Испытания автомобиля на соответствие нормам выбросов

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского

Кафедра «Эксплуатация машинно-тракторного парка, безопасность жизнедеятельности и профессиональное обучение»

Контрольная работа по теме:

Испытания автомобиля на соответствие нормам выбросов

Выполнил:

Студент 4 курса, заочного обучения

Направление подготовки 23.03.03 -

Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов,

Профиль

«Автомобили автомобильное хозяйство в АПК»

Иркутск 2019



Содержание:

Введение

1. Правовые и нормативные основы обеспечения защиты атмосферного воздуха от вредных выбросов автомобильного транспорта

1.1 Современные нормы токсичности отработавших газов автомобилей

1.2 Выбросы и соответствующие системы контроля двигателей.

1.3 Испытания двигателей на токсичность

1.4 Испытательные циклы и нормы токсичности в Европе

1.5 Испытательные циклы и нормы токсичности в Японии

1.6 Испытательные циклы и нормы токсичности в США

2. Токсичность отработавших газов автомобильных двигателей

2.1 Состав и структура выбросов двигателей внутреннего сгорания

2.2 Показатели токсичности автомобильных двигателей

2.3 Токсические характеристики двигателей автомобилей

2.4 Топливо для двигателей (влияние состава топлива на состав ОГ)

2.5 Процесс сгорания и процесс образования токсичных компонентов

2.6 Методы определения содержания токсичных компонентов в ОГ

2.7 Методы оценки а/м по токсичности ОГ

3. Влияние загрязнения на жизнедеятельность человека

4. Обзор существующих методов очистки отработавших газов

4.1 Конструктивные усовершенствования двигателей

4.2 Система рециркуляции ОГ

4.3 Присадки к топливу

4.4 Перевод двигателя внутреннего сгорания на газообразное топливо

4.5 Системы нейтрализации

4.5.1 Общие сведения нейтрализации ОГ ДВС

4.5.2 Активность и селективность нейтрализатора ОГ

4.5.3 Классификация и виды нейтрализации

4.5.4 Устройство и принцип работы нейтрализатора

4.6 Уменьшение токсичности отработавших газов путем совершенствования систем зажигания и подачи топлива двигателей

4.7 Эксплуатационные мероприятия по снижению токсичности отработавших газов

5. Разработка технологической схемы очистки отработавших газов

5.1 Расчет производительности

5.2 Расчет удельной площади

5.3 Требования к нейтрализатору

5.4 Анализ эффективности нейтрализатора

6. Организация и экономика производства

6.1 Принципы определения базовых нормативов платы за загрязнение окружающей природной среды

6.2 Порядок определения дифференцированных ставок платы за загрязнение окружающей природной среды

6.3 Порядок расчета платы за загрязнение окружающей природной среды

6.4 Порядок определения массы загрязняющих веществ, поступающих в окружающую природную среду

6.5. Порядок понижения размеров платы за загрязнение окружающей природной среды или освобождения от нее отдельных природопользователей

6.6 Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от передвижных источников

7. Безопасность жизнедеятельности при изготовлении каталитического нейтрализатора

Заключение

Список литературы

нейтрализатор выброс двигатель автомобиль



Введение

Загрязнение воздуха вредными выбросами автомобилей в конце ХХ века стало одной из глобальных экологических проблем. Путь ее решения только один - автомобиль должен стать экологически чистым. Важное место здесь принадлежит системам нейтрализации, способным в несколько раз снизить токсичность выхлопных газов.

Всего в отработавших газах обнаружено около 280 компонентов. По своим химическим свойствам, характеру воздействия на организм человека вещества, содержащиеся в отработавших газах, подразделяются на несколько групп:

Таблица 1 Состав отработавших газов бензиновых и дизельных двигателей СОСТАВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ДИЗЕЛЕЙ

Компоненты отработавших газов	Концентрация, %
	Бензиновый двигатель	Дизель
Азот	74-77	74-78
Кислород	0,3-8,0	2,0-18
Водяной пар	2,0-5,5	0,5-9,0
Оксиды углевода	0,5-12	0,005-0,4
Оксиды азота	0,01-0,8	0,004-0,6
Диоксид серы	-	0,002-0,02
Углеводороды	0,2-3,0	0,01-0,3
Альдегиды	0-0,2	0,001-0,009
Сажа, г/мз	0-0,04	0,01-1,1 и более

1. Нетоксичные: азот, кислород, водород, водяные пары, а также диоксид углерода;

2. Токсичные: оксид углерода, оксиды азота, многочисленная группа углеводородов, альдегиды, сажа. Причем сажа сама по себе нетоксична, но она адсорбирует на поверхности частиц канцерогенные полициклические углеводороды, в том числе наиболее вредный и токсичный бенз(а)пирен. При сгорании сернистых топлив образуются неорганические газы - диоксиды серы и сероводород.

Токсичные компоненты составляют 0,2-5% от объема отработавших газов, в зависимости от типа двигателя и режима его работы.

За долгое время существования проблемы автомобильных выбросов и загрязнения ими атмосферного воздуха было разработано множество методов и способов, позволяющих уменьшить количества выхлопов или снизить их токсичность.

В настоящее время разрабатываются и претворяются в жизнь мероприятия по снижению загрязнения атмосферы выбросами автомобильных двигателей, включающие в себя:

1.усовершенствование конструкций двигателей и повышение качеств изготовления;

2.поиск новых видов топлива, применение различных присадок к нему;

3.создание энергосиловых установок для автомобилей, выбрасывающих меньшее количество вредных веществ;

4.разработка устройств, снижающих содержание вредных компонентов в отработавших газах.

Практика показала, что при этом достичь уровня токсичности отработавших газов, требуемого законодательством развитых стран, первыми тремя способами нельзя. Поэтому получила широкое распространение нейтрализация отработавших газов в системе выпуска. В этом случае токсичные пары, вышедшие из цилиндров двигателя, нейтрализуются до выброса их в атмосферу.

Практическая реализация широкого применения современных нейтрализаторов сопровождается рядом трудностей. Нерешенными остаются многие вопросы теоретического обоснования основных параметров и рабочих процессов нейтрализатора. Снижение токсичности ОГ может быть достигнуто путем обработки их в выпускной системе.

Целью данной работы является создание научной методологии проектирования нейтрализатора современных автомобилей, позволяющей на стадии конструирования выбрать оптимальные технические решения, прогнозировать эксплуатационные и функциональные его параметры.



1. Правовые и нормативные основы обеспечения защиты атмосферного воздуха от вредных выбросов автомобильного транспорта

1.1 Современные нормы токсичности отработавших газов автомобилей

Анализ состояния современного автомобильного дизелестроения показывает, что для автомобилей категорий M1; N1 (полной массой менее 3500 кг), выполнение требований Правил ЕЭК ООН № 83 (поправки серии 04, уровень выбросов С, поправки серии 05, уровни выбросов А и В), что соответствует экологическим классам автомобилей 2, 3 и 4 (Евро-2, Евро-3, Евро-4) обеспечивается с применением систем очистки отработавших газов, а для автомобилей категории M2 , M3; N2, N3 (полной массой более 3500 кг.), выполнение требований Правил ЕЭК ООН № 49 (поправки серии 04, уровни выбросов А, В1, В2, С), что соответствует экологическим классам автомобилей 3, 4 и 5 (Евро-3, Евро-4, Евро-5) обеспечивается так же с применением систем очистки отработавших газов. С 1 апреля 2006 года в России вступил в силу специальный технический регламент, который предусматривает поэтапное ужесточение требований - от уровня Евро II в 2006 году до Евро V в 2014-м. Напомним: в Европе нормы Евро II введены еще в 1996 году, а с нынешнего действуют Евро IV, при том, что ряд моделей уже рассчитан под требования Евро V. Мало того, Европарламент намерен к 2011 году взять более высокий порог - снизить токсичность выхлопов автомобилей еще на 20%! Таким образом, с введением весной 2006 г. норм Евро II Россия отстает от Запада как минимум на десять лет.

Таблица 1.1 Современные нормы токсичности отработавших газов легкового автомобиля. ЕВРОПЕЙСКИЕ СТАНДАРТЫ, г/кВт*ч

Нормы токсичности	Бензиновый двигатель	Дизельный двигатель
	CO	CH	NOxCO	NOx CH+NOx	Сажа
Евро III, с 2000 г.	2,3	0,2	0,15 0,64	0,50,56	0,05
Евро IV, с 2005 г.	1,0	0,1	0,08 0,5	0,25 0,30	0,025

Рисунок 1.1 Диаграмма состава отработавших газов легкового автомобиля.

Определение токсичности выбросов ОГ автомобилей проводят в соответствии со стандартом и оценивают по нормам предельного содержания. Нормы устанавливаются в зависимости от весовой категории автомобиля или рабочего объема (литража) двигателя.

Таблица 1.2 Нормы выбросов токсичных компонентов в зависимости от массы транспортного средства

Контрольная масса, кг	Категория, кг	Нормы выброса, г/исп.
		CO	CH+NOx
		1	2	1	2
< 750	680	58	70	19	23.8
750-850	800	58	70	19	23.8
850-1020	910	58	70	19	23.8
1020-1250	1130	67	80	20.5	25.6
1250-1470	1360	76	91	22	27.5
1470-1700	1590	84	101	23.5	29.4
1700-1930	1810	98	112	25	31.1
1930-2150	2040	101	121	26.5	33.1
? 2150	2270	110	132	28	35

Практикой установлено, что за последние годы , отечественная автомобильная промышленность выпускающая грузовые автомобили , не по каким европейским стандартам не допускает въезд на территорию городов большегрузного транспорта. Отсутствие достаточной нормативной базы , низкий эффект экономического механизма управление охраной окружающей среды на транспорте. В 1992г. Россия присоединилась к международному соглашению по экологическим требованиям Правил ЕЭК ООН. Это создало правовую основу для того , чтобы требовать от промышленности их выполнения , а также для разработки транспортного законодательства . Но одних законодательных актов недостаточно. Дело в том , что изготовляемая в России автомобильная техника не соответствует Правилам ЕЭК по техническому уровню и прежде всего по топливной экономичности и экологическим показателям. На сегодняшний день в страны ближнего и дальнего зарубежья как Латвия , Эстония , Литва отечественные грузовики не выпускают за пределы государственной границы , по той простой причине несоответствования нормам ЕЭС. На внутреннем рынке наша страна теряет до 76 % оборотных денежных средств из - за плохих показателей двигателей отечественных автомобилей ( шумности , дымности , загазованности ).

В таблице представлено содержание вредных веществ в отработавших газах дизелей и бензиновых двигателей .

Таблица 1.3 Содержание вредных веществ в отработавших газах дизелей и бензиновых двигателей.

Вредное вещество ОГ	Содержание ОГ ДВС
	Дизели	Бензиновые
Оксид углерода	0,005 - 0,5 об. %	0,25 - 10 об. %
Оксид азота	0,004 - 0,5 об. %	0,01 - 0,8об. %
Сернистый ангидрид	0,003 - 0,05об. %	-----------------
Бензапирен	до 10 мкг/м3	до 20 мкг/м3
Соединение свинца	--------------------------	Выбрасывается до 85 % соединений свинца

Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов установленные экспирическимпутем , регламентированы списком Министерством здравоохранения от 7мая 1996г. в соответствии с которыми установлены класс токсичности вещества допустимые максимальная разовая и среднесуточная концентрация примесей. Эти концентрации обосновываются клиническими и санитарно - гигиеническими исследованиями и носят законодательный характер.

Таблица 1.4 Предельно допустимые концентрации некоторых веществ, поступающих в атмосферу , мг\м3 .

Вещество	Максимальная разовая	Средняя суточная
Диоксид азота	0,085	0,04
Аммиак	0,20	0,04
Сажа ( копать )	0,15	0,05
Оксид углерода	3,0	1,0
Сернистый ангидрид	0,03	0,005
Фосфорный ангидрид	0,15	0,05
Хлор	0,01	0,03
Пыль	0,15 - 0,5	0,05 - 0,15

Если в атмосферном воздухе одновременно присутствует несколько веществ, обладающих эффектом суммации , то их суммарная концентрация не должна превышать единицы при расчете по формуле :

С1 + С2__ + … + Сп__ < 1 (1.1)

ПДК1 ПДК2 ПДКп

где С1 , С2, …Сп - фактические концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе. ПДК1 , ПДК2 , … ПДКп - предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе .

1.2 Выбросы и соответствующие системы контроля двигателей

Низкий технический уровень отечественных автомобилей и эксплуатацию , не соответствующую требованиям национальных стандартов , подтвердили результаты операции «Чистый воздух», проведенной в 2000г. Практически во всех субъектах РФ отмечено , что доля автомобилей , эксплуатируемых с повышением действующих нормативов по токсичности и дымности в среднем составляет 20 - 25 % и в отдельных регионах страны достигает 40 %.

Основными причинами сложной экологической обстановки является :

- отсутствие надлежащего контроля на предприятиях за соблюдением

-нормативов государственных стандартов по токсичности и дымности

отработавших газов транспортных средств,

- слабый контроль за качеством реализуемого моторного топлива,

- вьезд на территорию городов больщегрузного транспорта

- отсутствие достаточной нормативной базы, низкий эффект экономического механизма управления охраной окружающей среды на транспорте.

Для проведения измерений контроля двигателя применяется прибор , работающий по принципу просвечивания отработавших газов которые называются дымомерами .Прибор подключается к выпускной системе автомобиля и нажатием педали подачи топлива установить максимальную частоту вращения вала дизеля . Продолжительность работы на данном режиме должна обеспечивать температуру отработавших газов , входящих в прибор , соответствующую требованиям инструкции по эксплуатации прибора . После этого отпустить педаль . Измерение на режиме свободного ускорения производится при 10 - кратном повторении цикла частоты вращения вала дизеля от минимальной до максимальной быстрым, но плавным нажатием педали подачи топлива до упора с интервалом не более 15с . Замер показателей следует производить при последних четырех циклах по максимальному отклонению стрелки прибора . За результат измерения дымности принимают среднее арифметическое значение по четырем циклам . Измерения считают точными , если разность в показаниях дымности последних четырех циклов не превышает 6 единиц по шкале прибора . Измерение на режиме максимальной частоты вращения следует производить при стабилизации показаний прибора ( размах колебаний стрелки прибора не должна превышать 6 единиц измерения по шкале прибора ) не позднее чем через 60с после измерений . За результат измерения следует принимать среднее арифметическое значение от крайних значений диапазона допустимых колебаний . Измерение дымности у автомобиля с раздельной выпускной системой следует проводить в каждой из выпускных труб отдельно . Оценку дымности проводят по максимальному значению . Колебание стрелки прибора не должно превышать _ + 3 % от всей шкалы прибора . За результат измерения следует принимать среднее арифметическое значение , определенное по крайним показателям . У отечественных двигателей вредные вещества находящиеся в отработавших газах , можно просмотреть в следующем виде.

Таблица.1.5 Удельное содержание вредных веществ в отработавших газах.

Вещества	В г(квт*ч)	В % пообъему
	четырехтактные дизели	двухтактные дизели	дизели
Окись углерода	4,0 - 5,5	11	менее 0,2
Окислы азота	12 - 19	19	0,25
Углеводороды	2,0 - 4,0	8,0	менее 0,01
Альдегиды	0,14 - 0,2	0,34	0,002
Сернистый ангидрид	0,95	1,0	0,03
Сажа	1,4 - 2,0	1,22	0,25

В связи с этим, в ООО «СП Бизнес Кар» были проведены научно-исследовательские работы, направленных на изучение состояния современного автомобильного дизелестроения. Анализ показал, что автомобили марки Toyota выполняют требования Правил ЕЭК ООН № 83, что соответствует экологическим классам автомобилей 2, 3 и 4 (Евро-2, Евро-3, Евро-4). Эти требования обеспечиваются с применением систем очистки отработавших газов.

1.3 Испытания двигателей на токсичность

Все более ужесточающиеся нормы определяют снижение предельного содержания количества токсичных компонентов в отработавших газах. Эти выбросы могут быть замерены при заданных определенных условиях работы двигателя.

Схема испытаний

Как правило, выбросы токсичных веществ с отработавшими газами двигателей определяются на стенде с беговыми барабанами (для легковых автомобилей) или на испытательном моторном стенде (грузовые автомобили). Многие нормы предельного содержания токсичных компонентов в отработавших газах и методы испытаний автомобилей на токсичность были впервые внедрены в США, где способ отбора проб (газа) постоянного объема был применен в качестве эффективного способа для контроля за выбросом твердых частиц при динамических испытаниях. При этой процедуре отработавшие газы разбавляются отфильтрованным окружающим воздухом и отбираются посредством ротационного насоса во время стандартизованного цикла испытаний. Разбавление отработавших газов воздухом устраняет вероятность конденсации в них влаги и одновременно удерживает их температуру на уровне, требуемом для измерения содержания твердых частиц (52°С).

Одна проба пропускается через специальный бумажный фильтрующий элемент, где осуществляется определение уровня выброса твердых частиц за счет измерения увеличения массы пробы.

Вторая нагретая проба газа направляется в пламенно-ионизационный детектор, в котором производится непрерывный контроль за концентрацией углеводородов. Третья проба отправляется в сборник отработавших газов. После окончания цикла испытаний его содержимое направляется в газоанализатор, где производятся замеры концентраций СО, МОх и СО2. Расчеты для определения уровней выбросов различных компонентов отработавших газов базируются на данных об объеме смеси газов и концентрации отдельных их компонентов.

В США для проверки легковых и грузовых автомобилей на токсичность отработавших газов применяются одни и те же методы и газоанализаторы. Отработавшие газы обычно разбавляются дважды, что дает возможность пропускать большие объемы газа через трубопроводы приемлемого размера. В европейском цикле испытаний также применяется разбавление части газового потока воздухом при замерах содержания твердых частиц в отработавших газах.

После измерений концентрации твердых частиц проводятся дополнительные проверки непрозрачности этих газов как в стационарных условиях, так и при движении с полной нагрузкой.

1.4 Испытательные циклы и нормы токсичности в Европе

Легковые и малотоннажные грузовые автомобили

Нормы предельной токсичности отработавших газов,принятые в Европе,базируются на Директивах R15 ЕЭК и 70/220 ЕЭС, а также дополнениях к этим документам.

Существующие нормы для малотоннажных грузовиков (полной массой менее 3,5 т) указаны в Директиве 93/59 ЕС/ЕЭС. Менее строгие нормы применяются для дизелей с непосредственным впрыскиванием топлива.

Предельная токсичность отработавших газов легковых автомобилей (с числом сидений 6 и более, массой <, 2,5 т) регламентируется в Директиве 91/441 ЕС/ЕЭС.

Следующим шагом в ужесточении норм токсичности является Директива 1997 г. ЕС 94/12. Используемый ранее ездовой цикл ЕСЕ (ЕЭС) R15 был заменен модернизированным европейским ездовым циклом (включающим часть цикла, относящуюся к движению по загородным дорогам со скоростью движения вплоть до 120 км/ч). Предельные нормы дымности, рассмотренные в правилах ЕЭК R24 и ЕЭС 72/306, остаются в силе.

Нормы токсичности для грузовиков (полная масса <3,5т ). Ездовой цикл: модернизированный европейский цикл; временный вариант при Vmax = 90км/ч для автомобилей с максимальной скоростью < 130 км/ч и/или отношением мощности к массе < 30кВт/т.

Нормы токсичности для легковых автомобилей (полная масса <2,5т ). Ездовой цикл: модернизированный европейский цикл ЕЭС R 15 и ЕС (Директивы).

Так называемая "стокгольмская группа" государств (включая Швецию, Швейцарию, Австрию) приняла нормы по предельной токсичности, базирующиеся на нормативах США (1987 г.). Швеция также проявила инициативу в вопросе создания системы штрафов за несоблюдение более строгих норм предельной токсичности.

Грузовые автомобили

В Европе автомобили полной массой свыше 3,5 т, которые имеют более чем 9 мест для сиденья, проходят 13-режимные испытания, регламентированные правилами ЕЭК R49. Последовательность испытания - это серия из тринадцати различных стационарных рабочих режимов.

Первоначально принятые предельные нормы выбросов газообразных компонентов были ужесточены, и в новые нормативы были включены требования по предельным выбросам твердых частиц в отработавших газах.

Существующие предельные значения выбросов в странах ЕС приведены в нормативах Стадии 1 (EURO I) и Стадии 2 (EURO II) ЕЭС директив ЕЭС 91/542; последние предназначены для автомобилей серийного производства, начиная с октября 1996 г. Дополнительное снижение норм предельной токсичности планируется в 1999 г. Пересмотр испытательного цикла также предполагается осуществить на Стадии 3 (EURO III).

Тем временем нормы, касающиеся контроля за дымностью отработавших газов дизелей, работающих при полной нагрузке (Директива ЕЭК R24), бьши оставлены без изменения, хотя имеющее место значительное снижение уровней твердых частиц в отработавших газах делает их не совсем приемлемыми.

1.5 Испытательные циклы и нормы токсичности в Японии

Легковые автомобили

Для определения концентраций газообразных токсичных компонентов и твердых частиц в отработавших газах дизелей используется ездовой цикл 10.15. Этот цикл расширен включением в него высокоскоростного режима испытаний (подобного европейским циклам).

Грузовые автомобили

Выбросы токсичных компонентов замеряются с использованием нового 13-ступенчатого стационарного цикла испытаний, введенного в Японии и отличающегося от того, что имеет место в 13-режимном европейском испытательном цикле.

Нормы токсичности отработавших газов для легковых автомобилей с числом сидений 10 или менее. Ездовой цикл: Многоступенчатый 10.15, 3 - режим испытания дымности.

Нормы токсичности отработавших газов для грузовых автомобилей полной массой более 2,5т. Ездовой цикл: 13- режимный цикл испытаний, 3- режимный цикл испытаний на дымность.

1.6 Испытательные циклы и нормы токсичности в США

Легковые и малотоннажные грузовые автомобили

Федеральный цикл испытаний (FTP 75) применяется для легковых и малотоннажных грузовых автомобилей полной массой не более 3,9 т. График скорости соответствует ездовому циклу работы автомобиля в условиях города (США). Испытания проводятся с использованием стенда с беговыми барабанами, и измерения осуществляются посредством метода отбора проб постоянного объема.

Тяжелые грузовые автомобили

Начиная с 1987 г., тяжелые грузовые автомобили испытываются на моторном стенде с использованием ездового цикла; замеры проводятся в соответствии с методом CVS. Испытательный цикл выбран с учетом реальных условий движения по автомагистралям.

Предельные значения токсичности легковых автомобилей в США.

Нормы токсичности отработавших газов дизельных тяжелых грузовых автомобилей полной массой > 3.9т



2. Токсичность отработавших газов автомобильных двигателей

2.1 Состав и структура выбросов двигателей внутреннего сгорания

Автомобильные двигатели внутреннего сгорания загрязняют атмосферу вредными веществами, выбрасываемые с ОГ, картерными газами и топливными испарениями. При этом 95-99% вредных выбросов современных автомобильных двигателей приходиться на ОГ, представляющие собой аэрозоль сложного, зависящего от режима работы двигателя, состава. Атмосферный воздух , являющийся окислителем топлив, состоит в основном из азота (79%) и кислорода (21%). При идеальном сгорании стехиометрической смеси углеводородного топлива с воздухом в продуктах сгорания должны присутствовать лишь N2 и CO2, H2O. В реальных условиях ОГ содержат также продукты неполного сгорания (оксиды углерода, углеводороды, альдегиды, твердые частицы углерода, водород и избыточный кислород), продукты термических реакций взаимодействия азота с кислородом (оксиды азота), неорганические соединения тех или иных веществ, присутствующих в топливе (соединения свинца,…).

Всего в ОГ обнаружено около 280 компонентов, которые можно подразделить на несколько групп. Группа нетоксичных веществ- азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ. Группа токсичных веществ- оксид углерода, оксид азота, углеводороды, альдегиды, сажа. При сгорании сернистых топлив образуются неорганические газы - сернистый ангидрид SO2 и сероводород H2S. В отдельную группу можно отнести канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), наиболее активный из которых бензапирен, являющийся индикатором присутствия канцерогенов в ОГ. В случае применения этилированных бензинов образуются токсичные соединения свинца.

Необходимо отметить, что в настоящее время основным источником загрязнения воздуха является бензиновые двигатели. Тем не менее снижение токсичности дизелей также является актуальной задачей, учитывая наметившуюся тенденцию дизелизации АТ. Состав ОГ этих двух типов двигателей существенно различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания (оксид углерода, углеводороды, сажа).

Основными токсичными компонентами ОГ бензиновых двигателей следует считать СО, СН, NO и соединения свинца, а дизелей- NO и сажу.

Пары топлива (СН)- испарения топлива из топливных баков, элементов системы питания двигателей: стыков, шлангов и тд. Состав - углеводороды топлива различного состава (15-20%)

Отработавшие газы (СО, СН, NO, сажа и др)- смесь газообразных продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха и различных микропримесей (газ, жидкость, твердые вещества, поступающих из цилиндров двигателя в его выпускную систему.

Рассмотрим краткие характеристики основных токсических компонентов.

Оксид углерода (СО)- прозрачный, не имеющий запаха газ, несколько легче воздуха, практически нерастворим в воде. Поступая в организм с вдыхаемым воздухом, СО снижает функцию кислородного питания , выполняемую кровью.

СО образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активизация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода в стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2, при высоких температурах.

Оксиды азота (NOх)- самый токсичный газ из ОГ. В ОГ двигателей 90-99% всего количества оксидов азота составляет NO. Однако уже в системе выпуска и далее в атмосфере происходит окисление NO NO2. NO2- газ красновато-бурого цвета, в малых концентрациях не имеет запаха, хорошо растворяется в воде с образованием кислот. NOх раздражающе действует на слизистые оболочки глаз, носа, остаются в легких в виде азотной и азотистых кислот, получаемых в результате их взаимодействия с влагой верхних дыхательных путей.

Углеводороды(СН)- этан, метан, бензол и др.

В дизельных двигателях СН образуется в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, те пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.

Двигатель выбрасывает большое количество углеводородов, когда работает в режиме х.х., за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания. СН действуют раздражающе на органы зрения, обоняния и очень вредны для окружающей среды.

Сажа- бесформенное тело без кристаллической решетки. В ОГ дизельных двигателей сажа состоит из неопределенных частиц с размерами 0,3-100 мкм. Причина образования сажи заключается в том, что энергетическое условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушалась 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, состава топливно-воздушной смеси.

Содержание сажи в ОГ уменьшается с увеличением угла опережения впрыска топлива. При уменьшении этого угла выделение сажи заметно возрастает. При вдыхании сажи ее частицы вызывают негативное изменение в системе дыхательных органов человека.

2.2 Показатели токсичности автомобильных двигателей

Концентрации токсических веществ в ОГ изменяются в больших пределах. Высокие концентрации С компонентов ОГ, например оксида углерода, принято оценивать в % по объему, меньшие- мг/л или количеством частей на миллион.

Концентрации компонентов в ОГ еще не характеризуют токсичность двигателя. Выбросы компонента G двигателем определяются с учетом расхода ОГ Qог

G=Gi*Qог (2.1)

Токсичность выбросов двигателя автомобиля, так же как и топливная экономичность, оценивается в отношении к пробегу так называемыми пробеговыми выбросами:

Q=G/Va , (2.2)

где Va-скорость движения автомобиля, км/ч

Оценку значимости отдельных токсичных компонентов ОГ удобно производить в сравнении с каким-либо постоянным компонентом, принятым за эталон. Как правило, это оксид углерода, действие которого на организм человека изучено наиболее полно, а методы измерений надежны.

В табл 2.1 приведены значения ПДК относительной значимости Ri, определяемой как отношение ПДК оксида углерода к ПДК рассматриваемого компонента. Из этой таблицы видно, что наибольшей относительной значимостью обладают оксиды азота и бензапирена.

Таблица 2.1 ПДК и относительная значимость ОГ.

Показатели	CO	CH	NO2	Сажа	Бензапирен
ПДК, мг/м3	3.0	1.5	0.04	0.05	10-6



В следующей таблице 2.2 приведены данные по пробеговым выбросам автомобилей на отдельных участках внутригородских транспортных магистралей. Для грузовых автомобилей и автобусов выбросы отнесены к тонне полной массы транспортной единицы. Данные соответствуют срежней скорости транспортного потока 20 км/ч- интенсивное движение в центральной части городов. Необходимо также отметить, что довольно сложным моментом является учет изменения выбросов вредных токсичных веществ при отклонении технического состояния двигателей и автомобилей в эксплуатационных условиях нормы.

Таблица 2.2 Выбросы ОГ при эксплуатации АТС

Автомобили типа	Выбросы токсичных компонентов, г/км
	СО	СН	NOх	Сажа
«Жигули»	23,9	1,9	1,35	-
«Волга»	25,7	1,6	1,4	-
КамАЗ	2,98	0,49	2,7	0,52

2.3 Токсические характеристики двигателей автомобилей

Автомобильный двигатель в отличие от стационарных источников выбросов имеет широкий диапазон изменения нагрузочных и скоростных режимов работы, определяемых условиями движения автомобиля в транспортном потоке. Эти режимы, соответствующие разгону, установившемуся движению, торможению двигателем (принудительный холостой ход) и собственно холостому ходу. Весь диапазон возможных режимов ограничивается внешней скоростной характеристикой двигателя.

В карбюраторных двигателях регулирование мощности производится изменением положения дроссельной заслонки. При малых нагрузках и на холостом ходу ухудшаются процессы газообмена, увеличивается доля остаточных газов в цилиндрах. Для компенсации этого необходимо обогащать смесь, что приводит к росту концентрации СО и СН. На режимах полных нагрузок для обеспечения максимальной мощности смесь также необходимо обогащать до б=0,9, при этом объемные концентрации СО могут составить 3-4%.

В дизелях осуществляется качественное регулирование мощности двигателя. Нагрузка двигателя пропорциональна цикловой подаче топлива, степень наполнения цилиндров воздухом у безнадувных дизелей на всех режимах практически одинакова. В дизелях на всех режимах работы коэффициент избытка воздуха больше единицы (б=1,3-5). Концентрации СО и СН определяются не составом смеси, а локальными явлениями, происходящими во фронте пламени и пристеночной зоне камеры сгорания. Зависимость концентраций вредных веществ имеет сложный неоднозначный характер, диапазон изменения объемных концентраций СО составляет 0,05-0,50%, концентраций СН 10-100млн-1.

Наибольшее количество углеводородов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, что объясняется низкой максимальной температурой цикла дизеля, когда имеет место повышенное не догорание топлива. Наибольшие концентрации СО наблюдаются в зоне высоких нагрузок при малых частотах вращения коленчатого вала.

Пол мере роста нагрузки на дизель увеличивается максимальная температура цикла при одновременном уменьшении коэффициента избытка воздуха. В результате эти два фактора, противоположно влияющие на образование NO, приводят к характерному закону образования оксидов азота. Превалирующим является температурный фактор, и только в области максимальных нагрузок начинает сказываться концентрационный фактор- недостаток кислорода, ограничивающий рост NO.

Показатели токсичности двигателя в цикле городского движения автомобиля представлены в таблице 2.3

Таблица 2.3 Токсичность бензинового двигателя в цикле городского движения автомобиля.

Режим работы двигателя	Доля режима, %
	По времени	По объему ОГ	По выбросам	По расходу топлива
			Gco	Gch	Gnox
Холостой ход	39,5	10	13-25	15-18	0 15
Разгон	18,5	45	29-32	27-30	75-86 35
Установившейся режим	29,2	40	32-43	19-35	13-23 37
Принудительный холостой ход	12,8	5	10-13	23-32	0-1,5 13

Дизель значительно менее токсичен, чем бензиновый двигатель. Более неблагоприятно процесс разгона происходит у дизелей с турбонадувом по сравнению с безнадувным дизелем из-за инерционности их системы воздухоснабжения. Наиболее полно проявляются положительные качества дизеля в режиме городского движения с большим удельным весом режимов малых нагрузок и холостого хода. Ограничивающим фактором применения дизелей является дымность отработавших газов.

Как видно, неустановившиеся режимы работы автомобильного двигателя во многом определяют его токсические показатели. С целью снижения повышенной инерционности топливоподающих систем, являющейся причиной повышенных выбросов вредных веществ на режимах разгона, в конструкции бензиновых двигателей вводят быстродействующие системы приготовления топливно-воздушной смеси заданного состава, стабилизации температурного режима, впрыск бензина во впускной коллектор. В дизелях, на которых с целью их форсирования все более широко используется турбонадув, применяют малоинерционные турбокомпрессоры с высокой частотой вращения ротора.

2.4 Топливо для двигателей

В современных двигателях в зависимости от принципа работы используется два основных вида жидких топлив: бензин или дизельное топливо. Топлива могут различаться по физическим и химическим характеристикам и по протеканию процесса сгорания в двигателе.

Ограничивать выброс например окислов азота можно путем снижения максимальной температуры сгорания. Особенно эффективными являются средства, способствующие уменьшению интенсивности выделения тепла в процессе сгорания, что приводит к понижению скорости нарастания давления и максимальных температур. Одним из наиболее перспективных из таких средств считается присадки к топливам, облегчающие самовоспламенение в дизельных двигателях и оказывающие влияние на процессы сгорания.

Влияние состава топлива на состав ОГ.

Детонационная стойкость бензина зависит от группового состава топлива и химической структуры отдельных углеводородов.

Повысить экономичность и увеличить удельную мощность двигателя можно посредством увеличения степени сжатия . Однако чрезмерное повышение степени сжатия может привести к детонационному сгоранию топлива. Детонация способствует уменьшению мощности и отдачи двигателя, а также ускорению его износа.

Следует отметить также, что повышение степени сжатия требует применения топлива с увеличенным октановым числом, что является не целесообразным. Кроме того, повышение степени сжатия способствует значительному увеличению выброса окислов азота.

В целях улучшения свойств моторных топлив в них вводят присадки (различные продукты химического синтеза), которые значительно улучшают их эксплуатационные свойства, при этом цена на топливо увеличивается незначительно. Наиболее распространенной является антидетонационная присадка (ТЭС), обладающий свойством повышать октановое число бензина. Однако известно ,что часть продуктов сгорания при этом составляет вредные для здоровья человека соединения свинца, образуемые на базе антидетонационных присадок и выделяемые частично в виде окислов, а главным образом в виде хлоридов и бромидов свинца.

Нет необходимости обосновывать, что одной из наиболее неотложных мер по охране окружающей среды должно быть исключение из топлив свинца. Сохранение величины октанового числа топлив на прежнем уровне при исключении из них тетраэтилсвинца возможно только посредством увеличения содержания в топливах ароматических углеводородов. (табл.2.4)

Таблица 2.4 Составы бензинов с одинаковым октановым числом.

Содержание углеводородов,%	Этилированный бензин	Неэтилированный бензин
ароматические	21	42
ненасыщенные	19	9
насыщенные	60	49



2.5 Процесс сгорания и процесс образования токсичных компонентов

Потенциальная химическая энергия топлива в процессе его сгорания в цилиндрах двигателя преобразуется в тепловую энергию.

Процесс сгорания топлива в ДВС протекает очень быстро. Реакции сгорания углеводородов в камере сгорания двигателя является весьма сложным и при этом недостаточно изученным. Характер протекания реакции зависит от температуры и давления в камере сгорании, от способа образования рабочей смеси и способа ее воспламенения.

Конечной стадией сгорания углеводородов является реакция дожигания окиси углерода, в действительности начинающаяся уже в начальной стадии сгорания. Даже при сгорании бедных смесей со значительным избытком воздуха вследствие локальных различий в составе смеси образуется окись углерода. Процесс дожигания СО в углеводородном пламени определяет время реакции. Присутствие углеводородов сильно затормаживает процесс окисления СО.

Процесс образования сажи можно предупредить, оказывая тормозящее воздействие на предпламенные процессы.

Известно, что при неполной нагрузке двигателя с искровым зажиганием эффективность процесса сгорания снижается и наблюдается увеличение количества углеводородов в ОГ. Основной причиной этого является торможение процесса дегидрогенизации, происходящее в топливе как по всему объему камеры, так и в зоне соприкосновения фронта пламени со стенками камеры сгорания.

Продуктами сгорания являются и окислы азота. В результате взаимодействия окислов азота и ненасыщенных углеводородов образуются нитросоединения. Наличия окислов азота в ОГ может быть связано с процессами, происходящими не только внутри камеры сгорания, но и в выпускной системе двигателя. Окислы азота могут образовываться также в результате процессов фотосинтеза, происходящих в атмосферном воздухе.

Точно определить количество вредных выбросов в атмосферу двиготелями практически невозможно. Величина выброса зависит от многих факторов (конструктивные параметры, процессы подготовки и сгорания смеси, режим работы двигателя, …) Однако на основании данных о среднем статистическом составе смеси для отдельных видов двигателей и соответствующих им величин выброса токсичных веществ на 1 кг израсходованного топлива, зная расход отдельных топлив, можно определить суммарную эмиссию.

2.6 Методы определения содержания токсичных компонентов в ОГ

Полнота сгорания топливной смеси в двигателе определяется экспериментальными методами посредством полного анализа состава отработавших газов.

Для анализа применяют методы, основанные на использовании химических и физических свойств отдельных веществ, входящих в состав газовых смесей. К числу химических методов анализа относят.

К физическим методам относят методы, основанные на использовании физических свойств исследуемых компонентов:

-абсорбции инфракрасного или ультрафиолетового излучения исследуемой средой

- теплопроводности газов магнитной восприимчивости кислорода по отношению к др. газам

- ионизации при сгорании углеводородов в пламени водородной горелки.

Известнее также аналитический метод газовой хроматографии, основанной на использовании различия свойств поглощения и испарения заполнителем колонки отдельных компонентов, содержащихся в проходящем через колонку газе-носителе.

Все известные и применяемые методы оценки степени дымности ОГ основаны на принципе оптического измерения их прозрачности или на измерении содержания в них частиц сажи, осаждаемой на поверхности фильтровальной бумаги, через которую пропускаются отработавшие газы.

2.7 Методы оценки а/м по токсичности ОГ

Оценку токсичности автомобильных двигателей на основе испытательных циклов производят обычно в целях:

- определения соответствия количества выделяемых токсичных веществ стандартам

- исследования влияния конструкции и параметров работы двигателя на токсичность двигателя.

При испытании автомобиля в соответствии с испытательными циклами можно оценить общую токсичность автомобиля, сопоставляя полученные величины выброса токсичных веществ с установленными нормами.

Подобная оценка осуществляется на основании снятия скоростных, нагрузочных и регулировочных характеристик двигателя. На основе результатов таких испытаний можно составить общие характеристики токсичности двигателя.

Количество и состав ОГ непрерывно изменяются в зависимости от режимов работы двигателя.

Следовательно, количество токсичных веществ, выбрасываемых двигателем в атмосферу, зависит не только от концентрации компонентов, но и от количества отработавших газов, которое, в свою очередь, зависит от частоты вращения вала двигателя и его нагрузки.

3. Влияние загрязнения на жизнедеятельность человека

Автомобиль с ДВС называют химической фабрикой на колесах - в его отработавших газах содержится около 200 химических веществ, большинство из которых токсичны . Автотранспорт в развитых странах стал главным загрязнителем атмосферы ( до 50% ), и одним из загрязнителей окружающей среды вообще. В США автомобили выделяют в атмосферу 92% всего СО, 63% углеводородов, 46% окислов азота. Отработавшие газы ДВС оказывают вредное воздействие на жизнедеятельность человека. (см. Табл. 3.1).

Таблица 3.1 Токсическое действие некоторых компонентов отработавших газов.

Вредное свойство отработавших газов.	Компонент отработавших газов, материальный носитель соответствующего свойства.
Удушающее действие	Углекислый газ. ( наряду с недостатком кислорода).
Токсичность.	Окислы углерода, окислы азота, окислы серы, альдегиды, углеводороды.

Подобные документы

• Разработка участка обкатки и испытания автомобильных двигателей внутреннего сгорания

  Анализ хозяйственной деятельности предприятия. Организация и технология проведения обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания. Расчет производственной программы технического обслуживания. Конструкторская разработка стенда для обкатки двигателей.
  
  дипломная работа [80,2 K], добавлен 28.04.2010
  

• Назначение и общее устройство двигателя внутреннего сгорания, его систем и механизмов

  Классификация, особенности конструкции и эксплуатационные свойства двигателей внутреннего сгорания, их обслуживание и ремонт. Принцип работы четырехцилиндровых и одноцилиндровых бензиновых двигателей в современных автомобилях малого и среднего класса.
  
  курсовая работа [39,9 K], добавлен 28.11.2014
  

• Проектирование станции технического обслуживания с разработкой участка по ремонту двигателей внутреннего сгорания легковых автомобилей в городе Норильске

  Расчет годового объема работ по обслуживанию и ремонту автомобилей. Определение потребности в электроэнергии, теплоносителях и воде. Разработка приспособления для обработки шеек коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания после их шлифования.
  
  дипломная работа [1,4 M], добавлен 18.06.2015
  

• Средства технического диагностирования

  Организация и технология обкатки двигателей внутреннего сгорания. Виды расчетов производственной программы. Анализ существующих конструкций и приспособлений для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания. Охрана труда и техника безопасности.
  
  курсовая работа [43,1 K], добавлен 14.03.2011
  

• Проектирование систем двигателей внутреннего сгорания

  Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко применяются во всех областях народного хозяйства и являются практически единственным источником энергии в автомобилях. Расчет рабочего цикла, динамики, деталей и систем двигателей внутреннего сгорания.
  
  курсовая работа [2,5 M], добавлен 07.03.2008
  

• Судовой двигатель внутреннего сгорания L21/31

  Общая характеристика судовых двигателей внутреннего сгорания, описание конструкции и технические данные двигателя L21/31. Расчет рабочего цикла и процесса газообмена, особенности системы наддува. Детальное изучение топливной аппаратуры судовых двигателей.
  
  курсовая работа [2,9 M], добавлен 26.03.2011
  

• Судовые двигатели внутреннего сгорания

  Классификация судовых двигателей внутреннего сгорания, их маркировка. Обобщённый идеальный цикл поршневых двигателей и термодинамический коэффициент различных циклов. Термохимия процесса сгорания. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма.
  
  учебное пособие [2,3 M], добавлен 21.11.2012
  

• Двигатели внутреннего сгорания

  Принцип действия двигателей внутреннего сгорания. Мощность механических потерь. Удельный индикаторный расход топлива. Подача воздушной смеси с помощью дросселя. Перспективы развития двигателестроения. Механические потери в современных двигателях.
  
  реферат [2,4 M], добавлен 29.01.2012
  

• Разработка участка испытания двигателей в проекте авторемонтного предприятия (АРП) по ремонту двигателей автомобилей ГАЗ-3307

  Расчёт оптимальной мощности авторемонтного производства, корректирование трудоёмкости капитального ремонта. Определение номинального, действительного фондов времени. Планировка участка испытания двигателей. Расчёт потребности предприятия в энергоресурсах.
  
  дипломная работа [114,2 K], добавлен 22.03.2011
  

• Проект двигателя внутреннего сгорания

  Топливо, состав горючей смеси и продуктов сгорания. Параметры окружающей среды. Процесс сжатия, сгорания и расширения. Кинематика и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма. Четырёхцилиндровый двигатель для легкового автомобиля ЯМЗ-236.
  
  курсовая работа [605,6 K], добавлен 23.08.2012
  

• Бензиновые генераторы. Двигатели внутреннего сгорания

  Основные характеристики бензоэлектроагрегата. Расчет мощности бензиновой электростанции, выбор моторного масла для генератора; профессиональные и бытовые агрегаты. Устройство современных двигателей для автомобилей: цилиндры, тюнинг; эволюция моторов.
  
  реферат [492,5 K], добавлен 05.06.2011
  

• Методика теплового расчета двигателя внутреннего сгорания

  Применение на автомобилях и тракторах в качестве источника механической энергии двигателей внутреннего сгорания. Тепловой расчёт двигателя как ступень в процессе проектирования и создания двигателя. Выполнение расчета для прототипа двигателя марки MAN.
  
  курсовая работа [169,7 K], добавлен 10.01.2011
  

• Типажи подвижного состава и устройство автомобиля

  Контактно-транзисторная система зажигания. Маркировка отечественных автомобилей и прицепного состава. Техническая характеристика и эксплуатационные свойства автомобиля. Схема устройства питания дизельного двигателя. Прерыватель-распределитель типа Р4-Д.
  
  контрольная работа [3,0 M], добавлен 22.03.2012
  

• Основные виды тепловыделения

  Зависимость скорости однократного и двухкратного тепловыделения от времени. Воспламенение в современных двигателях. Параметры и закономерности тепловыделения. Энергетические, экономические и экологические показатели цикла двигателей внутреннего сгорания.
  
  реферат [72,8 K], добавлен 14.03.2015
  

• Технические жидкости для автомобилей

  Жидкости для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Единицы измерения жесткости воды, основные методы её умягчения. Удаление накипи из системы охлаждения. Характеристики гидротормозных жидкостей. Анализ механизма действия пусковых жидкостей.
  
  контрольная работа [905,1 K], добавлен 17.11.2012
  

• Проектирование участка по сборке двигателей внутреннего сгорания

  Годовая программа производственного участка по ремонту двигателей внутреннего сгорания. Режим работы участка. Годовые фонды времени рабочих и оборудования. Расчет количества технологического производственного оборудования. Потребность в энергоресурсах.
  
  курсовая работа [52,9 K], добавлен 27.04.2010
  

• Устройство автомобильных двигателей

  Параметры и показатели двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Основные виды ДВС и их характеристика. Компоновка механизма газораспределения двигателя на примере ВАЗ-2107 и ЯМЗ-240. Системы смазки и питания дизелей. Типы фильтров в системах смазки ДВС.
  
  контрольная работа [1,9 M], добавлен 20.06.2013
  

• Эксплуатационные свойства транспортных средств

  Технические характеристики легковых автомобилей на примере Ford Mondeo 2.0. Обоснование выбора шины для автомобилей по типу нагрузки на колеса. Определение мощности двигателя, тягового и мощностного баланса автомобиля, передаточных чисел трансмиссии.
  
  курсовая работа [784,4 K], добавлен 25.01.2012
  

• Дорожные испытания автомобилей

  Цель лабораторной работы: определить динамические качества автомобиля при разгоне и затухающем движении, топливную экономичность при различных скоростях движения. Дорожные испытания автомобиля с целью определения эффективности тормозного управления.
  
  лабораторная работа [358,2 K], добавлен 01.01.2009
  

• Винтомоторные двигатели

  Принципы работы двигателей внутреннего сгорания. Классификация видов авиационных двигателей. Строение винтомоторных двигателей. Звездообразные четырехтактные двигатели. Классификация поршневых двигателей. Конструкция ракетно-прямоточного двигателя.
  
  реферат [2,6 M], добавлен 30.12.2011
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам