Бывалые автомобилисты с большим опытом всегда пристально следят за выхлопной трубой своей машины — и не случайно. Иногда оттуда льется конденсат, в другое время вылетают частички сажи или появляется черный налет на краях трубы. Это следствие процессов, происходящих в моторе. По этим следам можно определить качество залитого топлива, состояние катализатора, износ колец поршневой группы и даже состояние прокладок системы охлаждения двигателя. Все это будет полезно для автомобилей, давно выработавших гарантийный срок эксплуатации и в любой момент способных расстроить владельцев дорогостоящим ремонтом. Чем раньше водитель диагностирует неисправность, тем меньше у него будет хлопот в будущем.
Таблица Менделеева выхлопных газов
Сейчас, благодаря СМИ, под пристальным вниманием общественности находится тема экологии Планеты, а именно ее насыщение и загрязнение выхлопными газами автомобилей. Особенно внимательно люди отслеживают и обсуждают такой растиражированный в прессе побочный результат повсеместной автомобилизации как «парниковый эффект» и вред выхлопных газов дизельных автомобилей.
Однако, как известно выхлопные газы, выхлопным газам – рознь, несмотря на то, что все они опасны для организма человека и других форм жизни на Земле. Так что делает их опасными? И что отличает их друг от друга? Посмотрим под микроскопом из чего состоит сизый смог вылетающий из выхлопной трубы. Углекислый газ, копоть, оксид азота и некоторые другие не менее опасные элементы.
Ученные отмечают, что экологическая обстановка во многих промышленно развитых и развивающихся странах значительной улучшилась за последние 25 лет. В основном это связано с постепенным, но неминуемым ужесточением экологических норм, а также переносом производств на другие континенты и в другие страны, в том числе в Восточную Азию. В России, Украине, и других странах СНГ, большое количество предприятий было закрыто из-за политических и экономических потрясений, что с одной стороны создало чрезвычайно сложную социально-экономическую обстановку, но в значительной мере улучшило экологические показатели этих стран.
Тем не менее, по данным ученных-исследователей, наибольшую опасность для нашей зеленой планеты представляют именно автомобили. Даже при поэтапном ужесточении норм выбросов вредных веществ в атмосферу, в связи с ростом количества автомобилей, результаты этой работы, увы, нивелируются.
Если сегментировать общую массу разнообразных транспортных средств присутствующих сейчас на планете, наиболее грязными остаются дизельные моторы, особенно опасны автомобили с данным типом топлива превышением по оксиду азота. Несмотря на десятилетия разработок и заверения автопроизводителей о том, что они смогут сделать дизели чище, оксид азота и мелкие частицы сажи по-прежнему остаются главными врагами дизеля.
Именно в связи с данными проблемами, связанными с использованием дизельных двигателей, такие крупные немецкие города, как Штутгарт и Мюнхен в настоящее время обсуждают запрет на использование автомобилей, работающих на тяжелом топливе.
Вот исчерпывающий список вредных веществ, входящих в выхлопные газы и вред, наносимый здоровью человека при их вдыхании
Почему идёт синий дым из выхлопной трубы
Что вызывает окрашивание дыма в синий оттенок? Тут всё достаточно просто – кроме бензина в моторе сгорает ещё и моторное масло. Чаще всего расход масла на угар достигает до 0,2 % от расхода топлива. При этом дым не окрашивается в синий оттенок. Но когда двигатель начинает «жрать» масло от 0,5 до 1% от расхода горючего, то из выхлопной трубы будет идти дым голубого или синеватого оттенка.
Если у автомобиля увеличилась дымность, а расход масла повысился, то в первую очередь проверьте свечи зажигания. Если их внешний вид такой, как на этом фото, то с мотором явно что-то не так, поскольку он провоцирует сильный угар масла.
Нагар на свече зажигания
Дым с высоким содержанием масла может иметь самые разные оттенки: от прозрачного до густого синего. Если масла расходуется до 0,5 л на 100 км, то синий дым возникнет только при ускорении автомобиля. А если масло исчезает со скоростью 1 л на 100 км, то дым будет присутствовать при всех режимах работы мотора. Кстати, тут надо помнить о том, что в конструкции автомобиля присутствует нейтрализатор, который может неплохо очищать синий выхлоп даже при сильном угаре масла.
Синий масляный дым в отличие от прозрачного выхлопа не способен рассеиваться в атмосфере. Если приложить лист бумаги к выхлопной трубе при работающем моторе, то на листе появятся масляные капли чёрного оттенка, которые выбрасываются вместе с синим выхлопным газом. Также из выхлопной трубы может капать масло вместо водяного пара. Это опасная поломка, нужно срочно ехать на станцию техобслуживания, иначе в первую очередь катализатор очень быстро выйдет из строя.
При наличии синего дыма тз выхлопной трубы может капать моторное масло
В идеале выхлоп состоит на 95% из кислорода, азота и иных продуктах горения топлива. Эти химические вещества не имеют никакого цвета. А остальные 5% выхлопа — это водяной пар, который образуется при термическом разложении (пиролизе) топлива. Поэтому синий дым из выхлопной трубы появляется не при сгорании бензина в цилиндрах ДВС, а при сгорании каких-либо лишних веществ. Для смазки внутренних деталей мотора применяется масло, а для охлаждения цилиндров – система охлаждения с антифризом. Если в узлах происходит нарушение работы, то эти вещества примешиваются к топливу. Продукты сгорания такой смеси и придаёт определённый цвет выхлопу, который может быть не только синего цвета, но и белого, чёрного, белого и даже рыжего.
Главные симптомы попадания моторного масла в топливную смесь:
- При работе мотора из выхлопной трубы выходит дым синего оттенка при одновременном повышении расхода масла. Поэтому в первую очередь необходимо проверить уровень масла в двигателе. Если оно быстро уходит, то при интенсивной езде синий дым становится гуще.
- При начальных признаках неисправности синий дым из выхлопной трубы появляется только при прогреве мотора, то есть «на холодную». Это связано с тем, что тепловые зазоры расширяются, то есть приходят в рабочее состояние. Когда двигатель прогревается, то дым пропадает. Отсюда вывод – проверка компрессии в цилиндрах не всегда помогает выявить точные неполадки.
- Когда износ деталей двигателя увеличивается, увеличенные тепловые зазоры не могут предотвратить попадание масла в топливно-горючую смесь. При повышении температуры внутри мотора угар масла становится больше.
- Когда масло попадает на свечу зажигания, то она покрывается нагаром. А это приводит к снижению качества искры и ухудшению воспламенения. Двигатель начинает «троить», то есть работать нестабильно.
- Если произошёл разрыв диафрагмы на вакуумном датчике автоматической коробки передач (АКПП), то свеча, находящаяся рядом с областью подключения вакуумного шланга, будет вывернута и забрызгана маслом. Когда как другие свечи будут в порядке. В результате разрежение в коллекторе будет «съедать» масло прямо из коробки.
Ещё одна хорошая статья: Белый дым из выхлопной трубы: причины дыма бензинового и дизельного двигателя, как устранить
Начинать поиск причины синего дыма надо начинать с проверки компрессии в цилиндрах. Но это может не дать достоверного результата, поскольку бывают случаи, что масло уплотняет зазоры. Поэтому далее проверяют износ маслосъёмных колпачков – это процедуру занимает меньше времени, чем разбор цилиндропоршневой группы. Если причину не удалось определить, то приступают к разбору двигателя и проводить ревизию цилиндропоршневой группы. В некоторых случаях дешевле будет полностью заменить мотор на контрактный.
Бензол
Бензол содержится в небольших количествах в бензине. Бесцветная, прозрачная, легко подвижная жидкость.
Как только вы заполняете бак своего автомобиля бензином, первое с первым опасным для здоровья веществом, с которым вы будете контактировать, – это именно бензол, испаряющийся из бака. Но наиболее опасен бензол при сгорании топлива.
Бензол является одним из тех веществ, которые могут вызывать рак у человека. Тем не менее, решающее сокращение в воздухе опасного бензола было достигнуто много лет назад с помощью трехходового катализатора.
Особенности выхлопной системы дизельного двигателя
Автолюбителям необходимо принимать во внимание тот факт, что силовые агрегаты, работающие на тяжелом топливе, выбрасывают в атмосферу большее количество токсичных веществ. Именно поэтому стоит выделить некоторые особенности системы выхлопа для дизелей:
- начальная температура выхлопных газов в дизельном моторе несколько ниже и варьируется в пределах 500 – 600 градусов Цельсия;
- после выхода из цилиндров отработанные газы в первую очередь направляются в турбокомпрессор, с помощью которого осуществляется наддув;
- далее отработка проходит через лямбда-зонд и направляется в сажевый фильтр, где происходит очистка;
- на завершающем этапе выхлоп проходит через глушитель, после чего попадает напрямую в атмосферу.
Стоит отметить, что эволюция силовых агрегатов, а также выхлопных систем ведется регулярно, и уже, к примеру, для двигателей бензинового и дизельного типа с классом Евро-5 наличие сажевого фильтра, а также катализатора является обязательным моментом. При этом, такие компоненты нельзя поменять на пламегаситель в соответствии с действующим законодательством.
Мелкая пыль (твердые частицы)
Этот загрязнитель воздуха является неопределенным веществом. Лучше сказать, что это комплексная смесь веществ, которая может отличаться по происхождению, форме и своему химическому составу.
В автомобилях сверхмелкий абразив присутствует в любых формах эксплуатации, скажем, при износе шин и тормозных дисков. Но наибольшую опасность представляет сажа от выхлопных газов. Ранее этим неприятным моментом в эксплуатации страдали исключительно дизельные двигатели. Благодаря установке фильтров твердых частиц ситуация значительно улучшилась.
Теперь схожая проблема появилась и бензиновых моделей, поскольку они все чаще используют системы прямого впрыска топлива, что приводит к побочному производству еще более мелких твердых частиц, чем у дизельных двигателей.
Однако, по данным ученных исследующих природу проблемы, всего 15% мелкой пыли, осаждающейся в легких, производят автомобили, источником опасного явления может быть любая деятельность человека, от сельского хозяйства, до лазерных принтеров, каминов и конечно же сигарет.
