Значение автомобиля в жизни человека

Введение

Совершенствование системы питания автомобилей на сегодняшний день является актуальной проблемой. Согласно данным Минздрава РФ на долю автомобильного транспорта в ряде регионов России приходится до 90% от общего количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Бесспорно, что главной проблемой, без решения которой снижение степени негативного воздействия автотранспортных средств на окружающую среду невозможно, - это повышение уровня экологичности автотранспортных средств. Практика показывает, что ужесточение экологического контроля автотранспортных средств, эффективно лишь тогда, когда с ужесточением экологических требований повышается экологичность двигателей путём внедрения инновационных технологий: перевод автотранспортных средств на газ; разработка новых нейтрализаторов газов, разработка и внедрение инноваций, совершенствующих двигатель внутреннего сгорания.

Цель данной работы: охарактеризовать методы совершенствования системы питания автомобилей, снижающих выброс вредных веществ в атмосферу.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1) проанализировать значение автомобиля в жизни человека и его негативное влияние на окружающую среду;

2) охарактеризовать различные виды системы питания автомобилей;

3) описать состав и негативное влияние отработавших газов на здоровье человека;

4) провести сравнительный анализ основных направлений снижения токсичности отработавших газов.

Экономический аспект: экологический ущерб от автомобильных выбросов превышает 2% валового национального продукта, что составляет 5 млрд. долларов в год. А ежегодные потери в экономике России только в одной из экологических отраслей - промышленности по производству нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей составляет 8 - 10 млрд. долларов. Совершенствование системы питания автомобилей привело бы к значительному снижению этих потерь, хотя и это в свою очередь тоже потребует вложения больших финансовых ресурсов.

Экологический аспект: совершенствование систем питания автомобилей приведет к снижению вредных выбросов в окружающую среду, что в последующем положительно скажется на составе атмосферного воздуха, качество которого имеет большое значение для здоровья людей.

Социально-политический аспект: снижение токсичности отработавших газов положительно скажется на состоянии здоровья людей: приведет к снижению смертности населения и повышению рождаемости.

Аспект безопасности труда: многие производственные работы не обходятся без автотранспортных средств. Повышение экологичности транспортных средств положительно повлияет на повышения безопасности труда рабочих, снизит негативное влияние отработавших газов на их организм.

Аспект устойчивого развития: все мероприятия, проводимые для уменьшения токсичности отработавших газов, будут проводится в соответствии с принципами устойчивого развития. Все они способствуют укреплению нынешного и будущего потенциала для удовлетворения человеческих потребностей и устремлений.

АВТОМОБИЛЬ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

Автомобильный парк растет быстрее, чем народонаселение. В настоящее время с конвейеров автозаводов всего мира ежегодно сходит около 50 млн. автомобилей, т.е. в среднем, при двухсменной работе – 170 автомобилей каждую минуту. За сорок послевоенных лет автомобильный парк вырос более чем в десять раз и в 1987 г. превысил полумиллиардный рубеж. В 1998 г. автомобильный парк вырос до 700 млн. Ожидается, что к концу первого десятилетия XXI века парк автомобилей достигнет миллиардной отметки.

Практически все современные автомобили снабжены двигателями внутреннего сгорания. При сравнительно небольшой массе этот двигатель развивает значительную мощность, экономичен, достаточно надежен, работает на сравнительно недорогом топливе. По мере роста автомобильного парка, стал проявляться существенный недостаток этого двигателя - с выхлопными газами в окружающий воздух поступают вредные для здоровья человека вещества. Каждый автомобиль выбрасывает более 3 кг вредных веществ ежедневно. Когда автомобилей стало слишком много, в крупных городах заметно ухудшилось состояние атмосферного воздуха [1].

Значение автомобиля в жизни человека

Человеку всегда необходимо было перемещать как самого себя, так и различные грузы - камни и стволы деревьев для строительства, домашнюю утварь и продукты питания при вынужденной смене места обитания. Чаще всего эти операции осуществлялись на спине прирученных животных или волоком по земле. Но кто-то подложил под груз круглую деревянную чурку, а затем проткнул ее осью, получив колесо. Колесо - одно из самых замечательных изобретений, во много определившим развитие нашей цивилизации. Почти все современные механические устройства имеют в своем составе либо элементы колеса, либо его оси, либо поверхности вращения.

Постепенно развитие человечества стало приобретать все более техногенный характер. Сейчас трудно судить о том, почему развитие человеческого общества пошло по пути механизации труда, а не по пути биологического развития.

По - видимому отказ от пути биологического развития связан с весьма ограниченными биоресурсами нашей планеты. При попытке создания биологических помощников человек сразу сталкивается с необходимостью постоянного поддержания их минимального уровня жизни - то есть с необходимостью прокормить животное, которое в таком случае становится конкурентом собственно человеку. В то же время еще в недавнем прошлом минеральные богатства планеты, используемые при строительстве «механических заместителей» человека, казались неисчерпаемыми. Техногенному развитию способствовала и конкурентная борьба между отдельными сообществами за наиболее выгодный ареал обитания и жизненно важные ресурсы, которая часто превращалась в кровопролитные войны, успех в которых требовал быстрого перемещения боевых ресурсов.

Необходимости ускорения перемещения различных грузов и людей способствовали и экономические принципы существования человека - чем быстрее перевозится груз, тем быстрее обращается капитал, тем больше прибыль. Чем быстрее перемещается информация или деловые бумаги, тем скорее принимаются решения, быстрее осуществляются события, тем снова быстрее появляется прибыль. То есть погоня за прибылью, основным компонентом экономического развития современного общества, требует ускорения транспортных операций различного назначения. Это обстоятельство является основным параметром, определяющим развитие транспорта в современном обществе.

Не менее важным для развития транспорта является обеспечение сферы отдыха. Транспорт широко используется в сфере безопасности жизнедеятельности и при выполнении боевых задач [2].

СИСТЕМА ПИТАНИЯ АВТОТРАНСПОРТА

Систему питания автомобиля можно сравнить с системой питания человека. Вначале топливо необходимо приобрести, затем «покормить» им автомобиль. Топливо направляется по «пищеводу» (то есть по топливным шлангам) в двигатель, а отходы в виде отработавших газов выводятся в выхлопную трубу.

Основные задачи системы питания двигателя внутреннего сгорания можно сформулировать следующим образом:

- хранение топлива;

- очистка и подача топлива;

- очистка воздуха, предназначенного для подготовки горючей смеси;

- приготовление горючей смеси;

- подача горючей смеси в цилиндры двигателя.

ОТРАБОТАВШИЕ ГАЗЫ

Отработавшие газы - смесь газов с примесью взвешенных частиц, образовавшихся в результате сгорания моторного топлива (проект федерального закона " Об обеспечении экологической безопасности автомобильного транспорта" ). В состав отработавших газов входят оксиды углерода, азота, серы, углеводороды, сажа и другие вещества. Количественный состав отработавших газов зависит от вида топлива.

Состав отработавших газов

В таблице 3.1. представлены состав выхлопных газов автомобилей с бензиновым и дизельными двигателями.

Таблица 3.1 - Состав автомобильных выхлопных газов

Компоненты выхлопного газа	Содержание по объему, %		Примечание
Компоненты выхлопного газа	Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели	Примечание
Азот	74, 0…77, 0	76, 0…78, 0	нетоксичен
Пары воды	3, 0…5, 5	0, 5…4, 0	нетоксичны
Кислород	0, 3…8, 0	2, 0…18, 0	нетоксичен
Диоксид углерода	5, 0…12, 0	1, 0…10, 0	нетоксичен
Оксид углерода	0, 1…10, 0	0, 01…5, 0	токсичен
Углеводороды неканцерогенные	0, 2…3, 0	0, 009… 0, 5	токсичны
Альдегиды	0…0, 2	0, 001…0, 009	токсичны
Сажа, г/м3	0…0, 04	0, 01…1, 1	токсична
Оксид серы	0…0, 002	0…0, 03	токсичен
Бензопирен, мг/м3	0, 01…0, 02	до 0, 01	канцероген

Как видно из таблицы 3.1. при работе дизельных двигателей выделяется меньше выхлопных газов. При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе – сажа [10].

Оксид углерода (CO – угарный газ). Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода – продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа). В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе.

Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0, 1 … 0, 2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей.

Оксиды азота (NO, NO₂, N₂O, N₂O₃, N₂O₅). Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NOx составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO₂).Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека NOx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.Закись азота (N₂O – гемиоксид, веселящий газ) – газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.NO₂ (диоксид) – бледно-желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе.Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее CO, а при учете вторичных превращений – в 40 раз.Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации NOx в воздухе в пределах 0, 5…6, 0 мг/м³. Азотная кислота вызывает сильную коррозию углеродистых сталей.На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Так, при повышении температуры от 2500 до 2700 К скорость реакции увеличивается в 2, 6 раза, а при уменьшении от 2500 до 2300 К – уменьшается в 8 раз, т.е. чем выше температура, тем выше концентрация NOx. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NOx. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота [11].

Углеводороды (CnHm – этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.) Углеводороды – органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных CH, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах. Наличие CH в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций.Не полностью сгоревшие CH, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. CH являются причиной многих хронических заболеваний.Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1, 5 мг/м³. Содержание CH в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода. При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, - возникают его частые пропуски.Выделение CH вызывается неполным сгоранием вблизи холодных стенок, если до конца сгорания остаются места с сильным локальным недостатком воздуха, недостаточным распыливанием топлива, при неудовлетворительном завихрении воздушного заряда и низких температурах (например, режим холостого хода).Углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где ограничен доступ кислорода, а также вблизи сравнительно холодных стенок камеры сгорания. Они играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру.Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические CH обладают отравляющими свойствами.Углеводороды (олефины) и оксиды азота при определенных метеорологических условиях активно способствуют образованию смога.

Смог. Смог (Smog, от smoke – дым и fog - туман) – ядовитый туман, образуемый в нижнем слое атмосферы, загрязненном вредными веществами от промышленных предприятий, выхлопными газами от автотранспорта и теплопроизводящих установок при неблагоприятных погодных условиях.Он представляет собой аэрозоль, состоящую из дыма, тумана, пыли, частичек сажи, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Возникает в атмосфере промышленных городов при определенных метеорологических условиях.Поступающие в атмосферу вредные газы вступают в реакцию между собой и образуют новые, в том числе и токсичные соединения. В атмосфере при этом происходят реакции фотосинтеза, окисления, восстановления, полимеризации, конденсации, катализа и т.д.В результате сложных фотохимических процессов, стимулируемых ультрафиолетовой радиацией Солнца, из оксидов азота, углеводородов, альдегидов и других веществ образуются фотооксиданты (окислители).Низкие концентрации NO₂ могут создать большое количество атомарного кислорода, который в свою очередь образует озон и вновь реагирует с веществами, загрязняющими атмосферный воздух. Наличие в атмосфере формальдегида, высших альдегидов и других углеводородных соединений также способствует вместе с озоном образованию новых перекисных соединений.Продукты диссоциации взаимодействуют с олефинами, образуя токсичные нитроперекисные соединения. При их концентрации более 0, 2 мг/м³ наступает конденсация водяных паров в виде мельчайших капелек тумана с токсичными свойствами. Их количество зависит от сезона года, времени суток и других факторов. В жаркую сухую погоду смог наблюдается в виде желтой пелены (цвет придает присутствующий в воздухе диоксид азота NO₂ – капельки желтой жидкости).

Смог вызывает раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, может вызвать головную боль, отеки, кровоизлияния, осложнения заболеваний дыхательных путей. Ухудшает видимость на дорогах, увеличивая тем самым количество дорожно-транспортных происшествий. Опасность смога для жизни человека велика. Так, например, лондонский смог 1952 г. называют катастрофой, так как за 4 дня от смога погибло около 4 тыс. человек. Наличие в атмосфере хлористых, азотных, сернистых соединений и капелек воды способствует образованию сильных токсичных соединений и паров кислот, что губительно сказывается на растениях, а также сооружениях, особенно на исторических памятниках, сложенных из известняка. Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входить 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 [12].

Выводы

Статистические данные показывают, что количество автомобилей в мире с каждым годом увеличивается, что в свою очередь приводит к увеличению выбросов вредных веществ в атмосферу. Особенно остро это ощущается в крупных городах.

Оксиды углерода, азота, серы, углеводороды, содержащиеся в составе отработавших газов негативно влияют на состоянии здоровья населения: повышается число людей страдающих респираторными заболеваниями. С каждым годом эти показатели только возрастают.

Проведя анализ основных направлений снижения токсичности отработавших газов можно сказать, что существенных положительных сдвигов в этом направлении можно добиться действуя по всем направлениям: законодательное регулирование должно подстегивать совершенствование экологических характеристик транспортных средств, также способствовать поиску эффективных альтернативных решений данного вопроса. На сегодняшний день все эти меры принимаются. С каждым годом совершенствуются нормативы ЕВРО, позволяющие существенно сократить количество вредных выбросов в атмосферу. В то же время предпринимаются попытки создания экологически чистых двигателей, работающих на альтернативных видах топлива, таких как биодизельное топливо, водород, электричество, пропан, метанол и этанол. Немалое значение для снижения количества вредных выбросов в атмосферу имеет рациональная организация движения автотранспорта. И, конечно же, важна роль совершенствования технических характеристик автомобиля, в частности, совершенствование системы питания.

Список литературы

1. Марков В.А., Яременко О.В. Твой друг - автомобиль. — М.: ДОСААФ СССР, 1988.— 367с.

2. Автомобиль в нашей жизни: Сб. нормат. актов / Сост. Н.Н.Горбунов, Н.Н.Расков.— М.: Юрид. лит., 1991.— 239с.

