Экологическая безопасность

7.Отбор аспирируемого воздуха зависит от предполагаемого содержания пыли и определяется необходимостью накопления в фильтре такого качества пыли, которое достаточно для надежного определения привеса (1-2 мг) и не превысит пылеемкости применяемого фильтра.

Ориентировочные объемы воздуха при отборе проб можно установить по табл. 12

Таблица 12. Рекомендуемые расходы воздуха

Предполагаемая концентрация пыли, мг/м3	Объем воздуха, м3
Менее 2 2-10 10-50 свыше 50	1,0 0,5 0,25 0,1

Отбор пробы заканчивается включением аспиратора с фиксацией времени набора пробы в рабочем журнале.

8. Извлекают пылезаборную трубку из воздуховода и, повернув ее вертикально вверх, отсоединяют от аллонжа. Отвинчивают крышку и за выступ защитных колец извлекают фильтр с пробой из нижнего корпуса аллонжа. Раскрывают защитные кольца и чистыми руками перегибают фильтрующий элемент запыленной стороной внутрь, фильтр с защитными кольцами обертывают калькой и вставляют в бумажную кассету. При всех этих операциях следят за тем, чтобы на фильтрующий элемент не попали посторонние загрязнения и чтобы не допустить потерь пыли.

Фильтры с пробами доставляют в лабораторию для взвешивания, и в течение 30 мин их выдерживают при комнатной температуре в исходных условиях для приведения их в равновесие с температурой и влагой окружающего воздуха.

Привес фильтра определяется на тех же весах, на которых проводилось взвешивание чистых фильтров.

Концентрацию пыли вычисляют по формуле:

Q=

где Q - содержание пыли в воздухе, мг/м ; q2 - вес фильтра с пылью, мг; qi - вес чистого фильтра, мг; V2 - объем воздуха, м3, приведенный к нормальным условиям, т.е. такому объему, который он занимал бы при температуре 0°С и давлении 760мм рт.ст. и определяется по формуле:

V0=

где Vt = V * 10-3 - объем воздуха, протянутого через аллонж при данной температуре и давлении, м3; В - атмосферное давление, мм рт.ст.; t° - температура воздуха, °С; Vo - скорость пропускания воздуха через аллонж, л/мин; Т - время пропускания, мин.

Валовые выбросы вредных веществ в атмосферу определяются по формуле:

M = QV110-3

где М - валовые выбросы вредных веществ в атмосферу, r/c; Q -концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, мг/м"; V -- объем воздуха, удаляемого вентустановкой (м3/с), определяется по формуле:

V1=F

где F - площадь сечения воздуховода, м2; g - ускорение свободного падения, 9,8 м/с2; Рд- динамическое давлене, кг/м2; Р - плотность воздуха при замеренной температуре и атмосферное давление, кг/м .

Валовые выбросы вредных веществ за год определяются по формуле:

Мг= 3600М Т 10-6

где Мг -- валовые выбросы вредных веществ в год, т/год; М -- валовые быбросы вредных веществ в секунду, г/с; Т - годовой фонд времени работы вентустановки, (определяется в каждом конкретном случае с учетом количества смен работы на асфальтовом заводе и фактического времени атмосферного выброса в год, час).

Отбор проб предполагает полное удаление анализируемого вещества из воздуха, причем количество этого вещества должно быть достаточным для его надежного определения принятым методом анализа. Аспирация излишних объектов воздуха приводит к неоправданному усреднению результатов, при недостаточном объеме воздуха снижается точность анализов.

Оптимальный объем воздуха, необходимый для определения токсичной примеси, можно рассчитать по формуле:

Vc=

где Vc - объем воздуха при 0°С и атм. давл., м; а -- чувствительность определения, вещества в анализируемом объеме пробы мг (обычно соответствует содержанию вещества в первой пробирке стандартной шкалы); V - общий объем пробы, мл; V] - объем пробы взятый на анализ, мл; Со - предельно допустимая концентрация анализируемого вещества, мг/м3.

Расчет результатов анализа. В странах СНГ предельно допустимые концентрации токсичных веществ в воздухе выражают в миллиграммах на 1м3, поэтому результат анализа

вычисляют в мг/м"*. Концентрацию вещества в воздушных выбросах X (мг/м3) вычисляют по формуле:

где V - общий объем исследуемого раствора, мл; а - количество вещества, найденное в анализируемом объеме раствора, мг; V] -объем исследуемого раствора, взятый для анализа, мл; Vo - объем исследуемого воздуха, приведенный к нормальным условиям.

3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Анализ состояния атмосферного воздуха г.Актобе

г. Актобе является областным центром Актюбинской области. Население города составляет около 350 тыс. человек. В черте города расположены ряд промышленных объектов, ежегодно выбрасывающих по данным областного управления охраны окружающей среды огромное количество вредных для здоровья человека веществ.

Существенный вклад в загрязнение атмосферного воздуха города вносит автомобильный транспорт. По данным управления дорожной полиции в области в 2005г. имелось в наличии 78тыс. единиц автотранспорта, в том числе в г.Актобе 62 тыс. единиц.

Выбросы от автотранспорта в целом по области в 2005г. составили 82,5 тыс. тонн в т.ч. по г.Актобе - 56,2 тыс. тонн. В последнее время наблюдается увеличение количества вредных выбросов в атмосферу, осуществляемых как стационарными, так и передвижными источниками. Объем выбросов вредных веществ в атмосферу за последние десять лет носит переменчивый характер, в некоторые годы наблюдалось снижение количества выбросов, в другие годы наоборот отмечено увеличение количества выбросов.

Так за период с 1995г по 2001г в Актюбинской области наблюдалось относительное снижение уровня выбросов вредных веществ в атмосферу от передвижных источников, что связано с некоторым снижением в данный период количества автотранспортных средств в области, экономической ситуацией обусловившей спад совокупного спроса на бензин и, следовательно, его потребления.

Начиная с 2002г по 2005г наблюдается значительное увеличение выбросов вредных веществ в атмосферу от передвижных источников, что связано со значительным увеличением в этот период автотранспортных средств в области.

В 2002г в целом по области количество выбросов вредных веществ от автотранспортных средств составило 75,9 тыс.тонн.

В 2003г данный показатель несколько снизился, в этот период валовый объем выбросов вредных веществ в атмосферу от передвижных источников составил 59,8 тыс.тонн.

В истекшем 2005г в целом по области количество выбросов вредных веществ от автотранспорта составило 82,5 тыс.тонн.

Кроме того, неблагоприятная обстановка складывается по так называемому индексу загрязнения атмосферы, характеризующему уровень загрязненности воздушного бассейна. Индекс загрязнения атмосферы по г.Актобе в 2004 году представлен следующими цифрами: (приложение №6)

1кв. - 10,2;

2кв. - 10,2

3кв. - 8,17;

4кв - 8,3.

Таким образом средний индекс загрязнения атмосферы за 2004 год составил 9,22.

В 2005 году данные показатели незначительно снизились;

1кв. - 8,8;

2кв. - 9,2

3кв. - 8,7;

4кв - 8,2.

То есть в 2005 году средний индекс составил 8,72, что на 0,49 ниже чем в предыдущем году. Однако все же и это достаточно высокий показатель, так как нормой индекса загрязнения атмосферы считается цифра не превышающая показатель равный 5.

Необходимо отметить особенность механизма воздействия автотранспорта на окружающую среду в отличие от выбросов стационарных источников, предприятий.

- выбросы от автотранспорта происходят на небольшой высоте и загрязняют тот слой атмосферы, который является средой обитания человека;

- непрерывно растущие темпы увеличения численности автотранспорта;

- концентрация большого количества автотранспортных средств на сравнительно ограниченных территориях, их массовое проникновение в зоны жилой застройки;

- низкие удельные показатели экологической безопасности и сложность значительного улучшения их в ближайшей перспективе.

В целях снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха по решению Акима области и в соответствии со ст.26,27 Закона Республики Казахстан «Об охране атмосферного воздуха» на территории области ежегодно проводится операция «Чистый воздух».

Мероприятие проводится управлением дорожной полиции УВД Актюбинской области, областным управлением транспортного контроля, областной санитарно-эпидемиологической станцией, областным управлением охраны окружающей среды по согласованному плану.

В рамках операции «Чистый воздух» проводятся проверки автопредприятий и автоцехов, проводятся рейды на автодорогах и городских маршрутах. Контроль проводится инструментальным методом на соответствие токсичности (дымности) требованию ГОСТ 17.2.2.03-87.

В истекшем году были проверены автотранспорт крупных предприятий, таких как ОАО «Актобемунайгаз», ОАО «Донской ГОК», ОАО «Феррохром», ТОО «Автопарк», ТОО «Актобе Эталон», а также предприятий с количеством машин свыше 30 единиц.

Практически на всех предприятиях техническое состояние автотранспорта не отвечает экологическим требованиям. Связано это с отсутствием надлежащего контроля за выбросами со стороны предприятия. Работа контрольно-регулировочных пунктов (КРП) ведется формально. Своевременно не производится ремонт и регулировка узлов и агрегатов, влияющих на токсичность (дымность) выбросов.

Особое внимание уделялось контролю автотранспорта на городских маршрутах, владельцами которых являются ТОО «Автопарк» и ТОО «Актобе Эталон». Интенсивное движение по городским маршрутам, длительные стоянки на остановках приводят к повышению загазованности воздуха, следовательно требуют повышенного внимания к техническому состоянию машин, что не подтверждают результаты проверок.

На балансе ТОО «Автопарк» имеется 220 единиц автотранспорта, кроме того, для обслуживания пассажиров арендуется частный автотранспорт. Основная масса собственного автотранспорта относительно обновленная, но несмотря на это, общее техническое состояние машин на соответствие экологическим требованиям не удовлетворительное. До 40% автотранспорта на маршрутах эксплуатируется с превышением норм токсичности.

На балансе ТОО «Актобе Эталон» имеется чуть более 100 единиц автотранспорта, из них 98 переведены на газообразное топливо. Кроме того, арендуется порядка 90 единиц частного автотранспорта, техническое состояние которых также не в полной мере отвечает экологическим требованиям.

Анализ результатов операции «Чистый воздух», а также ранее проведенные проверки автотранспортных предприятий показывают, что техническое состояние автотранспорта в области не в полной мере отвечает экологическим требованиям. Основной причиной является изношенность автомобильного парка. Большой процент машин с выработанным ресурсом, пополнение парка автомобилями бывшими в эксплуатации, определяют его плохое техническое состояние.

Недостаточен контроль со стороны госорганов, связанный с отсутствием необходимых средств и несовершенством законодательства.

Вызывает тревогу экологическая обстановка на привокзальной площади, в районе колхозного рынка. Привокзальная площадь является не только местом скопления большого количества людей (отъезжающих и приезжающих пассажиров), но и густонаселенным жилым массивом, от жителей которых постоянно поступают жалобы.

В свое время проведенные изменения маршрутов и конечных стоянок автобусов №7, 14, 15 и т.д. способствовали некоторому улучшению экологической обстановки. На настоящий момент более 10 маршрутов городского пассажирского транспорта проходят через привокзальную площадь. Основную массу которых составляют маломестные микроавтобусы, идущие непрерывным потоком. Загрязнение воздушного бассейна происходит и выбросами от тепловозов, кроме того, непосредственно на привокзальной площади организована стоянка автотранспорта, такси, которые также являются источниками выбросов. Все это токсичные выбросы, наносящие вред здоровью людей и окружающей среды. Ситуация усугубляется тем, что на привокзальной площади открыто большое количество торговых точек, кафе, баров, шашлычных, которые в процессе своей деятельности также воздействуют на окружающую среду, загрязняя ее отходами и выбросами.

Наряду с вышеуказанными проблемами имеются и положительные сдвиги в решении этих проблем. Активизировалась работа по переводу автотранспорта на газообразное топливо. Так на ТОО «Актобе Эталон», ОАО «Актюбинская ТЭЦ», ОАО «Облтрансгаз» основная масса автотранспорта переведена на газообразное топливо. Вместе с тем нет сдвигов в решении вопросов по увеличению электротранспорта.

