212

для стоянок автотранспорта, развития аккумуляторной промышленности.

6.2.2.1 Загрязнение окружающей среды двигателями внутреннего сгорания

Считается, что легковой автомобиль выбрасывает 800 кг окиси углерода, 40 кг окислов азота и около 200 кг различных углеводородов.

Основная причина загрязнения воздуха состоит в чрезмерном и неполном сгорании топлива.

На движение автомобиля его расходуется около 15%, все остальное выбрасывается в атмосферу в основном из-за несовершенства камеры сгорания двигателя.

Камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) можно рассматривать как своеобразный химический реактор, который синтезирует ядовитые вещества и выбрасывает их в атмосферу. Даже невинный азот, находящийся в атмосфере, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые для всего живого окислы азота.

В отработавших газах ДВС содержится более 170 вредных компонентов, причем из них около 160 – это производные углеводородов, образующихся из-за неполного сгорания топлива в двигателе.

Отработавшие газы, продукты износа трущихся пар, покрышек автомобиля, а также дорожного покрытия составляют около половины атмосферных выбросов антропогенного происхождения.

Состав отработавших газов зависит от рода применяемого топлива, присадок и масел, режимов работы двигателя, которые, в свою очередь, зависят от состояния автомобильных дорог и магистралей, а также от потока автотранспорта на этих дорогах, технического состояния ДВС и условий его эксплуатации.

213

Наибольшую опасность для всего живого представляет токсичность продуктов выхлопа.

Токсичность отработавших газов обусловливается главным образом содержанием окиси углерода и окислов азота, а дизельных ДВС – окислов азота и сажи. В табл. 6.3 приводится объемный процент состав отработавших газов.

К числу вредных компонентов относятся и твердые выбросы, содержащие свинец и сажу.

Закономерности распространения в атмосфере твердых выбросов отличаются от закономерностей, характерных для газообразных продуктов. Так, крупные фракции (диаметром более 1 мм), оседая поблизости от центра эмиссии на поверхности почвы и растений, в конечном

итоге накапливаются	в поверхностном	слое почвы
(гумусе – самом	плодородном слое).	Мелкие

Таблица 6.3 – Состав отработавших газов, % (по объему)

	Компоненты	Двигатели
	выбросов
		картерные	дизельные
	Азот	74…77	76…78
	Альдегиды	0…0,2	1 10-3…9 10-3
	Бензапирен	0,01…0,02	до 0,01
	Двуокись углерода	5…12	1…10
	Кислород	0,3…8,0	2…18
	Пары воды	3,0…5,5	0,6…4,0
	Сажа	0…0,4	0,01…1,00
	Окись азота	0…0,8	2 10-4…0,5
	Окись углерода	5…10	0,01…0,50
	Углеводороды	0,2…3,0	9 10-3…0,5

214

фракции (диаметром менее 1 мм) образуют аэрозоли и распространяются с воздушными потоками на большие расстояния.

Внаборе выбросов весьма коварна окись углерода (ПДК = 1 мг/м3) из-за ее высокой токсичности. Очень много случаев гибели людей от этого газа при запуске двигателей при закрытых воротах гаражей.

Окислы азота тоже токсичны для человека, к тому же обладают раздражающим действием.

Особую опасность представляют канцерогенные углеводороды, обнаруживаемые прежде всего на перекрестках у светофоров.

При использовании этилированного бензина автомобильный двигатель выбрасывает соединения свинца. Свинец, обладая кумулятивной способностью, опасен тем, что способен накапливаться как во внешней среде, так и в организме человека.

Уровень загазованности зависит от интенсивности движения автотранспорта, рельефа дорог, дорожного покрытия, скорости ветра, доли грузового и легкового транспорта в общем потоке автомобилей. Например, при интенсивности движения 500 единиц в час концентрация окиси углерода на открытой территории на расстоянии 30...40 м от автомагистрали снижается в 3 раза и достигает нормативных значений.

Однако на тесных и нешироких улицах города при непродуманной планировке расположения застроек, изменяющих аэродинамику местности, затруднено рассеивание выбросов, в итоге все жители, проживающие вблизи таких магистралей, испытывают на себе вредное влияние загрязненного выхлопами автомобилей воздуха.

Вдокладе Комитета экспертов ВОЗ указывается, что в течение отдельных коротких периодов концентрации монооксида углерода на магистралях крупных городов

215

могут достигать 250...500 мг/м3, хотя, как правило, они колеблются от 25 до 125 мг/м3. Дневные, недельные и сезонные колебания концентраций соответствуют изменениям в характере трудовой деятельности населения.

В США один легковой автомобиль ежегодно, работая с полной нагрузкой, выделяет в воздух в среднем 800 кг монооксида углерода, 220 кг углеводородов и 80 кг оксидов азота.

На улицах многих американских городов концентрация монооксида углерода в воздухе нередко превышает 60 мг/м3.

С отработавшими газами в атмосферу планеты попадает 25...75% свинца, находящегося в топливе автомашин. Около 40% свинца в отработавших газах автотранспорта имеют диаметр менее 5 мкм. Такой дисперсный состав частиц обеспечивает длительное нахождение их во взвешенном состоянии и возможность проникновения в организм человека при дыхании.

• В промышленно развитых районах, городах мира нередко возникают катастрофические ситуации, приводящие к гибели людей из-за интенсивного загрязнения атмосферного воздуха.

•

6.2.2.2 Загрязнение атмосферы

Загрязнение атмосферы происходит за счет испарения топлива и масел при заправке автомобилей и топлива при заполнении автозаправочных станций (АЗС), выбросов продуктов сгорания от работающих двигателей, выбросов ВВ при зарядке аккумуляторов, попадания частиц твердых углеводородов при истирании шин, покрытий автомагистралей. Кроме того, происходит акустическое засорение ОС, которое захватывает все автомагистрали и близлежащие к ним районы, автомотостоянки, гаражи, а

216

также тепловое загрязнение за счет радиации от нагретых поверхностей двигателя, радиатора и автомобиля.

Автомобиль наносит ущерб воздушной среде и за счет того, что для сжигания топлива в ДВС автомобиля необходим кислород, который, естественно, отбирается из атмосферы. Подсчитано, что один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода. Угрозу чрезмерной автомобилизации планеты можно представить, если умножить эту цифру на 400 млн единиц мирового автопарка.

Испаряемость топлив. Значительную роль в загрязнении воздушной среды играют так называемые картерные газы. Эти газы представляют собой пары масел, смешанные с отработавшими газами, которые прорываются в картер ДВС.

Наблюдается огромная потеря топлива в атмосферу за счет его достаточно большой испаряемости. Испаряемость топлива зависит от свойств применяемого в двигателях топлива: мазут – для ДД, бензин, спирт и газ-пропан – для ДВС, а также от того количества, которое переливается за определенный период. Например, в Швеции в течение года переливается 5,7 млн м3 бензина. При этом 0,18% этого количества улетучивается в воздух, в частности при заправке автомобилей и наполнении бензином цистерн. И это в стране, где действуют герметичные системы автозаправки топливом.

Огромный ущерб природным системам наносит и пролитое при заправке топливо. Так, лишь 300 г пролитого из-за небрежной заправки бака бензина загрязняет углеводородами 200 тыс. м3 атмосферного воздуха.

Загрязнение за счет истирания шин автотранспорта. Воздух атмосферы загрязняется частицами твердых углеводородов: стиран, бутадиен и другие вещества. Все эти вещества токсичны.

217

ВСША общее загрязнение пылевыми частицами в городах составляет 0,1% от всей выделяемой в воздух пыли. Если же брать углеводородные загрязнения, то они составляют 6%. Особенно сильно эти загрязнения проявляются вдоль транспортных магистралей. По России такие данные отсутствуют вовсе. Интерполяцию загрязнений можно выполнить, сравнив только покрытия автомагистралей и состояние всех автомобильных дорог.

Акустическое загрязнение среды. Транспорт – один из основных источников шума в городах. Наибольшие уровни шума 90...95 дБ отмечаются на магистральных улицах городов со средней интенсивностью движения 2-3 тыс. транспортных единиц в час.

Звуковые волны от работы двигателей и вращающихся шин вызывают у человека акустический дискомфорт.

Звук от ДВС образуется на всех фазах его рабочего цикла: впрыск топлива, подача воздуха, сжатие, зажигание, рабочий ход, выхлоп. В этом случае акустическая энергия излучается почти всеми поверхностями двигателя, впускными и выпускными клапанами. Кроме того, кузов автомобиля при недостаточной жесткости и отсутствии акустической обработки может стать резонатором, усиливающим звуки двигателя.

Вусловиях городского шума происходит постоянное напряжение слухового анализатора человека. Считается, что в настоящее время каждый четвертый житель крупного города подвергается шумовому стрессу.

Воздействие шума приводит к увеличению порога слышимости (10 дБА для большинства людей с нормальным слухом) на 10...25 дБА.

Шум затрудняет разборчивость речи, особенно при достижении уровня более 70 дБА, что может явиться причиной транспортного происшествия на дороге. Кроме того, шумовое воздействие снижает остроту зрения

218

человека, что также может послужить косвенной причиной аварии.

Ущерб, который причиняет органам слуха сильный шум, зависит от спектра звуковых колебаний и характера их изменения во времени.

Постоянное воздействие сильного шума может не только отрицательно повлиять на слух, но и вызвать другие вредные последствия: звон в ушах, головокружение, головную боль, повышенную усталость, ухудшение зрения. Как уже отмечалось ранее, шум снижает продолжительность жизни горожан.

Чрезмерный шум может стать причиной нервного истощения организма, вегетативного невроза, язвенной болезни, расстройства эндокринной, сердечно-сосудистой и даже иммунной системы. В значительной мере нарушается сон, что усиливает утомляемость организма и в конечном итоге может привести к заболеванию.

Уровень шума, создаваемого автомобилем, зависит как от экономичности эксплуатации, так и от квалификации водителя.

Шум от двигателя резко возрастает (до 10 дБА) в момент запуска и прогревания его.

Движение автомобиля на первой скорости (до 40 км/ч) вызывает излишний расход топлива, при этом шум двигателя в 2 раза превышает шум, создаваемый им на второй скорости.

Значительный шум и к тому же повышенное истирание колес, вызывает резкое торможение при движении на большой скорости или интенсивное трогание автомобиля с места.

Борьба за снижение уровня и интенсивности звука автомобильного транспорта ведется в основном на стадии проектирования автомобиля и испытаний его опытных образцов путем:

219

•пересмотра и изменения конструкции агрегатов,

•оптимизации рабочих процессов двигателя,

•усовершенствования шестеренчатых пар коробки передач и т.д.,

•улучшения аэродинамических характеристик корпуса автомобиля.

Кроме того, эффективным способом снижения уровня

иинтенсивности звука автомобиля является полная или частичная изоляция источников звука от других элементов конструкции (узлов и агрегатов). Это связано с тем, что эти конструкции могут служить резонаторами. Достигается это нанесением специальных и звукопоглощающих или звукоизолирующих масс либо покрытий, а для борьбы с распространением звука по корпусу автомобиля используются устройства вибропоглощения и виброизоляции.

Шум можно также снизить и за счет уменьшения количества элементов, входящих в автомобиль.

Глушители, стоящие на выходе выхлопных газов, снабжаются резонаторными камерами, снижающими шум за счет перепуска выхлопных газов и увеличения расстояния, проходящего выхлопными газами.

Увеличение шумности автотранспорта связано также с акустическими характеристиками используемых в автомашинах шин.

Все источники шума подразделяются по акустическим свойствам дорожного движения, условиям качения и транспортным средствам.

Хотя снижение шума можно рассматривать только в совокупности с дорожным покрытием, так как неровности, имеющиеся на нем, создают колебательные процессы не только в узлах и механизмах транспортных средств, но и при генерировании шума при качении шины по такому покрытию.

220

Шум при качении шины по дороге зависит главным образом от взаимодействия протектора и дорожного покрытия. При этом источники шума располагаются впереди и сзади пятна контакта [61].

Причины возникновения шума в основном связаны с вибрацией и ударами при качении колес. Кроме того, немаловажную роль играет давление воздуха в камере шины и явление «накачивания» воздуха, создаваемого резонансом в продольных канавках рисунка протектора шины.

Требования, предъявляемые к шинам для обыкновенных серийных автомобилей с позиции подавления шума, часто противоречивы. Например, хорошее сцепление с мокрой дорогой требует эффективного удаления воды из пятна контакта, т.е. глубоких канавок в рисунке протектора, которые, в свою очередь, создают интенсивное накачивание воздуха. Также на мокрой дороге необходим развитый рисунок протектора, элементы которого порождают повышенное число ударов усиление вибраций, что способствует увеличению шумности покрышек.

К тому же шина должна обеспечивать хорошую передачу тягового усилия при минимальных потерях энергии на рассеивание, иначе говоря, необходимо применять материалы протектора с низким сопротивлением качению. Но такие материалы генерируют шум и снижают комфортабельность автомобиля. Существует также противоречие между требованиями к акустическим характеристикам шин и износостойкостью их.

Генерирование шума в значительной степени зависит от зернистости и профиля дорожного покрытия, а его распространение – от звукопоглощающих свойств дорожного покрытия.