Водитель внедорожных мототранспортных средств

Токсичные компоненты и их влияние на человека и окружающую среду. Загрязнение атмосферы вредными веществами связано с работой промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятий, а также транспортных средств, на которых в качестве силовых установок используются тепловые двигатели.

Характер загрязнения атмосферы, общее количество и состав выбрасываемых вредных веществ, их распределение в атмосфере и методы их обезвреживания в значительной степени зависят от места расположения и характера рабочего цикла источников. Источники выбросов делятся на стационарные и передвижные. В наиболее моторизованных странах мира около 50% общей массы выбросов приходится на долю передвижных источников. При этом основная масса выбросов от передвижных источников в этих странах приходится на долю автомобилей.

К основным вредным компонентам отработавших газов автомобилей относятся окись углерода СО, углеводороды СНx, окислы азота NOx, твердые частицы (сажа) и в меньшей степени окислы серы SОx.

Окись углерода – химически инертный газ, обладающий способностью легко смешиваться с окружающим воздухом. Окись углерода – сильное токсичное вещество. Гемоглобин крови в 200 раз лучше усваивает СО, чем кислород, это приводит к появлению в крови человека большой концентрации карбоксигемоглобина, которая у людей с больным сердцем может вызвать инфаркт миакарда. В городах стран с большим автомобильным парком автомобили являются основным источником загрязнения воздуха окисью углерода (таблица 5.1).

Таблица 5.1

Загрязнение окружающей среды в США (за год)

Окислы азота вступают в реакцию с окружающим воздухом, образуя двуокись азота NO2, которая вместе с углеводородами СН образует фотохимический смог. Эти соединения токсичны, они воздействуют на бронхи и легкие, вызывая ряд необратимых изменений. По данным США, доля выбросов NОx, приходящаяся на автомобили, составляет 23…74%.

Углеводороды также участвуют в создании фотохимического смога. Наиболее опасным из ароматических углеводородов является бензпирен-3, -4, обладающий канцерогенными свойствами. Автомобили в городах являются главным источником образования ароматических углеводородов, особенно автомобили с дизелями.

Соли свинца, являющиеся сильно действующими токсичными веществами, содержатся в отработавших газах бензиновых двигателей, особенно двигателей, работающих на бензине с антидетонационными присадками.

Количество вредных компонентов, выбрасываемых при сгорании 1 т нефтяного топлива в различных тепловых установках, приведено в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Потенциальное содержание токсичных веществ в топливе (в кг на 1000 кг топлива)

Отрицательное воздействие автомобиля на окружающую среду заключается не только в выделении токсичных веществ, но и в сжигании кислорода, так как для сгорания нефтепродуктов необходим кислород (ориентировочно 3,3 т кислорода на 1 т нефтепродуктов).

Кроме воздействия на человека, загрязнение воздуха наносит вред сельскому хозяйству, многим материалам и изделиям.

Объем выбросов и степень их токсичности зависят от очень многих факторов как конструктивного, так и организационно-технического характера (градостроения, организации движения, технической эксплуатации автомобилей и др.), а также погодно-климатических условий и режимов работы автомобиля.

Методы уменьшения загрязнения атмосферы отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания можно разделить на две группы: методы снижения токсичности выбросов; методы уменьшения объемов выбросов.

Методы снижения токсичности выбросов. Методы, применяемые для снижения токсичности, можно разделить на четыре основные группы: изменение конструкции, рабочего процесса, технологии производства и специального регулирования двигателей внутреннего сгорания и их систем; применение другого вида топлива или изменение физико-химических свойств топлива;

очистка выбросов от токсичных компонентов с помощью дополнительных устройств;

замена традиционных двигателей новыми малотоксичными силовыми установками.

Методы первой группы включают многочисленные мероприятия по улучшению смесеобразования и обеднения смеси, дозирования и распределения ее по цилиндрам (электронные и электромеханические системы впрыска топлива, модифицированные быстропрогреваемые впускные клапаны, термостатирование воздуха, гомогенизация смеси).

Токсичность отработавших газов значительно уменьшается при применении бесконтактных транзисторных (индукционных и емкостных) систем зажигания; карбюраторов новых типов (с быстродействующими заслонками, пневматическим впрыском и электронным управлением): использовании форкамерно-факельных процессов и послойного смесеобразования; установке устройств для рециркуляции отработавших газов, изменения формы камеры сгорания и впрыске в нее воды.

С помощью специальных регулировок (состава смеси. Частоты вращения холостого хода, угла опережения зажигания и времени перекрытия клапанов) можно уменьшить содержание токсичных компонентов в отработавших газах.

Вторая группа методов имеет два основных направления: применение присадок к топливам, снижающих выброс свинца, серы, канцерогенных веществ, сажи и твердых частиц; перевод двигателей на другие виды топлива (пропан-бутан, природный газ, водород).

Третья группа методов – очистка выбросов от токсичных компонентов, производимая с помощью нейтрализаторов различных типов и очистителей, устанавливаемых на автомобили. Эти методы получили широкое распространение в ряде стран.

Нейтрализаторы производят физико-химическую очистку выбросов (термические, каталитические, жидкостные, механические, улавливающие испарения топлива и картерных газов, комбинированные), а очистители осуществляют очистку воздуха на входе в двигатель и отработавших газов при выходе их из двигателя.

Наиболее распространенные в настоящее время бензиновые карбюраторные двигатели могут быть заменены двигателями других типов, отработавшие газы которых содержат меньше токсичных веществ; дизелями и особенно их малотоксичными модификациями; двигателями, работающими на газовом топливе; газотурбинными, роторно-поршневыми или электрическими двигателями; двигателями Стирлинга.

Теоретически могут быть применены также паровые двигатели, работающие по замкнутому или разомкнутому циклу, а также инерционные двигатели, аккумулирующие потенциальную и кинетическую энергию.

Следует отметить, что применение инерционных и электрических двигателей, а также двигателей, работающих на водородном топливе, потребует создания дополнительных энергетических установок, работающих на водородном топливе, потребует создания дополнительных энергетических установок (для производства электричества и разложения водорода). Эти дополнительные энергетические установки также в основном работают на традиционных видах топлива, при сгорании которых образуются токсичные выбросы.

Необходимо учитывать, что применение комплекса устройств, снижающих токсичность, значительно удорожает автомобиль (до 25%).

Методы уменьшения объемов выбросов. Эти методы относятся в значительной степени к организационно-техническим мероприятиям, не связанным с конструктивной безопасностью автомобиля.

Уменьшение объемов выбросов может быть достигнуто соответствующей организацией транспортных потоков и оптимизацией их характеристик; рациональной организацией доставки пассажиров в городах и изменением типажа городского транспорта; формированием пассажиропотоков; целесообразной транспортной планировкой городов.