Основные направления деятельности по уменьшению загрязнения воздушного бассейна выбросами транспортных средств

Охрана среды населенных пунктов должна осуществляться комплексом защитных мероприятий планировочного, технологического, санитарно-технического и организационного характера с целью создания благоприятных условий проживания, труда и отдыха населения.

Составляющие приоритетного комплекса мероприятий, которые необходимо предусматривать с целью уменьшения химического загрязнения (Х), шума (Ш) представлены в таблице 2.1.

Таблица 2 – Составляющие приоритетного комплекса мероприятий, которые необходимо предусматривать с целью уменьшения химического загрязнения (Х), шума (Ш).

Таблица 2

Все крупные автомобильные компании, особенно в последние годы, заняты поиском решений экологических проблем, связанных с автомобильным двигателем. Они постоянно совершенствуют действующие и предпринимают шаги к созданию новых моторов с наиболее полным сгоранием топлива. Результат этой работы налицо. Современные автомобили ведущих фирм Европы и США выбрасывают в атмосферу в 10-15 раз меньше вредных веществ, чем автомобили восьмидесятых годов. Этому в значительной степени способствовали такие нововведения, как двигатели, работающие на переобедненных смесях, многоклапанные системы газораспределения, впрыск топлива вместо карбюраторного смесеобразования, электронное зажигание. При пуске холодного двигателя в современных карбюраторах используются автоматы пуска и прогрева. На режимах торможения двигателем применяют экономайзер принудительного холостого хода - клапан, отключающий подачу топлива.

Большое внимание уделяется подбору обедненных регулировок дозирующих систем карбюратора. На двигателях с впрыском топлива появились электронные системы коррекции состава горючей смеси в зависимости от температуры, климатических и других условий. Система термостатирования воздуха, поддерживающая его температуру на входе в двигатель, создает оптимальные условия для приготовления горючей смеси. Система зажигания с высокой энергией разряда свечи повышает надежность воспламенения смеси, особенно на режимах холостого хода.

Для уменьшения выброса оксидов азота используется рециркуляция - перепуск части отработавших газов из выпускного трубопровода во впускной - при этом понижается температура сгорания и их образуется значительно меньше. Рециркуляция применяется не только на двигателях с искровым зажиганием, но и на дизелях. Перспективны в этом плане и системы электронного регулирования, оптимизирующие работу двигателя на всех режимах. Кроме того, автомобильные заводы планомерно ужесточают технологические допуски и повышают точность изготовления приборов питания и зажигания, впускной и выпускной систем, деталей крипошипного механизма и газораспределения.

Благодаря этим усовершенствованиям загрязнение атмосферного воздуха заметно уменьшается. И все же полностью удалить токсичные вещества из отработавших газов не удается.

Больше двадцати лет назад возникла идея ликвидировать вредные вещества, выходящие из цилиндров двигателя, уже в выпускной системе автомобиля, то есть до выброса их в атмосферу. На пути отработавших газов стали устанавливать каталитические нейтрализаторы - специальные устройства, в несколько раз уменьшающие токсичность выхлопных газов. Проходя через нейтрализатор, несгоревшие углеводороды окисляются до нетоксичных окислов, а оксиды азота восстанавливаются до азота и кислорода. Трудности использования этих устройств связаны с тем, что отработавшие газы проходят по выпускной системе с большой скоростью и температура их изменяется в широких пределах, а сами нейтрализаторы подвергаются значительным внешним механическим и термическим нагрузкам, поскольку устанавливаются в выпускной системе, расположенной под автомобилем.

Чтобы химические реакции в нейтрализаторе протекали быстро, применяют катализаторы, они значительно увеличивают скорость реакции, но сами в ней не участвуют. Используются катализаторы на основе благородных металлов: платины, палладия и родия.

В любом катализаторе есть так называемый активный слой, нанесенный на инертное тело - носитель. Распространение получили, в основном, моноблочные носители из нержавеющей стали, как правило, из гофрированной фольги, и керамические. В керамических носителях на 1 см² приходится до 300 параллельных сквозных каналов, а в металлических - до 800. Эти каналы, дополнительно покрытые неровным промежуточным слоем - подложкой, и создают большую активную поверхность, на которой во много раз быстрее протекают химические реакции. Монолитный блок носителя с подложкой и катализатором называют реактором. Его размещают в металлическом корпусе из нержавеющей стали с входной и выходной горловинами. Для уменьшения шума, потерь тепла и перегрева наружных стенок корпус делают с двойными стенками и слоем термоизоляции.

Существуют еще гранулированные носители. Их применяют в нейтрализаторах для грузовых автомобилей. В последнее время используют в основном нейтрализаторы на моноблочном носителе, которые имеют меньшие габариты, вес, аэродинамическое сопротивление и быстрее прогреваются до выхода на рабочий режим.

Каталитические нейтрализаторы бывают двух видов: окислительные и трехкомпонентные (их еще называют бифункциональными). Первые уменьшают выбросы оксидов углерода и углеводородов на 80-90%, вторые снижают количество оксидов углерода, углеводородов и оксидов азота на 70-80%.

Окислительные нейтрализаторы на автомобилях с бензиновыми двигателями действуют как дожигатели продуктов неполного сгорания и снабжаются устройствами подачи дополнительного воздуха для поддержания реакции окисления. Это могут быть нагнетатели, пульсары или эжекторы.

В трехкомпонентном нейтрализаторе происходит, с одной стороны, восстановление оксидов азота до азота и кислорода и с другой - окисление оксидов углерода и углеводородов. Чтобы эти процессы протекали эффективно, нужно поддерживать состав горючей смеси в чрезвычайно узких пределах. Состав смеси регулируется с помощью датчика содержания кислорода, называемого l-зонд. Этот датчик фиксирует изменение концентрации кислорода в отработавших газах и подает сигнал в электронный блок управления подачей топлива, и уже электроника корректирует подачу топлива и восстанавливает оптимальный с точки зрения процессов нейтрализации состав смеси.

В выхлопных газах дизельных двигателей концентрация оксидов углерода и углеводородов значительно ниже, чем у двигателей с искровым зажиганием, однако они в больших количествах выбрасывают оксиды азота и твердые частицы, в основном сажу. Поэтому на дизелях устанавливают не только окислительные нейтрализаторы, но и сажевые фильтры и системы рециркуляции.

Сажевый фильтр представляет собой монолитный блок с большим числом заглушенных с одного конца параллельных каналов с пористыми стенками. Отработавшие газы проходят через пористые стенки из одного канала в другой и выходят с противоположной стороны через его незаглушенный конец. Фильтры делают из пенокерамики и пенометалла, поскольку поры этих материалов соизмеримы с размерами частиц дизельной сажи и задерживают их.