Характеристика викидів

Всього у відпрацьованих газах виявлено близько 280 компонентів. За своїм

хімічними властивостями, характером впливу на організм людини речовини, що містяться у відпрацьованих картерних газах, підрозділяються на кілька груп. У групу нетоксичних речовин входять азот, кисень, водень, водяні пари, а також діоксид вуглецю. Групу токсичних речовин складають: оксид вуглецю СО, оксиди азоту NOх, численна група вуглеводнів СmНn, що включає парафіни, олефіни, ароматики та інші. Далі йдуть альдегіди, сажа. При згорянні сірчистих палив утворюються неорганічні гази - діоксиди сірки і сірководень.

Особливу групу складають канцерогенні поліциклічні вуглеводні (ПАВ), в тому числі - найбільш активний бенз (а) пірен, що є індикатором присутності канцерогенів у відпрацьованих газах.

Вплив окремих компонентів на організм людини вивчено досить повно.

Практично для кожного компонента встановлена ​​ГДК. Враховуючи все це, 594 необхідним є знаходження методів і способів, як зменшення токсичності, так і повної нейтралізації вихлопів двигунів внутрішнього згоряння.

Способи зменшення токсичності викидів ДВЗ

За довгий час існування проблеми автомобільних викидів і забруднення ними атмосферного повітря було розроблено безліч методів і способів, що дозволяють зменшити кількості вихлопів або знизити їх токсичність. В даний час розробляються і втілюються в життя заходи щодо зниження забруднення атмосфери викидами автомобільних двигунів, що включають в себе:

• Підвищення якостей виготовлення та удосконалення конструкцій

двигунів;

• Пошук нових видів палива, застосування різних присадок до нього;

• Розробка пристроїв, що знижують вміст шкідливих компонентів у

відпрацьованих газах;

1. Рідиннофазна нейтралізація вихлопів

2. термічне окислення

3. каталітична нейтралізація

• Створення енергосилових установок для автомобілів, що викидають меншу кількість шкідливих речовин.

Перший підхід базується на створенні нових конструкцій вже існуючих двигунів. Завдяки саме цьому підходу були створені сімейства форкамерних двигунів, що працюють на дизельному паливі. На жаль підхід виявився неефективним, оскільки при високих витратах на переобладнання, розробку і обслуговування удосконалених двигунів, токсичність газових викидів залишалася за раніше високою.

Одним з найголовніших показників якості продукції є надійність. Надійність це властивість об`єкту виконувати задані функції, зберігаючи в часі значення встановлених експлуатаційних показників в заданих межах і умовах використання, технічного обслуговування, ремонті, зберігання і транспортування.

Довговічність – властивість виробу зберігати працездатність до настання граничного стану з встановленою системою технічного обслуговування і ремонтів.

Перед автомобільною промисловістю стоїть задача збільшити ресурс автомобільних двигунів до першого капітального ремонту і забезпечити вторинний ресурс не менше 80% від первичного. Виконання цієї задачі від автомобільних підприємств та організацій потребує великих творчих зусиль і напруженої роботи. З кожним етапом підвищення ресурсу потрубні більш сучасні інженерні рішення, як з конструкції і технології виготовлення двигунів і підвищенню якості використовуваних матеріалів і виробів суміжних виробництв, так і підвищення культури експлуатації і ремонту.

В результаті досліджень проведених автомобільним інститутом визначені і класифіковані головні шляхи підвищення надійності і довговічності двигунів:

1.Выявлення слабих вузлів деталей, що пов`язано з аналізом факторів, впливаючих на довговічність двигуна в експлуатації створенням методик прискорених досліджень деталей, вузлів і двигунів і визначенням сроків їх служби.

2. Покращення умов роботи деталей і вузлів двигателей і вузлів двигунів шляхом захисту поверхностей тертя від абразивних частин, забруднень, покращення системі змащування, покращення приробіток і деталей.

3. Удосконалення конструкції, застосовуваних матеріалів і технології виготовлення деталей шляхом удосконалення компоновки двигуна, конструкції деталей, оптимізації мікро- і макрогеометрії поверхонь, стабілізації форм і розмірів, підвищення усталосної і термічної стійкості деталей, удосконалення властивостей матеріалів комплектуючих виробів и т.д.

4. Підвищення культури експлуатації і якості ремонту, в особливості створення і використання методів діагностики технічного стану двигунів, забезпечення технології ремонту на рівні технології виготовлення двигунів.

Вказані основні направлення робіт з підвищення надійності і довговічності двигунів повинні бути прикреплені чіткою системою організації робіт з підвищення якості на фірмових станціях технічного обслуговування, їх зв`язку з науково-дослідницькими і експлуатаційними організаціями, а також с підприємствами-суміжниками.

Забезпечення надійності є важливим етапом підвищення технічного рівня і удосконалення якості колісних машин, до групи яких відносяться автомобілі.

Функціональна нестабільність елементів системи “водій – автомобіль – дорожнє середовище” (ВАДС) є причиною параметричних і, у кінцевому рахунку, функціональних відмовлень, що призводять до значного матеріального збитку і людських жертв.

Важливу роль у забезпеченні активної безпеки автомобілів відіграє справність та функціональність агрегатів та механізмів.

Надійність та якість агрегатів є важливим чинником, що забезпечує безпеку дорожнього руху. Досвід експлуатації показує, що при проектуванні необхідно не тільки забезпечити відповідність показників ефективності, якості та надійності, але і легко доступність та ремонтопригодність та створити умови для збереження цих показників у плині всього періоду експлуатації.

Стабільність властивостей роботи агрегатів у плині всього періоду експлуатації забезпечує необхідний технічний рівень і конкурентноздатність різних фірм. Відповідність цих властивостей пропонованим вимогам можна забезпечити при прогнозуванні на стадії проектування розвитку вимог до робочих властивостей як нових машин, так і машин, що перебувають в експлуатації.

Стабілізація робочих властивостей агрегатів може здійснюватися як за рахунок застосування різних автоматичних пристроїв, так і за рахунок створення вузлів й агрегатів робочого управління зі стабільними вихідними характеристиками.

Аналіз відомих робіт показав, що найбільш нестабільними елементами систем і агрегатів є механізми, що розсіюють теплову енергію та підвернені найбільшим навантаженням, що генерується при робочому процесі. У роботі запропоновано підходити до оцінки ефективності технічних з урахуванням функціональної стабільності її елементів.

При створенні й дослідженні технічних систем і агрегатів часто виникає питання:

“Що ми повинні одержати”? “Як цього добитися”? При цьому всі розрахункові параметри отримані коректно, а конструктивні й технологічні заходи виконані правильно. Відповідь на це питання можна знайти, підходячи до процесу створення нових машин з позиції функціональної стабільності.

При проектуванні технічних систем виникає необхідність оцінки того, наскільки доцільне введення якогось вдосконалення (додаткового пристрою), що теоретично підвищує ефективність роботи об'єкта. Відомі випадки, коли установка додаткового елемента не дає на практиці бажаного ефекту, а іноді - і знижує показники роботи технічної системи. У більшості випадків ефект або не спостерігається, або є незначним. Прикладом може служити масове застосування змішувачів повітря і палива на легкових автомобілях 1980 -1990 рік. Це пов'язане з тим, що очікуване підвищення ефективності системи живлення не дало змогу покращити змішування в повному обсязі і досягнути ідеальної суміші.

Використання теорії функціональної стабільності при створенні нових технічних систем і, зокрема автомобілів і тракторів, дозволить підвищити технічний рівень виробів, зменшити вартість конструкторських і доводочних робіт. Проведений аналіз стану питання дозволив сформулювати задачі дослідження з позицій забезпечення стабільності гальмових властивостей колісних машин на стадії проектування.

Аналіз технічного рівня сучасних агрегатів машин і стану питання дослідження їхніх властивостей показав необхідність створення методології формування стабільності робочих властивостей на стадії проектування. Стабільність є умовою адекватності функціонування управління тим чи іншим агрегатом, тобто необхідною умовою їхнього функціонування.

Оскільки під стабільністю розуміється стан рівноваги, що відповідає критеріям функціонування, то при нормуванні гальмових властивостей АТЗ на стадії проектування необхідно враховувати як перспективу росту вимог до зазначених властивостей, так і погіршення останніх із часом (збільшенням наробітки). Отримані аналітичні залежності дозволяють прогнозувати вимоги до ефективності роботи агрегатів АТЗ на період часу, що цікавить, визначати нормативи й вносити зміни в чинні стандарти, що можливо на основі запропонованої методики.

Агрегат це сукупність механізмів, а одже є найбільш нестабільним елементом управління, що забезпечує роботу одразу кількох і більше механізмів та систем. Нестабільність роботи агрегату здійснює істотний вплив на зниження загального КПД роботи усіх механізмів.

Проведений статистичний аналіз коефіцієнтів тертя між деталями (на прикладі автомобілів сімейства ВАЗ) показав їхній широкий діапазон, що істотно впливає на зношування і передчасний вихід зі строю;

Наприклад при гальмуванні відбуваються втрати енергії двигуна за рахунок розсіювання кінетичної енергії колісної машини й витрати, на управління гальмовим приводом і гальмовими механізмами. Тому до ремонту необхідно відноситися ємко і на основі практичного дослідження розробити шлях до Витрати енергії на управління дисковим гальмом відкритого типу становлять 15 Дж (на один гальмовий механізм), а для одного барабанного гальма - 700 Дж, що визначено на підставі проведеного теоретичного дослідження.

Використання запропонованої енергетичної передатної функції гальмових механізмів, а також проведеного експериментального дослідження дозволили визначити, що дискове гальмо відкритого типу є найбільш перспективним для застосування як на легкових, так і на вантажних автомобілях за енергоперетворювальними властивостями.

Енергетичний підхід до проектування гальмового управління в цілому й гальмових механізмах окремо дозволив виробити рекомендації з вибору розподілу гальмових сил між осями, що забезпечує необхідні властивості колісних машин (включаючи курсову стійкість при гальмуванні), і їхню стабільність у процесі експлуатації.

Другий підхід відкрив нам етелірованний бензин. До цих пір ведуться розробки паливної системи, що працює на водні. У цьому випадку б повністю відпала необхідність говорити про яку б то не було токсичності вихлопних газів, оскільки продуктом був би тільки водяну пару. Одним з можливих палив можуть бути використані спиртові палива. До них відносяться метанол і етанол. За своїми експлуатаційними властивостями вони помітно поступаються бензинів. Це означає, що при однаковому запасі ходу по паливу автомобілі, що працюють на спирті, повинні мати в 1,7 - 2,4 рази більші за обсягом паливні баки. Крім того, у метанолу значно більша теплота випаровування, ніж у бензину, а також більш високий тиск насичених парів, що загрожує нерівномірним розподілом суміші по циліндрах. Хоча етанол має більшу, ніж метанол теплотворною здатністю, він дорожчий у виробництві, а обсяг виробництв обмежений. Виробництво їх можливо

шляхом каталітичної конверсії окису вуглецю і водяної пари при використанні як сировини отбросних газів металургійних виробництв, продуктів газифікації вугілля.

Крім спиртових можливе застосування ефірних палив. Вони близькі за фізико-хімічними властивостями до бензину. Однак висока вартість виробництва та обмеженість сировинної бази не дають можливості використовувати їх як самостійне паливо.

У зв'язку з кризою видобутку нафти в Україні в останні роки широке

Застосування отримали нафтової і природний гази. Переваги газових палив для автотранспорту очевидні. Однакове агрегатний стан палива і повітря, вузький компонентний склад дозволяють відмовитися від переобогащенія суміші на холостому ходу, виключає попадання в циліндри рідкого палива, більш високий ККД. Все це забезпечує більш низький рівень викидів. Викиди оксидів вуглецю зменшуються в 3 - 5 рази, вуглеводнів та оксидів азоту - до 1,5 разів. В Україні вже з'явилися спеціалізовані станції по заправці газами в стиснутому і зрідженому стані, а автопарк, який використовує в якості пального газоподібне паливо, збільшується.

Поряд з кардинальними рекомендаціями робляться спроби створити присадки і домішки до звичайного палива, які могли б понизити ток­сичність відпрацьованих газів автомобілів.

В багатьох країнах світу проводяться дослідження в пошу-ках нового „чистого” антидетонатора для заміни тетраетил-сви­нцю, у відходах якого знаходиться багато дуже шкідливого для людини свинцю.

В нашій країні закінчені наукові та експериментальні ро­боти щодо створення нового антидетонатора на марганцевій ос­нові. Така присадка, зі скороченою назвою ЦТМ, в 50 разів менш токсична, ніж тетраетилсви­нець. Крім того в неї є ще одна важлива перевага: ЦТМ, на відміну від свинцевої присадки, не погіршує роботу каталітичних нейтралізаторів відпрацьованих газів. Добавка ЦТМ в кількості 2% підвищує ок­танове число бе­нзину А-80 до 93 одиниць.

Для зменшення в складі відпрацьованих газів, головним чином, са­жі в дизельне паливо вносять металевоорганічні з’єд-нання на основі свинцю, міді, нікелю, хрому чи інших речовин. Навіть в кількості 0,01% до загальної маси палива ці присадки значно понижують дивність відпрацьованих газів, а найкращий результат досягається при їх вмістові в розмірах 0,02...0,25%. Такі присадки вносять на стадії підготовки палива (на нафтопе­регонних заводах).

Заслуговує уваги використання водобензинової суміші, яка подається в двигун у вигля­ді тонкої емульсії, що одержується в процесі перемішування з допо­могою невеликих добавок поверх­нево активних речовин. Лабораторні досліди а також практичні дослідження довели реальну можливість ви­користання водобен­зинових сумішей. У відпрацьованих газах вантаж­ного автомо­біля ЗІЛ-441510, який працює на емульсії з вмістом 12% води, було виявлено в 2 рази менше окису вуглецю порівняно з авто-мобі­лем, який працює на чистому бензині. Крім того зафіксо-вана деяка еконо­мія палива а також відсутність нахилу палива до де­тонації, що свідчить про підвищення октанового числа в таких сумішах на 5...10 одиниць проти бензину А-80, з яким прово­дився експеримент. Остання обставина дозволяє підви­щити сту­пінь стиску (паливну економічність) в автомобілях і одночасно відмовитися від використання свинцю як присадки, підвищуючи „чистоту” палива і одночасно економлячи дефі­ци­тний свинець.

В пошуках альтернативних видів палива особливо великі роботи ведуться з газовим паливом, синтетичними спиртами, аміаком і воднем.

Як газове паливо найбільше розповсюдження одержала су­міш нафто­вих газів – пропану і бутану. Октанове число пропан-бутану переви­щує 100, що дозволяє застосовувати високі сту­пені стиску. Цінною якістю газового палива є його висока еко­логічна чистота.

Досліди показали, що двигун, який працює на пропан-бутані, на холостому хо­ді має у відпрацьованих газах в 4 рази менше окису вуглецю, а на робочому режимі – в 10 раз ме­нше, ніж у бензинового.

Пристосування автомобілів з бензиновими двигунами, осо­бливо великих, тобто вантажних і автобусів, до газового палива здійснюється порівняно просто. Деяких змін вимагає лише пали­вна система. Голов­не – це встановлення балонів для зрідженого газу, де підтримується тиск біля 1,6 МПа. Якщо автомобіль при­значається для роботи і на бензині, і на газі, то на ньому зберігається звичайний бензиновий бак. Такі автомобілі в межах міста можуть працю­вати на газі, а за його межами – на бензині.

Крім стиснутого газу використовується зріджений природний газ. На автомобілі встановлюється кріогенний бак, в якому знаходиться 160 л зрідженого метану з температурою кипіння 160°С. Пробіг ста­новить 300 км.

Відпрацьовані гази автомобіля, який використовує зріджений газ, не мають специфічного для бензинового автомобіля неприємного різко­го запаху. Оскільки автомобілі на природному газі за екологічними показниками в 5...6 разів чистіші бензинових чи дизельних, проводить­ся поступове переведення вантажних автомобілів, автобусів, маршрут­них таксі та легкових таксомоторів на природний газ.

Нові екологічні умови змусили повернутися до спиртового пали­ва, яке використовувалося в двигунах внутрішнього згорання вже на початку XX ст. Найбільш перспективні – метанол і етанол.

Метанол або метиловий спирт отримують з вугілля, сланців, де­ревини і використовують для виробництва пластмас, формаліну та в інших цілях. Він трохи важчий бензину, а енергоємність його в 2 ра­зи менша. Тому для збереження дальності пробігу по паливу бак для метанолу повинен бути в 2 рази більший. Запуск двигуна на чистому метанолі, особливо зимою, утруднений.

Важлива якість метанолу полягає в тому, що у відпрацьованих га­зах в 2...З рази менше токсичних компонентів, ніж при використанні бензину.

Етанол, чи етиловий спирт, при тій же густині, що і метанол, має енергоємність на 25...30% вищу і, отже, вимагає пропорційно меншої єм­ності паливного бака. Екологічні характеристики етанолу близькі до мета­нолу. Проте у двигунів, які працюють на етанолі, у відпрацьованих газах ще менше виділяється вуглеводнів.

Аміак в звичайних умовах – це токсичний газ з різ­ким запахом. Проте при його згоранні утворюється тільки один ток­сичний компонент – окис азоту, причому в значно меншій кількості, ніж при згоранні інших видів вуглеводневого палива. Це пояснюється значно нижчою температу­рою робочого процесу.

Для роботи на цьому паливі двигуни повинні бути змінені в зв’яз­ку з необхідністю підвищення ступеню стиску, посилення системи запа­лю­вання і підігрівання робочої суміші у випускному колекторі. Для активіза­ції процесу в деяких дослідах застосовувалось вприскування запалюваль­ного палива, факел якого прискорює запалювання основної аміачної су­міші та її горіння.

Водень, з точки зору збереження навколишнього середовища, це іде­альне паливо. Згораючи в чистому кисні, він перетворюється у воду.

Якщо його одержувати з води шляхом електролізу, то про­цес замикається: вода-водень-вода. Ресурси цього палива колосальні й постійно відновлюються. Водень може стати універсальним паливом, ось чому його називають па­ливом майбутнього. Для одержання водню можуть бути застосовані різні термохімічні, електрохімічні чи біо­хімічні методи з використанням енергії Сонця, атомних і гідравліч­них електростанцій тощо.

Газоподібний, навіть сильно стиснутий водень невигідний, тому що для його зберігання потрібні балони великої маси. Більш реаль­ний варіант – використання рідкого водню, але для цього необхідно встановлювати дорогі кріогенні баки зі спеціальною термоізоляцією.

Можлива ще одна форма зберігання водню – в твердій фазі в скла­ді деяких метало гідридів (наприклад, залізо титанового чи магнієвого).

Водень виділяється з гідриду, якщо його підігрівати, наприклад, відпра-цьованими газами чи гарячою водою з системи охолодження.

В нашій країні і за рубежем уже створені експериментальні авто­мобілі, які використовують водень у рідкому вигляді та в складі метало гідридів як основне паливо чи в суміші з бензином. Так, добавка 5...10% водню зменшує витрати палива; при цьому значно скорочують­ся шкідливі викиди.

Бензоводнева суміш дозволяє економити на 100 км пробігу більше 5 л дефіцитного бензину. На цьому перспективному пальному здатний працювати принципово новий двигун, створений вченими інституту проб­лем машинобудування АН України. Він обладнаний метало гідридним аку­мулятором і спеціальною паливною апаратурою. Дослідна партія мікро­автобусів РАФ з новим двигуном випущена в 1984 р.
Водень і паливо на його основі можуть використовуватися і в су­час­них автомобільних двигунах без значних конструктивних змін останніх.

При спалюванні бензоводневої суміші немає отруйних відходів. Чис­тий вихлоп автомобілів обумовлений різким збільшенням ступеня зго­рання бензину. Якщо в звичайних умовах частина бензину не згорає черезнестачу повітря і переходить в продукти неповного згора­ння, в отруйні ре­човини, то водень, виконуючи роль чистильника, пе­ретворює паливно-по­вітряну суміш з величини постійної в змінну з оптимальним співвідношен­ням повітря і палива на тих чи інших режи­мах роботи. Це забезпечує міні­мальну токсичність відпрацьованих газів і максимальну паливну економі­чність двигуна. 10…15%-на добавка водню знижує загальні витрати бен­зину наполовину.

Третій за перебіг характеризується створенням додаткових пристроїв, без зміни конструкції існуючої паливної системи, що дозволяє зменшувати кількості токсичних компонентів газу шляхом їх допалювання або поглинання.

Четвертий підхід. У містах до 50% часу двигун працює на токсичних нетягових режимах, холостому ходу і в режимі гальмування. Фірмою "Фольксваген" запропонована система "старт - стоп", що дозволяє повністю відключати двигун на цих режимах. Є багато варіантів схем рекуперації енергії гальмування, однак акумулятори такого роду мають обмеженою енергоємністю, складні візготовленіі і управлінні. Однак, на наш погляд, особливої ​​уваги заслуговують методи нейтралізації вихлопів ДВС. На відміну від вже розглянутих вище прийомів зменшення кількості токсичних речовин у відпрацьованих газах методи нейтралізації ніяк не пов'язані зі зміною конструкцій двигуна, удосконаленням систем живлення і запалювання в автомобілі. Суть їх полягає в знешкодженні вже утворилися токсикантів різними способами. За способом знешкодження методи ділять на каталітичні, термічні і рідинні. Всі вони застосовуються як додаткове обладнання.

Особливостями каталітичної нейтралізації у дизелів є необхідність їх регенерації, оскільки сажа забиває активну поверхню каталізатора, а що виділяється сірчаний ангідрид, взаємодіючи з носієм оксиду алюмінію А12О3, утворює сульфат алюмінію А12 (SО4) 3, який також забиває пори, тим самим знижує ефективність. Метод каталітичної нейтралізації отримав широке поширення. Придатність даного методу для будь-якого виду транспорту робить його одним з найпопулярніших методів нейтралізації в світовій практиці.

Термічний нейтралізатор являє собою теплоізольований обсяг зі спеціальною організацією течії газів, що відходять, установлюваний у випускній системі двигуна і здійснює термічне доокисление токсичних компонентів за рахунок власного тепла відхідних газів. Термічна нейтралізація не залежить від виду спалюваного палива, наявності присадок і дозволяє використовувати в двигунах етилований бензин. Підвищити температуру відпрацьованих газів у нейтралізаторі можна, зменшивши тепловтрати застосуванням проставок - екранів, теплоізоляцією корпусу нейтралізатора, використанням тепла реакції окислення, а також короткочасним зменшенням кута випередження запалювання. Для двигунів, що працюють на збагачених сумішах, додатковий повітря перед подачею його в реакційну камеру нейтралізатора необхідно підігрівати. Повітря, що йде на додаткове окислення попередньо нагрівають гарячими стінками двигуна.

Рідинна нейтралізація отримала широке застосування, як простий

фізико-хімічний спосіб впливу на вихлопних гази дизелів. Процес включає наступні стадії: уловлювання дрібнодисперсних часток, адсорбцію, конденсацію і фільтрацію. Через шар рідини пропускають відпрацьований газ, а гази охолоджуються до 40 - 80С. Водорозчинні компоненти очищаються газів - альдегіди, оксиди сірки, оксиди азоту при цьому нейтралізуються, сажеві і інші дисперсні частинки уловлюються рідиною, послаблюється інтенсивність запаху вихлопів. Оксиди вуглецю та оксиди азоту не знешкоджуються. Для підвищення ефективності застосовують розчини Na2SO3, Na2CO3 і гідрохінону. За таких умов легко вловлюється навіть бензпірен.

