Основные загрязняющие вещества, присутствующие в выбросах автотранспорта. Исследовательская работа "изучение и оценка выбросов от автомобильного транспорта" Вредные выбросы автотранспорта в атмосферу

Во многих городах мира концентрации вредных веществ в воздухе, создаваемые выбросами автотранспорта, превышают стандарты качества атмосферного воздуха.

Во многих городах нашей страны уровень загрязнения воздуха превышает нормативы предельно допустимых концентраций. В связи с этим проблема снижения негативного воздействия автотранспорта на здоровье людей, воздушный и водный бассейны, растительный и животный мир, почвы весьма актуальна.

Уровень загрязнения воздуха вредными примесями зависит не только от количества выбросов вредных веществ, но и в большей степени от условий рассеивания примесей в атмосфере. При определенных метеорологических условиях концентрации примесей в воздухе увеличиваются и могут достигать опасных значений.

Кратковременное сокращение выбросов в периоды увеличения загрязнения воздуха может существенно улучшить состояние воздушного бассейна. Вопросы регулирования выбросов и прогноза загрязнения атмосферы тесно связаны между собой.

Существующий уровень техники в нашей стране не позволяет обеспечить нужную очистку выбросов, поэтому, естественно, возникает вопрос о возможности уменьшения выбросов хотя бы в сравнительно короткие периоды времени, когда образуется неблагоприятная метеорологическая обстановка, при которой может создаваться опасное загрязнение воздуха. Разработка краткосрочного прогноза загрязнения воздуха в настоящее время является актуальной задачей.

Полное решение проблемы уменьшения загрязнения воздуха автотранспортом зависит, в первую очередь, от технических мероприятий, касающихся повышения экологичности каждого автомобиля и уменьшения токсичности автомобильных выбросов. Это - долгосрочная программа, требующая больших материальных затрат и времени. Определить целесообразность и достаточность тех или иных технических и организационных мероприятий по снижению выбросов автотранспорта позволяет долгосрочный прогноз загрязнения воздуха с учетом информации о существующих уровнях загрязнения воздуха в городах и мероприятий по снижению выбросов автотранспорта .

Современное состояние загрязнения воздуха автотранспортом и мероприятия по снижению выбросов в различных странах.

Прежде чем перейти к вопросам определения неблагоприятных метеорологических условий для выбросов автотранспорта и разработке схем прогноза загрязнения воздуха, целесообразно провести анализ современного состояния загрязнения воздуха автотранспортом в городах России и за рубежом, а также состава автомобильных выбросов. Легковой автомобиль стал одним из необходимых атрибутов повседневной жизни людей в развитых странах. В 90-е годы в мире насчитывалось свыше 600 млн, автомобилей, по прогнозам к 2010 г. их число может достигнуть 1 млрд. Более 1/3 автомобильного парка сосредоточено в Западной Европе и Северной Америке. При росте населения за последние годы в 4-х развитых странах - Германии, Швейцарии, США и Франции в 2 раза парк автомобилей возрос в 4 раза. Доля городских передвижений на общественном транспорте для большинства городов составляет 15 - 20%. В западноевропейских странах на 1000 жителей приходится в среднем 322 легковых автомобиля, в США - 540, Венгрии -168. В 2000 г. японский автомобильный парк насчитывал 58 млн. автомобилей (т.е. 1 автомобиль на 2 человека). В развивающихся странах владение легковыми автомобилями на душу населения значительно отстает от развитых стран (в 1985 г. оно составило 5%). Однако следует отметить в последние годы рост автомобильного парка бывших соц.стран и развивающихся стран за счет импорта устаревших автомобилей с «грязными» двигателями.

Так, автопарк личного транспорта Москвы в 2008 г. составил 850 тыс. единиц. Отмечается также, что ежедневно через Москву проезжает 120 тыс. иногородних автомобилей.

В общем валовом выбросе вредных веществ в атмосферу в странах ЕЭС на долю автотранспорта приходится до 70% выбросов оксида углерода, до 50% выбросов оксидов азота (во Франции и ФРГ до 60 - 70%) и до 45% выбросов углеводородов. Почти 90% выбросов свинца падает на долю автотранспорта в странах ЕЭС. В ФРГ выброс свинца составляет 3 тыс. тонн в год. В ФРГ на долю выбросов автотранспорта приходится 59,2% оксида углерода, 57,3% оксидов азота, 76,8% углеводородов, 10,7% пыли и 3,6% диоксида серы от валовых выбросов в атмосферу всеми видами транспортных средств.

В Италии вклад автотранспорта в загрязнение атмосферы также преобладает и составляет: по оксидам азота - 61,4%, оксиду углерода - 90т9% углеводородам - 76,9%.

В Российской Федерации по данным ежегодных обзоров в 2005 г. выбросы автотранспорта составили 62% от суммарных выбросов вредных веществ (67% по оксиду углерода, 32% по диоксиду азота, 34% по углеводородам) .

Преобладание выбросов автотранспорта является особенностью крупных городов, где проживает большинство населения. В таблице 1.1 показан вклад выбросов автотранспорта оксида углерода, углеводородов и диоксида азота от суммарных выбросов каждого вещества для некоторых крупных городов мира.

Во многих городах мира концентрации диоксида азота и оксида углерода, основных веществ присутствующих в выбросах автотранспорта, превышают стандарты качества атмосферного воздуха. Для сравнения уровней загрязнения воздуха в городах бывшего СССР и других стран на рис.1.1 и 1.2 приведены средние концентрации оксида углерода и диоксида азота. В-Сантьяго, Париже загрязнение воздуха оксидом углерода было выше, чем в Санкт-Петербурге, Москве, Тбилиси. Наиболее высокие уровни среднегодовых концентраций диоксида азота характерны для Москвы, Одессы, Алматы. Максимальные разовые концентрации, которые отмечались во многих городах мира на крупных автомагистралях в часы "пик" в 10 - 15 раз превышают среднегодовые концентрации.

По данным ежегодных обзоров о выбросах вредных веществ во многих городах России выбросы автотранспорта преобладают над выбросами от промышленных источников причем, в 12 городах выбросы автотранспорта превышают 100 тыс.т./год. Наибольшие выбросы от автотранспорта в 2005 г. были отмечены в городах Москве, Тюмени, Перми, Хабаровске и др. В таблице 1.2 приводятся города с выбросами автотранспорта выше 100 тыс.т./год и вкладом автотранспорта более 50% в валовые выбросы.

Повышенное загрязнение воздуха выбросами автотранспорта характерно для городов, как зарубежных, так и России, причем уровни содержания токсичных веществ в городском воздухе соизмеримы. Основными причинами такой соизмеримости (при значительно меньшем автопарке в нашей стране) являются крайне низкое техническое состояние наших автомобилей и некачественное топливо.

В настоящее время отсутствуют точные количественные оценки ущерба, наносимого выбросами автотранспорта окружающей среде и народному хозяйству, однако значительная доля ущерба (до 80%) связывается с заболеваниями населения. По данным американских ученых, при эпидемиях гриппа количество заболеваний в городах с повышенным уровнем загрязнения диоксидом азота и оксидом углерода в 10 раз больше, чем в городах, где экологическая обстановка благополучная.

Значительный ущерб здоровью людей наносят выбросы свинца и его соединений, содержащихся в автомобильном топливе.

Исследования, проведенные в городах Японии и Каире, показали, что концентрации свинца в крови дорожных полицейских и водителей были в 2 - 2,5 раза выше, чем у сельских жителей. Уровни свинца не коррелируют с возрастом, сроком службы. Говорится о том, что такие уровни свинца в крови у дорожных полицейских могут рассматриваться, как приемлемые для данной профессии.

Выбросы от автотранспорта являются одной из причин повреждения и гибели лесов в некоторых странах Европы. В целом в Альпах вследствие загрязнения воздушного бассейна повреждено более 80% лесов.

Наиболее широкие исследования ведутся по оценке негативного воздействия свинца, обладающего способностью накапливаться в растениях, в том числе и сельскохозяйственных культурах.

Установлено, что уровень содержания свинца в растениях превышает ПДК уже при интенсивности движения транспорта свыше 2500 -3000 машин в сутки. По оценкам немецких специалистов, ежегодный ущерб окружающей среде, обусловленный задержками транспорта на перекрестках {когда происходит наибольшее выделение выхлопных газов) в городах ФРГ составляет около 150 млрд.марок. Для 39 городов США в 2000 г. эти издержки оценены в 41 млн.долларов, в для Лондона в 10 млн. ф.ст. .

Поэтому во всем мире на первый план вынесена проблема снижения негативного воздействия автотранспорта на здоровье людей, воздушный и водный бассейны, растительный и животный мир.

Для этого, прежде всего, необходимо выяснить какие вредные вещества присутствуют в выхлопных газах автомобилей и в каком количестве.

Состав отработавших газов (ОГ) зависит от типа автомобиля и потребляемого топлива. В зависимости от структуры автомобильного парка меняется структура вклада выбросов автотранспорта в загрязнение атмосферы в разных странах. В общем парке транспортных средств Западной Европы и Северной Америки большую часть составляют легковые автомобили. В Восточной Европе преобладает грузовой транспорт. Грузовой автопарк в большинстве стран состоит из дизельных и автомобилей. В странах Восточной Европы (в том числе и нашей) довольно велико количество автомобилей, работающих на бензине, то же можно сказать про США.

Парк легковых автомобилей оснащен в основном двигателями с искровым зажиганием, работающими на бензине. В некоторых странах создано относительно большое количество автомобилей работающих на газе. В России в последнее время наблюдается тенденция перевода легкового и грузового транспорта на газовое топливо. В Западной Европе нашли большое применение легковые автомобили с дизельными двигателями, и их популярность растет.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания карбюраторных и дизельных - различный, поэтому составы отработавших газов также различны.

Для сравнения приведены данные для карбюраторного двигателя с использованием и без использования катализатора. Дизельные двигатели принято считать более экологичными. Однако, дизельные двигатели отличаются повышенными выбросами сажи, образующейся вследствие перегрузки и плохой регулировки двигателей и системы подачи топлива. Сажа насыщена канцерогенными углеводородами и микроэлементами, которые очень вредны для здоровья человека.

К основным загрязняющим компонентам в отработавших газах (ОГ) автомобилей относятся: оксид углерода (СО), углеводороды (СХНУ), оксиды азота (NOX) и сажевый аэрозоль.

Выброс малых составляющих от автомобилей, работающих на бензине, превосходит выброс от автомобилей, работающих на дизельном топливе. Исключение составляет выброс диоксида серы.

Для автомобилей, работающих на этилированных сортах бензина, характерно присутствие в ОГ соединений свинца.

30 мая 1984 г. было юридически закреплено решение ЕЭК ООН, по которому все новые модели автомобилей должны эксплуатироваться с 1986 г. на бензинах без свинца .

Информация об удельных выбросах единичного автомобиля с различными типами двигателей необходима для разработки мероприятий по снижению выбросов, тех либо иных веществ. Если в городе или в районе магистралей наблюдается повышенное содержание сажи в воздухе, мероприятия по снижению выбросов должны, в первую очередь, касаться дизельных автомобилей. Оснащение бензиновых двигателей катализаторами значительно уменьшает пробеговый выброс углеводородов и оксидов азота. Следовательно, в городах с большими уровнями загрязнения воздуха этими веществами, как одну из мер снижения выбросов автотранспорта, можно предложить - оснащение катализаторами карбюраторных автомобилей.

