Основные направления повышения экологической безопасности автомобилей

Содержание.

 

Содержание……………………………………………………………………………2

 

Введение........................................................................................................................3

 

1. Влияние автомобильного транспорта на человека и окружающую среду...............................................................................................................................4

1.1. Основные загрязняющие вещества от выхлопов газа автомобильного транспорта......................................................................................................................4

1.2 Шум и вибрации......................................................................................................7

1.3 Выделение тепла…………………………………………………………………10

1.4 Электромагнитные излучения…………………………………………………..10

1.5 Загрязнение окружающей  среды при изготовлении и утилизации  шин…….11

1.6 Загрязнение окружающей  среды при изготовлении горючих  веществ……...14

2.Основные направления повышения экологической безопасности автомобилей………………………………………………………………………….16

2.1 Совершенствование ДВС.....................................................................................17

2.2 Применение альтернативных топлив..................................................................22

2.3 Автомобили с комбинированной (гибридной) энергетической установкой (КЭУ)............................................................................................................................28

2.4 Совершенствование электромобиля....................................................................31

 

Заключение…………………………………………………………………………..35

 

Список литературы.....................................................................................................37

 

 

Введение.

На современном этапе  развития экономики автомобильный  транспорт в большинстве развитых стран играет важнейшую роль в  обеспечении экономического роста  и социального развития государства. В то же время развитие автомобильного транспорта сталкивается с проблемами, требующими комплексного решения на государственном уровне. Так, экологические  проблемы, связанные с использованием транспортных средств, актуальны для  всех стран мира.

Целью данной работы является изучение влияния автомобильного транспорта на окружающую среду и определение  основных направлений по повышению  его экологической безопасности.

Начало второй половины XX столетия ознаменовалось интенсивным процессом автомобилизации общества. Развитие автомобильного транспорта предопределило две четко выраженные и противоречивые тенденции. С одной стороны, достигнутый уровень автомобилизации, отражая технико-экономический потенциал развития общества, способствовал удовлетворению социальных потребностей населения, а с другой – обусловил увеличение масштаба негативного воздействия на общество и окружающую среду, приводя к нарушению экологического равновесия на уровне биосферных процессов. К концу века возникла и повсеместно проявила себя, накрепко обосновавшись, новая угроза жизненно важным интересам личности, общества, государства – реальная экологическая опасность для жизнедеятельности, связанная с достигшим гигантских масштабов уровнем автомобилизации.

 

 

 

• Загрязнение воздуха выхлопами газа автомобильного транспорта;

• Шум, вибрация;
• Выделение тепла (рассеяние энергии);
• Электромагнитное излучение;
• Загрязнение окружающей среды при изготовлении и утилизации шин и покрышек;
• Загрязнение окружающей среды при изготовлении горючих веществ.

 

Рассмотрим основные направления  по повышению экологичности автомобильного транспорта.

Актуальность данной темы обусловлена возрастающим количеством  автомобильного транспорта и решением проблемы его воздействия на качество городской среды и здоровье населения.

Изучение негативных последствий  развития автотранспортного комплекса  позволяет определить два пути воздействия  автомобильного транспорта на природную  среду с учетом его недостаточно высокого уровня эколого-технологического совершенства. Во-первых, автотранспорт потребляет значительное количество природных материалов и сырья и, прежде всего, невозобновляемых и дефицитных энергоносителей, таких, например, как нефть, а во-вторых – загрязняет окружающую среду. В данной работе рассмотрим наиболее значимые факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду:

 

 

1. Влияние автомобильного транспорта на человека и окружающую среду.

 

1.1. Основные загрязняющие вещества  от выхлопов газа автомобильного  транспорта.

Вследствие, загрязнения  среды обитания вредными веществами, отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, зоной экологического бедствия для населения становятся целые регионы, в особенности крупные города. Проблема дальнейшего снижения вредных выбросов двигателей все более обостряется ввиду непрерывного увеличения парка эксплуатируемых автотранспортных средств, уплотнения автотранспортных потоков, нестабильности показателей самих мероприятий по снижению образования вредных веществ в процессе эксплуатации.

1. Влияние автомобильного транспорта на человека и окружающую среду.

1.1. Основные загрязняющие вещества  от выхлопов газа автомобильного  транспорта.

Вследствие, загрязнения  среды обитания вредными веществами, отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, зоной экологического бедствия для населения становятся целые регионы, в особенности крупные города. Проблема дальнейшего снижения вредных выбросов двигателей все более обостряется ввиду непрерывного увеличения парка эксплуатируемых автотранспортных средств, уплотнения автотранспортных потоков, нестабильности показателей самих мероприятий по снижению образования вредных веществ в процессе эксплуатации.

Принцип работы автомобильных  двигателей основан на превращении химической энергии жидких и газообразных топлив нефтяного происхождения в тепловую, а затем – в механическую энергию. Жидкие топлива в основном состоят из углеводородов, газообразные, наряду с углеводородами, содержат негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные (водяной пар, углекислый газ) и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся окись углерода СО, углеводороды C_mH_n, окиси азота (NO и NO₂) обычно обозначаемыеNO_X.

Кроме перечисленных веществ, вредное воздействие на организм человека оказывают выделяемые при работе двигателей соединения свинца, канцерогенные вещества, сажа и альдегиды. В таблице 1 приведено содержание основных токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей.

 

 

Таблица 1.

Содержание основных токсичных  веществ в отработавших газах  бензиновых двигателей

Токсичные вещества	Содержание
Окись углерода %	до 10,0
Углеводороды, %	до 3,0
Окиси азота %	до 0,5
Альдегиды %	0,03
Сажа г/м3	до 0,04
Бензапирен мкг / м	до 20
Двуокись серы %	0,008

 

Основным токсичным компонентом  отработавших газов, выделяющихся при  работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при  неполном окислении углерода топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях.

Основным источником токсичных  веществ, выделяющихся при работе дизельных  двигателей, являются отработавшие газы. Картерные газы дизеля содержат значительно  меньшее количество углеводородов  по сравнению с бензиновым двигателем в связи с тем, что в дизеле сжимается чистый воздух, а прорвавшиеся в процессе расширения газы содержат небольшое количество углеводородных соединений, являющихся источником загрязнений атмосферы.

Примерное содержание токсичных  компонентов в отработавших газах дизеля приведено в таблице 2.

 

 

Таблица 2.

Содержание токсичных  компонентов в отработавших газах дизеля

Токсичные вещества	Содержание
Окись углерода %	0,2
Углеводороды, %	0,01
Окиси азота %	0,25
Альдегиды %	0,002
Сажа г/м3	0,01 - 1,1
Бензапирен мкг / м	до 10
Двуокись серы %	0,03

 

Загрязнение воздуха автомобильным  транспортом происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии производства, способа сжигания в двигателе и его технического состояния. Один автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая при этом с отработанными газами примерно 800 кг угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеродов.

В европейских странах  приняты строгие нормы токсичности  выхлопа автомобилей. Нормы для  развитых европейских стран приведены  в таблице 3.

 

 

 

 

 

Таблица 3

Нормы токсичности выхлопа  автомобилей для развитых европейских  стран.

Наименования стандартов	Год введения	Содержание в выхлопе, г/квт*ч
		NOx	CO	Cх Hу	Твердые частицы
Евро – 0	1988	14,4	11,2	2,5
Евро – 1	1993	8,0	4,5	1,1	0,36
Евро – 2	1996	7,0	4,0	1,1	0,15
Евро – 3	1999	5,0	2,0	0,6	0,10
Евро – 4	2005	3,5	1,5	-	0,02
Евро – 5	2008	2,0	1,5	-	0,02

1.2. Шум и вибрация.

Наиболее сильно влияет на психологическое состояние человека шумовое

воздействие. Шум – всякие нежелательные, неприятные звуковые колебания,

беспорядочно изменяющиеся во времени. Звуковые колебания – акустические

колебания, лежащие в диапазоне  частот от 16Гц до 22кГц.

Различают четыре вида воздействия  шума:

1.  раздражающее воздействие (шумовые всплески, переменное акустическое

воздействие в сочетании  с шумом постоянного уровня и  громкие звуки);

2.  снижение самообладания (предъявление жалоб и претензий к объектам и

субъектам повышенных шумовых  воздействий);

3.  воздействие шума на характер принимаемых решений, что важно, например,

для водителя при быстрой  смене обстановки в городских  условиях движения;

4.   воздействие шума на внимание в процессе длительной работы с учетом

наличия корреляции уровня шума с вероятностью совершения ДТП.

 

Установлено, что интенсивность  шума  (в дБА) составляет от:

Легкового автомобиля – 70-80

Автобуса                       -  80-85

Грузового автомобиля – 80-90

Мотоцикла                   - 90-95

Автомобильные средства по интенсивности шума различаются  довольно резко. К самым шумным относятся грузовые автомобили с дизельным двигателем (90-95дБА), к самым «тихим» – легковые автомобили высоких классов (65-70 дБА). Источником шума на автомобиле являются двигатель, коробка передач, ведущий

мост, вентилятор, выхлопная  труба, всасывающий трубопровод, шины. При скорости движения до 70-80 км/ч под нагрузкой основным источником шума на автомобиле оказывается двигатель. За пределами указанных скоростей главный шум производят шины. Когда нагрузка сбрасывается, наиболее интенсивный шум вызывается также шинами.

Таким образом, транспортные средства являются источниками прежде всего внешних шумов, беспокоящих всех людей, находящихся в пределах их (шумов) досягаемости. Уже много лет осуществляется нормирование транспортных шумов. Выработаны международные нормы, определяющие уровни шума, производимые автомобильными транспортными средствами. Максимально допустимые уровни шума составляют: для легковых автомобилей – 80дБА, автобусов и грузовых автомобилей в зависимости от массы и вместимости соответственно от 81 до 85 и от 81 до 88 дБА. В условиях акустического дискомфорта по уровню автотранспортного шума проживает не менее 12,5 млн. городских жителей РФ.

Другим источником транспортного  дискомфорта (для водителя и пассажиров) являются колебания и вибрации, возникающие в процессе движения автомобиля. Они рассматриваются в рамках группового свойства - плавности хода. При движении автомобиля возникают колебания, обусловленные неуравновешенными силовыми воздействиями в узлах и агрегатах автомобиля, а также внешним переменным воздействием от неровностей дорожного покрытия. Эти колебания передаются на кузов автомобиля и через дорожное покрытие и грунт – на элементы придорожного пространства.

Воздействие вибраций можно  рассматривать по аналогии с шумом в двух аспектах: воздействие на водителя и пассажиров автомобиля и воздействие на окружающие объекты. По способу передачи на человека различают общую и локальную вибрации. Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека и вызывает сотрясение всего организма; локальная вибрация передается через руки человека. Водитель автомобиля одновременно подвергается воздействию общей и локальной вибрации, а пассажир и пешеход, находящийся рядом с проезжей частью, - общей. Оценка плавности хода связана с наличием частотной и амплитудной чувствительности различных органов человека, особенно при экстремальных ускорениях во время движения автомобиля.

Нормы общей вибрации установлены  в октавных диапазонах со среднегеометрическими частотами 2; 4; 8; 16; 31,5; 63 Гц, а локальной вибрации - 16; 32;63; 125; 250; 500; 1000 Гц. В автомобиле вибрации низкой частоты возникают при взаимодействии колес с дорогой, и параметры колебаний являются случайными. Уровень вибрации в основном определяется скоростью движения, ровностью дорожного покрытия, конструктивными особенностями подвески автомобиля и его техническим состоянием. Колебания автомобиля по всем параметрам близки к параметрам колебаний отдельных органов человека, поэтому вибрация оказывает отрицательное влияние на те органы человека, частоты колебаний которых совпадают с частотой вибрации автомобиля.

При проектировании подвески автомобиля стараются обеспечить такую плавность

хода, при которой уровни вибрации не превышают порога снижения комфортности или порога производительности труда, а частота колебаний кузова находится в диапазоне 1,5... 2,5 Гц.

Наименьший уровень вибрации, источником которой является взаимодействие колес с дорогой, наблюдается при размещении водителя и пассажиров внутри автомобиля на площади, ограниченной колесной базой. Такое размещение принято практически для всех легковых автомобилей. Для водителей грузовых автомобилей с компоновкой кабины над двигателем и автобусов вагонного типа необходимо применение сиденья с подрессориванием.

Вибрации, возникающие при  движении автомобиля, не только воздействуют на водителя и пассажиров, но и передаются через дорожное покрытие в окружающее пространство. Исследования показывают, что они могут превышать допустимый для человека уровень на удалении от проезжей части до 10м. Для предотвращения воздействия вибрации на организм человека применяются различные виброгасительные и демпфирующие устройства (амортизаторы, демпферы, рессоры, пружины и т.д.).

1.3. Выделение тепла.

В промышленных центрах и  крупных городах атмосфера подвергается тепловому загрязнению в связи  с тем, что в атмосферу поступают  вещества с более высокой температурой, чем окружающий воздух,  из труб промышленных предприятий, выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания.

1.4. Электромагнитное излучение.

Природа электромагнитного  излучения связана с вихревыми  электрическими и магнитными полями. Их общее поле условились называть электромагнитным. Электромагнитное поле проявляется в работе всех электротехнических приборов и установок.

Основной источник электромагнитных излучений — система зажигания автомобиля и, в первую очередь, свечи, распределитель, высоковольтные провода. Приборы системы зажигания и электрооборудование автомобилей являются первичными излучателями электромагнитных волн, а элементы кузова, детали моторного отсека, капот, крылья, решетка радиатора - вторичными. Автомобиль является маломощным источником электромагнитного излучения, однако проблема электромагнитного излучения существует, она стала более актуальной в условиях быстрого развития транспорта, в том числе электромобилей. Электромагнитные поля с высокой плотностью энергии оказывают вредное воздействие непосредственно на организм человека. Вредное

воздействие электромагнитных излучений на человека связано с  переносом их энергии. Степень воздействия определяется количеством энергии электромагнитных излучений в зависимости от частоты или длины волны.

1.5. Загрязнение окружающей среды при изготовлении и утилизации шин и покрышек.

Выделяющиеся из автомобильных шин химические вещества,  твердые продукты истирания протектора негативно влияют на окружающую среду, здоровье людей. Высокая экологическая опасность шин обусловлена, с одной стороны, токсическими свойствами применяемых при их изготовлении материалов и содержащихся в них примесей,  а с другой стороны -  свойствами более ста видов химических веществ, выделяющихся в воздушную и водную    среды    при    эксплуатации,   обслуживании,  ремонте  и  хранении   шин.

          В табл. 3.  дан перечень основных  групп таких веществ,  причем  каждая группа содержит более десяти различных соединений,  включая их изомеры и производные.  В числе химических веществ,  выделяющихся из шинных резин    продукты деструкции каучуков и    токсичные    химические соединения.                  

Таблица 3.  

Токсичные соединения, образующиеся при эксплуатации шин                                                    

Наименование группы  опасности	Число  веществ	Класс
Бензапирены	14-15	1-3
Нитроамины	3-4	1-3
Аминыалифатические и ароматические	5-8	2-3
Углеводородыалкилароматические	20-25	2-3
Углеводороды  серосодержащие	5-8	2-3
Углеводородыгалогенсодержащие	3-5	2-3
Фенолы	1-3	2
Альдегидыи кетоныалифатические	10-15	2-4
Спиртыи кислотыалифатические	3-6	2-4
Эфиры алкилароматические	3-6	2-4
Олигомеры	1-3	2-4
Углеводородыциклоалифатические	15-20	3-4
Углеводородыалифатические насыщенные	25-30	4
Другие соединения	5-10	2-4

 

углеводороды -  бензол,  ксилол,  стирол,  толуол;  канцерогены -  алифатические амины;

канцерогены - сероуглерод, формальдегид, фенолы; диоксиды серы и  азота, углеводороды неароматического ряда аналогичные  углеводородам,  содержащимся в выхлопных газах двигателя как продукты неполного сгорания топлива. 

Токсические свойства проявляют все перечисленные химические соединения,  которые входят в список приоритетных токсикантов, утвержденный Международной организацией по исследованию рака (IARC).                  

           Как показывают результаты химического  анализа вклад шин в выделение  полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) даже более значителен (55-60%), чем выхлопных газов. ПАУ не отличаются высокой летучестью или растворимостью в воде, но их миграции в окружающую среду способствует воздействие повышенных температур, возникающих в материалах шины  при  эксплуатации.  Кроме того,  ПАУ способны взаимодействовать с другими выделяющимися веществами с образованием нитро-ПАУ,  хлор-ПАУ (диоксины),  гидро-ПАУ.  

Шинная пыль,  образующаяся при износе протектора,  при попадании  в легкие вызывает аллергические реакции,  бронхиальную астму,  а при контакте со слизистой оболочкой и кожным покровом - конъюнктивит, ринит, крапивницу

Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются источником длительного загрязнения окружающей среды:

• шины не подвергаются биологическому разложению;

• они огнеопасны и в  случае возгорания,  погасить их достаточно трудно,  а при

горении    в воздух выбрасываются вредные продукты сгорания и в том числе

канцерогены;

• при складировании они  служат идеальным местом для размножения  грызунов и

кровососущих       насекомых, переносчиков инфекционных заболеваний.

• утилизация    отработавших  шин  одна    из    самых    наболевших   экологических проблем нашего времени.  При сжигании шин образуется широкая гамма токсичных соединений, представленная в табл. 3., кроме того образуются такие вредны вещества, как монооксид и диоксид углерода, окислысерыи  азота, сажа и др.  

           Выброшенные на свалку или  закопанные шины разлагаются  в естественных условиях не менее ста лет. Контакт шин с дождевыми осадками и грунтовыми водами приводит к вымыванию целого ряда токсичных органических соединений: дифениламина, дибутилфталата, фенантрена и прочих канцерогенных соединений.  Из многомиллионного количества изношенных шин только 23% шин находят применение  при сжигании с целью получения энергии, механическом и криогенном измельчении, пиролизе и  т. д.,  остальные 77%  никак не утилизируется,  ввиду отсутствия рентабельного способа утилизации.  Изношенные шины образуются и накапливаются в автохозяйствах,

промышленных предприятиях,  предприятиях шиномонтажа и автосервиса,  а также в частном секторе.  Во многих индустриальных странах имеются методы и программы,  нацеленные на поддержку сбора и переработки отработанных покрышек. В большинстве случаев оплачивается сам факт утилизации автомобильных шин из расчёта 50 – 400 € за тонну. В нашей стране такая практика не нашла распространения и проблема утилизации изношенных шин в России усугубляется отсутствием организованного их сбора.

         Отработавшая шина представляет  собой ценное вторичное сырье,  содержащее резину, технический  углерод и высококачественный  металл.  Экономически эффективная  переработка автомобильных шин позволит не только решить экологические проблемы,  но и обеспечить высокую рентабельность перерабатывающих производств.

1.6. Загрязнение окружающей среды при изготовлении горючих веществ.

При переработке нефти  в атмосферу поступают углеводороды, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота. 
При производстве образуется значительное количество сточных вод, насыщенных нефтепродуктами, различными взвешенными веществами, сульфатами, сульфидами, хлоридами, щелочами, едким натром, фенолами, сернокислым аммонием (в ряде процессов). Накопленный в результате очистки стоков нефтешлам, а также нефтешлам от других технологических процессов является весомым загрязнителем почвенного покрова.

Размещение предприятий нефтеперерабатывающей  промышленности, которая является одним  из крупнейших водопотребителей, вблизи водоемов или на территории крупных городов создает опасность для водных объектов и оказывает отрицательное воздействие на экологическую обстановку городов, что требует принятия дополнительных природоохранных мер. Многие нефтеперерабатывающие заводы содержат на своем балансе сооружения, используемые для очистки не только промышленных, но и коммунальных сточных вод, вследствие чего на предприятиях скапливается в больших объемах биологически активный ил, процесс утилизации которого является природоохранной проблемой отрасли.

Основными загрязняющими веществами, выбрасываемы в воздух, являются углеводороды и летучие органические соединения, диоксид серы, оксид углерода и  оксиды азота. Среди других проблем  можно выделить образование большого кол-ва отходов производства (кислые гудроны, стоки синтетических жирных кислот, сернистощелочные стоки, отработанные отбеливающие земли)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основные направления  повышения экологической безопасности  автомобилей.

 

Транспорт - важное условие  функционирования общественного производства и жизни людей. Пассажиропотоки  в городах растут быстрее, чем  население городов. Большую долю всего объема транспортных перевозок  выполняет промышленный транспорт, в составе которого 30-35% перевозок  совершают железные дороги, около 60 % автомобили, а остающиеся 5-10% - трубопроводы, транспортеры, речной и морской флот.

Автомобиль в настоящее  время стал, чуть ли не основным средством  транспорта для подавляющего большинства  человечества. Но он же, к сожалению, и главный глобальный загрязнитель окружающей среды.

Специальные правительственные  органы многих промышленно развитых стран проводят всестороннее изучение экологических и других проблем и формулирует систему норм, ограничений, требований и стимулов к производителям и потребителям продукции. Это делается с целью минимизации негативного воздействия на природу.