Отработавшие газы и их компоненты, загрязняющие окружающую среду

При горении топлива в ДВС образуются вредные вещества, которые выбрасываются в окружающую среду и оказывают вредное действие на атмосферу, почву, воду, растения, животных и людей.

При полном сгорании углеводородного топлива должны были бы образовываться только продукты полного сгорания топлива: диоксид углерода (СО₂) и вода (Н₂О). Практически же состав ОГ очень сложный и включает более 1000 токсичных соединений, большая часть из них - углеводороды.

Сущность явления токсичности определяется количественной характеристикой взаимоотношений между химическими ком­понентами внешней среды и организмом человека. Токсичность веществ — это мера несовместимости веществ с жизнью орга­низма. Опасность вещества — это вероятность возникновения и развития отравления в реальных условиях.

Ввиду многообразия и сложности идентификации отдельных соединений обычно рассматривают компоненты или их группы, составляющие основную часть ОГ (таблица 2). В состав ОГ входят вещества, образующиеся в результате термического синтеза из воздуха и жидкого топлива при высоких температурах. Это оксиды азота, продукты неполного сгорания топлива (несгоревшие углеводороды, окись углерода, спирты, кетоны, кислоты, перекиси, сернистый ангидрид, частицы сажи, продукты конденсации и полимеризации), продукты сгорания смазочного масла, вещества, образующиеся из присадок к топливу и маслу, твердые частицы износа двигателя (Fe, Ni, Cu, Cn, Сг).

Таблица 2 Состав отработавших газов карбюраторных и дизельных двигателей

У бензиновых ДВС вредных выбросов в расчете на единицу полезной работы больше, чем у дизелей, в 2...4 раза по массе и 1,5...2 раза по эквивалентной токсичности. Как видно из табл. 2, состав ОГ рассматриваемых типов ДВС существенно различается, прежде всего, по концентрации продуктов неполного сгорания — оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и сажи. Различие в составе ОГ бензиновых и дизельных ДВС объясняется большим коэффициентом избытка воздуха и лучшим распылением топлива в дизелях.

Однако дизели характеризуются высокой дымностью ОГ. Значение дымности ОГ зависит от содержания в них различных веществ: паров воды, несгоревших частиц масла и топлива, твердых частиц. Белый дым соответствует холодно­му пуску и малым нагрузкам двигателя и содержит углеводороды и водяные пары. Черный дым наблюдается при больших нагрузках двигателя и содержит твердые частицы - сажу. Наличие сажи обусловлено местным переобогащением смеси в различных зонах камеры. Это способствует образованию частиц сажи, которые в основном сгорают в цилиндре дизеля, однако около 1 % этих частиц выбрасывается в атмосферу.

Стандарты и правила устанав­ливают предельно допустимые нормы выброса СО, СН и NO_X. Для дизелей установлены нормы на допустимую дымность ОГ. Сейчас от нормирования дымности ОГ мно­гие страны перешли к нормированию содержания в них частиц.

Нормы на предельные допустимые концентрации токсичных выбросов ОГ устанавлива­ются исходя из условий обеспечения санитарных норм на ПДК токсичных веществ. Нормирование токсичности ОГ- главный стимул к созданию силовых установок с требуемыми экологиче­скими показателями.

Сформировалась тенденция приближе­ния европейских стандартов к стандартам США, российские стан­дарты во многом идентичны Правилам № 83.03 ЕЭК ООН.

В таблице 3 приведены европейские нормы на выбросы ток­сичных веществ и дымности ОГ по Правилам ЕЭК ООН № 49 и ESC/ELR и требования ОСТ 37.001.234-81для дизелей, в таблице 4 - требования ГОСТ Р 52033—2003.

Таблица 3. Нормативы выбросов загрязняющих веществ дизельными двигателями

Таблица 4. Нормативные значения токсичности отработавших газов бензиновых и газовых двигателей по ГОСТ Р 52033—2003