Эксплуатация автотранспортных средств (АТС) оказывает отрицательное воздействие на окружающую среду, поскольку автотранспортные потоки загрязняют приземный слой атмосферы отработавшими газами (ОГ) двигателей автомобилей, продуктами изнашивания тормозных механизмов, автомобильных шин и дорожных покрытий [1-2]. Объёмы и токсичность выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) определяются интенсивностью, скоростью и составом автотранспортного потока [3], влияние которых к настоящему времени не достаточно изучено. Известно, что выбросы токсичных ЗВ с ОГ автомобиля в первую очередь зависят от его конструкции, технического состояния и качества топлива. Поэтому проблема снижения выбросов ЗВ автотранспортом решается комплексно в связке «автомобиль-топливо», с принятием новых более жестких норм на выбросы АТС одновременно устанавливают требования к качеству применяемых моторных топлив.
Цель исследования – оценить основные тенденции по влиянию качества автомобильного топлива на степень загрязнения приземного слоя атмосферы городов.
Результаты сравнительных экспериментальных испытаний проведённых сотрудниками НАМИ [3] (рисунки 1, 2) показывают, что при переводе ДВС на спирты, газ и водород существенно снижается суммарный выброс ЗВ и частично снижается выброс СО2, т.е. парниковые газы. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что решение экологических проблем по снижению выбросов ЗВ с ОГ автомобилей с ДВС, дальнейшее совершенствование их конструкции и применяемых антитоксичных систем, также весьма существенно зависит от вида и качества применяемых топлив. На текущий момент времени качество автомобильного топлива на АЗС оценить без лабораторных исследований практически невозможно. Некачественное топливо отрицательно влияет не только на ДВС автомобиля, но и здоровье пассажиров, окружающих людей, а также приземный слой атмосферы. На территории РФ действуют ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств» и ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту», требования которых направлены на улучшение экологической ситуации в стране. Объектом технического регулирования являются как выпускаемые на территории РФ колесные ТС и двигатели, так и топлива для них. Технический регламент предполагает разделение автомобильных бензинов и дизельного топлива на четыре экологических класса – К2, К3, К4, К5, определяющий требования безопасности топлива, что соответствует нормам «Евро 2», «Евро 3», «Евро 4» и «Евро 5». Данные нормы на выбросы прописаны в Правилах ЕЭК ООН. Эти правила применяются в целях защиты населения и окружающей среды от воздействия выбросов ЗВ, носят название «Евро» с числовым значением и нормируют содержание в ОГ таких веществ, как CO, NOx (оксиды азота) и ряд других.
|
|
|
|
1 – бензин; 2 – сжиженный нефтяной газ; 3 – сжатый природный газ; 4 – бензин в смеси с водородом; 5 – метанол (метиловый спирт); 6 – метанол в смеси с синтез-газом; 7 – синтез-газ, 8 – водород |
1 – бензин; 2 – дизельное топливо; 3 – природный газ; 4 – сжиженный пропан-бутан; 5 – метиловый спирт; 6 – этиловый спирт
|
|
Рисунок 1 – Суммарный выброс ЗВ легковым автомобилем «ВАЗ», работающим на различных видах топлива [3] |
Рисунок 2 – Суммарный выброс ЗВ двигателем грузового автомобиля, работающим на различных топливах [3] |
Поскольку требуемый уровень выбросов достижим лишь с использованием топлива определенного качества, то косвенно требование к содержанию ЗВ в ОГ относится и к топливу. Качественные характеристики топлива, позволяющего обеспечить требуемый уровень выбросов, также устанавливаются в Правилах ЕЭК ООН. На основе данных характеристик разрабатываются европейские стандарты на топлива: EN 228 для бензинов и EN 590 для дизельных видов топлива. Так, класс 5 для бензина соответствует требованиям европейского стандарта EN 228:2004 или обеспечивает содержание выбросов по норме «Евро 5». Класс 5 для дизельного топлива соответствует EN 590:2004 и т.п. [4]. Росстандарт как национальный орган по стандартизации РФ, организовал разработку и утвердил национальные стандарты, гармонизированные с европейскими: ГОСТ Р 51866-2002 (EN 228:2004) «Топливо моторное. Бензин неэтилированный. Технические условия», устанавливает требования вплоть до «Евро 5»; ГОСТ Р 52368-2005 (EN 590:2004) «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия», устанавливает требования вплоть до «Евро 5».
В настоящее время к основным видам топлива, используемым в РФ, следует отнести: АИ-95, АИ-92, ДТ, АИ-98, сжиженный газ, сжатый газ. По данным аналитического агентства «Автостат» более 84 % респондентов используют в качестве топлива бензин [5]. На качество сгорания бензина и, следовательно, на работу ДВС при одинаковых условиях влияют три параметра: скорость сгорания, полнота сгорания и теплотворная способность топлива. А это все зависит от того, сколько и каких углеводородов содержится в конкретном бензине [6]. Любое нарушение этих условий, независимо от того, чем оно вызвано некачественным топливом, техническим браком отдельных систем двигателя или нарушением условий эксплуатации – обусловливает риск появления выбросов ЗВ, значительно превышающих отмеченные выше эффекты от ужесточения требований к отдельным показателям качества топлив. Так проведённое в лаборатории Санкт-Петербургского политехнического университета исследование качества бензина пяти образцов марки АИ-95 показало, что мощность двигателя от образца к образцу менялась на 3-4 %, удельный расход – на 8-10 %, а токсичность ОГ по различным компонентам – на 25-40 % (рисунок 3).
Рисунок 3 – Зависимость концентраций углеводородов в ОГ от частоты вращения коленчатого вала для пяти образцов бензина марки АИ-95 [6]
Для проверки образцы испытанных бензинов разложили на отдельные составляющие методом хромато-масс-спектроскопии. Разница в содержании ароматических углеводородов составила от 41 до 66 %, причём бензины отличались не только составом, но и плотностью от 718 до 760 г/л. Однако даже при соблюдении всех технических норм в процессе эксплуатации ДВС на элементах впускной системы двигателей, участвующих в смесеобразовании (карбюраторе, инжекторе, клапанах), могут накапливаться отложения, приводящие к нарушению исходных регулировок, ухудшению экономичности двигателя и повышению эмиссии ЗВ с ОГ. Интенсивность образования отложений зависит не только от состава и показателей чистоты топлив (содержание фактических смол, механических примесей и воды), но также от конструктивных особенностей, состояния двигателя, условий эксплуатации и регулярности технического обслуживания АТС. Эти факторы в значительной степени определяют и степень загрязнения поверхности. Наиболее распространенным и эффективным средством сохранения чистоты элементов впускной системы является применение моющих топливных присадок. Сравнительные испытания автомобилей, использующих бензин с моющей присадкой, показали, что выбросы отдельных компонентов меньше на 10-20 % выбросов АТС, работающих на бензинах без присадок.
Таким образом, проблему снижения загрязнения окружающей среды следует решать за счет повышения экономичности автомобилей (снижение расхода топлива и оборудование их системами нейтрализации ОГ), а также благодаря применению высококачественных топлив. При этом нужна продуманная политика государства, которая стимулировала бы, например, за счет снижения налогов (в частности, дорожного) на такие автомобили, переход автомобилистов на АТС более высокого экологического класса, заправляемые более качественным топливом. Кроме того достигаемые в решении проблемы охраны воздушного бассейна городов, должны быть под постоянным вниманием и объективным контролем как качества автомобильного топлива так и состава ОГ, в том числе с обязательной оценкой концентраций ЗВ с учетом их токсичности, гарантирующей объективность получаемых результатов по экологической опасности АТС.
Библиографическая ссылка
Кафтан К.А., Вольнов А.С. К ВОПРОСУ О ВЛИЯНИИ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО ТОПЛИВА НА СТЕПЕНЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ ГОРОДОВ // Международный студенческий научный вестник. – 2020. – № 2. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=20051 (дата обращения: 19.04.2024).