Автолюбителю

Легковые автомобили

Учебное пособие для средней школы

7.2. О создании «чистого» автомобиля

Вмешательство человека в окружающую природу увеличивается по мере развития цивилизации и промышленности. Этот процесс нельзя ни остановить, ни затормозить. Промышленность и автомобильный транспорт в устрашающем темпе загрязняют реки, отравляют воду и воздух. Перед лицом угрозы постепенного вымирания человек наконец понял, что для охраны природы необходимо начать борьбу за чистоту окружающей среды. Проблема защиты окружающей среды от отрицательного воздействия автомобильного транспорта связана прежде всего с защитой атмосферного воздуха от токсичных выбросов двигателей внутреннего сгорания.

О масштабах и степени загрязнения окружающей среды на земном шаре свидетельствует тот факт, что в настоящее время по дорогам мира движутся более 400 млн. автомобилей, которые потребляют около 3,5 млрд. кг топлива на каждые 100 км пробега, а при сгорании 1 кг топлива в двигателе автомобиля выделяется 450 г СО и около 15 г окислов азота. Однако даже малые дозы вредных веществ при длительном воздействии на организм отравляют его. Точно определить степень и диапазон вредного воздействия загрязненного воздуха весьма сложно.

Особенно опасны для здоровья человека окись углерода и окислы азота. Окись углерода вызывает торможение функций центров образования гемоглобина, что приводит к нарушению окислительных процессов в организме. При хроническом отравлении даже небольшими дозами окиси углерода (характерно для водителей, работников службы движения, крупных гаражей) наступает общая депрессия и понижение жизненного тонуса.

Окислы азота в соединении с водяными парами образуют азотную кислоту, которая разрушает легочную ткань. Двуокись азота (NOg) разрушает слизистую оболочку глаз, легкие и вызывает необратимые изменения в сердечно-сосудистой системе.

Не полностью сгоревшие углеводороды представляют собой смесь сотен химических соединений. Эта смесь является причиной многих хронических заболеваний. Наиболее опасным соединением считается бензпирен, обладающий канцерогенными свойствами. Некоторые ароматические углеводороды являются сильными отравляющими веществами, они воздействуют на процессы кроветворения, центральную нервную систему и мышцы человека.

Окислы серы также оказывают вредное действие на кроветворные органы (костный мозг и селезенку), слизистые оболочки, вызывают бессонницу. Сильнодействующими токсическими веществами являются свинец и его соединения. Они содержатся в этилированном бензине. Попадая в организм, они вызывают нарушения обмена веществ.

Вообще загрязнения окружающей среды токсичными компонентами отработавших газов приводят к большим экономическим потерям, так как они вызывают нарушения роста растений, что приводит к снижению урожаев и потерям в животноводстве. Опасности загрязнения топливом, маслами, другими специальными жидкостями, теряемыми в процессе обслуживания и эксплуатации автомобиля, подвержены грунтовые и поверхностные воды. Даже минимальное количество этих веществ может сильно ухудшить качество воды.

Для лесов и зеленых массивов особенно опасной является двуокись серы, разрушающая хлорофилл. Установлено, что растения чувствительны даже к очень малым концентрациям SO2 в воздухе.

Точно определить количество выбросов в атмосферу двигателями автомобилей практически невозможно. Величина выброса зависит от многих факторов: типа двигателя, его конструктивных параметров, качества процесса подготовки и сгорания смеси топлива и воздуха, режимов работы двигателя, его технического состояния и т. д.

Много вредных веществ образуется при работе двигателя на холостом ходу и при торможении двигателем, когда система холостого хода карбюратора при закрытом дросселе дает очень богатую смесь и из-за недостаточной подачи воздуха в цилиндры она сгорает медленно, не до конца. В этом случае снизить выброс вредных веществ в отработавших газах можно регулировкой системы холостого хода.

Карбюраторы регулируют так, чтобы при частичных (малых и средних) нагрузках двигатель работал на обедненных смесях, что снижает расход топлива и делает сгорание более полным. Однако и здесь возможно образование токсичных веществ из-за недостаточно равномерного распределения смеси по цилиндрам (неодинаковая длина впускных патрубков каждого цилиндра, разная шероховатость внутренних поверхностей их и т.д.).

Наилучшая равномерность распределения смеси по цилиндрам достигается при замене карбюратора системой впрыска бензина в область перед впускным клапаном с помощью насоса с электронным управлением. Однако карбюратор дешевле и проще существующих впрыскивающих устройств, поэтому продолжаются работы по его совершенствованию. Весьма перспективно оборудование  карбюраторов  электронными  системами  управления.

Токсичные продукты неполного сгорания топлива можно нейтрализовать в выпускном трубопроводе двигателя путем дожигания продуктов сгорания или с помощью окислительных катализаторов. Простейшим способом дожигания является подача дополнительного воздуха в выпускную трубу в область выпускного клапана, где температура газов очень высока. При смешивании отработавших газов с этим воздухом несгоревшие углеводороды взаимодействуют с кислородом, происходит их окисление, образуются безвредные углекислый газ и пары воды.

Окисление  несгоревших   компонентов отработавших  газов  происходит более полно в присутствии соответствующего катализатора, помещенного в выпускной трубопровод, или в специальных реакторах для безкаталитического дожигания, представляющих собой хорошо изолированную камеру достаточного объема для задержки в ней на некоторое время отработавших газов, в которую подается насосом свежий воздух.

В более совершенных каталитических дожигателях отработавшие газы сначала (первая камера) обрабатываются катализатором, восстанавливающим окислы азота, затем (вторая камера) они смешиваются с чистым воздухом, подаваемым насосом, и обрабатываются окислительным катализатором для дожигания СО и С(!Нт (третья камера).

Лучшими катализаторами являются благородные металлы — платина, палладий и др., хорошо себя зарекомендовали также окислы меди, сплавы никеля и др. Они тонким слоем наносятся на поверхность керамических гранул, которыми заполняются камеры дожигателей.