Курсовая работа: Меры по сокращению токсичности автомобильных двигателей
Основными загрязняющими веществами при эксплуатации автотранспорта являются:
– выхлопные газы;
– нефтепродукты при их испарении;
– пыль;
– продукты истирания шин, тормозных колодок и дисков сцепления, асфальтовых и бетонных покрытий.
Ярким примером неблагоприятного влияния развития производства на окружающую среду может служить автомобилизация. Автомобили оказывают вредное воздействие на природу и человека, так как в отработанных продуктах содержатся опасные для здоровья и окружающей среды компоненты, при движении автомобилей возникает шум.
При дорожно-транспортных происшествиях наносится материальный ущерб (уничтожение и повреждение грузов, транспортных средств и сооружений) и возможны гибель и ранение людей. По данным Всемирной организации здравоохранения на автомобильных дорогах мира ежегодно гибнет (в том числе и от послеаварийных травм) свыше 900 тыс. человек, несколько миллионов становятся калеками, а свыше 10 млн. человек - получает травмы.
Автомобильные дороги и их инфраструктура отняли у человечества свыше 50 миллионов гектаров земли (такова суммарная территория таких стран, как ФРГ и Великобритания). Кроме того, дороги с интенсивным движением создают “разделяющий эффект”, затрудняя связи между объектами и участками живой природы, расположенными по разные стороны дороги. Дорожное строительство нарушает экологическое равновесие в природе вследствие изменения существующего ландшафта; усиления водной и ветровой эрозии; развития геодинамических процессов, например оползней и обвалов; загрязнения окружающей местности, поверхностных и грунтовых вод материалами и веществами, применяемыми при эксплуатации автомобилей и дороги; неблагоприятного воздействия на существующий растительный и животный мир.
Источником загрязнения и истощения окружающей среды стала как сама трасса, так и её инженерные сооружения, объекты обслуживания, особенно места хранения нефтепродуктов, автозаправочные станции, станции технического обслуживания, мойки и т.п.
При широком использовании автомобилей все возрастающее количество людей посещает ранее недоступные для них природные комплексы, что приводит к загрязнению отходами территорий, прилегающих к автомобильным дорогам, и других мест.
В отдельных городах и их агломерациях под воздействием автомобильного транспорта и других источников загрязнения образовались предельные экологические состояния, что препятствует устойчивому их развитию и требует кардинальных решений по улучшению их коммуникационной инфраструктуры[1] .
1.2 Состав и структура выбросов двигателей внутреннего сгорания
Автомобильные и тракторные двигатели внутреннего сгорания загрязняют атмосферу вредными веществами, выбрасываемыми с ОГ, картерными газами и топливными испарениями. При этом 95—99 % вредных выбросов современных автомобильных двигателей приходится 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, СО2, Н20. В реальных условиях ОГ содержат также продукты неполного сгорания (оксид углерода, углеводороды, альдегиды, твердые частицы углерода, перекисные соединения, водород и избыточный кислород), продукты термических реакций взаимодействия азота с кислородом (оксиды азота), неорганические соединения тех или иных веществ, присутствующих в топливе (сернистый ангидрид, соединения свинца и т. д.).
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 СО, оксиды азота NOх , углеводороды CnHm (парафины, олефины, ароматики и др.), альдегиды Rx*CHO, сажа. При сгорании сернистых топлив образуются неорганические газы — сернистый ангидрид S02 и сероводород H2S. В отдельную группу можно отнести канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), наиболее активный из которых бенз(а)пирен, являющийся индикатором присутствия канцерогенов в ОГ. В случае применения этилированных бензинов образуются токсичные соединения свинца. В табл. 1 представлены данные по составу ОГ основных типов двигателей — бензинового с искровым зажиганием и с воспламенением от сжатия (дизеля).
Таблица 1. Состав ОГ автомобильных двигателей
Необходимо отметить, что в настоящее время основным источником загрязнения воздуха являются бензиновые двигатели. Тем не менее снижение токсичности дизелей также является актуальной задачей, учитывая наметившуюся тенденцию дизелизации AT. 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, CnHm, NOx и соединения свинца, дизелей — NOx, сажу. В табл. 2 указано содержание вредных веществ в ОГ бензиновых двигателей на различных режимах работы, в табл. 3 представлены источники образования вредных веществ (ВВ).
Таблица 2. Содержание ВВ в ОГ (в %) на характерных режимах работы автомобилей
Таблица 3 Источники образования вредных токсичных веществ
Пары топлива (СхНу) — испарение топлива из топливных баков, элементов системы питания двигателей: стыков, шлангов и т. д. Состав — углеводороды топлива различного состава (15-20 %).
Картерные газы — смесь газов, проникающих через неплотности поршневых колец из камеры сгорания в картер, и паров масла, находящихся в картере, а затем попадающих в окружающую среду.
Отработанные газы (СО, СхНу, NOx, сажа и др.) — смесь газообразных продуктов полного или неполного сгорания топлива, избыточного воздуха и различных микропримесей (газообразных, жидких и твердых частиц, поступающих из цилиндров двигателя в его выпускную систему).
Пример. При сжигании 1 кг дизельного топлива образуется 80—100 г токсичных компонентов (20 г СО; 20—40 г NOx, 4—10 г СН ; 10—30 г SO; 3—5 г сажи; 0,8—1,0 г альдегидов). При сжигании 1 кг бензина выделяется 300—310 г различных токсичных компонентов: (225 г СО; 55 г NOx; 20 г СхНу; 1,5— 2,0 г SO; 1,0—1,5 г сажи; 0,8—1,0 г альдегидов).
Исследования показывают, что карбюраторный двигатель выбрасывает СО примерно в 7 раз, а альдегидов в 3 раза больше дизеля. Дизель выбрасывает значительно больше СхНу, S02 (в 10-15 раз).
Необходимо также представить данные о вредных выбросах различных типов автомобильных двигателей (табл. 4).
