Невеликий лікнеп для любителів подихати з вихлопної труби.
Відпрацьовані гази ДВС містять близько 200 компонентів. Період їх існування триває від декількох хвилин до 4 -5 років. За хімічним складом і властивостями, а також характером впливу на організм людини їх об'єднують в групи.
Перша група. У неї входять нетоксичні речовини (природні компоненти атмосферного повітря).
Друга група. До цієї групи відносять тільки одна речовина - оксид вуглецю, або чадний газ (СО). Продукт неповного згоряння нафтових видів палива не має кольору і запаху, легший за повітря. У кисні і на повітрі оксид вуглецю горить блакитним полум'ям, виділяючи багато теплоти і перетворюючись на вуглекислий газ.
Оксид вуглецю має виражену отруйною дією. Вона зумовлена його здатністю вступати в реакцію з гемоглобіном крові, приводячи до утворення карбоксигемоглобіну, який не пов'язує кисень. Внаслідок цього порушується газообмін в організмі, з'являється кисневе голодування і виникає порушення функціонування всіх систем організму. Отруєння чадним газом часто схильні до водії автотранспортних засобів при ночівлі в кабіні з працюючим двигуном або при прогріванні двигуна в закритому гаражі. Характер отруєння оксидом вуглецю залежить від його концентрації в повітрі, тривалості впливу та індивідуальної чутливості людини. Легкий ступінь отруєння викликає пульсацію в голові, потемніння в очах, підвищене серцебиття. При тяжкому отруєнні свідомість затуманюється, зростає сонливість. При дуже великих дозах чадного газу (понад 1%) наступають втрата свідомості і смерть.
Третя група. В її складі оксиди азоту, головним чином NO-оксиди азоту і NO 2 - діоксид азоту. Це гази, що утворюються в камері згоряння ДВС при температурі 2800 ° С і тиску близько 10 кгс / см 2. Оксид азоту - безбарвний газ, не взаємодіє з водою і мало розчинний в ній, не вступає в реакції з розчинами кислот і лугів. Легко окислюється киснем повітря і утворює діоксид азоту. При звичайних атмосферних умовах NO повністю перетворюється в NO 2 -Газо бурового кольору з характерним запахом. Він важчий за повітря, тому збирається в поглибленнях, канавах і становить велику небезпеку при технічному обслуговуванні транспортних засобів.
Для людського організму оксиди азоту ще більш шкідливі, ніж чадний газ. Загальний характер впливу змінюється в залежності від вмісту різних оксидів азоту. При контакті діоксиду азоту з вологою поверхнею (слизові оболонки очей, носа, бронхів) утворюються азотна і азотистая кислоти, подразнюють слизові оболонки і вражають альвеолярну тканину легенів. При високих концентраціях оксидів азоту (0,004 - 0,008%) виникають астматичні прояви і набряк легенів. Вдихаючи повітря, що містить оксиди азоту в високих концентраціях, людина не має неприємних відчуттів і не передбачає негативних наслідків. При тривалому впливі оксидів азоту в концентраціях, що перевищують норму, люди хворіють на хронічний бронхіт, запалення слизової шлунково-кишкового тракту, страждають серцевою слабкістю, а також нервовими розладами.
Вторинна реакція на вплив оксидів азоту проявляється в освіті в людському організмі нітритів і всмоктування їх в кров. Це викликає перетворення гемоглобіну в метагемоглобін, що призводить до порушення серцевої діяльності.
Оксиди азоту негативно впливають і на рослинність, утворюючи на листових пластинах розчини азотної і азотистої кислот. Цим же властивістю обумовлено вплив оксидів азоту на будівельні матеріали і металеві конструкції. Крім того, вони беруть участь в фотохімічної реакції утворення смогу.
Четверта група. В ту ж саму численну за складом групу входять різні вуглеводні, тобто з'єднання типу С x Н y. У відпрацьованих газах містяться вуглеводні різних гомологічних рядів: парафінові (алкани), нафтенові (циклани) і ароматичні (бензольні), всього близько 160 компонентів. Вони утворюються в результаті неповного згоряння палива в двигуні.
Незгорілі вуглеводні є однією з причин появи білого або голубого диму. Це відбувається при запізненні займання робочої суміші в двигуні або при знижених температурах в камері згоряння.
Вуглеводні токсичні і несприятливо впливають на серцево-судинну систему людини. Вуглеводневі сполуки відпрацьованих газів, поряд з токсичними властивостями, мають канцерогенну дію. Канцерогени - це речовини, що сприяють виникненню і розвитку злоякісних новоутворень.
Особливою канцерогенною активністю відрізняється ароматичний вуглеводень бенз-а-пірен С 20 H 12, що міститься у відпрацьованих газах бензинових двигунів і дизелів. Він добре розчиняється в маслах, жирах, сироватці людської крові. Накопичуючись в організмі людини до небезпечних концентрацій, бенз-а-пірен стимулює утворення злоякісних пухлин.
Вуглеводні під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця вступають в реакцію з оксидами азоту, в результаті утворюються нові токсичні продукти - фотооксидантами, що є основою "смогу".
Фотооксидантами біологічно активні, мають шкідливий вплив на живі організми, ведуть до зростання легеневих і бронхіальних захворювань людей, Руйнують гумові вироби, прискорюють корозію металів, погіршують умови видимості.
П'ята група. Її складають альдегіди - органічні сполуки, що містять альдегідну групу -СHO, пов'язану з вуглеводневим радикалом (СН 3, С 6 Н 5 або ін.).
У відпрацьованих газах присутні в основному формальдегід, акролеїн і оцтовий альдегід. Найбільша кількість альдегідів утворюється на режимах холостого ходу і малих навантажень, Коли температури згоряння в двигуні невисокі.
Формальдегід НСНО - безбарвний газ з неприємним запахом, важчий за повітря, легко розчинний у воді. він подразнює слизові оболонки людини, дихальні шляхи, вражає центральну нервову систему.Обумовлює запах відпрацьованих газів, особливо у дизелів.
Акролеїн СН 2 = СН-СН = O, або альдегід акрилової кислоти, - безбарвний отруйний газ із запахом підгоріли жирів. Впливає на слизові оболонки.
Оцтовий альдегід СН 3 СНО - газ з різким запахом і токсичною дією на людський організм.
Шоста група. У неї виділяють сажу та інші дисперсні частинки (продукти зносу двигунів, аерозолі, масла, нагар і ін.). Сажа - частинки твердого вуглецю чорного кольору, що утворюються при неповному згорянні і термічному розкладанні вуглеводнів палива. Вона не становить безпосередньої небезпеки для здоров'я людини, але може дратувати дихальні шляхи. Створюючи димний шлейф за транспортним засобом, сажа погіршує видимість на дорогах. Найбільшої шкоди сажі полягає в адсорбції на її поверхні бенз-а-пірену, Який в цьому випадку надає більш сильний негативний вплив на організм людини, ніж в чистому вигляді.
Сьома група. Являє собою сірчисті з'єднання - такі неорганічні гази, як сірчистий ангідрид, сірководень, які з'являються в складі відпрацьованих газів двигунів, якщо використовується паливо з підвищеним вмістом сірки. Значно більше сірки присутній в дизельних паливах в порівнянні з іншими видами палив, які використовуються на транспорті.
Для вітчизняних родовищ нафти (особливо в східних районах) характерний високий відсоток присутності сірки і сірчистих сполук. Тому і отримується з неї дизельне паливо за застарілими технологіями відрізняється більш важким фракційним складом і разом з тим гірше очищено від сірчистих і парафінових сполук. Відповідно до європейських стандартів, введеним в дію в 1996 році, вміст сірки в дизельному паливі не повинно перевищувати 0,005 г / л, а за російським стандартом - 1,7 г / л. Наявність сірки підсилює токсичність відпрацьованих газів дизелів і є причиною появи в них шкідливих сірчистих сполук.
Сірчисті сполуки мають різким запахом, важчий за повітря, розчиняються у воді. Надають подразнюючу дію на слизові оболонки горла, носа, очей людини, можуть призвести до порушення вуглеводного і білкового обміну і пригнічення окислювальних процесів, при високій концентрації (понад 0,01%) - до отруєння організму. Сірчистий ангідрид згубно впливає і на рослинний світ.
Восьма група. Компоненти цієї групи - свинець та його сполуки - зустрічаються в відпрацьованих газах карбюраторних автомобілів тільки при використанні етилованого бензину, що має в своєму складі присадку, що підвищує октанове число. Воно визначає здатність двигуна працювати без детонації. Чим вище октанове число, тим більш стійкий бензин проти детонації. Детонаційне згоряння робочої суміші протікає з надзвуковою швидкістю, що в 100 разів швидше нормального. Робота двигуна з детонацією небезпечна тим, що двигун перегрівається, потужність його падає, а термін служби різко скорочується. Збільшення октанового числа бензину сприяє зниженню можливості настання детонації.
Як присадки, що підвищує октанове число, використовують антидетонатор - етилову рідина Р-9. Бензин з додаванням етилової рідини стає етілірованним. До складу етилової рідини входять власне антидетонатор - тетраетилсвинець РЬ (С 2 Н 5) 4, винось-тель - бромистий етил (ВГС 2 Н 5) і α-монохлорнафталін (C 10 H 7 Cl), наповнювач - бензин Б-70, антиокислювач - параоксидіфеніламін і барвник. При згорянні етилованого бензину виносітель сприяє видаленню свинцю і його оксидів з камери згоряння, перетворюючи їх в пароподібний стан. Вони разом з відпрацьованими газами викидаються в навколишній простір і осідають поблизу доріг.
У придорожньому просторі приблизно 50% викидів свинцю у вигляді мікрочастинок відразу розподіляються на прилеглій поверхні. Інша кількість протягом декількох годин знаходиться в повітрі у вигляді аерозолів, а потім також осідає на землю поблизу доріг. Накопичення свинцю в придорожній смузі призводить до забруднення екосистем і робить прилеглі грунту непридатними до сільськогосподарського використання. Додавання до бензину присадки Р-9 робить його високотоксичним. Різні марки бензину мають різне процентний вміст присадки. Щоб розрізняти марки етилованого бензину, їх фарбують, додаючи в присадку різнокольорові барвники. Неетильований бензин поставляється без фарбування (табл. 9).
У розвинених країнах світу застосування етилованого бензину обмежується або вже повністю припинено. У Росії він ще знаходить широке застосування. Однак ставиться завдання відмовитися від його використання. Великі промислові центри і курортні місцевості переходять на використання неетилованих бензинів.
Негативний вплив на екосистеми надають не тільки розглянуті компоненти відпрацьованих газів двигунів, виділені в вісім груп, а й самі вуглеводневі палива, масла і мастила. Володіючи великою здатністю до випаровування, особливо при підвищенні температури, пари палив і олив розповсюджуються в повітрі і негативно впливають на живі організми.
У місцях заправки транспортних засобів паливом і маслом відбуваються випадкові розливи і навмисні сливи відпрацьованого масла прямо на землю або у водойми. На місці масляної плями тривалий час не росте рослинність. Нафтопродукти, що потрапили у водойми, згубно впливають на їх флору і фауну.
Друкується з деякими скороченнями по книзі Павлова Е. І. Екологія транспорту. Підкреслення і виділення - мої.
Невеликий лікнеп для любителів подихати з вихлопної труби.
Відпрацьовані гази ДВС містять близько 200 компонентів. Період їх існування триває від декількох хвилин до 4 -5 років. За хімічним складом і властивостями, а також характером впливу на організм людини їх об'єднують в групи.
Перша група. У неї входять нетоксичні речовини (природні компоненти атмосферного повітря
Друга група. До цієї групи відносять тільки одна речовина - оксид вуглецю, або чадний газ (СО). Продукт неповного згоряння нафтових видів палива не має кольору і запаху, легший за повітря. У кисні і на повітрі оксид вуглецю горить блакитним полум'ям, виділяючи багато теплоти і перетворюючись на вуглекислий газ.
Оксид вуглецю має виражену отруйною дією. Вона зумовлена його здатністю вступати в реакцію з гемоглобіном крові, приводячи до утворення карбоксигемоглобіну, який не пов'язує кисень. Внаслідок цього порушується газообмін в організмі, з'являється кисневе голодування і виникає порушення функціонування всіх систем організму.
Отруєння чадним газом часто схильні до водії автотранспортних засобів при ночівлі в кабіні з працюючим двигуном або при прогріванні двигуна в закритому гаражі. Характер отруєння оксидом вуглецю залежить від його концентрації в повітрі, тривалості впливу та індивідуальної чутливості людини. Легкий ступінь отруєння викликає пульсацію в голові, потемніння в очах, підвищене серцебиття. При тяжкому отруєнні свідомість затуманюється, зростає сонливість. При дуже великих дозах чадного газу (понад 1%) наступають втрата свідомості і смерть.
Третя група. В її складі оксиди азоту, головним чином NO-оксиди азоту і NO 2 - діоксид азоту. Це гази, що утворюються в камері згоряння ДВС при температурі 2800 ° С і тиску близько 10 кгс / см 2. Оксид азоту - безбарвний газ, не взаємодіє з водою і мало розчинний в ній, не вступає в реакції з розчинами кислот і лугів.
Легко окислюється киснем повітря і утворює діоксид азоту. При звичайних атмосферних умовах NO повністю перетворюється в NO 2 -Газо бурового кольору з характерним запахом. Він важчий за повітря, тому збирається в поглибленнях, канавах і становить велику небезпеку при технічному обслуговуванні транспортних засобів.
Для людського організму оксиди азоту ще більш шкідливі, ніж чадний газ. Загальний характер впливу змінюється в залежності від вмісту різних оксидів азоту. При контакті діоксиду азоту з вологою поверхнею (слизові оболонки очей, носа, бронхів) утворюються азотна і азотистая кислоти, подразнюють слизові оболонки і вражають альвеолярну тканину легенів. При високих концентраціях оксидів азоту (0,004 - 0,008%) виникають астматичні прояви і набряк легенів.
Вдихаючи повітря, що містить оксиди азоту в високих концентраціях, людина не має неприємних відчуттів і не передбачає негативних наслідків. При тривалому впливі оксидів азоту в концентраціях, що перевищують норму, люди хворіють на хронічний бронхіт, запалення слизової шлунково-кишкового тракту, страждають серцевою слабкістю, а також нервовими розладами.
Вторинна реакція на вплив оксидів азоту проявляється в освіті в людському організмі нітритів і всмоктування їх в кров. Це викликає перетворення гемоглобіну в метагемоглобін, що призводить до порушення серцевої діяльності.
Оксиди азоту негативно впливають і на рослинність, утворюючи на листових пластинах розчини азотної і азотистої кислот. Цим же властивістю обумовлено вплив оксидів азоту на будівельні матеріали і металеві конструкції. Крім того, вони беруть участь в фотохімічної реакції утворення смогу.
Четверта група. В ту ж саму численну за складом групу входять різні вуглеводні, тобто з'єднання типу С x Н y. У відпрацьованих газах містяться вуглеводні різних гомологічних рядів: парафінові (алкани), нафтенові (циклани) і ароматичні (бензольні), всього близько 160 компонентів. Вони утворюються в результаті неповного згоряння палива в двигуні.
Незгорілі вуглеводні є однією з причин появи білого або голубого диму. Це відбувається при запізненні займання робочої суміші в двигуні або при знижених температурах в камері згоряння.
Вуглеводні токсичні і несприятливо впливають на серцево-судинну систему людини. Вуглеводневі сполуки відпрацьованих газів, поряд з токсичними властивостями, мають канцерогенну дію. Канцерогени - це речовини, що сприяють виникненню і розвитку злоякісних новоутворень.
Особливою канцерогенною активністю відрізняється ароматичний вуглеводень бенз-а-пірен С 20 H 12, що міститься у відпрацьованих газах бензинових двигунів і дизелів. Він добре розчиняється в маслах, жирах, сироватці людської крові. Накопичуючись в організмі людини до небезпечних концентрацій, бенз-а-пірен стимулює утворення злоякісних пухлин.
Вуглеводні під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця вступають в реакцію з оксидами азоту, в результаті утворюються нові токсичні продукти - фотооксидантами, що є основою «смогу».
Фотооксидантами біологічно активні, мають шкідливий вплив на живі організми, ведуть до зростання легеневих і бронхіальних захворювань людей, руйнують гумові вироби, прискорюють корозію металів, погіршують умови видимості.
П'ята група. Її складають альдегіди - органічні сполуки, що містять альдегідну групу -СHO, пов'язану з вуглеводневим радикалом (СН 3, С 6 Н 5 або ін.).
У відпрацьованих газах присутні в основному формальдегід, акролеїн і оцтовий альдегід. Найбільша кількість альдегідів утворюється на режимах холостого ходу і малих навантажень, Коли температури згоряння в двигуні невисокі.
Формальдегід НСНО - безбарвний газ з неприємним запахом, важчий за повітря, легко розчинний у воді. Онраздражает слизові оболонки людини, дихальні шляхи, вражає центральну нервову сістему.Обуславлівает запах відпрацьованих газів, особливо у дизелів.
Акролеїн СН 2 = СН-СН = O, або альдегід акрилової кислоти, - безбарвний отруйний газ із запахом підгоріли жирів. Впливає на слизові оболонки.
Оцтовий альдегід СН 3 СНО - газ з різким запахом і токсичною дією на людський організм.
Шоста група. У неї виділяють сажу та інші дисперсні частинки (продукти зносу двигунів, аерозолі, масла, нагар і ін.). Сажа - частинки твердого вуглецю чорного кольору, що утворюються при неповному згорянні і термічному розкладанні вуглеводнів палива. Вона не становить безпосередньої небезпеки для здоров'я людини, але може дратувати дихальні шляхи. Створюючи димний шлейф за транспортним засобом, сажа погіршує видимість на дорогах. Найбільшої шкоди сажі полягає в адсорбції на її поверхні бенз-а-пірену, який в цьому випадку надає більш сильний негативний вплив на організм людини, ніж в чистому вигляді.
Сьома група. Являє собою сірчисті з'єднання - такі неорганічні гази, як сірчистий ангідрид, сірководень, які з'являються в складі відпрацьованих газів двигунів, якщо використовується паливо з підвищеним вмістом сірки. Значно більше сірки присутній в дизельних паливах в порівнянні з іншими видами палив, які використовуються на транспорті.
Для вітчизняних родовищ нафти (особливо в східних районах) характерний високий відсоток присутності сірки і сірчистих сполук. Тому і отримується з неї дизельне паливо за застарілими технологіями відрізняється більш важким фракційним складом і разом з тим гірше очищено від сірчистих і парафінових сполук. Відповідно до європейських стандартів, введеним в дію в 1996 році, вміст сірки в дизельному паливі не повинно перевищувати 0,005 г / л, а за російським стандартом - 1,7 г / л. Наявність сірки підсилює токсичність відпрацьованих газів дизелів і є причиною появи в них шкідливих сірчистих сполук.
Сірчисті сполуки мають різким запахом, важчий за повітря, розчиняються у воді. Надають подразнюючу дію на слизові оболонки горла, носа, очей людини, можуть призвести до порушення вуглеводного і білкового обміну і пригнічення окислювальних процесів, при високій концентрації (понад 0,01%) - до отруєння організму. Сірчистий ангідрид згубно впливає і на рослинний світ.
Восьма група. Компоненти цієї групи - свинець та його сполуки - зустрічаються в відпрацьованих газах карбюраторних автомобілів тільки при використанні етилованого бензину, що має в своєму складі присадку, що підвищує октанове число. Воно визначає здатність двигуна працювати без детонації. Чим вище октанове число, тим більш стійкий бензин проти детонації. Детонаційне згоряння робочої суміші протікає з надзвуковою швидкістю, що в 100 разів швидше нормального. Робота двигуна з детонацією небезпечна тим, що двигун перегрівається, потужність його падає, а термін служби різко скорочується. Збільшення октанового числа бензину сприяє зниженню можливості настання детонації.
Як присадки, що підвищує октанове число, використовують антидетонатор - етилову рідина Р-9. Бензин з додаванням етилової рідини стає етілірованним. До складу етилової рідини входять власне антидетонатор - тетраетилсвинець РЬ (С 2 Н 5) 4, винось-тель - бромистий етил (ВГС 2 Н 5) і α-монохлорнафталін (C 10 H 7 Cl), наповнювач - бензин Б-70, антиокислювач - параоксидіфеніламін і барвник. При згорянні етилованого бензину виносітель сприяє видаленню свинцю і його оксидів з камери згоряння, перетворюючи їх в пароподібний стан. Вони разом з відпрацьованими газами викидаються в навколишній простір і осідають поблизу доріг.
У придорожньому просторі приблизно 50% викидів свинцю у вигляді мікрочастинок відразу розподіляються на прилеглій поверхні. Інша кількість протягом декількох годин знаходиться в повітрі у вигляді аерозолів, а потім також осідає на землю поблизу доріг. Накопичення свинцю в придорожній смузі призводить до забруднення екосистем і робить прилеглі грунту непридатними до сільськогосподарського використання.
Додавання до бензину присадки Р-9 робить його високотоксичним. Різні марки бензину мають різне процентний вміст присадки. Щоб розрізняти марки етилованого бензину, їх фарбують, додаючи в присадку різнокольорові барвники. Неетильований бензин поставляється без фарбування (табл. 9).
У розвинених країнах світу застосування етилованого бензину обмежується або вже повністю припинено. У Росії він ще знаходить широке застосування. Однак ставиться завдання відмовитися від його використання. Великі промислові центри і курортні місцевості переходять на використання неетилованих бензинів.
Негативний вплив на екосистеми надають не тільки розглянуті компоненти відпрацьованих газів двигунів, виділені в вісім груп, а й самі вуглеводневі палива, масла і мастила. Володіючи великою здатністю до випаровування, особливо при підвищенні температури, пари палив і олив розповсюджуються в повітрі і негативно впливають на живі організми.
У місцях заправки транспортних засобів паливом і маслом відбуваються випадкові розливи і навмисні сливи відпрацьованого масла прямо на землю або у водойми. На місці масляної плями тривалий час не росте рослинність. Нафтопродукти, що потрапили у водойми, згубно впливають на їх флору і фауну.
Вихлопні гази
В Євросоюзі дозволений рівень шкідливих речовин у вихлопі залежить від віку автомобіля. Якщо рік випуску автомобіля раніше ніж 1978, то немає будь - яких фіксованих обмежень, існує лише одна вимога, щоб не було видимого диму, що виходить з вихлопної труби. Якщо машина 1979-1986 року випуску, то максимальний ліміт виділяються нею шкідливих речовин, що вимірюються на холостому ходу такий: CO - менше, ніж 4,5%, СH - 100 ppm. Кисень повинен бути менше ніж 5%. Останній показник зазвичай використовується для підтвердження того, що нічого незаконного для зниження рівня CO з системами автомобіля зроблено не було. З 1986 по 1990 в більшості країн вимоги стали більш високими: CO - 3,5%, CH - 600 ppm. З 1991 були встановлені нові правила щодо автомобілів обладнаних каталітичним дожігателем вихлопних газів. Зараз рівень шкідливих вихлопів автомобіля вимірюють двома способами: на холостому ходу і на 2500 оборотах двигуна в хвилину. За допомогою каталітичного дожигатель вихлопних газів рівень шкідливих вихлопів набагато скоротився, з цієї причини показники обмежень шкідливих вихлопів теж зменшилися. На холостому ходу рівень CO повинен бути не більше 0,5%, а CH не більше 100 ppm. В цей же час так званий коефіцієнт надлишку повітря альфа вираховується математично і повинен бути між 0,91 - 1,03. Також рівень кисню повинен бути менше ніж 0,5% і контрольний рівень CO 2 повинен бути менше 16.
Власники нових машин не мають проблем з отриманням дозволу на використання їх транспорту. Хоча, наприклад, у Фінляндії середній вік легкового автомобіля становить 10,5 років. Але коли автомобіль має значний пробіг і вік, при проходженні тесту на шкідливість вихлопу він може бути відправлений на ремонт.
Дуже часто ці проблеми зустрічаються у старих автомобілів, коли двигун уже має значний пробіг і втратив свою колишню міць. Найчастіше власники не помічають, що їх автомобіль вже втратив потужність.
Кількість газів, що відходять автомобілів
В основному визначається масовим витратою палива автомобілями. Витрата по відстані нормується і зазвичай вказується виробниками (одна зі споживчих характеристик). Відносно сумарного обсягу виходять з глушника вихлопних газів приблизно можна орієнтуватися на таку цифру - один літр палива, що спалюється бензину призводить до утворення приблизно 16 кубометрів або 16000 літрів суміші різних газів. На підставі цих даних можна судити приблизну кількість що викидаються в атмосферу шкідливих домішок, але тут є невелика проблема. Ми можемо визначити тільки кількість різних газів, що вилітають при спалюванні певної кількості літрів палива, але ніяк ні при одному вихлопі, і вже тим більше за проміжок часу (годину, день, місяць і т.д.). Тому судити про кількість газів, що викидаються в атмосферу кожну годину, ми не можемо в принципі. Ніде не встановлено, що всі машини в день проїжджають певний у кілометрів з однією швидкістю. А шукати якесь середнє число - значить, обманювати себе, тому що дані можуть бути не тільки сильно наближеними, але і зовсім помилковими.
Таблиця №1. Витрата палива у машин різних марок
K - карбюраторний двигун
i - інжекторний двигун
D - дизельний двигун
щільність бензину при + 20С коливається від 0,69 до 0,81 г / смі
щільність дизельного палива при + 20С по ГОСТ 305-82 не більше 0,86 г / смі
Таблиця №2. Склад автомобільних вихлопних газів
Вихлопні гази (або відпрацьовані гази) - основне джерело токсичних речовин двигуна внутрішнього згоряння - це неоднорідна суміш різних газоподібних речовин з різноманітними хімічними і фізичними властивостями, що складається з продуктів повного і неповного згоряння палива, що надходять з циліндрів двигунів в його випускну систему. У своєму складі вони містять близько 300 речовин, більшість з яких токсичні. Основними нормованими токсичними компонентами вихлопних газів двигунів є оксиди вуглецю, азоту та вуглеводні. Крім того, з вихлопними газами в атмосферу надходять граничні і ненасичені вуглеводні, альдегіди, канцерогенні речовини, сажа та інші компоненти. Зразковий склад вихлопних газів представлений в таблиці 1. При роботі двигуна на етілірованном бензині в складі вихлопних газів присутній свинець, а у двигунів, що працюють на дизельному паливі - сажа. Тепер спробуємо з'ясувати, чим же небезпечний кожен вихлоп, і яка кількість газів, що вириваються з вихлопної труби.
Оксид вуглецю (CO - чадний газ)
Прозорий, не має запаху отруйний газ, трохи легший за повітря, погано розчинний у воді. Оксид вуглецю - продукт неповного згоряння палива, на повітрі горить синім полум'ям з утворенням діоксиду вуглецю (вуглекислого газу). Якщо його зміст велике, двигун витрачає занадто багато палива і масла з картера.
У камері згоряння двигуна CO утворюється при незадовільному розпилюванні палива, в результаті холоднополум'яного реакцій, при згорянні палива з нестачею кисню, а також внаслідок дисоціації діоксиду вуглецю при високих температурах. При цьому процес вигоряння CO триває і в випускному трубопроводі.
Необхідно відзначити, що при експлуатації дизелів концентрація CO у вихлопних газах невелика (приблизно 0,1-0,2%), тому, як правило, концентрацію CO визначають для бензинових двигунів. В середньому, машини при спалюванні літра бензину викидають в повітря близько 800 літрів вуглекислого газу
Оксиди азоту (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, надалі - NOx)
Оксиди азоту є одними з найбільш токсичних компонентів відпрацьованих газів. При нормальних атмосферних умовах азот являє собою досить інертний газ. При високому тиску і особливо температурах азот активно вступає в реакцію з киснем. У вихлопних газах двигунів понад 90% усієї кількості NОx становить оксид азоту NO, який ще в системи випуску, а потім і в атмосфері легко окислюється в діоксид (NO 2).
Оксиди азоту дратівливо впливають на слизові оболонки очей, носа, руйнують легені людини, так як при русі по дихальному тракту вони взаємодіють з вологою верхніх дихальних шляхів, утворюючи азотну і азотисту кислоти. Як правило, отруєння організму людини NОx проявляється не відразу, а поступово, причому будь-яких нейтралізують коштів немає. При спалюванні літра бензину з вихлопної труби викидається приблизно 128 л оксидів азоту.
Закис азоту (N 2 O - геміоксід, звеселяючий газ) - газ з приємним запахом, добре розчинний у воді. Має наркотичну дію.
NO 2 (діоксид) - блідо-жовта рідина, яка бере участь в утворенні смогу. Діоксид азоту використовується в якості окислювача в ракетному паливі. Вважається, що для організму людини оксиди азоту приблизно в 10 разів небезпечніше CO, а при обліку вторинних перетворень - в 40 разів.
Оксиди азоту становлять небезпеку для листя рослин. Встановлено, що їх безпосереднє токсичний вплив на рослини проявляється при концентрації Nox в повітрі в межах 0,5-6,0 мг / м 3. Азотна кислота викликає сильну корозію вуглецевих сталей.
На величину викиду оксидів азоту значно впливає температура в камері згоряння. Так, при підвищенні температури від 2500 до 2700 К швидкість реакції збільшується в 2,6 рази, а при зменшенні від 2500 до 2300 К - зменшується в 8 разів, тобто чим вище температура, тим вище концентрація NOx. Ранній уприскування палива або високі тиску стиснення в камері згоряння також сприяють утворенню NOx. Чим вище концентрація кисню, тим вище концентрація оксидів азоту.
Вуглеводні (CnHm - етан, метан, етилен, бензол, пропан, ацетилен і ін.)
Вуглеводні - органічні сполуки, молекули яких побудовані тільки з атомів вуглецю і водню, є токсичними речовинами. У вихлопних газах міститься більше 200 різних CH, які діляться на аліфатичні (з відкритою або закритою ланцюгом) і містять бензольне або ароматичне кільце. Ароматичні вуглеводні містять в молекулі один або кілька циклів з 6 атомів вуглецю, з'єднаних між собою простими або подвійними зв'язками (бензол, нафталін, антрацен і ін.). Мають приємний запах. Вимірюється його кількість в умовній одиниці ppm (к-ть частинок на мільйон). Так що навіть незначне збільшення ефективності згоряння може мати великий вплив на його рівень. Зазвичай, надзвичайно високий рівень вуглеводню є проблемою не тільки господарів машин, але і механіків.
Наявність CH у відпрацьованих газах двигунів пояснюється тим, що суміш в камері згоряння є неоднорідною, тому під стінами, в переобогащенная зонах, відбувається гасіння полум'я і обрив ланцюгових реакцій. Існують кілька факторів, що впливають на кількість вуглеводнів у вихлопних газах. Герметичність клапанів, їх чистота і регулювання моменту запалення, всі вони однаково важливі. Не тільки регулювання моменту запалення, але також і поточна сила згоряння, все, що впливає на згоряння, має велике значення в обмеженні кількості вуглеводнів у вихлопних газах. Приблизна кількість вуглеводнів, що утворюється при згорянні літра бензину - 400-450л.
Кого-то ці цифри можуть злякати, але давайте розберемося: літри - це міра об'єму, і, ні в якому разі не можна плутати ці цифри з рідиною, адже 800 літрів - досить велике число для рідини. А для газу? Газ є речовиною, яка має молекули в кілька сотень і тисяч разів менше відстані між ними. Якщо уявити щось більш щільне, то об'єм скоротиться в десятки і сотні разів. А тепер уважно - літр бензину, при спалюванні якого і проводиться цей об'єм, витрачається для подолання відстані в 10 км. Постараємося розвіяти більшість ілюзій - це не таке сильне забруднення, просто в момент вихлопу виділяється неприємний запах, і нам здається, що склад повітря навколо різко змінився. Але на нашому одязі навіть осаду ніякого не залишилося.
Вихлопні гази (або відпрацьовані гази) - основне джерело токсичних речовин двигуна внутрішнього згоряння - це неоднорідна суміш різних газоподібних речовин з різноманітними хімічними і фізичними властивостями, що складається з продуктів повного і неповного згоряння палива, надлишкового повітря, аерозолів і різних мікродомішок (як газоподібних, так і у вигляді рідких і твердих частинок), що надходять з циліндрів двигунів в його випускну систему. У своєму складі вони містять близько 300 речовин, більшість з яких токсичні.
Основними нормованими токсичними компонентами вихлопних газів двигунів є оксиди вуглецю, азоту та вуглеводнів. Крім того, з вихлопними газами в атмосферу надходять граничні і ненасичені вуглеводні, альдегіди, канцерогенні речовини, сажа та інші компоненти. Зразковий склад.
| Компоненти вихлопного газу | Зміст за обсягом,% | токсичність | |
|---|---|---|---|
| двигун | |||
| бензин | дизель | ||
| азот | 74,0 - 77,0 | 76,0 - 78,0 | немає |
| кисень | 0,3 - 8,0 | 2,0 - 18,0 | немає |
| пари води | 3,0 - 5,5 | 0,5 - 4,0 | немає |
| Диоксид вуглецю | 5,0 - 12,0 | 1,0 - 10,0 | немає |
| Оксид вуглецю | 0,1 - 10,0 | 0,01 - 5,0 | да |
| вуглеводні неканцерогенними | 0,2 - 3,0 | 0,009 - 0,5 | да |
| альдегіди | 0 - 0,2 | 0,001 - 0,009 | да |
| оксид сірки | 0 - 0,002 | 0 - 0,03 | да |
| Сажа, г / м3 | 0 - 0,04 | 0,01 - 1,1 | да |
| Бензопірен, мг / м3 | 0,01 - 0,02 | до 0,01 | да |
При роботі двигуна на етілірованном бензині в складі вихлопних газів присутній свинець, а у двигунів, що працюють на дизельному паливі - сажа.
Оксид вуглецю (CO - чадний газ)
Прозорий, не має запаху отруйний газ, трохи легший за повітря, погано розчинний у воді. Оксид вуглецю продукт неповного згоряння палива, на повітрі горить синім полум'ям з утворенням діоксиду вуглецю (вуглекислого газу). У камері згоряння двигуна CO утворюється при незадовільному розпилюванні палива, в результаті холоднополум'яного реакцій, при згорянні палива з нестачею кисню, а також внаслідок дисоціації діоксиду вуглецю при високих температурах. При подальшому згоранні після займання (після верхньої мертвої точки, на такті розширення) можливе горіння оксиду вуглецю при наявності кисню з утворенням діоксиду. При цьому процес вигоряння CO триває і в випускному трубопроводі. Необхідно відзначити, що при експлуатації дизелів концентрація CO у вихлопних газах невелика (приблизно 0,1 - 0,2%), тому, як правило, концентрацію CO визначають для бензинових двигунів.
Оксиди азоту (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, надалі NOx)
Оксиди азоту є одними з найбільш токсичних компонентів відпрацьованих газів. При нормальних атмосферних умовах азот являє собою досить інертний газ. При високому тиску і особливо температурах азот активно вступає в реакцію з киснем. У вихлопних газах двигунів понад 90% усієї кількості NOx складає оксид азоту NO, який ще в системи випуску, а потім і в атмосфері легко окислюється в діоксид (NO2). Оксиди азоту дратівливо впливають на слизові оболонки очей, носа, руйнують легені людини, так як при русі по дихальному тракту вони взаємодіють з вологою верхніх дихальних шляхів, утворюючи азотну і азотисту кислоти. Як правило, отруєння організму людини NOx проявляється не відразу, а поступово, причому будь-яких нейтралізують коштів немає.
Закис азоту (N2O геміоксід, звеселяючий газ) газ з приємним запахом, добре розчинний у воді. Має наркотичну дію.
NO2 (діоксид) блідо-жовта рідина, яка бере участь в утворенні смогу. Діоксид азоту використовується в якості окислювача в ракетному паливі. Вважається, що для організму людини оксиди азоту приблизно в 10 разів небезпечніше CO, а при обліку вторинних перетворень в 40 разів. Оксиди азоту становлять небезпеку для листя рослин. Встановлено, що їх безпосереднє токсичний вплив на рослини проявляється при концентрації NOx в повітрі в межах 0,5 - 6,0 мг / м3. Азотна кислота викликає сильну корозію вуглецевих сталей. На величину викиду оксидів азоту значно впливає температура в камері згоряння. Так, при підвищенні температури від 2500 до 2700 К швидкість реакції збільшується в 2,6 рази, а при зменшенні від 2500 до 2300 К - зменшується в 8 разів, тобто чим вище температура, тим вище концентрація NOx. Ранній уприскування палива або високі тиску стиснення в камері згоряння також сприяють утворенню NOx. Чим вище концентрація кисню, тим вище концентрація оксидів азоту.
Вуглеводні (CnHm етан, метан, етилен, бензол, пропан, ацетилен і ін.)
Вуглеводні органічні сполуки, молекули яких побудовані тільки з атомів вуглецю і водню, є токсичними речовинами. У вихлопних газах міститься більше 200 різних CH, які діляться на аліфатичні (з відкритою або закритою ланцюгом) і містять бензольне або ароматичне кільце. Ароматичні вуглеводні містять в молекулі один або кілька циклів з 6 атомів вуглецю, з'єднаних між собою простими або подвійними зв'язками (бензол, нафталін, антрацен і ін.). Мають приємний запах. Наявність CH у відпрацьованих газах двигунів пояснюється тим, що суміш в камері згоряння є неоднорідною, тому під стінами, в переобогащенная зонах, відбувається гасіння полум'я і обрив ланцюгових реакцій Чи не повністю згорілі CH, що викидаються з вихлопними газами і які є сумішшю кількох сотень хімічних сполук, мають неприємний запах. CH є причиною багатьох хронічних захворювань. Токсичні також і пари бензину, які є вуглеводнями. Допустима середньодобова концентрація парів бензину становить 1,5 мг / м3. Зміст CH в вихлопних газах зростає при дроселюванні, при роботі двигуна на режимах примусового холостого ходу (ПХХ, наприклад, при гальмуванні двигуном). При роботі двигуна на зазначених режимах погіршується процес сумішоутворення (перемішування паливо-повітряної заряду), зменшується швидкість згоряння, погіршується займання і, як результат, - виникають його часті пропуски. Виділення CH викликається неповним згорянням поблизу холодних стінок, якщо до кінця згоряння залишаються місця з сильним локальним недоліком повітря, недостатнім розпилюванням палива, при незадовільному завихрення повітряного заряду і низьких температурах (наприклад, режим холостого ходу). Вуглеводні утворюються в переобогащенная зонах, де обмежений доступ кисню, а також поблизу порівняно холодних стінок камери згоряння. Вони грають активну роль в утворенні біологічно активних речовин, що викликають подразнення очей, горла, носа і їх захворювання, і завдають шкоди рослинному і тваринному світу.
Вуглеводневі сполуки надають наркотичну дію на центральну нервову систему, можуть бути причиною хронічних захворювань, а деякі ароматичні CH володіють отруйними властивостями. Вуглеводні (олефіни) і оксиди азоту при певних метеорологічних умовах активно сприяють утворенню смогу.
Смог від вихлопних газів.
Смог (Smog, від smoke дим і fog - туман) отруйний туман, що утворюється в нижньому шарі атмосфери, забрудненої шкідливими речовинами від промислових підприємств, вихлопними газами від автотранспорту і тепловироблювальних установок при несприятливих погодних умовах. Він являє собою аерозоль, що складається з диму, туману, пилу, частинок сажі, крапельок рідини (у вологому атмосфері). Виникає в атмосфері промислових міст за певних метеорологічних умовах. Вступники в атмосферу шкідливі гази вступають в реакцію між собою і утворюють нові, в тому числі і токсичні сполуки. В атмосфері при цьому відбуваються реакції фотосинтезу, окислення, відновлення, полімеризації, конденсації, каталізу і т.д. В результаті складних фотохімічних процесів, стимульованих ультрафіолетовою радіацією Сонця, з оксидів азоту, вуглеводнів, альдегідів та інших речовин утворюються фотооксидантами (окислювачі).
Низькі концентрації NO2 можуть створити велику кількість атомарного кисню, який в свою чергу утворює озон і знову реагує з речовинами, що забруднюють атмосферне повітря. Наявність в атмосфері формальдегіду, вищих альдегідів та інших вуглеводневих сполук також сприяє разом з озоном утворення нових перекисних сполук. Продукти дисоціації взаємодіють з олефінами, утворюючи токсичні гідроперекісние з'єднання. При їх концентрації понад 0,2 мг / м3 настає конденсація водяної пари у вигляді дрібних крапельок туману з токсичними властивостями. Їх кількість залежить від сезону року, часу доби та інших факторів. У спекотну суху погоду зміг спостерігається у вигляді жовтої пелени (колір надає присутній в повітрі діоксид азоту NO2 крапельки жовтої рідини). Смог викликає подразнення слизових оболонок, особливо очей, може викликати головний біль, набряки, крововиливи, ускладнення захворювань дихальних шляхів. Погіршує видимість на дорогах, збільшуючи тим самим кількість дорожньо-транспортних пригод. Небезпека смогу для життя людини велика. Так, наприклад, лондонський смог 1952 р називають катастрофою, тому що за 4 дні від смогу загинуло близько 4 тис. Осіб. Наявність в атмосфері хлористих, азотних, сірчистих сполук і крапельок води сприяє утворенню сильних токсичних сполук і парів кислот, що згубно позначається на рослинах, а також спорудах, особливо на історичних пам'ятках, складених з вапняку. Природа смогов різна. Наприклад, в Нью-Йорку утворення смогу сприяють реакції фтористих і хлористих сполук з крапельками води; в Лондоні присутність парів сірчаної і сірчистої кислот; в Лос-Анджелесі (каліфорнійський або фотохімічний зміг) наявність в атмосфері оксидів азоту, вуглеводнів; в Японії - присутність в атмосфері частинок сажі і пилу.
Освіта токсичних речовин - продуктів неповного згоряння і оксидів азоту в циліндрі двигуна в процесі згоряння відбувається принципово різними шляхами. Перша група токсичних речовин пов'язана з хімічними реакціями окислення палива, що протікають як в предпламенной період, так і в процесі згоряння - розширення. Друга група токсичних речовин утворюється при з'єднанні азоту та надлишкового кисню в продуктах згоряння. Реакція утворення окислів азоту носить термічний характер і не пов'язана безпосередньо з реакціями окислення палива. Тому розгляд механізму утворення даних токсичних речовин доцільно вести окремо.
До основних токсичним викидам автомобіля відносяться: відпрацьовані гази (ОГ), картерів гази і паливні випаровування. Відпрацьовані гази, що викидаються двигуном, містять окис вуглецю (СО), вуглеводні (С Х H Y), оксиди азоту (NO X), альдегіди і сажу. Картерів гази - це суміш частини відпрацьованих газів, яка проникла через нещільності поршневих кілець в картер двигуна, з парами моторного масла. Паливні випаровування надходять в навколишнє середовище з системи живлення двигуна: стиків, шлангів і т.д. Розподіл основних компонентів викидів у карбюраторного двигуна наступне: відпрацьовані гази містять 95% СО, 55% С Х HY і 98% NO X, картерів гази по - 5% З Х HY, 2% NO X, а паливні випаровування - до 40% С Х HY. У загальному випадку в складі відпрацьованих газів двигунів можуть міститися такі нетоксичні і токсичні компоненти: О, О 2, О 3, С, СО, СО 2, СН 4, C n H m, C n H m О, NO, NO 2, N, N 2, NH 3, HNO 3, HCN, H, H 2, OH, H 2 O.
Шкідливі токсичні викиди можна розділити на регламентовані і нерегламентовані. Вони діють на організм людини по-різному. Шкідливі токсичні викиди: СО, NO X, C X H Y, R X CHO, SO 2, сажа, дим. СО (оксид вуглецю)- цей газ без кольору і запаху, легший, ніж повітря. Утворюється на поверхні поршня і на стінці циліндра, в якому активація не відбувається внаслідок інтенсивного тепловідведення стінки, поганого розпилення палива і дисоціації СО 2 на СО і О2 при високих температурах.
NO X (оксиди азоту)- найтоксичніший газ з ОГ.
N - інертний газ при нормальних умовах. Активно реагує з киснем при високих температурах.
Викид з ОГ залежить від температури середовища. Чим більше навантаження двигуна, тим вище температура в камері згоряння, і відповідно збільшується викид оксидів азоту.
Гідроводороди (С x Н y)- етан, метан, бензол, ацетилен і ін. Токсичні елементи. ОГ містять близько 200 різних гідроводородов.
У дизельних двигунах З x Н y утворюються в камері згоряння через гетерогенної суміші, тобто полум'я гасне в дуже багатій суміші, де не вистачає повітря за рахунок неправильної турбулентності, низької температури, поганого розпилення.
ДВС викидає більшу кількість С x Н y, коли працює в режимі холостого ходу, за рахунок поганої турбулентності і зменшення швидкості згоряння.
дим- непрозорий газ. Дим може бути білим, синім, чорним. Колір залежить від стану ОГ.
Білий і синій дим- це суміш краплі палива з мікроскопічним кількістю пара; утворюється через неповного згоряння і подальшої конденсації.
Білий димутворюється, коли двигун знаходиться в холодному стані, а потім зникає через нагрівання. Відмінність білого диму від синього визначається розміром краплі: якщо діаметр краплі більше довжини хвилі синього кольору, то око сприймає дим як білий.
Синій дим буває від масла. Наявність диму показує, що температура недостатня для повного згоряння палива. Чорний дим складається з сажі. Дим негативно впливає на організм людини, тварин і рослинність.
сажа- являє собою аморфне тіло без кристалічної решітки; в ОГ дизельного двигуна сажа складається з невизначених частці з розмірами 0,3 ... 100 мкм.
Причина утворення сажі полягає в тому, що енергетичні умови в циліндрі дизельного двигуна виявляються достатніми, щоб молекула палива зруйнувалася повністю. Більш легкі атоми водню дифундують в багатий киснем шар, вступають з ним в реакцію і як би ізолюють вуглеводневі атоми від контакту з киснем. Освіта сажі залежить від температури, тиску в камері згоряння, типу палива, відносини паливо-повітря.
SO 2 (оксид сірки)- утворюється під час роботи двигуна з палива, одержуваного з сірчистої нафти (особливо в дизелях); ці викиди подразнюють очі, органи дихання. SO 2, H 2 S - дуже небезпечні для рослинності.
Головним забруднювачем атмосферного повітря свинцем в Російській Федерації в даний час є автотранспорт, який використовує етилований бензин: від 70 до 87% загальної емісії свинцю за різними оцінками. РЬО (оксиди свинцю)- виникають в ОГ карбюраторних двигунів, коли використовується етилований бензин. При спалюванні однієї тонни етилованого бензину в атмосферу викидається приблизно 0,5 ... 0,85 кг оксидів свинцю. За попередніми даними, проблема забруднення навколишнього середовища свинцем від викидів автотранспорту стає значущою в містах з населенням понад 100 000 чоловік і для локальних ділянок уздовж автотрас з інтенсивним рухом. Радикальний метод боротьби із забрудненням навколишнього середовища свинцем викидами автомобільного транспорту - відмова від використання етилованого бензину.
Альдегіди (R x CHO)- утворюються, коли паливо спалюється при низьких температурах або суміш дуже бідна, а також з-за окислення тонкого шару масла в стінці циліндра. При спалюванні палива при високих температурах ці альдегіди зникають.
Забруднення повітря йде по трьох каналах: 1) ОГ, що викидаються через вихлопну трубу (65%); 2) картерів гази (20%); 3) вуглеводні в результаті випаровування палива з бака, карбюратора і трубопроводів (15%).
