Представлены токсилогические свойства отработавших газов дизельных двигетелей, в частности полициклических араматических углеводородов, состав отработавших газов дизелей, методика оценки токсичности отработавших газов дизельных двигателей, работающих на различных видах топлива. Показаны преимущества использования в дизелях биотоплива, производимого на основе растительных масел.
дизельный двигатель, дизельное топливо, подсолнечное масло, токсичность отработавших газов.
1. Введение
Работа транспортных дизелей оценивается комплексом эксплуатационно-технических данных: удельной мощностью и массогабаритными показателями, топливной экономичностью, токсичностью отработавших газов (ОГ), динамическими качествами и др. [1]. Важнейшими из них в настоящее время являются показатели токсичности ОГ, т.е. количество выбрасываемых двигателем вредных веществ. Это обусловлено как ухудшением экологической обстановки, так и ужесточением требований, предъявляемых к двигателям внутреннего сгорания современными нормативными документами на токсичность ОГ [2].
В настоящее время отечественный автомобильный парк ежегодно выбрасывает в атмосферу 13–15 млн т оксидов углерода и 1,2–1,5 млн т оксидов азота. При этом до 22% всех выбросов диоксида углерода, около 50% веществ, вызывающих кислотность атмосферы, и 60–90% смога приходится на эмиссию вредных веществ с ОГ транспортных средств.
Особенно тяжелая экологическая обстановка складывается в крупных городах. Например, в Москве годовые суммарные выбросы вредных веществ автотранспортом достигают 1,7 млн т. Данные о загрязнении атмосферы двигателями внутреннего сгорания, работающими на нефтяном топливе — бензине и дизельном топливе, приведены в табл. 1 [3]. При этом отмечается непрерывный рост доли дизельных двигателей в общем объеме выпускаемых транспортных двигателей внутреннего сгорания [4].
Для оценки относительной агрессивности отдельных токсичных компонентов в [5] использован условный коэффициент агрессивности Аi, который учитывает отношение ПДК рассматриваемого компонента к ПДК монооксида углерода в воздухе рабочей зоны. Он учитывает также вероятность накопления в атмосфере вредных веществ, их вторичных химических превращений, оседание твердых частиц на поверхность земли, воздействие токсичных компонентов ОГ на сельскохозяйственные растения и животных. Среди токсичных компонентов ОГ дизельных двигателей одним из наиболее значимых компонентов считаются твердые частицы, состоящие преимущественно из сажи. Для сажи условный коэффициент агрессивности составляет Аi = 200 (при работе на дизельном топливе, табл. 2), для оксидов азота NOx этот коэффициент равен 41,1, для монооксида углерода СО — 1,0, для несгоревших углеводородов СНx — 3,16. Такой высокий коэффициент агрессивности сажи обусловлен косвенным учетом присутствия на частицах сажи полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и других вредных веществ.
1. Машиностроение. Энциклопедия. Том IV. Двигатели внутреннего сгорания / Л.В. Грехов, Н.А. Иващенко, В.А. Марков и др. / Под ред. А.А. Александрова, Н.А. Иващенко. М.: Машиностроение, 2013.
2. Марков В.А., Баширов Р.М., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.
3. Альтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания / А.А. Александров, И.А. Архаров, В.А. Марков и др. / Под ред. А.А. Александрова, В.А. Маркова. М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2012.
4. Использование растительных масел и топлив на их основе в дизельных двигателях / В.А. Марков, С.Н. Девянин, В.Г. Семенов и др. М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2011.
5. Экологические аспекты применения моторных топлив на транспорте / В.Ф. Кутенев, В.А. Звонов, В.И. Черных и др. // Автомобильные и тракторные двигатели. Межвуз.сб. М.: Изд-во ТУ «МАМИ», 1998. Вып. 14. С. 150–160.
6. Канило П.М., Соловей В.В., Костенко К.В. Проблемы загрязнения атмосферы городов канцерогенно-мутагенными супертоксинами // Вестник ХНАДУ. 2011. Вып. 52. С. 47–53.
7. Лач А. Канцерогенный эффект полициклических ароматических углеводородов. Лондон: Империал Колледж Пресс, 2005.
8. Пурмаль А.П. Антропогенная токсикация планеты // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 9. С. 46–51.
9. Экологическое и токсикологическое воздействие полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) на окружающую среду / T.Н. Нгандже, Э.A. Абара, K.A. Ибе и др. http://www.jurnal.org/articles/2009/ecol2.html.
10. Morishima A., Narushima T., Moriwaki H. et al. Experimental and Numerical Studies on Particulate Matter Formed in Fuel Rich Mixture // SAE Technical Paper Series. — 2003. No 2003-01-3175. P. 1–10.
11. Akasaka Y., Sakurai Y. Effects of Fuel Properties on Exhaust Emission from DI Diesel Engine // Transactions of the JSME. Ser. B. 1997. Vol. 63. No 607. P. 1091-1097.
12. Harrung A., Lies K.-H. Schnellverfahren zur Bestimmung der PAK-Werte // MTZ. 1990. Jg.51. No 1. S. 12–17.
13. Lepperhoff G., Schommers J. Einfluss des Schmierols auf die PAN-Emissionen von Verbrennungsmotoren // MTZ. 1986. Jg.47. No 9. S. 367–371.
14. Ziejewski M., Goettler H.J., Gook L.W. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Emissions from Plant Oil Based Alternative Fuels // SAE Technical Paper Series. 1991. No 911765. P. 1–8.
15. Narushima T., Morishima A., Moriwaki H. et al. Experimental and Numerical Studies on Soot Formation in Fuel Rich Mixture // SAE Technical Paper Series. 2003. No 2003-01-1850. P. 1–9.
16. Kitamura T., Ito T., Senda J. et al. Detailed Chemical Kinetic Modeling of Diesel Spray Combustion with Oxygenated Fuels // SAE Technical Paper Series. 2001. No 2001-01-1262. P. 1–19.
17. Barale R., Bulleri M., Cornetti G. et al. Preliminary Investigation on Genotoxic Potential of Diesel Exhaust // SAE Technical Paper Series. 1992. No 920397. P. 1–15.
18. Mitchell K., Steere D.E., Taylor J.A. et al. Impact of Diesel Fuel Aromatics on Particulate, PAH and NitroPAH Emissions // SAE Technical Paper Series. 1994. No 942053. P. 1–29.
19. Bagley S.T., Gratz L.D., Johnson J.H., McDonald J.F. Effects of an Oxidation Catalytic Converter and a Biodiesel Fuel on the Chemical, Mutagenic, and Particle Size Characteristics of Emissions from a Diesel Engine // Environmental Science & Technology. 1998. Vol. 32, No 9. P. 1183–1191.
20. Krahl J., Vellguth G., Munack A. et al. Exhaust Gas Emissions and Environmental Effects by Use of Rape Seed Oil Based Fuels in Agricultural Tractors // SAE Technical Paper Series. 1996. No 961847. P. 1–14.
21. McMillian M.H., Cui M., Gautam M. et al. Mutagenic Potential of Particulate Matter from Diesel Engine Operation on Fischer-Tropsch Fuel as a Function of Engine Operating Conditions and Particle Size // SAE Technical Paper Series. 2002. No 2002-01-1699. P. 1–16.
22. Takada K., Yoshimura F., Ohga Y. et al. Experimental Study on Unregulated Emission Characteristics of Turbocharged DI Diesel Engine with Common Rail Fuel Injection System // SAE Technical Paper Series. — 2003. — No 2003-01-3158. — P. 1–8.
23. Sakai T., Kashiwakura K. Basic Investigation of Particulate Matter (O-PM) and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Emitted by Two-stroke Mororcycles // SAE Technical Paper Series. 2002. No 2002-32-1846. P. 1–4.
24. Takada K., Ikezawa H., Kotani Y. Determination of Polyaromatic Hydrocarbons in Particulate Matter with HPLC and 3D-Detector // SAE Technical Paper Series. 2001. No 2001-01-3318. P. 1–6.
25. Ahrenfeldt J., Henriksen U., Schramm J. et al. Combustion Chamber Deposits and PAH Formation in SI Engines Fueled by Producer Gas from Biomass Gasification // SAE Technical Paper Series. 2003. No 2003-01-1770. P. 1–8.
26. Ball J.C., Hilder D.L., Wolf L.R. et al. Emissions of Toxicologically Relevant Compounds Using Dibutyl Maleate and Tripropylene Glycol Monomethyl Ether Diesel Fuel Additives to Lower NOx Emissions // SAE Technical Paper Series. 2005. No 2005-01-0475. P. 1–35.
27. Abbass M.K., Andrews G.E., Williams P.T. Diesel particulate composition changes along an air cooled exhaust pipe and dilution tunnel // SAE Technical Paper Series. 1989. No 890789. P. 1–8.
28. Abbass M.K., Andrews G.E., Ishaq R.B. A comparison of the particulate’s composition between turbocharged and naturally aspired DI Diesel engines // SAE Technical Paper Series. 1991. No 910733. P. 1–9.
29. Israel G.W., Zierock K.H., Mollerauer K. Grossenverteilung und chemische Zusammensetzung der Partikelemissionen verschiedener Dieselmotoren // VDI Berichte. 1982. No 429. S. 279–286.
30. Lopez B., Masclet P., Person A. Emissions Diesel. Analyse des polluants non reglementes // Colloque «pollution de l’air par les transports» Edition INRETS. 1987. P. 77–85.
31. Mills G.A., Howarth J.S. The effect of Diesel fuel aromaticity on polynuclear aromatic hydrocarbons exhaust emissions // Journal of the Institute of Energy. 1984. P. 273–286.
32. Wajsman J., Champoussin J.C., Hayyani M. Mesure en gaz bruts des hydrocarbures aromatiques polycycliques emis par le moteur Diesel // Entropie. 1995. An. 31. No 191. P. 15–19.
33. Williams P.T., Andrews G.E. The influence of lubricating oil on Diesel particulate PAH emissions // SAE Technical Paper Series. 1989. No 890825. P. 1-7.
34. Wajsman J., Champoussin J.C., Dessalces G. et al. Measurement Procedures of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Undiluted Diesel Exhaust Gases // SAE Technical Paper Series. 1996. No 960248. P. 79–87.
35. Азарова Ю.В., Кузнецова Н.Я. Новое об относительной агрессивности углеводородов // Автомобильная промышленность. 1999. No 3. С. 14–16.
