Экологическая безопасность

Наибольшее количество бенз(а)пирена выделяется при пусках двигателя, особенно в зимнее время.

Автомобили, двигающиеся  с постоянной скоростью, по сравнению  с переменным режимом выделяют меньше токсичных веществ. Исследования движения легкового автомобиля в Москве показали, что продолжительность работы двигателя на холостом ходу равна 20-22%, на режимах ускорения - 20-25%, замедления - 22-25%, а на постоянной скорости - лишь 27-37% от общего баланса времени пребывания на линии.

В городских условиях эксплуатации автомобилей возможен режим принудительного холостого хода, т. е. когда двигатель приводится во вращение от трансмиссии. Этот режим наблюдается при торможении автомобиля двигателем и составляет для грузовых автомобилей 18%, а для легковых- 16,4% от общего баланса времени. При этом в цилиндрах создается сильное разрежение, смесь получается богатой и нарушается процесс сгорания, а следовательно, процентное содержание СО и СН в отработавших газах увеличивается. Наиболее вредной считается работа автомобиля с полной нагрузкой на максимальных скоростях. При этом в атмосферу попадает значительно большее количество токсичных веществ, чем при работе на холостом ходу, вследствие увеличения (в 6-10 раз) количества продуктов сгорания.

Метеорологические условия также влияют на степень загрязнения атмосферы при работе автомобиля. С увеличением влажности воздуха от 40 до 90% при постоянной температуре токсичность отработавших газов возрастает на 38%. При понижении температуры окружающего воздуха от 25° до 15°С содержание СО в отработавших газах увеличивается с 1,7 до 2,8%

 

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

 

.1 Эксплуатационные  мероприятия по повышению экологичности  автотранспортных средств

 

Основными эксплуатационными  мероприятиями, направленными на снижение токсичности отработавших газов являются следующие:

Для карбюраторных  двигателей

. Своевременное  регулирование карбюраторов по  оптимальному составу рабочей  смеси;

. Оптимизация  характеристики ускорительного  насоса при разгоне автомобиля;

. Поддержание  оптимальной регулировки зазоров между торцами стержней клапанов и носками коромысел газораспределительного механизма;

. Контроль и  регулировка оптимального угла  опережения зажигания. Поддержание  нормального зазора в контактах  прерывателя.

. Повышение минимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя на 50-100 об/мин;

. Периодическая  промывка системы смазки специальным  промывочным маслом;

. Периодическая  проверка герметичности цилиндропоршневой  группы;

. Движение, по  возможности, с постоянной скоростью;

. Систематическая промывка топливных и воздушного фильтров систем питания двигателя;

. Работа двигателя  на средних скоростных режимах  и нагрузках 60-80% от максимальной  мощности;

. Добавка в  бензин 3% антитоксичного изопропилового  спирта;

Для дизельных  двигателей

. Систематический  контроль оптимального угла опережения  начала подачи топлива. Он должен  быть до ВМТ;

. Поддержание  постоянной цикличности подачи  топлива для каждого цилиндра. Допускается неравномерность подачи  топлива ±5%;

. Контроль и  регулировка оптимальной максимальной подачи топлива, исключающей дымный выхлоп;

. Своевременный  контроль технического состояния  и регулировка оптимального давления  начала впрыска топлива каждой  форсункой;

.Разогрев двигателя  и его систем перед началом  движения автомобиля до температуры не ниже 30°С и полная нагрузка двигателя при температуре охлаждающей жидкости не ниже 55°С;

. Работа двигателя  на средних скоростных режимах  и нагрузках 60-70% от максимальной  мощности;

. Периодическая  проверка герметичности цилиндропоршневой группы;

. Движение, по  возможности, с постоянной скоростью;

. Своевременная  промывка топливных и воздушных  фильтров;

Чтобы судить о  своевременном выполнении вышеуказанных  мероприятий на автотранспортных предприятиях, организуется контроль за токсичностью отработавших газов с применением современных газоанализаторов.

Углубленная проверка исправного технического состояния  топливных систем двигателей обычно проводится 2 раза в год. При этом проверяют:

производительность  топливных жиклеров;

износ деталей  привода ускорительного насоса и его производительность;

систему балансировки поплавковой камеры. 
Хорошая взаимосвязь системы холостого хода карбюратора и главной дозирующей системы обеспечивают автомобилю хорошие ходовые качества.  
При техническом обследовании технического состояния карбюратора и воздушного фильтра проверяют в первую очередь, т.е, контролируют: - состояние системы холостого хода;

положение винта  минимального открытия дросселя;

минимальные обороты  холостого хода и содержание СО в  отработавших газах. Затем проверяют техническое состояние аккумуляторных батарей и системы зажигания.

У дизельных  двигателей в первую очередь определяется техническое состояние топливной  системы. То есть проверяется исправность  топливной аппаратуры (форсунок, топливных насосов). Обращается также внимание на техническое состояние воздухоочистителя, топливных фильтров и их герметичность.

Кроме того, автомобили с дизельными двигателями проверяются  на дымность при техническом обслуживании и при проведении годовых технических осмотров.

Основные направления, мероприятия, методы и средства по снижению токсичности и дымности отработавших газов:

. Новые схемы  двигателя:

с турбокомпаундированием;

с утилизацией  теплоты в цикле Ренкина-Стирлинга;

комбинированные;

газотурбинные;

аксиальные;

двухтактные;

электрические.

. Совершенствование  рабочего процесса:

оптимизация камеры сгорания;

оптимизация параметров топливоподачи;

улучшение наполнения цилиндров;

оптимизация структуры  воздушного вихря;

оптимизация фаз  газораспределения;

разработка малотоксичных рабочих процессов;

теплоизоляция камеры сгорания;

предварительная физико-химическая обработка топлива, воздушного заряда, рабочей смеси;

совершенствование систем турбонадува;

совершенствование систем впуска и выпуска.

. Совершенствование конструкции и технологии изготовления ДВС:

снижение механических потерь;

утилизация теплоты  отработавших газов;

ужесточение допусков;

оптимизация степени  сжатия;

совершенствование систем теплоподачи;

совершенствование узлов и деталей дизеля;

совершенствование систем охлаждения и смазывания;

создание электронных  систем управления.

. Разработка  средств и методов снижения  токсичности и дымности ДВС:

воздействие на рабочий процесс:

регуляция отработавших газов;

впрыскивание  воды, присадки и эмульсии;

устанавливаемых в системе выпуска:

каталитические  или жидкостные катализаторы, 
фильтры, термореакторы;  
прочие устройства;

комбинированные системы очистки отработавших газов;

химические поглотители.

. Применение  альтернативных топлив и масел:

жидкие топлива;

водород;

сжатый газ (природный, синтетический и др.);

сжиженный газ (природный, синтетический и др.);

антидымные присадки;

масла;

смеси топлив, масел  и присадок;

метанол, этанол;

подсолнечное, рапсовое масла.

. Технологическое  обеспечение, эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт:

обкатка;

ремонт;

диагностика;

эксплуатация;

обслуживание;

хранение;

повышение качества моторных масел.

. Комбинированные  методы и средства:

гаражные навесные системы очистки отработавших газов;

стационарные  системы очистки отработавших газов;

малотоксичные режимы обкатки;

оптимальная организация  движения;

оптимизация транспортных потоков.

Наличие в транспортном потоке автотранспортных средств с  различными эксплуатационными свойствами приводит к возрастанию неравномерности  движения и расхода топлива. С ростом загрузки магистралей, естественно, возрастают и выбросы отработавших газов. Создание однородных потоков возможно дифференцированием полос движения для легковых и грузовых автотранспортных средств, выделением магистралей для пассажирского и грузового движения, выделением отдельных полос для маршрутного пассажирского транспорта, специализацией полос при подходе к пересечению по дальнейшему направлению движения.

Воздействие на скоростной режим транспортного  потока также дает положительный эффект по снижению токсичных выбросов двигателей внутреннего сгорания.

Снизить вредные  выбросы автотранспортных средств  можно путем внедрения автоматизированных систем управления движением (АСУД). Внедрение  АСУД способствует снижению числа задерживаемых транспортных средств и времени их задержки у перекрестка, уменьшением неравномерности движения на перегонах магистралей.

 

.2 Альтернативные  виды топлива

 

Специалисты разных стран ведут исследования в области  применения новых видов топлива  и источников энергии на автомобильных транспортах. Это связано со значительным ростом численности автотранспортных средств и все большим загрязнением окружающей среды окружающей среды.

К наиболее эффективным  и перспективным видам моторного  топлива следует отнести природный газ, водород, пропан-бутановую смесь, метанол и др.

Перспективное автомобильное топливо - это любой  химический источник энергии, использование  которого в традиционных или разрабатываемых  автомобильных двигателях позволяет  в какой-то степени решить энергетическую проблему и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду. Исходя из этого формулируются пять основных условий перспективности новых источников энергии:

наличие достаточных  энергосырьевых ресурсов;

возможность массового  производства;

технологическая и энергетическая совместимость с транспортными силовыми установками;

приемлемые токсичные  и экономические показателипроцесса использования энергии;

безопасность  и безвредность эксплуатации.

Существует несколько  различных классификаций перспективных автомобильных топлив. Большой практический интерес представляет энергетическая классификация, в основу которой положена калорийность традиционного жидкого углеродного топлива.

У традиционного  жидкого углеводородного топлива  самая высокая энергоплотность, поэтому автомобиль, работающий на нем, имеет небольшие размеры и массу топливного бака и топливной аппаратуры и не требует сложной системы заправки и хранения топлива. Углеводородные газы и водород обладают более высокой массовой энергоемкостью, но из-за малой плотности у них значительно худшие объемные энергетические показатели. Поэтому использование этих топлив возможно только в сжатом или сжиженном состоянии, что в ряде случаев значительно усложняет конструкцию автомобиля.

Водородное топливо. Большие надежды возлагаются на водородное топливо как на топливо будущего. Обусловлено это его высокими энергетическими показателями, отсутствием большинства токсичных веществ в продуктах сгорания и практически неограниченной сырьевой базой. Именно с водородом связывают перспективное развитие энергетики.

По массовой энергоемкости водород превосходит  углеводородные топлива примерно в 3 раза; спирты - в 5-6 раз. Но из-за очень  малой плотности его энергоплотность  низка. Водород обладает рядом свойств, сильно затрудняющих его использование: сжижается при 24К; обладает высокой диффузионной способностью; предъявляет повышенные требования к контактирующим материалам, взрывоопасен. Однако несмотря на это, ученые многих стран ведут работы по созданию автомобилей, работающих на водородном топливе. Многочисленные схемы возможного его применения в автомобиле делятся на две группы: водород как основное топливо и как добавки к современным моторным топливам. Основной трудностью при использовании водорода в сжиженном состоянии является его низкая температура. Обычно жидкий водород транспортируется в криогенных резервуарах с двойными стенками, пространство между которыми заполнено изоляцией. Для безопасной эксплуатации жидкого водорода необходимы полная герметизация топливоподающей системы и обеспечение сброса избыточного давления.

Водородная технология, водородная энергетика - о них говорят  все настойчивее по той причине, что этот химический элемент - основа единственного известного сегодня  топлива, не образующего при сгорании пресловутого угарного газа и потому экологически наименее вредного. К тому же запасы его в природе практически неисчерпаемы. Вот почему уже много лет предпринимаются попытки использовать водород для двигателей внутреннего сгорания. В этом направлении еще в 30-е годы работали Московский автомеханический институт, МГТУ имени Баумана и ряд других институтов.

Во время Великой  Отечественной войны идею водородного  топлива практически применили  для автомобилей в войсках  противовоздушной обороны на Ленинградском  фронте.

В послевоенные годы академик Е. А. Чудаков и профессор  И. Л. Варшавский использовали водород  для питания одноцилиндрового двигателя  в Автомобильной лаборатории  АН СССР. Занимались этой проблемой  академик В. В. Струминский и другие исследователи. Однако эксперименты тогда не получили широкого размаха. Они стали более актуальными и возобновились позднее. Только в США к 1976г. по этой теме вели исследования 15 экспериментально-конструкторских групп, которые создали 42 разновидности «водородных» двигателей. Аналогичные поиски развернуты учеными ФРГ и Японии.

Столь большой  интерес к водороду как к топливу  объясняется не только его преимуществами экологического характера, но и физико-химическими  свойствами: теплота сгорания у него втрое выше, чем у нефтепродуктов, воспламеняемость смеси с воздухом имеет широкие пределы, водород обладает высокой скоростью распространения пламени и низкой энергией воспламенения - в 10-12 раз ниже, чем бензин.