В целях снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха, считается необходимым принять меры по усилению контроля за выбросами от автотранспорта, усилению ответственности со стороны должностных и физических лиц. Для улучшения состояния воздушного бассейна города необходимо вернуться к вопросам разгрузки транспортных потоков на привокзальной площади и центрального колхозного рынка, к увеличению электротранспорта на городских маршрутах, к переводу автотранспорта на газообразное топливо.

Немаловажное значение в снижении уровня загрязнения атмосферного воздуха имеет усиление контроля со стороны госорганов.

Расчет выбросов вредных веществ автотранспортными средствами осуществляется государственными органами на основе применения определенных коэффициентов и формул.

Учитывая, что опасность автомобильного транспорта как источника загрязнения воздушной среды в первую очередь определяется его техническим состоянием, первостепенное значение при эксплуатации подвижного состава должно придаваться мероприятиям по обеспечению надлежащего состояния систем и узлов, ответственности со стороны должностных лиц.

Гарантом в деле выполнения этих и других мероприятий по повышению экологической безопасности автотранспорта призвана стать система госконтроля за охраной атмосферного воздуха.

Развитие транспортных средств является частью общего научно-технического прогресса, оно необходимо и не может быть приостановлено. Конфликт между транспортными средствами и средой обитания человека серьезен и необходимо упорно работать над созданием условий для гармоничного сосуществования транспорта и экологических систем.

Транспорт сыграл огромную роль в формировании современного характера расселения людей, централизации промышленности и сферы обслуживания. Благодаря развитой транспортной сети стало возможным быстрое перемещение грузов и пассажиров в нужном направлении. Обладая высокой мобильностью, маневренностью, возможностью доставки грузов от «ворот» до «ворот», автомобильный транспорт стоит вне конкуренции.

Казахстан располагает всеми видами современного транспорта: автомобильным, железнодорожным, воздушным и водным.

Однако с ростом автомобилизации возникает ряд серьезных проблем, связанных с вредными для окружающей среды и общества последствиями, которые сопровождают этот процесс. Воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду сопровождается не только потреблением природных ресурсов, но и загрязнением окружающей среды.

Причиной загрязнения атмосферы является низкое КПД двигателей, отсутствие надлежащего контроля за токсичностью (дымностью) выхлопных газов автомобилей на заводах-изготовителях и служб технической эксплуатации автопредприятий, низкий уровень технического обслуживания и ремонта автомобилей при эксплуатации, использование топлива низкого качества, нерациональное планирование транспортных потоков.

Низкое КПД двигателей заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего около 20% его расходуется на движение автомобиля, а 80% выбрасывается в атмосферу в виде отработавших газов, проще говоря «летит на ветер». У лучших образцов автомобильных двигателей эти потери составляют более 55%. В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания содержится очень много вредных компонентов, в том числе монооксид углерода, оксиды азота, алканы, ароматические углеводороды, кетоны, оксиды серы, альдегиды, сажа и т.д., а также продукты содержащие свинец, хлор, бром и фосфор - все это производные прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в двигателе.

Если рассматривать выбрасываемые вещества по их токсичности то на первое место (с учетом массы) выходит оксид углерода (СО), оксиды азота, акролеин, ацетальдегид, этилен, бензол, формальдегид (НСОН) и т.д.

Все токсичные вещества, содержащиеся в отработавших газах делятся на нормируемые и ненормируемые. Список нормируемых веществ, изучаемых в разных странах, включает в общей сложности порядка 20 химических агентов, для которых существуют нормы и методы измерения, однако регулярному контролю у нас и в странах СНГ подлежит не более 6-8 ингредиентов. В их числе оксид углерода (СО), оксиды азота NOx, углеводороды (СН), сажа, диоксид серы (SO2), свинец Pb, а также формальдегид (НСОН). Так, например, токсичность отработавших газов карбюраторных двигателей обуславливается главным образом содержанием окиси углерода и окислов азота, а дизельных двигателей окислов азота и сажи.

Первый государственный стандарт (ГОСТ) был введен на территории СССР в 1970 году, который претерпел некоторые изменения. На сегодняшний день на территории Республики Казахстан предельно допустимое содержание токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей регламентировано ГОСТом - 17.2.2.03-87.

Норму дымности отработавших газов определяет ГОСТ 21393-75. Кроме того, имеется ряд отраслевых стандартов, непосредственно для производителей транспорта.

Введение указанных стандартов позволило несколько упорядочить токсичность (дымность) автомобилей. Однако из-за необеспеченности автотранспортных предприятий и контролирующих органов необходимой приборной базой и отсутствия необходимых законодательных актов эффективность указанных стандартов в полной мере реализовать не удается.

С целью снижения токсичности выбросов были разработаны проекты стандартов, предусматривающие применение систем нейтрализации отработавших газов. Внедрение каталитических нейтрализаторов позволило бы значительно оздоровить экологическую обстановку, но для этого необходимо обеспечить перевод автомобилей на неэтилированный бензин, поскольку присутствие в выбросах свинца нарушает процесс каталитического окисления и приводит к выходу из строя нейтрализаторов.

При сложившихся экономических условиях переход на выпуск неэтилированного бензина в ближайшее время практически невозможен. Кроме того, фактически не организовано промышленное производство самих нейтрализаторов.

Поэтому необходимо вести непрерывную работу в этом направлении.

Низкий уровень технического обслуживания и эксплуатации автомобиля приводит к расстройству узлов и систем автомобиля. В результате выбросы вредных веществ возрастают, намного превышая установленные нормы. Если все узлы автомобильного двигателя будут правильно отрегулированы, то выбросы вредных веществ в атмосферу уменьшатся в 3-5 раз.

Особое внимание обращает на себя проблема слабой обновляемости автомобильного парка. Согласно оценкам специалистов срок службы автомобилей у нас в 2-3 раза выше, чем в любой развитой стране. Кроме того, значительное пополнение происходит за счет подержанных автомобилей иностранного производства.

Не секрет, что увеличение срока службы автомобилей сопровождается ухудшением не только его технического состояния, но и показателей выбросов.

Поддержание автомобильного парка в исправном техническом состоянии обеспечивает значительный экологический эффект.

В настоящее время разрабатываются стандарты, включающие диагностические показатели работы двигателя. Пределы изменения этих показателей позволят оценивать техническое соответствие двигателя нормам выбросов.

В интересах повышения экологических показателей работающих автомобилей необходима организация сети пунктов контроля технического состояния двигателей нормам выбросов с оснащением необходимыми приборами.

Отсутствие надлежащего контроля за качеством ввозимого и реализуемого топлива, приводит к ухудшению его качества, что в свою очередь приводит к увеличению выбросов. Об этом свидетельствуют частые нарекания со стороны специалистов и водителей. Эта задача усложнилась в связи с изменениями, в системе обеспечения области нефтепродуктами. Поэтому еще одной важной мерой по снижению выбросов от автотранспорта является постоянный контроль за качеством топлива.

Снижение выбросов вредных веществ может быть достигнуто также соответствующей организацией движения и перевозок, исключающих порожние пробеги, выбор кратчайших или наименее загруженных маршрутов, магистралей с безостановочным движением, установление оптимальных скоростей движения.

3.2 Влияние технического состояния двигателя и режима работы автомобиля на токсичность отработавших газов

По мере увеличения пробега автомобиля происходит изменение регулировочных параметров систем питания и зажигания. Так, изменение регулировки карбюратора на режиме холостого хода двигателя происходит при пробеге автомобиля в пределах 8--9 тыс. км. При этом экономичность ухудшается на 1,6%, а токсичность отработавших газов увеличивается в 2--4 раза.

Резкое открывание дроссельной заслонки на режиме разгона вызывает значительное обеднение горючей смеси, нарушающее устойчивую работу двигателя, пропуски в зажигании и как следствие -- повышение токсичности отработавших газов.

На величину выброса токсичных веществ наибольшее влияние оказывают система холостого хода и главная дозирующая система карбюратора.

При нормальной регулировке карбюратора на постоянных режимах работы двигателя количество СО незначительно и при коэффициенте избытка воздуха а=1 составляет 0,4%. При полном открытии дросселя (а = 0,8) количество СО резко возрастает и максимуму мощности соответствует примерно 6% содержания СО.

Изменение угла опережения зажигания в определенных пределах не влияет на содержание СО в отработавших газах. Однако при позднем зажигании смеси ухудшается процесс ее сгорания и увеличивается количество СО и СН в отработавших газах.

В дизельном двигателе поздний впрыск топлива ухудшает индикаторные показатели. Уменьшение угла опережения начала впрыска вследствие снижения максимальной температуры цикла значительно уменьшает количество NОХ. Количество СО не зависит от угла начала впрыска и равно 0,06%.

Увеличение гидравлического сопротивления воздухоочистителя на 30--40% повышает токсичность отработавших газов на 15--20%, а нарушение зазоров в газораспределительном механизме увеличивает содержание СН до 50%.

Систематическая проверка системы холостого хода позволяет уменьшить содержание СО с 7 до 2%.

Увеличение содержания токсичных веществ в отработавших газах карбюраторных двигателей вызывается следующими основными причинами:

- изменением технического состояния карбюратора (засорением главного и вспомогательного жиклеров; неисправностью устройства, регулирующего уровень топлива в поплавковой камере; неправильной регулировкой карбюратора);

- неисправностями в системе зажигания, вызывающими неправильную установку зажигания и ослабление искры (подгоранием контактов прерывателя, нарушением изоляции проводов, замыканием обмоток катушки высокого напряжения и др.);

-износными явлениями, нарушением регулировок в газораспределительном механизме, отложением нагара в цилиндрах двигателя карбюраторного двигателя и скорости движения автомобиля.

К неисправностям дизельных двигателей, вызывающим повышенное содержание токсичных веществ в отработавших газах, следует отнести: засорение сопловых отверстий форсунок; заедание иглы форсунки; износ прецизионных пар, негерметичность топливоподающей аппаратуры и неправильная ее регулировка.

Поэтому при проведении технического обслуживания особое внимание необходимо уделять контрольным и регулировочным работам по системам питания, зажигания и газораспределительному механизму двигателя.

Засорение воздушного фильтра при замкнутой системе вентиляции картера ведет к нарушению регулировки карбюратора (переобогащению смеси). В этом случае подвергаются проверке главный топливный жиклер и воздушные жиклеры.

Содержание СО в отработавших газах существенно зависит от износа цилиндропоршневой группы и от скорости движения автомобиля. У изношенного двигателя количество СО увеличивается более чем в 3 раза по сравнению с отрегулированным и неизношенным двигателем.

Загрязнение деталей двигателя отложениями, образовавшимися в процессе эксплуатации, увеличивает выброс токсичных веществ. Ухудшение подвижности поршневых колец в канавках поршней вызывает потерю компрессии, при этом в картер уносится до 35% СН.

Периодическая промывка системы, смазка промывочными маслами снижает выброс СО в среднем на 27%, а выброс органических аэрозолей в среднем на 45%.

Работа автомобиля характеризуется частой сменой скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя. Установлено, что удельная токсичность отработавших газов с увеличением нагрузки на двигатель уменьшается, достигая для карбюраторных двигателей минимальной величины при 80%-ной нагрузке. Для дизельных двигателей этот минимум приходится на 60--70%-ную нагрузку.

В области холостого хода и малых нагрузок (дроссель открыт от 0 до 25%) количество горючей смеси очень мало, зажигание весьма затруднено, а поэтому для нормальных условий работы двигателя используют обогащенную смесь. В результате содержание СО в отработавших газах увеличивается и может достигать 7--10%.

При работе на средних нагрузках (открытие дросселя от 25 до 80%) в цилиндры поступает обедненная смесь (а=1,05--1,1), соответствующая наиболее экономичной работе двигателя. При этом содержание СО в отработавших газах минимальное и по сравнению с обогащенной смесью (а = 0,9) оно уменьшается в 8--12 раз.

При работе в области, близкой к полной мощности (открытие дросселя от 80 до 100%), в цилиндры подается обогащенная смесь, соответствующая полной мощности, с некоторой потерей в экономичности, что приводит к увеличению содержания СО (до 5%) и СН.

В дизельных двигателях с увеличением нагрузки расход топлива увеличивается, а расход воздуха не меняется, поэтому уменьшается а и резко увеличивается содержание СН в отработавших газах.

Наибольшее количество бенз(а)пирена выделяется при пусках двигателя, особенно в зимнее время.

Автомобили, двигающиеся с постоянной скоростью, по сравнению с переменным режимом выделяют меньше токсичных веществ. Исследования движения легкового автомобиля в Москве показали, что продолжительность работы двигателя на холостом ходу равна 20--22%, на режимах ускорения -- 20--25%, замедления -- 22--25%, а на постоянной скорости -- лишь 27--37% от общего баланса времени пребывания на линии.

В городских условиях эксплуатации автомобилей возможен режим принудительного холостого хода, т. е. когда двигатель приводится во вращение от трансмиссии. Этот режим наблюдается при торможении автомобиля двигателем и составляет для грузовых автомобилей 18%, а для легковых-- 16,4% от общего баланса времени. При этом в цилиндрах создается сильное разрежение, смесь получается богатой и нарушается процесс сгорания, а следовательно, процентное содержание СО и СН в отработавших газах увеличивается. Наиболее вредной считается работа автомобиля с полной нагрузкой на максимальных скоростях. При этом в атмосферу попадает значительно большее количество токсичных веществ, чем при работе на холостом ходу, вследствие увеличения (в 6--10 раз) количества продуктов сгорания.

Метеорологические условия также влияют на степень загрязнения атмосферы при работе автомобиля. С увеличением влажности воздуха от 40 до 90% при постоянной температуре токсичность отработавших газов возрастает на 38%. При понижении температуры окружающего воздуха от 25° до 15°С содержание СО в отработавших газах увеличивается с 1,7 до 2,8%

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Эксплуатационные мероприятия по повышению экологичности автотранспортных средств

Основными эксплуатационными мероприятиями, направленными на снижение токсичности отработавших газов являются следующие:

Для карбюраторных двигателей

1. Своевременное регулирование карбюраторов по оптимальному составу рабочей смеси;

2. Оптимизация характеристики ускорительного насоса при разгоне автомобиля;

3. Поддержание оптимальной регулировки зазоров между торцами стержней клапанов и носками коромысел газораспределительного механизма;

4. Контроль и регулировка оптимального угла опережения зажигания. Поддержание нормального зазора в контактах прерывателя.

5. Повышение минимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя на 50--100 об/мин;

6. Периодическая промывка системы смазки специальным промывочным маслом;

7. Периодическая проверка герметичности цилиндропоршневой группы;

8. Движение, по возможности, с постоянной скоростью;

9. Систематическая промывка топливных и воздушного фильтров систем питания двигателя;

10. Работа двигателя на средних скоростных режимах и нагрузках 60--80% от максимальной мощности;

11. Добавка в бензин 3% антитоксичного изопропилового спирта;

Для дизельных двигателей

1. Систематический контроль оптимального угла опережения начала подачи топлива. Он должен быть до ВМТ;

2. Поддержание постоянной цикличности подачи топлива для каждого цилиндра. Допускается неравномерность подачи топлива ±5%;

3. Контроль и регулировка оптимальной максимальной подачи топлива, исключающей дымный выхлоп;

4. Своевременный контроль технического состояния и регулировка оптимального давления начала впрыска топлива каждой форсункой;

5.Разогрев двигателя и его систем перед началом движения автомобиля до температуры не ниже 30°С и полная нагрузка двигателя при температуре охлаждающей жидкости не ниже 55°С;

6. Работа двигателя на средних скоростных режимах и нагрузках 60--70% от максимальной мощности;

7. Периодическая проверка герметичности цилиндропоршневой группы;

8. Движение, по возможности, с постоянной скоростью;

9. Своевременная промывка топливных и воздушных фильтров;

Чтобы судить о своевременном выполнении вышеуказанных мероприятий на автотранспортных предприятиях, организуется контроль за токсичностью отработавших газов с применением современных газоанализаторов.

Углубленная проверка исправного технического состояния топливных систем двигателей обычно проводится 2 раза в год. При этом проверяют:

производительность топливных жиклеров;

износ деталей привода ускорительного насоса и его производительность;

--систему балансировки поплавковой камеры.
Хорошая взаимосвязь системы холостого хода карбюратора и главной дозирующей системы обеспечивают автомобилю хорошие ходовые качества.

При техническом обследовании технического состояния карбюратора и воздушного фильтра проверяют в первую очередь, т.е, контролируют: - состояние системы холостого хода;

- положение винта минимального открытия дросселя;

- минимальные обороты холостого хода и содержание СО в отработавших газах. Затем проверяют техническое состояние аккумуляторных батарей и системы зажигания.

У дизельных двигателей в первую очередь определяется техническое состояние топливной системы. То есть проверяется исправность топливной аппаратуры (форсунок, топливных насосов). Обращается также внимание на техническое состояние воздухоочистителя, топливных фильтров и их герметичность.

Кроме того, автомобили с дизельными двигателями проверяются на дымность при техническом обслуживании и при проведении годовых технических осмотров.

Основные направления, мероприятия, методы и средства по снижению токсичности и дымности отработавших газов:

1. Новые схемы двигателя:

с турбокомпаундированием;

с утилизацией теплоты в цикле Ренкина--Стирлинга;

комбинированные;

газотурбинные;

аксиальные;

двухтактные;

--электрические.

2. Совершенствование рабочего процесса:

оптимизация камеры сгорания;

оптимизация параметров топливоподачи;

улучшение наполнения цилиндров;

оптимизация структуры воздушного вихря;

оптимизация фаз газораспределения;

разработка малотоксичных рабочих процессов;

теплоизоляция камеры сгорания;

предварительная физико-химическая обработка топлива, воздушного заряда, рабочей смеси;

совершенствование систем турбонадува;

совершенствование систем впуска и выпуска.

3. Совершенствование конструкции и технологии изготовления ДВС:

снижение механических потерь;

утилизация теплоты отработавших газов;

ужесточение допусков;

оптимизация степени сжатия;

совершенствование систем теплоподачи;

совершенствование узлов и деталей дизеля;

совершенствование систем охлаждения и смазывания;

создание электронных систем управления.

4. Разработка средств и методов снижения токсичности и дымности ДВС:

--воздействие на рабочий процесс:

регуляция отработавших газов;

впрыскивание воды, присадки и эмульсии;

--устанавливаемых в системе выпуска:

каталитические или жидкостные катализаторы,
фильтры, термореакторы;

прочие устройства;

комбинированные системы очистки отработавших газов;

химические поглотители.

5. Применение альтернативных топлив и масел:

жидкие топлива;

водород;

сжатый газ (природный, синтетический и др.);

сжиженный газ (природный, синтетический и др.);

антидымные присадки;

масла;

смеси топлив, масел и присадок;

метанол, этанол;

подсолнечное, рапсовое масла.

6. Технологическое обеспечение, эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт:

обкатка;

ремонт;

диагностика;

эксплуатация;

обслуживание;

хранение;

повышение качества моторных масел.

7. Комбинированные методы и средства:

гаражные навесные системы очистки отработавших газов;

стационарные системы очистки отработавших газов;

малотоксичные режимы обкатки;

--оптимальная организация движения;

- оптимизация транспортных потоков.

Наличие в транспортном потоке автотранспортных средств с различными эксплуатационными свойствами приводит к возрастанию неравномерности движения и расхода топлива. С ростом загрузки магистралей, естественно, возрастают и выбросы отработавших газов. Создание однородных потоков возможно дифференцированием полос движения для легковых и грузовых автотранспортных средств, выделением магистралей для пассажирского и грузового движения, выделением отдельных полос для маршрутного пассажирского транспорта, специализацией полос при подходе к пересечению по дальнейшему направлению движения.

Воздействие на скоростной режим транспортного потока также дает положительный эффект по снижению токсичных выбросов двигателей внутреннего сгорания.

Снизить вредные выбросы автотранспортных средств можно путем внедрения автоматизированных систем управления движением (АСУД). Внедрение АСУД способствует снижению числа задерживаемых транспортных средств и времени их задержки у перекрестка, уменьшением неравномерности движения на перегонах магистралей.

4.2 Альтернативные виды топлива

Специалисты разных стран ведут исследования в области применения новых видов топлива и источников энергии на автомобильных транспортах. Это связано со значительным ростом численности автотранспортных средств и все большим загрязнением окружающей среды окружающей среды.

К наиболее эффективным и перспективным видам моторного топлива следует отнести природный газ, водород, пропан-бутановую смесь, метанол и др.

Перспективное автомобильное топливо -- это любой химический источник энергии, использование которого в традиционных или разрабатываемых автомобильных двигателях позволяет в какой-то степени решить энергетическую проблему и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду. Исходя из этого формулируются пять основных условий перспективности новых источников энергии:

наличие достаточных энергосырьевых ресурсов;

возможность массового производства;

технологическая и энергетическая совместимость с транспортными силовыми установками;

приемлемые токсичные и экономические показателипроцесса использования энергии;

безопасность и безвредность эксплуатации.

Существует несколько различных классификаций перспективных автомобильных топлив. Большой практический интерес представляет энергетическая классификация, в основу которой положена калорийность традиционного жидкого углеродного топлива.

У традиционного жидкого углеводородного топлива самая высокая энергоплотность, поэтому автомобиль, работающий на нем, имеет небольшие размеры и массу топливного бака и топливной аппаратуры и не требует сложной системы заправки и хранения топлива. Углеводородные газы и водород обладают более высокой массовой энергоемкостью, но из-за малой плотности у них значительно худшие объемные энергетические показатели. Поэтому использование этих топлив возможно только в сжатом или сжиженном состоянии, что в ряде случаев значительно усложняет конструкцию автомобиля.

Водородное топливо. Большие надежды возлагаются на водородное топливо как на топливо будущего. Обусловлено это его высокими энергетическими показателями, отсутствием большинства токсичных веществ в продуктах сгорания и практически неограниченной сырьевой базой. Именно с водородом связывают перспективное развитие энергетики.

По массовой энергоемкости водород превосходит углеводородные топлива примерно в 3 раза; спирты -- в 5--6 раз. Но из-за очень малой плотности его энергоплотность низка. Водород обладает рядом свойств, сильно затрудняющих его использование: сжижается при 24К; обладает высокой диффузионной способностью; предъявляет повышенные требования к контактирующим материалам, взрывоопасен. Однако несмотря на это, ученые многих стран ведут работы по созданию автомобилей, работающих на водородном топливе. Многочисленные схемы возможного его применения в автомобиле делятся на две группы: водород как основное топливо и как добавки к современным моторным топливам. Основной трудностью при использовании водорода в сжиженном состоянии является его низкая температура. Обычно жидкий водород транспортируется в криогенных резервуарах с двойными стенками, пространство между которыми заполнено изоляцией. Для безопасной эксплуатации жидкого водорода необходимы полная герметизация топливоподающей системы и обеспечение сброса избыточного давления.

Водородная технология, водородная энергетика -- о них говорят все настойчивее по той причине, что этот химический элемент -- основа единственного известного сегодня топлива, не образующего при сгорании пресловутого угарного газа и потому экологически наименее вредного. К тому же запасы его в природе практически неисчерпаемы. Вот почему уже много лет предпринимаются попытки использовать водород для двигателей внутреннего сгорания. В этом направлении еще в 30-е годы работали Московский автомеханический институт, МГТУ имени Баумана и ряд других институтов.

Во время Великой Отечественной войны идею водородного топлива практически применили для автомобилей в войсках противовоздушной обороны на Ленинградском фронте.

В послевоенные годы академик Е. А. Чудаков и профессор И. Л. Варшавский использовали водород для питания одноцилиндрового двигателя в Автомобильной лаборатории АН СССР. Занимались этой проблемой академик В. В. Струминский и другие исследователи. Однако эксперименты тогда не получили широкого размаха. Они стали более актуальными и возобновились позднее. Только в США к 1976г. по этой теме вели исследования 15 экспериментально-конструкторских групп, которые создали 42 разновидности «водородных» двигателей. Аналогичные поиски развернуты учеными ФРГ и Японии.

Столь большой интерес к водороду как к топливу объясняется не только его преимуществами экологического характера, но и физико-химическими свойствами: теплота сгорания у него втрое выше, чем у нефтепродуктов, воспламеняемость смеси с воздухом имеет широкие пределы, водород обладает высокой скоростью распространения пламени и низкой энергией воспламенения -- в 10--12 раз ниже, чем бензин.

В нашей стране обширные работы по использованию водорода для автомобильных двигателей активно ведут многие научные центры.

Метод получения этого химического элемента с применением так называемых энергоаккумулирующих веществ детально разработан Институтом проблем машиностроения АН Украины, который проводит также фундаментальные исследования процессов сгорания водородовоздушных и бензоводородовоздушных смесей, разрабатывает принципиальные схемы силовой установки автомобиля при различных методах хранения нового горючего на борту.

Водород как моторное топливо имеет некоторые особенности, обусловленные его свойствами. Широкие пределы воспламеняемости позволяют лучше регулировать протекание рабочего процесса двигателя. В результате удается повысить экономичность при частичных нагрузках -- режиме, в котором автомобильный двигатель «живет» довольно долго. Теплотворность однородной смеси водорода с воздухом ниже, чем у бензина. Поэтому мощность двигателя на водороде в большей степени, чем при использовании бензина, зависит от способа смесеобразования.

Исследования детонационной стойкости бензоводородовоздушных и водородовоздушных смесей показали, что их склонность к детонации в значительной степени зависит от коэффициента избытка воздуха. И в этом отношении при использовании водорода в качестве топлива выявлены иные закономерности, чем для бензина. Изучение работы двигателей на водородовоздушных и бензоводородовоздушных смесях показало высокую стабильность рабочего процесса. Сравнивая пределы изменения оптимального угла опережения зажигания при работе на водороде и бензине, можно заметить, что в первом случае он существенно зависит от коэффициента избытка воздуха. При обогащении смеси наивыгоднейший угол опережения зажигания значительно уменьшается. Поэтому при работе на водороде двигателю нужны иные регулировки этого параметра.

Наконец, при сгорании водорода отработавшие газы не содержат таких вредных компонентов, как СО, углеводороды, РЬО. Остается только один токсичный компонент в выхлопе -- NО (и то в меньших количествах, чем при работе на бензине). При использовании водорода в качестве добавки содержание вредных компонентов резко сокращается благодаря полноте сгорания. Кроме того, уменьшается необходимость использования вредных антидетонационных свинцовых присадок к бензинам.

Эксперименты показали, что двигатели внутреннего сгорания могут с успехом работать как на чистом водороде, так и на смеси его с парами бензина. Любопытно, что уже 10-процентная добавка (от массы расходуемого топлива) водорода может оказать существенное влияние, снижая токсичность отработавших газов и улучшая экономические показатели. Она намного расширяет пределы воспламеняемости смеси, что создает условия для эффективного регулирования процесса сгорания. Практически это означает возможность устойчивой работы на очень бедных бензоводородовоздушных смесях с большим коэффициентом избытка воздуха, чем обеспечивается значительная экономия бензина. Учитывая то обстоятельство, что двигатель в городских условиях до 30% времени работает на холостом ходу или режимах неполной нагрузки, можно представить себе, какие экономические выгоды несет использование водорода. А работа двигателя при высоких коэффициентах избытка воздуха сопровождается почти полным сгоранием смеси, и, следовательно, в отработавших газах нет токсичных компонентов. В Институте проблем машиностроения АН Украины уже разработаны автомобильные силовые установки, действующие на водородном топливе. Для них водород получают из воды (с применением энергоаккумулирующих веществ, в основе которых лежат окислы металлов), а также из гидридов -- веществ, способных при охлаждении поглощать водород, а при нагревании -- отдавать его.

Связывать водород гидридами необходимо в интересах безопасности, так как при утечках из баллонов он образует, смешиваясь с воздухом, взрывчатую смесь, которая легко воспламеняется (вспомните частые аварии дирижаблей с емкостями, заполненными водородом). Но важнее тот факт, что гидриды являются более рациональным методом хранения водорода на борту автомобиля по объемным показателям.

Общая схема силовой установки топлива: водородное топливо, получаемое в результате взаимодействия энергоаккумулирующих веществ с водой, подается системой питания в двигатель. Мощность двигателя регулируется компонентами, подаваемыми в реактор для освобождения связанного водорода.

Силовая установка может быть выполнена как по открытому, так и закрытому циклу. В первом случае на борту автомобиля размещаются только емкости для энергоаккумулирующих веществ и воды, а продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. При замкнутом цикле дополнительно вводятся теплообменник и конденсатор, позволяющие использовать пары воды из выхлопных газов. Поступающая в реактор с энергоаккумулирующими веществами вода снова служит источником для получения водорода. Так при замкнутом цикле «носителем» топлива служит вода, а энергией -- энергоаккумулирующие вещества. Водородное топливо при обоих циклах может использоваться в чистом виде или в качестве добавок (5--10% по массе). В последнем случае на машине сохраняется система питания бензином. «Извлечение» водорода из воды происходит в реакторе, содержащем энергоаккумулирующие вещества. Наиболее простым является реактор постоянного действия, в котором давление поддерживается регулировкой подачи компонентов в зону реакции.

Процесс получения в нем топлива происходит не мгновенно, т. е. он обладает некой инерцией. Выделяющийся в реакторе водород поэтому должен поступать к мотору через редуктор-регулятор, поддерживающий оптимальное давление перед форсунками подачи.

По разработанным методикам для испытаний с применением энергоаккумулирующих веществ на основе оксидов металлов, а также с использованием гидридов были апробированы серийные легковые автомобили «Москвич» и «ВАЗ».

Первый эксперимент (применение энергоаккумулирующих веществ -- автомобиль «Москвич») -- система питания бензином оставлена без изменения. На машине смонтированы два реактора 1, обеспечивающие получение водорода из воды, и редуктор 5, предназначенный для дозирования подачи топлива на разных режимах работы двигателя.

Реакторы периодического действия имеют постоянную загрузку энергоаккумулирующих веществ на основе кремния или алюминия с регулируемой подачей воды. Насосы высокого давления 4, приводимые электродвигателем, подают воду из бака через подогреватель и фильтр к реактору, где ее распыляют форсунки. В водяной системе установлены обратные клапаны, предотвращающие проникновение туда водорода при прекращении подачи воды. Кроме того, в ней предусмотрен кран 3, который переключает подачу воды с одного реактора на другой. Все агрегаты этой экспериментальной установки смонтированы на общей раме и помещены в багажнике.

Рис. 3.

Установка с применением энергоаккумулирующих веществ для питания двигателя водородом: 1 -- реакторы периодического действия; 2 -- бак для воды; 3 -- кран подачи воды в реактор; 4 -- блок насосов с электроприводом; 5 -- редуктор в системе подачи водорода

Водород от реакторов поступает к крану, установленному на приборной панели, которым водитель соединяет работающий реактор 1 с системой подачи водорода. Последняя состоит из понижающего редуктора, влагоотделителя, газового счетчика и редуктора регулирования подачи водорода (управляется специальной педалью). Топливо вводится во впускной трубопровод, непосредственно перед впускным клапаном.

Для работы на водороде, получаемом из гидридов, система питания бензином также сохранена и дополнительно установлена система хранения и подачи водорода (автомобиль «ВАЗ»). Она состоит из гидридного бака 1, нагреваемого отработавшими газами, редуктора со всережимным вакуумным регулятором 9 расхода водорода и смесителя 8, сделанного на базе серийного карбюратора. Скорость выделения водорода гидридом система регулирует автоматически (блок управления 10, реле давления 2, заслонка с электромагнитным приводом 7 на выпускной трубе), поддерживает постоянным, независимо от режима двигателя, давление водорода в системе. Гидридный бак при зарядке охлаждается водой.

Рис. 4.

Установка с применением гидридов: 1 -- гидридный бак; 2 -- реле давления; 3 -- вентиль заправки; 4 -- выхлопной патрубок гидридного бака; 5 -- глушитель; 6 -- бензиновый бак; 7 -- электромагнитный привод заслонки; 8 -- смеситель; 9 -- регупятор давления и расхода водорода; 10 -- блок электронного управления

Применение водорода в качестве дополнительного топлива для карбюраторных двигателей открывает возможность принципиально нового подхода к организации рабочего процесса. При минимальной модификации двигателя, касающейся в основном системы питания, можно достичь значительного повышения его топливной экономичности (эксплуатационный расход бензина снижается на 35--40%) и уменьшить токсичность отработавших газов.

Таблица 13 Токсичность отработавших газов,

Компоненты	Топливо
	Бензин	Природный газ	Бензин с водородом
СО	100	10	3
СН	100	80	74
NОх	100	90	4,5

Водотопливные эмульсии. Применение воды в рабочем процессе двигателя внутреннего сгорания не является новинкой последних лет. Впрыск воды использовался для обеспечения работы двигателей внутреннего сгорания на низкооктановых топливах еще в 30-е годы.

Сейчас основное внимание при использовании воды в качестве добавки к топливу уделяется возможности повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов автомобиля.

Водотопливные эмульсии -- это жидкое топливо с мельчайшими каплями равномерно распределенной по объему топлива воды. Эмульсия приготовляется непосредственно на автомобиле. Для предотвращения расслоения эмульсии в топливо добавляется эмульгатор в количестве 0,2--0,5%. Содержание воды в водотопливной эмульсии может достигать 30--40%.

Применение водотопливных эмульсий возможно как в карбюраторном, так и дизельном двигателе. Но в карбюраторном двигателе применение водотопливных эмульсий в ряде случаев приводит к ухудшению некоторых показателей (в частности, топливной экономичности), отказам при полном открытии дроссельной заслонки, перебоям при движении с низкой скоростью. Наилучшие результаты дает использование водотопливных эмульсий на дизельных двигателях. Подача в камеру сгорания воды обеспечивает дополнительное распыление топлива за счет дробления перегретыми парами воды. Удельный расход топлива при этом снижается на 4--10%.

Добавка воды к топливу позволяет снизить содержание некоторых токсичных веществ в отработавших газах за счет уменьшения максимальных температур в камере сгорания, величина которых определяет количество NОх. При применении водотопливных эмульсий количество NOх может снизиться на 40-- 50%. Снижается также дымность отработавших газов, так как сажа при наличии паров воды взаимодействует с ними с образованием углекислого газа и азота. Выделение СО остается практически неизменным по сравнению с работой двигателя внутреннего сгорания на топливе без добавки воды, а выделение СпНш несколько увеличивается. Этот вид топлива пока не нашел широкого применения на автомобильном транспорте, поскольку усложняется конструкция автомобиля, возникает ряд проблем при эксплуатации в зимний период, недостаточно изучено влияние воды на условия работы и долговечность двигателя внутреннего сгорания.

Синтетические спирты. В качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания автомобилей нашли применение метанол и этанол как в чистом виде, так и в составе многокомпонентных смесей.

Наибольшее распространение автомобили, работающие на спиртовом топливе, получили в Бразилии, которая ввозит 80--85% нефтепродуктов, расплачиваясь за них валютой. Расходы на горючее растут из года в год и исчисляются миллиардами долларов. Поэтому в стране с энтузиазмом был встречен объявленный президентом в 1975г. проект «алкоголизации транспорта». Топливные баки бразильских автомобилей заправляются смесью спирта и бензина в пропорции 1:4.