Одним из основных источников загрязнения воздушного бассейна является автомобильный транспорт. В 1998 году выбросы вредных веществ от автотранспорта в Украине, по оценкам, составили 35 млн.т
В настоящее время разрабатываются мероприятия по снижению загрязнения атмосферы выбросами автомобильных двигателей, включающие в себя:
Одним из основных средств, обеспечивающих эффективное снижение выбросов вредных веществ, является физико-химическая обработка выхлопных газов. Системы каталитической, термической и жидкостной нейтрализации газовых выбросов автомобиля, применяемые как дополнительное оборудование, позволяют без значительных изменений в конструкции двигателя существенно снизить выбросы вредных веществ. На наш взгляд наиболее целесообразно в настоящий момент и в перспективе применять аппараты каталитической очистки газов ввиду его явных и неоспоримых преимуществ:
Несмотря на то, что метод каталитической очистки применяется довольно давно и широко, механизм процесса гетерогенного катализа до сих пор мало изучен. Отсутствуют аналитические зависимости, позволяющие с достаточной надежностью рассчитать процессы нейтрализации и теплопередачи в каталитическом реакторе, которые влияют на образование или удаление токсических веществ. Теоретические исследования расширяют представление о механизме образования и выделения токсических веществ, но по причинам указанным выше, в настоящее время не могут дать надежной информации для всесторонней оценки токсичности двигателей. Оценка токсичности двигателей и исследование влияния регулировок, организации рабочего процесса и применение конструкции двигателя, а также системы каталитической нейтрализации на токсичность в основном производятся экспериментально.
Для решения этих пробелов нами была разработана стендовая установка на базе легкового автомобиля с бензиновым двигателем ГАЗ - 2106 , снабженный системой очистки из платино-палладиево-родиевого катализатора на инертном блочном носителе из оксида алюминия. Нами была исследована зависимость токсичности газовых выхлопов в условиях каталитической очистки от рабочих параметров двигателя. Количественно токсичность определялась как суммарная концентрация особо вредных: оксидов азота, оксида углерода и бенз(а)пирена. Выбор именно этих трех веществ сделан не случайно, а по степени воздействия на человеческий организм и по их доле в составе выхлопных газов. Так, например, опасность воздействия оксидов азота заключается в том, что с влагой верхних дыхательных путей они образуют пары азотной и азотистой кислот. Постепенно происходит их накопление в легких. При сгорании 1 кг бензина выделяется до 55 г оксидов азота. При сгорании 1 кг дизельного топлива выделяется около 20..40 г оксидов азота.
Оксид углерода, поступая в организм с вдыхаемым воздухом, снижает функцию кислородного питания, выполняемую кровью. При сгорании 1 кг бензина выделяется 225 г оксида углерода, а при сгорании 1 кг дизельного топлива - около 20..30 г. Бенз(а)пирен является канцерогеном, при контакте его с живой тканью и постепенном накоплении он приводит к возникновению злокачественных опухолей. Содержание канцерогена в выхлопах незначительное, однако, степень опасности его очень высока.
Количество же выделяющихся выхлопных газов и соответственно вредных компонентов в них зависит от регулировок двигателя, т.е. от организации процесса образования топливно-воздушной смеси. К их числу относятся: частота вращения коленчатого вала, угол опережения зажигания q, давление в выпускном трубопроводе ре и коэффициента избытка воздуха. Это в равной мере относится и к карбюраторным двигателям, и к дизельным. На основании изученных различных литературных источников, был сделан вывод о том, что наиболее значимыми, т.е. оказывающими существенное влияние, являются три вышеперечисленных факторов - это угол опережения зажигания q, давление в выпускном трубопроводе ре и коэффициента избытка воздуха.
Испытания проводились на специально оборудованных стендах с беговыми барабанами, имеющими тормозные устройства и инерционные массы. В процессе испытаний автомобиля выхлопные газы собирались в эластичные емкости (мешки), из которых выкачивался через газовый счетчик для определения их объема и осреднения концентраций токсичных компонентов. Качественный анализ газов производился с помощью газоанализатора фирмы "Druger", а определение бенз(а)пирена производилось хроматографически. Зная количество выхлопных газов, вычислялась концентрация токсичных веществ в них.
На данный момент получены результаты экспериментов, дающие наглядную оценку зависимости токсичности газов от настроек двигателя и, показывающие влияние каталитического реактора на их уменьшение. В дальнейшем, при помощи статистической обработки имеющихся данных мы рассчитываем получить уравнение, дающее зависимость токсичности газов от регулировок двигателя.