Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловые двигатели и их влияние на экологию

Тепловые двигатели и их влияние на экологию

Экологических проблем с использованием тепловых двигателей практически нет, если он стоит и молчит, то кому он вредит? Разве что мешает. Проблемы, и не только у экологии, начинаются тогда, когда этот двигатель заводят и начинают использовать.

История создания и принцип действия

Человек сказал: «движение – это жизнь» и стал искать способы передвижения для себя и необходимых ему предметов. В этом поиске он прошел от использования явлений природы и живых существ до создания искусственного движителя.

Первые примитивные аппараты появились в Риме во II веке. Более мощный толчок в развитии они получили с изобретением пороха. Ракеты и ружья, где они применялись, можно отнести к тепловым машинам, но не к двигателям. Хотя пулю и заряд они перемещали, куда было нужно.

Двигатели различают по виду используемого топлива и по месту, где оно отдает свою энергию. Топливо бывает твердым и жидким. По месту – внешнего и внутреннего сгорания.

Влияние на природу и виды

Собственно это и предопределяет те негативные последствия, которые оказывает применение тепловых двигателей в деятельности человека, а также экологические проблемы в связи с этим возникающие.

Основные две. Во-первых, это источник энергии, то есть топливо, на котором они функционируют. Во-вторых, вещества и газы, выделяемые в результате их работы.

Источников энергии два вида: возобновляемые или неистощимые и не возобновляемые, невосполнимые или истощимые.Первые из них: солнце, ветер и вода.

Другие – это в первую очередь нефть, газ и уголь. Отдельно стоит выделить леса, точнее получаемую из них древесину. Но в настоящее время древесина, как топливо для двигателей, уже мало применяется.

Для их работы в основном используют ресурсы второго вида. Это влечет за собой истощение полезных ископаемых, которые уже не будут восстановлены. А также загрязнение воздуха отработанными газами, неочищенными и отравляющими веществами.

Это сжигание кислорода при их работе. В результате чего атмосфера Земли перенасыщается углекислым газом. Только лес его поглощает и при этом вырабатывает столь необходимый для жизни кислород, без которого защитный слой атмосферы Земли уменьшится, а влияние губительных солнечных излучений усилится.

Более активное солнечное влияние приведет к изменению климата. Потепление вызовет более интенсивное таяние льдов и повышение уровня Мирового океана, затопление участков земной поверхности и подъем грунтовых вод. А, значит, уменьшатся территорий благоприятных для жизни человека.

Вот и, получается: завел двигатель в машине, чтобы поехать в лес или к реке, а в результате изменил атмосферу и климат на Земле.

Варианты уменьшения негативного влияния на экологию

Человек не откажется от использования тепловых машин в своей производственной деятельности и повседневной жизни. Но надо постараться минимизировать их отрицательное влияние на природу.

Основные ее направления – это модернизация, уменьшение выбросов отработанных газов и отравляющих веществ и разработка и внедрение альтернативных видов. Модернизация в первую очередь должна касаться повышения эффективности или коэффициента полезного действия. То есть более полное использование энергии топлива.

Посмотрите видео: Тепловые машины. Настоящее и будущее.

Требования по экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания

Содержание

1. Требования по экологической безопасности двигателей

внутреннего сгорания. 5

2. Основные направления повышения экологической

безопасности автомобилей . 8

2.1 Совершенствование ДВС . 9

2.2 Применение альтернативных топлив. 14

2.3 Автомобили с комбинированной (гибридной)

энергетической установкой (КЭУ). 21

2.4 Совершенствование электромобиля. 23

Список литературы. 29

Введение

На современном этапе развития экономики автомобильный транспорт в России, как и в большинстве развитых стран, играет важнейшую роль в обеспечении экономического роста и социального развития государства. За последние годы автомобильный транспорт страны выполняет около 60% перевозок грузов и около 55% перевозок пассажиров, а с учетом личных легковых автомобилей – не менее 65% пассажиров, с тенденцией дальнейшего увеличения этих показателей. Автомобильный транспорт является одной из важнейших составляющих транспортного обеспечения безопасности страны. В то же время развитие автомобильного транспорта в России сталкивается с проблемами, требующими комплексного решения на государственном уровне. Так, экологические проблемы, связанные с использованием транспортных средств, актуальны не только для России, но и для всех стран мира.

Целью данной работы является изучение влияния автомобильного транспорта на окружающую среду и определение основных направлений по повышению его экологической безопасности.

Начало второй половины XX столетия ознаменовалось ин­тенсивным процессом автомобилизации общества. Развитие ав­томобильного транспорта предопределило две четко выраженные и противоречивые тенденции. С одной стороны, достигнутый уровень автомобилизации, отражая технико-экономический по­тенциал развития общества, способствовал удовлетворению со­циальных потребностей населения, а с другой – обусловил увели­чение масштаба негативного воздействия на общество и окру­жающую среду, приводя к нарушению экологического рав­новесия на уровне биосферных процессов. Очевидная позитив­ность первой тенденции повлекла за собой ярко выраженные не­желательные последствия. К концу века возникла и повсеместно проявила себя, накрепко обосновавшись, новая угроза жизненно важным интересам личности, общества, государства – реальная экологическая опасность для жизнедеятельности, связанная с достигшим гигантских масштабов уровнем автомобилизации.

Читать еще:  406 двигатель дергается газ 3110 причины

Актуальность данной темы обусловлена возрастающим количеством автомобильного транспорта и решением проблемы его воздействия на качество городской среды и здоровье населения.

Изучение негативных последствий развития автотранспортного комплекса позволяет определить два пути воздействия автомобильного транспорта на природную среду с учетом его не­достаточно высокого уровня эколого-технологического совершенства. Во-первых, автотранспорт потребляет значительное ко­личество природных материалов и сырья и, прежде всего, нево­зобновляемых и дефицитных энергоносителей, таких, например, как нефть, а во-вторых – загрязняет окружающую среду. Исследование данной работы предусматривает выявление ряда задач:

1. Рассмотретьтребования по экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания.

2. Рассмотреть основные направления по повышению экологичности автомобильного транспорта.

Требования по экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания

В соответствии со статьей 45 федерального закона «Об охране окружающей среды» юридические и физические лица, осуществляющие эксплуатацию автомобильных транспортных средств, обязаны соблюдать нормативы допустимых выбросов веществ, а также принимать меры по обезвреживанию загрязняющих веществ, в том числе их нейтрализации, снижению уровня шума и иного негативного воздействия на окружающую среду.

Федеральным законом «Об охране атмосферного воздуха» запрещена эксплуатация транспортных средств, содержание вредных (загрязняющих) веществ в выбросах которых превышает установленные технические нормативы выбросов. Юридические лица при эксплуатации транспортных средств должны для них обеспечивать не превышение установленных технических нормативов выбросов – норматива выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для передвижных выбросов и отражает максимально допустимую массу выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух в расчете на мощность пробега транспортного средства. Транспортные средства, выбросы которых оказывают вредное воздействие на атмосферный воздух, подлежат регулярной проверке на соответствие таких выбросов техническим нормативам выбросов.

Таким образом, автотранспортные предприятия или иные предприятия, имеющие на балансе автотранспортные средства, обязаны обеспечить выполнение экологических требований при их эксплуатации и ремонте. Экологические требования к автотранспорту, в первую очередь, включают его соответствие или несоответствие техническим нормативам выбросов вредных веществ в атмосферу, установленных соответствующими стандартами.

В реальных условиях эксплуатации техническое состояние автотранспорта и, следовательно, количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ зависит от множества объективных и субъективных факторов, основными из которых являются: тип, марка, год выпуска и пробег автомобиля; качество выполнения очередного технического обслуживания или ремонта, а также параметров текущего состояния автомобиля, определяемых квалификацией и ответственностью непосредственно обслуживающего или водительского персонала. Нормы и методы контроля выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами при оценке технического состояния автомобилей с бензиновыми двигателями определяет ГОСТ Р 52033-2003

Специфика источников загрязнения (автомобилей) проявляется:

— в высоких темпах роста численности автомобилей;

— в их пространственной рассредоточенности (автомобили распределяются по территории и создают общий повышенный фон загрязнения);

— в непосредственной близости к жилым районам (автомоби­ли заполняют все местные проезды и дворы жилой застройки);

— в более высокой токсичности выбросов автотранспорта;

— в сложности технической реализации средств защиты от загрязнений на подвижных источниках;

— в низком расположении источника загрязнения от земной поверхности, в результате чего отработавшие газы автомобилей скапливаются в зоне дыхания людей (приземном слое) и слабее рассеиваются естественным образом (даже при ветре) по сравне­нию с промышленными выбросами, которые, как правило, осуществля­ются через дымовые и вентиляционные трубы значительной вы­соты.

Журналы ежедневного учета использования автотранспортных средств, ежедневного расхода горючего и пройденного километража необходимы для правильного расчета платы за негативное воздействие на окружающую среду от эксплуатации автотранспортных средств. Журнал записи результатов проверок автомобилей с бензиновыми двигателями на соответствие экологическим требованиям и журнал учета измерений дымности при проверке автомобилей с дизельными двигателями ведется во исполнение требований федерального закона «Об охране атмосферного воздуха» согласно которого, транспортные средства, выбросы которых оказывают вредное воздействие на атмосферный воздух, подлежат регулярной проверке на соответствие таких выбросов техническим нормативам выбросов.

На концентрацию в воздухе токсичных веществ влияют сорт топлива, тип двигателя, скорость и равномерность движения, состав транспортного потока и интенсивность движения, возможности распределения этих продуктов в атмосфере (топографические, метеорологические и климатические условия — направление и скорость ветра, чистота и влажность воздуха, туман и температура воздуха и др.). Концентрация вредных продуктов уменьшается с удалением от проезжей части дороги, причем тем заметнее, чем выше скорость ветра. В плотно застроенных и плохо проветриваемых районах городов, у перекрестков концентрация таких веществ растет.

Читать еще:  Датчик давления масла мерседес 124 двигатель 103

Еще одним фактором воздействия транспорта на окружающую среду и человека является шум, создаваемый двигателем внутреннего сгорания, шасси автомобиля (в основном механизмами трансмиссии и кузова), и в результате взаимодействия шины с дорожным покрытием. Интенсивность шума зависит от топографии местности, скорости и направления ветра, температурного градиента, влажности воздуха, наличия и типа шумозащитных сооружений и др.

Поэтому, для снижения экологической нагрузки на окружающую среду от автотранспорта очень важно поддержание в течение всего срока службы экологических параметров, заложенных заводом-изготовителем.

Повышение экологической эффективности двигателей внутреннего сгорания.

1. Обычный режим горения.

Все знают, что горит – топливо. Поэтому для улучшения горения применяют различные присадки, приборы для обработки топлива электрическими и магнитными полями, автоматические системы управления подачей топлива и горением в целом. Улучшают дисперсность топлива и его смешение с воздухом. Все это улучшает показатели по содержанию вредных веществ в выхлопных газах, в том числе, CO, CH, NOx.

Применяют дожигатели и нейтрализаторы газа, что еще более улучшает экологию, но усложняет конструкцию двигателя.

Однако указанные мероприятия могут в какой-то степени удовлетворить требованиям стандарта ЕВРО-3, но не могут обеспечить параметры газа по стандарту ЕВРО-4 и тем более, ЕВРО-5.

Например, ограничителем по содержанию окислов азота является достаточно высокая температура горения, при которой эти окислы образуются. А уменьшение температуры приводит к уменьшению литровой мощности двигателя и поэтому – неприемлемо. Более того, вредным газом является СО2 . Он вызывает удушье, отравление и смерть, а также способствует мировому потеплению климата, что провоцирует природные катаклизмы, тоже ухудшающие экологию. Но с содержанием СО2 в выхлопных газах мирятся, так как в его состав входит углерод топлива, без которого обычного горения не бывает.

Как видно из приведенного краткого анализа для улучшения экологических показателей необходимо искать новые пути решения проблемы.

Современная научно-техническая информация /1/ дает новое представление о горении как атомном процессе частичного расщепления кислорода. При этом дефект массы атома кислорода составляет миллионные доли процента, что быстро восстанавливается в природных условиях и не влияет на химические свойства кислорода. Роль топлива сводится к поставке свободных электронов в зону горения, необходимых для этого процесса. Окисление с образованием устойчивых соединений является последним этапом горения.

Основная идея нового пути решения проблемы экологии горения заключается в том, чтобы вместо топливных электронов использовать электроны связи атомов кислорода и азота воздуха. Иллюстрацией правильности этой идеи является известный взрыв (быстрое горение) воздуха в фокусе лазерного луча: воздух горит вообще без топлива. Но для этого, как видно, требуется обработать воздух электромагнитным способом.

Такой натурный опыт на автомобилях ВАЗ 2105 и 2106 был проведен (и показан по НТВ) в 2002 году. При этом конструкции двигателя и его систем остались без изменений, но подверглись дополнительной регулировке. Средний расход бензина составлял 10 грамм на 100 км пути и полной загрузке. То есть топливо использовалось только как катализатор, обеспечивающий воспламенение. В связи с практическим отсутствием топлива окислы углерода в выхлопных газах, а также окислы азота были в нулях. Такой режим самогорения воздуха был назван автотермией.

  1. Андреев Е.И. Основы естественной энергетики. – СПб, Невская жемчужина, 2004

7.14. Техническое задание на опытно-конструкторскую разработку «Перевод дизельных двигателей внутреннего сгорания на сокращенный расход топлива».

Реферат: Проблемы КПД ДВС

Немного грамоты:

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическаяэнергиятоплива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

Несмотря на то, что ДВС являются несовершенным типом тепловых машин (сильный шум, токсичные выбросы, меньший ресурс), благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС очень широко распространены, например на транспорте.

Схема работы четырехтактного цилиндра двигателя, цикл Отто :
1. впуск
2. сжатие
3. рабочий ход
4. выпуск

Основными типами ДВС являются:

Поршневые двигатели — камерой сгорания является цилиндр, где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма. По типу используемого топлива делятся на:

Бензиновые — смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе, или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), или непосредственно в цилиндре при помощи распыляющих форсунок, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.

Дизельные — специальное дизельное топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Горючая смесь образуется (и сразу же сгорает) непосредственно в цилиндре по мере впрыска порции топлива. Возгорание смеси происходит под действием высокого давления и, как следствие, температуры в камере.

Читать еще:  Шаговые двигатели принцип работы и управление контроллер шагового двигателя

Газовые — двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:

— смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм.). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.

— сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150—200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя.

—генераторный газ — газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твердого топлива используются — уголь, торф, древесина

Газодизельные — основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.

Роторно-поршневые — за счёт вращения в камере сгорания многогранного ротора динамически формируются объёмы, в которых происходит обычный цикл ДВС.

Газотурбинные двигатели — энергия расширяющихся продуктов горения передаётся на лопатки газовой турбины.

ДВС с впрыском воды .

Комбинированный двигатель внутреннего сгорания — двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой (роторно-поршневой) и лопаточной машины (турбина, компрессор), в котором в осуществлении рабочего процесса участвуют обе машины. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув).

Экологические последствия работы тепловых двигателей:

Интенсивное использование тепловых машин на транспорте и в энергетике (тепловые и атомные электростанции) ощутимо влияет на биосферу Земли. Хотя о механизмах влияния жизнедеятельности человека на климат Земли идут научные споры, многие ученые отмечают факторы, благодаря которым может происходить такое влияние:

Парниковый эффект – повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.

Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу (канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).

Разрушение озонового слоя при полетах самолетов и запусках ракет. Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.

Выход из создающегося экологического кризиса лежит в повышении КПД тепловых двигателей, использовании исправных двигателей и нейтрализаторов вредных выхлопных газов.

Вопреки постулату:

Эксперты подсчитали, если увеличить КПД всех двигателей внутреннего сгорания (ДВС) хотя бы на один процент, мировая экономика выиграет более триллиона долларов! Но законы классической термодинамики, сформулированные еще два века назад, определили потолок для коэффициента полезного действия тепловых машин. Во всем «виноват» французский военный инженер Сади Карно, который вывел эталон определения КПД для тепловых двигателей. Только часть хаотической энергии тепла можно перевести в работу. И, как теплотехники ни старались, но выйти за пределы железной формулы никому не удавалось. КПД тепловых машин, в частности ДВС, на сегодняшний день не превышает 50%.

Однако девять лет назад казахстанский физик подверг обструкции незыблемый фундамент термодинамики. Ильдар Ибрагимов, не стесняясь маститых академиков, заявил на международной конференции, что классическая термодинамика — частный случай его теории, анизотропной термодинамики. Понятие это пока не распространено в физике. Продемонстрировать теорию можно на примере камеры сгорания ДВС. В ней движение молекул хаотично, часть частиц воздействует на поршень, совершая полезную работу, а другая часть беспорядочно бьется о стенки камеры, нагревая двигатель. И в принципе никто не пытался как-то изменить поведение молекул в двигателе, потому что существовал незыблемый постулат термодинамики: число степеней свободы — величина, заданная абсолютно, и ее менять нельзя. По мнению Ильдара, этот постулат на сегодняшний день устарел.

Суть нового эффекта:

В камере сгорания задается направление молекул на поршень — полезная работа увеличивается, хаотичное движение частиц уменьшается и, следовательно, уменьшается нагрев двигателя. Парадокс — эти элементарные выводы гораздо проще понять дилетанту, не имеющему к физике никакого отношения.

В конце 90−х опытное конструкторское бюро совместно с Министерством обороны РК провело серию испытаний с ошеломляющими (эпитет на самом деле скромный) результатами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector