Совершенствование системы питания автомобилей как способ уменьшения токсичности ОГ

     Система питания карбюраторного двигателя служит для приготовления горючей смеси, состоящей из паров топлива и воздуха, подачи ее в цилиндры двигателя, а также удаления из цилиндров отработавших газов.

     В систему питания карбюраторного двигателя входят приборы и устройства для хранения топлива и контроля его количества; фильтрации и подачи топлива; фильтрации и подачи воздуха, а также для глушения шума при впуске; приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя; отвода газов из цилиндра и глушения шума при выпуске.

     Топливо из бака, закрытого пробкой, подается насосом по трубопроводам к прибору приготовления горючей смеси — карбюратору, проходя очистку в фильтре-отстойнике  и фильтре тонкой очистки топлива. Количество топлива в баке контролируют по указателю, в электрическую цепь которого включен датчик. Воздух поступает в карбюратор через воздушный фильтр. Приготовленная в карбюраторе горючая смесь подается в цилиндры двигателя по впускному трубопроводу, в котором она подогревается. Отработавшие газы отводятся из цилиндров в атмосферу через выпускной трубопровод  (коллектор), трубу  и глушитель шума выпуска [9].

      3 ОТРАБОТАВШИЕ ГАЗЫ

     Отработавшие  газы - смесь газов с примесью взвешенных частиц, образовавшихся в  результате сгорания моторного топлива (проект федерального закона "Об обеспечении экологической безопасности автомобильного транспорта"). В состав отработавших газов входят оксиды углерода, азота, серы, углеводороды, сажа и другие вещества. Количественный состав отработавших газов зависит от вида топлива. 

     3.1 Состав отработавших газов 

     В таблице 3.1. представлены состав выхлопных газов автомобилей с бензиновым и дизельными двигателями.

     Таблица 3.1 - Состав автомобильных выхлопных газов 

     Как видно из таблицы 3.1. при работе дизельных двигателей выделяется меньше выхлопных газов. При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе – сажа [10].

     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, NO₂, N₂O, N₂O₃, N₂O₅). 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 NOx составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO₂). 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 NOx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет. Закись азота (N₂O – гемиоксид, веселящий газ) – газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием. NO₂ (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 NOx в воздухе в пределах 0,5…6,0 мг/м³. 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 NOx. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NOx. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота [11].

     Углеводороды (CnHm – 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. 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/м³. Содержание CH в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода. 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 смога.

     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 оксидов азота, углеводородов, альдегидов и других веществ образуются фотооксиданты (окислители). Низкие концентрации NO₂ 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/м³ 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 диоксид азота NO₂ – 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. Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входить оксиды серы, при применении этилированных бензинов — свинец (Тетраэтилсвинец), бром, хлор, их соединения. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическим и фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога [12]. 
 

     3.2 Влияние отработавших газов на здоровье населения 

     При попадании отработавших газов в организм человека, больше всего страдают органы дыхания, что впоследствии может вызвать ряд опасных, как острых, так и хронических заболеваний. Так же увеличение врождённых хронических заболеваний у детей, таких как астма, аллергия, бронхит, гайморит и др. врачи связывают с всё более ухудшающимися экологическими условиями и загрязнённостью воздуха в городах.

     Оксиды  азота пагубно воздействуют на органы дыхания, раздражая дыхательные  пути, способствуют появлению опухолей и воспалительных процессов.

     Оксиды  углерода могут вызывать кислородную недостаточность тканей, понижение действия гемоглобина в крови. Оказывают разрушительное влияние на нервную и сердечно-сосудистую системы. Частые недомогания, головные боли, одышки, головокружения, вялость, раздражительность, нарушения сна и многие другие нарушения работы организма так или иначе связаны с экологическим состоянием окружающей среды.

     В выхлопных газах содержится множество  тяжелых металлов, которые имеют  свойства оседать в организме, накапливаясь постепенно. Опасность состоит в том, что зашлакованность организма происходит незаметно для человека, и в будущем совершенно неожиданно может вылиться в серьёзное заболевание, в частности резкое увеличение случаев появления у людей раковых опухолей дыхательной системы регистрируется в крупных городах, медики связывают с это с постоянным поглощением нашими легкими ядовитых веществ из атмосферы.

     Высокая концентрация выхлопных газов в  воздухе закрытого помещения может стать смертельной для человека. Было множество случаев, отравления и удушья от выхлопных газов в гаражах, где их скопление намного превышало допустимую норму.

       Загрязнение воздуха представляет серьезную угрозу здоровью населения, способствует снижению качества жизни. По оценкам Агентства по охране окружающей среды, воздействие токсичных веществ, загрязняющих воздух ежегодно вызывает 1700…2700 разновидностей раковой болезни. В последние годы наблюдается тенденция роста раковых заболеваний, лейкемии и других угрожающих жизни заболеваний. Загрязнение воздуха является причиной шести процентов смертей в мире, утверждают специалисты Всемирной организации здравоохранения.

     Через выхлопные трубы автомобилей  в атмосферу выбрасывается более двухсот химических веществ. Самое токсичное воздействие на живые организмы оказывают соединения тяжелых металлов, среди них наиболее опасен свинец, накапливающийся в радиусе 100-200 м от дороги. По мнению ученых, он разрушает гормоны. Его высокое содержание в крови вызывает замедление роста, расстройства слуха и интеллектуальную деградацию, поскольку разрушает химические соединения в мозге живых существ [13].

     Самый загрязненный город России Москва. Заболеваемость москвичей в среднем выше, чем по другим районам страны: распространены болезни органов дыхания, астма, различные виды аллергии, сердечно-сосудистые заболевания, болезни печени, желчного пузыря, органов чувств. Особенно тревожный показатель – младенческая смертность, в столице ее уровень в несколько раз выше, чем в Европе. Только каждый четвертый выпускник московской средней школы полностью здоров.

     Ежегодно  московский автотранспорт выбрасывает  на каждого москвича 120 кг вредных веществ. В Санкт-Петербурге автомобильный транспорт ежегодно выбрасывает в атмосферу около двухсот тонн загрязняющих веществ.

       Только за пять лет, с 1992 по 1997 год, страдающих бронхиальной астмой среди маленьких петербуржцев стало больше на 20%, болезнями эндокринной системы - на 15%, онкологическими заболеваниями - на 67%. По данным санитарных врачей, в 12 районах города каждый второй житель испытывает на себе негативное воздействие загрязненного воздуха. Это выражается в кашле, затрудненном дыхании, общем ухудшении самочувствия. В некоторых наиболее неблагоприятных местах страдают до 88% населения.