Вредные выбросы судовых дизелей и оценка экономическоого ущерба от их воздействия

В настоящее время наиболее изученными с точки зрения токсичности отработавших газов являются автомобильные четырехтактные бензиновые двигатели и быстроходные четырех- и двухтактные автотракторные дизели [50].

В ряде работ [48, 50 и др.] отмечается, что крупные суда загрязняют атмосферу в четыре раза меньше, чем дизельные грузовики, перевозящие такое же количество груза.

Вместе с тем, определение суммарной массы выбросов вредных веществ с отработавшими газами судовых двигателей до настоящего времени проводилось только в США. Грузооборот речных и морских судов на внутренних водных путях США составил 540 млрд. т км. Зная выбросы от водного транспорта США, можно по соотношению грузооборота приблизительно оценить суммарную массу выбросов вредных веществ морским и речным флотом России, грузооборот которых в 1976 г. составил соответственно 411,5 млрд. тонно-миль и 222,7 млрд. т·км.

Расчет по основным токсичным компонентам и общему выбросу приведен в тaбл. 14. Переводные множители: 411,5·1,852:540=1,23 - для морского флота и 222,7:540=0,412 - для речного флота. Таким образом, ориентировочные выбросы вредных веществ с отработавшими газами, полученные пересчетом по таблице, составляют в СССР для морского флота 3,198 млн. т в год, для речного флота 1,0708 млн. т в год. Следует заметить, что этот пересчет является ориентировочным.

В соответствии с международным стандартом ИСО используются следующие характеристики для измерения эмиссии вредных выбросов ДВС: состав газообразных выбросов C_i, %; скорость выделения выбросов E_i, кг/ч; удельный выброс ε_i кг/(кВт·ч); выброс вредного компонента на 1 кг топлива e_i кг/кг топлива [50].

 

Таблица 14 – Выбросы вредных веществ с отработавшими газами водного транспорта

Токсичные компоненты	Количество выбросов, млн. т/год
Внутренние водные пути США (1970 г.)	Морской флот СССР (1076 г.)	Речной флот СССР (I976 г.)
СО CnHm NOx SOx Частицы	1,7 0,3 0,2 0,3 0,1	2,094 0,369 0,246 0,369 0,123	0,70 0,1236 0,0824 0,1236 0,0412
Суммарная масса выбросов	2,6	3,198	1,0703

 

В соответствии с международными стандартами ИСО используются следующие характеристики для измерения эмиссии вредных выбросов ДВС: состав газообразных выбросов С_i, %; скорость выделения выбросов Е_i, кг/ч; удельный выброс , кг/(кВт·ч); выброс вредного компонента на 1 кг топлива е_i, кг/кг топлива.

Характеристики вредных выбросов связаны между собой следующими соотношениями:

, (14)

(15)

где G_T - расход топлива на двигатель, кг/ч;

N_e - эффективная мощность двигателя, кВт;

g_е - удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт·ч);

G_г - массовый расход газов, кг/ч;

k - коэффициент, равный отношению молекулярной массы газов к молекулярной массе вредного компонента, т.е. k=μ_т/μ_i.

Например, для окислов азота μ_т=29,3; μ_NOx=44,4, тогда k≈0,66 и имеем:

. (16)

Расход газов через двигатель можно представить следующим образом. Обозначим φ_а - коэффициент продувки; α - коэффициент избытка воздуха при сгорании; L₀ - теоретическая масса воздуха, необходимая для сгорания 1 кг топлива.

После подстановки последней формулы в уравнение (2) для С_i и несложных преобразований получим:

(17)

Из этой формулы следует, что объемная концентрация вредных компонентов в отработанных газах зависит от степени разбавления воздухом, поэтому для сравнения уровни их эмиссии для различных дизелей величину С_i приводят (пересчитывают) к концентрации избыточного кислорода в сухих отработанных газах (после конденсации паров Н₂О), равной 15%.

Основная группа экологически опасных веществ образуется в процессе преобразования потенциальной энергии топлива в энергетической установке.

К категории наиболее опасных загрязнителей, содержащихся в них, относятся следующие газообразные вещества и частицы, выбрасываемые с выпускными газами: окислы азота NО_х, образующиеся в цилиндрах дизеля при температуре выше 1500^о С, когда азот становится химически активным газом; окись СО и двуокись углерода СО₂, образующиеся в результате сгорания топлива; сернистый и серный ангидриды SО₂ и SO₃, образующиеся в результате окисления присутствующей в топливе серы (элементарной, меркаптановой и др.); продукты неполного сгорания топлива СН_х, агломерация мелких частиц не полностью сгоревшего топлива, частицы не полностью сгоревшего масла, сажи и др.

Образование окислов азота NО_х сопровождает рабочий процесс любой энергетической установки, если температура этого процесса выше 1500^о С. При таких условиях атомы азота становятся химически активными в результате потери ими одного или нескольких электронов.

Таким образом, для того, чтобы уменьшить содержание в выпускных газах окислов азота, необходимо: создание в камере сгорания условий, при которых не происходит интенсификация процесса образования химически активного азота; обеспечение максимально допустимой интенсификации процесса окисления углеводородов (топлива) в камере сгорания [50].

Окись углерода CO образуется в результате неполного сгорания топлива, что указывает на недостаточно эффективное протекание рабочего процесса в камере сгорания дизеля. К основным причинам неполного сгорания топлива относятся: низкие эксплуатационные свойства применяемого топлива; нарушения в регулировании подачи топлива в камеру сгорания дизеля; неудовлетворительное состояние топливоподающей системы и деталей ЦПГ (нагары на распылителе форсунок, образование недопустимых отложений в газовыпускном тракте, потеря подвижности поршневых колец; изношенность деталей топливной аппаратуры и ЦПГ).

Образования окиси углерода и окислов азота связаны между собой прямо пропорционально, т.е. чем больше содержание в выпускных газах окиси углерода, тем больше содержание и окислов азота. Образование окиси углерода как результат неполного сгорания топлива указывает на неэффективное использование последнего в процессе преобразования его потенциальной энергии в дизеле. Окись углерода при нормально организованном рабочем процессе, правильном выборе применяемого топлива и требуемом техническом состоянии дизеля не образуется и в выпускных газах не присутствует.

Сернистый и серный ангидриды SO₂ и SO₃ образуются в процессе сгорания топлива, содержащего серу. Реакции окисления серы в сернистый SO, и серный SO₃ ангидриды проходят с выделением теплоты, поэтому они участвуют в выработке преобразованной в дизеле полезной энергии. Чем выше доля серного ангидрида SO₃, тем больше выделяется тепловой энергии. Однако выбросы этих ангидридов с выпускными газами являются опасными веществами для окружающей среды.

Среди указанных ангидридов наибольшую опасность представляет сернистый SO₂, выбрасываемый в виде газа, и в результате дальнейшего окисления, переходящий в серный ангидрид SO₃. При температуре ниже 110^оС серный ангидрид, соединяясь с парами воды, образует наиболее химически активную серную кислоту H₂SО₄. Серный ангидрид образуется в цилиндре дизеля, а серная кислота - еще в выпускном тракте и возможна ее нейтрализация очистительными устройствами. Поэтому в процессе сгорания топлива необходимо обеспечить окисление серы в серный ангидрид.

Общее количество содержания сернистых веществ в выпускных газах регламентируется содержанием в топливе серы, поэтому необходимо ограничить наличие серы в применяемых топливах.

Твердые продукты сгорания топлива (частицы) в дизеле образуются в результате неполного окисления наиболее тяжелых его компонентов и в первую очередь присутствующих в нем структурных (агрегативных) образовании: смолистых, смолисто-асфальтеновых, смолисто-водяных смолисто-твердых. Все эти несгоревшие структурные системы и составляют основную массу твердых загрязнений, выбрасываемых в виде сажи с выпускными газами.

Действующий ГОСТ 24585 регламентирует нормы и методы определения удельных выбросов окислов азота (NO_x) и окиси углерода (СО).

Новая редакция стандарта дополняет номенклатуру нормируемых веществ суммой углеводородов (ΣСН) в приведении к СН_i.

В действующем стандарте нормы выбросов устанавливаются в функции среднего эффективного давления и удельного расхода топлива при номинальной мощности в условиях стендовых испытаний серийных дизелей (табл. 15).

В новой редакции стандарта изменяется методический подход к расчету и нормированию удельных выбросов загрязняющих веществ, основанный на их оценке по стандартным испытательным циклам дизели.

Испытательный цикл – это совокупность фиксированных по частоте вращения коленчатого вала и мощности (или моменту) режимов работы дизеля, устанавливаемая в соответствии с его назначением и реализуемая в процессе стендовых испытаний.

Нормируемым (и расчетным) параметром выброса принимается удельный средневзвешенный выброс загрязняющего вещества , который представляет собой количество вещества, приходящееся на 1 кВт ч эффективной работы дизеля при совершении им полного испытательного цикла:

г/Вт·ч, (18)

где C_i - измеренная при испытаниях концентрация i-го загрязняющего вещества в ОГ, об. %;

j - порядковый номер режима испытаний в испытательном цикле;

V_exp - объемный расход ОГ, приведенный к стандартным атмосферным условиям (Т_о=273 К; Р_о=101,3 кПа), нм³/ч (во «влажном» или «сухом» состоянии в зависимости от условий измерения состава отработанных газов);

Р_еj - отношение эффективной мощности дизеля на данном режиме испытаний к номинальной эффективной мощности,

Р_еном - номинальная эффективная мощность, кВт,

μ_i - молекулярная масса любого загрязняющего вещества либо его эквивалента по приведению, кг/моль,

m - количество режимов испытаний в испытательном цикле;

W_j - весовой коэффициент режима испытаний.

 

Таблица 15 – Нормы выбросов загрязняющих веществ

Наименование и размерность нормируемого параметра	Обозна-чение	Назначение дизеля	Норма удельных средневзвешенных выбросов
до 2000 г.	с 2000 г.
Удельный средневзвешенный выброс окислов азота (NOх) в приведении к NO2, г/кВт·ч	[I^pNOх]	Тепловозный	18,0	12,0
Промышленный	16,0	10.0
Судовой	14,0	8,0
Удельный средневзвешенный выброс окиси углерода (СО), г/кВт·ч	[I^рСО]	Любое	6,0	3,0
Удельный средневзвешенный выброс углеводородов ΣCH в приведении к CHi,85, г/кВт·ч	[I^рСН]	Любое	2,4	1,0

 

Весовой коэффициент режима испытаний - это условная величина, статистически отражающая долю времени работы дизелей данного назначения в эксплуатации в окрестностях данного режима. Значения W_j заимствованы из международных стандартов.

Испытательные циклы (регламентируются отдельным стандартом) для судовых, тепловозных и промышленных дизелей имеют 5 основных градаций (при общем числе 11) и являются производными от универсального одиннадцатирежимного цикла [50].

Разбивка циклов по градациям отвечает следующим признакам:

С – промышленные дизели, мощностью более 20 кВт;

D – дизели для привода генератора (две подгруппы);

Е – судовые дизели (четыре подгруппы);

F – тепловозные дизели;

G – промышленные дизели, мощностью менее 20 кВт (три подгруппы).

По назначению дизелей в новом стандарте различаются и нормы удельных средневзвешенных выбросов NO_х (табл. 15).

Для дизелей, прошедших капитальный ремонт, нормы корректируются соответствующими коэффициентами.

Исходя из имеющихся данных, при переводе на газодизельный процесс (с природным газом) можно предполагать уменьшение выбросов [50]:

- оксида углерода – на 20-30 %;

- оксидов азота – в 2-3 раза;

- альдегидов – в 15-20 раз;

- сажи – в 15-20 раз;

- бенз(а)пирена – в 20 раз.

При переводе судовых дизелей на СНГ, СПГ, КПГ, ДМЭ можно предположить такой же порядок снижения вредных выбросов.

Выброс окислов азота в атмосферу при сгорании топлива наносит наибольший ущерб, нарушая в природе очень хрупкое природное равновесие. Именно поэтому, экологи и законодатели настаивают на контроле, в первую очередь, выбросов NO_x. Международная организация судоводителей (IMC) на основе проведенных исследований заложило в Кодексе требования по ограничению выбросов окислов азота [50].

Нормы выбросов NOx установлены в зависимости от номинальной частоты вращения коленчатого вала дизелями n и имеют следующие значения [3]:

при n<130 мин^-1, e_NOx=7 г/кВт·ч;

при 130 ≤ n ≤ 2000 мин^-1, e_NOx=45n^-0,2 г/кВт·ч;

при n >2000 мин^-1, e_NOx = 9,84n г/кВт·ч.

Предложены различные методики расчета экономического ущерба от выброса токсичных веществ с отработавшими газами двигателей. Одна из методик разработана в НАМИ. Независимыми экспертами фирмы "British Gas" оценку экономического ущерба предлагается проводить по следующими критериям:

1. Потепление климата за счет парникового эффекта от CO₂ и в связи с этим:

- подъем уровня Мирового океана и необходимость строительства дамб для защиты от моря;

- потери урожая в результате изменения климата.

2. Кислотные дожди, вызванные присутствием в отработавших газах оксидов серы и азота, приводящие к потере урожая и древесины в лесах, а так же повреждение зданий и памятников;

3. Ухудшение здоровья людей при контакте с токсичными веществами отработавших газов.

Оцененный экономический ущерб (фактическая стоимость километров пробега (ф.ст./км пробега) составляет при использовании [25]:

- бензина – 0,01;

- дизельного топлива – 0,026;

- природного газа – менее 0,002.

Таким образом, при использовании газа в качестве топлива (фактическая стоимость 1 км пробега) экономический ущерб от загрязнения окружающей среды уменьшается в 10 раз по сравнению с дизельным топливом [25].

Постоянное ужесточение норм на содержание токсичных веществ в отработавших газах (ОГ) и повышение требований по улучшению топливной экономичности стимулируют исследования по созданию принципиально новых двигателей, отвечающих самым жестким мировым стандартам с одновременным улучшением качества моторных топлив, также отвечающих современным и перспективным требованиям по эксплуатационным и экологическим показателям.

Мощным рычагом по расширению применения природного газа на транспорте является ценовая политика, т.е. государственное снижение различных налогов на газовое топливо по сравнению с нефтяными. Так, в Италии НДС на газовое топливо составляет 160 лир/м³, а на бензин - 211 лир/л; налоги экологический и на продажу - 258 лир/м³ природного газа и 880 лир/л бензина.

Более наглядно ценовая политика разных стран по широкому применению газового топлива приведена на диаграммах (рис.38).

Понижение цены на газ по сравнению с бензином и дизельным топливом достигается за счет налоговых льгот, которые практически и определяют его отпускную цену, т.к. по себестоимости газовое топливо не намного дешевле бензина. Снижение налогов определяет то, что газовое топливо в 2 и более раз дешевле бензина и существенно дешевле дизельного топлива.

 

Рисунок 38 – Относительные цены в разных странах на топливо для ДВС

 

В табл. 16 представлена оценка относительной эффективности использования различных альтернативных видов топлива на транспорте [25]

 

Таблица 16 – Оценка относительной эффективности использования альтернативных топлив на транспорте

Моторное топливо (традиционное и альтернативные)	Затраты энергии на производство топлива*	Стоимость единицы пробега**	Пробег на одной заправке
Нефтяной бензин
Синтетический бензин из синтез-газа	1,6	1,2
Метанол	1,6	1,5	0,5
Этанол	1,7	1,8	0,6
Сжиженный нефтяной газ (СНГ)	1,05	0,7 - 0,9	1,0
Компримированный природный газ (КПГ)	1,3 - 1,4	0,9 - 1,0	0,4 - 0,5
Сжиженный природный газ (СПГ)	1,1 - 1,25	0,85 - 1,1	0,6 - 0,8
Диметиловый эфир (ДМЭ)	1,5- 2,0	-	-
Водород	3,0 - 4,0

* В затратах энергии учтены добыча, транспорт и переработка первичного энергоносителя и моторное топливо.

** Стоимость единицы пробега определена применительно к автомобилю с конвертированным на газовое топливо двигателем.

 

На рисунке 39 приведены основные соотношения токсичных компонентов в отработавших газов дизелей и бензиновых двигателей.

 

 

 

Рисунок 39 – Соотношение токсичных компонентов в отработавших газах ДВС:

а – дизелей; б – бензиновых двигателей

Таблица 17 – Основные характеристики вредных выбросов ОГ дизелей, работающих на дизельном стандартном топливе (ГОСТ 309-82)

Составляющие ОГ	Количественное содержание в OГ	Класс опасности	ПДК, мг/м^3
в рабочей зоне	максимально разовая	средне суточная
Окись углерода, %	0,01 - 0,5
Окислы азота (в пересчете на NO2), %	0,005 - 0,5			0,085	0,085
Альдегиды (в персчете наС3Н4О), мг/м^3	1 - 10	2 - 3	0,2 - 5	0,01 - 3	0,01 - 5
Формальдегиды, %	0,002		0,5	0,035	0,003
Акролеин %	0,0001		0,2	0,03	0,03
Бенз-а-пирен, мг/м^3	0,5 - 1		0,00015	-	1 - 10
Сажа, г/м^3	0,01 - 1			0,15	0,05
Углеводороды (в пересчете на метан), %	0,001 - 0,07	2 - 4	5 - 300	1,4 - 200	1 - 2,5

 

Для снижения токсичности отработавших газов и, одновременно, для повышения мощности и экономичности дизеля используют следующие способы воздействия на рабочий процесс:

- применение разделенных и полуразделенных камер сгорания;

- уменьшение максимальной цикловой подачи топлива;

- уменьшение угла опережения впрыска топлива;

- уменьшение степени сжатия;

- впрыск воды либо легкого альтернативного топлива в цилиндр в жидкой фазе;

- обогащение воздуха на впуске легким испаренным АВТ (ДМЭ, спирты, ЭРМ и др.);

- применение наддува;

- частичная рециркуляции отработавших газов;

- применение антидымных присадок;

- обслуживание и ремонт топливной аппаратуры строго по регламенту;

- использование газообразных видов топлива в смеси с дизельным (СНГ, СПГ, КПГ);

- использование газообразного топлива в дизелях, конвертированных в газовые двигатели.

Подсчитано, что один автомобиль поглощает ежегодно в среднем 4 т кислорода, выбрасывая при этом с отработавшими газами 800 кг оксида углерода, 40 кг оксидов азота, почти 200 кг различных углеводородов [50].

Несоответствие транспортных средств экологическим требованиям при продолжающемся увеличении транспортных потоков приводит к непрерывному возрастанию загрязнения атмосферного воздуха.

Основными критериями для оценки эффективности применения различных видов топлива в двигателях служат: уровень вредных выбросов и ущерб от загрязнения окружающей среды от выбросов работающих ДВС, затраты на топливо, инфраструктура применения топлива и стоимость двигателя. Эти критерии выбраны как наиболее важные по следующим соображениям. В настоящее время постоянно ужесточаются нормы на допустимые вредные выбросы автомобилем, что вынуждает конструкторов искать новые решения для удовлетворения этих норм [50]. Одним из путей существенного улучшения экологических характеристик двигателей является применение «экологически чистых» альтернативных топлив (ДМЭ, СНГ, СПГ, КПГ, спирты, водород и др.), так как эти топлива позволяют не только снизить выбросы токсичных компонентов с отработавшими газами, но и уменьшить потребление нефтяных топлив.

Второй критерий оценки – затраты на топливо и инфраструктуру – дает возможность оценить издержки на производство, доставку, распределение топлива и эксплуатацию транспортного средства. При работе на альтернативном топливе может существенно изменяться расход горючего на единицу работы, выполняемой двигателем. Кроме того, цена альтернативного топлива также отличается от цены нефтяного топлива.

Третий критерий стоимости двигателя - характеризует затраты на конвертацию двигателя для работы на альтернативном топливе. В зависимости от вида применяемого топлива могут требоваться различные изменения в конструкции двигателя и его систем от достаточно простых (перерегулировка топливной аппаратуры) до существенного изменения конструкции двигателя (установка газовой аппаратуры). Таким образом, сложность модернизации двигателя будет существенно сказываться на его стоимости.

До настоящего времени не существует единой концепции перехода на производство и использование альтернативных моторных топлив. Поэтому первым делом в решении этой проблемы является рассмотрение всех видов возможных альтернативных моторных топлив и анализ перспективности их использования.

Определение экономического ущерба от работы дизелей, в том числе судовых является сложной проблемой и в настоящее время еще окончательно не решенной [25, 40, 50].

В общем виде ущерб, причиняемый загрязнением окружающей среды, представляется суммой затрат:

- на медицинское обслуживание и содержание населения, заболевшего вследствие загрязнения окружающей среды;

- на компенсацию потерь чистой продукции из-за снижения производительности труда, а также невыходов трудящихся на работу вследствие воздействия загрязнений окружающей среды;

- на дополнительные услуги коммунально-бытового хозяйства (стирка, уборка и т.п.);

- на компенсацию потерь продукции (количественных и качественных) из-за снижения продуктивности земляных, лесных и водных ресурсов;

- на компенсацию потерь продукции из-за воздействия загрязнений на основные фонды (интенсивность физического износа, уменьшение межрасчетных циклов и т. д.).

Эффективность предотвращения ущерба от воздействия ОГ имеет экономический, социально-экономический и социальный аспекты. Экономический – снижение отрицательного воздействия на окружающую среду, улучшение ее состояния, уменьшение уровня загрязнения, увеличение количества и улучшение качества пригодных к использованию земельных, лесных и водных ресурсов и т. д.; социально-экономический – повышение уровня жизни населения, увеличение эффективности общественного производства национального богатства страны; социальный – улучшение физического развития населения, сокращение заболеваемости, увеличение продолжительности жизни и периода активной деятельности, улучшение условий труда и отдыха, сохранение природных и антропогенных ландшафтов, памятников природы, создание благоприятных условий для роста творческого потенциала личности.

Экономическая оценка ущерба, причиняемого годовыми выбросами загрязнений в атмосферный воздух для любого источника, определяется по формуле

 

, (19)

 

где У - ущерб, руб./г.;

γ = 2,4 руб./усл.т - константа (в дальнейшем будет возрастать);

σ - показатель относительной опасности загрязнения над различной территорией;

f - безразмерный коэффициент, учитывающий характер рассеивания примеси в атмосфере;

М – приведенная масса годового выброса, усл.т/г.,

; (20)

здесь А_i - относительная агрессивность примеси i, усл,т/т (табл. 18);

m_i - масса годового выброса примеси i в атмосферу, т/г;

N - общее число примесей, выбрасываемых источником в атмосферу.

Таблица 18 – Расчетные значения ущерба от загрязнений воздушного бассейна

для территории промышленных предприятий (пристаней, причалов,

портов и пригородных зон)

Вредные вещества	Коэффициент, учитывающий характер рассеивания примеси, f	Относительная агрессивность Ai, усл.т/т	Ущерб от 1 т выброса, У, руб. (на 1990г.)
1. Окись углерода	0,5		4,8
2. Сернистый газ	0,5		7,9
3. Окислы азота (в пересчете по массе на NO3)	0,5	41,1
4. Летучие низкомолекулярные углеводороды (пары жидких топлив)	0,5	3,1
5. 3,4-бенз-а-пирен	0,5	12,5·10^5	60,5·10^5
6. Сажа без примесей (пыль углерода)		41,52
7. Твердые частицы, выбрасываемые дизелями, работающими на мазуте или газе

 

В основном для стационарных источников загрязнений используются различные варианты обшей формулы (19), например:

, (21)

где γ = 0,25 тыс.руб.·м²/(усл.т·с) - константа (в дальнейшем будет возрастать);

d - константа (безразмерная), учитывающая географическое расположение местности; для районов южнее 65° с.ш., за исключением юга страны, d = 1;

R - коэффициент разбавления, м²/с.

Величина M определяется по формуле (8), а величина R - по формуле R=U₁(φ_ih+20)/2,5, где U - среднегодовое значение модуля скорости ветра на флюгере (10 м), м/с; φ_i - безразмерная константа, учитывающая тепловое состояние выбросов, при ∆T>373 К φ₁=2; ∆T - среднее значение перегрева газовоздушной смеси у устья источника по отношению к температуре окружающей среды; h - геометрическая высота устья над загрязняемой территорией.

В формулах (19) и (21) показатель σ=4 - для территории промышленных предприятий и промышленных узлов; σ=8 - для центральной части городов с населением свыше 300 тыс. чел.; σ=0,1 - для прочих районов; σ=10 - для территории курортов, санаториев и т.п. Результаты проведенных по формуле (21) ориентировочных расчетов приведены в табл. 18, их можно рекомендовать для оценки природоохранных мероприятий. Однако следует учитывать, что значения относительной агрессивности, приведенные в этой таблице, могут по мере накопления данных существенно меняться.

Работа транспортных дизелей оценивается комплексом эксплуатационно-технических показателей: удельной мощностью и массогабаритными показателями, топливной экономичностью, токсичностью отработавших газов (ОГ), динамическими качествами и др. 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.

В табл. 19 приведены данные по РФ на конец 20-го века, характеризующие общее потребление топлива различными видами транспорта и выбросы ОГ от его сгорания в ДВС. Из данных табл. 19следует, что наибольший вклад в загрязнение атмосферы ОГ вносят ДВС автомобильного и автотракторного назначения.

 

Таблица 19 – Потребление моторных топлив и выбросы продуктов сгорания ДВС

Вид транспорта	Общая мощность, %	Потребление топлива	Выбросы ОГ в атмосферу
%	млн. т	%	млн. т
Автомобильный		56,5	65,0	71,3	21,7
Сельскохозяйственные и лесопромышленные машины		23,5	27,0	17,8	5,4
Железнодорожный		11,0	12,6	6,3	1,9
Речной флот		5,6	6,8	2,6	0,8
Строительно-дорожные машины		1,9	2,2	1,3	0,4
Авиация		1,2	1,4	0,7	0,2
Итого			115,0		30,4

 

Данные о загрязнении атмосферы двигателями внутреннего сгорания, работающими на нефтяных топливах - бензине и дизельном топливе, приведены в табл. 20 [52].

 

Таблица 20 – Выбросы вредных веществ бензиновыми и дизельными двигателями

Вредные вещества	Выбросы вредных веществ [кг] на 1 т топлива сжигаемого в двигателе
бензиновый двигатель	дизельный двигатель
Оксиды азота NOx
Монооксид углерода СО
Углеводороды СНх
Оксиды серы SOx	1,6	6,0
Альдегиды, органические кислоты	1,4	6,1
Твердые частицы

 

При этом основным типом ДВС становятся дизельные двигатели [40].

Отработавшие газы дизелей представляют собой сложную многокомпонентную смесь газов, паров, капель жидкостей и дисперсных твердых частиц. Всего ОГ двигателей внутреннего сгорания содержат около 280 компонентов, среди которых можно выделить содержащиеся в воздушном заряде азот N₂ и кислород О₂, продукты полного сгорания топлива (диоксид углерода СО₂ и водяной пар Н₂О), вещества, образующиеся в результате термического синтеза из воздуха при высоких температурах (оксиды азота NO_х), продукты неполного сгорания топлива (монооксид углерода СО, углеводороды СН_х, дисперсные твердые частицы, основным компонентом которых является сажа), а также оксиды серы, альдегиды, продукты конденсации и полимеризации [25, 40, 50, 58]. Кроме продуктов сгорания топлива в ОГ дизелей присутствуют продукты сгорания смазочного масла и вещества, образующиеся из присадок к топливу.

Таким образом, для конкретной марки дизеля (либо дизеля подобного по типу камеры сгорания и числу оборотов коленчатого вала) следует приближенно расчетом оценить возможный выброс и ущерб по каждому компоненту, используя литературные данные по выбросам [11, 25, 40, 50, 58 таблицы 2, 26, 27, 31, 68] по дизельному топливу (ГОСТ 305-82) и легкому АВТ (спирты, сжиженный нефтяной газ (СНГ), сжиженный природный газ (СПГ), сжатый природный газ (КПГ), газовые конденсаты, ДМЭ), а так же водотопливной эмульсии, топлив из легких нефтяных фракций (ЛНФ), дизельного топлива ЕВРО (ГОСТ 52368-2005) и др.