11.2. Зниження викидів двигунів внутрішнього згорання
Підвищення екологічних показників автомобіля можливе за рахунок проведення комплексу заходів щодо вдосконалення його конструкції і режиму експлуатації. До поліпшення екологічних показників автомобіля призводять: підвищення його економічності; заміна бензинових ДВЗ на дизельні; переведення ДВЗ на використання альтернативних видів палива (стислий або зріджений газ, етанол, метанол, водень і ін.); застосування нейтралізаторів відпрацьованих газів ДВЗ; вдосконалення режиму роботи ДВЗ і технічного обслуговування автомобіля.
Відомі і застосовуються ряд методів зниження токсичності вихлопних газів. Серед них робота автомобіля в умовах, коли двигун виділяє найменшу кількість токсичних речовин (зменшення гальмування, рівномірний рух з певною швидкістю і т.д.); застосування спеціальних присадок до палива, що збільшують повноту його згорання і зменшують викид СО (спирти, інші сполуки); полуменеве допалювання деяких шкідливих компонентів.
У карбюраторних двигунах співвідношення між повітрям і паливом впливає на вміст вуглеводнів і оксиду вуглецю у вихлопі. Так, наприклад, викиди збільшуються при збільшенні збагачення суміші. Вміст СО збільшується через неповне згорання, викликане нестачею кисню в суміші. Збільшення вмісту вуглеводнів викликане в першу чергу збільшенням адсорбції палива і посилення механізму неповного згорання палива. Бідні суміші створюють нижчі концентрації СnНm і СО у викиді в результаті їх повнішого згорання.
У дизельних двигунах потужність змінюється при зміні кількості вприскуваного палива. В результаті змінюється розподіл струменя палива, кількість палива, що вдаряється об стінку, тиск в циліндрі, температура, а також тривалість вприскування.
Фахівці вважають, що для помітного зниження шкідливих викидів необхідно скоротити використання бензину з 8 літрів на 100 км пробігу − до 2...3 л. Це вимагає вдосконалення будови двигуна і якості пального; переходу на неетилований бензин; застосування каталітичного допалювання для зменшення викиду СО; впровадження електронної системи управління процесів горіння палива; і інші заходи, зокрема використання глушників шуму в системі вихлопу.
Підвищення паливної економічності автомобіля досягається головним чином за рахунок вдосконалення процесу згорання в ДВЗ: пошарове спалювання палива; форкамерно-факельне спалювання; застосування підігріву і випаровування палива у впускному тракті; використання електронного запалення. Додатковими резервами підвищення економічності автомобіля є:
зниження маси автомобіля за рахунок удосконалення його конструкції і застосування неметалічних і високоміцних матеріалів;
покращення аеродинамічних показників кузова (останні моделі легкових автомобілів володіють, як правило, на 30...40% меншим коефіцієнтом лобового опору);
зниження опору повітряних фільтрів і глушників, відключення допоміжних агрегатів, наприклад вентилятора і т.п.;
зниження маси палива (неповне заповнення баків), що перевозиться, і маси інструментів.
Сучасні моделі легкових автомобілів істотно відрізняються паливною економічністю від попередніх моделей.
Перспективні марки легкових автомобілів володітимуть витратою бензину 3,5 л/100 км і менше. Підвищення економічності автобусів і вантажних автомобілів досягається перш за все застосуванням дизельних ДВЗ. Вони володіють екологічними перевагами в порівнянні з бензиновими ДВЗ, оскільки мають меншу на 25...30% питому витрату палива; крім того, склад відпрацьованих газів у дизельного ДВЗ менш токсичний (див. табл. 11.1).
Екологічними перевагами в порівнянні з бензиновими ДВЗ володіють двигуни, що працюють на альтернативних видах палива. Загальне уявлення про зниження токсичності ДВЗ при переході на альтернативне паливо можна отримати з даних, приведених в табл. 11.2.
Багато учених бачать часткове вирішення екологічної проблеми в переведенні автомобілів на газоподібне пальне. Так, вміст окису вуглецю у вихлопах газомобілів менший на 25...40%; окиси азоту на 25...30%; сажі на 40...50%. При використанні в автомобільних двигунах зрідженого або стислого газу вихлопні гази майже не містять оксиду вуглецю. Вирішенням проблеми стало б широке використання електромобіля. Електромобілі, що випускаються, мають обмежений радіус дії внаслідок обмеженої ємності і великої маси батарей. Зараз ведуться широкі дослідження в цій області. Деякі позитивні результати вже досягнуті. Зниження токсичності викидів може бути досягнуте зменшенням вмісту сполук свинцю в бензині без погіршення його енергетичних якостей.
Таблиця 11.2
Токсичність викидів ДВЗ, що працюють на різних видах пального
Паливо | Викиди, % | |
СО | NOx | |
Бензин | 100 | 100 |
Природний газ | 60 | 74 |
Метанол | 50 | 55 |
Переведення на газове пальне не передбачає значних змін в конструкції ДВЗ, проте стримується відсутністю станцій заправки і необхідної кількості автомобілів, переобладнаних для роботи на газу. Крім того, автомобіль, переобладнаний для роботи на газовому пальному, втрачає вантажопідйомність через наявність балонів і запас ходу приблизно в 2 рази (200 км проти 400...500 км у бензинового автомобіля). Ці недоліки частково усунені при переведенні автомобіля на зріджений природний газ.
Використання метанолу і етанолу вимагає змін конструкції ДВЗ, тому, що спирти більш хімічно активні до гум, полімерів, мідних сплавів. У конструкцію ДВЗ необхідно вводити додатковий підігрівач для запуску двигуна в холодний період року (при t<-25°С); необхідна виконати перерегулювання карбюратора, оскільки змінюється стехіометричне відношення витрати повітря до витрати палива. У бензинових ДВЗ воно рівне 14,7; у двигунів на метанолі − 6,45, а на етанолі − 9. За кордоном (Бразилія) застосовують суміші бензину і етанолу в пропорції 12:10, що дозволяє використовувати бензинові ДВЗ з незначними змінами їх конструкції, дещо підвищуючи при цьому екологічні показники двигуна.
Не дивлячись на те, що викиди токсичних речовин (СnНm і СО) з картера і паливної системи двигуна принаймні на порядок нижчі за викиди вихлопних газів, на сьогоднішній день розробляються методи спалювання газів картерів ДВЗ. Відома замкнута схема нейтралізації газів картерів з подачею їх у впускний трубопровід двигуна з подальшим допалюванням. Замкнута система вентиляції картера з поверненням газів картерів до карбюратора зменшує виділення в атмосферу вуглеводнів на 10...30%, оксидів азоту на 5...25%, але при цьому збільшується викид оксиду вуглецю на 10...35%. При поверненні газів картерів після карбюратора знижується викид CnHm на 10...40%, СО на 10...25%, але зростає викид NOx на 10....40%.
Для запобігання викидам пари бензину з паливної системи, основна частина яких надходить в атмосферу, коли двигун не працює, на автомобілях встановлюють систему знешкодження випаровувань пального з карбюратора і паливного бака, що складається з трьох основних вузлів (рис. 11.1): герметичного паливного бака 1 із спеціальною ємкістю 2 для компенсації теплового розширення пального; кришки 3 паливно-заправна горловина бака з двостороннім запобіжним клапаном для запобігання надмірному тиску або розрідженню в баку; адсорбера 4 для поглинання пари пального при вимкненому двигуні із системою повернення пари у впускний тракт двигуна під час його роботи. Як адсорбент використовують активоване вугілля.
Рис. 11.1. Схема вловлювання пари пального бензинового ДВЗ
Дотримання регламенту технічного обслуговування і контроль складу відпрацьованих газів ДВЗ дозволяє значно скоротити токсичні викиди в атмосферу. Відомо, що при 160 тис. км пробігу і за відсутності контролю викиди СО зростають в 3,3 рази, а СnНm − в 2,5 рази.
- Атмосферного
- Навчальний посібник Кам’янець-Подільський
- Передмова
- Частина і оцінка антропогенно-техногенного забруднення атмосферного повітря
- Розділ 1 Атмосфера і її роль. Джерела і наслідки забруднення атмосфери
- 1.1. Атмосфера – зовнішня оболонка Землі
- 1.2. Будова атмосфери
- 1.3. Забруднення атмосфери і його види
- 1.4. Джерела забруднення атмосфери
- 1.5. Основні хімічні домішки, що забруднюють атмосферу
- 1.6. Наслідки забруднення атмосфери
- 1.6.1. Зміна природного складу і параметрів атмосфери
- 1.6.2. Кислотні опади
- 1.6.3. Запустелювання
- 1.6.4. Забруднення атмосфери біологічними домішками
- Розділ 2 Нормування впливу техногенних об’єктів на атмосферне повітря
- 2.1. Показники нормування забруднюючих речовин в повітрі
- 2.2. Оцінка стану повітряного середовища
- 2.3. Науково-технічні нормативи на гранично допустимі викиди
- 2.4. Інструменти економічного механізму охорони атмосферного повітря
- 2.5. Порядок встановлення нормативів збору за забруднення і погіршення якості атмосферного повітря
- Розділ 3 Організація спостережень за забрудненням атмосферного повітря
- 3.1. Загальні вимоги до організації спостережень за забрудненням атмосферного повітря
- 3.2. Види постів спостережень, програми і терміни спостережень
- 3.3. Лабораторії спостереження і контролю за забрудненням атмосферного повітря
- 3.4. Автоматизовані системи спостереження і контролю за станом атмосферного повітря
- Розділ 4 Оцінювання забруднення атмосферного повітря на основі даних лабораторних спостережень
- 4.1. Методи оцінювання забруднення атмосферного повітря
- 4.2. Методи відбору проб атмосферного повітря для лабораторного аналізу
- 4.3. Метеорологічні спостереження при відборі проб повітря
- 4.4. Оцінювання стану атмосферного повітря за результатами спостережень
- Розділ 5 Оцінювання забруднення атмосферного повітря на основі спостережень за біологічними об’єктами
- 5.1. Біоіндикація атмосферного повітря
- 5.2. Забруднюючі речовини і їх суміші, які впливають на рослинний покрив
- 5.3. Рослини-індикатори і рослини-монітори
- Частина іі технологія захисту атмосфери від викидів шкідливих газів та пари
- Розділ 6 Методи захисту атмосферного повітря від шкідливих викидів
- 6.1. Основні напрямки захисту атмосфери від шкідливих домішок
- 6.2. Методи і системи очищення повітря від газоподібних домішок
- Розділ 7 Абсорбційна і хемосорбційна очистка газових викидів
- 7.1. Використання методів абсорбції і хемосорбції для вловлювання газоподібних домішок
- 1 − Абсорбер; 2 − холодильник; 3 − десорбер; 4 − теплообмінник
- 7.2. Конструкції і принцип дії абсорберів
- 7.2.1. Насадочні абсорбери
- 1 − Сідло Берля; 2 − кільце Рашига; 3 − кільце Палля; 4 − розетка Теллера; 5 − сідло “Інталокс”
- 7.2.2. Тарілчасті абсорбери
- 7.2.3. Розпилюючі абсорбери
- 7.3. Розрахунок абсорбційних і хемосорбційних апаратів
- 7.3.1. Розрахунок насадочних абсорберів
- 7.3.2. Розрахунок тарілчастих абсорберів
- 7.3.3. Розрахунок розпилюючих абсорберів
- 7.4. Десорбція забруднювачів із абсорбентів
- Розділ 8 Адсорбційна очистка газових викидів
- 8.1. Використання методу адсорбції для вловлювання газоподібних сполук
- 8.2. Будова і принцип дії адсорберів
- 8.2.1. Адсорбери періодичної дії
- 1 − Точка проскакування; 2 − адсорбційна зона; о.Н. − об’єм, заповнений насадкою
- 1 − Адсорбер; 2, 10, 12 − вентилятори; 3 − фільтри; 4 − вогнезагороджувач; 5, 8 − холодильник; 6 − розподільник; 7 − конденсатор; 9 − збірник;
- 11 − Калорифер; 13 − гідрозасув
- 8.2.2. Адсорбери безперервної дії
- 1 − Зона адсорбції; 2 − розподільні тарілки; 3 − холодильник; 4 − підігрівач; 5 − затвор
- 1 − Псевдозріджений шар; 2 − решітка; 3 − переточний пристрій; 4 − затвор
- 1 − Основний псевдозріджений шар; 2 − додатковий шар; 3 − решітка
- 1, 2 − Патрубки; 3 − решітка; 4 − конус
- 1 − Корпус перетоку 2 − щілина; 3 − похила решітка; 4 − решітка
- 8.3. Принципи розрахунку адсорберів
- 8.3.1. Розрахунок адсорберів періодичної дії
- 8.3.2. Розрахунок адсорберів безперервної дії
- 8.4. Десорбція адсорбованих продуктів
- Розділ 9 Конденсаційне очищення газових викидів
- 9.1. Використання конденсаційного очищення газів і пари
- 9.2. Принцип конденсаційного очищення
- 9.3. Типи і конструкції конденсаторів
- 9.4. Розрахунок конденсаторів
- Розділ 10 Термокаталітична і термічна очистка газових викидів
- 10.1. Термокаталітична очистка газових викидів
- 10.2. Термічні методи знешкодження газоподібних сполук
- 10.2.1. Установки термознешкодження газових викидів
- 1 − Гідрозасув; 2 − вогнезагороджувач; 3 − основний пальник; 4 − черговий пальник; 5 − система запалення чергового пальника
- 1 − Реактор; 2 − ежекційний змішувач; 3 − електрозапал; 4 − черговий пальник; 5 − основний пальник; 6 − насадка-вогнезагороджувач
- 1 − Факельний пальник; 2 − труба; 3 − розривні мембрани; 4 − вогнезагороджувач; 5 − інжекційний змішувач з електрозапалом; 6 − система запалення чергового пальника
- 1 − Черговий пальник; 2 − повітряна труба; 3 − захисний козирок; 4 − корпус факельного пальника; 5 − парова дюза; 6 − кишеня для термопари
- 10.2.2. Принципи розрахунку установок термознешкодження
- Розділ 11 Очистка газових викидів автомобільного транспорту
- 11.1. Характеристика викидів двигунів внутрішнього згорання
- 11.2. Зниження викидів двигунів внутрішнього згорання
- 11.3. Нейтралізація вихлопів двигунів внутрішнього згорання
- 11.4. Вловлювання аерозолів, що викидаються дизельним двигуном
- Розділ 12 Оцінка ефективності очищення газових викидів
- 12.1. Оцінка ефективності пристроїв для очищення газових викидів
- 12.2. Вибір варіантів газоочистки
- Частина ііі технологія захисту атмосфери від аерозольних пилових викидів Розділ 13 Методи і системи очищення повітря від аерозолів
- 13.1. Характеристики аерозольних викидів в атмосферу
- 13.2. Класифікація методів і апаратів для очищення аерозолів
- 13.3. Основні характеристики апаратів для очистки аерозолів
- Розділ 14 Механічне пиловловлювання
- 14.1. Пилоосаджувальні камери
- 14.2. Циклонні осаджувачі
- 14.2.1. Конструкції циклонів
- 14.2.2. Розрахунок циклонів
- 14.3. Вихрові пиловловлювачі
- Розділ 15 Фільтрування аерозолів
- 15.1. Волокнисті фільтри
- 15.2. Тканинні фільтри
- 15.2.1. Фільтрувальні тканини
- 15.2.2. Рукавні фільтри
- 15.3. Зернисті фільтри
- 15.4. Розрахунок і вибір газових фільтрів
- Розділ 16 Мокре пиловловлювання
- 16.1. Порожнисті газопромивачі
- 16.2. Зрошувані циклони з водяною плівкою
- 16.3. Пінні пиловловлювачі
- 16.4. Ударно-інерційні пиловловлювачі
- 16.5. Швидкісні пиловловлювачі (скрубери Вентурі)
- Розділ 17 Електричне очищення газів
- 17.1. Принцип дії електрофільтрів
- 17.2. Конструкції електрофільтрів
- 17.3. Підбір і розрахунок електрофільтрів
- Розділ 18 Вдосконалення процесів і апаратів для пилогазоочистки
- 18.1. Спеціалізація апаратів
- 18.2. Попередня обробка аерозолів
- 18.3. Режимна інтенсифікація
- 18.4. Конструктивно-технологічне вдосконалення
- 18.5. Багатоступінчате очищення
- Додатки
- Нормативи збору, який справляється за викиди основних забруднюючих речовин від стаціонарних джерел забруднення
- Технічні дані лабораторії “Атмосфера-іі”
- Технічні дані станції “Повітря-1”
- Технічні дані електроаспіратора типу еа-1
- Технічні дані електроаспіратора типу еа-2
- Технічні дані повітровідбірника “Компонент”
- Блок-схема структури технічних засобів станції “Повітря-1”
- Класифікація засобів відбору проб повітря
- Характеристики фільтрів, які використовуються при відборі проб атмосферного повітря (аналітичні фільтри для аерозолей афа)
- Характеристики витратомірних приладів
- Значення коефіцієнтів b, с для розрахунку швидкості газу при захлинанні
- Характеристики насадок (розміри дані в мм)
- Значення коефіцієнта Генрі e для водних розчинів деяких газів (у таблиці дані значення e∙10-6 в мм рт. Ст.)
- Коефіцієнти дифузії газів і пари в повітрі (за нормальних умов)
- Атомні об’єми деяких елементів і молярні об’єми деяких газів
- Рівноважні дані по адсорбції пари бензолу із їх суміші з повітрям на активному вугіллі різних марок
- Значення коефіцієнтів а1 і в1 для деяких речовин розчинних у воді
- Фізико-хімічні властивості речовин
- Межі температур і величини тиску, що рекомендуються, для деяких рідких холодоносіїв
- Термічний опір δ/λ відкладення на стінці труби при обмиванні її різними середовищами
- Коефіцієнти густини ρ і теплопровідності λ деяких металів і сплавів
- Межі рекомендованих значень коефіцієнта n для визначення числа Nu в перехідному режимі
- Температури самозаймання Tс найбільш поширених горючих забруднювачів відхідних газів промисловості
- Література