Газы автотранспорта остаются в приземном слое атмосферы, что затрудняет их рассеивание. Узкие улицы и высокие здания также способствуют задерживанию токсических соединений выхлопных газов в зоне дыхания пешеходов. В состав выхлопных газов автотранспорта входит более 200 компонентов, тогда как нормируются из них лишь немногие (дымность, оксиды углерода и азота, углеводороды).[ ...]

Состав выхлопных газов зависит от ряда факторов: типа двигателя (карбюраторный, дизельный), режима его работы и нагрузки, технического состояния и качества топлива (табл. 10.4, 10.5).[ ...]

Выхлопные газы помимо углеводородов, входящих в состав топлива, содержат продукты неполного его сгорания, такие как ацетилен, олефины и карбонильные соединения. Количество ЛОС в выхлопных газах зависит от условий работы двигателя. Особенно большое количество вредных примесей поступает в окружающий воздух, когда двигатель работает на «холостом» ходу - при кратковременных остановках и на перекрестках.[ ...]

В состав выхлопных газов входят такие токсичные вещества как угарный газ, окислы азота, сернистый газ, соединения свинца и различные канцерогенные углеводороды.[ ...]

В состав выхлопных газов карбюраторных и дизельных двигателей входит около 200 химических соединений, из которых наиболее токсичны оксиды углерода, азота, углеводороды, в т. ч. полициклические ароматические углеводороды (бенз(а)пирен и др.). При сжигании 1 л бензина в воздух поступает 200-400 мг свинца, входящего в состав антиде-тонационной присадки. Транспорт является также источником пыли, возникающей от разрушения дорожных покрытий и истирания шин.[ ...]

Так как состав выхлопных газов зависит от смеси топлива и воздуха и момента зажигания, он также будет зависеть и от характера вождения. Для достижения наибольшей мощности требуются смеси с 10-15%-ным обогащением, в то время как наиболее экономичной является скорость при несколько меньшем обогащении топлива. Для большинства двигателей на холостом ходу требуются обогащенные смеси, и продукты горения неполностью выбрасываются из цилиндра. При ускорении движения давление в топливной системе снижается и топливо конденсируется на стенках коллектора. Для предотвращения обеднения топливной смеси служит карбюратор, обеспечивающий подачу большего количества топлива при ускорении движения. При снижении скорости с помощью закрытого дросселя вакуум в коллекторе увеличивается, снижается подсос воздуха и чрезмерно возрастает насыщенность смеси. При таких колебаниях выбросы в значительной степени зависят от требований, предъявляемых к двигателю (табл.[ ...]

Вопрос о выхлопных газах и аэрозолях, выделяемых в воздух автомобильными двигателями, требует значительно более интенсивного изучения. В этом направлении получены уже некоторые данные о составе выхлопных газов, из которых следует, что состав их изменяется под влиянием многочисленных факторов, куда входят конструкция двигателя, режим работы и уход за двигателем, а также используемое горючее (Faith, 1954; Fitton, 1954). В настоящее время планируется интенсивное изучение влияния всех составных частей выхлопных газов в хроническом эксперименте, на животных.[ ...]

Бесцветный газ, без запаха и вкуса. Плотность по отношению к воздуху 0,967. Температура кипения - 190°С. Коэффициент растворимости в воде 0,2489 (20°), 0,02218 (30°), 0,02081 (38°), 0,02035 (40°). Вес 1 л газа при 0°С и 760 мм рт. ст. 1,25 г. Входит в состав различных газовых смесей, коксового, сланцевого, водяного, древесного, доменного газов, выхлопных газов автотранспорта и др.[ ...]

Отработавшие газы автомобилей и других двигателей внутреннего сгорания являются основным источником загрязнения атмосферы городов (до 40% всех загрязнений в США). Многие специалисты склонны рассматривать проблему загрязнения атмосферы как проблему загрязнения ее отработавшими газами различных двигателей (автомобили, моторные лодки и суда, реактивные двигатели самолетов и т. д.). Состав этих газов очень сложен, поскольку, помимо углеводородов различных классов, они содержат токсичные неорганические вещества (оксиды азота, углерода, соединения серы, галогены), а также металлы и металлорганиче-ские соединения . Анализ подобных композиций, содержащих неорганические и органические соединения с широким интервалом температур кипения (углеводороды С1-С12) встречает значительные трудности, и для его осуществления, как правило, используют несколько аналитических методов. В частности, оксид и диоксид углерода определяют методом ИК-спектроскопии, оксиды азота- с помощью хемилюминесценции, а для обнаружения углеводородов применяют газовую хроматографию . С ее помощью можно анализировать и неорганические компоненты выхлопных газов, причем чувствительность определения составляет около 10-4% для СО, 10-2% для N0 , 3-10-4% для С02 и 2-10“5% для углеводородов , но анализ сложен и трудоемок.[ ...]

На концентрации выхлопных газов в тоннеле влияют: 1) интенсивность, состав и скорость транспортного потока; 2) длина, конфигурация и степень заглубления тоннеля; 3) направление и скорость господствующих ветров по отношению к оси тоннеля.[ ...]

В табл. 12.1 приведен состав основных примесей в выхлопных газах бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания (ДВС).[ ...]

Выше упоминалось, что состав выхлопных газов заметно меняется с изменением режима работы двигателя, поэтому реактор должен быть рассчитан с учетом изменения концентраций. Кроме того, для протекания реакции требуются повышенные температуры, поэтому реактор должен обеспечивать быстрый подъем температуры, так как в холодном реакторе будет конденсироваться вода. К техническим трудностям добавляется необходимое условие, чтобы система реактора функционировала длительное время без технического ухода. В отличие от других приспособлений в машине в этом случае автомобилист не будет обращать внимание на систему реактора, не дающую ему практической отдачи, и, возможно, он не получит реальных сигналов о том, что система вышла из строя. Кроме того, контролировать эффективность очистной системы путем регулярных проверок и технических осмотров значительно труднее, чем добиться определенного среднего уровня надежности конструкции.[ ...]

Количественный и качественный состав выхлопных газов зависит от вида и качества топлива, типа двигателя, его характеристик, технического состояния, квалификации механиков, обеспечения автохозяйства диагностической аппаратурой и др.[ ...]

Для определения двуокиси азота в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания автомобилей и в отходящих газах ванн регенерации серебра предложена непроточная электрохимическая ячейка, обладающая длительным ресурсом работы - 120 суток. Рабочим электродом служит платина или графит, а вспомогательным - уголь марки Б. Поглотительный раствор имеет состав 3% по КВг и 1% по Н2304. Нижний предел анализируемой концентрации двуокиси азота данной непроточной ячейкой 0,001 мг/л .[ ...]

В табл. 3 приведен ориентировочный состав выхлопных газов карбюраторных и дизельных двигателей (И. Л. Варшавский, 1969).[ ...]

Значительное загрязнение атмосферы происходит выхлопным! газами автомобильного транспорта. В их состав входит большая гамм: токсичных веществ, главными из которых являются: СО, NOx- углево дороды, канцерогенные вещества. К загрязнителям воздушного бассей на от автомобильного транспорта следует отнести также резиновун пыль, образующуюся в результате истирания автопокрышек.[ ...]

Техническое состояние двигателя. Большое влияние на состав выхлопных газов оказывает техническое состояние двигателя и прежде всего карбюратора. Исследования, проведенные Ж- Г. Манусаджанцем (1971), показали, что после установки на автомобилях, имевших ранее повышенное содержание окиси углерода в выхлопных газах (5-6%), новых, правильно отрегулированных карбюраторов концентрация этого газа снизилась до 1,5%. Неисправные карбюраторы после ремонта и регулировки также обеспечивали уменьшение содержания окиси углерода в выхлопных газах до 1,5-2%.[ ...]

Простая мера-регулировка двигателей может снизить токсичность выхлопных газов в несколько раз. Поэтому в городах создаются контрольно-измерительные пункты для диагностики двигателей машин. В автохозяйстве на специальных беговых барабанах, заменяющих полотно дороги, машина проходит испытание, в ходе которого измеряется химический состав газов двигателя при разных режимах работы. Машина с большим выбросом выхлопных газов на линию не должна выпускаться. По имеющимся в литературе данным, одна эта мера может снизить загрязнение атмосферного воздуха в 1980 г. в 3,2 раза, а к 2000 г.-в 4 раза.[ ...]

В рассматриваемой схеме предусматривается часть тепловой энергии выхлопных газов в отопительный период использовать для теплофикационных целей КС, прилегающих населенных пунктов, тепличных и животноводческих хозяйств. Комплексная энерготехнологическая установка на КС включает в свой состав многие агрегаты, узлы и оборудование, представленные на схеме рис.1, которые показали высокую экономичность и успешно эксплуатируются в течение длительного времени в различных отраслях промышленности.[ ...]

В условиях Южно-Сахалинска, где основными загрязнителями являются выхлопные газы автотранспорта и отходы ТЭЦ, специальных работ по воздействию их на отдельные объекты растительного мира не проводилось. В ходе работ по определению микроэлементарного состава ряда растений, в том числе и луговых и сорных трав, были проведены некоторые наблюдения за содержанием токсичных микроэлементов в надземной массе растений в черте города и за его пределами, а также на рекультивируемых отработанных картах золоотвала Южно-Сахалинской ТЭЦ. Химический состав зависит как от вида, так и от внешних условий существования, поэтому для определения свинца брались пробы следующих видов растений: ежи сборной (Dactylis glomerata L.), клевера ползучего (Trifolium repens L.), вейника Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii (Link) Trin.), мятлика лугового (Роа pratensis L.), одуванчика аптечного (Taraxacum officinale Web.) - в черте города, на обочинах дорог и для контроля - в местах, удаленных от антропогенного воздействия.[ ...]

Уже упоминалось о том, что солнечные лучи могут изменять химический состав загрязнителей атмосферного воздуха. Особенно заметно это выступает в случае загрязнителей окислительного типа, когда солнечные лучи могут привести к образованию раздражающего газа из нераздражающего (Haagen-Smit a. Fox, 1954). Фотохимические превращения этого типа происходят при реакции между содержащимися в воздухе углеводородами и окислами азота, причем главным источником как тех, так и других являются выхлопные газы автомобилей. Эти фотохимические реакции имеют настолько большое значение (например, в Лос-Анжелосе), что для разрешения этой частной проблемы, выдвигаемой автомобильными выхлопными газами, прилагаются огромные усилия. К разрешению этой проблемы подходят с трех различных сторон: а) путем изменения топлива для двигателей; б) путем изменения конструкции двигателя; в) изменяя химический состав выхлопных газов после их образования в двигателе.[ ...]

Вам может показаться странным, что здесь не упоминается окись углерода (угарный газ), которая, как все хорошо знают, входит в состав выхлопных газов автомобиля. Каждый год погибает немало людей, имеющих привычку опробовать двигатель в закрытом гараже или поднимать йсе стекла у машины, в выхлопной системе которой имеется утечка. В больших концентрациях угарный газ, безусловно, смертелен: соединяясь с гемоглобином крови, он препятствует переносу кислорода от легких ко всем органам тела. Но на открытом воздухе в подавляющем большинстве случаев концентрация окиси углерода настолько мала, что не представляет опасности для здоровья человека.[ ...]

Отметим, что значительное количество окиси углерода попадает в атмосферный воздух с выхлопными газами автомобилей и других транспортных средств, снабженных карбюраторными двигателями внутреннего сгорания, в выхлопе которых содержится СО от 2 до 10% (большие значения соответствуют режи мам малых оборотов) . В связи с этим особое внимание уделяется освоению карбюраторов, выпускаемых под условным названием «Озон» для легковых автомобилей «Жигули». Благодаря ряду технических новшеств этот карбюратор позволяет значительно уменьшить выброс в атмосферу с выхлопными газами вредных для организма человека веществ. По рекомендации Центрального научно-исследовательного автомобильного и автомоторного института на карбюраторе применено устройство «Каскад», которое оптимизирует состав топливно-воздушной смеси, давая тем самым возможность не только уменьшить токсичность выбросов, но и снизить удельный расход бензина.[ ...]

Оксид углерода образуется при неполном сгорании веществ, содержащих углерод. Он входит в состав газов, выделяющихся в процессах выплавки и переработки черных и цветных металлов, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, газов» образующихся при взрывных работах, и т. д.[ ...]

Современные методы анализа позволяют наряду с возрастом отдельных слоев льда определить состав воздуха в период их образования, следить за нарастанием загрязнения воздуха. Так, в 1968 г. было установлено, что уровень окисла свинца, поступающий в воздух преимущественно с выхлопными газами автомобилей, составляет уже около 200 мг на 1 т льда. Авторы книги «Осажденные вечным льдом», из которой взяты эти цифры, комментируют их так: «Лед, этот безмолвный свидетель эволюции климата Земли, сигнализирует об огромной опасности. Внемлет ли ему человечество?» .[ ...]

Такие исследования также создают предпосылки для разработки специальных прогностических моделей, связывающих состав топлива и его свойства с выбросами выхлопных газов для семейств автомобилей, начиная с наиболее ранних транспортных средств, не оборудованных каталитическими нейтрализаторами, до автомобилей последних моделей, произведенных с применением самых новейших технологий. Эта взаимосвязь между свойствами, составом и выбросами является чрезвычайно сложной, поэтому такие модели позволяют разработчикам топлив находить определенные пределы составов топливных композиций, при которых изменения характеристик топлива могут оказывать измеримое, поддающееся количественной оценке влияние на выбросы выхлопных газов. Эти пределы составов, конечно же, будут зависеть как от типа автомобилей, имеющихся на конкретном рынке, так и от возможностей производства топлива. Таким образом, и в этом случае для понимания всего процесса необходимо располагать четкой картиной, характеризующей оба этих фактора.[ ...]

Фенолы используют для дезинфекции, а также изготовления клеев и фенолформальдегидных пластмасс. Кроме того, они входят в состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей, образуются при сгорании и коксовании дерева и угля.[ ...]

Под воздействием выбросов, осуществляемых промышленными предприятиями, химически активных отбросов и остатков от основного производства существенно изменяется состав атмосферного воздуха в городах. В нем значительно увеличивается процент содержания пыли, кроме того, появляются «следы» веществ, не характерных для окружающей среды в естественном состоянии. Усиливающийся рост выхлопных газов автомобильного транспорта способствует развитию тяжелых заболеваний органов дыхания. Выбросы вредных веществ от автотранспорта и промышленных предприятий обусловливают повышенную загрязненность воздуха оксидами серы, сульфатов, углекислого газа, угарного газа, оксидами азота, сероводорода, аммиака, ацетона, формальдегида и др. Раздражающее действие атмосферных загрязнений проявляется неспецифической реакцией организма. В острых случаях высокого загрязнения воздуха отмечаются раздражение, конъюнктивы, кашель, повышенное слюноотделение, спазм голосовой щели и некоторые другие симптомы. При хронической загрязненности воздуха отмечается известная вариабельность перечисленных симптомов и их менее выраженный характер. Загрязнение атмосферного воздуха городов является той причиной, которая увеличивает сопротивляемость току воздуха в дыхательных путях.[ ...]

Контроль за состоянием воздушной среды в Федеративной республике Германии осуществляет сеть постов и 9 постоянных станций (Мюнхен), следящих за содержанием в атмосфере вредных газов и пыли 15. Наиболее опасными для ■окружающей среды являются вещества, входящие в состав выхлопных газов автомобилей. Данные измерений поступают в центр обработки, оборудованный ЭВМ, для составления необходимых характеристик загрязнения воздуха и их ¡классификации.[ ...]

Автомобильный транспорт не относится к числу ведущих источников поступления сернистого ангидрида в атмосферу. В книге И. Л. Варшавского, Р. В. Малова «Как обезвредить отработанные газы автомобиля» (1968) вопрос о сернистом ангидриде как выбросе двигателя автомашины вообще не рассматривается. Эта позиция согласуется с результатами исследований в 1974-1975 годах воздуха на магистралях оживленного автомобильного движения в Ленинграде, где наблюдались единичные случаи незначительного превышения допустимых концентраций сернистого ангидрида (Г. В. Новиков и др., 1975). Однако, по данным США (В. Н. Смеляков, 1969), годичный выброс окислов серы автомобилями в этой стране достигает 1 млн. т, т. е. соизмерим с выбросом твердых частиц. В Англии за 1954 год, по данным РШоп (1956), выброс сернистого ангидрида двигателями автомашин составил 20 тыс. т. ОеШе (1973), приводя состав выхлопных газов автомобилей европейского производства, сообщает, что сернистый ангидрид составляет в среднем 0,006% выхлопа бензиновых двигателей и 0,02% -дизельных. Эти материалы убеждают в целесообразности контроля концентраций ангидрида на трассах интенсивного движения автотранспорта.[ ...]

Кроме того, эти знания и данный подход могут применяться для вновь разрабатываемых технологий двигателей. Как показано на рис. 1, ожидается, что будущее направление работ по минимизации выбросов выхлопных газов традиционных двигателей будет сдвигаться в сторону создания полностью оптимизированных систем, охватывая при этом автомобиль, двигатель и топливо. Основным фактором этого процесса будет знание того, как правильно подобрать состав специальных топлив, с тем чтобы они стали пригодными для таких систем.[ ...]

В качестве примеров практического применения перспективных лазерных диодов на РЬ, Бп, Те можно привести два проекта, разрабатываемые американской фирмой «Техас-Инструмент» (Даллас) . В первом из них разрабатывается компактное устройство (весом не более 4,5 кг) на перестраиваемом лазерном диоде для контроля промышленных выбросов из труб на содержание 302, N02 н других газов. Второй проект преследует цель создания удобного прибора для контроля выхлопных газов автомобилей на содержание СО, С02, остатков несгоревших углеводородов и серусодержа-щих газов. Построенные макеты представляют собой матрицы из ряда лазерных днодов, настроенных каждый на определенный газ и связанных оптические аналогичными матрицами фотоприемников. Прибор должен помещаться непосредственно в выхлопную струю. Затруднения связаны с разработкой удобного охладителя, необходимого для обеспечения режима непрерывного излучения лазера. Этот прнбор создается в качестве массового контрольного средства в связи с разрабатываемым проектом государственного стандарта США на допустимый состав выхлопных газов . Оба прибора строятся на абсорбционном методе.[ ...]

Хотя регулирование содержания серы в топливе и выбор альтернативного топлива и обладают потенциальной возможностью обеспечения косвенного снижения вредных выхлопов автомобилей, с точки зрения перспектив нефтяной компании основным фактором, учитываемым при разработке топлива с низким уровнем вредных выбросов, является возможность непосредственного влияния на выбросы выхлопных газов таких свойств топлива, как углеводородный состав, летучесть, плотность, цетановое число и т. п., а также включаемых в состав топлива кислородсодержащих соединений (окислителей) или биотоплив. В этом разделе рассмотривается первый вопрос. Последняя тема более подробно обсуждается в сопровождающей статье, публикуемой в этом же журнале .[ ...]

Круговороты азота и серы все больше подвергаются влиянию промышленного загрязнения воздуха. Окислы азота (N0 и N02) и серы (50г) появляются в ходе этих круговоротов, но лишь в качестве промежуточных стадий и присутствуют в большинстве местообитаиий в очень малых концентрациях. Сжигание ископаемого топлива сильно увеличило содержание летучих окислов в воздухе, особенно в городах; в такой концентрации они уже становятся опасными для биотических компонентов экосистем. В 1966 г. эти окислы составляли около трети общего количества (125 млн. т) промышленных выбросов в США, Основной источник БОг - работающие на угле тепловые электростанции, а основной источник N02 - автомобильные моторы. Л), а окислы азота приносят вред, попадая в дыхательные пути высших животных и человека. В результате химических реакций этих газов с другими загрязняющими веществами вредное действие тех и других усугубляется (отмечается своего рода синергизм). Разработка новых типов двигателей внутреннего сгорания, очистка горючего от серы и переход от тепловых электростанций к атомным позволят устранить эти серьезные нарушения в круговоротах азота и серы. Заметим в скобках, что такие изменения в способах производства энергии человеком выдвинут другие проблемы, о которых надо подумать заранее (см. гл. 16).[ ...]

Это обстоятельство предопределяет и следующий аргумент в пользу отечественной водородной энергетики. Он состоит в необходимости глобального подхода к решению подобных проблем. Тенденция ко всеобщей интеграции торгово-эко-номической системы сегодня такова, что требует анализа мирового рынка для подавляющей номенклатуры товаров и услуг. В этих условиях Россия уже не может быть вырвана из глобальных промышленных и торгово-экономических связей. Нельзя не считаться, не неся при этом крупных материальных и моральных потерь, со все более жесткими экологическими требованиями, закрепляемыми национальными и международным законодательством. Закон о «Чистом воздухе», принятый конгрессом США, уже упомянутые выше ужесточения на химический состав выхлопных газов воздушного и наземного транспорта в Западной Европе и других регионах планеты, а также ряд других законодательных мер служат по существу основой для Глобального экологического кодекса. Назрела необходимость создания национальной концепции использования водорода в топливной базе страны как экологически чистого горючего для воздушного и наземного транспорта. Такая концепция и соответствующая национальная программа могут быть разработаны в рамках конверсии оборонных отраслей промышленности.[ ...]

При изучении загрязнения окружающей среды выбросами какого-либо промышленного предприятия обычно учитывают лишь те химические вещества, которые на основании технологического процесса могут считаться приоритетными по валовому выбросу в атмосферный воздух или в сточные воды. Между тем значительная часть исходных и конечных продуктов производства обладает достаточно высокой реакционной способностью. Поэтому есть основания предполагать, что эти соединения взаимодействуют не только на стадии технологического процесса. Нельзя исключать возможность такого взаимодействия в воздухе производственных помещений, откуда вновь образованные продукты в качестве неорганизованных выбросов попадают в атмосферный воздух. Новые химические вещества могут получаться в результате химических и фотохимических реакций в загрязненном атмосферном воздухе, а также в воде и почве. Примером может служить образование новых химических веществ из продуктов неполного сгорания топлива, входящего в состав выхлопных газов автомобилей. В настоящее время достаточно полно изучены пути фотохимического окисления этих продуктов. Доказана возможность загрязнения атмосферного воздуха качественно новыми химическими веществами, не указанными в технологическом регламенте изучаемых предприятий .

В сущности бензин состоит из молекул углерода и кислорода. При сгорании бензина в цилиндрах двигателя углерод соединяется с кислородом, находящимся в воздухе, в результате чего образуется двуокись углерода (углекислый газ СО2), водород соединяется с кислородом, образуя воду (Н2О).

Из 1 л бензина получается примерно 0,9 л воды, которая обычно не видна, так как она выходит из системы выпуска отработавших газов в виде пара, в который превращается под воздействием высокой температуры. Только при холодном двигателе, особенно в холодное время года, видны белые облака отработавших газов, образованные сконденсированной водой.
Эти продукты горения образуются, когда воздух и топливо смешиваются в оптимальной пропорции (14,7:1). Но, к сожалению, это соотношение не всегда выдерживается, поэтому и присутствуют вредные вещества в отработавших газах.

Автомобиль Fiesta оборудован управляемым трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, дизельный двигатель - окислительным каталитическим нейтрализатором

Все без исключения автомобили оборудованы управляемым трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, автомобили с дизельными двигателями Endura-DE - окислительным каталитическим нейтрализатором. Управляемый каталитический нейтрализатор уменьшает содержание оксидов углерода примерно на 85%, углеводородов - на 80%, оксидов азота - на 70%.

Окислительные каталитические нейтрализаторы не оказывают никакого влияния на концентрацию оксидов азота. С увеличением пробега эффективность каталитического нейтрализатора снижается. Обозначение «управляемый» говорит о том, что при работе двигателя состав отработавших газов постоянно контролируется с помощью датчика концентрации кислорода и содержание вредных веществ в газах уменьшается до предписанных законодательством норм.

Функция датчика концентрации кислорода (лямбда-зонд)

Датчик концентрации кислорода (HO2S) на автомобиле Fiesta установлен перед каталитическим нейтрализатором в передней выхлопной трубе (рис. 11.4 ) и действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамического материала, изготовленного из диоксида циркония и оксида иттрия. Керамический материал датчика подвергается снаружи воздействию отработавших газов, его внутренняя поверхность соединена с окружающим воздухом.

Для уменьшения времени приведения датчика в нормальный рабочий режим его оборудуют электрическим подогревом. Вследствие разницы в содержании кислорода в отработавших газах и окружающем воздухе в датчике возникает разность потенциалов, которая при определенном остаточном содержании кислорода в отработавших газах сильно увеличивается.

Этот скачок напряжения происходит точно при соотношении топлива и воздуха l=1. При недостатке кислорода (l<1), т.е. при богатой топливовоздушной смеси, напряжение составляет 0,9–1,1 В. При бедной смеси (l>1) напряжение уменьшается до 0,1 В.

Сигнал датчика концентрации кислорода передается блоку управления системой впрыска топлива. Блок обогащает или обедняет топливовоздушную смесь, чтобы поддерживать соотношение топлива и воздуха как можно ближе к оптимальному l=1.

Рабочая область каталитического нейтрализатора

Степень эффективности каталитического нейтрализатора является функцией рабочей температуры. Нейтрализатор начинает работать при температуре приблизительно 300 °С, которая достигается через 25–30 с движения. Рабочая температура в диапазоне 400–800 °С обеспечивает оптимальные условия для получения максимальной эффективности и большого срока службы нейтрализатора.

Керамический каталитический нейтрализатор восприимчив к сверхвысокой температуре. Если его температура превышает 900 °С, начинается процесс интенсивного старения, а при температурах свыше 1200 °С его работоспособность полностью нарушается.

Активный слой состоит из металлов, чувствительных к содержанию свинца в топливе, при отложении которого активность каталитического слоя быстро уменьшается. Поэтому двигатели с каталитическими нейтрализаторами следует эксплуатировать только на неэтилированном бензине.

Каталитический нейтрализатор имеет пористое керамическое основание, покрытое драгоценными металлами - платиной и родием и заключенное в оболочку из нержавеющей стали. Расположенное на проволочной сетке керамическое основание пронизано большим количеством параллельно расположенных каналов. На стенках каналов нанесен промежуточный слой для увеличения активной поверхности каталитического нейтрализатора (рис. 11.5 ).

Каталитический нейтрализатор содержит 2–3 г драгоценных металлов, причем платина способствует окислению, а родий - восстановлению окислов азота.

Каталитический нейтрализатор нейтрализует такие вредные вещества, как угарный газ, углеводород и оксиды азота (поэтому он называется трехкомпонентный каталитический нейтрализатор).

ПРАКТИЧЕСКИЙ СОВЕТ

Эксплуатация автомобилей с каталитическим нейтрализатором
Если двигатель автомобиля Fiesta не пускается из-за разрядки аккумуляторной батареи, не пытайтесь пустить двигатель, толкая или буксируя автомобиль. В каталитический нейтрализатор попадет очень много несгоревшего топлива, которое со временем приведет его в негодность.

При перебоях в зажигании или пропусках зажигания необходимо сразу же проверить систему зажигания и при дальнейшем движении избегать высокой частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Перед нанесением защитной мастики на днище кузова тщательно закройте каталитический нейтрализатор, иначе возможно возгорание.

При каждом подъеме автомобиля обязательно проверяйте теплозащитные пластины.
Негерметичность системы выпуска отработавших газов (прогоревшая прокладка, трещина от высокой температуры и т.д.) перед датчиком концентрации кислорода приводит к неправильным результатам измерения (высокая доля содержания кислорода). Поэтому электронный блок управления двигателем будет обогащать смесь, что приведет к увеличению расхода топлива и преждевременному износу каталитического нейтрализатора.

ТЕХНИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ

Состав отработавших газов
Оксид углерода (угарный газ - СО).
Чем богаче топливовоздушная смесь, тем больше образуется угарного газа. Точное управление количеством впрыскиваемого топлива, правильно установленный момент зажигания и равномерное распределение смеси в камере сгорания уменьшают содержание угарного газа в отработавших газах.

Никогда не измеряйте содержание оксида углерода в закрытых помещениях, так как угарный газ ядовит и даже небольшая его концентрация в закрытых помещениях может быть смертельна. В воздухе угарный газ относительно быстро соединяется с кислородом и образует углекислый газ. Несмотря на то что углекислый газ не ядовит, он участвует в образовании «парникового» эффекта.

Углеводороды (СН).

Соединения углеводородов объединены в одну группу. Содержание СН зависит от конструкции двигателя (неизменяемая величина). Слишком богатая или слишком бедная топливовоздушная смесь также увеличивает долю содержания СН в отработавших газах. Некоторые из них безопасны, другие могут вызывать раковые заболевания. Все соединения углеводородов совместно с оксидами азота (NOx) образуют смог (тяжело растворимые туманные облака отработавших газов).

Оксиды азота (NOx или NO) —
образуются, прежде всего, из-за наличия азота в воздухе, поступающего в камеру сгорания (свыше 3/4). Их концентрация особенно высока в конструкциях двигателей с низким расходом топлива и малым содержанием СО и СН в отработавших газах. Для этих двигателей характерны высокая температура сгорания и бедная топливовоздушная смесь. При сильной концентрации оксиды азота могут повредить органы дыхания. При соединении с водой образуются кислотные дожди.

Углекислый газ (СО2).

Образуется при сгорании топлива, содержащего углерод, при соединении с кислородом воздуха. Углекислый газ уменьшает полезное воздействие озонового слоя Земли, защищающего от вредного ультрафиолетового излучения Солнца.

Ядовитые вещества, содержащиеся в отработавших газах дизельных двигателей.
При работе дизельного двигателя образуется незначительное количество СО и СН. Из-за более высокой компрессии дизельный двигатель выбрасывает меньше оксидов азота. Но для дизельного двигателя характерны другие вредные вещества в продуктах сгорания. Например, сажа - типичная составная часть отработавших газов дизеля. Сажа состоит из несгоревших углеродов и золы.

Частицы сажи при попадании в органы дыхания становятся возбудителями рака. Двуокись серы (SO2) также образуется при наличии серы, прежде всего, в дизельном топливе. Способствует появлению серной или сернистой кислоты в дожде (кислотные дожди). Автомобили с дизельными двигателями становятся причиной 3% кислотных осадков.

Углекислый газ образуется при сгорании дизельного топлива только при более высоких концентрациях.

В современном мире принято считать, что выхлопные газы от двигателей внутреннего сгорания наносят самый большой урон окружающей среде. Однако в последнее время все чаще звучат противоречивые мнения экспертов о влиянии этих газов. В нашем привычном понимании только машины наносят вред природе, оставляя на заднем плане генераторы и установки для обогрева, подачи воды и других нужд. Согласно одному из исследований Европейского медицинского журнала, выхлопные газы автомобилей являются причиной смерти около 40 тысяч человек каждый год.

Последние открытия ученых подтвердили тот факт, что около 6% всех смертей связаны с Особой группой риска считаются дети и старики, чей организм еще не может быстро очищаться от микроскопических молекул топлива. Исходя из всего этого, тот факт, что выхлопные газы могут быть безвредными, ставится под большое сомнение. Ведь даже начинающий водитель знает, что оставаться в закрытом помещении с включенным двигателем смертельно опасно.

Первые угарным газом:

1) При краткосрочном отравлении начнется раздражение слизистых глаз, носа и горла. Дальнейшее воздействие приведет к рвоте и, вероятнее всего, потере сознания. Для больных астмой и эмфиземой такое отравление может оказаться последним.

2) Сонливость, появившаяся усталость и потеря сознания также являются на протяжении длительного времени малыми дозами.

3) Нечеткое зрение, ухудшение головокружения явно говорят о том, что повреждена центральная нервная система.

Температура выхлопных газов является первопричиной всего наносимого вреда. Дело в том, что, чем выше температура, тем быстрее образуются продукты горения, что приводит к увеличению концентрации вредных веществ во время выхлопа. Довольно часто врачи диагностируют гипоксию у водителей, которые большую часть времени находятся в дороге. В их числе дальнобойщики, таксисты, перевозчики и многие другие.

Но все не настолько страшно, как может показаться. Достаточно просто следовать следующим советам, и это сбережет здоровье вам и вашим близким:

1) внутри гаража или возле домовой территории старайтесь как можно меньше оставлять автомобиль в рабочем состоянии;

2) приобретайте качественное топливо;

и вы живете в частном секторе, то при установке забора рекомендуем делать небольшой зазор между землей и началом полотна. Так как выхлопные газы тяжелее воздуха, они будут выходить в данные промежутки. При возможности специалисты рекомендуют одну сторону забора сделать “прозрачной”, что ускорит вентиляцию тяжелых газов;

4) как можно дальше от жилых помещений устанавливайте различные дизельные генераторы. Разработайте систему отвода газов от вашего участка даже при сильном ветре. Лучше потратить несколько лишних тысяч, чем через 4-5 лет превратиться в астматика.

Помните, что любое топливо и его испарения опасны для здоровья даже за пределами автомобильных двигателей или генераторов.

Основными источниками выбросов автомобиля являются двигатель внутреннего сгорания, испарение топлива через систему вентиляции топливного бака, а также ходовая часть: в результате трения шин о дорожное покрытие, износа тормозных колодок и коррозии металлических деталей независимо от выбросов двигателя образуются частицы мелкодисперсной пыли. При эрозии катализатора выделяются платина, палладий и родий, а при износе накладок сцепления также выделяются токсичные вещества, такие как свинец, медь и сурьма. Для этих вторичных выбросов автомобилей также должны быть установлены предельные значения.

Вредные вещества

Рис. Состав выхлопных газов

Состав отработавших (выхлопных) газов автомобиля включает множество веществ или групп веществ. Преобладающей частью компонентов ОГ являются неядовитые, содержащиеся в обычном воздухе газы. Как показано на рисунке, лишь небольшая часть ОГ является вредной для окружающей среды и здоровья людей. Несмотря на это, необходимо дальнейшее снижение концентрации токсичных компонентов ОГ. Хотя современные автомобили сегодня дают очень чистый выхлоп (у автомобилей Евро-5 он в некоторых аспектах даже чище всасываемого воздуха), огромное число эксплуатируемых автомобилей, которых только в Германии насчитывается около 56 млн единиц, выбрасывает значительное количество ядовитых и вредных для здоровья веществ. Исправить ситуацию призваны новые технологии и введение более жестких требований к экологичности ОГ.

Оксид углерода (СО)

Оксид углерода (угарный газ) СО - газ без цвета и запаха. Это яд для дыхательной системы, нарушающий функцию центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. В человеческом организме он связывает красные кровяные тельца и вызывает кислородное голодание, которое за короткое время приводит к смерти от удушья. Уже при концентрации в воздухе 0,3% по объему угарный газ в очень короткое время убивает человека. Действие зависит от концентрации СО в воздухе, от длительности и глубины вдыхания. Лишь в среде с нулевой концентрацией СО он может быть выведен из организма через легкие.

Оксид углерода всегда возникает при недостатке кислорода и при неполном сгорании.

Углеводороды (СН)

Углеводороды выбрасываются в атмосферу в виде несгоревшего топлива. Они оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки и органы дыхания человека. Дальнейшая оптимизация рабочего процесса двигателя возможна лишь путем совершенствования производственных технологий и углубления знаний о процессах сгорания.

Углеводородные соединения возникают в виде парафинов, олефинов, ароматов, альдегидов (особенно формальдегидов) и полициклических соединений. Экспериментально доказаны канцерогенные и мутагенные свойства более 20 полициклических ароматических углеводородов, которые в силу своего малого размера способны проникать до легочных пузырьков. Самыми опасными углеводородными соединениями считаются бензол (С6Н6), толуол (метилбензол) и ксилол (диметилбензол, общая формула С6Н4 (СН3)2). К примеру, бензол может вызвать у человека изменения картины крови и привести к возникновению рака крови (лейкемии).

Причиной выбросо углеводородов в атмосферу всегда является неполное сгорание топлива, недостаток кислорода, а при очень обедненной смеси - слишком медленное сгорание топлива.

Окислы азота (NOх)

При высокой температуре сгорания (более 1100°С) содержащийся в воздухе реакционно инертный азот активируется и вступает в реакции со свободным кислородом в камере сгорания, образуя окислы. Они очень вредны для окружающей среды: становятся причинами образования смога, гибели лесов, выпадения кислотных дождей; также окислы азота являются переходными веществами для образования озона. Они - яд для крови, вызывают рак. В процессе сгорания возникают различные окислы азота - NO, NO2, N2O, N2O5- имеющие общее обозначение NOx. При соединении их с водой возникают азотная (HNO3) и азотистая (HNO2) кислоты. Диоксид азота (NO2) - красно-коричневый ядовитый газ с едким запахом, раздражающий органы дыхания и образующий соединения с гемоглобином крови.

Это самый проблематичный из всех окислов азота и в перспективе для него будут действовать отдельные нормы по допустимой концентрации. Доля NO2 в общих выбросах оксидов азота в будущем должна будет составлять менее 20%. В директиве 1999/30/EG с 2010 года предельно допустимая концентрация N02 установлена на уровне 40 мкг/м Соблюдение этой предельной концентрации предъявляет особые требования к защите от вредных выбросов.

Самые благоприятные условия для образования окислов азота - высокая температура сгорания обедненной топливовоздушной смеси. Системы рециркуляции ОГ позволяют снизить долю окислов азота в выхлопе автомобилей.

Оксиды серы (SOx)

Оксиды серы образуются из содержащейся в топливе серы. В процессе сгорания сера реагирует с кислородом и водой, образуя оксиды серы, серную (H2SO4) и сернистую (H2SO3) кислоты. Оксид серы - основная составляющая кислотных дождей и причина гибели лесов. Это водорастворимый едкий газ, воздействие которого на организм человека проявляется в покраснении, опухании и усилении секреции влажных слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. Диоксид серы воздействует на слизистые носоглотки, бронхов и глаз. Наиболее часто местом «атаки» диоксида серы являются бронхи. Сильное раздражающее воздействие на дыхательные пути объясняется образованием сернистой кислоты во влажной среде. Вглубь дыхательных путей попадают взвешенный в мелкодисперсной пыли диоксид серы SO2 и аэрозоль серной кислоты. Наиболее чувствительно реагируют на растущую концентрацию диоксида серы в воздухе астматики и маленькие дети. Высокое содержание серы в топливе сокращает срок службы катализаторов бензиновых зельных двигателей.

Снижение выбросов диоксида серы реализуется путем ограничения содержания серы в топливе. Цель - топливо, не содержащее серы.

Сероводород (H2S)

Последствия воздействия этого газа на органическую жизнь пока не совсем ясны науке, однако известно, что у человека он способен вызвать тяжелые отравления. В тяжелых случаях возникает угроза удушья, потеря сознания и паралич центральной нервной системы. При хроническом отравлении отмечается раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. Запах сероводорода ощущается уже при концентрации его в воздухе в количестве 0,025 мл/м3.

Сероводород в выхлопных газах возникает при определенных условиях, причем, несмотря даже на наличие катализатора, и зависит от содержания серы в топливе.

Аммиак (NH3)

Вдыхание аммиака приводит к раздражению дыхательных путей, кашлю, одышке и удушью. Также аммиак вызывает воспаляющиеся покраснения на коже. Прямое отравление аммиаком случается редко, так как даже большие его количества быстро превращаются в мочевину. При прямом вдыхании большого количества аммиака функции легких зачастую нарушаются на долгие годы. Особенно опасен этот газ для глаз. При сильном воздействии аммиака на глаза могут наступить помутнение роговицы и слепота.

При определенных условиях аммиак может образоваться даже в катализаторе. В то же время аммиак оказывается полезен в качестве восстановителя для катализаторов SCR.

Сажа и частицы

Сажа - это чистый углерод и нежелательный продукт неполного сгорания углеводородов. Причиной образования сажи является недостаток кислорода при сгорании или преждевременное охлаждение сжигаемых газов. Частицы сажи часто связываются с несгоревшими остатками топлива и моторного масла, а также воды, продуктов износа деталей двигателя, сульфатов и пепла. Частицы сильно отличаются друг от друга по форме и размеру.

Таблица. Классификация частиц

В таблице показана классификация и размеры частиц. Наиболее часто при работе двигателя образуются частицы диаметром около 100 нанометров (0,0000001 м или 0,1 мкм); такие частицы способны естественным путем попадать в легкие человека. При агглютинации (склеивании) частичек сажи друг с другом и другими компонентами масса, количество и распределение частиц в воздухе могут значительно меняться. Основные компоненты частиц представлены на рисунке.

Рис. Основные компоненты частиц

Благодаря своей губчатой структуре частички сажи могут захватывать как органические, так и неорганические вещества, образующиеся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. В результате масса частичек сажи может возрасти в три раза. Это будут уже не отдельные частички углерода, а правильной формы агломераты, образующиеся вследствие молекулярного притяжения. Размер таких агломератов может достигать 1 мкм. Выбросы сажи и других частиц особенно активно происходят при сгорании дизельного топлива. Эти выбросы считаются канцерогенными. Опасные наночастицы представляют количественно большую долю частиц, но по массе составляют лишь небольшой процент. По этой причине предлагается ограничивать содержание частиц в ОГ не по массе, а по количеству и распределению. В перспективе предусмотрено дифференцирование между размером частиц и их распределением.

Рис. Состав частиц

Выбросы частиц при работе бензиновых двигателей на два-три порядка ниже, чем при работе дизельных двигателей. Тем не менее, данные частицы обнаруживаются даже в выхлопе бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива. Поэтому есть предложения по ограничению предельного содержания частиц в отработавших газах автомобилей. Сублимация - непосредственный переход вещества из твердого состояния в газообразное, и наоборот. Сублиматом называют твердый осадок газа при его охлаждении.

Мелкая пыль

При работе двигателей внутреннего сгорания образуются также особо мелкие частицы - пыль. Она состоит главным образом из частиц полициклических углеводородов, тяжелых металлов и соединений серы. Часть фракций пыли способна проникать в легкие, другие фракции в легкие не проникают. Фракции размером более 7 мкм менее опасны, так как отфильтровываются собственной системой фильтрации человеческого организма.

Различный процент более мелких фракций (менее 7 мкм) проникают в бронхи и легочные пузырьки (альвеолы), вызывая локальное раздражение. В области легочных пузырьков растворимые компоненты попадают в кровь. Собственная система фильтрации организма справляется не со всеми фракциями мелкой пыли. Атмосферные пылевые загрязнения называют также аэрозолями. Они могут быть в твердом или жидком состоянии и в зависимости- от размеров могут иметь различный период существования. При движении мельчайшие частички могут соединяться в более крупные с относительно стабильным периодом существования в атмосфере. Такими свойствами в основном обладают частицы диаметром от 0,1 мкм до 1 мкм.

При оценке образования мелкой пыли в результате работы автомобильного двигателя следует отличать эту пыль от пыли, образующейся естественным путем: пыльцы растений, дорожной пыли, песка и многих других веществ. Нельзя недооценивать и такие источники мелкой пыли в городах, как износ тормозных колодок и шин. Так что выхлопы дизельных двигателей - не единственный «источник» пыли в атмосфере.

Синий и белый дым

Синий дым возникает во время работы дизельного двигателя при температуре ниже 180°С из-за мельчайших конденсирующихся капелек масла. При температуре выше 180°С эти капельки испаряются. Несгоревшие углеводородные компоненты топлива участвуют в образовании синего дыма и при температурах от 70°С до 100°С. Большое количество синего дыма указывает на большой износ цилиндропоршневой группы, стержней и направляющих втулок клапанов. Слишком поздно выставленное начало подачи топлива также может быть причиной образования синего дыма.

Белый дым состоит из водяного пара, возникающего во время сгорания топлива и становящегося заметным при температуре ниже 70°С. Особенно характерно появление белого дыма у форкамерных и вихрекамерных дизелей после холодного запуска. Причиной белого дыма являются также несгоревшие углеводородные компоненты и конденсаты.

Углекислый газ (СO2)

Углекислый газ - это бесцветный, негорючий, кисловатый на вкус газ. Иногда его ошибочно называют угольной кислотой. Плотность СO2 примерно в 1,5 раза выше плотности воздуха. Углекислый газ является составной частью выдыхаемого человеком воздуха (3-4%) При вдыхании воздуха, содержащего 4-6% СO2, у человека возникают головные боли, шум в ушах и учащение сердцебиения, а при более высоких концентрациях СO2 (8-10%) наступают приступы удушья, потеря сознания и остановка дыхания. При концентрации более 12 % наступает смерть от кислородного голодания. К примеру, горящая свеча тухнет при концентрации СO2 8-10% по объему. Хоть углекислый газ и относится к удушающим веществам, но как компонент выхлопа двигателя не считается ядовитым. Проблема в том, что углекислый газ, как показано на рисунке, значительно способствует глобальному парниковому эффекту.

Рис. Доля газов в парниковом эффекте

Вместе с ним развитию парникового эффекта способствуют метан, закись азота (веселящий газ, оксид диазота), фторуглеводороды и гексафторид серы. Углекислый газ, водяной пар и микрогазы влияют на радиационный баланс Земли. Газы пропускают видимый свет, но поглощают тепло, отражаемое от земной поверхности. Без этой теплозадерживающей способности средняя температура на поверхности Земли была бы около -15°С.

Это называется природным парниковым эффектом. При увеличении концентрации микрогазов в атмосфере растет доля поглощаемого теплового излучения и возникает дополнительный парниковый эффект. По оценкам экспертов, к 2050 году средняя температура на Земле вырастет на +4°С. Это может привести к повышению уровня моря более чем на 30 см, вследствие чего начнут таять горные ледники и полярные ледяные «шапки», изменится направление морских течений (в том числе Гольфстрима), изменятся воздушные потоки, а моря затопят огромные пространства суши. Вот к чему может привести парниковые газы, образующиеся при деятельности людей.

Суммарные антропогенные выбросы СO2 составляют 27,5 млрд т в год. При этом Германия относится к крупнейшим источникам СO2 в мире. Энергетически обусловленные выбросы СO2 составляют в среднем около миллиарда тонн в год. Это около 5% всего производимого в мире СO2. Средняя семья из 3 человек в Германии производит в год 32,1 т СO2. Выбросы СO2 можно уменьшить только путем снижения расхода энергии и топлива. Пока энергия добывается путем сжигания ископаемых носителей проблема образования чрезмерного количества углекислого газа будет сохраняться. Поэтому срочно необходим поиск альтернативных источников энергии. Автопромышленность интенсивно работает над решением этой проблемы. Однако бороться с парниковым эффектом можно только в глобальном масштабе. Даже если в пределах ЕС будет достигнут большой прогресс в снижении выбросов углекислого газа, в других странах в ближайшие годы может, напротив, произойти значительный рост количества выбросов. США с большим отрывом лидируют в производстве парниковых газов, как в абсолютном выражении, так и в пересчете на душу населения. Имея долю в населении Земли всего 4,6%, они производят 24% мировых выбросов углекислого газа. Это примерно вдвое больше, чем в Китае, доля которого в населении Земли составляет 20,6%. 130 миллионов автомобилей в США (это меньше 20% от общего числа автомобилей на планете) производят столько же углекислого газа, сколько вся промышленность Японии - четвертой страны в мире по выбросам СО2.

Без дополнительных мер по защите климата глобальные выбросы СО2 вырастут к 2020 году на 39% (относительно 2004 г.) и составят 32,4 млрд т в год. Выбросы углекислого газа в США в ближайшие 15 лет увеличатся на 13% и превысят 6 млрд т. В Китае следует ожидать увеличения выбросов СO2 на 58%, до 5,99 млрд т, а в Индии - на 107%, до 2,29 млрд т. В странах ЕС, напротив, прирост составит лишь около одного процента.

Выхлопные газы (или отработавшие газы ) – основной источник токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания – это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны. Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводороды. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты. Примерный состав выхлопных газов представлен в .

При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе - сажа.

Оксид углерода (CO – угарный газ)

Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода – продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа).

В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе.

Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0,1 – 0,2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей.

Оксиды азота (NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 3 , N 2 O 5 , в дальнейшем – NO x)

Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NO x составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO 2).

Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека NO x проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.

Закись азота (N 2 O – гемиоксид, веселящий газ) – газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO 2 (диоксид) – бледно-желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе.

Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее CO, а при учете вторичных превращений – в 40 раз.

Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации NO x в воздухе в пределах 0,5 – 6,0 мг/м 3 . Азотная кислота вызывает сильную коррозию углеродистых сталей.

На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Так, при повышении температуры от 2500 до 2700 К скорость реакции увеличивается в 2,6 раза, а при уменьшении от 2500 до 2300 К – уменьшается в 8 раз, т.е. чем выше температура, тем выше концентрация NO x . Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NO x . Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота.

Углеводороды (C n H m – этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.)

Углеводороды – органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных CH, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах.

Наличие CH в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций (см. ).

Рис. 1 – Схема образования CH в выхлопных газах

1 – поршень; 2 – гильза; 3 – пристеночные слои смеси

Не полностью сгоревшие CH, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. CH являются причиной многих хронических заболеваний.

Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м 3 . Содержание CH в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (ПХХ, например, при торможении двигателем.). При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, - возникают его частые пропуски.

Выделение CH вызывается неполным сгоранием вблизи холодных стенок, если до конца сгорания остаются места с сильным локальным недостатком воздуха, недостаточным распыливанием топлива, при неудовлетворительном завихрении воздушного заряда и низких температурах (например, режим холостого хода).

Углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где ограничен доступ кислорода, а также вблизи сравнительно холодных стенок камеры сгорания. Они играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру.

Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические CH обладают отравляющими свойствами.

Углеводороды (олефины) и оксиды азота при определенных метеорологических условиях активно способствуют образованию .

Смог

Смог (Smog , от smoke – дым и fog - туман) – ядовитый туман, образуемый в нижнем слое атмосферы, загрязненном вредными веществами от промышленных предприятий, выхлопными газами от автотранспорта и теплопроизводящих установок при неблагоприятных погодных условиях.

Он представляет собой аэрозоль, состоящую из дыма, тумана, пыли, частичек сажи, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Возникает в атмосфере промышленных городов при определенных метеорологических условиях.

Поступающие в атмосферу вредные газы вступают в реакцию между собой и образуют новые, в том числе и токсичные соединения. В атмосфере при этом происходят реакции фотосинтеза, окисления, восстановления, полимеризации, конденсации, катализа и т.д.

В результате сложных фотохимических процессов, стимулируемых ультрафиолетовой радиацией Солнца, из , , альдегидов и других веществ образуются фотооксиданты (окислители).

Низкие концентрации NO 2 могут создать большое количество атомарного кислорода, который в свою очередь образует озон и вновь реагирует с веществами, загрязняющими атмосферный воздух. Наличие в атмосфере формальдегида, высших альдегидов и других углеводородных соединений также способствует вместе с озоном образованию новых перекисных соединений.

Продукты диссоциации взаимодействуют с олефинами, образуя токсичные нитроперекисные соединения. При их концентрации более 0,2 мг/м 3 наступает конденсация водяных паров в виде мельчайших капелек тумана с токсичными свойствами. Их количество зависит от сезона года, времени суток и других факторов. В жаркую сухую погоду смог наблюдается в виде желтой пелены (цвет придает присутствующий в воздухе NO 2 – капельки желтой жидкости).

Смог вызывает раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, может вызвать головную боль, отеки, кровоизлияния, осложнения заболеваний дыхательных путей. Ухудшает видимость на дорогах, увеличивая тем самым количество дорожно-транспортных происшествий.

Опасность смога для жизни человека велика. Так, например, лондонский смог 1952 г. называют катастрофой, так как за 4 дня от смога погибло около 4 тыс. человек. Наличие в атмосфере хлористых, азотных, сернистых соединений и капелек воды способствует образованию сильных токсичных соединений и паров кислот, что губительно сказывается на растениях, а также сооружениях, особенно на исторических памятниках, сложенных из известняка.

Природа смогов различна. Например, в Нью-Йорке образованию смога способствуют реакции фтористых и хлористых соединений с капельками воды; в Лондоне – присутствие паров серной и сернистой кислот; в Лос-Анджелесе (калифорнийский или фотохимический смог) – наличие в атмосфере оксидов азота, углеводородов; в Японии – присутствие в атмосфере частиц сажи и пыли.