Какие компоненты входят в состав твердых частиц в отработанных газов ог дизелей

Обновлено: 15.07.2024

Ремонт и техническое обслуживание автомобилей

Отработанные газы, выводимые из цилиндров двигателей внутреннего сгорания через такт выпуска в атмосферу, имеют в своём составе многочисленные газообразные, жидкие и твердые компоненты (всего - около 200 химических элементов и их соединений). Эти вещества можно объединить в несколько групп в зависимости от химического состава, свойств и характера воздействия на окружающую среду и организм человека.
В первую очередь такие вещества следует разделить на две основные группы - токсичные (вредные для живой природы и человека) и нетоксичные (относительно безвредные).
Концентрация вредных веществ в общем объеме газов, выбрасываемых двигателем в атмосферный воздух, измеряется в процентах к общему объему или в миллионных долях этого объема.

Единицы измерения концентрации газов

Чтобы в дальнейшем понимать, какими единицами измерения оперируют специалисты при анализе количественного содержания тех или иных компонентов в отработавших газах, необходимы следующие пояснения.
Содержание измеряемых компонентов выхлопных газов оценивается в следующих единицах измерения:

  • для СО, СО2 и О2 - в процентах;
  • для углеводородов СnНm и окислов азота x - в ppm.

Аббревиатура ppm (читается «пи-пи-эм») является сокращением английского выражения «parts per million» - «частей на миллион», т. е. миллионная доля (1/1000000 = 10 -6 ).
Применение единицы измерения ppm для оценивания количества углеводородов и окислов азота обусловлено с тем, что концентрация этих газов в общем объеме отработавших газов ничтожно мала, поэтому неудобно указывать их количество в процентах, т. е. в сотых долях. Определение концентрации малого количества веществ в миллионных долях позволяет более точно оценить отклонение от нормативных значений, что и предопределило массовое распространение ppm в качестве единицы обозначения концентрации.
Соотношение между процентами и ppm можно описать следующим равенством: 1% = 10 000 ppm.

Так, например, концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере Земли составляет около 380 ppm, и это означает, что в каждом кубометре воздуха 0,380 мл (почти 2 стакана) углекислого газа. В процентах это выражение будет записано, как 0,038 %.
Исправный автомобиль под нагрузкой должен иметь содержание x, в выхлопных газах менее 1000 ppm. Если указать эти значения в процентах, то запись будет выглядеть следующим образом: содержание x в выхлопных газах не должно превышать 0,1%.
Очевидно, что отклонение значения, например, на 50 миллионных долей при записи в процентах (0,005%) интуитивно не воспринимается, как существенное изменение, а при записи в ppm (50 ppm) заставляет обратить внимание.

Нетоксичные компоненты отработавших газов

К нетоксичным (безвредным) компонентам выхлопных газов относятся естественные составляющие атмосферного воздуха (например, водяной пар, свободный азот, кислород). Эти вещества не вызывают существенных патологий в организме живых существ (в т. ч. человека) даже при относительно высокой концентрации. Пар является газообразной фазой воды, кислород и свободный азот являются основными компонентами атмосферного воздуха, поэтому эти вещества не наносят ощутимого вреда живой природе, даже если их содержание в выхлопных газах будет значительным.

Тем не менее, по количественному содержанию этих веществ в отработавших газах можно сделать определенные выводы о техническом состоянии работающего теплового двигателя и его систем.
Так, например, чрезмерное содержание водяного пара в выхлопных газах может свидетельствовать о неисправности прокладки головки блока цилиндров, трещинах в цилиндре или головке блока, из-за чего охлаждающая жидкость попадает в цилиндры двигателя.

Кислород (О2) в цилиндрах двигателя вступает в реакцию с топливом, вызывая процесс горения. Уровень кислорода в выхлопных газах должен быть низким, не более 0,5%. Более высокие значения, особенно при работе двигателя на холостом ходу, могут быть вызваны плохой герметичностью впускного тракта, сопровождающейся работой двигателя на чрезмерно бедной топливовоздушной смеси. Такие отклонения позволяют диагностировать определенные неполадки в системе питания двигателя.

Газообразный азот (N) достаточно инертен, поэтому сам по себе не является опасным для живой природы веществом и не представляет ценности с точки зрения термодинамики теплового двигателя, поскольку не является ни топливом (как например углерод или водород), ни окислителем (как кислород). Тем не менее, его доля в атмосферном воздухе составляет почти 78 %, поэтому в любом случае после сжигания автомобильного топлива образуются те или иные азотосодержащие соединения. Многие из этих соединений являются очень токсичными веществами.

Относительно безопасным компонентом выхлопных газов двигателя считается двуокись углерода (СО2, угольный ангидрид, углекислота или углекислый газ) - газообразное химическое соединение, не обладающее цветом и запахом. Этот газ примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха, а его концентрация в атмосфере Земли составляет примерно 0,04 %. В течение суток организм человека поглощает и использует в процессах обмена веществ почти 1 кг двуокиси углерода, которая затем покидает организм при выдохе.
Тем не менее, дышать при избыточной конценрации углекислого газа в воздухе для здоровья вредно, поскольку он относится к удушающим газам. Незначительная концентрация (до 2-4%) в непроветриваемом помещении приводит к появлению сонливости и слабости, при концентрации выше 7-10% развивается удушье, проявляющее себя в головной боли, головокружении, расстройстве слуха и даже в потере сознания. К счастью отравление этим газом не приводит к необратимым последствиям, и после вдыхания свежего воздуха организм вскоре восстанавливается.
Допустимое содержание СО2 в отработавших газах - 12…15%, при этом высокие значения свидетельствуют о хорошей работе двигателя, поскольку углерод топлива полностью сгорает.

Токсичные компоненты отработавших газов

Угарный газ (оксид углерода СО)

Оксид углерода - ядовитый газ без цвета, вкуса и запаха. Вступая в легких в реакцию с кислородом воздуха, лишает мозг кислорода. Выделяется при неполном сгорании топлива, имеет ярко выраженное отравляющее воздействие. Степень отравления зависит от его концентрации и продолжительности воздействия на человека. При дозах свыше 1 % возможна потеря сознания и смерть.

Окись углерода (СО) - неустойчивое химическое соединение, легко вступающее в реакцию с кислородом, в результате которой образуется относительно безопасное соединение - двуокись углерода СО2 (допустимая концентрация в выхлопных газах – 12…15%). Высокое содержание СО2 в выхлопе свидетельствует о хорошей работе двигателя, рационально сжигающего топливо.
Уровень СО в выхлопных газах для современных автомобилей с впрыском топлива не должен превышать 0,5%.
Возможные причины повышения содержания СО следующие:

  • неисправность систем вентиляции картера;
  • засорение воздушного фильтра;
  • неправильная регулировка работы двигателя на холостом ходу;
  • повышенное давление топлива в рампе;
  • любые другие неисправности, приводящие к работе двигателя на чрезмерно богатых для данного режима топливовоздушных смесях (ТВС).
Оксиды азота NO и диоксиды азота NO2

Оксид азота - бесцветный газ без вкуса и запаха.
Двуокись азота 2 - рыжеватый газ с кислым едким запахом.
Из этих компонентов в камере сгорания двигателя образуется группа окислов азота, для краткости обозначаемых, как x (например, NO3, NO4 и пр.).

Окислы азота считаются более опасными, чем угарный газ, при этом наиболее негативное воздействие на человеческий организм оказывает диоксид азота - NO2.
При окислении оксида азота кислородом воздуха образуется диоксид азота - газ тяжелее воздуха, который скапливается в нишах и углублениях, и весьма опасен при техобслуживании автомобилей. Негативно влияет на органы дыхания, слизистую оболочку и на ткани лёгких, при длительном воздействии возможно заболевание бронхитом и нарушение деятельности сердечнососудистой системы.
При соединении окислов азота с углеводородными компонентами СnНm (остатки несгоревшего топлива) в атмосфере под воздействием солнечных лучей образуется фотохимический компонент, чрезвычайно вредный для органов дыхания человека.

Окислы азота x, формируются в камере сгорания двигателя при температуре выше 1370 °С или при большом давлении, что характерно для режимов работы двигателя под высокой нагрузкой.
Повышенное содержание x, в выхлопных газах обычно имеет место, когда:

  • двигатель перегрет;
  • топливная смесь бедная.

Эффективной мерой борьбы против образования x является применение системы рециркуляции выхлопных газов.

Ароматические углеводороды (соединения вида СnНm)

Углеводороды nНm) – это компоненты несгоревшего топлива, их содержание измеряется в частях на миллион по объему (ppm или млн -1 ). Нормально работающий двигатель сжигает в цилиндрах практически все топливо, допустимое содержание СnНm должно быть менее 50 ppm.
Если топливо сгорает не полностью, в атмосферу выбрасывается бензин, который является канцерогеном. Причиной повышенного содержания углеводородов в выхлопных газах может являться, например, чрезмерное попадание масла в цилиндры двигателя через неисправные поршневые кольца.

Чаще всего увеличенное содержание вызывается неполадками в системе зажигания. Неправильная регулировка двигателя, позднее зажигание и пониженная температура в камере сгорания приводит к появлению дыма.
Углеводородные соединения токсичны, влияют на сердечнососудистую систему и являются сильными канцерогенами.

Остальные компоненты автомобильных выхлопов (альдегиды, сернистые соединения, свинец) не менее вредны для организма человека, но их процентное содержание в отработавших газах незначительно по сравнению с перечисленными выше компонентами.

Своевременная и квалифицированная регулировка работы двигателей внутреннего сгорания с помощью автомобильных газоанализаторов позволяет значительно уменьшить содержание вышеперечисленных вредных веществ в отработанных газах автомобилей.

Пути снижения вредных автомобильных выбросов

В общем случае сокращения объёма вредных выбросов в выхлопных газах автомобилей можно достичь:

  • применением альтернативных видов топлива;
  • установкой каталитических нейтрализаторов в системы выпуска автомобилей;
  • поддержанием на допустимом уровне содержания токсичных веществ в отработавших газах двигателей за счет оптимизации контроля и настроек систем, влияющих на количественную и качественную составляющую вредных выбросов;
  • применением гибридных конструкций автомобилей;
  • правильной организацией дорожного движения.

В большой степени на содержание токсичных примесей в выхлопных газах влияет техническое состояние и регулировка систем питания и зажигания двигателей внутреннего сгорания. При неправильной регулировке вредные выбросы бензиновых двигателей могут увеличиться в 2, а дизельных - в 20 раз.

К вопросу о составе отработавших газов дизелей



XVII век явился переломным пунктом развития промышленности. Наряду с металлообрабатывающей и горнодобывающей промышленностью в 1765 году Н. Н. Ползуновым создан первый тепловой двигатель, а уже в 1860 году Ленуар создал промышленный двухтактный двигатель внутреннего сгорания. В 1827 году Отто построил четырехтактный газовый двигатель с расходом топлива вдвое меньше, чем в двигателе Ленуара. Началось промышленное производство двигателей. В 1898 году завод Нобеля в Петербурге купил патент у Дизеля и создал совершенно новый тип двигателя с воспламенением от сжатия.

Дальнейшее совершенствование двигателя, за сравнительно короткий промежуток времени, позволило создать их большое разнообразие. Созданы двигатели, работающие на различном топливе, с разными способами смесеобразования и многообразием конструктивных исполнений как цилиндро-поршневой группы, так и всего двигателя. В настоящее время миллионы двигателей внутреннего сгорания работают на передвижных машинах и стационарных установках.

Однако человечество, получив столь мощный и универсальный преобразователь энергии, получило и источник загрязнения среды своего обитания. При сгорании в двигателе одной тонны дизельного топлива в атмосферу выбрасываются с отработавшими газами (ОГ) 60кг NOx, 8кг CO, 3кг CxHy, 2–6кг SO2 и другие токсичные компоненты. Суммарный выброс токсичных веществ транспортными средствами настолько велик, что он представляет собой угрозу для окружающей среды и здоровья человечества. Здоровье человека находится в прямой зависимости от состояния окружающей среды, поэтому мировое сообщество вынуждено было принять законодательные меры, ограничивающие выброс в атмосферу токсичных компонентов с ОГ двигателей.

Первые юридические документы, ограничивающие содержание вредных компонентов в ОГ, выбрасываемых в атмосферу двигателями, были разработаны в 1959 году в США [1, с. 32]. Такие документы с 1969 года начал принимать и ряд развитых европейских государств, а в настоящее время практически все государства имеют законодательную базу по ограничению токсичности ОГ. Принятые меры позволили значительно снизить выброс двигателями токсичных компонентов в атмосферу. Однако проблема до конца не решена, и двигатели внутреннего сгорания продолжают засорять атмосферу ОГ, которые содержат токсичные компоненты в количестве, во много раз превышающем санитарные нормы.

Проблема загрязнения атмосферного воздуха ОГ особо остра при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в местах с ограниченным воздухообменом: шахтах, тоннелях, пакгаузах, цехах и т. д.

Стремление преодолеть трудности, связанные с загрязнением рудничной атмосферы токсичными компонентами, привело к проведению широких исследований по изысканию способов обезвреживания ОГ двигателей внутреннего сгорания. Многочисленными научно-исследовательскими организациями, производственными предприятиями и санитарно-гигиеническими учреждениями проведены и проводятся целые комплексы исследований в этой области.

ОГ являются неотъемлемой частью процесса превращения химической энергии топлива в механическую работу двигателя внутреннего сгорания. Воздух из атмосферы в такте всасывания поступает в цилиндры двигателя, а в такте выпуска — выбрасывается из него в виде ОГ. При этом в состав ОГ входят не только токсичные продукты неполного сгорания топлива, но и токсичные компоненты, образовавшиеся в результате рабочего цикла двигателя.

Концентрация токсичных компонентов в ОГ в значительной степени зависит от конструктивных особенностей дизеля, его регулировок и технического состояния, а также условий эксплуатации. Меньшее количество токсичных компонентов в ОГ содержится у четырехтактных дизелей с разделенной и полураздельной камерами сгорания. Среднее содержание основных токсичных компонентов в ОГ дизелей и их допустимые концентрации в рабочей атмосфере приведены в таблице 1.

Основной состав отработавших газов дизелей и допустимые нормы содержания их в атмосфере

Наименование компонента и химическая формула

Молекулярная масса, г

Содержание в ОГ дизелей, % об.

ПДК по ГОСТ 12.1.005–76, мг/м 3

Коэффициент пересчета в % об., 0,00243:М

Оксид углерода, СО

Оксиды азота в пересчете на NO2

Наименование компонента и химическая формула

Молекулярная масса, г

Содержание в ОГ дизелей, % об.

ПДК по ГОСТ 12.1.005–76, мг/м 3

Коэффициент пересчета в % об., 0,00243:М

Сернистый ангидрид, SO2

Всего в составе дизельных твердых частиц идентифицировано около 1000 соединений [7, с. 95], многие из которых являются агрессивными или токсичными веществами, что в сочетании с высокой дисперсностью частиц и значительными их выбросами делает эмиссии твердых частиц чрезвычайно опасными для здоровья человека и животных, состояния растений, почвы, атмосферы и различных сооружений.

Наибольшее внимание в настоящее время приковано к органической фракции дизельных твердых частиц, так как в ней содержатся вещества, оказывающие наиболее глубокое воздействие на живые организмы, что выражается в возникновении мутаций и канцерогенезе. К таким веществам относятся полициклические ароматические углеводороды, их окси- и нитропроизводные, а также гетероциклические соединения., содержание которых в ОГ и твердых частицах может достигать значительных величин. Так, например, выбросы бенз(а)пирена могут составлять 0,05–6,2мг/кг сжигаемого топлива или 5,4–8,6мг/м 3 ОГ [8, с. 54].

Адсорбированные на поверхности твердых частиц продукты неполного окисления топлива являются оксидантами. Их длительное воздействие на животных и человека также приводит к очень тяжелым последствиям, в частности, к нарушениям деятельности кровеносной, нервной, дыхательной и иммунной систем.

Неорганические соединения, входящие в состав дизельных твердых частиц, являются, в основном, токсичными веществами. Сульфаты, например, гидролизуясь, образуют серную кислоту, даже микроколичества которой способны вызвать патологические изменения в органах и тканях, такие как, например, раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей [9, с. 115].

Общее воздействие дизельных твердых частиц на человека и животных выражается в ухудшении состояния организма, снижении его резистентности, возникновении различных патологий, особенно органов, непосредственно соприкасающихся с материалом твердых частиц, таких как органы дыхания, кожа, зрительный анализатор.

Многообразное неблагоприятное воздействие оказывают твердые частицы дизельных ог и на флору планеты. Именно ей за последние 100 лет нанесен наибольший экономический ущерб в связи с загрязнением окружающей среды [10, с. 41]. Твердые частицы нарушают протекание многих жизненноважных процессов в растениях, что приводит, в конечном итоге, к снижению их биомассы, уменьшению выделения кислорода, а также накоплению токсичных веществ в различных органах растительных механизмов.

Последствия воздействия мутагенных веществ и, в частности, ряда соединений, обнаруживаемых в твердых частицах, на микроорганизмы трудно прогнозировать, хотя несомненно, что они могут представлять серьезную опасность для существования многих биологических видов.

Твердые частицы наносят вред множеству абиогенных объектов. Например, отложения сажи на поверхности архитектурных сооружений, памятников и т. д. ухудшают внешний вид городов, способствуют разрушению строительных материалов, вызывают коррозию металлических конструкций. Снижение выбросов твердых частиц всего лишь на 1мкг/м 3 дает экономический эффект за счет уменьшения ущерба от загрязнений строительных конструкций в размере от 37 до 102 млн.дол., а за счет уменьшения расходов, связанных с коррозией и разрушением различных материалов, — 102 млн.дол. [11, с. 64].

Высокое содержание сажевых частиц в атмосфере снижает прозрачность воздуха непосредственно на транспортных магистралях, влияет на состояние нервной системы и зрительного анализатора водителя, что в совокупности с высокой насыщенностью движения является фактором повышения риска возникновения аварийных ситуаций на дорогах.

ОГ от двигателя, попадая в атмосферу, быстро перемешивается с воздухом и за короткое время достигает зоны дыхания человека. Основная часть ОГ (98–99,5 %) безвредна и состоит из азота, кислорода, водяных паров и т. д. Остальная, казалось бы, незначительная часть (2–0,5 %) содержит ряд химических соединений (табл.1), которые и оказывают столь пагубное действие на окружающую среду и здоровье человека. Например, содержание оксида углерода в ОГ дизелей составляет 0,01–0,9 %, а содержание данного компонента в зоне дыхания человека по санитарным нормам не должно превышать 0,0017 % объема. Если же в зоне дыхания человека содержится 0,01 % объема оксида углерода, то происходит хроническое отравление человека, а при содержании в воздухе 0,05 % объема слабое отравление наступает через один час.

Содержание в ОГ других токсичных компонентов также превышает санитарную норму в десятки и сотни раз. Поэтому при работающем дизеле всегда существует опасность загрязнения окружающей среды токсичными компонентами. Особенно это опасно при эксплуатации дизеля в местах с ограниченным воздухообменом.

Для разбавления ОГ до санитарных норм необходимо подавать свежий воздух. Потребное количество свежего воздуха, необходимое для разбавления отработавших газов до безопасных концентраций, можно определить по выражению:

где Kp — необходимая кратность разбавления;

CO, NO2, SO2. n — содержание данного компонента в ОГ, % об.;

[CO], [NO2], [SO2]. [n] — санитарные нормы этого же компонента для атмосферы, % об.

Физический смысл Kp означает, во сколько раз необходимо разбавить ОГ свежим воздухом, чтобы он стал безвредным. Например, если в отработавших газах объемная доля оксида углерода равна 0,01–0,9 %, то на каждый кубический метр выхлопа необходимо подать от 6 до 500м 3 свежего воздуха. Для оксидов азота кратность разбавления будет составлять до 2000 раз, т. к. санитарная норма их равна 0,00026 % об., а содержание их в ОГ до 0,5 % об.. Если учесть, что в ОГ дизелей содержатся несколько десятков токсичных компонентов, то суммарная кратность разбавления их свежим воздухом будет настолько велика, что осуществить ее по техническим и экономическим причинам в подземных условиях практически невозможно [12, c. 14], [13, c. 48]. Поэтому для уменьшения содержания токсичных компонентов в ОГ, после выброса их из двигателей, используется различная газоочистительная аппаратура [14, c. 77]. Разработаны каталитический, жидкостный, пламенный, термический и другие типы нейтрализаторов [15, c. 64], [16, c. 128], [17, c. 204]. Для очистки ОГ в некоторых случаях используют сорбенты, которые устанавливают на машинах в виде отдельных блоков. Наибольшее распространение в мировой практике получили каталитические и жидкостные нейтрализаторы различных модификаций. Нейтрализаторы выпускаются во многих странах мира для различных типов двигателей внутреннего сгорания.

1. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. — М.: Транспорт, 1979. — 198с.

2. Holtz Jahn C. «Safe use of Diesel Eguipmeht in Underground metal mines». Can.Min.Jorn.Vol.79, N9, September, 1958, p.p.107–110.

3. Joural of the African Institute of Mining and Metallurgy, 61, 152–182, 1960.

4. Crook A. E. «Safety of Undergraund transport Frans of the Inst of min.End.Vol 112. Part II 1953, August, p.p.865–885.

5. Huttion Ray.Part I. Pollition — Industry takes the NO. «Auto car», 1971, 135, N3947, 20–23.

6. Ананьин Г. П., Голутвин В. А., Завьялов Л. Н., Арсланов Н. К. Автомобильный транспорт при подземной разработке полезных ископаемых. — М.: Недра, 1973.

7. Жуков Г. И., Шевченко П. Л., Бондаренко В. Г., Смайлис В. И., Вышнин А. Сравнительная оценка токсичности отработавших газов дизелей типов ЯМЗ-236/238 и Deutz F8L714. // Автотракторные двигатели: Сб., N5, вып.52, Омск, 1974.

8. Смайлис В. И. Малотоксичные дизели. — Л.: Машиностроение, 1972. — 127с.

9. Звонов В. А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. — М.: Машиностроение, 1973. — 190с.

10. Доклады участников симпозиума «Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути ее снижения». Под ред. Варшавского И. Л. — М.: Наука, 1966.

11. Жуков Г. И., Шериев А. А., Иванов В. Н. Снижение загазованности рудничной атмосферы. // Безопасность труда в промышленности. — 1986. — N3.

12. Жуков Г. И., Теплых Б. А. Экономический эффект использования каталитических нейтрализаторов. // Безопасность труда в промышленности. — 1985. — N11.

13. Пред.патент Р. К. N2228. Устройство для предотвращения проникновения отработавших газов в салон транспортного средства / Жуков Г. И., Макашев Б. К., Жакенов Г. К. (РК). — N8206; Заявл. 31.05.94; Опубл. в Бюл. «Промышленная собственность», 1995, N3 (10).

14. Способы нейтрализации отработавших газов дизелей / Тез.докл. I-й научно-технической конференции по вопросам увеличения эксплуатационной работоспособности автомобилей. — Жезказган, 1976.

15. А.с. СССР N 273955. Нейтрализатор отработавших газов / Жуков Г. И., Башилов Ю. Б. (СССР). — N1240013; Заявл. 13.05.68; Опубл. в Б. И., 1970, N34.

16. А.с. СССР N 389276. Способ нейтрализации выхлопных газов / Жуков Г. И., Сагитов Ж. С., Башилов Ю. Б., Газизов Д. Х. (СССР). — N1619434; Заявл. 11.02.71; Опубл. в Б. И. 1973, N29.

17. Попова Н. М. Катализаторы очистки выхлопных газов автотранспорта. — Алма-Ата: Наука, 1987. — 224с.

Похожие статьи

Нейтрализация отработавших газов дизелей подземного.

внутреннее сгорание, компонент, свежий воздух, окружающая среда, частица, двигатель, атмосфера, зона дыхания человека, здоровье человека, содержание. Очистка атмосферного воздуха от диоксидов азота и серы на.

Преимущества и недостатки основных видов топлива автомобиля

внутреннее сгорание, компонент, свежий воздух, окружающая среда, частица, двигатель, атмосфера, зона дыхания. Особенности топливных систем двигателей, работающих на.

О влиянии выхлопных газов автомобилей на здоровье человека

При содержании 0,08 % во вдыхаемом воздухе человек чувствует головную боль и удушье. Алкогольные поражения нервной системы | Статья в журнале.

Вредное влияние автомобиля на окружающую среду. Угарный газ и окислы азота, столь интенсивно выделяемые на первый.

Влияние автотранспорта на окружающую среду

‒ влияние на человеческое здоровье. Во время эксплуатации автомобиля с двигателями внутреннего сгорания источниками выбросов вредных веществ

Эти загрязнители вредны для живых существ и вызывают множество заболеваний органов дыхания и рака легких у людей.

К вопросу токсичности двигателей внутреннего сгорания

внутреннее сгорание, компонент, свежий воздух, окружающая среда, частица, двигатель. Каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей.

Как загрязнение атмосферы влияет на природу

О влиянии шумового загрязнения окружающей среды на здоровье человека. Фильтр-насадка для уменьшения выбросов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в атмосферу. Переработка диоксида углерода с использованием.

Исследование влияния выхлопных газов двигателя внутреннего.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Влияние окружающей среды на жизнедеятельность городского. Среда обитания человека — окружающая среда — характеризуется совокупностью физических, химических и.

Механизм образования и негативное влияние выбросов.

По агрегатному состоянию различаю следующие виды антропогенных загрязнений атмосферы: твёрдые частицы, жидкости (аэрозоли) и

Доказано, что повышенные концентрации оксидов азота в приземном слое воздуха оказывают вредное воздействие на здоровье человека, на.

Оценка воздействия на здоровье населения и окружающую.

атмосферный воздух, частица, уровень, ВОЗ, наименование вещества, здоровье людей, загрязнение воздуха, преждевременная смертность, окружающая природная среда, вещество.

Похожие статьи

Нейтрализация отработавших газов дизелей подземного.

внутреннее сгорание, компонент, свежий воздух, окружающая среда, частица, двигатель, атмосфера, зона дыхания человека, здоровье человека, содержание. Очистка атмосферного воздуха от диоксидов азота и серы на.

Преимущества и недостатки основных видов топлива автомобиля

внутреннее сгорание, компонент, свежий воздух, окружающая среда, частица, двигатель, атмосфера, зона дыхания. Особенности топливных систем двигателей, работающих на.

О влиянии выхлопных газов автомобилей на здоровье человека

При содержании 0,08 % во вдыхаемом воздухе человек чувствует головную боль и удушье. Алкогольные поражения нервной системы | Статья в журнале.

Вредное влияние автомобиля на окружающую среду. Угарный газ и окислы азота, столь интенсивно выделяемые на первый.

Влияние автотранспорта на окружающую среду

‒ влияние на человеческое здоровье. Во время эксплуатации автомобиля с двигателями внутреннего сгорания источниками выбросов вредных веществ

Эти загрязнители вредны для живых существ и вызывают множество заболеваний органов дыхания и рака легких у людей.

К вопросу токсичности двигателей внутреннего сгорания

внутреннее сгорание, компонент, свежий воздух, окружающая среда, частица, двигатель. Каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей.

Как загрязнение атмосферы влияет на природу

О влиянии шумового загрязнения окружающей среды на здоровье человека. Фильтр-насадка для уменьшения выбросов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в атмосферу. Переработка диоксида углерода с использованием.

Исследование влияния выхлопных газов двигателя внутреннего.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Влияние окружающей среды на жизнедеятельность городского. Среда обитания человека — окружающая среда — характеризуется совокупностью физических, химических и.

Механизм образования и негативное влияние выбросов.

По агрегатному состоянию различаю следующие виды антропогенных загрязнений атмосферы: твёрдые частицы, жидкости (аэрозоли) и

Доказано, что повышенные концентрации оксидов азота в приземном слое воздуха оказывают вредное воздействие на здоровье человека, на.

Оценка воздействия на здоровье населения и окружающую.

атмосферный воздух, частица, уровень, ВОЗ, наименование вещества, здоровье людей, загрязнение воздуха, преждевременная смертность, окружающая природная среда, вещество.

Компоненты выхлопа двигателей внутреннего сгорания. Состав выхлопных газов

Основными источниками выбросов автомобиля являются двигатель внутреннего сгорания, испарение топлива через систему вентиляции топливного бака, а также ходовая часть: в результате трения шин о дорожное покрытие, износа тормозных колодок и коррозии металлических деталей независимо от выбросов двигателя образуются частицы мелкодисперсной пыли. При эрозии катализатора выделяются платина, палладий и родий, а при износе накладок сцепления также выделяются токсичные вещества, такие как свинец, медь и сурьма. Для этих вторичных выбросов автомобилей также должны быть установлены предельные значения.

Вредные вещества

Состав выхлопных газов

Оксид углерода (СО)

Оксид углерода (угарный газ) СО — газ без цвета и запаха. Это яд для дыхательной системы, нарушающий функцию центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. В человеческом организме он связывает красные кровяные тельца и вызывает кислородное голодание, которое за короткое время приводит к смерти от удушья. Уже при концентрации в воздухе 0,3% по объему угарный газ в очень короткое время убивает человека. Действие зависит от концентрации СО в воздухе, от длительности и глубины вдыхания. Лишь в среде с нулевой концентрацией СО он может быть выведен из организма через легкие.

Оксид углерода всегда возникает при недостатке кислорода и при неполном сгорании.

Углеводороды (СН)

Углеводороды выбрасываются в атмосферу в виде несгоревшего топлива. Они оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки и органы дыхания человека. Дальнейшая оптимизация рабочего процесса двигателя возможна лишь путем совершенствования производственных технологий и углубления знаний о процессах сгорания.

Углеводородные соединения возникают в виде парафинов, олефинов, ароматов, альдегидов (особенно формальдегидов) и полициклических соединений. Экспериментально доказаны канцерогенные и мутагенные свойства более 20 полициклических ароматических углеводородов, которые в силу своего малого размера способны проникать до легочных пузырьков. Самыми опасными углеводородными соединениями считаются бензол (С6Н6), толуол (метилбензол) и ксилол (диметилбензол, общая формула С6Н4 (СН3)2). К примеру, бензол может вызвать у человека изменения картины крови и привести к возникновению рака крови (лейкемии).

Причиной выбросо углеводородов в атмосферу всегда является неполное сгорание топлива, недостаток кислорода, а при очень обедненной смеси — слишком медленное сгорание топлива.

Окислы азота (NOх)

При высокой температуре сгорания (более 1100°С) содержащийся в воздухе реакционно инертный азот активируется и вступает в реакции со свободным кислородом в камере сгорания, образуя окислы. Они очень вредны для окружающей среды: становятся причинами образования смога, гибели лесов, выпадения кислотных дождей; также окислы азота являются переходными веществами для образования озона. Они — яд для крови, вызывают рак. В процессе сгорания возникают различные окислы азота — NO, NO2, N2O, N2O5— имеющие общее обозначение NOx. При соединении их с водой возникают азотная (HNO3) и азотистая (HNO2) кислоты. Диоксид азота (NO2) — красно-коричневый ядовитый газ с едким запахом, раздражающий органы дыхания и образующий соединения с гемоглобином крови.

Это самый проблематичный из всех окислов азота и в перспективе для него будут действовать отдельные нормы по допустимой концентрации. Доля NO2 в общих выбросах оксидов азота в будущем должна будет составлять менее 20%. В директиве 1999/30/EG с 2010 года предельно допустимая концентрация N02 установлена на уровне 40 мкг/м Соблюдение этой предельной концентрации предъявляет особые требования к защите от вредных выбросов.

Самые благоприятные условия для образования окислов азота — высокая температура сгорания обедненной топливовоздушной смеси. Системы рециркуляции ОГ позволяют снизить долю окислов азота в выхлопе автомобилей.

Оксиды серы (SOx)

Оксиды серы образуются из содержащейся в топливе серы. В процессе сгорания сера реагирует с кислородом и водой, образуя оксиды серы, серную (H2SO4) и сернистую (H2SO3) кислоты. Оксид серы — основная составляющая кислотных дождей и причина гибели лесов. Это водорастворимый едкий газ, воздействие которого на организм человека проявляется в покраснении, опухании и усилении секреции влажных слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. Диоксид серы воздействует на слизистые носоглотки, бронхов и глаз. Наиболее часто местом «атаки» диоксида серы являются бронхи. Сильное раздражающее воздействие на дыхательные пути объясняется образованием сернистой кислоты во влажной среде. Вглубь дыхательных путей попадают взвешенный в мелкодисперсной пыли диоксид серы SO2 и аэрозоль серной кислоты. Наиболее чувствительно реагируют на растущую концентрацию диоксида серы в воздухе астматики и маленькие дети. Высокое содержание серы в топливе сокращает срок службы катализаторов бензиновых зельных двигателей.

Снижение выбросов диоксида серы реализуется путем ограничения содержания серы в топливе. Цель — топливо, не содержащее серы.

Сероводород (H2S)

Последствия воздействия этого газа на органическую жизнь пока не совсем ясны науке, однако известно, что у человека он способен вызвать тяжелые отравления. В тяжелых случаях возникает угроза удушья, потеря сознания и паралич центральной нервной системы. При хроническом отравлении отмечается раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. Запах сероводорода ощущается уже при концентрации его в воздухе в количестве 0,025 мл/м3.

Сероводород в выхлопных газах возникает при определенных условиях, причем, несмотря даже на наличие катализатора, и зависит от содержания серы в топливе.

Аммиак (NH3)

Вдыхание аммиака приводит к раздражению дыхательных путей, кашлю, одышке и удушью. Также аммиак вызывает воспаляющиеся покраснения на коже. Прямое отравление аммиаком случается редко, так как даже большие его количества быстро превращаются в мочевину. При прямом вдыхании большого количества аммиака функции легких зачастую нарушаются на долгие годы. Особенно опасен этот газ для глаз. При сильном воздействии аммиака на глаза могут наступить помутнение роговицы и слепота.

При определенных условиях аммиак может образоваться даже в катализаторе. В то же время аммиак оказывается полезен в качестве восстановителя для катализаторов SCR.

Сажа и частицы

Сажа — это чистый углерод и нежелательный продукт неполного сгорания углеводородов. Причиной образования сажи является недостаток кислорода при сгорании или преждевременное охлаждение сжигаемых газов. Частицы сажи часто связываются с несгоревшими остатками топлива и моторного масла, а также воды, продуктов износа деталей двигателя, сульфатов и пепла. Частицы сильно отличаются друг от друга по форме и размеру.

Классификация частиц

В таблице показана классификация и размеры частиц. Наиболее часто при работе двигателя образуются частицы диаметром около 100 нанометров (0,0000001 м или 0,1 мкм); такие частицы способны естественным путем попадать в легкие человека. При агглютинации (склеивании) частичек сажи друг с другом и другими компонентами масса, количество и распределение частиц в воздухе могут значительно меняться. Основные компоненты частиц представлены на рисунке.

Основные компоненты частиц

Рис. Основные компоненты частиц

Благодаря своей губчатой структуре частички сажи могут захватывать как органические, так и неорганические вещества, образующиеся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. В результате масса частичек сажи может возрасти в три раза. Это будут уже не отдельные частички углерода, а правильной формы агломераты, образующиеся вследствие молекулярного притяжения. Размер таких агломератов может достигать 1 мкм. Выбросы сажи и других частиц особенно активно происходят при сгорании дизельного топлива. Эти выбросы считаются канцерогенными. Опасные наночастицы представляют количественно большую долю частиц, но по массе составляют лишь небольшой процент. По этой причине предлагается ограничивать содержание частиц в ОГ не по массе, а по количеству и распределению. В перспективе предусмотрено дифференцирование между размером частиц и их распределением.

Состав частиц

Выбросы частиц при работе бензиновых двигателей на два-три порядка ниже, чем при работе дизельных двигателей. Тем не менее, данные частицы обнаруживаются даже в выхлопе бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива. Поэтому есть предложения по ограничению предельного содержания частиц в отработавших газах автомобилей. Сублимация — непосредственный переход вещества из твердого состояния в газообразное, и наоборот. Сублиматом называют твердый осадок газа при его охлаждении.

Мелкая пыль

При работе двигателей внутреннего сгорания образуются также особо мелкие частицы — пыль. Она состоит главным образом из частиц полициклических углеводородов, тяжелых металлов и соединений серы. Часть фракций пыли способна проникать в легкие, другие фракции в легкие не проникают. Фракции размером более 7 мкм менее опасны, так как отфильтровываются собственной системой фильтрации человеческого организма.

Различный процент более мелких фракций (менее 7 мкм) проникают в бронхи и легочные пузырьки (альвеолы), вызывая локальное раздражение. В области легочных пузырьков растворимые компоненты попадают в кровь. Собственная система фильтрации организма справляется не со всеми фракциями мелкой пыли. Атмосферные пылевые загрязнения называют также аэрозолями. Они могут быть в твердом или жидком состоянии и в зависимости- от размеров могут иметь различный период существования. При движении мельчайшие частички могут соединяться в более крупные с относительно стабильным периодом существования в атмосфере. Такими свойствами в основном обладают частицы диаметром от 0,1 мкм до 1 мкм.

При оценке образования мелкой пыли в результате работы автомобильного двигателя следует отличать эту пыль от пыли, образующейся естественным путем: пыльцы растений, дорожной пыли, песка и многих других веществ. Нельзя недооценивать и такие источники мелкой пыли в городах, как износ тормозных колодок и шин. Так что выхлопы дизельных двигателей — не единственный «источник» пыли в атмосфере.

Синий и белый дым

Синий дым возникает во время работы дизельного двигателя при температуре ниже 180°С из-за мельчайших конденсирующихся капелек масла. При температуре выше 180°С эти капельки испаряются. Несгоревшие углеводородные компоненты топлива участвуют в образовании синего дыма и при температурах от 70°С до 100°С. Большое количество синего дыма указывает на большой износ цилиндропоршневой группы, стержней и направляющих втулок клапанов. Слишком поздно выставленное начало подачи топлива также может быть причиной образования синего дыма.

Белый дым состоит из водяного пара, возникающего во время сгорания топлива и становящегося заметным при температуре ниже 70°С. Особенно характерно появление белого дыма у форкамерных и вихрекамерных дизелей после холодного запуска. Причиной белого дыма являются также несгоревшие углеводородные компоненты и конденсаты.

Углекислый газ (СO2)

 Доля газов в парниковом эффекте

Рис. Доля газов в парниковом эффекте

Вместе с ним развитию парникового эффекта способствуют метан, закись азота (веселящий газ, оксид диазота), фторуглеводороды и гексафторид серы. Углекислый газ, водяной пар и микрогазы влияют на радиационный баланс Земли. Газы пропускают видимый свет, но поглощают тепло, отражаемое от земной поверхности. Без этой теплозадерживающей способности средняя температура на поверхности Земли была бы около -15°С.

Это называется природным парниковым эффектом. При увеличении концентрации микрогазов в атмосфере растет доля поглощаемого теплового излучения и возникает дополнительный парниковый эффект. По оценкам экспертов, к 2050 году средняя температура на Земле вырастет на +4°С. Это может привести к повышению уровня моря более чем на 30 см, вследствие чего начнут таять горные ледники и полярные ледяные «шапки», изменится направление морских течений (в том числе Гольфстрима), изменятся воздушные потоки, а моря затопят огромные пространства суши. Вот к чему может привести парниковые газы, образующиеся при деятельности людей.

Суммарные антропогенные выбросы СO2 составляют 27,5 млрд т в год. При этом Германия относится к крупнейшим источникам СO2 в мире. Энергетически обусловленные выбросы СO2 составляют в среднем около миллиарда тонн в год. Это около 5% всего производимого в мире СO2. Средняя семья из 3 человек в Германии производит в год 32,1 т СO2. Выбросы СO2 можно уменьшить только путем снижения расхода энергии и топлива. Пока энергия добывается путем сжигания ископаемых носителей проблема образования чрезмерного количества углекислого газа будет сохраняться. Поэтому срочно необходим поиск альтернативных источников энергии. Автопромышленность интенсивно работает над решением этой проблемы. Однако бороться с парниковым эффектом можно только в глобальном масштабе. Даже если в пределах ЕС будет достигнут большой прогресс в снижении выбросов углекислого газа, в других странах в ближайшие годы может, напротив, произойти значительный рост количества выбросов. США с большим отрывом лидируют в производстве парниковых газов, как в абсолютном выражении, так и в пересчете на душу населения. Имея долю в населении Земли всего 4,6%, они производят 24% мировых выбросов углекислого газа. Это примерно вдвое больше, чем в Китае, доля которого в населении Земли составляет 20,6%. 130 миллионов автомобилей в США (это меньше 20% от общего числа автомобилей на планете) производят столько же углекислого газа, сколько вся промышленность Японии — четвертой страны в мире по выбросам СО2.

Без дополнительных мер по защите климата глобальные выбросы СО2 вырастут к 2020 году на 39% (относительно 2004 г.) и составят 32,4 млрд т в год. Выбросы углекислого газа в США в ближайшие 15 лет увеличатся на 13% и превысят 6 млрд т. В Китае следует ожидать увеличения выбросов СO2 на 58%, до 5,99 млрд т, а в Индии — на 107%, до 2,29 млрд т. В странах ЕС, напротив, прирост составит лишь около одного процента.

Какие компоненты входят в состав твердых частиц в отработанных газов ог дизелей

Международный опыт обеспечения экологической безопасности населения городов показал, что основным источником токсичных выбросов, способных оказывать негативное влияние на здоровье населения, в настоящее время являются автотранспортные потоки. Например, показано, что 350 тыс. АТС города Оренбурга выбрасывают в приземный слой атмосферы 2,3·109 м3/с токсичных газов [8]. Технические эксперты ведущих автомобильных концернов считают, что для обеспечения защиты населения требуется вывод из эксплуатации АТС с высокой токсичностью ОГ двигателей. Правительство Российской Федерации, поддерживая эту концепцию, приняло Технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», обязывающий регионы и хозяйствующие субъекты выводить из эксплуатации экологически опасные АТС. С этой целью с 1 января 2015 года на территории Российской Федерации вступили в силу нормы ЕВРО 5. Причём в национальных стандартах, гармонизированных с международными стандартами, предусматривается нормирование массовых выбросов ТЧ двигателей автомобилей.

В ОГ современных двигателей ТЧ состоят из продуктов износа двигателя и систем нейтрализации, ингредиентов присадок к топливу и моторному маслу, а также частиц пыли, поступающих в цилиндр с воздухом. ТЧ представляют собой смесь сажи, несгоревших углеводородов, сульфатов и других включений. Исследования ТЧ с использованием нейтронной томографии выявили, что в составе минеральной фракции содержится около 37 % Са, 19 % Zn, 15 % S, 8 % P и 2 % Cu [6, 10].

Для измерения массового выброса ТЧ с ОГ двигателей необходимы специальные дорогостоящие измерительные системы – разбавляющие туннели, которые в настоящее время на территории Российской Федерации не производятся. Поэтому, отечественное двигателе- и машиностроение, а также региональные эксплуатационные службы, не оснащённые средствами контроля технического состояния европейского уровня, испытывают острую потребность в данном оборудовании и не могут обеспечить экологическую безопасность городов.

Цель исследования – анализ структуры и характеристик состава ТЧ в ОГ двигателей АТС, определение индикаторов износа из состава ТЧ при оценке технического состояния двигателей внутреннего сгорания и использование полученных результатов для решения практических задач по снижению выбросов ТЧ в приземный слой атмосферы.

Материалы и методы исследования

Проведённые нами специальные исследования [14] показали, что оценить техническое состояние и степень экологической опасности конкретного АТС возможно по углублённому анализу ОГ двигателей автомобилей. Объект исследования – пробы ОГ двигателей различного типа технически исправных АТС. Анализ анионов и катионов в конденсате ОГ двигателя автомобиля (с использованием капиллярного электрофореза на приборе «Капель 105») проводился по методике М 01-30-2009 (ПНД Ф 14.1:2:4.157-99). Анализ металлов в фильтрате конденсата ОГ двигателя (с использованием «Спектроскана 006») выполнялся по методике ФР.1.31.2011.09284 (ПНД Ф 14.1:2:4.130-98)) и атомно-адсорбционным методом на приборе «Квант 2а» по РД 52.04.186-89. Для измерения концентраций бенз(α)пирена применялась методика М 02-14-2007. При этом использовались аналитические возможности аккредитованных испытательных лабораторий ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области».

Кроме этого нами разработано специальное пробоотборное устройство криогенного типа, позволяющее сохранять исходный состав ОГ двигателя в виде конденсата (рис. 1). Отбор пробы ОГ двигателя автомобиля объёмом 1 м3 осуществляли аспирационным методом с использованием газового счётчика СГК-1,6 на холостом режиме работы двигателя при разных частотах вращения коленчатого вала. Разработанное нами универсальное пробоотборное устройство может быть изготовлено на любом автотранспортном предприятии (АТП) города.

Рис. 1. Способ отбора проб высокотемпературных газов и устройство для его реализации (патент РФ № 2527980): 1 – пробоотборный зонд; 2 – патрубок выхлопной трубы; 3 – средство измерения объема; 4 – пульт управления; 5 – теплоизолированная крышка; 6 – цилиндрическое устройство; 7 – сборник конденсата; 8 – каплеуловитель; 9 – инициаторы конденсирования паров ОГ; 10 – емкость для криогенной жидкости; 11 – теплоизолированная и вакуумированная наружная оболочка; 12 – тепловые развязки, 13 – штуцер; 14 – патрубок ввода; 15 – патрубок вывода; 16 – отражательный теплозащитный экран; 17 – клапаны; 18 – датчики уровня криогенной жидкости; 19 – датчик измерения температуры конденсата; 20 – фильтродержатель; 21 – фильтр; 22 – съёмные транспортные заглушки

Газовую фазу ОГ двигателя автомобиля (СО, NOx, CO2, O2, CnHm) при разморозке конденсата рекомендуем анализировать с использованием многокомпонентного газоанализатора «Инфракар 5М02.02». Причём ингредиентный состав наиболее токсичных компонентов органической составляющей конденсата рекомендуем идентифицировать методом тонкослойной хроматографии или капиллярного электрофореза.

С целью повышения доступности предлагаемого нами метода для любого АТП мы адаптировали метод измерений массы ТЧ в выбросах различного типа автомобилей. За основу разработки нами принят британский вариант гравиметрического метода определения массовой концентрации сажи путем пропускания заданного объема воздуха через фильтр с известной массой [5]. Массу сажи определяли путём взвешивания фильтра до и после отбора пробы в контролируемых условиях с последующим вычислением разности полученных результатов.

Наши специальные исследования состава твёрдых частиц ОГ двигателя автомобиля с отбором проб на фильтры Петрянова с последующим измерением массы ТЧ и химико-аналитическим анализом бензольной вытяжки для определения состава органических аэрозолей позволили сформулировать поправки к ГОСТ 52033-2003, ГОСТ 52160-2003. Для обезвоживания фильтров были выбраны легко поддающиеся регенерации медный купорос CuSO4·5H2O (ГОСТ 19347-99) и силикагель КСКГ (Крупный Силикагель Крупнопористый Гранулированный – по ГОСТ 3956-76). Оценку эффективности обезвоживания на этапе отработки методики проводили путём определения абсолютной и относительной влажности, используя аспирационный психрометр Асмана (ГОСТ 6353-52).

Результаты исследования и их обсуждение

Исследования состава и концентрации ТЧ в ОГ проводили в несколько этапов: определение частиц металлов, характеризующих износ деталей ЦПГ; определение концентраций бенз(α)пирена в составе сажи; исследование содержания сульфатов, нитритов, фосфатов, нитратов при оценке качества моторных топлив и масел.

Металлы как индикаторы износа деталей ЦПГ

Характер износа деталей ЦПГ (редукторы, передачи, подшипники, пары трения) зависит от условий эксплуатации. Межремонтные сроки практически для всех типов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в подавляющем большинстве случаев определяются интенсивностью изнашивания деталей ЦПГ, находящейся в наиболее тяжелых условиях работы (верхний пояс гильзы цилиндра, уплотнительные кольца и канавки под кольца в головке поршня). В общем случае интенсивность изнашивания деталей ДВС определяется влиянием большого количества самых разнообразных факторов: конструктивными и технологическими особенностями их изготовления, материалами и условиями смазки трущихся пар, типом топлива и масла, характером приложения и значениями силовых нагрузок, относительной скоростью и равномерностью движения сопряженных элементов, температурным состоянием трущихся поверхностей, запыленностью воздуха и др. Для определения скорости износа деталей в определенных условиях эксплуатации необходимо получить зависимость показателя износа (массы снятого с поверхности трения материала, изменения геометрических размеров, массы деталей и т.п.) от времени [7].

Как правило, испытания на износостойкость проводят во время эксплуатационных испытаний двигателей. В течение эксплуатационных испытаний двигатель работает на переменных режимах, характер которых соответствует основным видам работ, выполняемых АТС. Длительность эксплуатационных испытаний может составлять 2–3 года, что существенно удорожает стоимость и значительно задерживает сроки внедрения новых изделий. Поэтому в настоящее время интенсивно разрабатываются ускоренные методы стендовых испытаний, позволяющие сократить длительность и упростить процедуру испытаний.

Изучению влияния износов деталей ЦПГ на токсичность двигателей не уделялось достаточного внимания. В основном при исследовании токсичности ОГ двигателей в эксплуатации рассматривали влияние регулировочных параметров двигателя или качества изготовления отдельных узлов и агрегатов на содержание токсичных компонентов в ОГ.

Важным диагностическим критерием оценки технического состояния АТС можно считать качественное и количественное содержание в составе ТЧ частиц металлов, свидетельствующих о дисфункции трущихся пар двигателя, которые не удалось устранить применением самых современных смазочных материалов. Этот критерий мы предлагаем использовать при исследовании состава фильтрата ОГ двигателей автомобилей. Обнаружение в составе ОГ избыточных концентраций металлов (Fe, Ni, Сu, Al, Сr) составных элементов двигателя, выявляемых в виде металлоорганических хелатных соединений с органическими лигандами, может свидетельствовать о степени износа элементов двигателя.

Реализуя этот методический приём, мы провели качественный анализ металлов в фильтрате конденсата ОГ двигателей автомобилей (с использованием «СПЕКТРОСКАН») (рис. 2), применив за основу методику (ПНД Ф 14.1:2:4.130-98). Анализ фильтрата криогенного конденсата ОГ с использованием возможностей системы «СПЕКТРОСКАН» позволил из контрольного ряда выделить пробы с повышенным содержанием меди, цинка и железа в составе ОГ двигателя. Этот факт мы рассматриваем как необходимость направления АТС на углубленную экспертизу технического состояния ДВС. При углубленном исследовании концентраций металлов рекомендуем определять атомно-адсорбционным методом на приборе «Квант 2а» по РД 52.04.186-89 (табл. 1). Исследованные АТС с повышенными концентрациями обнаруженных металлов должны быть направлены на внеплановое техническое обслуживание (ТО).

Результаты исследования показали, что из 9 обнаруженных в фильтрате металлов только цинк может быть представителем присадок масел. Обнаружение соединений олова и свинца в составе ОГ свидетельствует о применении их в качестве антидетонаторов углеводородного топлива. Этот факт дает основание считать их обнаружение в составе конденсата ОГ признаком низкого качества моторного топлива. Часть металлоорганических соединений, обнаруженных в составе ОГ двигателя автомобиля, могут быть следствием образования соединений присадок моторных масел с углеводородным топливом, поступающих в ОГ двигателя вместе с картерными газами. По массовой доле активных элементов: кальция, бария, цинка, фосфора – можно оценивать наличие различного рода присадок в моторном масле, поскольку во многих автомобильных маслах роль антиокислительной и антикоррозионной присадок играет одна и та же многофункциональная присадка, например дитиофосфат цинка или бария. Интенсивность окисления и накопления коррозионно-активных продуктов в масле возрастает одновременно с увеличением скорости коррозии антифрикционных сплавов на основе меди и свинца из-за истощения действия присадки, выполняющей обе функции.

По концентрациям алюминия можно судить об износе поршней, по наличию хрома – об износе хромированных поршневых колец и т.д. Концентрации этих химических соединений в составе ОГ могут служить показателем критического износа элементов ЦПГ (табл. 2).

Принципиально новым является наше предложение определять в составе ОГ частицы MoFeS3. Концентрации этого соединения, возникающего при температуре свыше 700 °С в зонах трения цилиндров двигателей, использующих антифрикционные добавки на основе молибдена и его соединений, мы предлагаем считать критерием избыточного трения элементов поршневой пары. Мы считаем, что при обнаружении этого соединения требуется замена смазочных масел на более современные масла, формирующие фторопластовые наносмазочные пленочные покрытия.

Рис. 2. Результаты проб фильтрата ОГ двигателей автомобилей при выявлении технически неисправного АТС

Состав ТЧ фильтрата ОГ двигателей типичных АТС различных АТП города, мг/м3

Читайте также: