Борьба с токсичностью отработавших газов автомобильного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет

имени М.Т. Калашникова»

Институт «Современные технологии машиностроения, автомобилестроения и металлургии»

Кафедра «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование»

 

 

 

 

Реферат

Дисциплина: «Введение в специальность»

Тема: «Борьба с токсичностью отработавших газов

автомобильного транспорта»

 

 

 

 

 

 

Выполнил 

студент группы С01-381-1                                                          

Кулемин Е.А.

 

 

Проверил                                                                                              к.т.н. доцент

Музафаров Р.С.

 

 

 

 

 

 

 

Ижевск 2013г.

Содержание

1. Введение…………………………………………………….………….3
2. Методы снижения токсичности выбросов……………………….…..4
3. Каталитический нейтрализатор………………………………….……7
4. Заключение………………………………………………………….….8
5. Литература………………………………………………………….…..9
6. Приложение……………………………………………………….…..10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Принцип работы автомобильных двигателей основан на превращении химической энергии жидких и газообразных топлив нефтяного происхождения в тепловую, после чего в механическую энергию. Жидкие топлива в основном состоят из углеводородов, газообразные, наряду с углеводородами, содержат негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. [5]

При сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные, такие как водяной пар и углекислый газ, и токсичные вещества, являющиеся продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся оксид углерода (угарный газ), углеводороды, оксиды азота, оксиды серы, альдегиды, сажа, бенз(а)пирен, соединения свинца. [3, 48с.]

(См. Приложение, Рис. 1)

Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма.  Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. [1, 19с.]

Евросоюзом, начиная с 1988 г. приняты нормы токсичности отработавших газов, которые с течением времени и развитием технологий ужесточались из-за ухудшающегося экологического состояния планеты. [2, 134с.]

(См. Приложение, Рис. 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

Методы снижения токсичности выбросов

Методы, применяемые для снижения токсичности, можно разделить на четыре основные группы:

• изменение конструкции, рабочего процесса, технологии производства и специального регулирования двигателей внутреннего сгорания и их систем;
• применение другого вида топлива или изменение физико-химических свойств топлива;
• очистка выбросов от токсичных компонентов с помощью дополнительных устройств;
• замена традиционных двигателей новыми малотоксичными силовыми установками. [4, 64с.]

Методы первой группы включают многочисленные мероприятия по улучшению смесеобразования и обеднения смеси, дозирования и распределения ее по цилиндрам (электронные и электромеханические системы впрыска топлива, модифицированные быстропрогреваемые впускные клапаны, термостатирование воздуха, гомогенизация смеси). 
Токсичность отработавших газов значительно уменьшается при применении бесконтактных транзисторных систем зажигания; карбюраторов с быстродействующими заслонками, пневматическим впрыском и электронным управлением; использовании форкамерно-факельных, процессов и послойного смесеобразования; установке устройств для рециркуляции отработавших газов, изменении формы камеры сгорания и впрыске в нее воды. [4, 64с.]

 

С помощью специальных регулировок (состава смеси, частоты вращения холостого хода, угла опережения зажигания и опережения впрыска топлива, времени перекрытия клапанов) можно уменьшить содержание токсичных компонентов в отработавших газах. [4, 64с.]

Снижение выброса вредных компонентов можно достичь путем поддержания двигателя в чистоте и снижения загрязнения системы питания, отложений в газораспределительном механизме, всасывающей трубе. [4, 65с.]

Вторая группа методов имеет два основных направления: применение присадок к топливам, снижающих выброс свинца, серы, канцерогенных веществ, сажи и твердых частиц; перевод двигателей на другие виды топлива (пропан-бутан, природный газ, водород, воздух). [4, 65с.]

Третья группа методов – очистка выбросов от токсичных компонентов, производимая с помощью нейтрализаторов различных типов и очистителей, устанавливаемых на автомобили. Эти методы получили широкое распространение в ряде стран. Нейтрализаторы производят физико-химическую очистку выбросов (термические, каталитические, жидкостные, механические, улавливающие испарения топлива и картерных газов, комбинированные), а очистители осуществляют очистку воздуха на входе в двигатель и отработавших газов при выходе их из двигателя. [4, 66с.]

Распространенные в настоящее время бензиновые карбюраторные двигатели могут быть заменены двигателями других типов, отработавшие газы которых содержат меньше токсичных веществ: дизелями и особенно их малотоксичными модификациями; двигателями, работающими на газовом топливе; гибридной силовой установкой, в которой объединены двигатель внутреннего сгорания, генератор переменного тока, тяговый электромотор и аккумулятор (Toyota Prius); ротопоршневыми; газотурбинными. Могут применяться двигатели, которые вообще не дают вредных выхлопов: электрические; двигатели, работающие на водородном топливе или на сжатом воздухе (двигатель французского изобретателя Ги Негра). Теоретически могут быть применены комбинации ДВС с емкостным накопителем энергии на базе конденсаторов, а также паровые двигатели. Необходимо учитывать, что применение комплекса устройств, снижающих токсичность, в большинстве случаев значительно удорожает автомобиль (до 25%). [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Каталитический нейтрализатор отработавших газов

Выхлопная система современного автотранспорта включает в себя каталитический нейтрализатор (в народе – катализатор). Он предназначен для снижения выброса вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами.  [7]

Основным элементом каталитического нейтрализатора является блок-носитель, который служит основанием для катализаторов. Блок-носитель изготавливается из специальной огнеупорной керамики. Конструктивно блок-носитель состоит из множества продольных сот-ячеек, которые значительно увеличивают площадь соприкосновения с отработавшими газами. На поверхность сот-ячеек тонким слоем наносятся вещества-катализаторы. В качестве таких веществ используются платина, палладий и родий. Катализаторы ускоряют протекание химических реакций в нейтрализаторе. [7]

(См. Приложение, Рис. 3)

Платина и палладий относятся к окислительным катализаторам. Они способствуют окислению несгоревших углеводородов (СН) в водяной пар, угарного газа в углекислый газ. Родий является восстановительным катализатором. Он восстанавливает оксиды азота (NOx) в безвредный азот. [7]

Таким образом, три катализатора снижают содержание в отработавших газах трех вредных веществ. Блок-носитель помещается в металлический корпус. Между ними обычно располагается слой теплоизоляции. В корпусе нейтрализатора устанавливается кислородный датчик. [7]

(См. Приложение, Рис. 4)

Условием эффективной работы каталитического нейтрализатора является температура 300°С. При такой температуре задерживается порядка 90% вредных веществ. Поэтому, нейтрализатор устанавливается как можно ближе к выпускному коллектору. [7]

 

 

 

 

 

 

Заключение

Мы должны разрабатывать и усовершенствовать методы борьбы с токсичностью отработавших газов. Если этого не делать, в скором времени наша атмосфера будет очень загрязнена отравляющими веществами, наступит глобальное потепление.

Мы должны разрабатывать альтернативные топлива и двигатели, более экономичные и экологичные.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Современная экологическая ситуация в России: Казанцева Л.К., Тагаева Т.О. – 2005.
2. Экология: Коробкин В.И. – М., 2006. – 465с.
3. Плата за негативное воздействие на окружающую среду: Петрунин В.В. – 2006.
4. Экологическая безопасность при эксплуатации и ремонте автомобилей: В.В.Беднарский – М. – Феникс, – 2003.
5. «Википедия» http://ru.wikipedia.org (Статья: «Выхлопные газы») [Время посещения: 01.12.13]
6. «Сохранение жизни» http://livesave.narod.ru (Статья: «Экологическая безопасность автомобиля») [Время посещения: 01.12.13]
7. «Автосистемы» http://systemsauto.ru (Статья: «Каталитический нейтрализатор») [Время посещения: 01.12.13]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

Рис. 1 Сравнение экологичности дизельных и бензиновых двигателей

 

Рис. 2 Нормы экологичности «Евро»

Рис. 3 Принцип действия каталитического нейтрализатора

Рис. 4 Устройство каталитического нейтрализатора