Надо отметить, что в зависимости от режима работы двигателя и температуры окружающей среды концентрации загрязняющих веществ в отработавших газах меняются.

Известно, что в городских условиях двигатель автомобиля не может работать на каком-то одном режиме. Учет количественных различий в содержании токсических компонент в выхлопных газах при различных режимах работы автомобильных двигателей имеет особое значение при эксплуатации автомобилей в городе.

Уменьшению загрязнения воздуха выбросами автотранспорта способствует правильная организация движения транспорта на улицах городов. Например, при безостановочном проезде («зеленая волна», развязка на разных уровнях) выбросы оксида углерода и углеводородов на перекрестках снижаются в несколько раз.

Наибольшее количество выбросов оксида углерода и углеводородов поступает в атмосферу при малых скоростях движения автомобиля. При достижении скорости 40 км/час выбросы углеводородов практически не меняются. Выбросы оксида углерода постепенно понижаются с увеличением скорости движения. Минимальное количество окислов азота автомобиль выбрасывает при скорости 60 - 70 км/час.

Наименьшее количество оксида углерода, углеводородов и окислов азота выбрасывается автомобилями при температуре окружающей среды 20°С. С увеличением температуры усиливаются процессы испарения топлива, что приводит к увеличению концентрации вредных веществ в ОГ автомобиля. При уменьшении температуры окружающей среды увеличивается время прогрева двигателя, что приводит к увеличению концентраций вредных веществ в ОГ автомобиля.

Количество автомобилей год от года растет, следовательно для уменьшения выбросов всего парка автомобилей следует уменьшить выбросы каждого автомобиля. Снижение выбросов от автотранспорта обусловлено, в первую очередь, улучшением конструкции двигателей и ужесточением допустимых норм содержания вредных веществ в ОГ. Появилась тенденция уменьшения пороговых выбросов для парка автомобилей США с 1970 г. и в перспективе до 2020 г.

В западных странах с развитым автомобилестроением накоплен определенный опыт решения проблем, связанных с уменьшением загрязнения атмосферного воздуха, рисунок 1 .

Рисунок 1. Блок-схема модели оценки загрязнения воздушной среды ТП

Все мероприятия можно разделить на 3 основные группы. Мероприятия первой группы касаются технических вопросов развития автомобилестроения в стране:

• - совершенствование существующих двигателей (улучшение системы зажигания, в том числе оснащение бесконтактными системами зажигания);
• - изменение процессов подачи топлива в цилиндры двигателей, в том числе применение электронного впрыскивания топлива;
• - обеспечение рециркуляции отработавших газов, а также установка микропроцессорных систем управления двигателями.

Одним из мощных источников загрязнения городской воздушной среды является автомобильный транспорт, увеличение численности которого привело к насыщению городов легковыми автомобилями и переключению на них большей части пассажирских перевозок. Это резко ухудшает санитарные условия проживания в крупных городах: автомобиль не только загрязняет воздушную среду и создает шум, но, перевозя небольшое число пассажиров и работая на наиболее ценных видах топлива, использует его недостаточно эффективно. В связи с этим возникла необходимость разработки ряда мероприятий, позволяющих предотвратить загрязнение окружающей среды от автотранспорта.

С целью снижения негативного воздействия автотранспорта на атмосферный воздух в рамках представленной классификационной схемы (рис. 3) предусмотрены организационные (архитектурно-планировочные), технологические и специальные инженерно-экологические мероприятия.

Организационные мероприятия включают специальные приемы застройки и озеленение автомагистралей, размещение жилой застройки по принципу зонирования (в первом эшелоне застройки - от магистрали - размешаются здания пониженной этажности, затем - дома повышенной этажности и в глубине застройки - детские и лечебно-оздоровительные учреждения. Тротуары, жилые, торговые и общественные здания изолируются от проезжей части улиц с напряженным движением многорядными древесно-кустарниковыми посадками). Важное значение имеют сооружение транс-портных развязок, кольцевых дорог, использование подземного пространства для размещения гаражей и автостоянок.

Наибольший выброс выхлопных газов имеет место при задержках машин у светофоров, при стоянке с не выключенным двигателем в ожидании зеленого света, при трогании с места и форсировании работы мотора. Поэтому в целях снижения выбросов необходимо устранить препятствия на пути свободного движения потока автомашин. В частности, сооружают специальные автомагистрали, не пересекающиеся на одном уровне с движением машин или пешеходов, специальные переходы для пешеходов на всех пунктах скопления машин, а также эстакады или тоннели для разгрузки перекрывающихся потоков транспорта.

Для снижения загазованности воздушной среды необходимо ограничить количество вредных веществ, выделяемых каждым автомобилем, т.е. установить нормы выброса токсичных веществ с выхлопными газами. Соответствие автомобилей указанным стандартам (в частности, по содержанию оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах) проверяют инспектора ГИБДД.

В качестве технологических мероприятий, которые могут резко снизить токсичность выхлопных газов, можно выделить следующие:

Регулировка двигателей;

Изменение состава топлива;

Использование энергии торможения;

Перевод автомобилей на сжиженный газ;

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания;

Применение альтернативных видов топлива;

Внедрение гибридных двигателей;

Внедрение в эксплуатацию электромобилей, солнечных автомобилей, а также применение электрического транспорта и др.

Изменение состава топлива. Известно, что в целях предотвращения детонации горючего в двигателях автомашин в него добавляют тетраэтилсвинец , который делает выхлопные газы особо токсичными. Поэтому большие усилия были затрачены на замену указанного вещества на менее опасные, а также на получение стойкого к детонации бензина. При введении в топливо т.н. присадок можно существенно уменьшить количество некоторых токсичных веществ: сажи, альдегидов , оксида углерода и других. Так, для карбюраторных, двигателей самым эффективным оказались смеси различных спиртов.

Использование энергии торможения. Заметного сокращения расхода энергии, а значит, количества сжигаемого топлива и уменьшения загрязнения воздушной среды можно достичь, если использовать энергию, затрачиваемую на торможение. Указанная рекуперация была впервые успешно реализована на электрическом транспорте. Ныне были построены и успешно использованы на автобусах маховичный и гидропневматический рекуператоры. При этом экономия топлива составила 27-40%. объем выхлопных газов снизился на 39-49%.

Перевод автомобилей на сжиженный газ приводит к тому, что в выхлопе газобаллонных автомобилей содержится в 3-4 раза меньше оксида углерода, нежели в выхлопе бензиновых двигателей. При загрузке в баллоны 300 л сжиженного газа автобус способен пройти без заправки до 500 км. Если добавить к этому, что газ дешевле бензина, то достоинства газобаллонного автомобиля становятся еще более наглядными.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Например, в США разработан карбюратор с раздельным смесеобразованием. Он позволяет кроме обычной смеси получать обогащенную, которая подается в специальную предкамеру со свечой зажигания. Благодаря этому происходит полное сгорание рабочей смеси, что, в свою очередь, позволяет свести до минимума содержание оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах. Создан карбюратор, благодаря которому возможно использовать низкооктановые сорта бензина без антидетонационных добавок. В этом устройстве, со-стоящем из теплообменника, смесителя и реактора, бензин не только распыляется, но и расщепляется с помощью катализатора на более простые газы, например метан .

Во многих странах мира разрабатываются новые, более совершенные двигатели, которые можно устанавливать на серийных автомобилях. В частности, указывают на перспективность роторно-поршневого двигателя Ванкеля, который компактнее поршневых двигателей: объем в среднем на 30%, а масса на 11 % меньше.

Альтернативное топливо. Весьма перспективным заменителем традиционного топлива для автомобилей является водород. Двигатель, работающий на жидком водороде , не дает никаких запахов, не выделяет таких токсичных веществ, как свинец, оксиды азота, углерода. Жидкий водород почти в десять раз легче бензина. На одном из международных автомобильных конкурсов первое место занял «Фольксваген», для которого топливом служил водород. Интересно, что его отработанные газы были чище городского воздуха, который засасывался в карбюратор.

Признаётся перспективным автомобиль с размещенным на его шасси химическим реактором, в котором вырабатывается водород из углеводородов. Расчеты показали, что иметь такой реактор на машине экономичнее, нежели возить это топливо в специальных баллонах.

Преградами на пути широкого внедрения водорода в качестве топлива для автомобильных двигателей является сложность получения его в достаточно больших количествах и необходимость обеспечения высокого уровня безопасности при осуществлении процесса горения водорода.

К другим видам альтернативного топлива можно отнести этиловый и метиловый спирты и их смеси. В США создан двигатель, в котором вместо бензина используется жидкий азот. Бак с охлажденным до жидкого состояния азотом соединен с испарителем, окруженным «рубашкой», в которой циркулирует воздух. Жидкий азот , попадая в испаритель, превращается вследствие быстрого повышения температуры в газ, который выходит под большим давлением из испарителя и приводит в действие электрогенератор. Вырабатываемый последним ток после выпрямления подается для питания электродвигателей, установленных на колесах. Выхлопные газы такого автомобиля состоят из чистого азота, который, естественно, не загрязняет атмосферу.

Перспективно широкое внедрение так называемых гибридных двигателей: в городе при относительно небольших скоростях должен использоваться только электромотор, питающийся от небольших батарей и обеспечивающий запас хода на 40-50 км, а при выезде за город должен включаться обычный двигатель. Одновременно электромотор может быть использован как генератор для подзарядки аккумулятора.

Электромобили. Весьма перспективным является проект массового перехода от автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями на электромобили, которые действуют от батарей - аккумуляторов, подзаряжаемых на станциях.

Электромобили бездымны, бесшумны, их выделения нетоксичны, они просты в управлений, а эксплуатация значительно экономичнее, особенно в городах. Этому способствует относительно небольшой среднесуточный пробег автомобилей в городе, ограничение скорости и возможность организации сети зарядных станций для батарей - аккумуляторов. Сейчас в мире эксплуатируется сотни тысяч электромобилей различного назначения, и парк их непрерывно растет.

Дальнейшие успехи в разработке электромобилей в основном, будут зависеть от решения ряда технических проблем (создания компактных, недорогих и легких аккумуляторов, разработка быстродействующих зарядных устройств). Укажем также на необходимость резкого уве-личения резервных мощностей электростанций, поскольку они недостаточны, если потребуется в перспективе ежедневная подза-рядка многих миллионов электромобилей.

Солнечный автомобиль использует солнечную (или световую) энергию, которая улавливается при помощи специальных солнечных батарей . Электромобиль на спиральных гидридно-никелевых батареях прошел несколько лет назад без подзарядки 601 км.

Как же побыстрее и подешевле создать массовый экологически чистый автомобиль? Прежде всего, считают специалисты, необходимо усовершенствовать существующие конструкции: постараться уменьшить расход топлива, само топливо сделать, более приемлемым с точки зрения чистоты выхлопов, добиться снижения сопротивления воздуха, так как оно при больших скоростях современных автомобилей отбирает большую долю энергии. Можно ис-пользовать новые, например, керамические материалы для двигателей, чтобы повысить их КПД (из-за достижения более высоких температур), что приведет к снижению потребления топлива и, соответственно, к уменьшению загрязнения атмосферного воздуха. Начиная с 1998 г. компании «Дженерал моторе», «Форд» и «Крайслер» начали реализовывать программу выпуска экологичных автомобилей.

Улучшению качества атмосферного воздуха в сочетании со снижением шума способствует применение электрического транспорта (трамвая, троллейбуса).

Специальными инженерно-техническими мероприятиями, снижающими выбросы токсичных веществ от автотранспорта как основного передвижного источника, дающего наибольший вклад в загрязнение атмосферы, является применение нейтрализаторов, катализаторов.

Нейтрализаторы выхлопных газов. К настоящему времени выпускаются нейтрализаторы следующих видов: каталитические (используются твердые катализаторы), пламенные (дожигание примесей в открытом пламени), термические (метод беспламенного окисления) и жидкостные (с помощью химического связывания примесей жидкими реагентами). При этом широкое распространение получили каталитические нейтрализаторы, которые превращают токсичный оксид углерода в малоопасный диоксид.

В больших городах атмосферу загрязняют выбросы автотранспорта. В Москве и ее пригородах и в ряде районов Подмосковья выбросы от автотранспорта составляют около 70 % от общего числа выбросов вредных веществ.[ ...]

В настоящее время тенаксы пользуются чрезвычайно большой популярностью у аналитиков: их применяют для концентрирования из воздуха (и воды после выдувания примесей, см. раздел 6) микропримесей ЛОС в газовой хроматографии и ГХ/МС-анализе при исследовании воздуха городов и жилых помещений, определении качества воздуха рабочей зоны и административных зданий, выхлопных газов автотранспорта и выбросов промышленных предприятий, атмосферы отсеков орбитальных космических аппаратов и подводных лодок, атмосферы планет и др.[ ...]

В условиях загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами, выхлопными газами автотранспорта фотохимические реакции проходят под действием обычной солнечной радиации. При этом возможно превращение окиси азота в двуокись, накопление озона в атмосфере и др. При взаимодействии углеводородов с озоном или атомарным кислородом образуются свободные пероксильные, высокореактивные вещества, способные вступать в реакцию с окислами азота и другими соединениями и образовывать сложный комплекс веществ, обладающих окислительными свойствами, - оксиданты.[ ...]

В целом, если судить по официальным данным на 2001 г., уровень загрязнения атмосферного воздуха, особенно в городах России, остается высоким, несмотря на значительный спад производства, что связывают, прежде всего, с увеличением количества автомобилей, в том числе - неисправных. Так, из общего суммарного выброса загрязняющих веществ в атмосферу в 2001 г. - 41,8 млн т, на долю автотранспорта приходится 14 млн т (34%).[ ...]

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, особенно в крупных городах. Так, в Москве на долю автотранспорта приходится 80% от общего количества выбросов в атмосферу.[ ...]

В нашей стране особенно велик вклад автотранспорта в загрязнение воздушного бассейна крупных городов, в частности, в Москве на него приходится 2/з общего загрязнения атмосферы, 90% -по окиси углерода, 70% - nd окисям азота. Продолжается в столице массовая эксплуатация автомобилей с неотрегулированными двигателями. Подсчитано, что правильная регулировка у автомобиля топливной системы позволяет уменьшить вредные выбросы в среднем в 1,5 раза, а применение нейтрализаторов выхлопных газов снижает их токсичность в 6 раз (Хорев, Глушкова, 1991).[ ...]

В то же время в силу геоморфологического положения и особенностей климата в Мехико примерно половина дней в году характеризуется инверсией температур в приземном слое воздуха. Это обстоятельство, а также большая загазованность атмосферы города выхлопами автотранспорта (в Мехико насчитывается свыше 3,0 млн. автомобилей, а их прирост составляет 240 тыс.в год) стали причинами частого возникновения фотохимического смога. Издали город кажется плавающим в клубах серо-желтого дыма. Выбросы газообразных загрязняющих веществ от промышленных предприятий и автотранспорта достигают 4,5 млн.т в год. В 1994 г. концентрация озона на юго-западе города превышала ПДК в течение 345 дней и это вызывало недомогание у многих жителей. В городе каждые четыре из пяти детей страдают от респираторных заболеваний. Некачественную воду пьют 70% жителей.[ ...]

Автотранспорт современного столичного города (Парижа, например) за один день выбрасывает в воздух более 50 млн. м3 окиси углерода и более 200 млн. м3 других продуктов неполного сгорания . Ежегодно от искусственных (не биологических) источников в атмосферу Земли поступает 100 млн. т выбросов.[ ...]

Выбросы промышленных предприятий и выхлопные газы автотранспорта, которые содержат токсичные компоненты, представляют собой угрозу для атмосферы и здоровья человека. Вблизи промышленных предприятий и на улицах с интенсивным движением автотранспорта концентрация токсичных компонентов превышает во много раз санитарнодопустимые нормы . Поэтому проблема защиты атмосферы от загрязняющих веществ сохраняет свою актуальность в настоящее время и на перспективу.[ ...]

В ФРГ, согласно Ливиту (Ьеау, 1971), с 1962 г. действует метеорологическая служба предупреждения об опасных условиях загрязнения атмосферы. Она установила две стадии опасности в зависимости от ожидаемой концентрации сернистого газа. К первой относятся случаи, когда концентрации достигают 2,5 мг/м3, к второй - 5 мг/м3. В этих случаях требуется снижение выброса от предприятий и автотранспорта. Предложения по оперативному регулированию выбросов в зависимости от метеорологических условий для предприятий Северо-Чешского буроугольиого бассейна рассматривались Мунзаром (Мипгаг, 1972).[ ...]

Выбросы автотранспорта оказывают большее влияние на лесные экосистемы в результате загрязнения атмосферы; загрязнения и нарушения дренажа поверхностных и грунтовых вод; загрязнения почвы; изъятия земель; воздействия на животный мир; преобразования рельефа и геологической среды; шумового воздействия и вибрации. Загрязнение почвы и, соответственно, растительности происходит в относительно узкой придорожной полосе (от 100-150 до 300 м).[ ...]

В результате принимаемых мер на энергетических предприятиях города за последнее время выброс окислов азота от них несколько уменьшился. Рост уровня загрязнения атмосферы города окислами азота можно объяснить увеличением выбросов автотранспорта в результате предпринимаемых мер по ограничению выбросов окиси углерода путем регулировки карбюратора двигателя. Эта подтверждается экспериментальными данными (табл. 1.6).[ ...]

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, особенно в крупных городах. В России в 1991 г. суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта составил 21 млн т. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений: бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бензина). Ежегодно мировой парк автотранспорта выбрасывает в атмосферу свыше 0,4 млн т свинца.[ ...]

Автотранспорт США в 1966 году выбросил в воздух 6 млн. т окислов азота. В отработанных газах автомобилей с бензиновым двигателем, по данным И. Л. Варшавского, Р. В. Малова (1968), содержится до 0,8% окислов азота, с дизельным двигателем- до 0,5%. По ориентировочным расчетным данным Katz (1962), на 1 т горючего двигатели выбрасывают окислов азота: бензиновые-12,3 кг, дизельные - 24,5 кг. В атмосферу Лос-Анджелеса в июле 1958 года автотранспорт ежесуточно выбрасывал 393 т окислов азота, или почти две трети общего поступления этих загрязнителей в воздух.[ ...]

В атмосферу городов 50-90% загрязнителей поступают от автотранспорта (60%, общего загрязнения земли). В их составе более 200 компонентов, из которых только пять нетоксичных . Концентрация СО в воздухе крупных городов достигает 30- 35 мг/м3 и создает опасность хронического отравления . В течение года автомобили такой маленькой страны, как Швейца- -рия, выбрасывают в воздух 165 т очень ядовитых соединений свинца. По исследованиям выброс сернистого ангидрида за год в атмосферу составляет (млн. т): США - 40; ФРГ - 4; Канада - 3,5.[ ...]

В крупных городах значительную долю выбросов в атмосферу дает автотранспорт. Среди отраслей промышленности особенно токсичные атмосферные выбросы обеспечивают предприятия цветной металлургии, химической, нефтехимической, черной металлургии, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности.[ ...]

В 2000 г. по сравнению с 1999 г. Москве удалось снизить выбросы в атмосферу от автотранспорта на 160 тыс. т. Этому способствовало открытие новых участков третьего транспортного кольца, там выше средняя скорость и, соответственно, меньше выбросов.[ ...]

В нашей стране на долю автотранспорта приходится более 45 % от валового выброса в атмосферу всех загрязнений. В 1995 г. в Москве эта доля была около 87 % (более 1,7 млн т). а в городах РФ максимальные разовые концентрации отдельных загрязнений превышают санитарные нормы в 55 раз.[ ...]

В США каждый легковой автомобиль ежегодно выделяет в воздух в среднем 800 кг окиси углерода, 220 кг углеводородов и 40 кг окислов азота (Phillips, 1971). На улицах американских городов концентрации окиси углерода в воздухе нередко превышают 60 мг/м3 (Linch, Pfatt, 1971).[ ...]

В связи с бурным развитием автотранспорта загрязнение атмосферного воздуха этим источником постепенно возрастает. По оценке специалистов, выбросы от автотранспорта в странах - членах СЭВ составляли 35%.[ ...]

Выбросы промышленных предприятий. Основными источниками загрязнений атмосферы являются тепловые электростанции (29% загрязнений) предприятия черной и цветной металлургии (соответственно 24 и 10,5%), нефтехимической промышленности (15,5%), строительных материалов (8,1%), химической промышленности (1,3%), автотранспорта (13,3%). В крупных городах доля выбросов загрязняющих веществ автотранспортом достигает 60-80%.[ ...]

В ряде зарубежных стран (Франция, Германия, США и др.) автотранспорт дает до 50-60% всего загрязнения атмосферы (в нашей стране - около 40%). Причем среди различных транспортных средств именно автомобили выбрасывают наибольшее количество вредных компонентов. Например, в США (середина 80-х годов) среди вредных выбросов доминировал оксид углерода (ежегодно 96 млн т), из которых на автотранспорт приходилось (включая шоссейные средства) более 66 млн т.; на морской транспорт - 1,5; авиационный - 1,0 и на железнодорожный - всего 0,3 млн т (Защита атмосферы..., 1988).[ ...]

В 2001 г. по республике автотранспортом в атмосферу было выброшено: оксида углерода - 551,3 тыс. т (86,5% объема валового выброса СО по республике); углеводородов - 102,2 тыс. т (70,9% объема валового выброса СИ); оксидов азота - 62,6 тыс. т (53,8% объема валового выброса М02).[ ...]

Автотранспорт является источником выброса в атмосферу большого количества вредных веществ. Например, в США в настоящее время выбросы от автотранспорта составляют более 60 % общего загрязнения в городах. Двигатели внутреннего сгорания выделяют ряд вредных, в том числе канцерогенных веществ (табл. 28).[ ...]

Городской автотранспорт является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды. В масштабах Российской Федерации доля автотранспорта в суммарных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу всеми техногенными источниками достигает в среднем 43 %. Наибольшая доля этого ущерба (до 60 %) связана с перевозкой пассажиров легковыми автомобилями.[ ...]

К примесям в атмосфере антропогенного происхождения относятся: выбросы промышленных предприятий, автотранспорта, сельскохозяйственных предприятий, продукты сгорания топлива и сжигания отходов. Эти примеси характеризуются большой сосредоточенностью в пространстве, неоднородностью по составу и неравномерностью распределения. Выбросы наблюдаются в густонаселенных районах; они содержат много веществ, отрицательно влияющих на здоровье человека, материалы, растительный и животный мир.[ ...]

Постоянный выброс оксидов азота за последние годы связан главным образом с развитием автотранспорта. Кроме того, тенденция к более полному использованию топлива также приводит к увеличению выбросов N0 , так как повышение эффективности работы мотора связано с ростом температуры. Растет число выбросов и при увеличении скорости движения транспорта, причем нелинейно: количество N0, нарастает быстрее. Таким образом, концентрация N0 на автотрассах растет также с увеличением скорости автомашин. Антропогенное загрязнение.атмосферы оксидами азота принимает критический характер в густонаселенных городах, где чаще выпадают осадки. Наивысшие концентрации выбросов в городах достигают значений 800 - 1200 мкг/м3.[ ...]

Оценивались выбросы семи наиболее массовых вредных веществ: оксида углерода, углеводородов, диоксида азота, сажи, диоксида серы, соединений свинца и твердых веществ. В среднем общая масса загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от передвижных источников, составляет около 12 млн. т в год, в том числе от автотранспорта - 95%, воздушного транспорта - 2,5%, морского и речного транспорта --2,8%.[ ...]

Как видно на рис. 77, в 1992 г. наД территорией Ростовской области в атмосферу было выброшено 1019 тыс. т вредных веществ, из них 508 тыс. т приходилось на автотранспорт (около 50%). В г. Ростове-на-Дону выбросы автотранспорта составили 74,3 тыс. т (или 65% от общего количества вредных веществ). Однако в крупных промышленных центрах России (Норильск - рекорд по выбросам в стране - 2486 тыс. т/год; Новокузнецк, Магнитогорск, Череповец, Челябинск и др.) преобладают выбросы в атмосферу от стационарных источников (промышленные предприятия, крупные ТЭЦ). Аналогичная картина и в городах Ростовской области. Первое место с большим отрывом по выбросам вредных веществ в атмосферу от стационарных источников занимает Новочеркасск - около 273 тыс. т в год, из них 256 тыс. т приходится на городскую ГРЭС (для сравнения на втором месте по выбросам идет электродный завод -11 тыс. т/год). Такая неблагоприятная экологическая обстановка в городах приводит к резкому увеличению различных заболеваний городских жителей, в частности в Москве более 20% всех заболеваний связано именно с загрязнениями воздушного бассейна.[ ...]

Загрязнение за счет выбросов автотранспорта оценивается с помощью расчетных методов в зависимости от типа двигателя и времени его эксплуатации. Аналогичным образом на основе существующих методик рассчитываются выбросы и для других источников. Регулирование выбросов газов от работающей техники производится на основе установленных нормативов (ПДВ) в целом для предприятия - геофизической экспедиции. Гораздо труднее оценить поступление газовой смеси и сажи в атмосферу при сжигании порубочных остатков, такие оценки практически не осуществляются. Поступление некоторого количества газов в атмосферу при взрывных работах также не поддается нормированию, хотя основная масса выбрасываемых газов достаточно точно рассчитывается на основе зависимости от массы взрывчатого вещества.[ ...]

Так как после сжигания в соответствующих условиях органических соединений одним из основных продуктов является С02, то ранее предложенные анализаторы могут быть использованы для их определения. Это тем более важно, что ряд углеводородов считают потенциально вредными веществами, участвующими в образовании фотохимических загрязнений в виде дыма и паров, обладающих неприятным запахом. Основной источник выброса в атмосферу непредельных, предельных и ароматических углеводородов - промышленные предприятия (нефтеперерабатывающие заводы, производства пластмасс, синтетического каучука и др.) и большинство транспортных средств. Выхлопные газы автотранспорта обычно содержат предельные, непредельные и ароматические углеводороды.[ ...]

Крупнейшим источником загрязнения атмосферы является транспортный комплекс. В крупных городах только на долю автотранспорта приходится более половины выбросов вредных веществ в атмосферу. Большое количество автотранспортных средств создает экологически опасную ситуацию в городах Москва, Волгоград, Тольятти, Казань, Уфа, Пермь.[ ...]

Программой предусматривается снижение вредных выбросов в атмосферу в результате проведения комплекса воздухоохранных мероприятий, включающих использование экологически чистых видов топлива, централизацию теплоснабжения, использование нетрадиционных, видов получения энергии, не загрязняющих атмосферу, модернизацию оборудования, ликвидацию неорганизованных источников загрязнения, герметизацию и уплотнение транспортно-размольного и погрузочно-разгрузочного оборудования, совершенствование технологии, внедрение безотходных и, малоотходных технологических процессов, перевод автотранспорта на менее токсичное дизельное топливо, на сжатый и сжиженный газ, внедрение специальных нейтрализаторов для отработанных газов двигателей автомобилей, создание диагностических постов и пунктов контроля технического состояния автомобилей и т. д.[ ...]

За счет проведения мероприятий по сокращению вредных выбросов в атмосферу от автотранспорта общее их количество снизится к 2005 г. до 1Q,9 млн. т (или на 46%).[ ...]

Показательно соотношение между главными загрязнителями атмосферы и их источниками на примере г. Москвы. Из 1,2 млн. т вредных выбросов в атмосферу столицы 77% - доля автотранспорта и 23% - стационарных источников. А вот каково соотношение между транспортными и промышленными выбросами по отдельным загрязняющим веществам: СО - 96% и 4%; Ж)х - 26% и 74%; углеводороды и летучие органические соединения 75% и 25%. Подчеркнем, что преобладает по массе угарный газ - всего 730 тыс.т. Стационарные источники загрязняют атмосферу сернистым ангидридом и пылью: 0,04% и 0,02% от массы общих выбросов соответственно.[ ...]

Немаловажна роль атмосферных осадков, характеризующихся достаточно низкими (в районе г. Уфы) показателями pH (5,05-7,0 дождевой и 6,2-8,2 снеговой воды), высокими концентрациями агрессивных химических соединений (SOx, NOx, СОх). Загрязнению атмосферных осадков способствуют большой объем веществ (табл. 19), выбрасываемых в атмосферу стационарными источниками и автотранспортом (доля последних составляет до 50-65%). В валовых выбросах преобладают: оксид углерода (622,4 тыс. т), сернистый ангидрид (150,5 тыс. т), диоксид азота (118,5 тыс. т), углеводы (144,2 тыс. т). Если по Башкирии выбросы в атмосферу составляют в среднем на 1 км2 8,7 т, то в Уфе - 464 т.[ ...]

Основными источниками искусственного загрязнения воздушно- -го бассейна.являются выхлопные газы автотранспорта (более 40% всех загрязнений в США), авиации и различных двигателей внутреннего сгорания, продукты сгорания топлива (нефть, уголь, газ) на тепловых электростанциях и продукты сжигания мусора, про- цессы испарения топлива и растворителей, а также выбросы различных лромышленных предприятий. В атмосфере может постоянно находиться более 260 потенциальных загрязнителей, причем число их неуклонно растет. Главными из них являются оксиды углерода, азота и серы, углеводороды, фотооксиданты, а также твердые взвешенные частицы .[ ...]

Если за 1990-1999 гг. валовой внутренний продукт снизился на 39,6%, продукция промышленности - на 50,9%, то выбросы в атмосферу от автотранспорта - на 42, водопотребление - на 26,6, сброс загрязненных сточных вод - на 25,6%. Показатели, характеризующие природоохранную деятельность, также заметно ухудшились, исключение составляет рост числа охраняемых природных территорий и их площадей. Число заповедников и национальных парков с 1990 г. возросло в 1,5 раза, а их площадь - почти вдвое. В то же время затраты на их содержание в сопоставимых ценах сократилось в 2,5-3 раза, т.е. расходы на 1 га охраняемой территории уменьшились в 5-6 раз.[ ...]

Техносфера является постоянным источником угроз, которые могут иметь серьезные последствия для человечества. Переработка и использование в хозяйственной деятельности углеводородных систем (нефти, нефтепродуктов, топлив и др.) являются одними из факторов глобального загрязнения окружающей среды на Земле. Техногенную опасность со стороны нефтеперерабатывающих и нефтехимических объектов следует учитывать при разработке технологий, которые должны отвечать стратегическим требованиям энергетической, экономической и экологической безопасности. Это неудивительно, так как наблюдаемая тенденция последовательного увеличения удельного веса углеводородных систем в мировом экономическом балансе - сложившаяся закономерность, и в обозримой перспективе эта закономерность сохранится. Для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности характерна высокая энергонасыщенность. Так, типовой нефтеперерабатывающий завод топливно-нефтехимического профиля в зависимости от производительности по сырью сосредотачивает на своей территории запас углеводородного топлива, эквивалентный 2-5 Мт тротила. Ежегодно на предприятиях происходят аварии, материальный ущерб от которых исчисляется сотнями миллионов долларов. Современные технологии ведут к экологическим кризисам и катастрофам, если не изменить подход к эксплуатации имеющихся и к проектированию новых производств. Пока негативные изменения экосистем не приняли глобальный необратимый характер необходимо проникновение в сознание людей новой идеологии - нормативного потребления окружающей среды, создание и внедрение систем безопасности и управления качеством окружающей среды. Это особенно актуально для России, так как на отечественных объектах по переработке углеводородных систем отсутствуют надежные системы предотвращения и локализации аварийных ситуаций. Продукты переработки углеводородных систем в процессе их использования оказывают серьезное влияние на качество жизни человека. Так, например, выбросы в атмосферу от автотранспорта составляют до 90% от общего загрязнения и в значительной степени зависят от качества применяемых топлив.[ ...]

Информация была подготовлена на основе обобщений годовых отчетов предприятий по форме 2ТП-воздух и справки Государственной региональной инспекции по охране атмосферного воздуха за 1988 г. Был также произведен расчет выбросов вредных веществ в атмосферу от автотранспорта за 1988 г. по методике . Вклад автотранспорта в суммарный выброс составил в 1988 г. 72%, в том числе окиси углерода - 96%, окислов азота - 30%, углеводороде® - 68%.

Угарный газ и оксиды азота, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля – вот одна из основных причин головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности. Сернистый газ способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя бесплодию и врожденным уродствам, а все вместе эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям. В больших городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования. По расчетам специалистов, «вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90% по оксиду углерода и 70 % по оксиду азота. Автомобиль также добавляет в почву и воздух тяжелые металлы и другие вредные вещества.

Основными источниками загрязнения воздушной среды автомобилей являются отработавшие газы ДВС, картерные газы, топливные испарения.

Двигатель внутреннего сгорания – это тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу. По виду применяемого топлива ДВС подразделяют на двигатели, работающие на

бензине, газе и дизельном топливе. По способу воспламенения горючие смеси ДВС бывают с воспламенением от сжатия (дизели) и с воспламенением от искровой свечи зажигания.

Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов нефти с температурами кипения от 200 до 3500С. Дизельное топливо должно иметь определенную вязкость и самовоспламеняемость, быть химически стабильным, при сгорании иметь минимальную дымность и токсичность. Для улучшения этих свойств в топлива вводят присадки, антидымные или многофункциональные.

Образование токсичных веществ – продуктов неполного сгорания и оксидов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования оксидов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся:

отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат оксид углерода (СО), углеводороды (СХHY), оксиды азота (NOX), бенз(а)пирен, альдегиды и сажу. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей

через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95 % СО, 55 % СХHY и 98 % NOX, картерные газы по – 5 % СХHY, 2 % NOX, а топливные испарения – до 40 % СХHY.

внутреннего сгорания представлено в табл.3.1.

Таблица 3.1

Компоненты	Доля токсичного компонента в ОГ ДВС
	Карбюраторные		Дизельные
		топлива, кг		топлива, кг
Бенз(а)пирен		до 10 мкг/м3
Альдегиды
	до 0,04 г/м3

В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О2, О3, С, СО, СО2, СН4, CnHm, CnHmО, NO, NO2, N, N2, NH3, HNO3, HCN, H, H2, OH, H2O.

Основными токсичными веществами – продуктами неполного сгорания

являются сажа, оксид углерода, углеводороды, альдегиды.

Вредные токсичные выбросы можно разделить на регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOX, CXHY, RXCHO, SO2, сажа, дым.

СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки,

плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах.

Во время работы дизеля концентрация СО незначительна (0,1…0,2 %).

У карбюраторных двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5…8 % из-за работы на обогащенных

смесях. Это достигается для того, чтобы при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения и сгорания

число испарившихся молекул.

NOX (оксиды азота) – самый токсичный газ из ОГ.

N2 (азот) – инертный газ при нормальных условиях. Активно реагирует

с кислородом при высоких температурах.

Выброс с ОГ зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно

увеличивается выброс оксидов азота.

Кроме того, температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при горении выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания

замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т.е. в таких условиях выделяется меньшее количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для дизельных двигателей состав NOx зависит от угла опережения впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливовоздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т.е. увеличивается количество NOx.

Кроме того, с уменьшением угла опережения впрыска топлива можно

существенно снизить выделение оксидов азота, но при этом значительно ухудшаются мощностные и экономические показатели.

Углеводороды (СxНy) – этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. ОГ содержат около 200 разных углеводородов.

В дизельных двигателях СxНy образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.

ДВС выбрасывает большее количество СxНy, когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.

Дым – непрозрачный газ. Дым может быть белым, синим, черным.

Цвет зависит от состояния ОГ.

Белый и синий дым – это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей

конденсации.

Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны

синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

К факторам, определяющим возникновение белого и синего дыма, а также его запах в ОГ, относятся температура двигателя, метод образования

смеси, топливные характеристики (цвет капли зависит от температуры ее образования: при увеличении температуры топлива дым приобретает синий цвет, т.е. уменьшается размер капли).

Кроме того, бывает синий дым от масла.

Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива.

Черный дым состоит из сажи.

Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность.

Сажа – представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3...100 мкм.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические

условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом.

Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.

Количество сажи зависит от температуры в зоне сгорания.

Существуют другие факторы образования сажи – зоны обогащенной смеси и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная

турбулизация смеси.

Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц, например, сажа сжигается полностью при размере частиц меньше 0,01 мкм.

SO2 (оксид серы) – образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания.

SO2,H2S – очень опасны для растительности.

Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской

Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87 % общей эмиссии свинца по различным

оценкам. РbО (оксиды свинца) – возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин, чтобы увеличить октановое число для уменьшения детонации (это очень быстрое, взрывное сгорание

отдельных участков рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью распространения пламени до 3000 м/с, сопровождающееся значительным повышением давления газов). При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5...0,85 кг оксидов

свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль

автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта – отказ от использования этилированных бензинов. По данным

1995г. 9 из 25 нефтеперерабатывающих заводов России перешли на выпуск

неэтилированных бензинов. В 1997 году доля неэтилированного бензина в общем объеме производства составила 68%. Однако, из-за финансовых и организационных трудностей полный отказ от производства этилированных бензинов в стране задерживается.

Альдегиды (RxCHO) – образуются, когда топливо сжигается при низких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра.

При сжигании топлива при высоких температурах альдегиды исчезают.

Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1) ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65 %); 2) картерные газы (20 %); 3) углеводороды в

результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15 %).

Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу с отработавшими газами около 200 различных компонентов. Самая большая группа соединений –

углеводороды. Эффект падения концентраций атмосферных загрязнений, то есть приближение к нормальному состоянию, связан не только с

разбавлением выхлопных газов воздухом, но и со способностью самоочищения атмосферы. В основе самоочищения лежат различные физические, физико-химические и химические процессы. Выпадение

тяжелых взвешенных частиц (седиментация) быстро освобождает атмосферу только от грубых частиц. Процессы нейтрализации и связывания газов в атмосфере проходят гораздо медленнее. Значительную роль в этом играет

зеленая растительность, поскольку между растениями идет интенсивный газообмен. Скорость газообмена между растительным миром в 25…30 раз превышает скорость газообмена между человеком и ОС в расчете на единицу массы активно функционирующих органов. Количество атмосферных

осадков оказывает сильное влияние на процесс восстановления. Они растворяют газы, соли, адсорбируют и осаждают на земную поверхность пылевидные частицы.

Автомобильные выбросы распространяются и трансформируются в атмосфере по определенным закономерностям.

Так, твердые частицы размером более 0,1 мм оседают на

подстилающих поверхностях в основном из-за действия гравитационных сил.

Частицы, размер которых менее 0,1 мм, a также газовые примеси в виде CO, СХНУ, NOX, SOX распространяются в атмосфере под воздействием процессов диффузии. Они вступают в процессы физико-химического взаимодействия между собой и с компонентами атмосферы, и их действие проявляется на локальных территориях в пределах определенных регионов.

В этом случае рассеивание примесей в атмосфере является неотъемлемой частью процесса загрязнения и зависит от многих факторов.

Степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами объектов АТК

зависит от возможности переноса рассматриваемых загрязняющих веществ на значительные расстояния, уровня их химической активности,

метеорологических условий распространения.

Компоненты вредных выбросов с повышенной реакционной способностью, попадая в свободную атмосферу, взаимодействуют между

собой и компонентами атмосферного воздуха. При этом различают физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.

Примеры физического реагирования: конденсация паров кислот во влажном воздухе с образованием аэрозоля, уменьшение размеров капель жидкости в результате испарения в сухом теплом воздухе. Жидкие и твердые

частицы могут объединяться, адсорбировать или растворять газообразные вещества.

Реакции синтеза и распада, окисления и восстановления осуществляются между газообразными компонентами загрязняющих веществ

и атмосферным воздухом. Некоторые процессы химических преобразований начинаются непосредственно с момента поступления выбросов в атмосферу, другие – при появлении для этого благоприятных условий – необходимых

реагентов, солнечного излучения, других факторов.

При выполнении транспортной работы существенным является выброс соединений углерода в виде CO и СХНУ.

Моноксид углерода в атмосфере быстро диффундирует и обычно не создает высокой концентрации. Его интенсивно поглощают почвенные микроорганизмы; в атмосфере он может окисляться до СО2 при наличии примесей - сильных окислителей (О,О3), перекисных соединений и свободных радикалов.

Углеводороды в атмосфере подвергаются различным превращениям (окислению, полимеризации), взаимодействуя с другими атмосферными загрязнениями, прежде всего под действием солнечной радиации. В результате этих реакций образуются перекиси, свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы.

В свободной атмосфере сернистый газ (SО2) через некоторое время окисляется до сернистого ангидрида (SО3) или вступает во взаимодействие с другими соединениями, в частности углеводородами. Окисление сернистого ангидрида в серный происходит в свободной атмосфере при фотохимических и каталитических реакциях. В обоих случаях конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде.

B сухом воздухе окисление сернистого газа происходит крайне медленно. В темноте окисления SO2 не наблюдается. При наличии в воздухе оксидов азота скорость окисления сернистого ангидрида увеличивается независимо от влажности воздуха.

Сероводород и сероуглерод при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются в свободной атмосфере медленному окислению до серного ангидрида. Сернистый ангидрид может адсорбироваться на поверхности твердых частиц из оксидов металлов, гидрооксидов или карбонатов и окисляться до сульфата.

Соединения азота, поступающие в атмосферу от объектов АТК, представлены в основном NO и NO2. Выделяемый в атмосферу моноксид азота под воздействием солнечного света интенсивно окисляется атмосферным кислородом до диоксида азота. Кинетика дальнейших превращений диоксида азота определяется его способностью поглощать

ультрафиолетовые лучи и диссоциировать на моноксид азота и атомарный кислород в процессах фотохимического смога.

Фотохимический смог – это комплексная смесь, образующаяся при воздействии солнечного света из двух основных компонентов выбросов автомобильных двигателей – NO и углеводородных соединений. Другие

вещества (SO2), твердые частицы также могут участвовать в смоге, но не являются основными носителями высокого уровня окислительной активности, характерной для смога. Стабильные метеорологические условия благоприятствуют развитию смога:

Городские эмиссии удерживаются в атмосфере в результате инверсии,

Служащей своеобразной крышкой на сосуде с реактивами,

Увеличивая продолжительность контакта и реакции,

Препятствуя рассеиванию (новые эмиссии и реакции добавляются к первоначальным).

Рис.3.1. Фотохимический смог

Формирование смога и образование оксиданта обычно останавливается при прекращении солнечной радиации в темное время суток и дисперсии реагентов и продуктов реакции.

В Москве при обычных условиях концентрация тропосферного озона,

который является предвестником образования фотохимического смога, достаточно низкая. Оценки показывают, что генерация озона из оксидов азота и углеводородных соединений вследствие переноса воздушных масс и повышение его концентрации, и следовательно, неблагоприятное воздействие происходит на расстоянии 300…500 км от Москвы (в районе Нижнего Новгорода).

Помимо метеорологических факторов самоочищения атмосферы

некоторые компоненты вредных выбросов автомобильного транспорта участвуют в процессах взаимодействия с компонентами воздушной среды, результатом которых является возникновение новых вредных веществ (вторичные атмосферные загрязнители). Загрязнители вступают с компонентами атмосферного воздуха в физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.

Многообразие продуктов выхлопов автомобильных двигателей может быть классифицировано по группам, сходным по характеру воздействия на организмы или химической структуре и свойствам:

1) нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар и углекислый газ, содержание которых в атмосфере в обычных условиях не достигает уровня, вредного для человека;

2) моноксид углерода, наличие которого характерно для выхлопов бензиновых двигателей;

3) оксиды азота (~98 % NО, ~2 % NO2), которые по мере пребывания в атмосфере соединяются с кислородом;

4) углеводороды (алкаин, алкены, алкадиены, цикланы, ароматические соединения);

5) альдегиды;

7) соединения свинца.

8) серистый ангидрид.

Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры и влажности и т.д. Лица пожилого

возраста, дети, больные, курильщики, страдающие хроническим бронхитом,

коронарной недостаточностью, астмой, являются более уязвимыми.

Общая схема реакции организма на воздействие загрязнителей ОС по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) представлена на

рис.3.2.

Рис. 3.2. Реакция организма на воздействие загрязнителей воздуха:

1 – смертность; 2 – заболеваемость; 3 – физиологические признаки заболевания; 4 – сдвиги жизнедеятельности организма неизвестного

назначения; 5 – накопление загрязнений в органах и тканях.

Проблема состава атмосферного воздуха и его загрязнения от выбросов автотранспорта становится все более актуальной. Это можно проследить уже

на примере Москвы. В 1982 г. вклад автотранспортных средств в суммарное загрязнение атмосферы составлял 69 %, в 1990 г. – 74,6 %, в 1993 г. – 79,6 % и т.д.

Среди факторов прямого действия (все, кроме загрязнения окружающей среды) загрязнение воздуха занимает, безусловно, первое

место, поскольку воздух – продукт непрерывного потребления организма.

Дыхательная система человека имеет ряд механизмов, помогающих защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Волоски в носу отфильтровывают крупные частицы. Липкая слизистая оболочка в верхней

части дыхательного тракта захватывает мелкие частицы и растворяет некоторые газовые загрязнители. Механизм непроизвольного чихания и кашля удаляет загрязненные воздух и слизь при раздражении дыхательной

Тонкие частицы представляют наибольшую опасность для здоровья человека, так как способны пройти через естественную защитную оболочку в

легкие. Вдыхание озона вызывает кашель, одышку, повреждает легочные ткани и ослабляет иммунную систему.

Влияние загрязнения воздуха на здоровье населения состоит в

следующем.

Взвешенные частицы. Частицы пыли размером от 0,01 до 100 мкм классифицируются следующим образом: более 100 мкм – осаждающиеся,

менее 5 мкм – практически неосаждающиеся.

Частицы первого типа безвредны, поскольку быстро осаждаются либо на поверхности земли, любо в верхних дыхательных путях. Частицы второго типа попадают глубоко в легкие. Установлено присутствие соединений

углерода, углеводорода, парафина, ароматических веществ, мышьяка, ртути и др. в легких вследствие проникновения пыли, a также связь с частотой заболевания раком, хроническим заболеванием дыхательных путей, астмой,

бронхитом, эмфиземой легких. Резкое увеличение частоты хронических бронхитов начинается с концентрации 150 – 200 мг/м3. При попадании в дыхательные пути сажи, возникают хронические заболевания (размеры твердых частиц 0.5…2 мкм), ухудшается видимость, а также сажа абсорбирует на своей поверхности сильнейшие канцерогенные вещества (бенз(а)пирен), что опасно для человеческого организма. Норма сажи в ОГ составляет 0.8 г/м3.

Сернистый ангидрид. Оказывает пагубное влияние на слизистую оболочку верхних дыхательных путей, вызывает бронхиальную закупорку. Начиная с 500 мг/м3 у больных бронхитом наблюдаются осложнения, 200 мг/м3 вызывает увеличение приступов у астматиков.

Оксиды азота. Диоксид азота и фитохимические производные являются побочными продуктами нефтехимических производств и рабочих процессов дизельных двигателей. Оказывают влияние на легкие и на органы зрения. Начиная с 150 мг/м3, при длительных воздействиях происходит нарушение дыхательных функций Оксиды азота раздражают слизистую оболочку глаз и носа, разрушают легкие. В дыхательных путях оксиды азота реагируют с

влагой, которая находится в этом месте. Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя.

Считается, что токсичность NOx больше в 10 раз, чем СО. N2O

действует как наркотик. Норма NOx в воздухе – 0,1 мг/м3.

Озон. Повышение концентрации оксидов азота и углеводородов под

действием солнечной радиации порождает фотохимический смог (озон, ПАН и др.) Фоновая концентрация озона в природе 20…40 мг/м3. При 200 мг/м3 наблюдается заметное негативное воздействие на организм человека.

Моноксид углерода. При сжигании топлива в условиях недостатка

воздуха, CO генерируется в процессе работы автомобильных двигателей. Соединяясь с гемоглобином (Нb), из вдыхаемого воздуха попадает в кровь, препятствуя насыщению крови кислородом, а следовательно, и тканей, мышц, мозга. При концентрации 20…40 мг/м3 в течение 1 часа содержание НbСО в крови повышается на 2…3 %, что вызывает ослабление зрения, ориентации в пространстве, реакций. СО вызывает нарушение нервной системы, головную боль, похудение, рвоту.

Диспансерные исследования Института экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН показали, что длительное вдыхание воздуха, содержащего моноксид углерода в концентрациях 3…6

ПДК и диоксид азота 2…3 ПДК, вызывает в детском организме ряд ответных реакций. Установлены удлинение времени латентного периода зрительно –

моторной реакции, хронический тонзиллит, хронический ринит, гипертрофия миндалин, снижение жизненной емкости легких.

Основными представителями альдегидов, поступающих в атмосферный воздух с выбросами автомобилей, являются формальдегид и

акролеин. Действие формальдегида характеризуется раздражающим эффектом по отношению к нервной системе. Он поражает внутренние органы и анактивирует ферменты, нарушает обменные процессы в клетке путем

подавления цитоплазматического и ядерного синтеза. Именно RxCHO

определяют запах ОГ.

Биологическое действие фотооксидантов (смесь озона, диоксида азота и формальдегида) на клеточном уровне подобно действию радиации,

вызывает цепную реакцию клеточных повреждений.

Углеводороды (СxНy) имеют неприятные запахи. СxНy раздражают глаза, нос и очень вредны для флоры и фауны. СxНy от паров бензина также токсичные, допускается 1,5 мг/м3 в день.

Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через животную и растительную пищу. Свинец и его соединения относятся к классу высокотоксичных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Свинец влияет на нервную систему, что приводит к снижению интеллекта, а также вызывает изменения физической активности, координации, слуха, воздействует на сердечно-сосудистую систему, приводя к заболеваниям сердца. Свинцовое отравление (сатурнизм) занимает первое место среди профессиональных интоксикаций.

от расстояния растения до дороги. Норма Рb в Европе – 10 мг Рb в 1 кг травы.

Современные исследования в области влияния состояния атмосферного воздуха на здоровье населения можно характеризовать табл.3.2.

Влияние кратности превышения ПДК на здоровье людей

Таблица 3.2

Кратность превышения	Ответ состояния здоровья населения
	Нет изменений в состоянии здоровья
	Изменение состояния здоровья по некоторым
	Выраженные функциональные сдвиги
	Рост специфической и неспецифической заболеваемости
	Острые отравления
	Летальные отравления

Значительная масса вредных выбросов, рассеянных в атмосфере,

является результатом работы автомобиле.

Вредные выбросы – это вещества, поступившие в атмосферу из агрегатов и систем автомобиля. В атмосферу поступают вещества из систем двигателя: картерные выбросы из системы смазки и вентиляции картера, топливные испарения из системы питания топливом, отработавшие газы – смесь газов с примесью взвешенных частиц, удаляемых из цилиндров или камер сгорания через систему выпуска, а также топливный бак и агрегаты трансмиссии.

Они характеризуются токсичностью вредных выбросов (ВВ) и дымностью отработавших газов(ОГ).

Токсичность выбросов двигателя – способность выбросов оказывать

вредное воздействие на людей и животный мир. Вредное воздействие оказывают оксид углерода СО, углеводороды СН и оксиды азота NOх.

Дымность отработавших газов двигателя - показатель,

характеризующий степень поглощения светового потока, просвечивающего отработавшие газы. Нормируемым параметром дымности является оптическая плотность отработавших газов количество поглощенного света частицами сажи и другими светопоглощающими дисперсными частицами отработавших газов автотракторных дизелей, определяемое по шкале измерительного прибора.

В США, например, доля выбросов токсичных соединений в атмосферу автомобилей составляет 60 %, а в странах Западной Европы – до 40 %.

Отработавшие газы, смешиваясь с туманом, образуют плотную завесу смога, против которого не найдено еще средств. В дни смога резко

увеличивается число аллергических заболеваний, инсультов, нервных припадков.

Под действием солнечных лучей углеводороды и оксиды азота, содержащиеся в атмосфере, вступают в фотохимическую реакцию, образуя соединения, вызывающие резь в глазах. Особенно велик уровень загазованности в местах скопления автомобилей (тракторов).

Следует отметить, что в настоящее время по дорогам мира движутся более 300 млн автомобилей, которые потребляют около 3,5 млрд кг топлива

на каждые 100 км пробега, а при сгорании 1 кг топлива в двигателе выделяется 446 г СО и около 16 г оксидов азота.

Доля загрязнения воздуха отработавшими газами составляет 65 %,

газами, выделяемыми из картера двигателя, 20 %, из карбюратора 9 % и из топливного бака 6 %.

Проблема защиты окружающей среды от отрицательного воздействия

автомобилей связана прежде всего со снижением выбросов токсичных веществ ДВС.

Предельные концентрации вредных и токсичных веществ в воздухе

устанавливают в качестве гигиенических норм. Однако большой вред здоровью человека наносит длительное воздействие вредных веществ малых концентраций и нескольких токсичных компонентов.

Особенно опасны для здоровья человека оксид углерода и оксиды азота. Воздействие оксидов азота нельзя ослабить никакими нейтрализующими веществами. Не полностью сгоревшие углеводороды – это

несколько сотен химических соединений. Эта смесь является причиной многих хронических заболеваний. Наиболее опасным соединением считается бенз(а)пирен, обладающий также канцерогенными свойствами. Некоторые ароматические углеводороды являются сильными отравляющими

веществами, они воздействуют на системы кровообращения, центральную нервную и мышечную. Диоксид серы также оказывает вредное воздействие на кроветворные органы (костный мозг и селезенку) человека, его слизистую

оболочку, вызывает бессонницу. Сильными токсичными веществами являются свинец и его соединения. Они содержатся в этилированном бензине. Попадая в организм, они вызывают нарушения обмена веществ.

Загрязнение окружающей среды токсичными веществами отработавших газов приводит к существенным отрицательным последствиям. Грунтовые и поверхностные воды в большой степени подвержены опасности

загрязнения топливом, маслами, смазочными материалами и другими специальными жидкостями. Даже минимальное количество этих веществ может сильно изменить качество воды. Пленка из углеводородов на поверхности воды затрудняет процессы окисления, что отрицательно влияет

на живые организмы. Особенно опасным для лесов и лесопарков является диоксид серы, разрушающий хлорофилл. Установлено, что растения чувствительны даже к очень малым концентрациям SO2 в воздухе.

Точно определить количество выбросов вредных веществ в атмосферу двигателями практически невозможно. Величина этих выбросов зависит от многих факторов: типа двигателя, его конструктивных параметров, процесса

подготовки и сгорания смеси топлива и воздуха, режима работы,

технического состояния и др.

В настоящее время строго регламентируются предельные значения выбросов вредных веществ (ВВ) и дымности отработавших газов (ОГ).

Для их определения проводят испытания. Процедура испытаний

включает 3 различных цикла: ESC и ETC, предназначенные для определения выбросов ВВ, и ELR – для определения дымности отработавших газов (ОГ).

Цикл ESC по принципу построения близок к «старому» 13-и ступенчатому европейскому циклу. При испытаниях по циклу ESC

проверяется содержание NОХ в трех дополнительных «случайных» точках, лежащих в области режимов работы двигателя, заданной по нагрузке и частоте вращения коленчатого вала. Увеличение содержания NОХ в этих

«случайных» точках по сравнению с результатами, полученными при испытаниях в соответствующих близлежащих точках цикла, не должно превосходить 10 %. Это требование введено с целью исключения «обхода»

цикла, когда заданные экологические показатели достигаются только на регламентированных режимах цикла, а на всех остальных режимах остаются вне контроля или устанавливаются заведомо завышенными для обеспечения

наилучших мощностных, экономических и эксплуатационных показателей, что на двигателях с электронными системами управления не представляет никакого труда.

ETC – это цикл с непрерывным (посекундным) изменением нагрузки и частоты вращения двигателя. Цикл состоит из трех фаз, имитирующих движение в условиях города, пригорода и автострады.

ELR – цикл для определения дымности ОГ – представляет собой цикл

динамического нагружения. Испытания проводятся на тех же скоростных режимах, что в цикле ESC, а также на одном дополнительном «случайном» режиме, выбираемом Технической службой, проводящей испытания.

Испытания проводятся следующим образом. Первоначально двигатель paботает на заданном скоростном режиме с нагрузкой 10 %. Затем регулятор подачи топлива быстро выводится в положение, соответствующее

максимальной подаче топлива, закон нагружения при этом обеспечивает поддержание заданной постоянной частоты вращения коленвала двигателя. Дымность двигателя определяется как среднее значение дымности на

заданных скоростных режимах.

Предполагается следующий порядок применения испытательных циклов:

Для испытания «обычных» дизелей, включая двигатели с

электронным управлением топливоподачей, системой рециркуляции ОГ,

окислительными нейтрализаторами, применяются циклы ESC и ELR;

Для испытаний двигателей, оснащенных такими средствами уменьшения выбросов, как, например, восстановительные нейтрализаторы

NОХ и уловители частиц, применяются все указанные циклы - ESC, ELR, ETC;

Газовые двигатели испытываются только по циклу ETC.

Европейские требования по предельным значениям содержания ВВ в ОГ к автомобилям категорий M1 и N1 с бензиновыми, газовыми и дизельными двигателями приведены в табл.3.3.

Таблица 3.3

		масса автомо- биля, кг	углерода (СО), г/км		Углеводо		азота (NOX) г/км		Углеводо роды + ок- сиды азота г/км		тицы г/км

(1) Кроме автомобилей, максимальная масса которых превышает 2500 кг.

(2) Включая автомобили категории М, указанные в примечании 1

Для автотранспортных средств (АТС) категорий М1 полной массой более 3500 кг, М2, М3, N1, N2, N3 c дизельными и газовыми двигателями нормативные требования к вредным выбросам представлены в табл. 3.4 и 3.5.

Таблица 3.4

Предельные величины содержания ВВ и ОГ при выполнении ESC и

углерода Углеводород Азота (NOX) г/кВт.ч Дымность м -1 Евро-3 2000г. Евро-4 2005г. Евро-5 2008г.

(1) – Для двигателей с рабочим объёмом менее 0,75дм3 на цилиндр и номинальной частотой вращения более 3000 мин-1.

(2) – «Форсированные» добровольные требования.

Таблица 3.5

Предельные величины содержания ВВ и ОГ при выполнении

ЕТС цикла

	углерода (СО), г/кВт·ч	Неметановые углеводороды (NMCH) г/кВт·ч	Метан (СН4)(1) г/кВт·ч	азота (NOX) г/кВт·ч	Частицы(2)

(1) – Только для двигателей, работающих на природном газе.

(2) – Не применяется по отношению к двигателям, работающим на газе.

(3) – Для двигателей с рабочим объёмом менее 0,75дм3 на цилиндр и номинальной частотой вращения более 3000 мин-1.

В России к выбросам вредных веществ (ВВ) АТС категорий М1 полной массой более 3500 кг, М2, М3, N1, N2, N3 c дизельными и газовыми двигателями действуют требования Евро-2. К этих же АТС с бензиновыми двигателями применяются требования, представленные в табл.3.6.

Предельные величины содержания ВВ

Таблица 3.6

В отношении АТС категорий M1 и N1 применяются требования, соответствующие уровню Евро-2 для пассажирских автомобилей (М1) и Евро-1 для грузовых (N1). Эти требования представлены в табл.3.7.

Таблица 3.7.

Предельно-допустимые величины содержания ВВ

	Полная масса автомобиля, (m), кг	углерода		Общая масса углеводородов и оксидов азота (СН+NOX) г/км
	13051760

Полный переход (100 % выпускаемых АТС) России на уровень

Европейских требований состоялся: Евро-2 - 2004 год; Евро-3, 4 -2008 год.

Уровень загазованности может быть снижен рядом конструктивных и эксплуатационных мероприятий, направленных не только на снижение

объема выбросов, но и их токсичности. Среди мероприятий конструктивного характера можно отметить следующие:

применение устройств нейтрализации и очистки выбросов от токсичных компонентов;

применение устройств, оптимизирующих дозирование,

смесеобразование топлива, а также рабочий процесс (электронные и электромеханические системы впрыска топлива, транзисторные системы

зажигания, форкамерно-факельные дожигатели, рециркуляция выхлопа,

термостатирование воздуха и пр.);

применение нетрадиционных видов топлива (газовое топливо, водород,

синтетический бензин, спирт);

создание новых силовых установок.

Значительное уменьшение выброса СО может быть достигнуто равномерным распределением смеси путем непосредственного впрыска топлива или улучшения условий испарения топлива в карбюраторе и во впускном трубопроводе; обеспечение состава и качества образуемой смеси нагрузке и частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Для снижения выброса углеводородов СnНm, двигатель внутреннего сгорания переводят на работу на бедных смесях, стремясь достичь большей однородности смеси и равномерности ее распределения по цилиндрам. Кроме того, стараются уменьшить долю остаточных газов в смеси при работе двигателя на частичных нагрузках правильным выбором формы и размеров камеры сгорания. Значительно сократить выбросы СО и СnНm с отработавшими газами можно использованием для питания двигателя водорода или газообразного топлива, а также послойным смесеобразованием.

Уменьшение выброса NOх у карбюраторных двигателей достигается снижением максимальной температуры цикла, обогащением смеси или сокращением продолжительности реакций, при которых происходит образование соединений азота. На практике наряду с обогащением смеси и уменьшением угла опережения зажигания понижают степень сжатия, увеличивают частоту вращения коленчатого вала двигателя, впрыскивают воду во впускной трубопровод или осуществляют частичную рециркуляцию отработавших газов.

Все применяемые в настоящее время способы уменьшения токсичности выбросов по всем основным компонентам (СО, СnНm, NOх) основаны на комбинации рассмотренных выше способов. Чаще всего это достигается следующим образом:

уменьшением выброса СО и СnНm, обеднением смеси и изменением угла опережения зажигания. Эти параметры подбирают для каждого режима работы двигателя. Устойчивая работа на обедненных смесях достигается улучшением качества смесеобразования и увеличением энергии искры на электродах свечи, для чего применяют непосредственное впрыскивание топлива и тиристорное зажигание. Для уменьшения выброса NOх используют частичную рециркуляцию отработавших газов. При использовании системы непосредственного впрыскивания топлива с электронным управлением, отрегулированной на экономичный состав смеси (в зависимости от разрежения во впускном трубопроводе, частоты вращения вала и теплового режима двигателя), удается снизить концентрацию токсичных веществ и уменьшить расход топлива на 8...10 %;

переводом двигателя на газообразное топливо с одновременной его регулировкой для работы на обедненных смесях. При этом достигается значительное уменьшение выброса продуктов неполного сгорания, т. е. СО и СnНm. Одновременно для уменьшения выброса NOx применяют, например, частичную рециркуляцию отработавших газов.

В карбюраторных двигателях во всех случаях используют специальные устройства для подачи дополнительного воздуха во впускной трубопровод на режимах разгона и торможения колесной машины. Широко применяют устройства, предотвращающие выброс в атмосферу паров углеводородов из картера двигателя и топливной системы.

Рециркуляцию газов для уменьшения выброса оксидов азота осуществляют все шире как в двигателях с искровым зажиганием, так и в дизелях. При этом понижают температуру процесса сгорания в результате уменьшения количества топлива, поступающего в цилиндры, и большей теплоемкости продуктов сгорания по сравнению с теплоемкостью воздуха. При рециркуляции 5 % отработавших газов концентрация NOх уменьшается примерно на 47 %, а при рециркуляции 15 % газов – на 84 %. Одновременно наблюдаются небольшое уменьшение выброса СnНm и некоторое увеличение выброса СО, а в дизелях – увеличение дымности. При рециркуляции газов более 10 % происходит заметное падение мощности двигателя,

увеличивается расход топлива и ухудшаются динамические характеристики автомобиля (трактора).

Такие компоненты отработавших газов, как оксид углерода и углеводороды, могут быть нейтрализованы в выпускной системе двигателя. Для этого в поток горячих отработавших газов непосредственно за

выпускным клапаном подают воздух под давлением 0,05...0,06 МПа. Количество подаваемого воздуха зависит от коэффициента избытка воздуха. По мере обеднения смеси подачу воздуха прекращают.

Чем выше температура смеси отработавших газов с воздухом, тем

эффективнее процесс окисления в выпускной системе. Увеличивают температуру уменьшением угла опережения зажигания, использованием тепловой изоляции выпускного трубопровода, снижением потерь теплоты в камере сгорания, установкой в системе выпуска специальных реакционных камер. Однако при этом несколько снижается мощность двигателя (увеличивается сопротивление на выпуске) и повышается удельный расход топлива.

Каталитические нейтрализаторы служат для сжигания продуктов неполного сгорания (СО и СnHm) и разложения оксидов азота NOх. Их действие основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с катализатором (например, платины). Скорость сгорания зависит от температуры носителя (достигает 800 °С).

Каталитические нейтрализаторы используются для очистки отработавших газов двигателей с искровым зажиганием и дизелей. Все нейтрализаторы, монтируемые в выпускной системе, увеличивают сопротивление прохождению газов и приводят к снижению мощности двигателя на 10...20 %. Основным их недостатком является неэффективная работа в диапазоне низких температур отработавших газов. В связи с этим разработаны устройства, состоящие из плазменного и каталитического нейтрализаторов. В плазменном газы разогреваются, а в каталитическом происходит основной процесс окисления. Такие устройства эффективно работают на всех режимах независимо от нагрузки и частоты вращения вала двигателя. Их недостатком являются относительная сложность конструкции и повышенный расход топлива.

Дальнейшее усовершенствование ДВС для уменьшения выброса токсичных компонентов без увеличения расхода топлива практически невозможно. В этом отношении заслуживают внимания силовые агрегаты,

например с газотурбинными двигателями и двигателями Стирлинга.

Значительное уменьшение выброса токсичных компонентов с уменьшением расхода топлива может быть достигнуто созданием

автомобилей с гибридными силовыми установками.

На балансе практически любого юридического лица или индивидуального предпринимателя, независимо от осуществляемого ими вида экономической деятельности, имеется автотранспорт. При этом в соответствии с п. 1 ст. 17, п. 2 ст. 30 Федерального закона от 04.05.1999 № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» (в ред. от 23.07.2013; далее - Федеральный закон № 96-ФЗ), ст. 45 Федерального закона от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (в ред. от 28.12.2013) запрещается производство и эксплуатация транспортных и иных передвижных средств, содержание вредных (загрязняющих) веществ в выбросах которых превышает установленные технические нормативы выбросов. Но что является в данном случае выбросом вредных загрязняющих веществ, каковы их нормативные значения и, главное, кем и когда они должны контролироваться? Именно на эти вопросы и ряд других сопутствующих вопросов мы постараемся дать ответы в нашей статье.

Прежде всего, необходимо отметить, что нормативные требования к содержанию выбросов вредных (загрязняющих) веществ в отработавших газах от автотранспорта (далее - выбросы) содержатся в п. 4.1 Требований к выпускаемым в обращение единичным транспортным средствам (Приложение № 5 к техническому регламенту о безопасности колесных транспортных средств, утвержденному Постановлением Правительства РФ от 10.09.2009 № 720; в ред. от 22.12.2012, с изм. от 15.07.2013).

К СВЕДЕНИЮ

1 января 2015 г. должен вступить в силу новый технический регламент Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств», утвержденный Решением Комиссии Таможенного союза от 09.12.2011 № 87 (в ред. от 30.01.2013).

В соответствии с упомянутым п. 4.1 транспортные средства должны соответствовать требованиям специального технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техники, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», утвержденного Постановлением Правительства РФ от 12.10.2005 № 609 (в ред. от 20.01.2012) (далее - Технический регламент).

Именно в п. 3 Технического регламента содержится определение понятия «выбросы»: выбросы - это выбросы вредных (загрязняющих) веществ, которыми являются отработанные газы двигателей внутреннего сгорания и испарения топлива автомобильной техники, содержащие вредные (загрязняющие) вещества (оксид углерода (СО ), углеводороды С m Н n , оксиды азота (NO x ) и дисперсные частицы). В зависимости от уровня выбросов автомобильной технике и двигателю внутреннего сгорания присваивается соответствующий экологический класс - классификационный код. При этом согласно п. 14 Технического регламента введение в действие технических нормативов выбросов в отношении автомобильной техники, выпускаемой в обращении на территории Российской Федерации, и двигателей внутреннего сгорания осуществляется в следующие сроки:

• экологического класса 2 - с 21.04.2006 (т.е. с даты вступления в силу Технического регламента);
• экологического класса 3 - с 01.01.2008;
• экологического класса 4 - с 01.01.2010;
• экологического класса 5 - с 01.01.2014.

Кроме того, нормы и методы контроля выбросов содержатся в ряде национальных стандартов Российской Федерации. Рассмотрим подробнее некоторые из них.

1. ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния» (далее - ГОСТ Р 52033-2003).

ГОСТ распространяется на находящиеся в эксплуатации автотранспортные средства (далее - автомобили) с бензиновыми двигателями категорий М 1 , М 2 , М 3 , N 1 , N 2 , N 3 , оснащенные или не оснащенные системами нейтрализации отработавших газов (исключение составляют автомобили, чья полная масса составляет менее 400 кг или максимальная скорость не превышает 50 км/ч).

Стандарт устанавливает нормативные значения содержания в отработавших газах автомобилей оксида углерода и углеводородов, нормативное значение коэффициента избытка воздуха и методы контроля при оценке технического состояния систем автомобиля и двигателя.

Проверки автомобилей на соответствие требованиям данного стандарта могут проводиться в следующих случаях:

• на предприятиях, изготавливающих двигатели и автомобили, при приемочных, периодических и контрольных испытаниях серийной продукции;
• при сертификационных испытаниях;
• при контроле технического состояния находящихся в эксплуатации автомобилей в установленном порядке специально уполномоченными органами;
• на предприятиях, эксплуатирующих и обслуживающих автомобили, при техническом обслуживании, ремонте и регулировке агрегатов, узлов и систем, влияющих на изменение содержания нормируемых компонентов в отработавших газах;
• на предприятиях, осуществляющих капитальный ремонт автомобилей.

Кроме того, в Изменении № 1 от 01.07.2012 к стандарту содержится рекомендуемая форма журнала записи результатов проверок автомобилей на содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах и состав рабочей смеси двигателя (см. Пример).

2. ГОСТ Р 52160-2003 «Автотранспортные средства, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».

ГОСТ устанавливает нормы и методы измерения видимых загрязняющих веществ отработавших газов (дымности) в режиме свободного ускорения для автомобилей категорий М 1 , М 2 , М 3 , N 1 , N 2 , N 3 , находящихся в эксплуатации, которые оснащены двигателями с воспламенением от сжатия.

3. ГОСТ Р 41.24-2003 «Единообразные предписания, касающиеся: I. Сертификации двигателей с воспламенением от сжатия в отношении дымности; II. Сертификации автотранспортных средств в отношении установки на них двигателей с воспламенением от сжатия, сертифицированных по типу конструкции; III. Сертификации автотранспортных средств с двигателями с воспламенением от сжатия в отношении дымности; IV. Измерения мощности двигателей» (далее - ГОСТ Р 41.24-2003).

Стандарт устанавливает следующие требования:

• часть I - к выбросу видимых загрязняющих веществ двигателями с воспламенением от сжатия (далее - дизели), предназначенными для установки на автотранспортных средствах;
• часть II - к установке на автотранспортных средствах дизелей, сертифицированных по типу конструкции в соответствии с ч. I данного стандарта;
• часть III - к выбросу видимых загрязняющих веществ автотранспортными средствами, дизели которых не имеют отдельного сертификата по типу конструкции в соответствии с ч. I данного стандарта.

4. ГОСТ Р 54942-2012 «Газобаллонные автомобили с искровыми двигателями. Выбросы вредных (загрязняющих) веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния» (далее - ГОСТ Р 54942-2012).

ГОСТ распространяется на находящиеся в эксплуатации на территории Российской Федерации транспортные средства категорий M и N с искровыми двигателями:

• монотопливные, работающие на сжиженном нефтяном газе (СНГ), компримированном природном газе (КПГ) или сжиженном природном газе (СПГ);
• многотопливные, работающие на СНГ, КПГ или СПГ, а также допускающие работу на бензине.

Стандарт устанавливает нормативные значения содержания загрязняющих веществ в отработавших газах автомобилей (оксида углерода и углеводородов), коэффициента избытка воздуха, требования к техническому состоянию систем двигателя, а также методы контроля при оценке технического состояния.

Необходимо отметить, что начиная с 30.06.2003, т.е. с даты вступления в силу Федерального закона от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании», национальные стандарты носят рекомендательный характер и применяются на добровольной основе, а в соответствии с п. 4 ст. 17 Федерального закона № 96-ФЗ транспортные и иные передвижные средства, выбросы которых оказывают вредное воздействие на атмосферный воздух, подлежат регулярной проверке на соответствие таких выбросов техническим нормативам выбросов в порядке, определенном уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти.

Для реализации данного пункта Правительством Российской Федерации было принято соответствующее Постановление от 06.02.2002 № 83 «О проведении регулярных проверок транспортных и иных передвижных средств на соответствие техническим нормативам выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух», которое действует и в настоящее время, правда, в редакции от 05.12.2011. В частности, согласно подп. «а» п. 2 данного Постановления проверки автотранспортных средств должны осуществляться во время их государственного технического осмотра .

Так, например, в соответствии с п. 32 Приложения № 1 к Правилам проведения технического осмотра транспортных средств, утвержденным Постановлением Правительства РФ от 05.12.2011 № 1008 (в ред. от 13.11.2013), при проведении технического осмотра к двигателю и его системе предъявляется требование о том, что содержание загрязняющих веществ в отработавших газах транспортных средств должно соответствовать следующим требованиям:

• для транспортных средств с бензиновыми двигателями - ГОСТ Р 52033-2003;
• для газобаллонных транспортных средств - ГОСТ Р 17.2.2.06-99 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей» (заменен на ГОСТ Р 54942-2012 );
• для транспортных средств с дизелями уровень дымности отработавших газов в режиме свободного ускорения не должен превышать значение коэффициента поглощения света, указанного в документах, удостоверяющих соответствие транспортного средства Правилам ЕЭК ООН № 24-03 (соответствуют ГОСТ Р 41.24-2003 ), или на знаке официального утверждения, нанесенном на двигатель или транспортное средство, или установленных изготовителем, а при отсутствии выше указанных сведений не должен превышать 2,5 м –1 - для двигателей без наддува, 3 м –1 - для двигателей с наддувом.

Итоги технического осмотра фиксируются в диагностической карте.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что у природопользователя нет обязанности по осуществлению самостоятельного или с привлечением специализированной аккредитованной лаборатории экологического контроля за содержанием выбросов автотранспорта . На законодательном уровне его проведение предусмотрено во время осуществления технического осмотра транспортных средств. Данный вывод подтверждается рядом примеров из судебной практики (например, Решением Липецкого областного суда от 14.09.2011 по делу № 21-67-2011, Постановлением Одиннадцатого арбитражного апелляционного суда от 23.01.2008 № 11АП-7965/2007 и др.).

Однако стоит учитывать, что в случае обнаружения при осуществлении государственного экологического контроля в отношении природопользователя превышения указанных нормативов у выпущенного на линию автотранспорта на должностное лицо, ответственное за выпуск, могут быть наложены штрафные санкции в соответствии со ст. 8.22 Кодекса Российской Федерации об административных правонарушениях:

Извлечение
из Кодекса Российской Федерации
об административных правонарушениях

Статья 8.22. Выпуск в эксплуатацию механических транспортных средств с превышением нормативов содержания загрязняющих веществ в выбросах либо нормативов уровня шума

Допуск к полету воздушного судна, выпуск в плавание морского судна, судна внутреннего водного плавания или маломерного судна либо выпуск в рейс автомобиля или другого механического транспортного средства, у которых содержание загрязняющих веществ в выбросах либо уровень шума, производимого ими при работе, превышает нормативы, установленные государственными стандартами Российской Федерации, влечет наложение административного штрафа на должностных лиц в размере от пятисот до одной тысячи рублей.

В случае если природопользователь, с учетом своих финансовых возможностей, все же решит включить в программу экологического контроля мероприятия по контролю за выбросами загрязняющих веществ автотранспортом, для выбора количества транспортных средств (далее - ТС), подвергаемых контролю, рекомендуем ему воспользоваться нормативами (раздельно по видам топлива), указанными в п. 2.7 приложения 1 к Инструктивно-методическим указаниям по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды, утвержденным Минприроды России от 26.01.1993 (в ред. от 15.02.2000, с изм. от 12.07.2011):

• 100 % - для предприятий с числом ТС до 20 единиц;
• 50 % - для предприятий с числом ТС до 50 единиц;
• 30 % - для предприятий с числом ТС до 100 единиц;
• 20 % - для предприятий с числом ТС до 500 единиц;
• 10 % - для предприятий с числом ТС свыше 500 единиц.

О.Н. Лаврухина, специалист по экологии и охране труда