Влияние четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания на окружающую среду.

Городская научно-практическая туристско-краеведческая конференция

«Отечество»  

Влияние четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания на окружающую среду.

Пашкова Екатерина Петровна,

МОБУ «СОШ № 23», 10 класс

Руководитель:

Ахматханова Роза Мухтаровна,

Учитель химии I кв. к.,

МОБУ «СОШ № 23»

Г.Оренбург

Содержание.

Введение

Историческая справка. Николаус Отто

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

Источники загрязнения автомобильного воздуха в городе Оренбурге

Практическая часть

Способы сокращения содержания выбросов в атмосфер

Заключение

Список литературы и Интернет-ресурсов

Приложения

Введение.

Одним из важнейших факторов в жизни человека является экологическая обстановка. Автомобильный транспорт в России обслуживает все отрасли хозяйства. На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80% грузов, и более 80% пассажирских перевозок. Транспорт относится к главным загрязнителям атмосферного воздуха, водоемов и почвы.

Большая часть вредных веществ, которыми травятся горожане, приходится на долю выбросов от автотранспорта.

Оренбург попал в список городов с высоким уровнем загрязнения окружающей атмосферы. В одном ряду с областным центром Орск и Новотроицк. В этом же списке Медногорск и Кувандык. В Оренбурге на начало 2012 года в атмосферу города от автотранспорта было выброшено более 80 тыс. тонн загрязняющих веществ. В 2012 году удельный вес проб атмосферного воздуха с превышением гигиенических нормативов на автомагистралях в зоне жилой застройки Оренбурга составил 0,5%.Основная доля (63 %) экологического ущерба планете связана с автотранспортом. Величина ежегодного экологического ущерба от функционирования транспортного комплекса РФ составляет 3,4 млрд. долларов США, или примерно 1,5 % валового национального продукта. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортных средств составили 12 190,7 тыс. тонн.
Поэтому выбранная нами тема исследования не случайна.
Тема исследования: «Влияние автомобильного транспорта на окружающую среду».
Цель работы: оценка влияния четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания на формирование качества атмосферного воздуха города Оренбурга.

Для достижения цели мы поставили перед собой следующие задачи:

• Рассмотреть принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания.
• Проанализировать научную литературу по оценке экологичности автомобильного транспорта.
• Выявить влияние автомобильного транспорта на окружающую среду и здоровье человека.
• Рассчитать количество выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта, зарегистрированного в городе.

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания.

Четырёхтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня (такта).

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырёхтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Главные свойства четырехтактного двигателя:

1. Газообмен в цилиндре полностью обеспечивается самим поршнем;

2. Для переключения полости цилиндра на впуск и на выхлоп используется газораспределительный механизм.

Этими тактами являются:

1. Впуск — (такт впуска, поршень идёт вниз) свежая порция топливо-воздушной смеси всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан.
2. Сжатие (такт сжатия, поршень идёт вверх) впускной и выпускной клапаны закрыты, и топливо-воздушная смесь сжимается в объёме.
3. Рабочий ход (такт рабочего хода, поршень идёт вниз) сжатое топливо воспламеняется свечой зажигания, расположенной над поршнем, при сгорании высвобождается энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз. Фактически на такте рабочего хода происходит работа двигателя.
4. Выпуск (такт выпуска, поршень идёт вверх) на этом такте открываются выпускные клапаны, и выхлопные газы, проходя через них, очищают цилиндр.

По окончании 4-го такта всё повторяется в том же порядке.

Историческая справка. Николаус Отто.

За сто лет, в течение которых люди используют автомобиль, изменилось практически всё: менялся дизайн, исчезали одни автопроизводители и появлялись новые, менялась автомобильная мода. За все эти годы только одно, пожалуй, осталось неизменным с 1876 г. - это всего лишь такты, по которым работает любой двигатель. И свершилось это благодаря изобретателю самоучке по фамилии Отто.

Николаус Август Отто  - немецкий инженер и изобретатель-самоучка, известен в качестве изобретателя двигателя внутреннего сгорания. Приоритет Отто неоднократно, но безуспешно оспаривался, в частности, Кристианом Райтманом, Альфонсом Бо де Роша и Феличе Маттеуччи.

Николаус Август Отто родился в небольшой деревушке Хольцхаузен на берегу р.Таунус 10 июня 1832 года. Уже через несколько лет он остался без отца, и Николаусу пришлось бросить учебу и начать работать, для того чтобы прокормить семью.

В конце 50-х годов XIX в. француз Ленуараи представил миру двухтактный двигатель собственной конструкции. Однако двигатель имел большое количество недостатков, в первую очередь небольшой ресурс и склонность к самовозгоранию. Именно его совершенствованием занялся Николаус Отто.

В результате своих изысканий он пришел к выводу, что наиболее перспективным вариантом является четырехтактный двигатель. 

В принципе, эксперименты по созданию четырехтактного двигателя производились и до Отто, но авторы сталкивались с рядом проблем, в первую очередь с тем, что вспышки горючей смеси в цилиндрах происходили в настолько неожиданных последовательностях, что обеспечить ровную и постоянную передачу мощности было невозможно.Результат не заставил себя ждать уже к 1863 году был готов первый образец атмосферного газового двигателя с поршнем от авиационного мотора и ручным стартером, работавшим на смеси, состав которой известен многим современным автомобилистам: 1 кг. горючего (Отто использовал лигроин, а сейчас мы называем это вещество бензином.) на 15 кг. окислителя (воздуха). Но программа максимум была еще не выполнена: дело в том, что Отто тогда еще не удалось разработать эти знаменитые четыре такта, и он упростил конструкцию, сделав её двухтактной. Впервые была создана конструкция, по КПД превосходившая паровой двигатель и приспособленная к эксплуатации.

Источники загрязнения атмосферы в городе Оренбурге.

В Оренбурге на начало 2012 года в атмосферу города от автотранспорта было выброшено более 80 тыс. тонн загрязняющих веществ. В 2012 году удельный вес проб атмосферного воздуха с превышением гигиенических нормативов на автомагистралях в зоне жилой застройки Оренбурга составил 0,5% Чаще всего в воздухе города обнаруживались превышения гигиенических нормативов содержания пыли, оксида углерода, диоксида азота. Тенденции к снижению концентраций приоритетных контролируемых загрязнителей атмосферного воздуха не наблюдается, кроме оксида углерода, сероводорода, и оксида азота. Специалисты отмечают, что близкое расположение автомагистралей, недостатки в организации и хранении индивидуального транспорта, оказывает негативное влияние на загрязнение атмосферного воздуха жилых территорий. Ранжирование городов по уровню загрязнения атмосферного воздуха на автомагистралях в жилой зоне вывело город Оренбург на 6 ранговое место в регионе. В областном Роспотребнадзоре говорят, что увеличение доли автотранспорта в загрязнении атмосферы связано не только с существенным увеличением количества автомобилей, но и некачественным топливом и использованием устаревших автомобилей. Количество автомобилей старше 10 лет в автотранспортных предприятиях Оренбурга составляет 43%.

Анализ данных антропогенного загрязнения атмосферного воздуха Оренбурга установил, что население подвергается различному воздействию загрязняющих веществ в зависимости от территории города. Наибольший процент нестандартных проб, а, следовательно, и повышенный уровень загрязнения отмечается в центральной части города. Сохраняется высокая загазованность из-за интенсивности движения автотранспорта на улицах: Чичерина, Горького, Пролетарская, пр. Победы. Для северной части города, по-прежнему, характерно загрязнение атмосферного воздуха взвешенными веществами и диоксидом азота.

Среди источников, оказывающих приоритетное воздействие на состояние здоровья населения в Оренбурге, являются выбросы промышленных предприятий и автотранспорта. Не случайно в структуре заболеваемости среди населения города лидируют болезни органов дыхания (26,3%), в том числе в структуре заболеваемости детского населения (55,9%), подростков (50,5%).

Практическая часть.

(Ложкин В.Н.,  Демочка О. И. и дру. Методика экспериментально-расчётной оценки выбросов вредных веществ с отработавшими газами ДВС НИР. С-пб., НПО ЦНИТА, 1990)

Выброс i - того загрязняющего вещества ( г / с ) движущимся автотранспортным потоком на автомагистрали ( или ее участке ) с фиксированной протяженностью L ( км ) определяется по формуле :

  ( г / км ) - пробеговый выброс i -г o вредного вещества автомобилями k - й группы для городских условий эксплуатации , определяемый по табл . II .1 ;

k - количество групп автомобилей ;

Gk (1/ час ) - фактическая наибольшая интенсивность движения , т . е . количество автомобилей каждой из К групп , проходящих через фиксированное сечение выбранного участка автомагистрали в единицу времени в обоих направлениях по всем полосам движения ;

  - поправочный коэффициент , учитывающий среднюю скорость движения транспортного потока (  ( км / час ) на выбранной автомагистрали ( или ее участке ),

  - коэффициент пересчета «час» в «сек» ;

L ( км ) - протяженность автомагистрали ( или ее участка ) из которого исключена протяженность очереди автомобилей перед запрещающим сигналом светофора и длина соответствующей зоны перекрестка ( для перекрестков , на которых проводились дополнительные обследования ).

Значения коэффициентов  , учитывающих изменения количества выбрасываемых вредных веществ в зависимости от скорости движения

Анализ полученных результатов по методике определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчётов загрязнения атмосферы города Оренбурга.

Количество автомобилей каждой группы, проходящих через заданное сечение автомагистрали, было подсчитано с 16.00 до 17.00 часов. Результаты занесены в таблицу:

12 ноября 2013

14 ноября 2013

16 ноября 2013

Среднее значение за рабочую неделю составило:

Средняя скорость грузовых автомобилей и автобусов в среднем 35 км/ч, а легковых автомобилей-60 км/ч.

Исходя из среднего значения найденного количества автотранспорта мы нашли выброс загрязняющего вещества (г/с) движущимся автотранспортным потоком и представили его в таблице:

Из таблицы можно сделать вывод о том, что улица Терешковой загрязнена в значительной степени, в отличии от Салмышской.

Способы сокращения содержания выбросов в атмосфере.

Регулировка топливной и тормозной системы автомобиля. Сгорание топлива должно быть полным. Этому способствует фильтрование, позволяющее очистить бензин от засорения. А магнитное кольцо на бензобаке поможет уловить металлические загрязнения в топливе. Все это дает снижение токсичности выбросов в 3-5 раз.

Загрязнение воздуха можно существенно снизить, если придерживаться оптимального режима движения. Наиболее экологически «чистым» режимом работы является движение с постоянной скоростью.

Перевод двигателя внутреннего сгорания на газообразное топливо.

Перевод двигателя внутреннего сгорания на водородное топливо часто рекламируется как чуть ли не идеальное решение проблемы, однако при этом часто забывают, что окислы азота образуются и при использовании водорода и что добыча, горение и транспортировка больших объемов водорода связаны с большими техническими трудностями, небезопасны и весьма накладны в экономическом отношении. В городе, насчитывающем несколько сот тысяч автомобилей, пришлось бы иметь громадные запасы водорода, одно хранение которых потребовало бы (для обеспечения безопасности населения) отчуждения громадных территорий. Если учесть при этом, что это дополнялось бы развитой сетью заправочных станций, то такой город был бы весьма небезопасен для его жителей. Даже если предположить, что будет найдено экономически приемлемое решение проблемы хранения водорода (в том числе в самих автомобилях) в связанном состоянии, то эта проблема, по нашему мнению, едва ли будет перспективной в ближайшие десятилетия.

Помимо разобранных выше существуют десятки других технических решений, многие из которых доводятся до опытных образцов. Среди них есть как бесперспективные, например автомобиль с маховиковым аккумулятором, который может хорошо двигаться лишь по идеально ровной и прямой дороге – в противном случае гироскопический эффект маховика будет серьезно мешать управлению, так и достаточно перспективные «гибридные» конструкции. Среди последних весьма любопытна идея грузового троллейбуса с аккумулятором для межлинейных передвижений, реализация, которой, при условии совершенствования токоприемников и реконструкции токоприводов, может резко уменьшить загрязнение воздушного бассейна, в особенности в центрах городов.

Характеризуя загрязнение воздушного бассейна города, необходимо упомянуть о том, что оно подвержено заметным колебаниям, вызываемым как погодными условиями, так и режимом работы предприятия и автотранспорта.

Как правило, загазованность атмосферы днем больше, чем ночью, зимой больше, чем летом, но и здесь встречаются исключения, связанные, например, с фотохимическим смогом в летнее время или образованием над городом застойных масс загрязненного воздуха в ночное время. Для городов, расположенных в различных климатических зонах и находящихся в специфических ландшафтных условиях, характерны различные типы критических ситуаций, во время которых загазованность атмосферы может достигать критических значений, но во всех случаях они связываются с продолжительной безветренной погодой.

Мы предлагаем изменить сложившуюся экологическую ситуацию следующими способами:

- проводить ежегодно несколько раз в год акцию под девизом «Город без автомобиля», «День пешехода»;

- каждое четвёртое воскресенье месяца объявить воскресеньем без машин.

В эти дни большинство горожан сможет добраться до нужных мест на общественном  транспорте, электромобилях, велосипедах, роликовых коньках, пешком. Благодаря этому мероприятию общее загрязнение воздуха в эти дни снизится;

- пропагандировать преимущество пеших прогулок для сохранения здоровья; 

- разработать соответствующим службам программу по ужесточению норм содержания СО в выхлопных газах автомобилей всех марок и строго следить за соблюдением этих норм;

- уменьшить налог владельцам авто, у кого СО не превышает допустимые нормы;

- использовать экологически чистое топливо - газ в большем объёме на автозаправочных станциях, так как в выхлопах газобаллонных автомобилей содержится значительно меньше отравляющих веществ. Если учесть ещё и то, что газ дешевле бензина, то преимущество газобаллонного автомобиля становится ещё более наглядным;

- выпускать на заводах машины, работающие только на чистом топливе, соответствующем требованиям экологии;

- использовать на автозаправочных станциях качественный бензин, стимулировать предприятия по выпуску таких бензинов. 

Какой же выход из создавшегося положения? Естественно, цивилизацию не заставишь отказаться от автомобилей, самолетов и ракет. Основные меры по снижению вредного воздействия автомобильного транспорта на атмосферный воздух следующие:

• 
  перевод автомобилей на газовое топливо, 
• 
  улучшение качества дорожного покрытия, 
• 
  строительство подземных пешеходных переходов,
• 
  строительство крупных автодорог в объезд города, 
• 
  контроль и регулировка токсичности и дымности отработавших газов при выезде автомобилей из автопредприятий, при техническом осмотре, а также на автодорогах.

Влияние автомобильного транспорта на окружающую среду и здоровье человека.

Загрязнение воздуха выхлопными газами автотранспорта представляет серьезную угрозу здоровью населения, способствует снижению качества жизни, так как содержится много вредных веществ.

Выхлопные газы (или отработавшие газы) – основной источник токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания – это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему.

 Влияние выхлопных газов сказывается очень негативно на организме человека, будь он маленький или взрослый. Если человек пожилой, то ему не менее вредно находиться в загрязненной местности, чем ребенку. Зачастую, все наши болезни возникают именно из-за загрязненной среды. Люди, которые умирают от инфарктов, болеют сосудистыми заболеваниями, страдают из-за злокачественных опухолей, могли бы жить намного дольше, если бы находились в чистой среде. Ведь не секрет, что у людей, живущих в горной чистой местности, продолжительность жизни на 30% дольше, чем у городских жителей, где множество автомобилей.

Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма — иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, бронхопневмонии, рака лёгких. Также выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечно-сосудистой системы.

Довольно часты случаи отравления выхлопными газами, в том числе с летальными исходами автомобилистов в гаражах, закрытых стоянках и внутри автомобилей (при утечке в салон), при плохой вентиляции. Также бывали случаи отравления выхлопными газами в квартирах домов, находящихся вблизи автостоянок (вдыхание выхлопных газов приводит к накоплению токсичных веществ в организме человека). Для борьбы с такими случаями вводятся строительные нормы вентиляции стоянок и сооружений, связанных с эксплуатацией и обслуживанием автомобилей.

Заключение.

В настоящее время автотранспорт является одним из значимых источников загрязнения окружающей среды вследствие загрязнения атмосферы отработавшими газами двигателей автомобилей. Выбросами загрязняющих веществ с автозаправочных станций и различных предприятий по обслуживанию и ремонту дорог; загрязнения почвы и воды топливом, маслами, моющими средствами. Автотранспорт является одним из крупнейших загрязнителей атмосферного воздуха. Автомобиль стал бы гораздо безвреднее для окружающей его среды, если бы в его двигателе углеводородное топливо превращалось исключительно в углекислый газ и водяные пары. Но… Температура горения топлива бывает или слишком высокой, или очень низкой, что приводит к его неполному сгоранию. Кроме того, не следует забывать о качестве самого горючего и примесях, содержащихся в нем. Все это, как известно, приводит к возникновению токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота и серы, несгоревших углеводородов и прочих газов, а также твердых частиц сажи и соединений свинца. Из работы видно, что транспорт - очень важный неблагоприятный фактор состояния окружающей среды. Почти все виды транспорта загрязняют окружающую среду, в особенности воздух, а также и воду, и вызывают значительный шум и вибрацию. Поглощается много земельных ресурсов для транспортной инфраструктуры – автомобильных и железных дорог, морских и речных портов, трубопроводов, аэропортов и пр. и связанных с ними складов, вокзалов, причалов и т.д. Транспортная инфраструктура создает значительные по площади техногенные ландшафты. Значительное количество природных ресурсов расходуется на производство автомобилей и сооружение элементов транспортной инфраструктуры. Все виды транспорта представляют серьезную опасность для жизни, здоровья и имущества людей.

Из этого следует, что необходимо стремиться к осуществлению следующих направлений:

– Потребление горючих ископаемых для транспорта должно сокращаться.

– Должны быть установлены основанные на передовой технологии общемировые стандарты выбросов в атмосферу для всех видов транспорта.

– Каждой стране следует разработать и осуществлять программу контроля эмиссии всех источников и видов транспорта.

– Совершенствовать и развивать надежную и общедоступную систему общественного транспорта.

– При планировании развития транспортных систем использовать системный подход, направленный на комплексное решение экологических проблем. Устранять причины, а не следствия геоэкологических проблем на транспорте.

Оренбург попал в список городов с высоким уровнем загрязнения окружающей атмосферы.

В работе был рассмотрен принцип работы двигателя. Был проанализирована литература по оценке экологичности транспорта. Ещё была определена роль автомобильного транспорта в формировании воздуха в городе Оренбурге.

В результате исследования был сделан вывод, что недостаточны уровень технического содержания парка машин (состояние двигателя) влияет на окружающую среду. Старые двигатели сильнее влияют на состояние окружающей среды. Проведённые исследования дают возможность осуществить контроль, как за экологическим состоянием автомобиля, так за его отдельными агрегатами, влияющими на токсичность отработавших газов.

Для того чтобы сохранить человечеству автомобиль необходимо если не исключить, то свести к минимуму вредные выбросы.

Основные пути снижения экологического ущерба от транспорта выделятся в следующем:

1. Оптимизация движения городского транспорта.
2. разработка альтернативных энергоисточников;
3. дожигание и очистка органического топлива;
4. создание  (модификация)  двигателей,   использующих альтернативные топлива;
5. защита от шума;
6. Экономические инициативы по управлению автомобильным парком и движением.

Улучшение градостроительства и оптимизация городского движения транспорта взаимно увязаны и нацелены на лучшую планировку дорог и улиц, создание транспортных развязок, улучшение дорожного покрытия, контроль скоростного движения.

Альтернативный транспорт — это электромобили, применение альтернативного топлива, строительство линий для скоростного трамвая, метро, автомотрисы и др.

Экономические инициативы — налог на автомобили, топливо, дороги, инициативы по обновлению автомобилей.

Для уменьшения количества пыли и других вредных веществ выхлопных газов необходимо больше сажать деревьев и другой растительности вдоль дорог, и вообще по городу. Хорошим поглотителем свинца являются желтая акация, липа, берёза. Ещё полезен тополь, ель. Наука не стоит на месте. Учёные в дальнейшем могут найти способ найти безупречный экологически чистый автомобиль.

Литература и Интернет-ресурсы.

Литературные источники.

Казанцева Л.К., Тагаева Т.О. Современная экологическая ситуация в России // ЭКО. - 2005. - № 9. - С.30 - 45. - Таблицы.

 Коробкин В.И Экология. - М., 2006. - 465с.

 Петрунин В.В. Плата за негативное воздействие на окружающую среду в 2006 году // Финансы. - 2006. - № 4. - С.25 - 30.

 Региональная экономика: Учебник для вузов/ Т.Г. Морозова, М.П. Победина, Г.Б. Поляк и др.; Под ред. проф. Т.Г. Морозовой. - М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 2003. - 472 с.

 Родзевич Н.Н. Экологическая глобализация // География в школе. - 2005. - № 4. - С.8 - 15.

 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.

Аксенов И.Я. Аксенов В. И.  Транспорт и охрана окружающей среды. – М.: Транспорт, 1986. – 176с.

Григорьев А.А. Города и окружающая Среда. Космические исследования. – М.: Мысль, 1982.

Луканин В.Н., Буслаев А.П., Трофименко Ю.В и др. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие для вузов. М.: ИНФРА-М, 1998 – 408 с.

Стадницкий Г.В. Экология: Учебник для вузов. – 6-е изд. – СПб: Химиздат, 2001. – 288с.: ил.

Сидоренко В.М. и др. Экология: Учеб. пособие. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,  2004. – 80с.

Материалы Интернет-сайтов.

http://rudocs.exdat.com – экология и авто.

http://budgetauto.blogspot.ru –экология и авто.

http://www.avtosport.ru-материал об экологичности автомобилей.

http://ru.wikipedia.org-Интернет-энциклопедия.

Приложения.

Состав автомобильных выхлопных газов

* Токсичные компоненты

** Канцерогены

• Средний пробег автомобиля в сутки – 53.7 км.
• Рабочий объём двигателя – 1.7 литра.
• Используют бензин – 3350 единиц.