УДК 629.027

МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ БЕНЗИНОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

 

METHODS TO REDUCE EMISSIONS OF HARMFUL SUBSTANCES

INTO THE ATMOSPHERE GASOLINE ENGINES

 

Пилюшина Г.А. (Брянский государственный технический университет, г.Брянск, РФ)

Афанасьев С.В. (Брянский государственный инженерно-технологический  университет, г. Брянск, РФ)

 

Pilyushina G. A. (Bryansk State Technical University, Bryansk, Russia)

Afanasiev S. V. (Bryansk State Engineering-Technological University, Bryansk, Russia)

 

Рассмотрены методы снижения выбросов в атмосферу вредных веществ, входящих в состав отработавших газов автомобилей, работающих на бензиновом топливе.

We consider methods to reduce emissions of harmful substances included in exhaust gases of vehicles running on diesel fuel.

 

Ключевые слова: автомобиль, экологическая безопасность, газоанализатор, отработавшие газы

Keywords: the car, ecological safety, the gas analyzer which has fulfilled gases

 

При работе автомобильного двигателя выделяются вещества, оказывающие вредное влияние на человека и окружающую природу. Один автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая при этом с отработанными газами примерно 800 кг угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеродов.

В результате от автотранспорта за год в атмосферу поступает огромное количество только канцерогенных веществ: 27 тыс. т бензола, 17,5 тыс. т формальдегида, 1,5 т бензопирена и 5 тыс. т свинца. В целом, общее количество вредных веществ, ежегодно выбрасываемых автомобилями, превышает цифру в 20 млн. т. 

Состав отработанных газов зависит от типа потребляемого топлива, сравнительная характеристика которых приведена в таблице 1. Из таблицы 1 видно, что наиболее экологически безопасным является дизельное топливо. Несмотря на больший выброс оксидов азота и серы, общая масса поступающих в атмосферу загрязняющих веществ, с учетом класса их опасности, для здоровья оказывается примерно в 2,5 раза меньше, чем при использовании других видов топлива [1].

Необходимо отметить, что с точки зрения наносимого экологического ущерба, автотранспорт лидирует во всех видах негативного воздействия: загрязнение воздуха – 95%, шум – 49,5%, воздействие на климат – 68%.

 

Таблица 1 – Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, кг/т топлива

Название вещества

Вид топлива

бензин

дизельное топливо

газ сжиженный

газ сжатый

Углерода монооксид

201,800

36,200

201,800

87,700

Азот диоксид

21,000

31,400

21,000

27,400

Серы диоксид

1,000

4,300

1,000

Неметановые летучие
органические соединения

53,000

3,100

25,700

22,700

Метан

0,900

0,100

0,900

Сажа

3,800

Свинец

0,0130

Поскольку для центров крупных городов въезд автомобилей с дизелями запрещён, то установилось мнение, что в повседневной практике контроль экологической безопасности, главным образом по СО, должен производиться в первую очередь по легковым автомобилям с бензиновыми двигателями.

Для этого в процессе ежегодных государственных технических осмотров осуществляется обязательная проверка всех автомобилей как личной, так и государственной собственности, на выбросы по СО и СН на двух режимах холостого хода nmin и повышенной nпов = 3000 об/мин частотах вращения коленчатого вала, как это предусмотрено последним Российским ГОСТом Р 52033-2003 (в сокращенном виде представлен в табл. 2).

 

Таблица 2- Расчетный баланс загрязнения атмосферы в крупных городах России  выхлопными газами автомобилей с учетом их относительной вредности

Компонент загрязнения атмосферы

Относи-тельная вредность, кг/кг

Доля загрязнения атмосферы с учетом вредности, %, для автомобилей:

Общепринятая связь с заболеваниями, и ранг этих заболеваний по летальным исходам 

 

 

дизельных

бензиновых

 

СО

1,0

0,3

6,1

Сердечно-сосудистые, I-е место

CnHm без ароматич.

1,5

0,2

1,6

Диапазон выбросов не считается вредным

NOx

42,3

26,8

25,2

Дыхательных путей и лёгких, невысокий ранг;

Сажа

200 (500)

25,0

14,5

Онкологические II-е место

Итого, %:

 

52,3

47,7

 

 

В настоящее время в России уже находится большое количество легковых автомобилей стандартов Евро-2-3, 4 соблюдение которых должно контролироваться в эксплуатации.

Для этого ГОСТом Р 52033-2003 были предусмотрены специальные методы проверки и нормативные значения содержания СО и СН, т.е. помимо СО и СН здесь дополнительно должны нейтрализоваться и окислы азота NOx, считающиеся наиболее вредными компонентами выброса (табл. 1). При этом работу такого нейтрализатора контролируется по косвенным признакам, путем оценки λ-показателя, характеризующего коэффициент избытка воздуха при работе двигателя. Это связано с тем, что применяемые сейчас трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы могут выполнять свои функции в узком диапазоне изменения значения λ от 0,95 до 1,05, и указанный диапазон должен поддерживаться автоматизированной системой управления работой двигателя при помощи так называемого λ -зонда, реагирующего на изменение содержания кислорода в выхлопных газах и на основе этого управляющего подачей топлива через форсунки. Аналогичная схема регулировки может быть использована и для карбюратора с центральным впрыском.

Типовая схема широко распространенного в российской практике двухканального газоанализатора показана на рис. 1. Забор выхлопных газов осуществляется специальным насосом, при этом газ до и после насоса проходит через фильтры с целью исключения загрязнения рабочих камер.

Рисунок 1- Принципиальная схема двухкомпонентного газоанализатора: 1 - зонд; 2...4 - фильтры; 5 - насос; 6 – измерительная кювета; 7 - источник инфракрасного излучения; 8 - синхронный двигатель; 9- обтюратор; 10 - сравнительная кювета СО; 11 - инфракрасный лучеприемник СО; 12 - мембранный конденсатор; 13, 16 - усилители; 14 - сравнительная кювета СnНm; 15 - инфракрасный лучеприёмник СnНm; 17, 19 - индикаторы содержания углеводородов и СО; 18 - измерительная кюветаСnНm

 

В последних моделях газоанализаторов осуществляется также «обезвоживание» выхлопных газов, в которых, особенно при работе на непрогретом двигателе, может находиться большое количество сконденсированных капелек воды, которые могут быстро вывести из строя рабочие камеры, и требуется значительное время для их прогрева и просушки. Поэтому рекомендуется отбор пробы газа из выхлопной трубы проводить с использованием дополнительного простейшего водоотделителя через промежуточную емкость, который не сложно изготовить своими силами.

Подготовленный таким образом газ поступает в измерительную кювету, где периодически, под воздействием синхронно вращающегося диска со специальными отверстиями (обтюратора), «просвечивается» источником инфракрасного излучения определенной частоты, поглощаемой молекулами СО (и молекулами CnHm на «своей» частоте), и затем выводится в атмосферу. С такой же периодичностью просвечивается и сравнительная кювета, заполненная азотом и не поглощающая инфракрасное излучение. В результате происходит неодинаковый нагрев двух полостей инфракрасного лучеприемника (мембранного конденсатора),- и измерительная мембрана под воздействием давления в более разогретой емкости прогибается, а величина прогиба через соответствующее электрическое преобразование выдается в качестве результата измерения содержания СО (и соответственно CnHm).

Коэффициент избытка воздуха вычисляется по следующей формуле [2]:

,

где: [СО2], [СО], [02] - объемная доля диоксида, оксида углерода и кислорода соответственно, %; Hсv - отношение числа атомов водорода к числу атомов углерода в бензине, Hсv=1,7261; Осv - отношение числа атомов кислорода к числу атомов углерода в бензине, Ocv =0,0176; К1 - поправочный коэффициент для перерасчёта углеводородов, измеренных инфракрасным методом, на гексан. K1= 6∙10-4, если сумма углеводородов выражена в объемных долях (млн-1) гексана; [СН] - объемная доля углеводородов в пересчете на гексан, млн-1.

Таким образом, для эксплуатационной оценки качества автомобилей, соответствующих экологическим стандартам Евро-2,3,4, необходимо дальнейшее усложнение методики испытаний и применяемого оборудования, чтобы регистрировать содержание в выхлопных газах оксидов азота NOx , резкое снижение которых можно обеспечить трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором на основе платины.

 

Список использованных источников

1. Пилюшина, Г.А. Диагностирование автомобилей с бензиновыми двигателями на экологическую безопасность с учётом требований европейских стандартов/ Г.А. Пилюшина, Д.В. Левых // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2013. № 18. С.159-162.

2. ГОСТ Р 52033-2003, Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами [Текст]/Нормы и методы контроля при оценке технического состояния. М.: Госстандарт России.