Выхлопные газы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Выхлопные газы (отходящие газы) — отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов — основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ и канцерогенов в атмосфере крупных городов, образования смогов, частой причиной отравления в замкнутых пространствах.

Количество выделяемых в атмосферу автомобилями загрязняющих веществ определяется массовым выбросом газов и составом отходящих газов.

[править] Количество отходящих газов автомобилей

Полностью определяется массовым расходом топлива автомобилями. Расход по расстоянию нормируется и обычно указывается производителем (одна из потребительских характеристик).

	ВАЗ 2110 к 1,5 литра	ВАЗ 2110 и 1,5 литра	Mitsubishi Colt 5-D и 1.1 литра	ВАЗ 11113 к 0,75 литра	ВАЗ 21055 д 1,5 литра
Расход в «городском» режиме, л/100км	9,1	8,6	7,0	6,4	5,7
Расход, равномерно 60 км/ч, л/100км	4,5	3,5	3,7	3,2	3,8

к — карбюраторный двигатель
и — инжекторный двигатель
д — дизельный двигатель
плотность бензина при +20С колеблется от 0,69 до 0,81 г/см³
плотность дизельного топлива при +20С по ГОСТ 305-82 не более 0,86 г/см³

[править] Состав автомобильных выхлопных газов

	Карбюраторные двигатели	Дизельные двигатели
N₂, об.%	74—77	76—78
O₂, об.%	0,3—8,0	2,0—18,0
H₂O (пары), об.%	3,0—5,5	0,5—4,0
CO₂, об.%	0,0—12,0	1,0—10,0
CO*, об.%	5,0—10,0	0,01—0,5
Окислы азота*, об.%	0,0—0,8	0,0002—0,5000
Углеводороды*, об.%	0,2—3,0	0,09—0,500
Альдегиды*, об.%	0,0—0,2	0,001—0,009
Сажа*, г/м³	0,0—0,04	0,01—1,10
Бензпирен—3,4**, г/м³	10—20×10^-6	10×10^-6

* Токсичные компоненты

** Канцерогены

Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ, доля токсичности альдегидов относительно невелика и составляет 4—5% от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных углеводородов сильно отличается, однако особенно, что непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются образуя ядовитые кислородсодержащие соединения — составляющие смогов.

Качество дожигания на современных катализаторах таково, что доля СО после катализатора обычно менее 0,1%.

Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды — сильные канцерогены. Среди них наиболее изучен бензпирен, кроме него обнаружены производные антрацена:

1,2—бензантрацен
1,2,6,7—дибензантрацен
5,10—диметил—1,2—бензантрацен

Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входит оксиды серы, при применении этилированных бензинов — свинец (Тетраэтилсвинец), бром, хлор, их соединения. Считается что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическим и фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога.

[править] Пути снижения выбросов и токсичности

Стимулом к сокращению объёмов предполагается заинтересованность в сокращении расхода топлива (крупная статья расходов в автомобильном транспорте).

Колоссальное влияние на количество выбросов (не считая сжигания топлива и времени) играет организация движения автомобилей в городе (значительная часть выбросов происходит в пробках и на светофорах). При удачной организации возможно применение менее мощных двигателей, при невысоких (экономичных) промежуточных скоростях.
Существенно снизить содержание углеводородов в отходящих газах, более чем в 2 раза, возможно применением в качестве топлива попутных нефтяных (пропан, бутан), или природного газов, при том, что главный недостаток природного газа — низкий запас хода, для города не столь значим.
Кроме состава топлива, на токсичность влияет состояние и настройка двигателя (особенно дизельного — выбросы сажи могут увеличиваться до 20 раз и карбюраторного — до 1,5—2 раз изменяются выбросы окислов азота).
Значительно снижены выбросы (снижен расход топлива) в современных конструкциях двигателей с инжекторным питанием стабильной обеднённой смесью неэтелированного бензина с установкой катализатора, газовых двигателях, агрегатах с нагнетателями и охладителями воздуха, применением гибридного привода. Однако подобные конструкции сильно удорожают автомобили.
Испытания SAE показали, что эффективный способ снижения выбросов окислов азота (до 90%) и в целом газов — впрыск в камеру сгорания воды.

[править] Законодательное регулирование

Контролируется качественный состав изготавливаемого и реализуемого топлива (в России это стандарты на топливо, региональные требования, в европе нормативы ЕВРО).
Предусмотрен контроль за состоянием и регулировками автомобилей. В России является обязанностью органов технического осмотра ГАИ периодически контролировать доли окидов углерода и углеводородов в выхлопе на двух частотах вращения, состояние предусмотренных систем нейтрализации на бензиновых двигателях (по ГОСТ Р 52033-2003) и дымность на дизельных двигателях (по ГОСТ Р 52160-2003).
В России вводятся повышенные ставки транспортного налога на мощность двигателя автомобиля.
Топливо облагается специальными акцизами.
Предусмотрены нормативы на выпускаемые автомобили. В России и европейских странах приняты стандарты ЕВРО, задающие как токсичность, так и количественные показатели, например:
- По Евро-3 выбросы: СH до 0,2 г/км, CO до 2,3 г/км и NO_y до 0,15 г/км
- По Евро-4 выбросы: СH до 0,1 г/км, CO до 1,0 г/км и NO_y до 0,08 г/км
В некоторых регионах вводятся ограничения на движение большегрузного автотранспорта (например в г.Москва)

Считается, что распространение подобных норм на районы с нормальной экологической обстановкой может создавать лишние затраты.

[править] Отравления в замкнутом пространстве

Довольно часты случаи отравления выхлопными газами в том числе со смертельными исходами автомобилистов в гаражах, закрытых стоянках и внутри автомобилей (утечки в салон) при отсутствии или плохой вентиляции. Для борьбы с такими случаями вводятся строительные нормы на вентиляцию сооружений связанных с эксплуатацией и обслуживанием автомобилей, а также рекомендации автомобилистам.