угарного газа во вдыхаемом воздухе в течение определенного времени может быть для человека смертельным.
НЕСГОРЕВШИЕ ЧАСТИЦЫ БЕНЗИНА ИЛИ УГЛЕВОДОРОДЫ (НС)
Малое количество кислорода в поступающей в мотор горючей смеси (которое содействует неполному сгоранию в цилиндрах мотора и исходя из этого увеличению количества угарного газа) влияет при неполном сгорании и на увеличение углеводородных соединений и копоти. Также этому способствует и позднее зажигание (если позднее, то остается мало времени на горение топлива) и вышедшая из строя система зажигания (высоковольтные провода, свечи, сломанные контакты), также и насыщенная смесь.
В результате уменьшения давления поступающего в форсунки топлива или засорения форсунок топливные частицы становятся слишком большими и для полного сгорания требуют большего времени, чем получают.
Так называемые «ароматические водородные соединения» имеют острый запах и способствуют возникновению рака.
Водородные соединения при взаимодействии с оксидом азота на солнечном свете образуют смог, который практически без запаха, но раздражает слизистую и обладает наркотическим действием.
В больших количествах несгоревшие частицы топлива вредны для человеческого здоровья и оказывают влияние, например, на исчезновение лесов.
ОКСИД АЗОТА (NOx)
Основной компонент воздуха азот N2 (около 70%) при нормальных условиях не реагирует с кислородом. Но при больших температурах и давлении (например, в процессе горения топлива в цилиндрах двигателя) происходит химическая реакция, в результате которой образуется монооксид азота (NO).
На выходе из цилиндров мотора и реагируя с кислородом, образуется диоксид азота NO2. Эти соединения называют оксидами азота в степени икс (NO+ NO2 = NOx).
Количество NOx зависит от температуры горения в цилиндрах в кубической функции, то есть если температура горения повышается (при более насыщенной смеси),то NOx увеличивается в 3 раза в степени.
Для того чтобы уменьшить содержание оксидов азота, в современных автомобилях используют систему возврата выхлопных газов (EGR).
Принцип работы: если автомобиль движется по шоссе с одинаковой скоростью, то часть выхлопных газов направляется обратно в цилиндры, и состав топливной смеси ухудшается, температура горения уменьшается и количество NX газа уменьшается до разов «в кубе» Оксид азота в больших количествах раздражает дыхательные органы и появляются признаки отравления. При взаимодействии с солнечным светом и углеводородами оксиды азота способствуют появлению смога и возникновению кислотных дождей. По оценкам ученых содержащийся в выхлопных газах оксид азота влияет на урожайность. Исследование, проведенное в Италии показывает, что выхлопные газы существенно ухудшают качество спермы у молодых и мужчин среднего возраста.
СВИНЕЦ И СОЕДИНЕНИЯ СВИНЦА
Поскольку в настоящее время в основном используется бензин без содержания свинца, или этилированный бензин, то больше не приходится говорить о соединениях свинца в автомобильном топливе.
ТВЕРДЫЕ ЧАСТИЦЫ
Твердые частицы – очень маленькие, которые образуются в процессе несовершенного горения из топлива и масла. Черный дым, который выделяет дизельный мотор при больших нагрузках, в большом количестве содержит твердые частицы.
Это происходит, поскольку при больших нагрузках в моторе возникает дефицит воздуха и часть топлива не сгорает. Твердые частицы являются причиной возникновения рака дыхательных путей. При работе дизельного мотора угарного газа СО образуется относительно мало.
Углеводород – отход рабочего процесса дизельного мотора, он содержит плохо пахнущие компоненты и является причиной появления смога.
Снижение вредных соединений, содержащихся в выхлопных газах, на требуемый уровень не такое легкое дело, как можно считать. С твердыми частицами казалось бы просто – сделаем процесс горения более эффективным, количество частиц в выхлопных газах уменьшится и расход топлива уменьшится тоже. Более эффективным процесс горения топлива можно сделать с увеличением количества воздуха.
Дизельные моторы работают лучше с излишком воздуха, то есть в камеру сгорания подается немного больше воздуха, чем это необходимо для горения впрыскиваемого топлива. Обычно о воздухе, необходимом для горения, заботится турбокомпрессор.
Так как воздух, прошедший через турбокомпрессор, горячий и расширенный, его следует охладить, чтобы в ограниченное пространство камеры сгорания вместить как можно большее количество кислорода. Для этого используется промежуточный охладитель.
Эффективность увеличивает и повышение температуры горения, что не совсем правильно, поскольку это в свою очередь способствует увеличению оксида азота.
Если мы хотим уменьшить количество соединений NOX, появляются некоторые моменты: понижение температуры горения, которое уменьшило бы количество оксида азота, делает процесс горения неэффективным и увеличивает появления СО и твердых частиц.
Поэтому балансируют производители моторов в поиске между комбинациями наименьших нормам выбросов выхлопных газов и меньшего расхода топлива. Если достигаются хорошие результаты в области выбросов выхлопных газов, то неизбежно увеличивается расход топлива.
Прежде всего, расход топлива увеличивается за счет снижения температуры горения.
Загрузка...