Однак експлуатація нейтралізатора дорожче в порівнянні з іншими методами, так як вимагає каждосменного видалення та утилізацію розчинів і шламу, промивання системи та заповненням свіжої рідиною.

Фізико-хімічні основи каталізу при очищенні вихлопних газів ДВС

У простому випадку мономолекулярної реакції, що призводить до ізомеризації або дисоціації речовини А: Каталітичне перетворення може включати наступні стадії:

1. фізична адсорбція; 3. хемосорбция А;

2. хемосорбция продуктів реакції; 4. фізична адсорбція продуктів реакції;

Фізична адсорбція (точка II) протікає з великою швидкістю без енергії активації і призводить до рівноважного покриттю поверхні каталізатора. З підвищенням температури рівноважний покриття зменшується, і починаючи з певної температури може безпосередньо здійснюватися хемосорбция.

Хемосорбция реагує речовини здійснюється через активоване комплекс (точка 1), енергія якого перевищує енергію реагуючої речовини.

При хемосорбції (точка III) відбувається зміщення електронної густини, що приводить до ослаблення або розриву деяких зв'язків в молекулі реагує речовини і утворення нових зв'язків з поверхневими атомами твердого каталізатора.

Десорбція продуктів реакції також пов'язана з енергією активації (Е3), тим більшою, чим вище теплота хемосорбції продуктів реакції. Десорбція фізично адсорбованих продуктів реакції вимагає енергії активації, рівної теплоті їх фізичної адсорбції, яка багато нижче теплоти хемосорбції, і тому покриття поверхні каталізатора фізично адсорбованими продуктами реакції завжди дуже близько до рівноважного.

При хемосорбції у випадках бімолекулярні реакції гетерогенного каталізу протікають по ще більш складним схемам в результаті диссоциативной хемосорбції реактантов, багаторазових перетворень реагуючих речовин з виділенням проміжних продуктів в газову фазу, взаємодії проміжних продуктів з реактантов і т.п. Це часто призводить до різноманітності кінцевих продуктів і складним кінетичним закономірностям реакцій гетерогенного каталізу.

Методика проведення експерименту

Оцінка токсичності двигунів і дослідження впливу регулювань, організації робочого процесу і застосування конструкції двигуна, а також системи каталітичної нейтралізації на токсичність в основному виробляються експериментально. Для вирішення цих прогалин нами була розроблена стендова установка на базі легкового автомобіля з бензиновим двигуном ГАЗ-24-01, забезпечений системою очищення з платінопалладіево-родиевого каталізатора на інертному блоковому носії з оксиду алюмінію. Нами була досліджена залежність токсичності газових вихлопів в умовах каталітичного очищення від робочих параметрів двигуна.

Кількісно токсичність визначалася як сумарна концентрація особливо шкідливих: оксидів азоту, оксиду вуглецю та бенз (а) пірену. Вибір саме цих трьох речовин зроблений не випадково, а за ступенем впливу на людський організм і по їх частці у складі вихлопних газів. Так, наприклад, небезпека впливу оксидів азоту полягає в тому, що з вологою верхніх дихальних шляхів вони утворюють пари азотної і азотистої кислот. При згорянні 1 кг бензину виділяється до 55 г оксидів азоту. При згорянні 1 кг дизельного палива виділяється близько 20.. 40 г оксидів азоту.

Оксид вуглецю, потрапляючи в організм з повітрям, знижує функцію кисневого живлення, виконувану кров'ю. При згорянні 1 кг бензину виділяється 225 г оксиду вуглецю, а при згорянні 1 кг дизельного палива - близько 20.. 30 р. Бенз (а) пірен є канцерогеном, при контакті

його з живою тканиною і поступовому накопиченні він призводить до виникнення злоякісних пухлин. Кількість же виділяються вихлопних газів і відповідно шкідливих компонентів в них залежить від регулювань двигуна, тобто від організації процесу утворення паливно-повітряної суміші. До їх числа відносяться: частота обертання колінчастого валу, кут випередження запалювання q, тиск у випускному трубопроводі ре і коефіцієнта надлишку повітря. Це в рівній мірі відноситься і до карбюраторним двигунам, і до дизельних. На підставі вивчених різних літературних джерел, був зроблений висновок про те, що найбільш значимими, тобто надають істотний вплив, є три вищеперелічені чинники - це кут випередження запалювання q, тиск в

випускному трубопроводі ре і коефіцієнта надлишку повітря. Випробування проводилися на спеціально обладнаних стендах з біговими барабанами, що мають гальмові пристрої та інерційні маси. В процесі випробувань автомобіля вихлопні гази збиралися в еластичні ємності (мішки), з якого викачують через газовий лічильник для визначення їх обсягу і осреднения концентрацій токсичних компонентів.

Якісний аналіз газів проводився за допомогою газоаналізатора фірми "Druger", а визначення бенз (а) пірену проводилося хроматографически. Знаючи кількість вихлопних газів, обчислювалася концентрація токсичних речовин у них. На даний момент отримані результати експериментів, які дають наочну оцінку залежності токсичності газів від налаштувань двигуна і, що показують вплив каталітичного реактора на їх зменшення. Надалі, за допомогою

статистичної обробки наявних даних ми розраховуємо отримати рівняння, що дає залежність токсичності газів від регулювань двигуна.

Після проведення всіх регулювань двигуна ретельно протерли внутрішню частину вихідного ділянки вихлопної труби автомобіля, щоб бенз (а) пірен, що осів разом з сажею на її стінках після проведення якоїсь попередньої експлуатації автомобіля, не вносив похибка у визначення бенз (а) пірену. Після завершення всіх підготовчих робіт проводяться випробування і відбір проб бенз (а) пірену з відпрацьованих газів автомобілів відповідно до.

Відпрацьовані гази пропускають через систему відбору безперервно протягом випробувань (чотирьох послідовно проведених їздових циклів). При цьому реєструють температуру тиск перед фільтром і проводять їх регулювання до потрібних величин за допомогою зміни витрати охолоджуючої води та параметрів витяжної системи. Відбір проб бенз (а) пірену з відпрацьованих газів досліджуваного автомобіля проводять тричі, при цьому виробляти якісь регулювання двигуна між випробуваннями не допускається.

У лабораторії всі складові відбору (фільтр, конденсат і змив) ретельно готуються до аналізу. Фільтр виймають з конверта, поміщають в чистий тонкостінний стакан з нержавіючої сталі і заливають його перегнати бензолом. Стакан з бензолом і фільтром поміщають в ультразвукову установку УЗУ - 0,25, що має частоту коливання 18 кГц. Включаємо установку і екстрагуючись фільтр протягом 15 хв. Після цього вимикаємо ультразвукову установку. Виливаємо бензол в колбу з притертою кришкою, заливають в стакан чистий перегнаний бензол, знову поміщають в нього фільтр і ще раз екстрагують протягом 15 хв. Після екстрагування виливають бензол в ту ж колбу, в яку був вилитий бензол першого екстрагування.

Конденсат двічі екстрагують на Шюттель-апараті в 100 мл перегнанного бензолу з подальшим відділення бензолу від конденсату в ділильної воронці.

Відокремлений бензол переливають в чисту колбу з притертою пробкою. Вата

(Тканина), використовувана при змиві холодильника, двічі екстрагується в

ультразвуковий установці (аналогічно екстрагуванню фільтра) і їх екстракт переливається в чисту колбу з притертою пробкою. В ту ж колбу виливають і бензельні змиви холодильника. При малих концентраціях бенз (а) пірену в бензольному екстракті з фільтра, конденсаті або змиві холодильника вони концентруються на ротаційному вакуумному випарнику до об'єму 10 мл. До проведення аналізу екстракти зберігають у темному прохолодному місці в пробірках з притертими пробками.

Поиск по сайту: