КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема

«Методы снижения вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду»

Содержание

Введение

1. Мониторинг атмосферного воздуха в местах скопления автотранспорта

2. Совершенствование двигателя внутреннего сгорания

3. Повышение качества автомобильных бензинов

4. Нейтрализаторы

5. Дизельное топливо

6. Автомобили на газе

7. Водород – автомобильное топливо XXI в

8. Электромобиль

9. Альтернативные виды топлива

10. Организация автомобильного движения в городах с целью улучшения экологической обстановки

11. Гаражи для личных автомобилей

12. Борьба с обледенением дорог

13. Автоматизированные системы управления городским транспортом

Использованная литература

Введение

В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автомобильного транспорта существенно обострились проблемы воздействия его на окружающую среду.

Автомобили сжигают огромное количество нефтепродуктов, нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом атмосфере. Поскольку основная масса автомобилей сконцентрирована в крупных городах, воздух этих городов не только обедняется кислородом, но и загрязняется вредными компонентами отработавших газов.

С каждым годом количество автотранспорта растет, а, следовательно, растет содержание в атмосферном воздухе вредных веществ. Постоянный рост количества автомобилей оказывает определенное отрицательное влияние на окружающую среду и здоровье человека.

Основными источниками загрязнения воздушного бассейна при эксплуатации автотранспорта являются двигатели внутреннего сгорания, которые выбрасывают в атмосферу отработавшие газы и топливные испарения. В отработавших газах обнаружено около 280 компонентов продуктов полного неполного сгорания нефтяных топлив, а также неорганические соединения тех или иных веществ присутствующих в топливе.

1. Мониторинг атмосферного воздуха в местах скопления автотранспорта

В 2000 г. руководство Москомприроды решило организовать мониторинг атмосферного воздуха в местах наибольшего скопления автотранспорта. Для этого в городе было создано 50 постов непрерывного контроля (10 стационарных и 40 мобильных). Все они оборудованы американской техникой. Приборы представляют собой небольшие ящики, которые были размещены на столбах на Таганской площади, Садовом кольце в районе Сухаревской площади, на проспекте Мира, в районе Рижского вокзала, а также установлены на автотранспорте. Анализ отобранных проб воздуха позволит разработать профилактические мероприятия.

В 2001 г. в некоторых районах Москвы появились автоматы, отслеживающие уровень загрязнения воздуха. Особое внимание уделяется району третьего транспортного кольца. Здесь работают автоматические анализаторы – специальные системы, определяющие уровень примесей в воздухе, и в первую очередь выхлопных газов.

В целях реализации статьи 15 Федерального закона «Об охране атмосферного воздуха» правительство РФ приняло распоряжение № 641-р от 7 мая 2001 г., в котором предусмотрено:

• определить, что сертификаты, подтверждающие соответствие содержания вредных (загрязненных) веществ в выбросах технических, технологических установок, двигателей, транспортных и иных передвижных средств и установок техническим нормативам выбросов, а также сертификаты, подтверждающие соответствие топлива нормам и требованиям охраны атмосферного воздуха, выдаются в порядке, предусмотренном законодательством Российской Федерации о сертификации;

• Госстандарту России по предоставлению МПР России, согласованному с заинтересованными федеральными органами исполнительной власти, вносить в номенклатуру продукции и услуг (работ), обязательная сертификация которых предусмотрена законодательными актами Российской Федерации, дополнения, устанавливающие требования по соответствию содержания вредных (загрязненных) веществ в выбросах технических, технологических установок, двигателей, транспортных или иных передвижных средств и установок техническим нормативам выбросов, а также требования по соответствию топлива нормам и требованиям охраны атмосферного воздуха.

2. Совершенствование двигателя внутреннего сгорания

В последние годы все крупные автомобильные компании мира заняты разработкой экологически безопасных автомобильных двигателей. Постоянно совершенствуя действующие моторы, они предпринимают шаги к созданию новых, с наиболее полным сгоранием топлива. Результаты этой работы налицо. Автомобили ведущих фирм Европы и США выбрасывают в атмосферу в 10-16 раз меньше вредных веществ, чем в 80-х гг. В значительной степени этому способствовали такие нововведения, как двигатели, работающие на переобедненных смесях, многоклапанные системы перераспределения, впрыск топлива вместо карбюраторного смесеобразования, электронное зажигание. При запуске холодного двигателя в современных карбюраторах используются автоматы пуска и прогрева. На режимах торможения двигателя 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 корреляции 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 распада свечи повышает надежность воспламенения смеси, особенно на режимах холостого хода.

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

Автомобиль можно сделать экологически более чистым, применяя электронные системы управления, оптимизирующие работу двигателя, тормозов и других систем. В Германии поставлена задача сократить средний расход автомобильного топлива с 9 до 5 л на 100 км пробега.

В 2008 г. на Заволжском моторном заводе разработано новое семейство новых двигателей для легковых и малотоннажных грузовых машин. Базовый ЗМЗ-406.10 успешно прошел государственные приемочные испытания на автомобиле ГАЗ-3102 «Волга» и показал хороший результат по сравнению со своими предшественниками: на 100 км пробега он экономит 2 л бензина, а снижение токсичности выхлопов составляет по окиси углерода – 40%, а по углеводородам + окислам азота – 25%. Новые моторы имеют 4 клапана на цилиндр, микропроцессорную систему управления впрыском и зажиганием. Всемирно известные фирмы «Рикардо» (Великобритания) и АВЛ (Австрия) провели экспертизу двигателя и подтвердили соответствие его конструкции современным мировым стандартам. Завод выпускает 4- и 8-цилиндровые автомобильные моторы.

В ближайшие 5–10 лет рынок новых машин должны завоевать модели с двигателем прямого впрыска топлива, который обеспечивает расход топлива на уровне дизельных двигателей и скоростные характеристики спортивных машин на бензиновом ходу. Компания «Мицубиси моторс» выпускает машины с двигателями нового класса. Однорядный, 4-цилиндровый двигатель с рабочим объемом 1,8 л, не имеющий камеры предварительного смешения, отличается от аналогов с предкамерным впрыском вдвое большей степенью сжатия (20:1), способен работать при соотношении в смеси 40:1, более стабилен на малых оборотах. Благодаря этому на 25% повышается экономия топлива в городских условиях, на 8% снижается потребление топлива при движении со скоростью свыше 120 км/ч по сравнению с обычными бензиновыми двигателями и на 85% увеличивается мощность по сравнению с дизельными аналогами.

В 2007 г. состоялась презентация автомобиля «Мерседес-Бенц» особого малого класса, получившего индекс «А». В этом же году начался его промышленный выпуск. Потребителям предложены два новых бензиновых двигателя мощностью 60-75 кВт, а также два турбодизельных мотора – 44 и 66 кВт. Расход топлива составит от 4 до 7 л на 100 км пробега.

Одна из ярких новинок автомобильного салона 2007 г. во Франкфурте (Германия) – экспериментальная модель «А2-2» фирмы «Ауди». Этот полностью алюминиевый автомобиль с 3-цилиндро-вым двигателем может стать основой для создания суперэкономичной четырехместной машины (предварительно названной А-2») с рекордно низким потреблением бензина. Расход бензина для «А-2» составляет 3 л на 100 км пути, его максимальную экономию обеспечивает турбодизельный двигатель с прямым впрыском топлива.

В 2000 г. инженеры французской группы РSI, в которую входят «Пежо» и «Ситроен», сконструировали на базе серийного 2-литрового бензинового двигателя мотор НР1, который ил 20% экономичнее конвейерного аналога. Достигаются такие показатели благодаря устойчивой работе мотора на сверхбедной смеси (до 30:1), строгой дозировке ее компонентов (давление воздуха достигает 100 бар против традиционных 35 бар) и организации вихревого «антициклического» (по часовой стрелке) движения смеси в камере сгорания, обеспечивающей послойное ее сгорание. Главное достоинство двигателя – экологичность. Как видно из табл. 1, содержание в выхлопных газах наиболее минимально.

В мировом моторостроении доминируют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Но ведутся достаточно активные поиски альтернативных решений. Одно из наиболее оригинальных – двигатель внешнего сгорания, или так называемый двигатель Стирлинга. Не вдаваясь в технические подробности, скажем, что работает такой мотор почти бесшумно и практически на любом топливе. Токсичность отработавших газов очень низкая, да и расход топлива примерно равен расходу дизеля с непосредственным впрыском. Однако для получения хотя бы средних значений удельной мощности требуются очень высокие рабочие температуры, и как следствие – дорогие жаропрочные материалы. Конструкция двигателей Стирлинга весьма замысловата, для них нужна сложная аппаратура управления. Все это делает такие моторы весьма дорогими как в производстве, так и в эксплуатации.

Таблица 1 Токсичность выхлопа НР1 при движении по смешанному циклу, г/кг

Российские ученые создали принципиально новую технологию работы автомобильного поршневого двигателя, не имеющего аналогов в мире. В основу разработки положено открытое группой ученых во главе с членом-корреспондентом РАН Ю. Васильевым и профессором Ю. Свиридовым явление так называемого С-процесса – молекулярного смесеобразовании со 100%-ным испарением бензина. В двигатель поступает сухая безвоздушная газовая смесь (бензогаз), которая сгорает полностью и быстро. Выхлоп такого двигателя экологически чист. В результате отпадает необходимость в дорогостоящих технологиях, связанных с нейтрализацией выхлопов. С-процесс с гомогенным горением может быть внедрен на серийных отечественных двигателях.

3. Повышение качества автомобильных бензинов

В настоящее время большое значение для улучшения экологической обстановки имеет запрещение в качестве автомобильного топлива этилированного бензина.

В большинстве северных стран континента он практически уже не используется. Кроме того, все новые автомобили оборудованы специальным катализатором и могут заправляться только неэтилированным топливом. Такие же катализаторы устанавливаются и на более старые транспортные средства.

Европейский Союз потребовал от всех стран ЕС к 2000 г. полностью прекратить использование свинца при производстве автомобильного горючего. В крайнем случае срок может быть продлен до 2002 г.

Прекращено производство этилированного бензина на нефтеперерабатывающем предприятии Москвы, расположенном в Капотне. Подобные меры приняты и на других предприятиях России.

В настоящее время производители автозаправочных средств разработали специальные добавки к бензину, не содержащие свинца, но не снижающие эффективность топлива. Так, российские ученые совместно с коллегами из нидерландской транснациональной компании Ай-Си-Ди создали фетерол – высокооктановую добавку к бензину, делающую его экологически почти безвредным, полностью соответствующим зарубежным и отечественным санитарным нормам. Производство такого бензина освоено на ряде российских заводов. Имеется реальная возможность изготавливать до 300 тыс. т фетерола ежегодно и производить на его основе 2–2,5 млн т экологически чистых бензинов.

АО «Омский каучук» наладило крупнейшее в России производство метилтретичнобутилового эфира (МТБЭ) – добавки к бензинам, улучшающей их качество и экологическую чистоту.

В качестве кислородсодержащих добавок можно использовать различные спирты, например МТБЭ, полученный из метилового спирта и изомера бутилена. В США 80% кислородсодержащих добавок приходится именно на МТБЭ, 20% – на этиловый спирт. Его применение снижает содержание в автомобильных выхлопах угарного газа на 10-20%, несгоревших углеводородов – на 5-10% и вредных летучих соединений – на 13-17%. Автолюбителей МТБЭ может привлечь прежде всего своим высоким октановым числом – 110 единиц.

В России МТБЭ производят в Нижнем Новгороде, городе Чайковском, а также и городе Тольятти, где выпускается смесь М'ГБЭ и бутилового спирта.

В 2006 г. начались поставки на автозаправочные станции новой марки бензина «Евросупер-95» с Новоуфимского нефтеперерабатывающего завода. От других марок бензина он отличается не только высоким октановым числом, но и предельно малым содержанием вредных сероводородных соединений. «Евросупер-95» вырабатывается по современным высоким технологиям без тетраэтилсвинца и других вредных для окружающей среды и человека добавок.

В научно-инженерном центре «Цеосит» Сибирского отделения РАН разработана установка для получения высокооктанового бензина из углеродного сырья различного происхождения. С помощью специального катализатора на этой установке осуществляется высокоэффективная технология получения чистых высокооктановых фракций без каких-либо добавок. Сырьем служат попутный газ и газовый конденсат, образующийся при добыче нефти, и другие углеводородные соединения.

Новые технологии открывают все новые возможности. Сооруженная на Западно-сибирском металлургическом комбинате экспериментальная установка превращения в высокооктановый бензин доменных и коксовых газов, десятилетиями выбрасываемых в атмосферу. Более того, оказалось возможным превращать в бензин компоненты газов, сжигаемых на ТЭЦ, на заводах синтетического каучука, не говоря уже о топливных газах нефтеперерабатывающих заводов.