Реферат Экологическая безопасность. Требования по экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания и методы их обеспечения
 Скачать 81.95 Kb.
|
|
Реферат на тему «Требования по экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания и методы их обеспечения» Выполнил Жмуров Е.И. Группа ЭБ-830-21 2021г Содержание Введение…………………………………………………………………………..3 1. Требования по экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания…………………………………………………………………………...4 2. Основные направления повышения экологической безопасности автомобилей. ……………………………………………………………………..6 2.1 Совершенствование ДВС ……………………………………………………7 2.2 Применение альтернативных топлив………………………………………. 9 2.3 Автомобили с комбинированной (гибридной) энергетической установкой (КЭУ) . …………………………………………………………………………..11 2.4 Совершенствование электромобиля……………………………………… 14 Заключение ……………………………………………………………………..16 Список литературы……………………………………………………………..17 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. 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. Актуальность данной темы обусловлена возрастающим количеством автомобильного транспорта и решением проблемы его воздействия на качество городской среды и здоровье населения. 1. 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. 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. 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. 2. Основные направления повышения экологической безопасности автомобилей. Транспорт - важное условие функционирования общественного производства и жизни людей. Пассажиропотоки в городах растут быстрее, чем население городов. Большую долю всего объема транспортных перевозок выполняет промышленный транспорт, в составе которого 30-35% перевозок совершают железные дороги, около 60 % автомобили, а остающиеся 5-10% - трубопроводы, транспортеры, речной и морской флот. Автомобиль в настоящее время стал, чуть ли не основным средством транспорта для подавляющего большинства человечества. Но он же, к сожалению, и главный глобальный загрязнитель окружающей среды. Для большинства промышленно развитых стран мира не является секретом тот факт, что для поддержания конкурентоспособности автомобильной промышленности, совершенствования надежности, качества, безопасности автомобилей необходимо участие трех сторон - промышленности, науки и государства. Причем усилия всех участников должны быть объединенными и скоординированными, а не автономными и разрозненными. Специальные правительственные органы многих промышленно развитых стран проводят всестороннее изучение экологических и других проблем и формулирует систему норм, ограничений, требований и стимулов к производителям и потребителям продукции. Это делается с целью минимизации негативного воздействия на природу. Большинство ученых и практиков предпринимают срочные меры по снижению токсичности отработавших газов двигателя. И прежде всего — уменьшению количества содержащихся в них моно- и диоксидов углерода, а также оксидов азота и несгоревших углеводородов. Специалисты, занимающиеся данной проблемой, не считают ее неразрешимой. Более того, они предлагают как минимум четыре направления работ, которые позволят сделать автомобильную энергетику экологически чистой. 2.1 Совершенствование ДВС С момента изобретения более ста лет назад двигателя внутреннего сгорания (ДВС) предпринимались многочисленные попытки повышения его экономичности и экологичности. У ДВС, есть ряд преимуществ перед другими типами силовых установок. К настоящему времени это, прежде всего, топливная экономичность и возможность удовлетворения международным требованиям по экологии. Отлаженность технологии выпуска ДВС обеспечила их низкую удельную стоимость (затраты/кВт энергии). Совершенствование рабочего процесса привело к высокой объемной (массовой) энергоемкости (кВт/кг, кВт/м3). Изыскания многих поколений ученых и инженеров открыли, что у данной конструкции есть неиспользованные резервы для дальнейшего развития и совершенствования конструкции. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что путем оптимизации степени сжатия и рабочего объема ДВС может быть улучшена эксплуатационная топливная экономичность и обеспечено снижение выброса парниковых газов (СО2) в условиях городского движения от 20 до 40 %. Для двигателя внутреннего сгорания, чтобы получать необходимую механическую энергию для движения автомобиля, необходимо иметь высокое давление в цилиндрах. Естественно, чем выше температура сгорания топлива, тем выше давление. Но окиси азота образуются тем охотней, чем выше температура и больше кислорода (то есть воздуха), поступает в камеру сгорания. С точки зрения экологии в ДВС ситуация тупиковая. Много топлива и мало воздуха - низкая мощность, экономичность и много СО. Мало топлива и много воздуха - много окиси азота. Успешный до недавней поры компромисс достигался электронным регулированием соотношения топливо-воздух и применением, так называемого трехходового каталитического нейтрализатора. Тем не менее, уже разработаны камеры сгорания, способные сжигать сверхбедные топливовоздушные смеси. ДВС, имеющие такие камеры, на всех режимах работают практически при идеальных соотношениях топлива и воздуха, следовательно, содержат минимальное количество вредных веществ в отработавших газах. Кроме того, все больше появляется систем, обеспечивающих автоматическое управление подачей топлива в камеру сгорания и его воспламенением, что тоже благоприятно сказывается на экологической чистоте ДВС. В частности, технические данные ДВС могут быть улучшены путем совершенствования электронного управления системами двигателей. Так, в последние годы появились в серийном производстве системы с управляемыми фазами газораспределения, и многие фирмы выпускают двигатели с достаточно эффективными механизмами их регулирования (Honda, Toyota, BMW и др.). Наибольшими функциональными возможностями воздействия на показатели двигателей обладает система с электромагнитным приводом клапанов и электронным управлением, а также, переходу на четырехклапанное газораспределение. Ввиду прогрессирующего роста цен на нефть и неизбежного глобального энергетического и экологического кризиса, есть смысл чаще возвращаться к самым различным способам экономии топлива, с привлечением современных технологий, открывающих многообещающие перспективы. 2.2 Применение альтернативных топлив. Биотопливо- использование биотоплива, например этанола (этилового спирта) или дизельного топлива (биодизеля), полученного из специально выращенных растений, обычно рассматривают как важный шаг к сокращению выбросов углекислого газа (СО2) в атмосферу. Конечно, при сжигании биотоплива углекислый газ попадает в атмосферу совершенно так же, как и при сжигании ископаемого топлива (нефти, угля, газа). Разница в том, что образование растительной массы, из которой было получено биотопливо, шло за счет фотосинтеза, то есть процесса, связанного с потреблением СО2. Соответственно, использование биотоплива рассматривается как «углерод-нейтральная технология»: сначала атмосферный углерод (в виде СО2) связывается растениями, а потом выделяется при сжигании веществ, полученных из этих растений. Однако стремительно расширяющееся производство биотоплива во многих местах (прежде всего в тропиках) ведет к уничтожению природных экосистем и утере биологического разнообразия. Двигатели, работающие на биотопливе, используют энергию солнечного света, запасенную растениями. Энергия ископаемого топлива — это на самом деле тоже когда-то давно (десятки и сотни миллионов лет тому назад) связанная энергия солнечного света, а выделяющийся при сжигании ископаемого топлива углекислый газ когда-то был изъят из атмосферы (и вод океана) растениями и цианобактериями. Казалось бы, биотопливо ничем не отличается от обычного ископаемого топлива. Но разница есть, и определяется она временной задержкой, лагом между связыванием СО2 в ходе фотосинтеза и выделением его в процессе сжигания углеродосодержащих веществ. Если этот лаг очень большой (как в случае использования горючих ископаемых), то состав атмосферы мог за это время существенно измениться. Кроме того, если связывание углекислого газа происходило в течение очень длительного времени, то высвобождение происходит очень быстро. В случае же использования биотоплива временной лаг совсем небольшой: месяцы, годы, для древесных растений — десятилетия. При всех плюсах использования биотоплива быстрое увеличение его производства чревато серьезными опасностями для сохранения дикой природы, особенно в тропиках. Очевидно, что замещая ископаемое топливо и снижая таким образом рост СО2 в атмосфере, биотопливо на самом деле может угрожать многим природным экосистемам, прежде всего тропическим. Дело, конечно, не в самом биотопливе, а в неразумной политике его производства. В уничтожении богатых видами природных экосистем и заменой их крайне упрощенными экосистемами сельскохозяйственных угодий. В любом случае, необходимо оценить тот риск, который возникает для природных экосистем при культивировании растений, используемых в качестве сырья для биотоплива. Сжатый природный и сжиженный нефтяной газы, а также метанол- приоритетность газа, как наиболее перспективного экологически чистого моторного топлива, очевидна для многих стран мира. В Канаде, Новой Зеландии, Аргентине, Италии, Голландии, Франции и других странах успешно действуют национальные программы перевода автотранспорта, в первую очередь городского, на газомоторное топливо. Для этого разработана соответствующая нормативно-законодательная база: ценовая, налоговая, тарифная, кредитная. В результате налицо явный прогресс. Поэтому, в настоящее время единственным путем повышения экологичности автотранспорта является его перевод на природный газ, что обеспечит сокращение вредных выбросов в окружающую среду двигателями автомобилей до уровня, отвечающего жестким европейским нормам. 2.3 Автомобили с комбинированной (гибридной) энергетической установкой (КЭУ) . В качестве основного источника энергии в таких автомобилях используется ДВС, а в качестве пикового ее источника — тяговая электрохимическая батарея (ТЭБ) или накопитель (батарея электрических конденсаторов, сверхкомпактный маховик и т. п.). Совершенствование двигателей внутреннего сгорания едва-едва поспевает за предъявляемыми к ним требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами об одновременно мощном и экономичном моторе, с другой — экологи, ужесточающие нормы токсичности. А в завершение — геологи, все настойчивее напоминающие об истощении запасов «черного золота». Сегодня смело, можно сказать: эпоха ДВС как основного источника энергии на автомобиле подходит к логическому завершению. Подтверждение этому уже не опытные, а серийные модели с гибридными силовыми установками. Рассмотрим схемы гибридных силовых установок: Последовательная схема  В данном случае ДВС приводит в движение генератор, а вырабатываемая последним электроэнергия питает электродвигатель, вращающий ведущие колеса. Последовательной установку называют потому, что поток мощности поступает на ведущие колеса, проходя ряд преобразований. От механической энергии, вырабатываемой ДВС в электрическую, вырабатываемую генератором, и опять в механическую. Данная схема позволяет использовать ДВС малой мощности, с условием его постоянной работы в диапазоне максимального КПД. Это позволит стабильно генерировать достаточное количество энергии для питания электродвигателя и заряда аккумуляторной батареи. Параллельная схема  Здесь ведущие колеса приводятся в движение и ДВС, и электродвигателем (обратимой машиной). Момент, поступающий от двух источников, распределяется в соответствии с условиями движения. Аккумулятор заряжается при переключении электродвигателя в режим генератора (например, при торможении), а запасенная батареей энергия питает обратимую машину, переключившуюся в режим электродвигателя, которая, в свою очередь, вращает ведущие колеса. Подобная конструкция достаточно проста, но имеет ряд недостатков, так как обратимая машина гибридной силовой установки не может одновременно приводить в движение колеса и заряжать батарею. Последовательно-параллельная схема Эта схема объединяет в себе две предыдущие. Здесь, в зависимости от условий движения, используется тяга электродвигателя или одновременно ДВС и электродвигателя.  Помимо этого, в случае необходимости, система способна приводить колеса в движение и одновременно вырабатывать электроэнергию, используя генератор. Таким образом, достигается максимальная эффективность силовой установки. Несмотря на все видимые преимущества, автомобили с гибридными силовыми установками имеют ряд недостатков. Кроме того что они имеют усложненную конструкцию, требуется наличие специального оборудования для их обслуживания и ремонта, а так же становится необходима подготовка специалистов не только для обслуживания таких двигателей, но и для оказания помощи в случае попадания такого автомобиля в аварию. 2.4 Совершенствование электромобиля. Электрические двигатели проходят испытание во многих странах. Основных проблем электромобилей лишь две: найти накопитель энергии, способный обеспечить транспортному средству запас хода, соизмеримый с запасом хода обычного автомобиля, и создать соответствующую инфраструктуру (сеть зарядных станций и т. п.). Однако эти проблемы — чрезвычайной сложности. Особенно первая. Достаточно напомнить, что многие специалисты (электрики, химики, материаловеды и др.) весь прошлый век работали над созданием электрических аккумуляторов большой емкости, но так и не сумели получить приемлемые для автомобилестроителей и других потребителей результаты по запасу хода электромобиля, поскольку, ни один из аккумуляторов по удельной энергоемкости не смог конкурировать ни с жидким, ни даже с газовым топливом. Другими словами, при переходе с ДВС на батареи электрических аккумуляторов приходится жертвовать либо грузоподъемностью, либо запасом хода автомобиля. Преимущества электромобиля: отсутствие вредных выхлопов; простота конструкции и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем; КПД электродвигателя составляет 90 %—95 %. Недостатки электромобиля: аккумуляторы хорошо работают при движении электромобиля на постоянных скоростях и при плавных разгонах. При резких стартах тяговые АКБ теряют много энергии. проблемой является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты (например, свинец или литий). около 10% энергии теряется в коробке передач и других элементах трансмиссии. часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей. для массового применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов (зарядка на «автозарядных» станциях). Специалисты полагают, что наиболее энергосберегающим и высокоэффективным источником энергии для электромобилей являются батареи топливных элементов. У таких элементов много достоинств, прежде всего высокий КПД, достигающий в реальных установках 60-70%; их не надо заряжать, как аккумуляторы, достаточно пополнять запасы реагентов. Наиболее перспективен водородно-воздушный электрохимический генератор (ЭХГ), в котором продуктом реакции при выработке электрической энергии является химически чистая вода. Заключение Можно сделать вывод, что изложенное выше определяет необходимость принятия широкомасштабных и комплексных мер по предотвращению, нейтрализации или хотя бы существенному сокращению тех негативных последствий, которые порождаются автомобилизацией нашей страны. Поэтому, следует проводить экологическую программу по следующим направлениям: - широкое внедрение результатов работ, по снижению экологической опасности существующих двигателей, используемых нефтяных и синтетических углеводородных топлив для автотранспортных средств; - поэтапная замена нефтяных топлив на сжиженный природный газ (СПГ) как наиболее чистого из углеводородных топлив, с обязательным созданием необходимой криогенной инфраструктуры в транспортном комплексе области; - модернизация дорожного хозяйства и реализация планов строительства дорог и мостов; - создание управляющей системы обращения и утилизации отходов АТК, способной обеспечить их селективную и безопасную переработку, а также их вторичное использование в производственно-хозяйственной сфере; - совершенствование современной нормативно-правовой базы и системы налогообложения и платежей за загрязнение ОС, стимулирующих перевод деятельности АТК на экологически приемлемые технологии. От решения именно этой задачи в первую очередь зависит, сохраним ли мы биосферу Земли. Общественный транспорт должен быть таким, чтобы людям хотелось пользоваться им чаще, чем собственными машинами. Так как увеличение транспортных средств на дорогах наносит огромнейший вред здоровью людей и окружающей среде. Ведь выхлопные газы автомобилей - это настоящее бедствие. Список литературы Коробкин В.И /Экология./ – М., 2006. – 465с. Ляченков Н.В., Тарабрин О.А. / Этапы развития аэрокосмической промышленности и автомобилестроения: Учебное пособие / Москва / МАИ / 2004 Петрунин В.В./ Плата за негативное воздействие на окружающую среду в 2006 году // Финансы. – 2006. – № 4. – С.25 – 30. Руденко Б. /Цена цивилизации // Наука и жизнь./ – 2004. – № 7. – С.32 – 36. Суэтин А./ 2006 год: мир сегодня и завтра (обзор основных положений доклада «Состояние планеты – 2006») // Вопросы экономики./ – 2006. – № 4. – С.90 – 103. Шишков Ю. /Хрупкая экосистема Земли и безответственное человечество // Наука и жизнь./ – 2004. – № 12. – С.2 – 11. Данные с интернет сайтов: avtomash.ru; autonews.ru; auto-barmashova.ru |