Роль каталитических нейтрализаторов и сажевых фильтров в защите окружающей среды и в профессиональной деятельности будущего автомеханика

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ

КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«АЛТАЙСКИЙ ТРАНСПОРТНЫЙ ТЕХНИКУМ»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Направление:

Охрана окружающей среды. Экология человека.

Тема:

Роль каталитических нейтрализаторов и сажевых фильтров в защите окружающей среды и в профессиональной деятельности будущего автомеханика

Выполнил

Андреев Артем Валерьевич

студент I курса, группы ТАВ-71/72

профессия/специальность

«Автомеханик»

Руководитель

Шуцкая Любовь Сергеевна

преподаватель спецдисциплин

высшей квалификационной категории

Барнаул 2018

Содержание

Введение

Начало третьего тысячелетия знаменуется постоянным ростом техногенного воздействия на окружающую среду, вызванного бурным развитием промышленности и транс порта, малой энергетики. Транспорт и малая энергетика оснащены двигателями внутреннего сгорания, в частности, дизелями, которые оказывают значительное техногенное воздействие на окружающую среду [1, 2, 3, 4].

Период с 1988 по 2000 годы был «золотым» временем для экологии Алтайского края. Так считает научный сотрудник НИИ региональных медико-экологических проблем Владимир Горбачев. Тогда в крае существовала единая природоохранная служба, были приняты основные законы и документы природоохранного законодательства[11].

Сейчас, когда объемы промышленного производства, по сравнению с советским временем резко снизились, основным источником загрязнения атмосферы в городе, по оценкам специалистов, является транспорт (60% загрязнения). Особенно ситуация обостряется зимой, когда выхлопные газы не поднимаются вверх из-за холодного воздуха. [11].

В работе автомеханика основными являются организация и проведение диагностики и ремонта автомобильного транспорта. Однако, помимо этого, автомеханик, согласно должностной инструкции должен заботиться о личной безопасности и здоровье, а также о безопасности и здоровье окружающих людей в процессе выполнения любых работ или во время нахождения на территории предприятия, и лично принимает посильные меры по устранению любой производственной ситуации, создающей угрозу его жизни и здоровью или окружающих его людей и окружающей среде.

Поэтому при обращении в автосервис или СТО клиента с жалобой на плохую работу или поломку каталитического нейтрализатора, автомеханик обязан не только следовать должностной инструкции, но и проявить себя как специалиста с достаточной компетенцией в этом вопросе.

Предметами исследования являются и каталитические нейтрализаторы отработавших газов двигателя автомобильного транспорта.

Целью работы является изучение роли каталитических нейтрализаторов отработавших газов двигателя в защите окружающей среды и профессиональной деятельности автомеханика.

Задачи поставленные для достижения цели следующие:

·                    Изучить влияние веществ, входящих в состав отработавших газов двигателя на организм человека;

·                    Изучить работа каталитических нейтрализаторов, причины их дезактивации и основные неисправности;

·                    Проанализировать функционал автомеханика при поломке (отказе каталитического нейтрализатора).

Методологической основой исследования: являются труды отечественных и зарубежных авторов, посвященные проблемам работы каталитических нейтрализаторов и сажевых фильтров.

Практическое значение работы состоит в:

- изучении и оценке значимости проблемы с негативным влиянием отработавших газов двигателей автомобильного транспорта на здоровье человека.

 - систематизации подхода к функциональным действиям автомеханика при выявлении неисправности или поломки каталитического нейтрализатора.

Влияние выхлопных газов на организм людей

В составе выхлопных газов разных видов топлива, могут быть такие вредные элементы: оксиды азота и углерода, диоксиды азота и серы, сернистый ангидрид, бенз-α-пирен, альдегиды, ароматические углеводороды, некоторое количество сажи, разные соединения свинца, взвешенные частицы.

Вследствие содержания в выхлопных газах автомобилей вредных и даже ядовитых веществ, а также при постоянном действии таких элементов на органы человека, они способны вызывать развитие острых и хронических болезней.

Для органов дыхания характерные следующие заболевания:

-        аллергические реакции;

-        астма;

-        бронхит;

-        гайморит;

-        образование злокачественных опухолей;

-        воспаление дыхательных путей;

-        эмфизема.

Для сердечно-сосудистой системы свойственны такие заболевания:

-        нарушения дыхания в виде отдышки;

-        головокружения;

-        увеличение проявления признаков стенокардии;

-        инфаркт миокарда;

-        вязкость крови, как итог – тромбозы, тромбоэмболии;

-        кислородное голодание, так называемая гипоксия тканей.

Для нервных клеток характерно развитие таких нарушений:

-        общее недомогание;

-        повышенная возбудимость;

-        сонливость и стойкое нарушение сна.

Химические соединения, что есть в составе выхлопных газов, в особенности тяжелые металлы, характеризуются свойством накапливаться в организме. Вследствие чего начинается зашлаковывание организма с последующим развитием серьезных заболеваний.

Наибольший объем токсинов присутствует в выхлопных газах, когда двигатель работает на холостом ходу и на сниженных скоростях. При таких режимах происходит плохое выгорание топлива и отход несгоревших элементов топлива в количестве более чем в десять раз превышающем выхлопы при стандартном режиме автомобиля.

По степени действия на человека, составляющие выхлопных газов можно разбить на пять групп:

1.                К первой группе относятся малотоксичные химические элементы отходящих газов заведенного двигателя. К ним относят азотные соединения, водород, водяной пар, кислород, углекислый газ и прочие составляющие атмосферы. Такие вещества не несут непосредственно вред здоровью человека, однако способствуют возникновению неблагоприятных условий существования людей, так как оказывают действие на состав окружающего воздуха.

2.                Ко второй группе относится оксид углерода, который является сильным ядовитым веществом. Отравиться угарным газом можно при заведенном двигателе автомобиля в гараже с плотно прикрытыми воротами или ночуя в машине с не выключенным мотором. Угарный газ вызывает кислородное голодание и, как результат, нарушение функций всех внутренних систем человеческого организма. Степень интоксикации угарным газом определяется его концентрацией, временем действия и иммунитетом человека, на которого воздействует такое вещество. При легком отравлении учащается сердцебиение, наблюдается пульсация в висках и темнеет в глазах. Для среднего отравления характерны сонливость и неясное сознание. Тяжелая степень отравления газом с концентрацией более 1% приводит к спутанности сознания, а в исключительных случаях, даже к летальному исходу.

3.                К третьей группе относятся оксид азота и диоксид азота, содержащиеся в выхлопных газах автомобиля. Они считаются более токсичными элементами, нежели угарный газ. Так, диоксид азота тяжелее воздуха и стелется по полу, скапливается в нишах и каналах, а при повышенных концентрациях является очень опасным при регулярном обслуживании автомобилей. При продолжительном действии таких газов человек может заболеть астмой, отеком легких, хроническим бронхитом, воспалением слизистой пищеварительной системы, сердечной недостаточностью и нервными расстройствами.

4.                Четвертая группа является самой многочисленной по количеству веществ. Сюда входят самые разнообразные углеводороды, например, парафиновые алканы, нафтеновые цикланы и определенные ароматические бензолы. Таких соединений около 160 единиц. Эти вещества ядовиты и пагубно действуют на функции сердечно-сосудистой системы. Помимо этого, углеводородные соединения являются канцерогенами и способствуют возникновению и росту злокачественных опухолей;

5.                В пятую группу входят органические альдегиды, такие как формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Подобные вещества также ядовитые и являются продукцией выгорания топлива при работе мотора на тихом ходу или при небольших нагрузках, если температура отходящих газов невысокая. Вредное воздействие таких соединений выражается в раздражение слизистых оболочек, поражении внутренних дыхательных органов и нервных клеток.

6.                К шестой группе относится сажа и мелкие элементы, являющиеся результатом износа и внутреннего нагара на двигателе, а также добавления аэрозолей и масел. Такие частицы не оказывают непосредственного негативного влияния на здоровье человека, но легко раздражают дыхательные пути и собирают на своей поверхности опасные компоненты.

Развитие науки и техники, которые позволяют повысить комфортность жизни людей, помимо благ, приносит и вред, как, например, выхлопные газы от автотранспорта. Смерть от выхлопных газов встречается нечасто и считается результатом неправильного обращения с автомобилем[11].

Поэтому в системе выпуска отработанных газов автомобилей устанавливаются такие устройства, как каталитические нейтрализаторы, которые отличаются между собой по конструкции и функционалу, но играют одну очень большую роль – очистка отработавших газов двигателя автомобиля от токсичных составляющих.

Работа каталитических нейтрализаторов, причины их дезактивации и основные неисправности

К настоящему времени накоплен значительный опыт в очистке отработавших газов дизельных двигателей. Используемые каталитические нейтрализаторы имеют от одной до трех ступеней и выполняются из различных материалов. Интенсивные работы по проектированию каталитических нейтрализаторов ведутся всеми ведущими фирмами автомобильной промышленности[7].

Катализаторы довольно эффективно снижают токсичность выхлопных газов и при этом практически не влияют на мощность двигателя и расход топлива. При наличии этого устройства незначительно возрастет обратное давление, в результате которого силовой агрегат автомобиля теряет 2-3 л. с. Теоретически катализатор выхлопных газов может служить вечно, ведь драгоценные металлы во время химических реакций не расходуются. Однако, как показывает практика, срок службы этих приборов имеет свой предел[12].

Для каталитического разложения продуктов горения бензина и солярки используются такие драгоценные металлы, как родий, палладий или сплав платины и иридия, церий. 

Благодаря высокой температуре в блок-носителе происходит несколько химических реакций. В результате опасные соединения (СО, СН, NO, NO₂) превращаются в пары воды и достаточно безвредные газы N₂, CO₂. За процессом следят специальные датчики (лямбда-зонды), которые всю информацию передают в «мозги» машины. Дизельные двигатели всегда работают с избытком воздуха и в силу конструкции имеют небольшие выбросы СО и углеводородов. В результате в дизельном двигателе не хватает СО для восстановления оксидов азота в традиционных катализаторах. По этой причине в дизельных двигателях нельзя устанавливать катализаторы тройного действия.

Традиционный дизельный катализатор представляет собой обычный окислительный катализатор для нейтрализации оксида углерода и углеводородов. В качестве благородных металлов для окисления используются платина и частично палладий. Из-за высокого содержания кислорода в ОГ процессы окисления в катализаторе протекают очень эффективно. СН и СО окисляются уже при температурах выше 160°С.

Поскольку частицы захватывают также углеводороды и оксид углерода, то прилипающие к частицам вредные компоненты нейтрализуются. С использованием окислительных катализаторов нельзя существенно снизить собственно выбросы частиц. Поэтому требуется установка еще одного блока катализатора восстановительного действия.

Отказом (поломкой) каталитического нейтрализатора (КН) отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) является снижение функциональной эффективности вследствие механической, физической или химической дезактивации каталитических блоков, термического, вибрационного разрушения носителей катализаторов и корпусов реакторов[5,6,7].

О поломке каталитического нейтрализатора водителю чаще всего сообщает сигнальная лампа на панели приборов «Check engine».

Это происходит в том случае, когда показания датчика перед катализатором сравнимы с данными лямбда-зонда, установленного на выходе нейтрализатора. Лампочка будет напоминать о неисправности до тех пор, пока автовладелец не заменит узел.

