Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Этот грузовик с дизельным двигателем при запуске двигателя выделяет выхлопные газы, богатые черными твердыми частицами.

Выхлопные газы или дымовые газы выделяются в результате сгорания топлива, такого как природный газ , бензин (бензин) , дизельное топливо , мазут , смеси биодизельного топлива [1] или уголь . В зависимости от типа двигателя он выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу , дымовую трубу или вытяжное сопло . Он часто распространяется с подветренной стороны по схеме, называемой выхлопным шлейфом .

Это основной компонент выбросов автотранспортных средств (и от стационарных двигателей внутреннего сгорания ), который также может включать:

  • Картере просачивание
  • Испарение неиспользованного бензина

Выбросы автотранспортных средств способствуют загрязнению воздуха и являются одним из основных компонентов смога в некоторых крупных городах. Исследование, проведенное Массачусетским технологическим институтом в 2013 году, показывает, что только в Соединенных Штатах из-за выбросов транспортных средств ежегодно происходит 53000 случаев ранней смерти. [2] Согласно другому исследованию, проведенному в том же университете, только в Соединенном Королевстве одни только автомобильные пары являются причиной смерти 5000 человек ежегодно. [3]

Состав [ править ]

Большая часть большинства газообразных продуктов сгорания - это азот (N 2 ), водяной пар (H 2 O) (за исключением топлива с чистым углеродом) и диоксид углерода (CO 2 ) (за исключением топлива без углерода); они не токсичны или вредны (хотя водяной пар и углекислый газ являются парниковыми газами, которые способствуют глобальному потеплению ). Относительно небольшая часть продуктов сгорания представляет собой нежелательные, вредные или токсичные вещества, такие как окись углерода (CO) от неполного сгорания, углеводороды (правильно обозначенные как C x H y, но обычно отображается просто как «HC» на листах испытаний на выбросы) от несгоревшего топлива, оксидов азота (NO x ) от чрезмерных температур сгорания и твердых частиц (в основном сажи ).

Температура выхлопных газов [ править ]

Температура выхлопных газов (EGT) важна для работы каталитического нейтрализатора двигателя внутреннего сгорания . Его можно измерить датчиком температуры выхлопных газов . EGT также является мерой состояния двигателя газотурбинных двигателей (см. Ниже).

Холодные двигатели [ править ]

Пар из выхлопной трубы холодной машины

В течение первых двух минут после запуска двигателя автомобиля, который не работал в течение нескольких часов, количество выбросов может быть очень высоким. Это происходит по двум основным причинам:

  • Требование об увеличенном соотношении воздух-топливо в холодных двигателях : при запуске холодного двигателя топливо не испаряется полностью, вызывая более высокие выбросы углеводородов и окиси углерода , которые уменьшаются только по мере того, как двигатель достигает рабочей температуры. Продолжительность этой фазы запуска была сокращена за счет достижений в области материалов и технологий, включая управляемый компьютером впрыск топлива , меньшую длину всасывания и предварительный нагрев топлива и / или всасываемого воздуха.
  • Неэффективный каталитический нейтрализатор в холодных условиях : Каталитические нейтрализаторы очень неэффективны, пока не нагреются до их рабочей температуры . Это время было значительно сокращено за счет перемещения преобразователя ближе к выпускному коллектору и, тем более, размещения небольшого, но быстро нагревающегося преобразователя непосредственно у выпускного коллектора. Небольшой преобразователь справляется с выбросами при запуске, что дает достаточно времени для нагрева большего основного преобразователя. Дальнейшие усовершенствования могут быть реализованы разными способами [4], включая электрический нагрев, тепловую батарею, предварительный нагрев в химической реакции, нагрев пламенем и суперизоляцию.

Сводка выбросов от легковых автомобилей [ править ]

Соответствует европейским нормам выбросов EURO III, применявшимся в октябре 2000 г.

В 2000 году Агентство по охране окружающей среды США начало вводить более строгие стандарты выбросов для легковых автомобилей. Требования вводились поэтапно, начиная с автомобилей 2004 года, и все новые легковые и легкие грузовики должны были соответствовать обновленным стандартам к концу 2007 года.

Типы [ править ]

Двигатели внутреннего сгорания [ править ]

Автомобильный выхлоп

Искровое зажигание и дизельные двигатели [ править ]

В двигателях с искровым зажиганием газы, образующиеся при сгорании смеси топлива и воздуха, называются выхлопными газами. Состав варьируется от бензиновых до дизельных двигателей, но находится примерно в следующих пределах:

10% кислорода для «дизеля» вероятно, если двигатель работал на холостом ходу, например, на испытательном стенде. Это намного меньше, если двигатель работает под нагрузкой, хотя дизельные двигатели всегда работают с избытком воздуха над топливом. [ необходима цитата ] Содержание CO для бензиновых двигателей варьируется от ~ 15 ppm для хорошо настроенного двигателя с впрыском топлива и каталитического нейтрализатора до 100 000 ppm (10%) для хорошо настроенного карбюраторного двигателя, которое обычно встречается в небольших генераторах и садовом оборудовании. . [8]

Добавка нитрометана [ править ]

Выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания, топливо которого включает нитрометан, будут содержать пары азотной кислоты , которые вызывают коррозию и при вдыхании вызывают мышечную реакцию, из-за которой становится невозможно дышать. Люди, которые могут подвергнуться его воздействию, должны носить противогаз . [9]

Дизельные двигатели [ править ]

Газотурбинные двигатели [ править ]

  • В авиационных газотурбинных двигателях «температура выхлопных газов» (EGT) является основным показателем состояния двигателя. Обычно EGT сравнивается с показателем мощности основного двигателя, называемым «степенью сжатия двигателя» (EPR). Например: при полной мощности EPR будет максимально допустимый предел EGT. Как только двигатель достигает той стадии в своей жизни, когда он достигает этого предела EGT, ему потребуется специальное обслуживание для устранения проблемы. Сумма EGT ниже лимита EGT называется маржей EGT. Запас EGT двигателя будет максимальным, когда двигатель новый или был отремонтирован. Для большинства авиакомпаний эта информация также отслеживается удаленно отделом технического обслуживания авиакомпаний с помощью ACARS .

Реактивные двигатели и ракетные двигатели [ править ]

То, что выглядит выхлопом реактивных двигателей, на самом деле является инверсией .

В реактивных двигателях и ракетных двигателях выхлоп из метательных сопел, который в некоторых случаях имеет алмазы от удара . [ необходима цитата ]

Другие типы [ править ]

От сжигания угля [ править ]

  • Дымовые газы
  • Выбросы дымовых газов от сжигания ископаемого топлива

Паровые двигатели [ править ]

В терминологии паровых двигателей выхлопные газы - это пар, давление в котором настолько низкое, что он больше не может выполнять полезную работу.

Выбросы от основных транспортных средств [ править ]

NO x [ править ]

Смог в Нью-Йорке, вид из Всемирного торгового центра в 1988 году.

Монооксиды азота NO и NO 2 ( NOx ) (независимо от того, образуются ли они таким образом или естественным образом в результате удара молнии ) реагируют с аммиаком , влагой и другими соединениями с образованием паров азотной кислоты и связанных с ними частиц. Мелкие частицы могут глубоко проникнуть в чувствительную ткань легких и повредить ее, в крайних случаях вызывая преждевременную смерть. Вдыхание видов NO увеличивает риск рака легких [10] и колоректального рака. [11] и вдыхание таких частиц может вызвать или усугубить респираторные заболевания , такие как эмфизема и бронхит и болезни сердца. [12] [13][14]

В исследовании Агентства по охране окружающей среды США в 2005 году наибольшие выбросы NOx происходили от дорожных транспортных средств, при этом вторым по величине источником выбросов было внедорожное оборудование, которое в основном состоит из бензиновых и дизельных станций. [14]

Образовавшаяся азотная кислота может быть смыта в почву, где она становится нитратом , что полезно для выращивания растений.

Летучие органические соединения [ править ]

Внедорожная техника - это в основном бензиновые и дизельные станции. [15]

Когда оксиды азота (NOx) и летучие органические соединения (ЛОС) вступают в реакцию в присутствии солнечного света, образуется приземный озон , основной ингредиент смога . В отчете Агентства по охране окружающей среды США за 2005 год дорожные транспортные средства являются вторым по величине источником летучих органических соединений в США (26%), а 19% составляют внедорожное оборудование, которое в основном состоит из бензиновых и дизельных станций. [15] 27% выбросов ЛОС связано с растворителями, которые используются при изготовлении красок и разбавителей для красок и в других целях. [16]

Озон [ править ]

Озон полезен в верхних слоях атмосферы [17], но на уровне земли озон раздражает дыхательную систему , вызывая кашель, удушье и снижение емкости легких. [18] Это также имеет множество негативных последствий для всей экосистемы. [19]

Окись углерода (CO) [ править ]

Изображение окиси углерода со спутника MOPITT, март 2010 г.

Отравление угарным газом - самый распространенный вид смертельного отравления воздуха во многих странах. [20] Окись углерода бесцветна, без запаха и вкуса, но очень токсична. Он соединяется с гемоглобином с образованием карбоксигемоглобина , который блокирует транспорт кислорода. При концентрациях выше 1000 ppm он считается непосредственной опасностью и представляет наибольшую опасность для здоровья при работе двигателей в плохо вентилируемом помещении. В 2011 году 52% выбросов окиси углерода было создано мобильными автомобилями в США [21].

Опасные загрязнители воздуха (токсины) [ править ]

Хроническое (длительное) воздействие бензола ( C 6 H 6 ) повреждает костный мозг . Это также может вызвать чрезмерное кровотечение и подавить иммунную систему , увеличивая вероятность заражения . Бензол вызывает лейкемию и связан с другими видами рака крови и предраками крови. [22] [23]

Твердые частицы (PM 10 и PM 2.5 ) [ править ]

В воздействие на здоровье вдыхания аэрозольных частиц были широко изучены в организме человека и животных , а также включают в себя астму , рак легких , сердечно - сосудистые проблемы, преждевременные смерти . [24] [25] [26] Из-за размера частиц они могут проникать в самые глубокие части легких. [27] По данным исследования, проведенного в Великобритании за 2011 год, в результате ТЧ в легковых автомобилях умирает 90 человек в год. [28] В публикации 2006 года Федеральное управление автомобильных дорог США (FHWA) заявляет, что в 2002 году около 1 процента всех PM 10 и 2 процента всех PM 2.5выбросы происходили от выхлопных газов дорожных транспортных средств (в основном дизельных двигателей ). [29]

Двуокись углерода (CO 2 ) [ править ]

Двуокись углерода - это парниковый газ . Выбросы CO 2 автотранспортными средствами являются частью антропогенного вклада в рост концентрации CO 2 в атмосфере, который, по мнению подавляющего большинства научного сообщества, вызывает изменение климата . [30] Согласно расчетам, автотранспортные средства производят около 20% антропогенных выбросов CO 2 в Европейском Союзе , а легковые автомобили составляют около 12%. [31] Европейские стандарты выбросов ограничивают выбросы CO 2 новыми легковыми и легковыми автомобилями. Средний новый автомобиль в Европейском Союзе CO 2показатель выбросов снизился на 5,4% по сравнению с первым кварталом 2010 года до 145,6 г / км . [32]

Водяной пар [ править ]

Выхлопные газы автомобиля содержат много водяного пара .

Восстановление воды [ править ]

Было проведено исследование способов, которыми солдаты в пустынях могут извлекать питьевую воду из выхлопных газов своих машин. [33]

Снижение загрязнения [ править ]

Стандарты выбросов сосредоточены на сокращении количества загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопных газах транспортных средств, а также в промышленных дымовых трубах и других источниках выхлопных газов, загрязняющих атмосферу, на различных крупных промышленных объектах, таких как нефтеперерабатывающие заводы , заводы по переработке природного газа, нефтехимические заводы и химические производственные предприятия. . [34] [35] Однако их часто называют дымовыми газами . Каталитические нейтрализаторы в автомобилях предназначены для устранения загрязнения выхлопных газов с помощью катализатора. Скрубберы на судах предназначены для удаления диоксида серы (SO 2) судовых выхлопных газов. Нормы, касающиеся выбросов двуокиси серы из морских судов, ужесточаются, однако только небольшое количество специальных районов во всем мире предназначено для использования только дизельного топлива с низким содержанием серы.

Одно из преимуществ, заявленных для двигателей с передовой паровой технологией, состоит в том, что они производят меньшие количества токсичных загрязнителей (например, оксидов азота), чем бензиновые и дизельные двигатели той же мощности. [ необходима цитата ] Они производят большее количество диоксида углерода, но меньше монооксида углерода из-за более эффективного сгорания.

Исследования здоровья [ править ]

Исследователи из Калифорнийского университета в Школе общественного здравоохранения Лос-Анджелеса говорят, что предварительные результаты их статистического исследования детей, внесенных в Реестр рака Калифорнии, родившихся в период с 1998 по 2007 год, показали, что загрязнение дорожного движения может быть связано с увеличением на 5-15% вероятность некоторых видов рака. [36] Исследование Всемирной организации здравоохранения показало, что пары дизельного топлива вызывают рост рака легких. [37]

Локализованные эффекты [ править ]

Калифорнийский совет по воздушным ресурсам обнаружено в исследованиях , что 50% или более от загрязнения воздуха ( смог ) в Южной Калифорнии из - за выбросы автомобилей. [ необходима цитата ] Концентрации загрязняющих веществ, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания, могут быть особенно высокими на сигнальных перекрестках из-за холостого хода и ускорений. В компьютерных моделях такие детали часто упускаются. [38]

См. Также [ править ]

  • Загрязнение воздуха # Самые загрязненные города
  • Альтернативный двигатель
  • Моделирование атмосферной дисперсии
  • Автомобиль № Воздействие на окружающую среду
  • Закон о чистом воздухе
  • Стоимость перегрузки
  • Стандарт выбросов
  • Европейские стандарты выбросов
  • Дымовые газы
  • Киотский протокол
  • Свалочный газ
  • Зона с низким уровнем выбросов
  • Загрязнение воздуха передвижными источниками
  • Выбросы автотранспортных средств и беременность
  • Космическая медуза
  • Стандарты выбросов США
  • Контроль выбросов транспортных средств

Ссылки [ править ]

  1. ^ Омидварборна; и другие. (2014). «Характеристика твердых частиц, выбрасываемых транзитными автобусами, работающими на B20, в режиме ожидания». Журнал экологической химической инженерии . 2 (4): 2335–2342. DOI : 10.1016 / j.jece.2014.09.020 .
  2. ^ Кайаццо, Фабио; Ашок, Акшай; Waitz, Ian A .; Йим, Стив Х.Л .; Барретт, Стивен Р.Х. (ноябрь 2013 г.). «Загрязнение воздуха и ранняя смертность в Соединенных Штатах. Часть I: Количественная оценка воздействия основных секторов в 2005 году». Атмосферная среда . 79 : 198–208. Bibcode : 2013AtmEn..79..198C . DOI : 10.1016 / j.atmosenv.2013.05.081 .
  3. ^ Роланд Пиз. «Загрязнение автомобильным транспортом в Великобритании убивает 5000 человек в год, - говорится в исследовании» . Новости BBC.
  4. ^ Пулкрабек В.В. (2004) Технические основы двигателя внутреннего сгорания. Пирсон Прентис Холл, Нью-Джерси
  5. ^ «Среднегодовые выбросы и потребление топлива для легковых и легких грузовиков» (PDF) . Транспорт и качество воздуха . Агентство по охране окружающей среды США.
  6. ^ «Легковые автомобили, легковые грузовики и легковые автомобили средней грузоподъемности - Стандарты выбросов выхлопных газов Уровня 2» . Справочное руководство по стандартам выбросов . Агентство по охране окружающей среды США. 14 ноября 2012 г.
  7. ^ Программа самообучения 230: Выбросы выхлопных газов автотранспортных средств (PDF) . AUDI. Апрель 2000 . Проверено 23 марта 2012 года .
  8. ^ https://www.abe.iastate.edu/extension-and-outreach/carbon-monoxide-poisoning-operating-fossil-fuel-engines-inside-buildings-aen-206/
  9. ^ «Гоночное топливо - Нитрометан» . www.turbofast.com.au .
  10. ^ Хамра, Великобритания; Ладен, Ф; Коэн, AJ; Раашу-Нильсен, О; Брауэр, М; Лумис, Д. (ноябрь 2015 г.). «Рак легких и воздействие диоксида азота и трафика: систематический обзор и метаанализ» . Перспективы гигиены окружающей среды . 123 (11): 1107–12. DOI : 10.1289 / ehp.1408882 . PMC 4629738 . PMID 25870974 .  
  11. ^ Тернер, MC; Кревски, Д; Дайвер, WR; Папа CA, 3-й; Бернетт, RT; Джерретт, М; Маршалл, JD; Гапстур С.М. (21 августа 2017 г.). «Загрязнение окружающего воздуха и смертность от рака в исследовании профилактики рака II» . Перспективы гигиены окружающей среды . 125 (8): 087013. DOI : 10,1289 / EHP1249 . PMC 5783657 . PMID 28886601 .  
  12. ^ «Здоровье» . Двуокись азота . Агентство по охране окружающей среды США. 14 февраля 2013 г.
  13. ^ «Региональный перенос озона: новые правила EPA по выбросам оксида азота (EPA-456 / F-98-006)» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США. Сентябрь 1998 г.
  14. ^ a b «Сводные данные по выбросам штата и округа: оксиды азота» . Источники выбросов в атмосферу . Агентство по охране окружающей среды США. 25 октября 2013 г.
  15. ^ a b «Сводные данные по выбросам в штатах и ​​округах: летучие органические соединения» . Источники выбросов в атмосферу . Агентство по охране окружающей среды США. 25 октября 2013 г.
  16. ^ «Летучие органические соединения (ЛОС)» . Программа гидрологии токсичных веществ . Геологическая служба США (USGS). 12 апреля 2013 г.
  17. ^ EPA, OAR, OAP, SPD, США. «Защита озонового слоя - Агентство по охране окружающей среды США» . Агентство по охране окружающей среды США .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  18. ^ http://www.epa.gov/airquality/ozonepollution/health.html
  19. ^ http://www.epa.gov/groundlevelozone/ecosystem.html
  20. ^ Omaye ST. (2002). «Метаболическая модуляция токсичности окиси углерода». Токсикология . 180 (2): 139–150. DOI : 10.1016 / S0300-483X (02) 00387-6 . PMID 12324190 . 
  21. ^ «Сводные данные по выбросам штата и округа: Окись углерода» . Источники выбросов в атмосферу . Агентство по охране окружающей среды США. 25 октября 2013 г.
  22. ^ «Выхлопные газы: что выходит из выхлопных газов вашего автомобиля?» . Автомобильная ассоциация Developments Limited. 23 февраля 2012 г.
  23. ^ "Воздух токсичных веществ от транспортных средств" (PDF) . Транспорт и качество воздуха . Агентство по охране окружающей среды США.
  24. ^ Курт, хорошо; Чжан, Дж; Пинкертон, К. Э. (март 2016 г.). «Воздействие загрязнения воздуха на здоровье легких» . Текущее мнение в области легочной медицины . 22 (2): 138–43. DOI : 10,1097 / MCP.0000000000000248 . PMC 4776742 . PMID 26761628 .  
  25. ^ Бурдрель, Т; Бинд, Массачусетс; Béjot, Y; Морель, О; Аргача, JF (ноябрь 2017 г.). «Сердечно-сосудистые эффекты загрязнения воздуха» . Архив сердечно-сосудистых заболеваний . 110 (11): 634–642. DOI : 10.1016 / j.acvd.2017.05.003 . PMC 5963518 . PMID 28735838 .  
  26. ^ Бабаджуни, РМ; Hodis, DM; Радвански, Р. Durazo, R; Патель, А; Лю, Q; Мак, WJ (сентябрь 2017 г.). «Клинические эффекты загрязнения воздуха на центральную нервную систему; обзор» . Журнал клинической неврологии . 43 : 16–24. DOI : 10.1016 / j.jocn.2017.04.028 . PMC 5544553 . PMID 28528896 .  
  27. ^ Район 4: Лаборатория и полевые операции - PM 2.5 (2008). PM 2.5 Цели и история. Агентство по охране окружающей среды США.
  28. ^ Мацци, Эрик А .; Довлатабади, Хади (2007). «Воздействие смягчения последствий изменения климата на качество воздуха: политика Великобритании и выбор пассажирских транспортных средств» . Наука об окружающей среде и технологии . 41 (2): 387. Bibcode : 2007EnST ... 41..387M . DOI : 10.1021 / es060517w .
  29. ^ «Качество воздуха на транспорте: избранные факты и цифры» . Федеральная дорожная комиссия Министерства транспорта США. 2006 . Проверено 14 апреля 2010 .
  30. ^ IPCC, 2013: Резюме для политиков. В: Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, TF, D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тиньор, С. К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П. М. Мидгли (ред.) . Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.
  31. ^ «Комиссия планирует законодательную базу для обеспечения выполнения ЕС своей цели по сокращению выбросов CO2 от автомобилей» . Европейская комиссия. 2007-02-07.
  32. ^ «Средние выбросы CO2 от новых автомобилей в ЕС снизились на 5,4% в первом квартале» . автоэволюция . SoftNews NET. 2010-04-19.
  33. ^ "извлечение воды из выхлопных газов дизельного двигателя - Поиск в Google" . www.google.co.uk .
  34. ^ «EPA Plain English Guide to the Clean Air Act» .
  35. ^ Публикация EPA США AP 42, пятое издание, Сборник факторов выбросов загрязнителей воздуха
  36. Рианна Рейнберг, Стивен (9 апреля 2013 г.). «Воздействие смога во время беременности может повысить риск рака у ребенка: исследование» . USNews .
  37. ^ http://www.iarc.fr/en/media-centre/pr/2012/pdfs/pr213_E.pdf
  38. ^ Инт Панис L; и другие. (2006). «Моделирование мгновенного выброса трафика и влияние ограничений скорости движения». Наука об окружающей среде в целом . 371 (1–3): 270–285. Bibcode : 2006ScTEn.371..270I . DOI : 10.1016 / j.scitotenv.2006.08.017 . PMID 17049967 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Публикация Совета по воздушным ресурсам Калифорнии по вопросам здоровья и загрязнения воздуха
  • Конус, Трейси (13 ноября 2008 г.). «Загрязнение воздуха в Калифорнии убивает больше людей, чем автокатастрофы, исследования показывают» . Huffington Post .
  • «Автомобильные выхлопные химические вещества: эффекты, вызывающие болезни» . Alpha Online . Environmed Research Inc. архивации от оригинала на 2014-07-05.
  • «Автомобили, грузовики и загрязнение воздуха» . Чистый транспорт . Союз неравнодушных ученых. 3 сентября 2013 г.
  • О выхлопе дизеля:
    • Управление по безопасности и гигиене труда Министерства труда США: Темы безопасности и здоровья: Выхлопные газы дизельных двигателей
    • Неполный список химических веществ, связанных с выхлопными газами дизельных двигателей
    • Твердые частицы в выхлопных газах дизельных двигателей: разумные предположения, что они являются канцерогеном для человека
    • Научное исследование вредного воздействия выхлопных газов дизельного топлива: острые воспалительные реакции в дыхательных путях и периферической крови после кратковременного воздействия выхлопных газов дизельного топлива у здоровых добровольцев.
    • Дизельный выхлоп: что нужно знать