Строительные машины и оборудование, справочник






Показатели токсичности отработавших газов


Категория:
   Устройство и работа двигателя


Показатели токсичности отработавших газов

Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания состоят в основном из углекислого газа и паров воды. Значительный объем занимает атмосферный азот, а при работе двигателя на обедненной топливо-воздушной смеси присутствует избыточный кислород. Объемная концентрация токсичных веществ в отработавших газах относительно невелика (0,25…7 %), однако в крупных городах с большим парком автомобилей двигатели внутреннего сгорания наряду с промышленными предприятиями являются основным источником загрязнения атмосферного воздуха.

Токсичные вещества отработавших газов двигателей можно разделить на две группы:
1) продукты неполного окисления топлива — оксид углерода СО, углеводороды СН различного состава и строения, альдегиды;
2) оксиды азота, образование которых не связано непосредственно со свойствами топлива и условиями его сгорания в двигателях.

Сильным токсическим действием обладают свинец, его соединения, которые поступают в цилиндры двигателя с топливом в составе этиловой жидкости — антидетонационной присадки и выбрасываются затем с отработавшими газами в атмосферу. Концентрация токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей с принудительным воспламенением значительно выше, чем дизельных.



Концентрация оксида углерода СО в отработавших газах зависит главным образом от состава топливовоздушной смеси. Бензиновые двигатели при больших нагрузках и на режиме холостого хода работают на богатой смеси (при коэффициенте избытка воздуха а< 1), в которой не хватает кислорода для полного окисления топлива, и объемная концентрация СО достигает 6 %. Если двигатель (бензиновый или дизельный) работает на обедненной смеси (при а > 1), то сгорание происходит при избытке кислорода, и объемная концентрация СО невелика (0,2…0,3 %).

Образование углеводородов (токсичных веществ) при сгорании жидкого топлива (бензина) в двигателе с принудительным воспламенением связано с замедлением химических реакций в тонком слое топливовоздушной смеси у поверхности стенок камеры сгорания в результате теплоотдачи от смеси к стенке и вызванной этим понижением температуры смеси. В продуктах реакций появляются токсичные углеводороды — продукты неполного окисления и разложения топлива. К углеводородам относят также пары бензина, которые попадают в отработавшие газы в случае пропусков воспламенения топлива в одном или нескольких цилиндрах.

С отработавшими газами выбрасывается 60 % всего объема выделяемых автомобилями с бензиновыми двигателями углеводородов, картерных газов 20 %, паров бензина, вытекающих через вентиляционное отверстие топливного бака и из карбюратора, то же 20 %. В отработавших газах дизелей в 2…3 раза меньше, чем бензиновых двигателей.

Азот, химически инертный при атмосферных условиях, реагирует с кислородом при температуре свыше 2000 К; в результате реакций образуются оксид азота NO и диоксид NO2, их условно обозначают NO*. Местная температура газов в камере сгорания дизельных двигателей достигает 2500 К, а двигателей с принудительным воспламенением 3000 К, так что выбросы оксидов азота достаточно велики у разных типов двигателей.

Отработавшие газы при большом содержании сажи вытекают из выпускной трубы автомобиля в виде черного дыма, который ограничивает видимость на дорогах. Поэтому сажу относят к токсичным веществам, хотя она не обладает токсическим действием. Сажа, кроме того, адсорбирует и выносит из цилиндра в атмосферу бензопирен — полициклический углеводород ароматического ряда, обладающий канцерогенным действием. Концентрацию сажи в отработавших газах измеряют двумя способами. Дымомером измеряют относительную оптическую плотность газов в процентах путем просвечивания. Фильтрованием отработавших газов получают массу сажи в единице объема (г/м3).

Чтобы оценить степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами токсичных веществ, следует определить суммарное количество выбросов с отработавшими газами в конкретных условиях эксплуатации автомобиля и оценить объем атмосферного воздуха, с которым перемешиваются токсичные вещества.

Во многих странах действуют ограничения на выбросы токсичных веществ автомобильными двигателями. В нашей стране соответствующие нормы введены с 1 января 1975 г. Важную роль в деле охраны окружающей среды в нашей стране играет принятый в 1980 г. Закон об охране атмосферного воздуха.

Предельные концентрации токсичных веществ в атмосферном воздухе городов ограничены санитарными нормами, которые принято выражать в г/м3 (мг/м3; мг/л).

Нормы на выбросы токсичных веществ автомобильными двигателями назначают, учитывая санитарные нормы, суммарный объем выбросов токсичных веществ и закономерности воздухообмена на улицах городов, которые зависят от городского ландшафта и планировки улиц, климата, направления и силы ветра и т. п. Учитывают также технические и экономические возможности уменьшения токсичных выбросов до установленных норм.

В промышленно развитых странах действуют нормы на выбросы токсичных веществ: оксида углерода СО, углеводородов СН и оксидов азота NO* с отработавшими газами автомобильных двигателей с принудительным воспламенением. С целью уменьшения выбросов свинца в несколько раз уменьшена предельная концентрация этиловой жидкости — антидетонационной присадки в бензине, а в крупных городах применение этилированного бензина запрещено.

Токсичность выбросов дизелей значительно ниже, для автомобилей с такими двигателями нормированы лишь выбросы сажи. Выбросы токсичных веществ СО, СН и NO* нормированы для дизельных автомобилей, которые работают на открытых рудниках, в карьерах и в шахтах, где воздухообмен ограничен.

Объем выбросов токсичных веществ с отработавшими газами двигателей легковых автомобилей определяют при испытаниях на стендах с беговыми барабанами. Испытания проводят по ездовому циклу, имитирующему условия эксплуатации автомобиля в городе. В ездовом цикле регламентированы вид и продолжительность каждого из режимов движения автомобиля. Нормы на выбросы токсичных веществ назначают для тех же условий испытаний. В СССР и западноевропейских странах испытания проводят по европейскому ездовому циклу. Объем токсичных выбросов определяют за одно испытание, состоящее из четырех идентичных ездовых циклов общей продолжительностью 13 мин.

Нормы выброса токсичных веществ с отработавшими газами распространяются в СССР на бензиновые автомобильные двигатели с принудительным воспламенением.

Нормы зависят от массы автомобиля, например, для автомобилей массой 850… 1020 кг они следующие: 70 г СО; 7 г СН; 10,5 г NO*. Установлена также норма на концентрацию оксида углерода СО в отработавших газах при работе прогретого двигателя на режиме холостого хода.

Объем токсичных выбросов дизелями грузовых автомобилей и тракторов определяют при испытаниях на моторном стенде по циклу, в котором регламентируются нагрузка, частота вращения коленчатого вала и длительность каждого режима. Суммарную за испытательный цикл массу выбросов токсичных веществ относят к произведенной за испытания работе, выражаемой произведением мощности на время каждого режима, и определяют удельные выбросы каждого токсичного вещества в граммах на 1 кВт-ч.

Читать далее:

Категория: - Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины