5. Легковий автомобіль і охорона навколишнього середовища

Джерелом викидання шкідливих речовин є відпрацьовані гази автомобільних двигунів, випаровування із системи живлення, підтікання палива та масла в процесі роботи та обслуговування автомобілів, а також продукти зношення фрикційних накладок зчеплення, гальмівних колодок, шин. Шкідливі речовини, які потрапляють в атмосферу, водоймища, грунт, негативно впливають на біосферу нашої планети.

Найбільшу небезпеку являють собою відпрацьовані гази двигунів. Склад відпрацьованих газів і кількісний вміст у них деяких компонентів зумовлений складом палива та повітря, а також особливостями процесів окислення, які відбуваються в циліндрах двигуна. Пальне, яке використовують на автомобільному транспорті, являє собою вуглеводні з'єднання, які можуть бути описані формулою СнНм, де п та м - середній вміст атомів вуглецю та водню в молекулі палива. В природному газі п = 4, для бензину п = 5 - 12, для дизельного палива, яке має більш важкі фракції, п досягає ЗО. Найбільш перспективне пальне - спирти (метанол, етанол) мають у молекулах, поряд з вуглецем та воднем, атоми кисню.

Крім основних компонентів, у складі палива наявні різні домішки. Для палива нафтового походження, наприклад, дизельного, найбільш характерними домішками е сполуки сірки, вміст яких може сягати до 0,5 % від маси палива. В бензин, з метою підвищення октанового числа, додають до 0,82 г/кг тетраетилсвинцю.

Атмосферне повітря, яке використовується для окислення палива, складається, в основному, з азоту (78,1 %) та кисню (21,8 %).

Відпрацьовані гази двигунів внутрішнього згорання мають в своєму складі більше 200 різних елементів та сполук. Найбільш шкідливими з них, тобто токсичними, є: оксид вуглецю (СО) або чадний газ, вуглеводні сполуки (СН), альдегіди, оксиди азоту, сажа, бензопірен, оксиди сірки, сполуки свинцю.

25

Найбільша кількість оксиду вуглецю (СО) утворюється в бензинових двигунах при роботі на багатих сумішах. Невелика кількість оксиду вуглецю (0,2-0,3%) утворюється при роботі на бідних сумішах, а також в дизельних двигунах.

Оксид вуглецю є високотоксичною споолукою. При вдиханні його в легені людини в крові утворюється карбоксигемоглобїн, який порушує насичення киснем м'яких тканин організму. Отруєння оксидом вуглецю супроводжується головним болем, зниженням працездатності, нудотою, непритомністю, а в тяжких випадках коматозним станом і смертю. Тяжкість отруєння залежить від кількості оксиду вуглецю в складі повітря. Систематичне вдихання навіть невеликої кількості СО призводить до серцево-судинних захворювань.

Вуглеводні сполуки (СН) утворюються в результаті неповного окислення, часткового розпаду, а в деяких випадках і синтезу початкових вуглеводних молекул палива. Концентрацію СН у відпрацьованих газах вимірюють у процентах або в частинах на моль (ч.н.м.).

Вуглеводні сполуки, які попадають в атмосферу, стають однією з причин утворення смогів у великих містах. В результаті фотохімічних реакцій із них утворюються високотоксичні з' єднання оксиданти, крім того бензопірен, який входить до складу вуглеводів, викликає ракові захворювання, тобто є канцерогенною речовиною.

Крім того, у відпрацьованих газах двигунів внутрішнього згорання знаходиться акролеїн, формальдегід та ацет альдегід.

Альдегіди є різновидністю вуглеводних сполук і мають характерний неприємний запах з подразнюючою дією на слизові тканини людини, внаслідок чого може виникнути таке захворювання, як астма.

В камерах згорання двигунів, внаслідок гідролізу палива при високій температурі та тиску в середовищі з недостатньою кількістю кисню, утворюється сажа. Особливо багато сажі утворюється в дизельних двигунах внаслідок малого часу, який відводиться на сумішоутворення.

Небезпечність сажі, в першу чергу, зумовлена тим, що її частинки адсорбують шкідливі речовини, які містяться у відпрацьованих газах. При вдиханні повітря сажа глибоко проникає в дихальні шляхи та надовго фіксує там шкідливі речовини, що посилює їх дію на людину.

В циліндрах двигуна в результаті хімічної взаємодії азоту та кисню в умовах високої температури утворюється оксид азоту (N0) та діоксид азоту (N0^).

Оксиди азоту дуже токсичні, тому що взаємодія їх з водою призводить до утворення азотної кислоти, яка подразнює слизові оболонки легенів та серцево-судинну систему.

Таким же чином із домішок сірки утворюється сірчана кислота, яка негативно впливає на процес кровотворення людини.

Наявність тетраетилсвинцю в бензині призводить до утворення сполук свинцю, які, накопичуючись в організмі людини, викликають захворювання кровотворних органів та органів, що беруть участь в обміні речовин. Свинець відноситься до важких металів, оскільки, накопичуючись в організмі людини, практично не виводиться з нього, навіть при вживанні спеціальних медикаментозних засобів - адсорбентів.

Відомо, що основними токсичними речовинами у відпрацьованих газах карбюраторних двигунів є: оксид вуглецю, оксид азоту, вуглеводень, сполуки свинцю та інші.

Токсичні речовини у відпрацьованих газах дизельних двигунів - це оксид вуглецю, оксид азоту, вуглеводень, сажа, бензопірен та інші. Під час роботи дизельного двигуна в атмосферу викидається в середньому 17 кг сажі на одну тонну дизельного палива.

Найбільш токсичним режимом роботи дизельного двигуна є холостий хід, який широко використо­вується під час експлуатації при прогріві двигуна, зупинках і стоянках. На холостий хід приходиться до 30% всього терміну експлуатації двигуна. Тому для зменшення концентрації сажі у відпрацьованих газах дизельних двигунів, необхідно ретельно відрегулювати режим холостого ходу.

Концентрація СО для бензинових двигунів встановлюється державним стандартом і не повинна перевищувати на мінімальних обертах 1,5% , а на підвищених 2,0%. При контрольних перевірках під час експлуатації автомобілів службами ДАІМВС допускається вміст СО на мінімальних обертах двигуна 3 % .

Зменшення концентрації СО та дотримання його в допустимих межах здійснюється ретельним регулюванням паливної апаратури та системи запалювання. Подальше зниження рівня СО можливе лише застосуванням хімічних каталізаторів (наприклад, платиноіридієвих сплавів), які нейтралізують оксид вуглецю.

Вимірювання концентрації СО бензинових двигунів проводиться спеціальними приладами, які працюють на принципі поглинання різними газовими компонентами інфрачервоного випромінювання з певною довжиною хвилі.

Аналіз відпрацьованих газів дизельних двигунів спрощується тим, що кількість шкідливих компонентів та сажі (димність), які знаходяться у відпрацьованих газах, майже пропорційна коефіцієнту надмірності повітря. Тому на практиці достатньо визначити ступінь димності у відпрацьованих газах або вміст сажі.