- Оксид вуглецю (CO - чадний газ)
- Оксиди азоту (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, в подальшому - NOx)
- Вуглеводні (CnHm - етан, метан, етилен, бензол, пропан, ацетилен і ін.)
- Зміг
Наша сеть партнеров Banwar
Вихлопні гази (або відпрацьовані гази) - основне джерело токсичних речовин двигуна внутрішнього згоряння - це неоднорідна суміш різних газоподібних речовин з різноманітними хімічними і фізичними властивостями, що складається з продуктів повного і неповного згоряння палива, надлишкового повітря, аерозолів і різних мікродомішок (як газоподібних, так і у вигляді рідких і твердих частинок), що надходять з циліндрів двигунів в його випускну систему. У своєму складі вони містять близько 300 речовин, більшість з яких токсичні. Основними нормованими токсичними компонентами вихлопних газів двигунів є оксиди вуглецю, азоту та вуглеводні. Крім того, з вихлопними газами в атмосферу надходять граничні і ненасичені вуглеводні, альдегіди, канцерогенні речовини, сажа та інші компоненти. Зразковий склад вихлопних газів представлений в таблиці 1 .
При роботі двигуна на етілірованном бензині в складі вихлопних газів присутній свинець, а у двигунів, що працюють на дизельному паливі - сажа.
Склад вихлопних газів Компоненти вихлопного газу Зміст за обсягом,% Примітка Двигуни бензинові дизелі Азот 74,0 - 77,0 76,0 - 78,0 нетоксичний Кисень 0,3 - 8,0 2,0 - 18,0 нетоксичний Пари води 3 , 0 - 5,5 0,5 - 4,0 нетоксичні Діоксид вуглецю 5,0 - 12,0 1,0 - 10,0 нетоксичний Оксид вуглецю 0,1 - 10,0 0,01 - 5,0 токсичний Вуглеводні неканцерогенними 0,2 - 3,0 0,009 - 0,5 токсичні Альдегіди 0 - 0,2 0,001 - 0,009 токсичні Оксид сірки 0 - 0,002 0 - 0,03 токсичний Сажа, г / м3 0 - 0,04 0,01 - 1, 1 токсична Бензопірен, мг / м3 0,01 - 0,02 до 0,01 канцероген
Оксид вуглецю (CO - чадний газ)
Прозорий, не має запаху отруйний газ, трохи легший за повітря, погано розчинний у воді. Оксид вуглецю - продукт неповного згоряння палива, на повітрі горить синім полум'ям з утворенням діоксиду вуглецю (вуглекислого газу).
У камері згоряння двигуна CO утворюється при незадовільному розпилюванні палива, в результаті холоднополум'яного реакцій, при згорянні палива з нестачею кисню, а також внаслідок дисоціації діоксиду вуглецю при високих температурах. При подальшому згоранні після займання (після верхньої мертвої точки, на такті розширення) можливе горіння оксиду вуглецю при наявності кисню з утворенням діоксиду. При цьому процес вигоряння CO триває і в випускному трубопроводі.
Необхідно відзначити, що при експлуатації дизелів концентрація CO у вихлопних газах невелика (приблизно 0,1 - 0,2%), тому, як правило, концентрацію CO визначають для бензинових двигунів.
Оксиди азоту (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, в подальшому - NOx)
Оксиди азоту є одними з найбільш токсичних компонентів відпрацьованих газів. При нормальних атмосферних умовах азот являє собою досить інертний газ. При високому тиску і особливо температурах азот активно вступає в реакцію з киснем. У вихлопних газах двигунів понад 90% усієї кількості NOx складає оксид азоту NO, який ще в системи випуску, а потім і в атмосфері легко окислюється в діоксид (NO2).
Оксиди азоту дратівливо впливають на слизові оболонки очей, носа, руйнують легені людини, так як при русі по дихальному тракту вони взаємодіють з вологою верхніх дихальних шляхів, утворюючи азотну і азотисту кислоти. Як правило, отруєння організму людини NOxпроявляется не відразу, а поступово, причому будь-яких нейтралізують коштів немає.
Закис азоту (N2O - геміоксід, звеселяючий газ) - газ з приємним запахом, добре розчинний у воді. Має наркотичну дію.
NO2 (діоксид) - блідо-жовта рідина, яка бере участь в утворенні смогу. Діоксид азоту використовується в якості окислювача в ракетному паливі.
Вважається, що для організму людини оксиди азоту приблизно в 10 разів небезпечніше CO, а при обліку вторинних перетворень - в 40 разів.
Оксиди азоту становлять небезпеку для листя рослин. Встановлено, що їх безпосереднє токсичний вплив на рослини проявляється при концентрації NOxв повітрі в межах 0,5 - 6,0 мг / м3. Азотна кислота викликає сильну корозію вуглецевих сталей.
На величину викиду оксидів азоту значно впливає температура в камері згоряння. Так, при підвищенні температури від 2500 до 2700 К швидкість реакції збільшується в 2,6 рази, а при зменшенні від 2500 до 2300 К - зменшується в 8 разів, тобто чим вище температура, тим вище концентрація NOx. Ранній уприскування палива або високі тиску стиснення в камері згоряння також сприяють утворенню NOx. Чим вище концентрація кисню, тим вище концентрація оксидів азоту.
Вуглеводні (CnHm - етан, метан, етилен, бензол, пропан, ацетилен і ін.)
Вуглеводні - органічні сполуки, молекули яких побудовані тільки з атомів вуглецю і водню, є токсичними речовинами. У вихлопних газах міститься більше 200 різних CH, які діляться на аліфатичні (з відкритою або закритою ланцюгом) і містять бензольне або ароматичне кільце. Ароматичні вуглеводні містять в молекулі один або кілька циклів з 6 атомів вуглецю, з'єднаних між собою простими або подвійними зв'язками (бензол, нафталін, антрацен і ін.). Мають приємний запах.
Наявність CH у відпрацьованих газах двигунів пояснюється тим, що суміш в камері згоряння є неоднорідною, тому під стінами, в переобогащенная зонах, відбувається гасіння полум'я і обрив ланцюгових реакцій (див. малюнок 1 ).
Мал. 1 - Схема освіти CH в вихлопних газах
1 - поршень; 2 - гільза; 3 - пристінкові шари суміші
Чи не повністю згорілі CH, що викидаються з вихлопними газами і які є сумішшю кількох сотень хімічних сполук, мають неприємний запах. CH є причиною багатьох хронічних захворювань.
Токсичні також і пари бензину, які є вуглеводнями. Допустима середньодобова концентрація парів бензину становить 1,5 мг / м3. Зміст CH в вихлопних газах зростає при дроселюванні, при роботі двигуна на режимах примусового холостого ходу (ПХХ, наприклад, при гальмуванні двигуном.). При роботі двигуна на зазначених режимах погіршується процес сумішоутворення (перемішування паливо-повітряної заряду), зменшується швидкість згоряння, погіршується займання і, як результат, - виникають його часті пропуски.
Виділення CH викликається неповним згорянням поблизу холодних стінок, якщо до кінця згоряння залишаються місця з сильним локальним недоліком повітря, недостатнім розпилюванням палива, при незадовільному завихренні повітряного заряду і низьких температурах (наприклад, режим холостого ходу).
Вуглеводні утворюються в переобогащенная зонах, де обмежений доступ кисню, а також поблизу порівняно холодних стінок камери згоряння. Вони грають активну роль в утворенні біологічно активних речовин, що викликають подразнення очей, горла, носа і їх захворювання, і завдають шкоди рослинному і тваринному світу.
Вуглеводневі сполуки надають наркотичну дію на центральну нервову систему, можуть бути причиною хронічних захворювань, а деякі ароматичні CH володіють отруйними властивостями.
Вуглеводні (олефіни) і оксиди азоту при певних метеорологічних умовах активно сприяють утворенню смогу .
Зміг
Смог (Smog, від smoke - дим і fog - туман) - отруйний туман, що утворюється в нижньому шарі атмосфери, забрудненому шкідливими речовинами від промислових підприємств, вихлопними газами від автотранспорту і тепловироблювальних установок при несприятливих погодних умовах.
Він являє собою аерозоль, що складається з диму, туману, пилу, частинок сажі, крапельок рідини (у вологому атмосфері). Виникає в атмосфері промислових міст за певних метеорологічних умовах.
Вступники в атмосферу шкідливі гази вступають в реакцію між собою і утворюють нові, в тому числі і токсичні сполуки. В атмосфері при цьому відбуваються реакції фотосинтезу, окислення, відновлення, полімеризації, конденсації, каталізу і т.д.
В результаті складних фотохімічних процесів, стимульованих ультрафіолетовою радіацією Сонця, з оксидів азоту , вуглеводнів , Альдегідів та інших речовин утворюються фотооксидантами (окислювачі).
Низькі концентрації NO2 можуть створити велику кількість атомарного кисню, який в свою чергу утворює озон і знову реагує з речовинами, що забруднюють атмосферне повітря. Наявність в атмосфері формальдегіду, вищих альдегідів та інших вуглеводневих сполук також сприяє разом з озоном утворення нових перекисних сполук.
Продукти дисоціації взаємодіють з олефінами, утворюючи токсичні нітроперекісние з'єднання. При їх концентрації понад 0,2 мг / м3 настає конденсація водяної пари у вигляді дрібних крапельок туману з токсичними властивостями. Їх кількість залежить від сезону року, часу доби та інших факторів. У спекотну суху погоду зміг спостерігається у вигляді жовтої пелени (колір надає присутній в повітрі діоксид азоту NO2 - крапельки жовтої рідини).
Смог викликає подразнення слизових оболонок, особливо очей, може викликати головний біль, набряки, крововиливи, ускладнення захворювань дихальних шляхів. Погіршує видимість на дорогах, збільшуючи тим самим кількість дорожньо-транспортних пригод.
Небезпека смогу для життя людини велика. Так, наприклад, лондонський смог 1952 р називають катастрофою, тому що за 4 дні від смогу загинуло близько 4 тис. Осіб. Наявність в атмосфері хлористих, азотних, сірчистих сполук і крапельок води сприяє утворенню сильних токсичних сполук і парів кислот, що згубно позначається на рослинах, а також спорудах, особливо на історичних пам'ятках, складених з вапняку.
Природа смогов різна. Наприклад, в Нью-Йорку утворення смогу сприяють реакції фтористих і хлористих сполук з крапельками води; в Лондоні - присутність парів сірчаної і сірчистої кислот; в Лос-Анджелесі (каліфорнійський або фотохімічний зміг) - наявність в атмосфері оксидів азоту, вуглеводнів; в Японії - присутність в атмосфері частинок сажі і пилу.