На рубеже веков и на среднесрочную перспективу основными являются требования минимизации потребления ископаемых углеводородных топлив при обеспечении высокой транспортной эффективности, требуемого уровня безопасности выполнения транспортных услуг, комфорта, безвредности воздействия на окружающую среду.

1.1.1 Образование токсичных веществ при горении

     В камерах сгорания тепловых двигателей на механизм образования продуктов неполного горения и характер побочных реакций, протекающих при горении, влияет структура фронта пламени.

     В диффузионном пламени топливо и окислитель диффундируют во фронт пламени, где в узкой области смешения протекает химическая реакция и достигается максимальная температура. К этой области примыкает со стороны топлива область его термического распада, в котором в отсутствии окислителя образуются, наряду с промежуточными продуктами распада, водород и сажа. Водород, диффундируя во фронт пламени, сгорает, а частицы сажи увеличиваются за счет распада на их поверхность углеводородов и коагуляции отдельных сажевых частиц при их диффузии и выгорают во фронте пламени со значительно меньшей скоростью.

     В пламени полнота сгорания зависит от состава смеси. Если избыточным компонентом является топливо, то имеет место неполнота его окисления (до СО), а если избыточным компонентом является окислитель, то более интенсивными будут реакции образования NO.

     Вредные и токсичные вещества, содержащиеся в отработавших газах двигателей, в зависимости от механизма их образования можно разделить на группы:
     а) углеродосодержащие вещества - продукты полного и неполного сгорания топлив (СО, СО₂, углеводороды, сажа);
     б) вещества, механизм образования которых непосредственно связан с процессом сгорания топлива (оксиды азота);
     в) вещества, выброс которых связан с примесями, содержащимися в топливе (соединения серы, свинца), воздухе (кварцевая пыль, аэрозоли), а также образовавшимися в процессе износа деталей (оксиды металлов).

     Оксид углерода СО - образовывается в ходе предпламенных реакций, при сгорании углеводородного топлива, с некоторым недостатком воздуха, а также при диссоциации СО₂ (при температуре 2000 К).

(1-1)

     Это типично для бензиновых карбюраторных двигателей.

     Диоксид углерода СО₂ является не токсичным, но вредным веществом в связи с фиксируемым повышением его концентрации в атмосфере планеты и его влиянием на изменение климата.

     Основная доля образовавшихся в камере сгорания СО окисляется до СО₂, не выходя за пределы камеры, ибо замеренная объемная доля диоксида углерода в отработавших газах составляет 10-15%, т.е. в 300-450 раз больше, чем в атмосферном воздухе.

(1-2)

     Окисление СО в СО₂ в выпускной трубе, а также в нейтрализаторах отработавших газов, которые устанавливаются на современных автомобилях для принудительного окисления СО.

     Углеводороды С_хН_y.

(1-3)

     C₆H₂- полирадикал, представленный зародышем сажи.

     Бензопирен образуется одновременно с сажей по сходному механизму.

     Твердые частицы включающие нерастворимые (твердый углерод, оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты, нитраты) и растворимые в органическом растворителе (смолы, фенолы, альдегиды, лак, нагар) вещества.

     Сажа является основным компонентом нерастворимых твердых частиц. Образуется при объемном пиролизе.

     Сера, содержащаяся в моторном топливе, во время горения интенсивно окисляется в SO₂.

(1-4)

     Свинец в составе твердых частиц присутствует в виде соединений галогенидов свинца.

     Оксиды азота NO_x образуются в камерах сгорания где доминирует термический NO, образовавшийся из молекулярного азота во время горения топливовоздушной смеси за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания.

(1-5)

1.1.2 Последствия воздействия загрязнителей на человека, животных и растительность

     В настоящее время главным критическим объектом рассмотрения действия техногенных факторов является человек. Но и элементы экосистемы также реагируют на техногенные воздействия и должны наравне с человеком быть объектом защиты.

     Ответ организма на воздействие выбросов транспорта зависит от количества загрязняющего вещества или его дозы в организме.

     Постоянные воздействия загрязненного воздуха влияет на здоровье населения, что отражается в росте показателей заболеваемости и смертности.

     Разрешаемый выброс загрязнителей в окружающую среду учитывает технические и экономические возможности контроля, и обычно устанавливается ниже уровня порога для 95% населения, т.е. гарантируется защищенность не менее 95% населения.

     Большинству загрязнителей требуется время для вступления в реакцию, поэтому важна не только концентрация, но и время воздействия (пример- эффект действия СО).

     Оксид углерода - газ без цвета, вкуса и запаха. Он очень стабилен и имеет время жизни в атмосфере от 2 до 4 месяцев. Глобальная эмиссия оксида углерода оценивается примерно в 350 млн. т/год, из которых примерно 20% относят к антропогенным источникам. Этот газ воздействует на нервную систему, вызывает обмороки, т.к. вступает в реакцию с гемоглобином крови замещая О₂. Когда вдох прекращается, СО, связанный гемоглобином, выделяется и кровь здорового человека очищается на 50 % каждые 3-4 часа. Воздействие СО на центральную нервную систему проявляется в изменении цветовой чувствительности глаз и возрастает вероятность аварий. Давно известно, что оксид углерода приводит к смертельному исходу при вдыхании воздуха с высокими концентрациями (СО>750 млн^-1).