Состав выхлопных газов

Состав выхлопных газов автомобиля

В сущности бензин состоит из молекул углерода и кислорода. При сгорании бензина в цилиндрах двигателя углерод соединяется с кислородом, находящимся в воздухе, в результате чего образуется двуокись углерода (углекислый газ СО2), водород соединяется с кислородом, образуя воду (Н2О).

Из 1 л бензина получается примерно 0,9 л воды, которая обычно не видна, так как она выходит из системы выпуска отработавших газов в виде пара, в который превращается под воздействием высокой температуры. Только при холодном двигателе, особенно в холодное время года, видны белые облака отработавших газов, образованные сконденсированной водой. Эти продукты горения образуются, когда воздух и топливо смешиваются в оптимальной пропорции (14,7:1). Но, к сожалению, это соотношение не всегда выдерживается, поэтому и присутствуют вредные вещества в отработавших газах.

Все без исключения автомобили оборудованы управляемым трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, автомобили с дизельными двигателями Endura-DE — окислительным каталитическим нейтрализатором. Управляемый каталитический нейтрализатор уменьшает содержание оксидов углерода примерно на 85%, углеводородов — на 80%, оксидов азота — на 70%.

Окислительные каталитические нейтрализаторы не оказывают никакого влияния на концентрацию оксидов азота. С увеличением пробега эффективность каталитического нейтрализатора снижается. Обозначение «управляемый» говорит о том, что при работе двигателя состав отработавших газов постоянно контролируется с помощью датчика концентрации кислорода и содержание вредных веществ в газах уменьшается до предписанных законодательством норм.

Рис. 11.4. Расположение датчика (1) концентрации кислорода в приемной выхлопной трубе (2), где температура отработавших газов максимальна

Датчик концентрации кислорода (HO2S) на автомобиле Fiesta установлен перед каталитическим нейтрализатором в передней выхлопной трубе (рис. 11.4) и действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамического материала, изготовленного из диоксида циркония и оксида иттрия. Керамический материал датчика подвергается снаружи воздействию отработавших газов, его внутренняя поверхность соединена с окружающим воздухом.

Для уменьшения времени приведения датчика в нормальный рабочий режим его оборудуют электрическим подогревом. Вследствие разницы в содержании кислорода в отработавших газах и окружающем воздухе в датчике возникает разность потенциалов, которая при определенном остаточном содержании кислорода в отработавших газах сильно увеличивается.

Этот скачок напряжения происходит точно при соотношении топлива и воздуха l=1. При недостатке кислорода (l1) напряжение уменьшается до 0,1 В.

Сигнал датчика концентрации кислорода передается блоку управления системой впрыска топлива. Блок обогащает или обедняет топливовоздушную смесь, чтобы поддерживать соотношение топлива и воздуха как можно ближе к оптимальному l=1.

Рабочая область каталитического нейтрализатора

Степень эффективности каталитического нейтрализатора является функцией рабочей температуры. Нейтрализатор начинает работать при температуре приблизительно 300 °С, которая достигается через 25–30 с движения. Рабочая температура в диапазоне 400–800 °С обеспечивает оптимальные условия для получения максимальной эффективности и большого срока службы нейтрализатора.

Керамический каталитический нейтрализатор восприимчив к сверхвысокой температуре. Если его температура превышает 900 °С, начинается процесс интенсивного старения, а при температурах свыше 1200 °С его работоспособность полностью нарушается.

Активный слой состоит из металлов, чувствительных к содержанию свинца в топливе, при отложении которого активность каталитического слоя быстро уменьшается. Поэтому двигатели с каталитическими нейтрализаторами следует эксплуатировать только на неэтилированном бензине.

Рис. 11.5. Схема работы каталитического нейтрализатора. От двигателя поступают вредные вещества NOx (оксиды азота), СО (угарный газ) и СН (углеводороды), а после реакции в каталитическом нейтрализаторе выходят N2 (азот), СО2 (углекислый газ) и Н2О (вода): 1,2 – металлические сетки; 3 – корпус; 4 – перфорированная воронка

Каталитический нейтрализатор имеет пористое керамическое основание, покрытое драгоценными металлами — платиной и родием и заключенное в оболочку из нержавеющей стали. Расположенное на проволочной сетке керамическое основание пронизано большим количеством параллельно расположенных каналов. На стенках каналов нанесен промежуточный слой для увеличения активной поверхности каталитического нейтрализатора (рис. 11.5).

Каталитический нейтрализатор содержит 2–3 г драгоценных металлов, причем платина способствует окислению, а родий — восстановлению окислов азота.

Каталитический нейтрализатор нейтрализует такие вредные вещества, как угарный газ, углеводород и оксиды азота (поэтому он называется трехкомпонентный каталитический нейтрализатор).

ПРАКТИЧЕСКИЙ СОВЕТ

Эксплуатация автомобилей с каталитическим нейтрализатором Если двигатель автомобиля Fiesta не пускается из-за разрядки аккумуляторной батареи, не пытайтесь пустить двигатель, толкая или буксируя автомобиль. В каталитический нейтрализатор попадет очень много несгоревшего топлива, которое со временем приведет его в негодность.

При перебоях в зажигании или пропусках зажигания необходимо сразу же проверить систему зажигания и при дальнейшем движении избегать высокой частоты вращения коленчатого вала двигателя. Перед нанесением защитной мастики на днище кузова тщательно закройте каталитический нейтрализатор, иначе возможно возгорание.

При каждом подъеме автомобиля обязательно проверяйте теплозащитные пластины. Негерметичность системы выпуска отработавших газов (прогоревшая прокладка, трещина от высокой температуры и т.д.) перед датчиком концентрации кислорода приводит к неправильным результатам измерения (высокая доля содержания кислорода). Поэтому электронный блок управления двигателем будет обогащать смесь, что приведет к увеличению расхода топлива и преждевременному износу каталитического нейтрализатора.

ТЕХНИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ

Состав отработавших газов Оксид углерода (угарный газ — СО). Чем богаче топливовоздушная смесь, тем больше образуется угарного газа. Точное управление количеством впрыскиваемого топлива, правильно установленный момент зажигания и равномерное распределение смеси в камере сгорания уменьшают содержание угарного газа в отработавших газах.

Никогда не измеряйте содержание оксида углерода в закрытых помещениях, так как угарный газ ядовит и даже небольшая его концентрация в закрытых помещениях может быть смертельна. В воздухе угарный газ относительно быстро соединяется с кислородом и образует углекислый газ. Несмотря на то что углекислый газ не ядовит, он участвует в образовании «парникового» эффекта.

Углеводороды (СН).

Соединения углеводородов объединены в одну группу. Содержание СН зависит от конструкции двигателя (неизменяемая величина). Слишком богатая или слишком бедная топливовоздушная смесь также увеличивает долю содержания СН в отработавших газах. Некоторые из них безопасны, другие могут вызывать раковые заболевания. Все соединения углеводородов совместно с оксидами азота (NOx) образуют смог (тяжело растворимые туманные облака отработавших газов).

Оксиды азота (NOx или NO) — образуются, прежде всего, из-за наличия азота в воздухе, поступающего в камеру сгорания (свыше 3/4). Их концентрация особенно высока в конструкциях двигателей с низким расходом топлива и малым содержанием СО и СН в отработавших газах. Для этих двигателей характерны высокая температура сгорания и бедная топливовоздушная смесь. При сильной концентрации оксиды азота могут повредить органы дыхания. При соединении с водой образуются кислотные дожди.

Образуется при сгорании топлива, содержащего углерод, при соединении с кислородом воздуха. Углекислый газ уменьшает полезное воздействие озонового слоя Земли, защищающего от вредного ультрафиолетового излучения Солнца.

Ядовитые вещества, содержащиеся в отработавших газах дизельных двигателей. При работе дизельного двигателя образуется незначительное количество СО и СН. Из-за более высокой компрессии дизельный двигатель выбрасывает меньше оксидов азота. Но для дизельного двигателя характерны другие вредные вещества в продуктах сгорания. Например, сажа — типичная составная часть отработавших газов дизеля. Сажа состоит из несгоревших углеродов и золы.

Частицы сажи при попадании в органы дыхания становятся возбудителями рака. Двуокись серы (SO2) также образуется при наличии серы, прежде всего, в дизельном топливе. Способствует появлению серной или сернистой кислоты в дожде (кислотные дожди). Автомобили с дизельными двигателями становятся причиной 3% кислотных осадков.

Углекислый газ образуется при сгорании дизельного топлива только при более высоких концентрациях.

Опасность выхлопных газов автомобилей

Влияние на атмосферу выхлопных газов – актуальная экологическая проблема. Многие люди используют автомобили и даже не догадываются, как сильно отравляют воздух. Чтобы оценить ущерб, стоит изучить состав выхлопных газов и последствия их влияния на окружающую среду.

Из чего состоят выхлопные газы

Выхлопные газы автомобилей образуются в процессе работы двигателя, а также при неполном или полном сгорании используемого топлива. Всего в них обнаруживается свыше двухсот различных компонентов: одни существуют всего несколько минут, другие же разлагаются годами и витают в воздухе долгое время.

Классификация

Все выхлопы по свойствам, составным компонентам и степени воздействия на экологию и человеческий организм разделятся на несколько групп:

Первая группа объединяет все вещества, не обладающие токсичными свойствами. Сюда входят водяные пары, а также естественные и неотъемлемые компоненты атмосферного воздуха, неизбежно проникающие в автомобильные двигатели. К данной категории относятся и выбросы CO2 – углекислого газа, который также является нетоксичным, но снижает концентрацию кислорода в воздухе.
Вторая группа составляющих автомобильных выхлопных отработавших газов включает оксид углерода, то есть угарный газ. Он является продуктом неполного сгорания топлива и обладает выраженными отравляющими и токсичными свойствами. Это вещество, попадая в человеческий организм при вдыхании, проникает в кровь и вступает в реакцию с гемоглобином. В результате сильно снижается концентрация кислорода, наступает гипоксия, а в тяжёлых случаях и летальный исход.
Третья группа охватывает оксиды азота, которые имеют буроватый оттенок, неприятный едкий запах. Такие вещества опасны для человека, так как могут раздражать слизистые и поражать оболочки внутренних органов, особенно лёгких.
Четвёртая группа компонентов выхлопных газов самая многочисленная и включает углеводороды, которые появляются из-за неполного сгорания используемого топлива в автомобильных двигателях. И именно такие вещества образуют голубоватый или светлый белый дым.
Пятая группа компонентов выхлопов представлена альдегидами. Наивысшие концентрации данных веществ наблюдаются при минимальных нагрузках или при так называемом холостом ходе, когда температурный режим сгорания в двигателе отличается невысокими показателями.
Шестая группа составляющих выхлопных автомобильных газов – это различные дисперсные частицы, включая сажу. Они считаются продуктами износа деталей двигателя, а также могут включать частички масел, аэрозоли, нагар. Сама по себе сажа не является опасной, но она может оседать в дыхательных путях и ухудшать видимость при выхлопах.
Седьмая группа веществ, входящих в состав выхлопных газов – это различные сернистые соединения, образующиеся при сгорании в двигателях видов топлива, содержащих серу (к ним относится, прежде всего, дизельное). Такие компоненты имеют резкий характерный запах, и они способны оказывать раздражающее воздействие на слизистые оболочки, а также нарушать обменные процессы и окислительные реакции.
Восьмая группа – это разные свинцовые соединения. Они появляются при эксплуатации карбюраторных двигателей при условии применения этилированного бензина с присадками, способствующими повышению октанового числа.

Последствия воздействия выхлопных газов

Влияние выхлопных газов на здоровье человека, экологию и атмосферу крайне губительно. Прежде всего, вредные выбросы, образующиеся при сгорании топлива в автомобильных двигателях, сильно загрязняют воздух, образуя смог. Некоторые мелкие и легкие частицы способны подниматься и достигать атмосферных слоёв, меняя их состав и уплотняя структуру.

Выхлопные газы являются одной из причин парникового эффекта, который развивается стремительными темпами и представляет реальную угрозу для экологии и всего человечества. Он обусловливает погодные аномалии, потепление, таяние ледников, повышение уровня мирового океана.

Другое направление негативного влияния выхлопных газов – это способствование формированию кислотных дождей. В последнее время они стали идти всё чаще и сильно вредить экосистеме. Выпадающие осадки, обладающие повышенной кислотностью, меняют состав почвы, что может сделать её непригодной для произрастания растений и выращивания сельскохозяйственных культур.

Сильно страдает флора: дожди буквально разъедают листву и плоды. Также кислотные осадки вредны и опасны для человека: они оказывают раздражающее и токсическое воздействия на кожные покровы, волосистую часть головы.

Крайне опасно воздействие выхлопов автомобилей и для человеческого организма. Компоненты газов практически сразу же попадают в дыхательную систему, раздражают слизистые оболочки лёгких и бронхов, нарушают и угнетают функции дыхания, а также вызывают целый ряд хронических заболеваний, включая астму и бронхит. Но вещества из дыхательных путей всасываются в кровь и меняют её состав, например, значительно снижают концентрацию кислорода. Также соединения проникают во все ткани и органы, а некоторые способны в будущем вызывать перерождение и мутацию клеток, их разрушение.

Как избежать серьёзных последствий влияния выхлопов

Чтобы минимизировать опасные и серьёзные последствия негативного воздействия автомобильных выхлопных газов, следует принимать ряд мер:

Грамотная, рациональная и умеренная эксплуатация автомобильных транспортных средств. Не допускайте длительной работы на холостом ходу, избегайте езды на больших скоростях, по возможности отказывайтесь от машины в пользу использования общественного транспорта, а именно троллейбусов и трамваев.
Самый эффективный путь – это отказ от нефтесодержащих видов топлива и переход на альтернативные источники энергии. В последние несколько лет учёные начали разрабатывать автомобили, работающие на электричестве и даже солнечных батареях.
Постоянно следите за исправностью автомобиля, а особенно за состоянием двигателя и всех его деталей, а также за работой выхлопной системы.
Доступны современные средства, снижающие концентрацию вредных веществ в автомобильных выхлопах. К ним относятся так называемые каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Если применять их постоянно, то выбросы будут менее опасными для атмосферы и человечества.

Используя автомобиль, каждый владелец должен заботиться не только о его исправности, но и о влиянии транспорта и выхлопов на здоровье и окружающую среду. Только в таком случае удастся избежать печальных последствий.

Выхлопные газы - это... Что такое Выхлопные газы?

Дым из выхлопных труб дизельного грузовика

Выхлопные газы (отходящие газы) — отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов — основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ и канцерогенов в атмосфере крупных городов, образования смогов, являющихся частой причиной отравления в замкнутых пространствах.

Количество выделяемых в атмосферу автомобилями загрязняющих веществ определяется массовым выбросом газов и составом отходящих газов.

Количество отходящих газов автомобилей

В основном определяется массовым расходом топлива автомобилями. Расход по расстоянию нормируется и обычно указывается производителями (одна из потребительских характеристик). В отношении суммарного объема выходящих из глушителя выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру — один килограмм сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 килограммов смеси различных газов.

	ВАЗ 2110 1,5k литра	ВАЗ 2110 1,5i литра	Mitsubishi Colt 5-D 1.1i литра	ВАЗ 11113 0,75k литра	ВАЗ 21055 1,5D литра
Расход в «городском» режиме, л/100км	9,1	8,6	7,0	6,4	5,7
Расход, равномерно 60 км/ч, л/100км	6,5	6,5	3,7	3,2	3,8

k — карбюраторный двигатель
i — инжекторный двигатель
D — дизельный двигатель
плотность бензина при +20С колеблется от 0,69 до 0,81 г/см³
плотность дизельного топлива при +20С по ГОСТ 305-82 не более 0,86 г/см³

Состав автомобильных выхлопных газов

	Бензиновые двигатели	Дизели
N2, об.%	74—77	76—78
O2, об.%	0,3—8,0	2,0—18,0
h3O (пары), об.%	3,0—5,5	0,5—4,0
CO2, об.%	0,0—16,0	1,0—10,0
CO*, об.%	0,1—5,0	0,01—0,5
Оксиды азота*, об.%	0,0—0,8	0,0002—0,5
Углеводороды*, об.%	0,2—3,0	0,09—0,5
Альдегиды*, об.%	0,0—0,2	0,001—0,009
Сажа**, г/м3	0,0—0,04	0,01—1,10
Бензпирен-3,4**, г/м3	10—20·10−6	10×10−6

* Токсичные компоненты

** Канцерогены

Влияние выхлопных газов на здоровье человека

Выхлопная труба легкового автомобиля

Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ, доля токсичности альдегидов относительно невелика и составляет 4—5 % от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных углеводородов сильно отличается. Непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются образуя ядовитые кислородсодержащие соединения — составляющие смогов.

Качество дожигания на современных катализаторах таково, что доля СО после катализатора обычно менее 0,1 %.

Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды — сильные канцерогены. Среди них наиболее изучен бензпирен, кроме него обнаружены производные антрацена:

1,2—бензантрацен
1,2,6,7—дибензантрацен
5,10—диметил—1,2—бензантрацен

Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входить оксиды серы, при применении этилированных бензинов — свинец (Тетраэтилсвинец), бром, хлор, их соединения. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическим и фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога.

Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма — иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, бронхопневмонии, рака лёгких. Также выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечно-сосудистой системы.

Отравления в замкнутом пространстве

Довольно часты случаи отравления выхлопными газами, в том числе с летальными исходами автомобилистов в гаражах, закрытых стоянках и внутри автомобилей (при утечке в салон), при плохой вентиляции. Также бывали случаи отравления выхлопными газами в квартирах домов, находящихся вблизи автостоянок (вдыхание выхлопных газов приводит к накоплению токсичных веществ в организме человека). Для борьбы с такими случаями вводятся строительные нормы вентиляции стоянок и сооружений, связанных с эксплуатацией и обслуживанием автомобилей.

Пути снижения выбросов и токсичности

Стимулом к сокращению объёмов 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 на светофорах[источник не указан 120 дней]). 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.

Законодательное регулирование

Контролируется качественный состав изготавливаемого и реализуемого топлива (в России это стандарты на топливо, региональные требования, в Европе — нормативы ЕВРО).
Предусмотрен контроль за состоянием и регулировками автомобилей. В России является обязанностью органов технического осмотра ГАИ периодически контролировать доли оксидов углерода и углеводородов в выхлопе на двух частотах вращения, состояние предусмотренных систем нейтрализации на бензиновых двигателях (по ГОСТ Р 52033-2003), на газобаллонных (по ГОСТ Р 17.2.02.06-1999) и дымность на дизельных двигателях (по ГОСТ Р 52160-2003).
В России вводятся повышенные ставки транспортного налога на мощность двигателя автомобиля.
Топливо облагается специальными акцизами.
Предусмотрены нормативы на выпускаемые автомобили. В России и европейских странах приняты стандарты ЕВРО, задающие как токсичность, так и количественные показатели, например:
- По Евро-3 выбросы: СН до 0,2 г/км, CO до 2,3 г/км и NOy до 0,15 г/км
- По Евро-4 выбросы: СН до 0,1 г/км, CO до 1,0 г/км и NOy до 0,08 г/км
В некоторых регионах вводятся ограничения на движение большегрузного автотранспорта (например в г.Москве).

Считается[кем?], что распространение подобных норм и ограничений на территории с нормальной экологической обстановкой создаёт излишние затраты.

См. также

Примечания

Ссылки

выхлопные газы как индикатор состояния двигателя

Состав выхлопных газов автотранспорта

Состав выхлопных газов автомобилей

Влияние выхлопных газов на здоровье человека

Выхлопные газы автомобилей

дизельных двигателей, об.%[13]

Компонент	Карбюраторные двигатели	Дизельные двигатели
Азот	74–77	76–78
Кислород	0,3–8,0	2–18
Пары воды	3,0–5,5	0,5–4,0
Диоксид углерода	5,0–12,0	1,0–10,0
Оксид углерода	0,5–12,0	0,01–0,5
Оксиды азота	0,0–0,8	0,0002–0,5
Углеводороды неканцерогенные	0,2–3,0	0,009–0,5
Альдегиды	0,0–0,2	0,001–0,009
Сажа	0,0–0,4 г/м3	0,01–1,1 г/м3
Бенз(а)пирен	До 10–20 мкг/м3	До 10 мкг/м3

Диоксид серы образуется в отработавших газах в том случае, когда сера содержится в исходном топливе (дизельное топливо). Анализ данных, приведенных в табл. 16, показывает, что наибольшей токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большего выброса СО, NOx, CnHm и др. Дизельные ДВС выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде нетоксична. Однако частицы сажи, обладая высокой адсорбционной способностью, несут на своей поверхности частицы токсичных веществ, в том числе и канцерогенных. Сажа может длительное время находиться во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая тем самым время воздействия токсических веществ на человека.

Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70% свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в атмосферу с отработавшими газами, из них 30% оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40% остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5–3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания его в бензине. Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой этилированного бензина на неэтилированный, что используют в Российской Федерации и ряде стран Западной Европы.

Состав отработавших газов ДВС зависит от режима работы двигателя. У двигателя, работающего на бензине, при неустановившихся режимах (разгон, торможение) нарушаются процессы смесеобразования, что способствует повышенному выделению токсичных продуктов. Зависимость состава отработавших газов ДВС от коэффициента избытка воздуха приведена на рис. 77, а. Переобогащение горючей смеси до коэффициента избытка воздуха а = 0,6–0,95 на режиме разгона ведет к увеличению выброса несгоревшего топлива и продуктов его неполного сгорания.

В дизельных двигателях с уменьшением нагрузки состав горючей смеси обедняется, поэтому содержание токсичных компонентов в отработавших газах при малой нагрузке уменьшается (рис. 77, б). Содержание СО и СnНm возрастает при работе на режиме максимальной нагрузки.

Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и особенно от двигателя – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы СО увеличиваются в 4–5 раз.

В процессе старения двигателя выбросы его увеличиваются из-за ухудшения всех характеристик. При износе поршневых колец увеличивается прорыв через них. Утечки через выхлопной клапан могут стать основным источником выбросов углеводородов.

Характеристики режима работы и конструкции, которые оказывают влияние на выбросы в карбюраторных двигателях, включают следующие параметры:

1) коэффициент избытка воздуха;

2) нагрузка или уровень мощности;

3) скорость;

4) управление моментом;

5) образование нагара в камере сгорания;

6) температура поверхности;

7) противодавление выхлопа;

8) перекрытие клапанов;

9) давление во впускном трубопроводе;

10) соотношение между поверхностью и объемом;

11) рабочий объем цилиндра;

12) степень сжатия;

13) рециркуляция выхлопного газа;

14) конструкция камеры сгорания;

15) соотношение между ходом поршня и диаметром цилиндра.

Уменьшение количества выбрасываемых загрязняющих веществ достигается в современных автомобилях за счет использования оптимальных конструкторских решений, точной регулировки всех элементов двигателя, выбором оптимальных режимов движения, использованием топлива более высокого качества. Управление режимами движения автомобиля может осуществляться с помощью компьютера, устанавливаемого в салоне автомобиля.

Эксплуатационные и конструкторские параметры, влияющие на выбросы двигателей, в которых зажигание смеси происходит за счет сжатия, включают следующие характеристики:

1) коэффициент избытка воздуха;

2) опережение впрыска;

3) температура входящего воздуха;

4) состав топлива (включая присадки);

5) турбонаддув;

6) завихрение воздуха;

7) конструкция камеры сгорания;

8) характеристики форсунки и струи;

9) рециркуляция выхлопного газа;

10) система вентиляции картера.

Турбонаддув увеличивает температуру цикла и, таким образом, усиливает окислительные реакции. Эти факторы приводят к сокращению выбросов углеводородов. Чтобы уменьшить температуру цикла и таким образом сократить выброс оксидов азота, совместно с турбонаддувом может быть использовано промежуточное охлаждение.

Одним из наиболее перспективных направлений снижения выбросов токсичных веществ карбюраторных двигателей является использование методов внешнего подавления выбросов, т.е. после того, как они выйдут из камеры сгорания. К таким устройствам относятся термические и каталитические реакторы.

Цель использования термических реакторов состоит в том, чтобы доокислить углеводороды и оксид углерода посредством некаталитических гомогенных газовых реакций. Эти устройства предназначены для окисления, поэтому они не приводят к удалению оксидов азота. Такие реакторы поддерживают повышенную температуру выхлопных газов (до 900°С) в течение периода времени доокисления (в среднем до 100 мс), так что окислительные реакции продолжаются в выхлопных газах и после того, как они покинут цилиндр.

Каталитические реакторы устанавливаются в выхлопной системе, которая часто несколько удалена от двигателя и, в зависимости от конструкции, используется для удаления не только углеводородов и СО, но, кроме того, и оксидов азота. Для автомобильных транспортных средств используются такие катализаторы, как платина и палладий, для окисления углеводородов и СО. Для уменьшения содержания оксидов азота в качестве катализатора используется родий. Как правило, используется всего 2–4 г благородных металлов. Основные металлические катализаторы могут быть эффективными при использовании спиртовых топлив, но их каталитическая активность быстро падает при использовании традиционных углеводородных топлив. Применяются два вида носителей катализаторов: таблетки (γ-оксид алюминия) или монолиты (кордиерит или коррозионно-стойкая сталь). Кордиерит при применении его в качестве носителя покрывают γ-оксидом алюминия перед нанесением каталитического металла.

Каталитические нейтрализаторы конструктивно состоят из входного и выходного устройств, служащих для подвода и вывода нейтрализуемого газа, корпуса и заключенного в него реактора, представляющего собой активную зону, где и протекают каталитические реакции. Реактор-нейтрализатор работает в условиях больших температурных перепадов, вибрационных нагрузок, агрессивной среды. Обеспечивая эффективную очистку отработанных газов, нейтрализатор по надежности не должен уступать основным узлам и агрегатам двигателя.

Нейтрализатор для дизельного двигателя показан на рис. 78. Конструкция нейтрализатора осесимметрична и имеет вид «трубы в трубе». Реактор состоит из наружной и внутренней перфорированных решеток, между которыми размещен слой гранулированного платинового катализатора.

Назначение нейтрализатора заключается в глубоком (не менее 90 об %) окислении СО и углеводородов в широком интервале температур (250…800°С) в присутствии влаги, соединений серы и свинца. Катализаторы этого типа характеризуются низкими температурами начала эффективной работы, высокой термостойкостью, долговечностью и способностью устойчиво работать при высоких скоростях газового потока. Основным недостатком нейтрализатора этого типа является высокая стоимость.

Для того чтобы каталитическое окисление происходило нормально, окисляющие катализаторы требуют некоторого количества кислорода, а восстанавливающие катализаторы – некоторого количества СО, CnНm или Н2. Типичные системы и реакции каталитического окисления-восстановления приведены на рис. 79. В зависимости от селективности катализатора в процессе восстановления оксидов азота может образоваться некоторое количество аммиака, который затем снова окисляется в NO, что приводит к снижению эффективности разрушения NOx.

Крайне нежелательным промежуточным продуктом может оказаться серная кислота. Для почти стехиометрической смеси сосуществуют как окисляющиеся, так и восстанавливающиеся составляющие в выхлопных газах.

Эффективность катализаторов может быть снижена в присутствии соединений металлов, которые могут поступать в выхлопные газы из топлива, добавок смазывающих материалов, а также вследствие износа металлов. Это явление известно под названием отравления катализатора. Особенно существенно понижают активность катализатора антидетонационные добавки тетраэтилсвинца.

Кроме каталитических и термических нейтрализаторов отработанных газов двигателей используются и жидкостные нейтрализаторы. Принцип действия жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом взаимодействии токсичных компонентов газов при пропускании их через жидкость определенного состава: вода, водный раствор сульфита натрия, водный раствор бикарбоната натрия. В результате пропускания отработанных газов дизельного двигателя снижается выброс альдегидов примерно на 50%, сажи – на 60–80%, происходит некоторое снижение содержания бенз(а)пирена. Главные недостатки жидкостных нейтрализаторов – это большие габариты и недостаточно высокая степень очистки по большинству компонентов выхлопных газов.

Повышение экономичности автобусов и грузовых автомобилей достигается прежде всего применением дизельных ДВС. Они обладают экологическими преимуществами по сравнению с бензиновыми ДВС, поскольку имеют меньший на 25–30% удельный расход топлива; кроме того, состав отработавших газов у дизельного ДВС менее токсичен.

Для оценки загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта установлены удельные значения газовых выбросов. Имеются методики, позволяющие по удельным выбросам и количеству автомобилей рассчитать количество выбросов автотранспорта в атмосферу для различных ситуаций [3].

Предыдущая52535455565758596061626364656667Следующая

Дата добавления: 2014-12-30; просмотров: 2101;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Состав выхлопных газов автомобилей

Образование токсичных веществ – продуктов неполного сгорания и окислов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания.

Реакция образования окислов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива.

Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (СХ HY ), окислы азота (NOX ), альдегиды и сажу. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла.

Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% СХ HY и 98% NOX, картерные газы по – 5% СХ HY, 2% NOX, а топливные испарения – до 40% СХ HY.

В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О2, О3, С, СО, СО2, СН4, Cn Hm, Cn Hm О, NO, NO2, N, N2, Nh4, HNO3, HCN, H, h3, OH, h3 O.

Вредные токсичные выбросы можно разделить на регламентированные и нерегламентированные.

Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOX, CX HY, RX CHO, SO2, сажа, дым. СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах.

NOX (оксиды азота) – самый токсичный газ из ОГ.

N – инертный газ при нормальных условиях.

Активно реагирует с кислородом при высоких температурах.

Выброс с ОГ зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно увеличивается выброс оксидов азота.

Гидроводороды (Сx Нy ) – этан, метан, бензол, ацетилен и др.

токсичные элементы. ОГ содержат около 200 разных гидроводородов.

В дизельных двигателях Сx Нy образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.

ДВС выбрасывает большее количество Сx Нy, когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.

Дым – непрозрачный газ.

Дым может быть белым, синим, черным. Цвет зависит от состояния ОГ.

Белый и синий дым – это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации.

Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

Синий дым бывает от масла.

Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива. Черный дым состоит из сажи. Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность.

Сажа – представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3…

100 мкм.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом. Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.

SO2 (оксид серы) – образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания.

SO2,h3 S – очень опасны для растительности.

Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87% общей эмиссии свинца по различным оценкам. РЬО (оксиды свинца) – возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин.

При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5… 0,85 кг оксидов свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль автотрасс с интенсивным движением.

Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта – отказ от использования этилированных бензинов.

Альдегиды (Rx CHO) – образуются, когда топливо сжигается при низких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра.

При сжигании топлива при высоких температурах эти альдегиды исчезают.

Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1)ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65%); 2)картерные газы (20%); 3)углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15%).

Свойства выхлопных газов

Многие владельцы дизельных автомобилей, генераторов, котлов беспокоятся о выхлопных газах.

И не напрасно, ведь хорошо известно, что выхлопные газы токсичны. Главный вопрос, который они задают: — Каково поведение выхлопных газов и как скоро они улетучатся сами по себе? Постараемся ответить на эти вопросы…

Начнем с того, что выхлопные газы современных двигателей внутреннего сгорания, к которым относятся так же и дизельные двигатели, вовсе не один газ, а смесь газов. Каждый из них обладает определенными свойствами, которые определяют не только токсичность, но и летучесть.

Летучесть – это свойство газа подниматься в атмосфере вверх или опускаться вниз.

Летучесть зависит от плотности газа. Если он плотнее воздуха – газ опускается, наоборот – поднимается.

Выхлопной коктейль состоит из более чем 200 компонентов.

Вот только основные:

Азот (N) – доля в выхлопе около 77%. Не токсичен.
Кислород (О2) – доля в выхлопе 2-15%. Не токсичен.
Пары воды (h3O) – доля в выхлопе около 3%. Не токсичны.

Эти газы, абсолютно безобидны и являются компонентами атмосферного воздуха, который используется в дизельных двигателях для образования топливной смеси.

Из-за того, что эти газы химически и физически весьма стабильны, они не претерпевают каких-либо изменений.

Углекислый газ (СО2) – доля в выхлопе около 5%. Не токсичен, является продуктом сгорания топлива. Он полезен для роста растений, однако оказывает негативное влияние на атмосферу Земли, повышая ее температуру. Плотность углекислого газа – 1,97 кг/м3.
Он тяжелее воздуха, следовательно, не поднимается вверх, а наоборот скапливается в подвалах, канавах, углублениях.
Угарный газ (СО) – доля в выхлопе около 2%. Очень токсичен. Опасен тем, что не имеет цвета и запаха. Угарный газ воздействует на нервную и сердечно сосудистую систему человека, вызывая кислородное голодание, сонливость, обмороки, удушье, смерть. Плотность угарного газа – 1,15 кг/м3.
Он чуть легче воздуха, следовательно, поднимается вверх, медленно скапливаясь в мансардах, под крышами домов.
Оксид азота (NO2) – доля в выхлопе около 0,5%. Очень токсичен. Представляет собой газ бурого цвета с характерным запахом. При контакте NO2 с влагой (слизистые оболочки глаз, носа, бронхов) образуется азотная кислота, поражающая легкие человека. При высоких концентрациях NO2 возникают астма и отек легких.
NO2 опасен тем, что вдыхая его в достаточно высоких концентрациях, человек не имеет неприятных ощущений и не предполагает опасности отравления.

При длительном воздействии NO2, у человека развивается хронический бронхит, гастрит, язва желудка, сердечная недостаточность, нервные расстройства. Плотность оксида азота – 2,05 кг/м3. Он тяжелее воздуха, следовательно, опускается вниз, скапливаясь в подвалах, канавах, углублениях.
Углеводороды (CxHx) – доля в выхлопе около 0,2%. Токсичны. Даже в малых концентрациях вызывают головную боль, головокружение, обмороки. Они оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно сосудистую систему человека.
Углеводородные соединения обладают также канцерогенным действием. Канцерогены — это вещества, способствующие возникновению и развитию раковых заболеваний.

Особой канцерогенной активностью отличается ароматический углеводород бензапирен С20h22, который хорошо растворяется в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Накапливаясь в организме человека до опасных концентраций, бензапирен стимулирует образование злокачественных опухолей.

CxHx легче воздуха, следовательно, поднимаются вверх, скапливаясь в мансардных помещениях, под крышами домов, сараев.
Альдегиды (R-CHO) – доля в выхлопе около 0,005%. Токсичны. Вызывают раздражение слизистой оболочки дыхательных путей, глаз и т. д. Способны накапливаться в организме, приводя к хроническим заболеваниям. Альдегиды тяжелее воздуха, следовательно, опускаются вниз, скапливаясь в подвалах, канавах, углублениях.
Сернистый ангидрид (SO2) – доля в выхлопе около 0,05%. Токсичен. При взаимодействии с водой образует серную кислоту. Пагубно воздействует на слизистые оболочки дыхательных путей, глаз. Обладает резким, неприятным запахом. Плотность SO2 – 2,63 кг/м3. Он тяжелее воздуха, следовательно, опускается вниз, скапливаясь в подвалах, канавах, углублениях.

Вот такая картина. Кроме того, следует учесть, что время жизни некоторых ядовитых компонентов до 5 лет. Накапливаясь где-то в подвалах жилых построек, гаражах эти газы вряд ли «уйдут» сами, как надеются многие владельцы дизельной техники. Они скорее отравят всё живое…

Отсюда вытекают основные правила безопасности:

Не стоять рядом с прогреваемым автомобилем.
Прогревать автотранспорт желательно на открытой и продуваемой местности, а не у стены, и уж тем более, не в гараже!
Не размещать дизельные генераторы внутри жилых домов.
Лучше – как можно дальше от жилья, людей, растений, внутри хорошо проветриваемых специальных построек.

Кстати, обращаем ваше внимание на последний пункт.

Его нарушает каждый второй владелец загородной недвижимости в нашей стране. Объяснение простое – возможность воровства.

Так неужели лучше умереть?

23.02.2014 Владимир Еремеев

Топливная компания «Бисойл» — оптовые поставки дизельного топлива по Москве и Московской области на объекты заказчика.

+7 495 669-39-76

Смотрите также

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости

Отзывы о Питер-АТ

Спасибо нашим клиентам за отзывы о нас:
repmy.ru
Отзывы на Яндексе
Акция на ремонт вариаторных трансмиссий
Замена масла в двигателе в подарок

При замене масла в АКПП замена масла в двигателе бесплатно!
Клиенту на заметку

Как не попасть на некачественный ремонт АКПП.
Контрактные АКПП в СПб

Показатели	Катализаторы
АП-10	АП-15	ГО-1
Массовая доля компонентов катализатора платина	0.10+0,01	0,15 ±0.01	0,10 ±0,01
рений	—	—	0,25 ±0,005
кадмии	—	—	0,01 ±0,002
Насыпная плотность, г/см	0,64 +0,4	0,64 +0,4	0.63 ±0,05
Коэффициент прочности (средний), кг/мм, не менее	0,97
Размер таблеток, мм: диаметр	2, 8 ±0.2
длина	5 ±2
Каталитические свойства: активность — бромное число гидрированного катализата, г брома на 100 см’ продукта, не более	0,1
селективность— абсолютная разность между массовой долей ароматических углеводородов в сырье и в продукте. %. не более	1	2	1

92	39.90
95	42.90
ДТ	41.00
ДТз	41.00

Состав выхлопных газов

Состав выхлопных газов автомобиля

Опасность выхлопных газов автомобилей

Из чего состоят выхлопные газы

Классификация

Последствия воздействия выхлопных газов

Как избежать серьёзных последствий влияния выхлопов

Выхлопные газы - это... Что такое Выхлопные газы?

Количество отходящих газов автомобилей

Состав автомобильных выхлопных газов

Влияние выхлопных газов на здоровье человека

Отравления в замкнутом пространстве

Пути снижения выбросов и токсичности

Законодательное регулирование

См. также

Примечания

Ссылки

Состав выхлопных газов автотранспорта

Влияние выхлопных газов на здоровье человека

Выхлопные газы автомобилей

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Состав выхлопных газов автомобилей

Похожие главы из других работ:

1. Состав и строение атмосферы

1.1 Состав и содержание отхода

4.1 Систематический состав

1. Состав и свойства атмосферы

3.1 Состав механизированной линии

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МАТЕРИАЛА

1.1 Состав сточных вод предприятия

I. Строение и состав атмосферы

1.1 Состав и свойства сточных вод

Состав и структура сообщества

1.2 Состав установки

Состав ТБО

6. Количество выхлопных газов, выделяемых автотранспортом

1.5 Состав ТБО

Состав ТБО

Свойства выхлопных газов

Смотрите также

Новости

Отзывы о Питер-АТ

Акция на ремонт вариаторных трансмиссий

Замена масла в двигателе в подарок

Клиенту на заметку

Контрактные АКПП в СПб

1.
Состав и строение атмосферы

1.
Состав и свойства атмосферы

6.
Количество выхлопных газов, выделяемых автотранспортом