Здоровье жителей мегаполисов
Фактическая нагрузка на организм человека от выхлопных газов зависит от объема трафика и погодных условий. Тот, кто живет на оживленной улице, подвергается воздействию оксидов азота или мелкой пыли значительно сильнее.
Выхлопные газы не одинаково опасны для всех жителей. Здоровые люди практически никак не почувствуют «газовую атаку», хотя интенсивность нагрузки от этого не снизиться, а вот состояние здоровья астматика или человека с сердечно-сосудистыми заболеваниями может значительно ухудшиться ввиду наличия выхлопных газов.
Редкие неисправности
Синеватое задымление возле выхлопной трубы появляется не только у авто с изношенным двигателем. Проблема может появиться у машины, только что сошедшей с конвейера. Чаще всего труба начинает дымить сразу после того, как автомобиль завели. По мере прогревания, дым рассеивается. Причиной такого явления становятся зазоры между новыми деталями в охлаждённом состоянии. Постепенно они притираются, после нагревания герметичность восстанавливается и двигатель работает как надо.
Ещё одна хорошая статья: Стартер крутит, но не крутит двигатель: причины, что делать, когда щелкает и не реагирует стартер
Синий дым может присутствовать некоторое время на новом авто или после ремонта двигателя
У автомобилей с коробкой «автомат» густой синий дым из выхлопной трубы может появиться при прорыве мембраны вакуумного корректора (модулятора). Это устройство реагирует на разрежение, возникающее в коллекторе. В случае повреждения модулятора, масло из коробки передач втягивается в коллектор и сгорает там, от чего и появляется дымный выхлоп характерного сизого цвета. Такая неисправность возникает, если установлен вакуумный датчик нагрузки. Заподозрить такую проблему помогает осмотр свечей. На них появляется выраженный нагар.
Бывают и другие дефекты, признаком которых становится черно-синий дым:
- разрушение перемычек между кольцами;
- регулярное воздействие высокой температуры на двигатель приводит к изменению конструкции нижней направляющей части поршня (юбки);
- деформирование геометрии шатуна из-за удара поршня на клапаны или обрыва ремней;
- неисправность зажигания;
- пригорание и залегание колец в канавках поршня, возникает при использовании моторного масла низкого качества.
Чаще всего такие проблемы не возникают во всех камерах сгорания одновременно, неправильно работает 1 или несколько цилиндров.
Углекислый газ (CO2)
Вредный для всего климата планеты газ неизбежно возникает при сжигании ископаемых видов топлива, таких как дизельное топливо или бензин. С точки зрения CO2 дизельные двигатели немного “чище”, чем бензиновые, потому что они в основном потребляют меньше топлива.
Для человека CO2 безвреден, но не является таковым для природы. Парниковый газ CO2 отвечает за большую часть глобального потепления. По данным Федерального Министерства окружающей среды Германии, в 2015 году доля углекислого газа в общем объеме выбросов парниковых газов составила 87,8 процента.
Вывод
Современным автолюбителям необходимо принимать во внимание тот факт, что автомобиль, по своей сути, является сложным механизмом, в составе которого присутствует целый ряд конструктивных элементов. В том числе, здесь присутствует система выброса CO2 напрямую в атмосферу, которая очищает и отводит выхлопные газы и частицы несгоревшего топлива. Знать про эти элементы необходимо каждому водителю, по той простой причине, что с течением времени система выхлопа выходит из строя, после чего в окружающую среду начинают выбрасываться ядовитые вещества, не проходящие специальную очистку. В этот момент автолюбитель должен незамедлительно приступить к ремонту, потому что неочищенные отработанные газы вредят не только природе, но и здоровью человека. Автор: Олег Мокров
Окись углерода (Co, угарный газ)
Чрезвычайно опасный побочный продукт горения. Монооксид углерода представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Соединение углерода и кислорода возникает при неполном сжигании углеродсодержащих веществ и является крайне опасным ядом. Поэтому качественная вентиляция в гаражах и подземных паркингах имеет важное значение для жизни их пользователей.
Для обывателя озон не является каким-то опасным или токсичным газом. Однако, в реальности это не так.
С изменением климата повышается риск появления высоких концентраций озона. Ученые считают, что к 2050 году озоновая нагрузка должна резко возрасти. Для решения проблемы, окислы азота, выбрасываемые транспортом должны быть значительно сокращены. Кроме того, факторов влияния на распространение озона достаточно много, например, растворители в красках и лаках также активно способствуют возникновению проблемы.
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.
Двуокись серы (SO2)
Это загрязняющее вещество возникает при сжигании в топливе серы. Она относится к классическим атмосферным загрязнителям, возникающим при процессе горения, на электростанциях и в промышленности. SO2 является одним из самых главных «ингредиентов» загрязняющих веществ образующих смог, также называемый “Лондон смог”.
В атмосфере диоксид серы подвергается ряду процессов преобразования, в результате чего могут возникнуть серная кислота, сульфиты и сульфаты. SO2 действует в первую очередь на слизистые оболочки глаза и верхних дыхательных путей. Что касается окружающей среды, диоксид серы может повреждать растения и вызывать окисление почвы.
Принцип работы выхлопной системы
Для того, чтобы автомобилист понимал, из-за чего транспортные средства оказывают пагубное воздействие на окружающую среду, стоит на наглядном примере разобрать принцип работы системы выхлопа, а именно:
- после сгорания топлива, происходит открытие выпускных клапанов и через освободившиеся каналы выходят газы и несгоревшее горючее;
- далее газы попадают в выпускной коллектор, где постепенно объединяются в один сплошной газовый поток;
- отработка проходит по трубе до первого кислородного датчика, который передает в блок управления данные, где учитывается состав топливовоздушной смеси;
- после этого отработка добирается до катализатора, где газы вступают в реакцию с металлами-окислителями, из-за чего теряют свою токсичность;
- далее отработка проходит второй кислородный датчик, где определяется качество очистки газов и работоспособность катализатора;
- практически в самом конце отработанные газы попадают в резонатор, где происходит перенаправление потоков, что снижает уровень шума;
- после прохождения через последний глушитель, отработанные выбросы CO2 напрямую попадают в атмосферу.
Примечательно, что такая система выпуска отработанных газов с каждым годом совершенствуется автомобильными производителями, чтобы существенно снизить вред, наносимый окружающей среде.
Оксиды Азота (NOx)
Оксиды азота образуются, главным образом, в процессе сгорания в двигателях внутреннего сгорания. Дизельные автомобили считаются основным источником. Введение катализаторов и сажевых фильтров продолжает увеличиваться, так что выбросы будут заметно снижаться, но произойдет это только в будущем.
NO2 является раздражающим газом. Это приводит к раздражению глаз и повреждению слизистой оболочки дыхательного тракта. Благодаря своей бронхо-сужающей характеристике, это особенно проблематично для астматиков и людей с хроническим обструктивным заболеванием легких.
Данные замеров показывают, что в среднем в годовом отношении количество NOx было превышено на 57% от нормы. Главными виновниками остается разнообразный транспорт. С 2010 года наблюдается лишь незначительное снижение тренда загрязнения. С 1990 по 2015 год выбросы снизились на 59%.
Источник
Выхлопные газы
Выхлопные газы
(отходящие газы) — отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов — основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ и канцерогенов в атмосфере крупных городов, образования смогов, являющихся частой причиной отравления в замкнутых пространствах.
Количество выделяемых в атмосферу автомобилями загрязняющих веществ определяется массовым выбросом газов и составом отходящих газов.
Мероприятия по снижению концентрации токсичных веществ в выхлопных газах
В настоящее время Правительства всех стран вводит определенные нормы на концентрацию вредных веществ в выхлопных газах автомобилей. Поэтому производители автомобилей, чтобы попасть на рынок, вынуждены проводить модернизацию систем ДВС с целью снижения уровня токсичных веществ.
Такими системами могут служить каталитические нейтрализаторы, сажевые фильтры, мочевина и многое другое. Так, например, для дизельных двигателей устанавливаются нейтрализаторы выхлопных газов, которые позволяют снизить токсичность на 80%. В системах безниновых двигателй устанавливают антитоксикатор в систему питания, что также позволяет добиться снижения концентрации вредных веществ.
Состав автомобильных выхлопных газов
| Бензиновые двигатели | Дизели | |
| N2, об.% | 74—77 | 76—78 |
| O2, об.% | 0,3—8,0 | 2,0—18,0 |
| H2O (пары), об.% | 3,0—5,5 | 0,5—4,0 |
| CO2, об.% | 0,0—16,0 | 1,0—10,0 |
| CO*, об.% | 0,1—5,0 | 0,01—0,5 |
| Оксиды азота*, об.% | 0,0—0,8 | 0,0002—0,5 |
| Углеводороды*, об.% | 0,2—3,0 | 0,09—0,5 |
| Альдегиды*, об.% | 0,0—0,2 | 0,001—0,009 |
| Сажа**, г/м 3 | 0,0—0,04 | 0,01—1,10 |
| Бензпирен-3,4**, г/м 3 | 10—20·10 −6 | 10×10 −6 |
Содержание выхлопных газов. Анализ бензина при сгорании
Проблемы, связанные с использованием автомобилей, изучаются давно в российской науке и практике. Одной из основных проблем является необходимость изучения состава выхлопных газов от эксплуатации автомобилей в целях снижения их вредного воздействия.
Вопросы, связанные с работой двигателей внутреннего сгорания, исследовали такие авторы, как К. С. Голохваст, Н. К. Христофорова и др. [1], М. С. Ассад, В. В. Грушевский [2], Суфиянов Р. Ш., Моисеев А. Э. [3], Смоленская Н. М., Смоленский В. В. [4], Садов А. А., Говорухин И. А. [5].
Цель данной статьи — провести анализ состава выхлопных газов, образуемых при работе двигателя внутреннего сгорания и рассмотреть пути снижения их вредного воздействия на экологию, а также экономичность.
Актуальность темы заключается в том, что выхлопные газы загрязняют окружающую среду. В современных условиях всеобщей проблемой является глобальное потепление, а также высокий уровень загрязнённости городов. Одной из основных причин этого является растущее количество автомобилей, образующих выхлопные газы.
Для отдельного человека значимость темы заключается в необходимости выбора типа двигателя и оптимального топлива для него с точки зрения экономичности расхода самого топлива, обслуживания двигателя, а также долговечности его использования.
Следует рассмотреть сам двигатель внутреннего сгорания и процессы, происходящие в нём.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, где химическая энергия топлива, сгорающая в камере сгорания, преобразуется в механическую работу.
Процессы, происходящие в двигателе внутреннего сгорания в течение каждого из 4 тактов (такты — отдельные процессы, протекающие в цилиндре за один ход поршня и составляющие полный рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания):
− впрыск — камера сгорания расширяется, клапан открыт и наполняется топливной смесью;
− сжатие — клапан закрыт, поршень движется вверх, объем камеры уменьшается;
− рабочий такт — происходит воспламенение топливной смеси. Смесь расширяет камеру сгорания, толкая поршень;
− выпуск — поршень идёт вверх, клапан открыт, камера сгорания очищается от продуктов горения.
ДВС классифицируют по разным признакам.
1) по устройству: газотурбинные — работа сгорания воспринимается рабочими лопатками; реактивные — используется реактивное давление, возникающее при истечении продуктов сгорания из сопла; поршневые — работа газообразных продуктов сгорания производится в цилиндре, или используется в машине, приводимой в действие. Поршневые двигатели бывают двухтактные и четырёхтактные.
Двухтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два хода поршня.
Четырехтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за четыре хода поршня.
2)по назначению: транспортные (автомобильные, судовые, самолётные); стационарные — работает на одном месте и прикреплен к фундаменту или к жесткой неподвижной раме; специальные — применение таких двигателей позволяет упростить электропривод и придать ему некоторые свойства, которые двигатели общего назначения не обеспечивают.
3) по виду применяемого топлива: работающие на тяжёлом топливе (дизельные); газовые; бензиновые.
Дизельное топливо — жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания;
Газ, используемый как топливо в ДВС — это пропан-бутан и метан.
Наиболее распространены бензиновые двигатели, которые используются в легковых автомобилях. Именно они представляют наибольший интерес для раскрытия темы.
Бензин — бесцветная горючая жидкость, получаемая переработкой нефти. Бензин производится нескольких марок, их характеристики даны в таблице 1.
Таблица 1
Марки бензина иих характеристики
| Марка | ГОСТ/ТУ | Октановое число (моторный метод) | Октановое число (исследовательский метод) |
| А-92 | ТУ38.001165–87 | 83 | 92 |
| АИ-93 | ГОСТ 2084–77 | 85 | 93 |
| АИ-95 | ГОСТ 2084–77 | 87 | 95 |
| АИ-98 | ГОСТ 2084–77 | 89 | 98 |
Октановое число — это показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива, который применяется в ДВС с внешним смесеобразованием.
В России в настоящее время приняты и применяются только 2 метода для определения уровня октана в бензине. Исследовательский метод определения октанового числа означает проведение испытаний в строгом соответствии с ГОСТ 8226–82 [6] и ГОСТ Р 32339–2013 [7]. Моторный метод определения октанового числа предусмотрен ГОСТ 511–81 [8] и ГОСТ Р 32340–2013 [9]. Сравнительный анализ дизельного и бензинового двигателя представлен в таблице 2.
Таблица 2
Сравнительные характеристики дизельного ибензинового двигателей
| Дизельный двигатель | Бензиновый двигатель |
| Преимущества | |
| — дизельное топливо меньше подвержено возгоранию — дизельный агрегат более экологичный, так как полноценнее и эффективнее сжигает топливный заряд. Дизельное топливо также более экологически чистое, чем бензин — расход горючего на дизеле на 30–35 % меньше, чем у бензиновых моторов — ресурс дизельного двигателя больше, чем у бензиновых моторов — отсутствие в конструкции дизеля системы зажигания исключает целый ряд проблем, которые присущи бензиновым силовым агрегатам | — бензиновые двигатели мощнее дизельных — шум от бензинового двигателя меньше, чем у дизельного — бензиновый двигатель работает тише, чем дизельный — бензиновый мотор выгоднее дизельного по стоимости обслуживания |
| Недостатки | |
| — дизель восприимчив к морозам — стоимость дизельного автомобиля на 25–35 % дороже аналогов на бензине. Двигатель также более дорогой в обслуживании и ремонте. Также владельцы дизельных автомобилей должны чаще менять фильтры и масла — дизельный мотор тяжелее бензинового, что влияет на развесовку автомобиля, его динамические характеристики и управляемость | — тяга на низах значительно хуже — серьёзная требовательность к качеству масел — больший расход топлива с ростом нагрузки — взрыво- и пожароопасность выше, чем у дизельного топлива |
С точки зрения экологичности лучше использовать дизельное топливо. Разница в цене и расход топлива также говорят в пользу дизельного двигателя.
Независимо от вида топлива, в процессе работы ДВС происходит образование выхлопных газов. Выхлопные газы — основной источник токсичных веществ, двухтактного и четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, которые загрязняют окружающую среду.
Основными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводорода (таблица 3).
Таблица 3
Состав выхлопных газов при работе разных ДВС
| Компоненты выхлопного газа | Содержание по объему,% | Токсичность | |
| бензиновый двигатель | дизельный двигатель | ||
| Азот | 74,0–77,0 | 76,0–78,0 | нет |
| Кислород | 0,3–8,0 | 2,0–18,0 | нет |
| Пары воды | 3,0–5,5 | 0,5–4,0 | нет |
| Диоксид углерода | 5,0–12,0 | 1,0–10,0 | нет |
| Оксид углерода | 0,1–10,0 | 0,01–5,0 | да |
| Углеводороды неканцерогенные | 0,2–3,0 | 0,009–0,5 | да |
| Альдегиды | 0–0,2 | 0,001–0,009 | да |
| Оксид серы | 0–0,002 | 0–0,03 | да |
| Сажа, г/м3 | 0–0,04 | 0,01–1,1 | да |
| Бензпирен, мг/м3 | 0,01–0,02 | до 0,01 | да |
Азот — хим. элемент 15-й группы с атомным номером 7. Это простое вещество представляет собой двухатомный газ без вкуса, запаха и цвета.
Кислород — химический элемент 16-й группы с атомным номером 8. Химически активный неметалл и самый лёгкий элемент из группы халькогенов.
Пары воды — газообразное агрегатное состояние воды. Отсутствует вкус, запах и цвет. Образуются молекулы воды при её испарении.
Диоксид углерода — бесцветный газ, почти не имеет запаха, с химической формулой СО2, плотность 1,98 кг/м3. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом.
Оксид углерода — бинарные химические соединения углерода с кислородом. Кроме углекислого газа и угарного газа остальные оксиды углерода относятся к органическим соединениям.
Альдегиды — класс органических соединений, которые содержат альдегидную группу.
Оксид серы — соединение серы с кислородом состава SO2. Бесцветный газ с резким запахом, токсичен. Под давлением сжимается при комнатной температуре.
Сажа — аморфный углерод, продукт неполного сгорания или термического разложения углеводородов в неконтролируемых условиях. Применяется в резинотехнической и в шинной промышленности.
Бензпирен — ароматическое соединение, вещество первого класса опасности. Образуется при сгорании углеводородного жидкого, твёрдого и газообразного топлива.
При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе — сажа.
Несмотря на плюсы дизельного топлива, бензиновые двигатели наиболее распространены, соответственно бензин — наиболее используемое топливо в легковых автомобилях. При его сгорании происходит 92 % выбросов СО, из них 63 % углеводородов и 46 % оксидов азота. При недостатке воздуха происходит сгорание топлива и образуется большое количество оксида углерода.
Выводы ирекомендации
Чтобы снизить вредное воздействие выхлопных газов на окружающую среду, разработаны новые экологически чистые виды топлива:
1) биодизель — на основе растительных масел применяется в чистом виде и в качестве различных смесей с дизельным топливом;
2) сжатый воздух — помогает малолитражным машинам сократить расход топлива до 3 л на 100 км. Пневмогибрид может передвигаться до 80 % времени на сжатом воздухе, не создавая при этом вредных выбросов.
3) солнечные батареи — такие автомобили оснащены панелями, собирающие солнечную энергию и блоком батарей ёмкостью 6 киловатт-часов. При отсутствии солнечного света запаса батарей хватает на 600 км.
4) жидкий водород — такие автомобили могут работать на бензине и на жидком водороде. Они имеют бензиновый бак на 74 литра и резервуар для хранения 8 кг жидкого водорода. Эти автомобили могут использовать оба вида топлива во время одной поездки: переключение горючего происходит автоматически.
5) электрический двигатель — это элемент электропривода. Состоит из подвижной части (ротора) и неподвижной (статора). После подачи питания ротор вращается. Электрические двигатели в последнее время находят широкое применение в легковых автомобилях.
Также чтобы улучшить экологическую обстановку, необходимо реализовывать следующие мероприятия:
− производить строительство дорог по новым технологиям, что уменьшает выхлопы за счет уменьшения нагрузки на двигатель и увеличения скорости;
− уменьшить вред от эксплуатации транспорта за счёт использования его экологически чистых видов и общественного транспорта;
− улучшать качество горюче-смазочных материалов.
Литература:
- Голохваст К. С., Христофорова Н. К. и др. Состав суспензии выхлопных газов автомобилей // Методы экологических исследований. 2013. № 6. С. 95–101.
- Ассад М. С., Грушевский В. В. и др. Измерение концентрации полициклических ароматических углеводородов в продуктах сгорания бензинового двигателя // Горение и взрыв. 2021. № 9..4. С. 22–27.
- Суфиянов Р. Ш., Моисеев А. Э. Измерение содержания оксида углерода в выхлопных газах автомобильного транспорта // XII международная научно-практическая конференция. МЦНС «Наука и просвещение». 2021. С. 65–68.
- Смоленская Н. М., Смоленский В. В. Токсичность отработавших газов в бензиновых двигателях при работе на сжатом природном газе и бензине // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2021. Т.18. № 4. С. 57–65.
- Садов А. А., Говорухин И. А. и др. Влияние транспорта на окружающую среду и мероприятия // Молодежь и наука. 2014. № 4. С. 28.
- ГОСТ 8226–82 (СТ СЭВ 2183–80) Топливо для двигателей. Исследовательский метод определения октанового числа.
7. ГОСТ 32339–2013 (ISO 5164:2005) Нефтепродукты. Определение детонационных характеристик моторных топлив. Исследовательский метод.
8. ГОСТ 511–2015 Топливо для двигателей. Моторный метод определения октанового числа.
9. ГОСТ 32340–2013 (ISO 5163:2005) Нефтепродукты. Определение детонационных характеристик моторных и авиационных топлив. Моторный метод.
Влияние выхлопных газов на здоровье человека
Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ
, доля токсичности
альдегидов
относительно невелика и составляет 4—5 % от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных
углеводородов
сильно отличается. Непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются образуя ядовитые кислородсодержащие соединения — составляющие
смогов
.
Качество дожигания на современных катализаторах таково, что доля СО после катализатора обычно менее 0,1 %.
Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды — сильные канцерогены. Среди них наиболее изучен бензпирен
, кроме него обнаружены производные
антрацена
:
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
.
Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма — иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, бронхопневмонии, рака лёгких. Также выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечно-сосудистой системы.
Отравления в замкнутом пространстве
Довольно часты случаи отравления выхлопными газами, в том числе с летальными исходами автомобилистов в гаражах, закрытых стоянках и внутри автомобилей (при утечке в салон), при плохой вентиляции. Также бывали случаи отравления выхлопными газами в квартирах домов, находящихся вблизи автостоянок (вдыхание выхлопных газов приводит к накоплению токсичных веществ в организме человека). Для борьбы с такими случаями вводятся строительные нормы вентиляции стоянок и сооружений, связанных с эксплуатацией и обслуживанием автомобилей.
Монооксид углерода и углекислый газ
Эти вещества считаются опасными и наносящими серьезный ущерб экологии. В большинстве стран мира автомобили проходят проверку и сертификацию на соответствие международным нормам по их содержанию в составе выхлопных газов автомобилей.
Причиной высокого содержания углекислого газа в воздухе является неполное сгорание топлива. Это чаще всего происходит при прогреве двигателя. Поэтому прогревать автомобиль рекомендуется в хорошо проветриваемом помещении или на свежем воздухе.
Также уменьшить количество указанных веществ в составе автомобильных выхлопов можно при помощи правильной настройки карбюратора, заменой старого воздушного фильтра или регулировкой впрыскивающих клапанов.
Углеводороды и органические масла
Остатки не прогоревших углеводородов и пары органических масел не представляют опасности для здоровья людей. Но под действием солнечных лучей они вступают в реакцию с другими компонентами воздуха и образуют токсичные соединения. Полученные вещества могут вызвать раздражение слизистых оболочек и дыхательных путей. Кроме того, одним из основных элементов смога являются углеводороды и их соединения.
Если следить за состоянием уплотнительных колец, а также настроить карбюратор и свечи зажигания таким образом, чтобы углеводороды в процессе работы двигателя прогорали полностью, то в результате будут выделятся безвредные вещества: углекислый газ и пары воды.
Формальдегид
В результате взаимодействия формальдегида, выделяемого автомобилями, с атмосферным азотом и рядом других компонентов воздуха образуются токсичные соединения. При их достаточной концентрации образуется туман, который может представлять опасность для человека.
Пыль и сажа
Мельчайшие твердые частицы, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей, оседают на обочинах и различных объектах вдоль автомобильных трасс. При постоянном вдыхании подобной пыли и сажи возникает риск развития заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой системы. Из-за малых размеров частиц сажи, они легко попадают непосредственно в кровеносные сосуды и оказывают пагубное влияние на них изнутри.
Возможности полностью исключить данные вещества из состава выхлопных газов пока не существует. Единственной возможностью уменьшить их количество – это применение качественного топлива.
Бензпирен
Бензпирен (Бензапирен) относится к группе полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Данные мутагенные и канцерогенные вещества способны накапливаться в природных объектах, воде и почве. Бензипрен самый распространенный из ряда опасных веществ этой группы. Со временем он накапливается в организме человека и, при достижении определенной критической концентрации, оказывает необратимые воздействия на его здоровье.
Состав выхлопных газов
Небольшой ликбез для любителей подышать из выхлопной трубы.
Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества (естественные компоненты атмосферного воздуха).
Вторичная реакция на воздействие оксидов азота проявляется в образовании в человеческом организме нитритов и всасывании их в кровь. Это вызывает превращение гемоглобина в метагемоглобин, что приводит к нарушению сердечной деятельности.
Оксиды азота оказывают отрицательное воздействие и на растительность, образуя на листовых пластинах растворы азотной и азотистой кислот. Этим же свойством обусловлено влияние оксидов азота на строительные материалы и металлические конструкции. Кроме того, они участвуют в фотохимической реакции образования смога.
Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа СxНy. В отработавших газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные), всего около 160 компонентов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.
Несгоревшие углеводороды являются одной из причин появления белого или голубого дыма. Это происходит при запаздывании воспламенения рабочей смеси в двигателе или при пониженных температурах в камере сгорания.
Особой канцерогенной активностью отличается ароматический углеводород бенз-а-пирен С20H12, содержащийся в отработавших газах бензиновых двигателей и дизелей. Он хорошо растворяется в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Накапливаясь в организме человека до опасных концентраций, бенз-а-пирен стимулирует образование злокачественных опухолей.
В отработавших газах присутствуют в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид.Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.
В придорожном пространстве примерно 50 % выбросов свинца в виде микрочастиц сразу распределяются на прилегающей поверхности. Остальное количество в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем также осаждается на землю вблизи дорог. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными к сельскохозяйственному использованию. Добавление к бензину присадки Р-9 делает его высокотоксичным. Разные марки бензина имеют различное процентное содержание присадки. Чтобы различать марки этилированного бензина, их окрашивают, добавляя в присадку разноцветные красители. Неэтилированный бензин поставляется без окрашивания (табл. 9).
В развитых странах мира применение этилированного бензина ограничивается или уже полностью прекращено. В России он еще находит широкое применение. Однако ставится задача отказаться от его использования. Крупные промышленные центры и курортные местности переходят на использование неэтилированных бензинов.
Негативное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные компоненты отработавших газов двигателей, выделенные в восемь групп, но и сами углеводородные топлива, масла и смазки. Обладая большой способностью к испарению, особенно при повышении температуры, пары топлив и масел распространяются в воздухе и отрицательно влияют на живые организмы.
В местах заправки транспортных средств топливом и маслом происходят случайные разливы и намеренные сливы отработанного масла прямо на землю или в водоемы. На месте масляного пятна длительное время не произрастает растительность. Нефтепродукты, попавшие в водоемы, губительно воздействуют на их флору и фауну.
Источник
Оксиды азота (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, в дальнейшем NOx)
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 ещё 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.
Выхлопные газы автомобилей
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 таблице 1.
Вред атмосфере
Зачастую выхлопными газами называют все выбросы в городскую атмосферу, в том числе котельных, заводов и других промышленных предприятий. На самом деле этим термином правильно называть только транспортные выбросы, которые появляются в результате переработки топлива.
Опасным назвали уровень загрязнения воздуха в Новосибирске эксперты
Такие газы также называют отходящими. Выхлопные газы – продукт работы двигателей внутреннего сгорания, и, учитывая стремительный рост количества транспорта за последние 50 лет и, в частности, прирост личного автотранспорта в городах, выхлопные газы в воздухе городов обосновались всерьёз и надолго, и количество их только растёт. Сейчас именно отходящие газы – основная причина загрязнения воздуха в городе. Они постоянно оказывают влияние на здоровье человека.
«По мере увеличения общего объёма автопарка интенсивно растёт и уровень вредного воздействия автомобилей на окружающую среду, – поясняет эколог Дмитрий Марков. – В начале 70-х годов учёные-гигиенисты определили, что доля загрязнений, которую вносят в атмосферу автомобили, в среднем равна 13%. Сейчас она достигла уже 50% и продолжает расти, а для городов и промышленных центров доля выбросов от выхлопных газов в общем объёме загрязнений значительно выше – до 70% и более. Это создаёт серьёзную экологическую проблему».
Все автомобили выбрасывают в воздух канцерогены и токсичные вещества. Состав выхлопных газов автомобиля меняется в зависимости от типа двигателя, бензиновый или дизельный, однако основной набор остаётся одинаковым. В состав автомобильных выхлопных газов входят как нетоксичные (азот, кислород, водяной пар, диоксид углерода), так и токсичные (оксид углерода, углеводороды, альдегиды, диоксид серы, сажа, бензапирен) химические вещества.
Мельчайшие частицы вредных соединений попадают в тело растения и отравляют его. Именно поэтому растущие у больших дорог или парковок газоны и деревья часто выглядят вяло, быстро желтеют и погибают.
Загрязнение воздуха выхлопными газами значительно повлияло на состав осадков. Из-за автотранспорта идут кислотные дожди, появляются цветные туманы, выпадает тёмный снег. Конечно, осадки немного очищают воздух, но вся собранная грязь попадает в почву, что вызывает общее загрязнение окружающей среды выхлопными газами. Те же соединения и тяжёлые металлы через почву распространяются дальше: попадают в корм животных, в сельскохозяйственные культуры.
Это интересно: Ремонт тормозных дисков своими руками
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.
Загрязнение атмосферы выхлопными газами: влияние на человека и окружающую среду
Во второй половине 20 века во многих странах мира произошел резкий скачок развития автомобилестроения. Увеличение количества машин привело к усилению беспокойства как ученых, так и простых обывателей по поводу влияния продуктов сгорания топлива на здоровье человека и на экологию в целом.
Данная проблема загрязнения атмосферы выхлопными газами не потеряла своей актуальности. В их составе присутствует множество токсичных компонентов, поэтому выхлопные газы – одна из главных экологических проблем современности.