·                     В среднем срок службы автомобильного катализатора ограничивается пробегом в 100-150 тыс. км. Каждая порция отработанных газов после нейтрализации уносит с собой тончайший слой металла. Когда поры каьтализатора полностью выгорят, химические реакции в них уже не происходят.

·                     Однако проблемы с узлом могут возникнуть гораздо раньше по целому ряду причин. Нередко виноват в гибели нейтрализующего устройства сам водитель. Достаточно пробить корпус и утеплитель при наезде на бордюр, чтобы катализатор вывести из строя.

·                     Преждевременный выход из строя происходит, если в автомобиле неисправна система питания или зажигания. В этом случае в глушитель попадает много несгоревшего топлива, которое оседает на поверхности катализатора.

·                     Негативно отражается на долговечности нейтрализатора и некачественное топливо. Оно не полностью сгорает в цилиндрах двигателя, поэтому поры блока-носителя быстро забиваются сажей.

·                     Использование бензина с большим содержанием тетраэтилсвинца может привести к поломке катализатора. Тетраэтилсвинец образует пленку на поверхности драгоценного металла, которая препятствует нейтрализации отработанных газов.

На схеме (рисунок 1.1) обобщены причины снижения работоспособности каталитических нейтрализаторов в процессе их использования для снижения уровней вредных выбросов поршневых двигателей.

Понятие “частица” включает в себя как сами частицы, так и оседающие на них вещества [8]. Учитывая, что твердые частицы – ТЧ бывают топливного и масляного происхождения, снижая выбросы  ТЧ за счет совершенствования процессов сгорания и сокращения угара масла можно ожидать значительного снижения скоростей дезактивации каталитических блоков нейтрализаторов за счет загрязнения их сажей, сульфатами воды, органически растворимыми фракциями масляного и топливного происхождения. В состав ОГ также могут входить в незначительных количествах: пепел, пыль, оксиды железа, окалина и другие частицы с размерами 0,1...0,4 мкм, а также смолы, капли масел.

Функционал автомеханика при поломке (отказе каталитического нейтрализатора)

К большому огорчению для автовладельцев каталитические нейтрализаторы не подлежат восстановлению. Вышедший из строя узел необходимо заменить. И для автомеханика главной в этом случае становится необходимость внятного и грамотного объяснения автовладельцу причины, по которым это необходимо сделать. Разъяснить последствия отказа от замены, которые наступят для автомобиля.

Автомеханик может предложить автомобилисту несколько вариантов решения проблемы. Обычно автовладельцы выбирают оптимальный для них выход, исходя из финансовых возможностей.

1.                 Установка оригинального каталитического нейтрализатора является идеальным способом устранения поломки. Однако стоимость такого узла достаточно высока (от 20 до 150 тыс. руб.), а полноценную гарантию на работу новой детали редко удается получить.

2.                 Вышедший из строя катализатор можно заменить универсальной моделью, которую можно подогнать под штатную выхлопную систему. Для ремонта прибегают к сварочным работам, встраивая «бочку» нейтрализатора на место неисправного узла. При этом менять другие детали глушителя не придется. Стоимость такого ремонта обойдется примерно в сумму от 3 до 20 тыс. руб.

3.                 Вместо катализатора в выхлопную систему можно установить и обычный пламегаситель. Это самый простой способ восстановления выхлопной системы. Для замены необходимо вырезать старый катализатор и по месту вварить пламегаситель. Пламегаситель будет стабилизировать поток отработанных газов, снижать уровень шума, однако в атмосферу попадут все вредные соединения без очистки. Чтобы «мозг» автомобиля не выдавал ошибку, необходимо внести изменения в программное обеспечение авто[13]. Что не всегда может иметь благоприятный исход. И, как следствие, весьма неблагоприятно отразится не только на работе автомобиля, но и на здоровье людей.

Таким образом, можно произвести сравнительный анализ по стоимости устранения неисправности (таблица1),  для того, чтобы клиент имел возможность выбора способа устранения.

Таблица1.

Заключение

Сегодня, когда автомобильный мир все больше заботится об экологии, большинство машин оснащаются каталитическими нейтрализаторами отработавших газов двигателя. В работе автомеханика основными являются организация и проведение их диагностики и замены. При этом автомеханик должен обладать знаниями и проявить себя как компетентного специалиста, способного не только произвести ремонт, но и грамотно разъяснить клиенту все возможные выходы из данной сложившейся ситуации.

В свете этого было проведено исследование, в ходе которого были изучены каталитические нейтрализаторы отработавших газов двигателя автомобильного транспорта.

Цель работы - изучение роли каталитических нейтрализаторов отработавших газов двигателя в защите окружающей среды и профессиональной деятельности автомеханика, была достигнута.

Задачи, поставленные для достижения цели были решены:

·                    Изучено влияние веществ, входящих в состав отработавших газов двигателя на организм человека;

·                    Изучена работа каталитических нейтрализаторов, причины их дезактивации и основные неисправности;

·                    Проанализирован функционал автомеханика при поломке (отказе каталитического нейтрализатора).

Показано практическое значение работы:

- изучена и проведена оценка значимости проблемы с негативным влиянием отработавших газов двигателей автомобильного транспорта на здоровье человека.

 - произведена систематизация подхода к функциональным действиям автомеханика при выявлении неисправности или поломки каталитического нейтрализатора.

Литература

1. Автомобильный справочник / Перевод с англ. Первое русское издание – М.: Изд-во “За рулем”, 2000. – 896с.

2. Аксеенко В.Д. Пути снижения степени отрицательного воздействия тракторной и другой мобильной сельскохозяйственной техники на окружающую среду / В.Д. Аксеенко, В.М.Свиридов, А.И. Винокурова. Обзор – М.: ЦНИИТЭИ тракторсельхозмаш, серия 1. вып.5, 1984 – 57с.

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

4. Анализ технического уровня и тенденций развития двигателей внутреннего сгорания / Под ред. Р.И. Давтяна. – М.: Информцентр НИИД, 1998. – Вып. 25. – С. 46 – 68.

5. Медведев, Г.В. Совершенствование конструкций дизелей и их экологические показатели/ Н.В. Батурин, Д.Н. Титов, Г.В. Медведев и др. // Ползуновский вестник. - 2009.-№1-2.- С. 73-80.

6. Медведев, Г.В. Способ повышения экологичности и экономичности авто­

тракторных двигателей/ Г.В. Медведев, А.В. Горбачев // Повышение экологической безопасности автотракторной техники: Сб. ст. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ. - 2005 - С. 146-150.

7. Новоселов А.Л., Шуцкая Л.С. Методика проектирования каталитических нейтрализаторов для дизельных двигателей/ А.Л.Новоселов, Л.С. Шуцкая // Ползуновский вестник, Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2008, - С.37-39.

8. Saracco, G. Innovative means fort he catalytic regeneration of particulate traps for diesel exhaust cleaning / G.Saraco, V.Specchia, P.Fino // Chem. End. Sci. – 2003. – 58, N3-6. – C.951-958.

9. https://en.wikipedia.org/wiki/European_emission_standards

10.http://www.aif.ru/dontknows/file/normy_vybrosov_vrednyh_veshchestv_avtomobilyami_v_mire_spravka

11.http://xn--80aaeyqihb1akd1n.xn--p1ai/2017/03/%D0%B1%D0%B0%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%83%D0%BB-%D0%BA%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0-%D1%81%D0%B5%D0%B3%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8F-%D1%8D%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F-%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%BE/

12. http://fb.ru/article/125564/chto-takoe-kataliticheskiy-neytralizator

13. https://golifehack.ru/katalizator

14.https://www.stroyteh.ru/wiki/%D0%AD%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5%20%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%82%D1%8B%20%D0%95%D0%B2%D1%80%D0%BE

Скачано с www.znanio.ru