Оглавление
Вредные выбросы автомобилей на бензине и воздействие их на живые организмы. 4
Пути совершенствования бензиновых двигателей с целью минимизации их вредных выбросов. 4
Список использованной литературы. 4
Улицы и дороги сейчас невозможно представить без автотранспорта. Его количество постоянно увеличивается. Только за последнее десятилетие мировой автомобильный парк вырос более чем в три раза.
Однако автомобильный транспорт не только удобное средство передвижения, но и мощный источник загрязнения окружающей среды. Повышение количества легковых и грузовых машин, пассажирских автобусов и строительной техники значительно ухудшает и без того плохое качество воздуха – особенно в городах. По подсчетам, ДВС в мегаполисах дают сейчас более 60 процентов загрязнений атмосферного воздуха. А если учитывать постепенный физический износ двигателей, плохое качество топлива предлагаемого нам на автозаправочных станциях, то, что большинство автомобилей работают на бензине, который как топливо является менее экологичным фактическое количество вредных выбросов еще выше.
В принципе, двигатель каждого автотранспортного средства, независимо от его конструкции, является опасным загрязнителем. Для работы он вынужден потреблять нефтяное топливо, значительное количество атмосферного воздуха (на один литр топлива его требуется 12‑13 килограммов), смазочные материалы и охлаждающую жидкость.
С позиции экологии автотранспорт – это передвижной и периодически действующий источник загрязнения окружающей среды: газообразными, жидкими и даже твердыми (сажей, гарью, копотью) химическими соединениями. Степень загрязнения определяется типом, мощностью, временем и режимом работы двигателя, качеством применяемого топлива, техническим состоянием двигателя, уровнем эксплуатации средства и т. д. Например, с выхлопными газами в атмосферу сбрасывается до 1‑1,5 процента потребляемого автомобилем топлива.
Наиболее интенсивное загрязнение происходит на оживленных городских магистралях, на автостоянках и в местах образования автомобильных пробок – там, где двигатели вынуждены работать на переходных и холостых режимах. А также – в пунктах технического обслуживания и диагностики транспортных средств.
Известно, что выхлопные газы автомобилей, сжигающих жидкое топливо, имеют в своем составе более 200 высокотоксичных и ядовитых химических элементов, соединений и веществ, причем токсичность некоторых из них (например, бензапирена) сопоставима с боевыми отравляющими веществами. Главными составляющими автомобильных газов являются оксиды углерода и углеводороды (бензолы, формальдегиды, бензапирен) – до 70 процентов, оксиды азота – до 55 процентов, вода – до 5,5 процента, сажа (тяжелые металлы), гарь, копоть и др.
Кроме того, работающие автомобильные двигатели – это мощные источники теплового излучения. В современных автотранспортных двигателях до 60 процентов тепловой энергии сгораемого топлива сбрасывается в атмосферу в виде тепла и горячих газов. Учитывая постоянное увеличение суммарного количества автотранспортных средств, их негативное влияние на качество воздуха в городах ощутимо и неуклонно возрастает.
Известно, что топливо сгорает в камере при взаимодействии с кислородом воздуха. Этот процесс сопровождается интенсивным выделением тепла, которое и преобразуется в работу. Теоретически для сгорания 1 кг бензина требуется 14,7 кг воздуха, однако на практике этого количества оказывается недостаточно. Дело в том, что воспламенение и сгорание бензино-воздушной смеси (ее еще называют горючей) длится тысячные доли секунды, и к такому быстрому процессу она недостаточно хорошо подготовлена. В смеси остаются газы от предыдущего цикла, препятствующие доступу кислорода к частицам топлива; кроме того, не удается добиться ее идеального перемешивания по объему цилиндра, особенно у непрогретого двигателя и на переходных режимах. В результате не все топливо окисляется до конечных продуктов, и для нормального протекания процесса сгорания его приходится добавлять. Если в горючей смеси количество топлива больше расчетного, смесь называется богатой, если меньше - бедной. При средних нагрузках главное внимание обращается на экономичность, поэтому в камеру сгорания подается несколько обедненная смесь. При небольшом обогащении смеси скорость ее сгорания увеличивается, в камере развиваются более высокие температура и давление. Для максимальных нагрузок или резкого перехода с малой нагрузки на большую требуется богатая смесь. Большое количество топлива подается в цилиндры и при пуске холодного двигателя, когда горючую смесь образуют только самые легкие фракции топлива. В этих случаях из-за недостатка кислорода топливо сгорает не полностью. Двигатель хотя и развивает большую мощность, но работает не экономично и выбрасывает в атмосферу токсичные продукты неполного сгорания.
Гигиенисты и экологи большое внимание уделяют мониторингу примесей атмосферного воздуха, особенно выделяемых автотранспортными средствами. Причем в программе глобального экологического мониторинга для всех стран, принятого ООН, фигурируют диоксид азота, диоксид серы, сероводород, сульфаты, кадмий, свинец, ртуть. В 1980 году в эту программу были дополнительно внесены хром, медь, олово, молибден, ванадий, марганец, никель, сурьма, мышьяк, селен.
ОГ ДВС содержат сложную смесь, насчитывающую более 280 соединений. В основном это газообразные вещества и небольшое количество твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии. По химическим свойствам и характеру воздействия на организм человека вещества, составляющие ОГ, разделяются на нетоксичные (N2, О2, Н2О, Н2) и токсичные (СО, СО2 СХНУ, NOX , SO2, H2S, альдегиды и др.). Многообразие соединений выхлопа ДВС сведено к нескольким группам, сходным по характеру воздействия на организм человека или родственным по химической структуре и свойствам. Нетоксичные вещества вошли в первую группу.
Ко второй группе отнесен оксид углерода, присутствие которого в количестве до 12 % характерно для ОГ бензиновых двигателей при работе на богатых топливовоздушных смесях. В обычных условиях СО- бесцветный газ без запаха, он легче воздуха и поэтому может легко распространятся в атмосфере. При действии на человека СО вызывает головную боль, головокружение, быструю утомляемость, раздражительность, сонливость, боли в области сердца.
Третью группу образуют оксиды азота: оксид (NO) и диоксид (NO2). В ОГ бензиновых двигателей содержится 98...99 % NO и 1...2 % NO2; a в ОГ дизельных двигателей - соответственно 90 и 10 %.
Оксид азота NO - бесцветный газ, диоксид азота NO2- газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислоты. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO2 cпособствует развитию заболеваний легких.
В скопившихся над асфальтом облаках СН и NOx под воздействием света происходят химические реакции. Разложение оксидов азота приводит к образованию озона. Вообще-то озон не стоек и быстро распадается, но только не в присутствии углеводородов (СН) - они замедляют процесс распада озона, и он активно вступает в реакции с частичками влаги и другими соединениями. Образуется стойкое облако мутного смога. Озон разъедает глаза и легкие, а выбросы NОх участвуют в формировании кислотных дождей.
Четвертая группа включает углеводороды всех гомологических рядов: алканы, алкены, алкадины, циклические, в том числе ароматические углеводороды, среди которых много канцерогенов.
Некоторые углеводороды СН являются сильнейшими канцерогенными веществами (например бензапирен), переносчиками которых могут быть частички сажи, содержащиеся в отработавших газах.
Пятую группу составляют альдегиды (60 % формальдегида, 32 % алифатических и 5 % ароматических альдегидов).
К шестой группе отнесены твердые частицы, основная часть которых сажа - твердые углеродные частицы, образующиеся в пламени. Выбросы вредных веществ от автотранспорта дают около 13 % полициклических ароматических углеводородов, содержащихся в атмосферном воздухе и до 80 % бензола. Особую опасность представляет применение этилированного бензина. Использование антидетонационных добавок, содержащих свинец, привело к тому, что автотранспорт является основным источником выбросов свинца в виде аэрозоля, неорганических солей и оксидов свинца в атмосферу. Это приводит к значительному загрязнению свинцом атмосферного воздуха, а также почвы и растительности на территориях, прилегающих к автострадам. Установлено, что вблизи оживленных магистралей концентрация свинца в воздухе днем достигает 3,9 мкг/м3, ночью 1,7 мкг/м3 (при ПДК равной 1,0 мкг/м3), причем на загородных дорогах концентрация свинца находится в пределах 0,3... 1,0 мкг/м3. Считается, что каждый автомобиль ежегодно выбрасывает в воздух 1 кг свинца. После введения неэтилированных сортов бензина в отработавших газах появились марганец, кадмий и никель. Причем, в бензине могут содержаться, наряду с вышеперечисленными металлами, цинк, медь, железо, сурьма, бор, магний.
В «капельные потери» входят различные масла, консистентные смазки и жидкости, состав и количество которых практически не поддаются учету.
При использовании автомобилей с бензиновыми двигателями неизбежно приходится контактировать с парами бензина. На автозаправках постоянно происходит испарение бензина, порой из-за неисправностей системы питания бензин и его пары оказываются в атмосфере.
Испарения бензина в автомобиле происходят при работе двигателя и в нерабочем состоянии. Внутренняя полость бензобака автомобиля всегда сообщается с атмосферой для поддержания давления внутри бака на уровне атмосферного по мере выработки бензина. Это необходимо для нормальной работы всей системы питания двигателя, но в то же время создает условия для испарения легких фракций бензина и загрязнения ими воздуха. Рассмотрим на примере крыс, как эти пары действуют на мозг живых организмов.