Негативное влияние автотранспорта на окружающую среду

 

 Как видно из таблицы 1.1, наибольшее количество выбросов загрязняющих окружающую среду приходится на автомобильный транспорт.

Ежегодный экологический  ущерб от транспортного комплекса  составляет около 1,5% валового национального продукта России [4].

Наибольший вклад в  экологический ущерб (62,7%) вносит автотранспортный комплекс, вклад железнодорожного транспорта достигает 27,7%, воздушного –4,5%, морского – 3,6% и речного –1,5%. Во всех видах негативного воздействия лидирует автомобильный транспорт (шум – 49,5%, воздействие на климат – 68%, загрязнение атмосферного воздуха – 71%), за ним следует железнодорожный транспорт.

Один легковой автомобиль поглощает ежегодно из атмосферы  в среднем больше 4 т кислорода, выбрасывая с выхлопными газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг различных углеводородов [5].

Причинами  загрязнения  воздуха от автотранспорта являются:

-плохое состояние технического обслуживания автомобилей,

-низкое качество применяемого топлива,

-наличие свинцовых добавок в бензине,

-неразвитость системы управления транспортными потоками,

-низкий процент использования экологически чистых видов транспорта.

Каждый автомобиль выбрасывает  в атмосферу с отработавшими  газами около 200 различных компонентов. В выхлопных газах содержатся углеводороды - несгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т. е. во время заторов и у красного сигнала светофора. Именно в этот момент, когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших частиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нормальном режиме.

К несгоревшим газам  относят и обычную окись углерода, образующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В выхлопных газах двигателя, работающего на нормальном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2,7 % оксида углерода. При снижении скорости эта доля увеличивается до 3,9 %, а на малом ходу - до 6,9%. Оксид углерода, углекислый газ и большинство других газовых выделений двигателей тяжелее воздуха, поэтому все они скапливаются у земли [6].

В выхлопных газах  содержатся также альдегиды, обладающие резким запахом и раздражающим действием. К ним относятся акролены и формальдегид; последний обладает особенно сильным действием. В автомобильных выбросах содержатся также оксиды азота. Двуокись азота играет большую роль в образовании продуктов превращения углеводородов в атмосферном воздухе. В выхлопных газах присутствуют неразложившиеся углеводороды топлива. Среди них особое место занимают непредельные углеводороды этиленового ряда, в частности гексен и пентен.

Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомашины часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества. Особенно много сажи и смол образуется при технической неисправности мотора и в моменты, когда водитель, форсируя работу двигателя, уменьшает соотношение воздуха и горючего, стремясь получить так называемую "богатую смесь". В этих случаях за машиной тянется видимый хвост дыма, который содержит полициклические углеводороды и, в частности, бензапирен [3].

 

2 СИСТЕМА ПИТАНИЯ АВТОТРАНСПОРТА

 Систему питания автомобиля можно сравнить с системой питания человека. Вначале топливо необходимо приобрести, затем «покормить» им автомобиль. Топливо направляется по «пищеводу» (то есть по топливным шлангам) в двигатель, а отходы в виде отработавших газов выводятся в выхлопную трубу.

Основные задачи системы  питания двигателя внутреннего  сгорания можно сформулировать следующим образом:

- хранение топлива; 

         - очистка и подача топлива; 

         -  очистка воздуха, предназначенного  для подготовки горючей смеси; 

        -  приготовление горючей смеси;

         -  подача горючей смеси в  цилиндры двигателя.

 

2.1  Система питания дизельных двигателей

 

Дизельное топливо представляет смесь керосиновых, газойлевых и  соляровых фракций после отгона из нефти бензиновой фракции. К основным свойствам дизельного топлива относятся  воспламеняемость, оцениваемая цетановым числом, вязкость, температура застывания, чистота и др. Дизельное топливо выпускается разных сортов: ДЛ — летнее, ДЗ — зимнее и ДА — арктическое, отличаются эти топлива друг от друга главным образом температурами застывания, температурой вспышки и вязкостью

Система питания дизельного двигателя состоит из топливного бака, фильтров грубой и тонкой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса с ручным насосом, топливного насоса высокого давления с регулятором частоты вращения и автоматической муфтой опережения впрыска топлива, форсунок и трубопроводов низкого и высокого давления [7].

При работе двигателя  топливо из топливного бака засасывается топливоподкачивающим насосом через  фильтр грубой очистки топлива и  нагнетается через фильтр тонкой очистки к насосу высокого давления. Из насоса высокого давления топливо по топливопроводам высокого давления подается к форсункам, через которые в мелкораспыленном виде оно впрыскивается в цилиндры в соответствии с порядком работы двигателя. Излишнее топливо от насоса высокого давления и форсунок возвращается в топливный бак. Воздух в цилиндры поступает после очистки его в воздушном фильтре.

Топливный насос высокого давления предназначен для впрыска  в цилиндры двигателя порции топлива  под высоким давлением в определенной последовательности. Он расположен в развале блока цилиндров и приводится в действие от распределительного вала через шестерни. Насос состоит из корпуса, кулачкового вала, секций (по числу цилиндров) и механизма поворота плунжеров. На передней части топливного насоса высокого давления установлен всережимный регулятор, который, изменяя количество подаваемого топлива в зависимости от нагрузки, поддерживает заданную водителем частоту вращения коленчатого вала двигателя.

На заднем конце кулачкового  вала насоса расположена муфта опережения впрыска топлива, которая предназначена для изменения момента начала подачи топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Секция насоса высокого давления состоит из плунжерной пары, роликового толкателя и нагнетательного клапана. Плунжерная пара представляет собой гильзу с двумя отверстиями, расположенными на разных уровнях, и плунжер, в верхней части которого имеются два отверстия и винтовая канавка. Плунжер подогнан к гильзе с высокой точностью. При движении плунжера вниз под действием пружины топливо под небольшим давлением, создаваемым топливоподкачивающим насосом, поступает через продольный впускной канал в корпусе в надплунжерное пространство. При движении плунжера вверх под действием кулачка и толкателя топливо перепускается в топливоподводящий канал до тех пор, пока торцевая кромка плунжера не перекроет окно гильзы. Дальнейшее движение плунжера вверх вызовет повышение давления в надплунжерном пространстве. Когда давление достигнет величины, при которой открывается нагнетательный клапан, плунжер приподнимается и топливо по топливопроводу высокого давления поступает к форсунке. Движущийся плунжер, продолжая перемещаться, создает давление, преодолевающее натяжение пружины иглы форсунки. Игла поднимается, начинается впрыск топлива в цилиндр двигателя. Впрыск продолжается до момента, когда кромка винтовой канавки открывает отверстие в гильзе; давление топлива падает, разгрузочный поясок нагнетательного клапана, опускаясь в гнездо под действием пружины, увеличивает объем в топливопроводе между форсункой и клапаном, за счет чего достигается четкая отсечка подачи топлива. При перемещении рейки плунжер поворачивается, И кромка винтовой канавки открывает отверстие гильзы раньше или позже, вследствие чего изменяется время, в течение которого закрыты отверстия гильзы, а следовательно, и количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр, для ввода в цилиндр двигателя дозы тонкораспыленного топлива под давлением. Форсунка закрытого типа состоит из стального корпуса, гайки, распылителя, запорной иглы, штанги и фильтра. Поступившее топливо проходит через фильтр, вертикальный канал, кольцевую канавку и затем поступает в топливную полость корпуса распылителя. Когда давление в полости распылителя становится больше усилия пружины форсунки, запорная игла поднимается вверх и топливо через отверстия распылителя впрыскивается в камеру сгорания. С понижением давления в топливопроводе ниже усилия, создаваемого пружиной, игла распылителя под ее действием опускается и закрывает отверстие распылителя — подача топлива прекращается. Избыток топлива отводится по сливному трубопроводу в бак. Форсунка регулируется на давление впрыска 17,5 ... 18,5 МПа.

Все приборы системы  питания дизельного двигателя соединены  топливопроводами низкого и высокого давления. Топливопроводы низкого давления изготовлены из прозрачной маслобензостойкой пластмассы, а высокого давления — из толстостенных стальных трубок.

Для поддержания заданной частоты, вращения коленчатого вала служит регулятор, который относится к типу всережимных регуляторов прямого действия. Этот регулятор изменяет количество подаваемого в цилиндр топлива в зависимости от нагрузки, поддерживая заданную частоту вращения коленчатого вала. Регулятор устанавливается в развале между двумя рядами топливных секций и состоит из ведущей шестерни и муфты, на которой шарнирно закреплены грузы. Во время вращения грузы раздвигаются под действием центробежной силы и через упорный подшипник перемещают муфту. Муфта упирается в палец рычага, который связан одним концом с рейкой топливного насоса. При перемещении рейки одновременно перемещается один конец двуплечего рычага. Второй конец этого рычага, будучи соединен со второй рейкой, перемещает ее. Рычаг управления подачей топлива связан с системой рычагов, с которыми, в свою очередь, связана калиброванная пружина, воздействующая на рычаг, соединенный с рейкой. Натяжение пружины зависит от положения педали привода, которой устанавливается режим работы двигателя.

Автоматическая муфта  опережения впрыска топлива служит для изменения момента начала впрыска топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, благодаря чему улучшаются пуск двигателя и его экономичность.

Состоит муфта опережения впрыска из двух полумуфт — ведущей и ведомой. Ведомая полумуфта закреплена на конце кулачкового вала насоса. Ведущая полумуфта посажена свободно на втулке ступицы ведомой полумуфты и приводится во вращение от распределительной шестерни через гибкие соединительные муфты. На осях ведомой полумуфты шарнирно насажены грузы, прижимаемые в исходное положение двумя пружинами. При увеличении частоты вращения коленчатого вала грузы под действием центробежных сил раздвигаются и при помощи профильных выступов поворачивают ведомую полумуфту, а с ней и кулачковый валик по ходу вращения, увеличивая угол опережения впрыска. При уменьшении частоты вращения пружины отводят кулачки к исходному положению, а ведомая полумуфта, поворачиваясь против хода вращения, уменьшает этот угол [8].

 

2.2 Система питания карбюраторных двигателей

 

Система питания карбюраторного двигателя служит для приготовления горючей смеси, состоящей из паров топлива и воздуха, подачи ее в цилиндры двигателя, а также удаления из цилиндров отработавших газов.

В систему питания карбюраторного двигателя входят приборы и устройства для хранения топлива и контроля его количества; фильтрации и подачи топлива; фильтрации и подачи воздуха, а также для глушения шума при впуске; приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя; отвода газов из цилиндра и глушения шума при выпуске.

Топливо из бака, закрытого  пробкой, подается насосом по трубопроводам к прибору приготовления горючей смеси — карбюратору, проходя очистку в фильтре-отстойнике  и фильтре тонкой очистки топлива. Количество топлива в баке контролируют по указателю, в электрическую цепь которого включен датчик. Воздух поступает в карбюратор через воздушный фильтр. Приготовленная в карбюраторе горючая смесь подается в цилиндры двигателя по впускному трубопроводу, в котором она подогревается. Отработавшие газы отводятся из цилиндров в атмосферу через выпускной трубопровод  (коллектор), трубу  и глушитель шума выпуска [9].

 

3 ОТРАБОТАВШИЕ ГАЗЫ

Отработавшие газы - смесь  газов с примесью взвешенных частиц, образовавшихся в результате сгорания моторного топлива (проект федерального закона "Об обеспечении экологической безопасности автомобильного транспорта"). В состав отработавших газов входят оксиды углерода, азота, серы, углеводороды, сажа и другие вещества. Количественный состав отработавших газов зависит от вида топлива.

 

3.1 Состав отработавших газов

 

В таблице 3.1. представлены состав выхлопных газов автомобилей с бензиновым и дизельными двигателями.

Таблица 3.1 - Состав автомобильных выхлопных газов 

Компоненты выхлопного газа	Содержание по объему, %		Примечание
	Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели
Азот	74,0…77,0	76,0…78,0	нетоксичен
Пары воды	3,0…5,5	0,5…4,0	нетоксичны
Кислород	0,3…8,0	2,0…18,0	нетоксичен
Диоксид углерода	5,0…12,0	1,0…10,0	нетоксичен
Оксид углерода	0,1…10,0	0,01…5,0	токсичен
Углеводороды неканцерогенные	0,2…3,0	0,009… 0,5	токсичны
Альдегиды	0…0,2	0,001…0,009	токсичны
Сажа, г/м3	0…0,04	0,01…1,1	токсична
Оксид серы	0…0,002	0…0,03	токсичен
Бензопирен, мг/м3	0,01…0,02	до 0,01	канцероген