3. Трофименко Ю.В. Проблемы образования и размещения автотранспортных отходов // Экология и промышленность России.— 2002.— N9.— С.42.

4. Экология города: Учебное пособие для студентов вузов / В. В. Денисов и др./ Под ред. В. В. Денисова.— М. Ростов н/Д: МарТ, 2008.— 831 с.

5. Дудышев В.Д. Экологическая безопасность автомобильного транспорта // Экология и промышленность России.— 1997.— N5.— C.14-17.

6. Круглов С. М. Всё о легковом автомобиле: Справ. пособие / С. М. Круглов.— 3-е изд, стер. — М.: Высш. школа, 2002.— 539 с.

7. Системы управления дизельными двигателями./ BOSCH; пер. с нем. Ю. Г. Грудского, А. Г. Иванова.— Первое изд. — М.: За рулем, 2004.— 480 с.

8. Иванов Д.Н. Системы питания двигателей легкого жидкого и газового топлив / Д. Н. Иванов.— 2-е изд., доп. и перераб. — М.: Машгиз, 1955.— 239 с.

9. Ерохов В.И. Карбюраторы российских автомобилей. Устройство, эксплуатация, ремонт. / В. И. Ерохов.— М.: Астрель: АСТ: ВЗОИ, 2004.— 192 с.

10. Кульчицкий, А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению 651200 " Энергомашиностроение" специальности 101200 " Двигатели внутреннего сгорания"./ А. Р. Кульчицкий; Владимирский государственный университет (ВлГУ).— 2-е изд., испр. и доп. — М.: Академический проект, 2004.— 400с.

11. Толшин В.И. Способ оценки концентрации оксидов азота в отработавших газах судовых четырехтактных дизелей в условиях эксплуатации / В. И. Толшин, В. В. Якунчиков, Д. Б. Амбросов // Двигателестроение.— 2004.— N 1.— С. 25 - 27

12. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания.— 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1981.— 160с.

13. Коробова Н.Л. Экологический мониторинг NO[2] выхлопов автотранспорта с помощью лесопосадок городов Южного Урала / Н.Л.Коробова // Инженерная экология.— 2003.— N6.— С.30-35

14. Марков В.А. Токсичность отработавших газов дизелей / В. А. Марков, Р. М. Баширов, И. И. Габитов.— 2-е изд., доп. и перераб. — Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.— 376 с.

15. ГОСТ Р 52033-2003. Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния

16. ГОСТ Р 17.2.02.06-1999. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей.

17. ГОСТ Р 52160-2003. Автотранспортные средства, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния.

18. Новиков Л.А. Современные и перспективные технологии для организации малотоксичной работы двигателей / Л. А. Новиков // Двигателестроение.— 2005.— N 4.— С. 8-15.

19. Леонов В.Е. Пути повышения экологической безопасности автотранспорта // Безопасность жизнедеятельности.— 2002.— Ш2.— С.16-18.

20. Миронов И.И. Современная концепция обеспечения экологической безопасности транспортного комплекса / И.И.Миронов, А.И.Мазур, А.И.Симонова // Экологические системы и приборы.— 2003.— N1.— C.38-44.

21. Новиков Л.А. Современные и перспективные технологии для организации малотоксичной работы двигателей / Л. А. Новиков // Двигателестроение.— 2005.— N 4.— С. 8-15

22. Янкевич Н.С. Снижение содержания вредных примесей в отработавших газах ДВС / Н. С. Янкевич, А. С. Климук, Л. С. Кравчук // Двигателестроение.— 2006.— N 1.— С. 35-37.

23. Марков В.А. Зависимость показателей дизеля от конструкции распылителя форсунки / В. А. Марков, С. Н. Девянин, В. И. Мальчук // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение.— 2005.— N 1.— С. 73-94

24. Жегалин О.И. Снижение токсичности автомобильных двигателей.— М.: Транспорт, 1985.— 120с.

25. Колесник В.В. Математическое моделирование процесса обезвреживания выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания / Колесник В. В., Орлик В. Н. // Экотехнологии и ресурсосбережение.— 2005.— N 1.— С. 76-80.

26. Очистка газов - безальтернативное решение для достижения перспективных норм вредных выбросов дизелей / материал подгот. Г. В. Мельник // Двигателестроение.— 2010.— N 3.— С. 45-53.

27. Марков В.А. Управление рециркуляцией отработавших газов в транспортных дизелях // Вестник МГТУ.Сер.Машиностроение.— 2002.

28. Медведев Ю.С. Принципы работы каталитического нейтрализатора отработавших газов / Кубанский гос. аграрный ун-т, Ю.С.Медведев // ЭКиП: Экология и промышленность России.— 2003.— N4.— С.11-12.