Изучение состава выхлопов автомобильных двигателей

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Основные положения

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 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, окислы азота (NO и NO₂) обычно обозначаемые NO_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
Окислы азота %	до 0,5
Альдегиды %	0,03
Сажа г/м³	до 0,04
Бенз(а)пирен 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 дизелей, 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
Окислы азота %	0,25
Альдегиды %	0,002
Сажа г/м³	0,01 - 1,1
Бенз(а)пирен 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.

Наиболее неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и «холостой ход» двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на нагрузочных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. Отработавшие газы бензинового двигателя с неправильно отрегулированными зажиганием и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 2-3 раза.

Вклад автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в загрязнение воздуха составляет до 90 % по окиси углерода (СО) и до 70 % по окиси азота (NO). Автомобили выделяют в окружающую среду с парами топлива, отработавшими и картерными газами свыше 160 наименований различных химических веществ. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосфере представлены в табл. 3. Загрязнение воздуха идёт по трём каналам: 1. Отработавшие газы, выбрасываемые через выхлопную трубу – 65 %. 2. Картерные газы – 20 %. 3. Углеводороды в результате испарения топлива из бака и соединений трубопроводов – 15 %.Таблица 3.Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосфере населённых мест

Вредное вещество	ПДКмр, мг/м3
Оксид углерода СО	5
Диоксид азота NO₂	0,085
Оксид азота NO	0,400
Углеводороды CmHn (суммарное)	5
Акролеин C2H3CHO	0,03
Бенз(а)пирен C2OH12	1*10–6

Сокращение вредных выбросов двигателями автомобилей можно добиться разными путями и прежде всего поддержанием исправного технического состояния автомобилей. Двигатели должны регулироваться на токсичность и дымность отработавших газов по показателям, установленным ГОСТ Р 52033–2003 (для бензиновых двигателей). Данный стандарт устанавливает нормы предельно допустимого содержания оксида углерода (СО) и углеводородов (CmHn) в отработавших газах автомобильных бензиновых двигателей. Содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах определяют при работе двигателя в режиме холостого хода на минимальной (nмин) и повышенной (nпов) частотах вращения коленчатого вала двигателя, установленных предприятием-изготовителем автомобиля.

Для определения концентрации вредных веществ в воздухе широко используют разные типы газоанализаторов –приборы для измерения содержания одного или нескольких компонентов в газовой смеси.

Автоматические газоанализаторы представляют собой приборы, в которых отбор проб воздуха, измерение концентрации контролируемого компонента, выдача и запись результата анализа, а затем и удаление пробы осуществляется автоматически, по заданной программе, без участия обслуживающего персонала. В зависимости от режима работ газоанализаторы подразделяются на приборы непрерывного и циклического действия. Они могут быть стационарными, передвижными, переносными. Газоанализаторы в зависимости от принципа действия подразделяются на механические, звуковые, ультразвуковые, тепловые, магнитные, электрохимические, ионизационные, оптические и комбинированные. В отечественной практике наиболее широко применяются оптические (фотоколориметрические), электротехнические и ионизационные приборы.

ПРИБОРЫ И ПОСУДА

1. Газоанализаторы Testo 350XL измеряют содержание О₂, СО, NO, NO₂, SO₂, C_xH_y, H₂S в дымовых газах (не более 6-ти компонентов для Тesto 350XL); температуру дымовых газов, наружного воздуха; давление/разрежение; относительную влажность воздуха; скорость потока воздуха; СО в атмосфере; СО₂ в атмосфере; скорость вращения; утечки горючих газов. Рассчитывают содержание CO₂; содержание NО_x; к.п.д.; избыток воздуха; потери.

Основные технические характеристики газоанализаторов Testo 350XL

Газоанализаторы Testo 350M, Testo 350XL - гибкая портативная газоклиматическая измерительная система широкого диапазона применений.

Универсальный электронный газоанализатор сочетается с многофункциональным измерителем параметров климата, с автономным питанием и встроенным принтером.

Рис.1. Общий вид газоанализаторов Testo 350XL

Достоинства газоанализаторов: компактные и легкие в применении; память в управляющем модуле - 250000 параметров; связь с ПК; расширение диапазонов измерения для CO (до 40%).

2. Двигатели автомобилей, заправленные различным топливом

Методика проведения работы

Включите управляющий модуль прибора Testo 350XL, нажав кнопку .

Прибор

После индикации на дисплее версии прибора появится меню измерения.

Порядок исследования

Для выбора единиц измерения нажмите клавиши

, ,

, перед Вами появится таблица с загрязняющими

Выбрать

веществами, выберете то соединение, где необходимо изменить единицы

измерения и нажмите кнопку и выберите нужные единицы

измерения.

При включенном приборе можно Включить/Отключить подсветку дисплея нажатием кнопки .

Посмотреть все параметры, расположенные в других окнах можно кнопками .

После самотеста прибор автоматически переходит в меню измерений.

Запустите двигатель машины.

НСтарт

Установите зонд в газоходе. Зонд необходимо располагать в потоке дымовых газов таким образом, чтобы ось зонда была перпендикулярна оси потока, и поток проходил через отверстия на наконечнике зонда. Это обеспечивает максимальный контакт термопары с дымовыми газами и правильное и быстрое измерение.

Нажмите кнопку , при этом включается насос и запускаются

измерения прибора Testo 350XL. В верхнем левом углу появится символ работающего насоса - мигающий символ “o”.

Для каждого вида топлива необходимо сделать 5 замеров выхлопных газов через определенные промежутки времени: 0 мин., 5 мин., 10 мин, 20 мин, 30 мин.

НСтоп

Для получения результатов в определенный промежуток времени необходимо

нажать клавишу , при этом отключается насос и останавливаются

Печать

измерения. Измеренные значения “застывают” на экране дисплея. Для

распечатки результатов нажмите клавишу .

Результаты измерений заносят в таблицу 1.

Таблица 3

Результаты измерений

Марка двигателя, год выпуска	Время прошедшее от запуска двигателя, мин	Температура выхлопных газов, ^оС	Концентрация, мг/м³
CO	CO₂	NO_x	C_xH_y

По результатам измерений строят графические зависимости концентрации загрязняющих веществ от температуры и от времени.

Проводят анализ полученных зависимостей.

Контрольные вопросы

1. Назовите причины повышенного содержания токсичных веществ в отработавших газах автомобиля.

2. Каким образом изменяется количество токсичных веществ при увеличении скорости движения автомобиля?

3. Как изменяется выброс токсичных веществ автомобиля в различных условиях эксплуатации?

4. В чем состоит нейтрализация токсичности отработавших газов автомобиля.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: