Мероприятия по снижению токсичности двигателей

К числу эффективных мероприятий относятся следующие.

Совершенствование рабочих процессов и смесеобразования. Кон­струкция камеры сгорания существенно влияет на образование углеводородов, так как чем меньше отношение поверхности к объему камеры сгорания, тем меньше образуется углеводородов. Однако на концентрацию окиси углерода и окислов азота эти факторы влияют незначительно.

Применение рециркуляции отработавших газов, поступающих во впускной трубопровод двигателя. Их количество, добавляемое к топливу, регулируется в зависимости от нагрузки двигателя. Так, при полной нагрузке двигателя, когда рециркуляция составляет 10... 12 %, концентрация окислов азота уменьшается почти в два раза.

Установка на автомобилях (перед глушителем) каталитических нейтрализаторов, в которых токсичные вещества отработавших га­зов превращаются в продукты, не влияющие на окружающую среду.

Это позволяет снизить токсичность отработавших газов по окиси углерода на 80 %, по окислам азота на 30 % и по углеводородам на 70 %. В качестве катализаторов в нейтрализа­торах могут использоваться палладий, радий, рутений, окись меди, окись хрома, окись никеля, двуокись марганца и др.

Использование более совершенных и менее токсичных антиде­тонаторов бензина. Так, антидетонатор ЦТМ на марганцевой ос­нове в 50 раз менее токсичен, чем тетраэтилсвинец. Добавка этого антидетонатора в количестве 2 % повышает октановое число бен­зина А-76 на 5 —7 единиц.

Широкое применение газообразного топлива — сжатых и сжи­женных газов. Сжатые — природные газы (метан и др.) — сохра­няют газообразное состояние при нормальной температуре и вы­соком давлении (до 20 МПа). Сжиженные — нефтяные газы (бу­тан, пропан и др.) — переходят из газообразного состояния в жидкое при нормальной температуре и небольшом давлении (до 1,6 МПа). Газообразное топливо в 2,5 —3 раза дешевле бензи­на, имеет более высокое октановое число, меньшее нагарообразование, не разжижает масло в картере двигателя и более эколо­гично. По сравнению с бензиновыми выброс газовых двигателей содержит значительно меньше токсичных веществ: окиси углеро­да в 4—5 раз, окислов азота в 1,2 — 2 раза и углеводородов в 1,1 — 1,4 раза. Срок службы газового двигателя в 1,5 — 2 раза больше, чем бензинового, но мощность меньше на 7... 12 %, он сложнее в эксплуатации и требует высокой техники безопасности.

Применение новых видов топлива — синтетических спиртов, аммиака и водорода. Синтетические спирты (менатол и этанол) представляют наибольший практический интерес.

Менатол (метиловый спирт) получают из каменного угля, слан­цев и древесины. Он несколько тяжелее бензина, имеет в 2 раза меньшую энергоемкость и в производстве дороже в 1,5 — 2 раза. Объем бака для менатола должен быть в 2 раза больше бензиново­го. Однако при использовании менатола токсичность отработав­ших газов снижается в 2—3 раза. Кроме того, применение мена­тола позволяет повысить степень сжатия двигателя и довести ее до 14. На менатоле могут работать и дизели. Но для этого потребу­ется совершенствовать системы подачи, смесеобразования и ка­меры сгорания. Иначе не будет обеспечено надежное воспламенение горючей смеси, особенно при пуске холодного двигателя.

Этанол (этиловый спирт) при одинаковой плотности с метанолом имеет энергоемкость на 25...30 % выше и требует пропор­ционально менее вместительного бака. У двигателей, работающих на этаноле, содержание углеводородов в отработавших газах мень­ше, чем при работе на менатоле.

Аммиак — токсичный газ с резким запахом. При его сгорании образуется только один токсичный компонент (окислы азота) и в значительно меньших количествах, чем при сгорании других ви­дов углеводородного топлива.

Водород является высокоэнергетическим, практически не за­грязняющим окружающую среду топливом при работе на нем дви­гателей. Его можно получать из воды термическим или электроли­тическим способом. Применение водорода требует уменьшения степени сжатия двигателя, изменения фаз газораспределения и углов опережения зажигания и др. Кроме того, при водородном топливе возможно некоторое ухудшение тягово-скоростных свойств автомобиля. Однако при использовании этого топлива уменьша­ется износ двигателя и снижается расход масла. Водород значи­тельно дороже бензина, чрезвычайно пожаро- и взрывоопасен. Бак с жидким водородом займет места в автомобиле в 3 — 4 раза боль­ше, чем бензиновый. К тому же очень трудно обнаружить утечку водорода, так как он не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. Не­смотря на указанные недостатки, водород является топливом бу­дущего.

Использование водобензиновых смесей. Это позволяет значитель­но снизить токсичность двигателей. Так, при работе бензинового двигателя на эмульсии с содержанием 12% воды выброс окиси углерода с отработавшими газами уменьшается в 2 раза. При этом отсутствует детонация топлива. Однако возникают сложности с хранением запасов воды (эмульсии) при эксплуатации автомоби­лей в условиях низких температур, а также с подготовкой и обес­печением стабильности водобензиновой эмульсии.

Снижение токсичности и дымности дизелей с учетом их осо­бенностей могут также обеспечить следующие мероприятия.

Применение рециркуляции отработавших газов, часть которых (до 20% от количества подаваемого воздуха) направляется во впускной трубопровод двигателя, уменьшает образование окис­лов азота и снижает их концентрацию в отработавших газах на 40...50 %.

Подача воды во впускной трубопровод или в цилиндры дизеля в количестве 6 % (по массе) снижает концентрацию окислов азота в 2 раза.

Использование дизельного топлива с повышенным цетановым числом уменьшает выбросы окислов азота и углеводородов. Одна­ко при больших нагрузках в некоторых случаях может увеличи­ваться дымность выхлопа.

Применение антидымных присадок на основе бария, марганца и др. Так, добавка к дизельному топливу антидымных присадок (до 1 %) снижает дымность выпуска при больших нагрузках в не­сколько раз.

Поддержание дизеля в технически исправном состоянии. Так, стабильность регулировок топливной аппаратуры и периодичность контроля токсичности и дымности отработавших газов снижают общий выброс токсичных веществ на 30...40% и значительно уменьшают интенсивность дымления дизеля.

Токсичность выбросов бензиновых двигателей и дизелей мо­жет быть снижена за счет применения рациональных приемов вож­дения автомобилей, которые позволят также экономить топливо.

Для этого необходимо выполнять следующие рекомендации:

• умело и расчетливо управлять автомобилем, исходя из усло­вий движения — дорожной ситуации, профиля дороги и др.;

• выбирать хорошо изученные маршруты (по возможности с безостановочным движением) и стараться поддерживать устано­вившийся режим движения автомобиля;

• избегать лишних торможений и остановок, заранее предус­матривать необходимость снижения скорости и числа остановок автомобиля, используя по возможности движение накатом;

• избегать лишних разгонов, а при разгоне своевременно пере­ключать передачи и на каждой передаче плавно увеличивать подачу топлива по мере роста частоты вращения коленчатого вала двига­теля;

• не допускать работы двигателя с перегрузкой, т.е. движения автомобиля с максимальной подачей топлива при низкой частоте вращения коленчатого вала. Такой режим является наихудшим по топливной экономичности, токсичности и дымности, а также от­рицательно влияет на долговечность двигателя и его механизмов;

• избегать работы двигателя на холостом ходу на продолжи­тельных остановках и стоянках и своевременно после пуска хо­лодного двигателя открывать воздушную заслонку карбюратора;

• следить за температурным режимом работы двигателя, уста­навливать воздухозаборник воздушного фильтра в положение, соответствующее температуре окружающего воздуха, утеплять при низких температурах радиатор системы охлаждения двигателя;

• не допускать заправки автомобиля топливом и маслом, кото­рые не рекомендованы заводом-изготовителем;

• не делать самостоятельной перерегулировки приборов и сис­тем питания и зажигания двигателя без применения соответству­ющих контрольно-диагностических приборов и соблюдения тех­нических инструкций;

• систематически контролировать расход топлива, так как его перерасход в одних и тех же условиях эксплуатации свидетель­ствует о появлении неисправностей и разрегулировок, повыша­ющих токсичность отработавших газов.

Весьма перспективным направлением снижения уровня загряз­нения окружающей среды отработавшими газами и достижения высокой экологичности ТС является применение мало­токсичных и нетоксичных двигателей.