Совершенствование системы эксплуатации и экологического контроля автотранспортных средств

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Здоровье человека находится в прямой зависимости от состояния окружающей его среды, в частности, от уровня загрязнения атмосферного воздуха. Одним из источников этого загрязнения является автомобиль. Автомобили сжигают огромное количество нефтепродуктов, нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом атмосфере. Поскольку основная масса автомобилей сконцентрирована в крупных городах, воздух этих городов не только обедняется кислородом, но и загрязняется вредными компонентами отработавших газов. С каждым годом количество автотранспорта растет, а, следовательно, растет содержание в атмосферном воздухе вредных веществ.

Возможно несколько путей ее решения как за счет осуществления различных градостроительных и планировочных приемов, так и за счет технологических и организационных мероприятий.

В настоящее время наиболее реальным и экономически оправданным средством снижения выброса токсичных веществ с отработавшими газами автомобилей является осуществление мероприятий по улучшению технического состояния автотранспорта и проведение контроля за его техническим обслуживанием.

 

1 Автотранспорт и атмосфера

В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26– 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/год): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших углеводородов – 230 и твердых веществ – 2 – 5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина.

Наблюдения показали, что в домах, расположенных рядом с большой дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3 – 4 раза чаще, чем в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет также водоемы, почву и растения. Токсичными выбросами двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака.

 

Рисунок 1 —  Источники образования токсичных выбросов [1]

 

Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса.

Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и, особенно, от двигателя – источника наибольшего загрязнения.

Наибольшая доля химического загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом приходится на отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания. Теоретически предполагается, что при полном сгорании топлива в результате взаимодействия углерода и водорода (входят в состав топлива) с кислородом воздуха образуется углекислый газ и водяной пар. Реакции окисления при этом имеют вид: С+О2=СО2, 2Н2+О2=2Н2.

Практически же вследствие физико-механических процессов в цилиндрах двигателя действительный состав отработавших газов очень сложный и включает более 200 компонентов, значительная часть которых токсична.

 

 

 

 

 

1.1 Выброс вредных веществ автотранспорта

В приведенных ниже в таблицах представлены основные токсичные вещества в отработавших газов бензиновых двигателей и дизельных двигателей[2].

Токсичные вещества	Содержание
Окись углерода %	до 10,0
Углеводороды, %	до 3,0
Окислы азота %	до 0,5
Альдегиды %	0,03
Сажа г/м3	до 0,04
Бенз(а)пирен мкг / м	до 20
Двуокись серы %	0,008

    Таблица1 — бензиновый  двигатель

Токсичные вещества	Содержание
Окись углерода %	0,2
Углеводороды, %	0,01
Окислы азота %	0,25
Альдегиды %	0,002
Сажа г/м3	0,01 - 1,1
Бенз(а)пирен мкг / м	до 10
Двуокись серы %	0,03

   Таблица 2 — дизельный двигатель

Различие в составе отработавших газов бензиновых и дизельных двигателей объясняется большим коэффициентом избытка воздуха α (отношение действительного количества воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, к количеству воздуха, теоретически необходимому для сгорания 1 кг топлива) у дизельных двигателей и лучшим распыливанием топлива (впрыск топлива). Кроме того, у бензинового карбюраторного двигателя смесь для различных цилиндров неодинакова: для цилиндров, расположенных ближе к карбюратору, – богатая, а для удаленных от него – беднее, что является недостатком бензиновых карбюраторных двигателей. Часть топливовоздушной смеси у карбюраторных двигателей поступает в цилиндры не в парообразном состоянии, а в виде пленки, что также увеличивает содержание токсичных веществ вследствие плохого сгорания топлива. Этот недостаток не характерен для бензиновых двигателей с впрыском топлива, так как подача топлива осуществляется непосредственно к впускным клапанам.

Причиной образования оксида углерода и частично углеводородов является неполное сгорание углерода (массовая доля которого в бензинах достигает 85%) из-за недостаточного количества кислорода. Поэтому концентрации оксида углерода и углеводородов в отработавших газах возрастают при обогащении смеси (α 1, вероятность указанных превращений во фронте пламени мала и в отработавших газах содержится меньше СО, но в цилиндрах находятся дополнительные источники его появления:

• низкотемпературные участки пламени стадии воспламенения топлива
• капли топлива, поступающие в камеру на поздних стадиях впрыска и сгорающие в диффузионном пламени при недостатке кислорода
• частицы сажи, образовавшейся в период распространения турбулентного пламени по гетерогенному заряду, в котором, при общем избытке кислорода могут создаваться зоны с его дефицитом и осуществляться реакции типа: 2С+О2 → 2СО.

Диоксид углерода СО2 является не токсичным, но вредным веществом в основном он воздействует на дыхательные пути и легкие, а также вызывает изменения состава крови, в частности уменьшает содержание в крови гемоглобина. Основная доля образовавшихся в камере сгорания СО окисляется до СО2, не выходя за пределы камеры, ибо замеренная объемная доля диоксида углерода в отработавших газах составляет 10-15%, т. е. в 300-450 раз больше, чем в атмосферном воздухе. Наибольший вклад в образование СО2 вносит необратимая реакция: СО + ОН → СО2 + Н.

Окисление СО в СО2 происходит в выпускной трубе, а также в нейтрализаторах отработавших газов, которые устанавливаются на современных автомобилях для принудительного окисления СО и несгоревших углеводородов до СО2 в связи с необходимостью выполнения норм токсичности. 

      Несмотря на то, что дизельные двигатели более экономичны, таких веществ как оксиды азота и углерода, углеводороды выбрасывают не более, чем бензиновые, они существенно больше выбрасывают дыма (преимущественно несгоревшего углерода), который к тому же обладает неприятным запахом, создаваемым некоторыми несгоревшими углеводородами.  

Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при быстром разгоне автомобиля, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота - при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью. Отходящие газы двигателей содержат сложную смесь из более двухсот компонентов, среди которых немало канцерогенов. Вредные вещества поступают в воздух практически в зоне дыхания человека. Поэтому автомобильный транспорт следует отнести к наиболее опасным источникам загрязнения атмосферного воздуха.

 

2 Совершенствование  системы эксплуатации и экологического  контроля автотранспортных средств

Первостепенное значение для уменьшения загрязнения атмосферы выбросами автомобилей имеет техническое состояние автотранспортного средства. Исправный автомобиль расходует меньше топлива, а при правильной регулировке двигателя происходит более полное его сгорание, что в значительной степени уменьшает вредное воздействие на городскую среду и на человека. Более 90% автомобильного парка находится в личной, частной и смешанной собственности или принадлежит «карликовым» (3–4 автомобиля) предприятиям, что затрудняет контроль и поддержание этого парка в технически исправном состоянии, удовлетворяющем экологическим требованиям.

В целях осуществления контроля за состоянием автотранспортных средств перспективно внедрение экологического контроля автотранспортных средств с введением экологического сертификата автотранспортного средства единого образца, включающего в себя постоянный экологический контроль за соблюдением стандартов по токсичности и дымности на автотранспорте и координацию государственных органов, юридических и физических лиц в системе экологического контроля автотранспорта.

В целях улучшения технического состояния эксплуатируемых в городах автомобилей и приведения их в соответствие с действующими нормами по токсичности и дымности отработавших газов предлагаются следующие мероприятия:

• Разработка и реализация экологического контроля автотранспортных средств с введением экологического сертификата автотранспортного средства (экологического сертификата АТС);
• Создание сети стационарных и передвижных контрольно-регулировочных пунктов, с введением гарантийных обязательств контрольно-регулировочных пунктов перед владельцами автомобилей за выполнение контрольно-регулировочных работ;
• Проведение органами ГИБДД и органами государственного экологического контроля постоянных проверок уровня выбросов на соответствие содержания в отработавших газах окиси углерода, углеводородов и дымности городскими и иногородними автомашинами с принятием административных и экономических мер;
• Пресечение сотрудниками ГИБДД эксплуатации автомобилей с явными дымовыми и сажевыми выбросами при визуальном контроле;
• Разработка и утверждение региональных технических нормативов выбросов автотранспорта;
• Разработка и утверждение Положение о зонах, в пределах которого ограничивается эксплуатация транспортных средств.

 

3 Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта

При хорошо работающем двигателе в выхлопных газах окиси углерода должно содержаться не более допустимой нормы. Положением о Государственной автомобильной инспекции на нее возложен контроль за выполнением мероприятий по охране окружающей среды от вредного влияния автомототранспорта. В принятом стандарте на токсичность предусмотрено дальнейшее ужесточение нормы: по окиси углерода—на 35%, по углеводородам—на 12%, по окислам азота—на 21%.

3.1 Системы управления городским транспортом.

Разработаны новые системы регулирования уличного движения, которые сводят к минимуму возможность образования пробок, потому что, останавливаясь и потом набирая скорость, автомобиль выбрасывает в несколько раз больше вредных веществ, чем при равномерном движении. Построены автомагистрали в обход городов, которые приняли весь поток транзитного транспорта, который раньше нескончаемой лентой тянулся по городским улицам. Резко снизилась интенсивность движения, уменьшился шум, чище стал воздух.

3.2 Перевод автотранспорта на дизельные двигатели.

По мнению специалистов, перевод автотранспорта на дизельные двигатели уменьшит выброс в атмосферу вредных веществ. В выхлопе дизеля почти не содержится ядовитой окиси углерода, так как дизельное топливо сжигается в нем практически полностью. К тому же дизельное топливо свободно от тетраэтила свинца, присадки, которая используется для повышения октанового числа бензина, сжигаемого в современных карбюраторных двигателях с высокой степенью сжигания. Дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20—30%. Более того, для производства 1 л дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии, чем для производства того же количества бензина. Получается, таким образом, как бы двойная экономия энергоресурсов. Именно этим объясняется быстрый рост числа автомобилей, работающих на дизельном топливе.

3.3 Совершенствование двигателей внутреннего сгорания.

Создание автомобилей с учетом требований экологии - одна из серьезных задач, которые стоят сегодня перед конструкторами. Совершенствование процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, применение электронной системы зажигания приводит к уменьшению в выхлопе вредных веществ.

3.4 Нейтрализаторы.

Большое внимание придается разработке устройства снижения токсичности — нейтрализаторов, которыми можно оснастить современные автомобили. Способ каталитического преобразования продуктов сгорания заключается в том, что отработавшие газы очищаются, вступая в контакт с катализатором. Одновременно происходит дожигание продуктов неполного сгорания, содержащихся в выхлопе автомобилей.