Экологические характеристики автомобильных двигателей

Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85% «летит на ветер». К тому же камера сгорания автомобильного двигателя — это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже невинный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые оксиды азота. Основными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, в отработанных газах двигателей с воспламенением от искры являются оксид углерода СО, оксиды азота NO* и углеводороды С„Нт. Кроме того, в случае применения этилированного бензина образуется очень опасный загрязнитель — соединения свинца. И наконец, особое место занимают канцерогенные вещества, основным представителем которых в отработанных газах является бенз(а)пирен. Из 10 основных загрязнителей воздушной среды, включенных в предложенную ООН таблицу, оксид углерода СО стоит на втором месте. Причиной образования оксида углерода и углеводородов в отработанных газах является неполное сгорание топлива, которое особенно велико при пользовании богатой рабочей смесью, поступающей в цилиндр двигателя. Оксиды азота образуются в процессе сгорания топлива в зонах с высокой температурой.

Процесс окисления азота становится заметным лишь при нагревании до температуры более 1700 °С. Столь высокая температура имеет место в зонах, где сгорание происходит при давлении, близком к максимальному в цикле. Поэтому образование оксидов азота идет тем интенсивнее, чем выше максимальное давление цикла. Кроме того, на количестве образовавшихся оксидов азота сказывается наличие свободного кислорода, который ускоряет окисление. Поэтому наибольшее содержание их наблюдается при слегка обедненных смесях, когда температура горения достаточно высока и имеется достаточное количество свободного кислорода. Обеднение смеси (с этого уровня) снижает температуру горения, а обогащение — концентрацию свободного кислорода. В обоих случаях имеет место снижение концентрации оксидов азота. Оксиды азота (в бензиновых двигателях 77% составляет N0, в небольшом количестве присутствуют NO2 и N2O5), попадая в организм человека, соединяются с водой и образуют азотсодержащие кислоты. Симптомы отравления оксидами азота проявляются в виде кашля, удушья, возможен нарастающий отек легких.

Наименее изучены закономерности и причины образования канцерогенных веществ, в частности бенз(а)пирена. Последний является представителем конденсированной ароматики, молекула которого включает в себя пять связанных бензольных колец. Трудно предположить возможность образования столь сложной молекулы из веществ, входящих в состав бензина, а тем более природного газа. Наиболее конденсированная ароматика, входящая в состав бензина в микроколичествах, представлена нафталином и его производными, образующими лишь сдвоенное бензольное кольцо. Газовое же топливо вообще не содержит ароматических углеводородов. Наиболее вероятный путь образования бенз(а)пирена — конденсация ароматических соединений, присутствующих в моторном масле. Этот процесс протекает в сравнительно узком диапазоне температур (600—650 °С) в восстановительной среде, в присутствии железа в качестве катализатора. Отмеченная совокупность условий может иметь место на стенках цилиндров двигателя, при этом основная часть образующегося продукта должна смываться маслом и попадать в картер двигателя, так как в картерных газах содержание бенз(а)пирена более высокое, чем в отработанных. Более того, усилится вентиляция картера за счет отвода картерных газов во впускной трубопровод двигателя, что приведет к увеличению содержания канцерогенных веществ в отработанных газах.

Согласно должностной инструкции АГНКС по заправке автомобилей сжатым газом оператор и заправщик обслуживают автомобиль без участия водителя, тем самым выброс газа доведен до минимума. В нашей стране разработаны соответствующие государственные стандарты, направленные на контроль и ограничение количества вредных компонентов в выхлопных газах. Введены в действие ГОСТ 17.2.2.03—87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Требования безопасности» и ГОСТ 21393—75 «Автомобили с дизелями. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений. Требования безопасности». Разработка нормирующих Документов — сложный процесс, включающий в себя анализ технических, экономических, биологических, медицинских и других факторов.