Вещества выделяемые при работе бензиновых двигателей

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Физика — рефераты, конспекты, шпаргалки, лекции, семинары

Основные вредные вещества, выделяющиеся при робот и двигателей

Источниками выбросов вредных веществ в ДВС е отработавших, картерные газы и пары топлива. Всего вредных веществ выделяется из отработавших газами.

В настоящее время для питания автомобильных двигателей наиболее широко используются жидкое и газовое топлива

, основными составляющими которых являются углеводороды. В процессе сгорания образуются как нетоксичные (водяной пар, углекислый газ), так и токсичные вещества. Последние являются продуктами неполного сгорания или побочных реакций, имеющих место при высоких температурах. Кроме того, некоторые вредные вещества содержатся в топливе и при работе двигателя выбрасываются в окружающую среду. Используемый в двигателях способ сумишеутворення и зажигания топливовоздушной смеси значительно влияет на количество и состав вредных выбросов, поэтому целесообразно отдельно рассматривать вредные вещества, выбрасываемые различными типами автомобильных двигателей.

В бензиновых двигателях с искровым зажиганием,

в которых осуществляется внешнее сумишеутворення, как было показано выше, теоретически (а = 1,0) для сгорания одного килограмма бензина необходимо 14,95 кг воздуха. Однако регулировка карбюратора на такой состав смеси приведет к неустойчивой работе двигателя в режимах малых нагрузок, холостого хода, в режимах разгона и не обеспечит максимальных энергетических показателей при полных нагрузках. Все это обусловливает использование в этих ДВС обогащенной топливовоздушной смеси. Недостаточное количество кислорода является основной причиной повышения выбросов из отработавших газами бензиновых двигателей продуктов неполного сгорания, в первую очередь оксида углерода CO и углеводородов CnHm, представляющие собой газообразные части топлива, которое не сгорело. При обеднении смеси количество углеводородов уменьшается, а затем резко увеличивается. Минимум углеводородов соответствует наиболее стабильной работе двигателя и, как правило, лучшей экономичности.

Часто причиной повышенных выбросов CnHm является неудовлетворительная работа системы зажигания. Особенно много углеводородов выбрасывается в режимах холостого хода.

Основные направления снижения выбросов этих веществ-обеднения смеси и стабилизация ее зажигания. Однако в этих условиях в отработав газах двигателя увеличивается содержание оксидов азота NO и NO2, что объясняется повышение температуры в зоне реакции и наличием избыточного кислорода, который вступает в реакцию с азотом, который является составной воздуха, и инертным газом в обычных атмосферных условиях. Окисления азота начинается при температуре выше 1600 К, а с повышением ее время реакции резко сокращается. Поэтому в режимах частичных нагрузок и холостого хода, вследствие снижения температуры в зоне реакции, количество оксидов азота резко снижается. Концентрация их в отработавших газах достигает максимального значения в режимах высоких частот вращения при нагрузках, предшествующих началу работы економайзерного устройства.

Рассмотрены вредные вещества-продукты реакций углеводородов топлива и составляющих воздуха. Наряду с этими веществами в отработавших газах содержатся вредные вещества, образующиеся из примесей бензина. К ним относится диоксид серы. В бензине содержание серы не превышает 0,15%. В цилиндре двигателя сера окисляется и в виде диоксида выбрасывается в окружающую среду.

В процессе сгорания топливовоздушной смеси, особенно при работе, когда имеет место детонационное сгорания, образуются промежуточные соединения-недоокисленные углеводороды, известные под названием альдегиды. Последние образуются в основном в виде формальдегида (Н2С = О) и акролеина (СН2 = СН = СН = 0).

В бензине содержатся полициклические ароматические углеводороды, например, бенз-а-пирен (С2оНИ2), которые обладают канцерогенными свойствами. Кроме того, полициклические углеводороды образуются и в рабочей полости двигателя.

Для обеспечения бездетонационное сгорания бензина при высоких ступе-нях сжатия, т.е. для повышения октанового числа в бензин добавляют антидетонаторы. Наиболее распространенной в настоящее время веществом, обеспечивающей повышение октанового числа бензина, является этиловая жидкость, состоящая из тетраетилосвинцю — антидетонатора и виносника (хлорнафталины, диброметен и др.)., Что предотвращает отложение свинца на деталях двигателя. Около 70% соединений свинца при работе двигателя выбрасываются в атмосферу.

Читайте также:  На чем основана работа двигателя внутреннего сгорания

Кроме отработавших газов, источником загрязнения окружающей среды при эксплуатации бензиновых двигателей является картерные газы и пары топлива. По отношению к выбросам из випрацювавшимы газами выбросы с картерными по CO составляют 2 . 8%, СнНм-150 . 300%, ШХ-до 2% [3, 10]. В окружающую среду пары попадают из топливного бака и карбюратора. Опыты [11] показывают, что в воздухе городов состав углеводородов более близок к составу топлива, чем отработавших газов указывает на значительные размеры испарений.

В дизелях для сгорания одного килограмма дизельного топлива теоретически (а = 1,0) необходимо 14,3 кг воздуха. Однако при таком составе смеси энергетические показатели дизеля будут неудовлетворительными, наиболее высоких значений они достигают на обедненной (а> 1,3 . 1,4) смеси. По мере снижения нагрузки в дизеле смесь обедняется. В этом и заключается одно из преимуществ дизеля по сравнению с бензиновым двигателем. По мере снижения нагрузки вследствие обеднения смеси концентрация CO уменьшается и только в режимах малых нагрузок и холостого хода несколько повышается, что является следствием снижения температуры и замедления окислительных реакций, а также снижение качества сумишоутвопення.

Содержание CnHm в отработавших газах в результате работы на значительно обедненной смеси также значительно меньше по сравнению с бензиновым двигателем, а изменение его от нагрузки аналогичная изменении оксида углерода.

Избыток кислорода в цилиндрах дизеля, а также высокая температура в процессе сгорания способствуют образованию в цилиндрах оксидов азота, которые выбрасываются из отработавших газами дизеля. Концентрация NOx по мере увеличения нагрузки дизеля повышается, хотя при приближении к полной нагрузки интенсивность роста замедляется.

В дизелях процесс сумишеутворення занимает слишком малый промежуток времени и при общем для цилиндра избытка воздуха есть отдельные участки в камерах сгорания, где кислорода не хватает, в частности в ядре факела топлива впрыскивается. При недостаточной концентрации кислорода в условиях высоких давления и температуры имеет место пиролиз топлива с выделением чистого углерода (сажи). Углерод выделяется и в местах, где есть избыток кислорода, но в дальнейшем он здесь полностью сгорает [3]. Количество сажи в отработавших газах дизеля увеличивается с повышением нагрузки и обогащением смеси. Особенно много сажи выбрасывается в окружающую среду при наличии неисправностей в системе топливоподачи (увеличенная цикловая подача топлива, некачественное его распыления форсунками, неправильный угол опережения впрыска и др..).

В процессе самовоспламенения дизельного топлива образуются промежуточные соеди-нения-альдегиды в основном, как и в бензиновом двигателе, выбрасываются из отработавших газами в виде формальдегида и акролеина.

В дизельном топливе в значительно большем количестве, чем в бензине, содержится сера (до 0,5%). При наличии избыточного кислорода в процессе сгорания она окисляется до диоксида и выбрасывается из отработавших газами.

Есть в отработавших газах дизеля и полициклические углеводороды, которые в значительном количестве адсорбируются развитой поверхностью сажи и перемещаются с ее частицами.

Количество вредных веществ, выбрасываемых с картерными газами дизеля меньше, чем у бензинового двигателя. Выбросы NOx составляют 0,2%, CO-0,3 . 0,5%, углеводородов-0, 1 . 3,0% вредных выбросов из отработавших газами [10].

Значительно меньше по сравнению с бензиновым двигателем при эксплуатации дизеля выделяется в окружающую среду испарений топлива.

В газовых двигателях, как с искровым зажиганием, так с воспламенением от сжатия токсичность значительно снижается. При работе двигателя с искровым зажиганием на сжатом природном газе, если степень сжатия такая же, как на бензине, концентрация CO в отработавших газах в несколько раз ниже по сравнению с бензином, а концентрации углеводородов и оксидов азота находятся примерно на том же уровне, что и при использовании бензина.

При использовании сжатого природного газа для питания дизеля (газодизеля) значительно уменьшаются выбросы CO и S02, а также дымность отработавших газов, окислы азота остаются практически на том же уровне, что и для дизельного топлива, а концентрация углеводородов несколько повышается за счет метана, который имеет невысокую токсичность по сравнению с другими углеводородами.

Источник

Из чего «состоят» выхлопные газы автомобиля?

Таблица Менделеева выхлопных газов

Сейчас, благодаря СМИ, под пристальным вниманием общественности находится тема экологии Планеты, а именно ее насыщение и загрязнение выхлопными газами автомобилей. Особенно внимательно люди отслеживают и обсуждают такой растиражированный в прессе побочный результат повсеместной автомобилизации как «парниковый эффект» и вред выхлопных газов дизельных автомобилей.

Читайте также:  Как проходит компьютерная диагностика двигателя автомобиля

Однако, как известно выхлопные газы, выхлопным газам – рознь, несмотря на то, что все они опасны для организма человека и других форм жизни на Земле. Так что делает их опасными? И что отличает их друг от друга? Посмотрим под микроскопом из чего состоит сизый смог вылетающий из выхлопной трубы. Углекислый газ, копоть, оксид азота и некоторые другие не менее опасные элементы.

Ученные отмечают, что экологическая обстановка во многих промышленно развитых и развивающихся странах значительной улучшилась за последние 25 лет. В основном это связано с постепенным, но неминуемым ужесточением экологических норм, а также переносом производств на другие континенты и в другие страны, в том числе в Восточную Азию. В России, Украине, и других странах СНГ, большое количество предприятий было закрыто из-за политических и экономических потрясений, что с одной стороны создало чрезвычайно сложную социально-экономическую обстановку, но в значительной мере улучшило экологические показатели этих стран.

Тем не менее, по данным ученных-исследователей, наибольшую опасность для нашей зеленой планеты представляют именно автомобили. Даже при поэтапном ужесточении норм выбросов вредных веществ в атмосферу, в связи с ростом количества автомобилей, результаты этой работы, увы, нивелируются.

Если сегментировать общую массу разнообразных транспортных средств присутствующих сейчас на планете, наиболее грязными остаются дизельные моторы, особенно опасны автомобили с данным типом топлива превышением по оксиду азота. Несмотря на десятилетия разработок и заверения автопроизводителей о том, что они смогут сделать дизели чище, оксид азота и мелкие частицы сажи по-прежнему остаются главными врагами дизеля.

Именно в связи с данными проблемами, связанными с использованием дизельных двигателей, такие крупные немецкие города, как Штутгарт и Мюнхен в настоящее время обсуждают запрет на использование автомобилей, работающих на тяжелом топливе.

Вот исчерпывающий список вредных веществ, входящих в выхлопные газы и вред, наносимый здоровью человека при их вдыхании

Выхлопные газы

Отходящие газы – это газообразные отходы, возникающие в процессе преобразования жидкого углеводородного топлива в энергию на которой работает ДВС путем сгорания.

Бензол

Бензол содержится в небольших количествах в бензине. Бесцветная, прозрачная, легко подвижная жидкость.

Как только вы заполняете бак своего автомобиля бензином, первое с первым опасным для здоровья веществом, с которым вы будете контактировать, – это именно бензол, испаряющийся из бака. Но наиболее опасен бензол при сгорании топлива.

Бензол является одним из тех веществ, которые могут вызывать рак у человека. Тем не менее, решающее сокращение в воздухе опасного бензола было достигнуто много лет назад с помощью трехходового катализатора.

Мелкая пыль (твердые частицы)

Этот загрязнитель воздуха является неопределенным веществом. Лучше сказать, что это комплексная смесь веществ, которая может отличаться по происхождению, форме и своему химическому составу.

В автомобилях сверхмелкий абразив присутствует в любых формах эксплуатации, скажем, при износе шин и тормозных дисков. Но наибольшую опасность представляет сажа от выхлопных газов. Ранее этим неприятным моментом в эксплуатации страдали исключительно дизельные двигатели. Благодаря установке фильтров твердых частиц ситуация значительно улучшилась.

Теперь схожая проблема появилась и бензиновых моделей, поскольку они все чаще используют системы прямого впрыска топлива, что приводит к побочному производству еще более мелких твердых частиц, чем у дизельных двигателей.

Однако, по данным ученных исследующих природу проблемы, всего 15% мелкой пыли, осаждающейся в легких, производят автомобили, источником опасного явления может быть любая деятельность человека, от сельского хозяйства, до лазерных принтеров, каминов и конечно же сигарет.

Здоровье жителей мегаполисов

Фактическая нагрузка на организм человека от выхлопных газов зависит от объема трафика и погодных условий. Тот, кто живет на оживленной улице, подвергается воздействию оксидов азота или мелкой пыли значительно сильнее.

Выхлопные газы не одинаково опасны для всех жителей. Здоровые люди практически никак не почувствуют «газовую атаку», хотя интенсивность нагрузки от этого не снизиться, а вот состояние здоровья астматика или человека с сердечно-сосудистыми заболеваниями может значительно ухудшиться ввиду наличия выхлопных газов.

Углекислый газ (CO2)

Вредный для всего климата планеты газ неизбежно возникает при сжигании ископаемых видов топлива, таких как дизельное топливо или бензин. С точки зрения CO2 дизельные двигатели немного “чище”, чем бензиновые, потому что они в основном потребляют меньше топлива.

Читайте также:  Датчик температуры двигателя на ленд ровер дискавери 3

Для человека CO2 безвреден, но не является таковым для природы. Парниковый газ CO2 отвечает за большую часть глобального потепления. По данным Федерального Министерства окружающей среды Германии, в 2015 году доля углекислого газа в общем объеме выбросов парниковых газов составила 87,8 процента.

С 1990 года выбросы углекислого газа почти непрерывно сокращаются, в общей сложности уменьшившись на 24,3 процента. Однако, несмотря на производство все более экономичных двигателей, рост автомобилизации и увеличение грузового движения нивелирует попытки ученных и инженеров уменьшить вред. Ввиду чего выбросы углекислого газа остаются на высоком уровне.

Кстати: весь автотранспорт, скажем, Германии несет ответственность “только” за 18 процентов выбросов CO2. Более чем в два раза больше, 37 процентов, уходит на выбросы энергетики. В США картина противоположенная, там наиболее серьезный урон природе наносят именно автомобили.

Окись углерода (Co, угарный газ)

Чрезвычайно опасный побочный продукт горения. Монооксид углерода представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Соединение углерода и кислорода возникает при неполном сжигании углеродсодержащих веществ и является крайне опасным ядом. Поэтому качественная вентиляция в гаражах и подземных паркингах имеет важное значение для жизни их пользователей.

Даже небольшое количество окиси углерода приводит к повреждению организма, несколько минут проведенных в плохо проветриваемом гараже с работающим автомобилем может убить человека. Будьте предельно осторожны! Не прогревайте автомобиль в закрытых боксах и помещениях без вентиляции!

Но насколько опасен оксид углерода на открытом воздухе? Проведённый в Баварии эксперимент показал, что в 2016 году средние значения, показанные измерительными станциями, оказались между 0,9-2,4 мг/м 3 , оказались значительно ниже предельных показателей.

Для обывателя озон не является каким-то опасным или токсичным газом. Однако, в реальности это не так.

Под воздействием солнечного света углеводороды и окись азота превращается в озон. Через дыхательные пути озон попадает в организм и приводит к повреждению клеток. Последствия, влияния озона: местное воспаление дыхательных путей, кашель и одышка. При небольших объемах озона никаких проблем с последующим восстановлением клеток организма не возникнет, но при больших концентрациях этот безобидный с виду газ может спокойно убить здорового человека. Не зря в России этот газ отнесен к самому высокому классу опасности.

С изменением климата повышается риск появления высоких концентраций озона. Ученые считают, что к 2050 году озоновая нагрузка должна резко возрасти. Для решения проблемы, окислы азота, выбрасываемые транспортом должны быть значительно сокращены. Кроме того, факторов влияния на распространение озона достаточно много, например, растворители в красках и лаках также активно способствуют возникновению проблемы.

Двуокись серы (SO2)

Это загрязняющее вещество возникает при сжигании в топливе серы. Она относится к классическим атмосферным загрязнителям, возникающим при процессе горения, на электростанциях и в промышленности. SO2 является одним из самых главных «ингредиентов» загрязняющих веществ образующих смог, также называемый “Лондон смог”.

В атмосфере диоксид серы подвергается ряду процессов преобразования, в результате чего могут возникнуть серная кислота, сульфиты и сульфаты. SO2 действует в первую очередь на слизистые оболочки глаза и верхних дыхательных путей. Что касается окружающей среды, диоксид серы может повреждать растения и вызывать окисление почвы.

Оксиды Азота (NOx)

Оксиды азота образуются, главным образом, в процессе сгорания в двигателях внутреннего сгорания. Дизельные автомобили считаются основным источником. Введение катализаторов и сажевых фильтров продолжает увеличиваться, так что выбросы будут заметно снижаться, но произойдет это только в будущем.

NO2 является раздражающим газом. Это приводит к раздражению глаз и повреждению слизистой оболочки дыхательного тракта. Благодаря своей бронхо-сужающей характеристике, это особенно проблематично для астматиков и людей с хроническим обструктивным заболеванием легких.

Данные замеров показывают, что в среднем в годовом отношении количество NOx было превышено на 57% от нормы. Главными виновниками остается разнообразный транспорт. С 2010 года наблюдается лишь незначительное снижение тренда загрязнения. С 1990 по 2015 год выбросы снизились на 59%.

Источник

Adblock
detector