Эксплуатация и обеспечении экологической безопасности автомобиля





Роль технической эксплуатации в обеспечении экологической безопасности автомобиля

Вредные компоненты, загрязняющие окружающую среду. Мы сжигаем топливо, чтобы совершить полезную работу — перевезти груз или пассажиров. Что же при этом происходит с точки зрения химии и физики? Топливо — это сложная смесь углеводородов. Примем для простоты, что все они предельные с общей формулой С2Н2н+2. Горение — это окисление, т. е. соединение с кислородом:

Эксплуатация и обеспечении экологической безопасности автомобиля

Отметим прежде всего, что для окисления одного моля топлива мы израсходовали 1,5я+0,5 моля кислорода, того самого, который нужен для дыхания людям, животным и растениям. Мы выбросили в атмосферу большое количество тепла 01 — около 44000 кДж на каждый килограмм сгоревшего топлива, да еще 2000 — 2500 кДж/кг выделилось при конденсации паров воды (02).

Последние 2,5 столетия техногенный нагрев атмосферы неуклонно возрастает, и климатологи бьют тревогу: уже сейчас отмечено интенсивное разрушение ледовых полярных шапок Земли, а это грозит подъемом уровня мирового океана и затоплением огромных участков суши, населенных и обрабатываемых.

После этого потопа из всех европейских столиц на суше останутся только Берн и Москва. Катастрофу приближает и углекислый газ, создающий парниковый эффект: солнечные лучи, проходя сквозь слой СОг, нагревают поверхность Земли, но тепло не может уйти в космос, С02 работает как одеяло.

Есть и другая сторона: все больше нефти требуется человечеству для производства синтетических товаров, в том числе и синтетических продуктов питания. То, что мы сжигаем в двигателях сегодня, не смогут съесть наши внуки завтра.

Что же делать? Во-первых, совершенствовать конструкцию автомобилей и двигателей, чтобы повысить КПД и тем снизить нагрев атмосферы. Во-вторых, искать замену углеводородному топливу, чтобы уменьшить парниковый эффект. Этими двумя задачами интенсивно занимаются ученые и инженеры во всем мире,
намечены интересные перспективы, уже достигнуты определенные успехи, но не радикальные.

А что же делать нам, эксплуатационникам? Использовать все доступные средства, чтобы уменьшать расход топлива.

Однако, кроме проблем завтрашних, существуют и проблемы сегодняшние: отработавшие газы (ОГ) содержат не только С02 и воду, но и множество примесей, в том числе токсичных (ядовитых). Прежде всего, это продукты неполного сгорания топлива (170 веществ из 200, входящих в ОГ) — монооксид углерода СО (окись углерода), несгоревшие углеводороды, несгоревший углерод (сажа) и др. Образуются и различные токсичные соединения, например, альдегиды и бенз[а]пирен. Под воздействием СО эритроциты крови утрачивают способность участвовать в газовом обмене.

Наступает кислородное голодание, прежде всего воздействующее на мозг. Человек испытывает головную боль, засыпает, а при большой дозе СО — навсегда. Многие углеводороды токсичны: метан, этан, пропан (популярное в детективах отравление газом), этилен, ацетилен, бензол. Поэтому допустимая концентрация паров бензина в воздухе — 1,5 мг/м3, всего в 1,5 раза больше допустимой концентрации СО. Альдегиды (формальдегид, акролеин) вредно действуют на нервную систему и органы дыхания.

Особо ядовит акролеин, уже при концентрации 0,002% он вызывает сильное раздражение слизистых оболочек. Сажа не столь опасна сама по себе, но на ее частицах адсорбируются молекулы разных соединений, в том числе канцерогенных, главным образом бенз[а]пирена. Вывод: необходимо добиваться более полного сгорания топлива. Какими способами?

Прежде всего, следует шире использовать режимы работы при обедненной смеси (а>1): чем больше воздуха, т. е. кислорода в топливовоздушной смеси, тем полнее сгорание. Меньше работать на холостом ходу. Добиваться улучшения смесеобразования — гомогенизации смеси, т. е. такого состояния, когда топливо распылено в воздухе мелкими, примерно одинаковыми каплями, равномерно распределенными по объему. С этой целью используются различные вставки, которые устанавливают в карбюраторе или во впускном коллекторе (обычно между фланцем карбюратора и фланцем коллектора).

Вставки имеют форму сеток, лопастей и т. п., чтобы увеличивать турбулентность потока и способствовать перемешиванию смеси. Они дают эффект, однако, являясь препятствиями на пути потока, уменьшают его скорость, ухудшают наполнение камеры сгорания и снижают мощность. Намного эффективнее работает созданный в ХАДИ ультразвуковой гомогенизатор.

Это генератор ультразвука (свисток), который работает на перепаде давлений снаружи и под дроссельной заслонкой. Ультразвук дробит крупные капли и, что особенно важно, разрывает пленки топлива. Генератор не является препятствием для потока, потому не снижает мощность. Благодаря более полному сгоранию не только уменьшается содержание СО и СН в ОГ, но и уменьшается на 5 — 10% расход топлива.

Однако все перечисленные мероприятия имеют и оборотную сторону. С увеличением а (что происходит под нагрузкой и при средних оборотах) повышается температура и давление в камере сгорания. И начинают образовываться оксиды азота. В обычных атмосферных условиях азот практически инертен и не вступает в реакции окисления. Чтобы он начал соединяться с кислородом, нужны высокие температуры и давления, или же действие электрических разрядов, ионизирующих излучений и т. д. Именно такие факторы действуют в камере сгорания, и чем лучше сгорание, тем выше температура и давление и тем больше оксидов азота образуется. Наиболее опасны гемиоксид К’20 («веселящий газ», наркотическое вещество), оксид N0 и диоксид N02

Эксплуатация и обеспечении экологической безопасности автомобиля

Последние два являются ангидридами азотистой и азотной кислот; попадая в организм человека, они соединяются с парами воды и превращаются в кислоты, которые разрушающе действуют на легкие. Опасные заболевания наступают при концентрации оксидов азота 0,01%. ПДК для азота составляет 0,1 мг/м3 (в 10 раз меньше, чем для СО). Нужно отметить, что вообще степень токсичности разных составляющих ОГ различна:

Таким образом, те меры, которые помогают снизить содержание в ОГ сравнительно малоопасных СО и СН, способствуют росту содержания НОх. Сейчас для снижения выброса последних широко используется рециркуляция ОГ, т. е. возврат некоторой части выхлопа из выпускного коллектора во впускной. ОГ подогревают топливовоздушную смесь и улучшают парообразование, но оказываются значительно холоднее рабочих газов после вспышки и срезают пик температуры и давления.

Это резко снижает содержание N0, — на 35 — 40%, но несколько уменьшает мощность двигателя. Наши исследователи отметили, однако, любопытное явление. Когда рециркулируемые ОГ начали подавать через

ультразвуковой свисток (чтобы он работал не только на холостом ходу, но и на всех режимах), мощность не только не снизилась, но даже немного повысилась («на 0,5%).

В таблице упомянуты высокотоксичные соединения свинца. Они не являются результатом неполного сгорания. Тетраэтилсвинец добавляют в бензин для повышения октанового числа. Октановое число (04) характеризует противодетонационную стойкость, или же температуру, при которой вспыхивает бензин. Моторное топливо на специальных установках (типа УИТ-65) сравнивают со смесью изооктана, 04 которого условно принято за 100, и нормального гептана (н-гептана) с 04=0.

Процент изооктана в смеси, эквивалентной по детонационной стойкости испытываемому топливу, называется 04 топлива.

До сих пор широко применяют этилированный бензин, так как наш бензин недостаточно качественный. Насколько опасен свинец, говорит следующий пример. В свое время, когда в США использовали этилированный бензин, там провели обследование почвы, растительности и животных в полосе 50 м от автомагистрали. Оказалось, в дождевых червях столько свинца, что птица, склевавшая такого червяка, быстро умирает.

За рубежом для уменьшения токсичности ОГ широко применяют нейтрализаторы каталитического действия. Наиболее эффективны нейтрализаторы двухступенчатые, окислительно-восстановительные. В окислительном контуре идет дожигание СО и несгоревших СН, в восстановительном — разложение оксидов азота.

К сожалению, в близком будущем ожидать широкого их использования не приходится: во-первых, они очень дороги (1600 $ ), во-вторых, не могут работать при использовании этилированного бензина: соединения свинца «отравляют» катализатор.

Кроме того, нейтрализатор — это устройство пассивное, он не уменьшает образование вредных веществ, он их только ликвидирует — и при том несколько снижает мощность двигателя. Для России намного привлекательнее устройства, активно управляющие расходом топлива и образованием токсичных веществ.

Некоторые из них уже широко используются на серийных автомобилях (системы рециркуляции ОГ; экономайзеры принудительного холостого хода (XX) с устройствами перекрытия подачи топлива электромагнитным клапаном, как на карбюраторе К-88АМ; системы впрыска топлива с электронным управлением; закрытые системы вентиляции картера отводов газов из картера во впускной тракт). На автомобилях старых моделей очень эффективно применение ультразвукового гомогенизатора в сочетании с рециркуляцией ОГ: образование СО и СН сводится практически к нулю, а оксидов азота — на 25 — 40% (при стоимости комплекта 10 — 15 $). Одновременно экономится 5 — 8% топлива.

Итак, главный вывод: для уменьшения общей загазованности и выброса вредных веществ необходимо, в первую очередь, снижать расход топлива. Далее следует отказываться от этилированных бензинов. Правильно выбирать режимы движения (это поможет и сэкономить топливо, и уменьшить вредные выбросы). Наконец, следует поддерживать правильное техническое состояние подвижного состава и, в первую очередь, двигателей.

Эксплуатация и обеспечении экологической безопасности автомобиля

Выбор режимов движения.

Для работы автомобиля характерна частая смена скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя. Удельная токсичность ОГ с увеличением нагрузки на двигатель снижается, достигая минимума при 80%-ной нагрузке для бензиновых двигателей, 60 — 70%-ной — для дизелей (это области оптимальных значений а).

Наиболее благоприятны режимы установившиеся (постоянная скорость). В то же время в большом городе у легкового автомобиля двигатель работает на XX 20 — 22% времени, с ускорением — 20 — 25%, замедлением — 22 — 25%, а на постоянной скорости — лишь 27 — 37%. При торможении двигателем (без отключения подачи топлива), а это бывает 16 — 18% времени, смесь резко обогащается, увеличивается СО й СН. Наиболее вредна работа на максимальной скорости с полной нагрузкой — при этом в атмосферу попадает в 8 — 10 раз больше продуктов сгорания, т. е. резко возрастает абсолютное количество вредных выбросов.

Таким образом, выбор рациональных режимов движения способствует экономии топлива и уменьшению выбросов. Здесь огромную роль могут сыграть мероприятия по организации дорожного движения («зеленая волна», развязки в разных уровнях, подземные пешеходные переходы, использование улиц с Односторонним движением и окружных дорог).

Автомобилисты- эксплуатационники должны уделять побольше внимания обучению водителей, прививать им навыки плавной езды, без резких разгонов и торможений (делая упор при объяснениях на экономии горючего).

Техническое состояние автомобиля. Количество вредных выбросов резко возрастает при неправильной регулировке систем питания и зажигания. В крупных городах правильно отрегулировано 15 — 20% автомобилей. Остальные выбрасывают в атмосферу оксидов углерода и азота в 1,5-2 раза больше нормы.

Основные неисправности, увеличивающие токсичность ОГ: неисправности ЦПГ и ГРМ (нарушение зазоров в ГРМ может увеличить содержание СН до 1,5 раз), карбюратора (засорение жиклеров, нарушение уровня топлива в поплавковой камере, заедание дроссельной заслонки, нарушение регулировки системы XX), системы зажигания. В дизельных двигателях: неполадки в топливных насосах и форсунках, нарушения герметичности соединений, неправильная регулировка давления начала впрыска и угла опережения впрыска. У старых двигателей содержание СО в 2 — 3 раза выше, чем у новых.

Все неисправности, снижающие коэффициент избытка воздуха, повышают выброс СО и СН (например, засорение жиклеров, загрязнение воздушного фильтра с увеличением его гидравлического сопротивления на 30 — 40% повышает токсичность на 15 — 20%). Загрязнение двигателя также увеличивает вредные выбросы. Систематическая промывка масляной системы двигателя снижает суммарный выброс токсичных компонентов на 8 — 9% с экономией топлива 5 — 6%.




Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Оставить ответ

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: