Екологічніхарактеристики двигунів внутрішнього згоряння - Студопедія
Сучасні масштаби випуску поршневих ДВЗ та їх використання призвели до того, що стало значним їх вплив на довкілля. Умови існування життя Землі можливі, як відомо, у дуже вузьких межах зміни фізичних і хімічних характеристик довкілля. Розміри викидів від ДВЗ такі, що вони суттєво можуть змінювати концентрації хімічних речовин, що входять до складу повітря, води, ґрунтів, що стають небезпечними для життя біологічних істот і насамперед для людини.
Вчення про екологічні характеристики ДВС слід розуміти як розділ промислової екології, який розглядає вплив техніки на природу. Цей вплив може бути від одиничного двигуна - локальне, або від всієї сукупності ДВС, що експлуатуються спільно з усіма елементами інфраструктури, що забезпечує їх експлуатацію, - глобальне.
Оцінки сукупного впливу двигуна на довкілля можливі. Автомобілі та двигуни утворюють транспортні потоки, які переміщуються вулично-дорожньою мережею. Виділивши ділянку території, отримаємо транспортний потік щільністюРавт./км або інтенсивністюIавт./год, для якого можна отримати зміну характеристики безлічі автомобілів, що переміщуються виділеною територією. Знаючи паливно-економічну характеристику автомобіля (двигуна), можна знайти витрату палива автомобільним потоком на виділеній території. За витратою палива можливі оцінки токсичних викидів автомобільним потоком, що визначає його вплив на довкілля. За цією схемою можливі оцінки екологічного впливу будь-якого автомобільного потоку на автомагістралі чи вуличній мережі.
До екологічних показників ДВЗслід віднести такі, які характеризують прямий і опосередкований вплив на довкілля. Відповідно до другого закону термодинаміки ДВС завжди викидатиме теплоту в навколишній простір. Чим вище ККД двигуна, чим краща його паливна економічність, тим вищі його екологічні якості.
Циклічність роботи ДВЗ та процес згоряння палива припускають використання кисню повітря та хімічні перетворення речовин у циліндрі ДВЗ з утворенням шкідливих речовин, а потім їх викид в атмосферу.
Крім теплової ДВЗ викидає в навколишній простір механічну енергію - акустичне випромінювання (вібрації та шум).
Таким чином, сукупність показників, що характеризують теплову та речовинну взаємодію працюючого ДВЗ з навколишнім середовищем; акустичне випромінювання (шум), вібрації; кількості конструкційних та експлуатаційних матеріалів, що витрачаються при виготовленні та використанні ДВЗ; кількості енергії, що витрачаються при виробництві та використанні двигунів та матеріалів, слід розуміти як визначальну якість екологічної чистоти ДВЗ.
| Рис.43. |
Насамперед слід відзначити техногенний вплив на навколишнє середовище під час створення двигуна. Початок його має місце при розвідці та видобутку корисних копалин, що йдуть на виготовлення конструкційних та експлуатаційних матеріалів, потім власне виробництво двигунів. Технологічні процеси виготовлення також супроводжуються шкідливими викидами, які концентруються головним чином межах заводських територій. Оцінка екологічних якостей технологічних процесів виготовлення (лиття, кування, механічна)обробка, складання) та їх порівняльний аналіз — важливе самостійне завдання, тут же обмежимося найзагальнішою характеристикою, якою є величина витрат енергії, які мають місце при виробництві одиниці матеріалу (чавуну, сталі, бензину) або власне двигуна.
Відомості про величину викидів деяких речовин при виробництві основних конструкційних та експлуатаційних матеріалів (металів, пластмас, гумотехнічних виробів), палив та масел наведено у табл. 4. Усі величини викидів питомі, т. е. вони віднесено до одиниці маси матеріалу. Дані, які у табл. 4 дозволяють робити порівняльні оцінки досконалості існуючих і проектованих конструкцій ДВС, а також дати висновки про те, якою мірою впливу на навколишнє середовище при виробництві матеріалів для виготовлення двигуна і забезпечення його використання.
Звичайно, при цьому необхідно знати витрати матеріалів на виготовлення двигуна; для існуючих двигунів відомості про фактичні витрати матеріалів відомі. При проектуванні у першому наближенні достатньо знати масу двигуна.
| Рис.44 |
Не буде грубою помилкою вважати, що вся теплова енергія палива, що спалюється в ДВС, виділяється в навколишнє середовище, що призводить до її підігріву.
Одночасно витрачається кисень повітря, а також викидаються ОГ, велику частку в яких масою становить діоксид вуглецю СО2. Діоксид вуглецю екологічно небезпечний, тому що в сукупності з іншими хімічними речовинами він перешкоджає випромінюванню теплоти земною кулею в навколишній простір, що призводить до появи парникового ефекту - підвищення середньої температури атмосфери.
Знизити викиди СО2 дозволяє перехід використання як палива природного стиснутого газу. Зниження викидів С02 можливе також при здійсненні безпосередньо на двигуні конверсії природного газу з водяною парою і СО2, частково вилучається з ОГ, з одночасним використанням їх теплоти та енергії, що йде в охолоджувальне середовище, так як конверсійні реакції є ендотермічними. При такій реалізації конверсії тепловикористання в ДВС виходить вищим, так як синтезований газ, що виникає в результаті конверсії, має більш високу питому теплоту згоряння, ніж вихідне газове паливо. Такі ж позитивні ефекти дає використання за аналогічною схемою спиртового палива метанолу. Метанол можна отримувати, наприклад, з біомаси, яка вирощується для цього. При вирощуванні зеленої маси CO2 поглинається з атмосфери, а при зниженні метанолу в двигуні CO2 викидається в атмосферу. Тому в такому циклі не відбувається збільшення концентрації СО2 у навколишньому середовищі.
Наступним кроком щодо зменшення викидів СО2 є використання водню як моторне паливо, при його спалюванні в ОГ двигуна СО2 відсутня.
В ОГ міститься дуже велика кількістьхімічних речовин (до 300), з яких головна увага приділяється так званим токсичним складовим СО, СН, N0 та сажі (твердим часткам). Токсичними називають речовини, що надають отруйну дію на організм людини та навколишнє середовище.
Дуже часто вся проблема екологічної досконалості ДВЗ зводиться до пошуку способів зниження вмісту цих токсичних речовин в ОГ. Безумовно, вони шкідливі та їх викиди треба зменшити, але цим завдання екологічного вдосконалення ДВС не вичерпується. В ОГ містяться також канцерогенні речовини ПАУ (поліциклічні ароматичні вуглеводні), сполуки сірки та свинцю та безліч інших складових, які за ступенем токсичності небезпечніші, ніж СО, СН та N0х.
Крім ОГ джерелами токсичності двигунів є також картерні гази та випаровування палива в атмосферу. Найбільше виділення токсичних речовин у повітря відбувається з ОГ, тому основна увага приділяється зменшенню токсичності ОГ.
Концентрацію токсичних компонентів у сухих ОГ оцінюють у % (об.), мільйонних частках за обсягом (млн -1 ) і рідше мг/л.
Діапазони зміни кількості токсичних компонентів ОГ наведено табл. 5
Таблиця 5
Значимість окремих компонентів (у порядку зменшення) для загальної токсичності ОГ з урахуванням діючих норм на гранично допустимі концентрації така: сполуки свинцю (Pb), NOх ПАУ, СО та СН. Відповідно до діючих в Україні норм на граничнодопустимі концентрації (ГДК) відносна токсичність ряду складових ОГ розташовується наступним чином: СО; NOX; СН; РbСН; С20Н12 (бенз-α-пірен) = 1:40:1,25:22000:1250000.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно