CC BY
11
О СНИЖЕНИИ КОНЦЕНТРАЦИИ ТОКСИЧЕСКИХ
ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Кандидат биологических наук М. В. Алексеева,
кандидат технических наук А. С. Озерский, кандидат биологических наук В. А. Хрусталева
Из Московского научно-исследовательского института гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана и Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института
Известно, что автотранспорт является одним из источников загрязнения воздушного бассейна городов токсическими веществами, содержащимися в отработанных газах. До настоящего времени и в ближайшем будущем основным типом двигателя автотранспорта остается карбюраторный двигатель. В процессе работы этого двигателя даже при его хорошем техническом состоянии на многих режимах происходит значительно неполное сгорание топлива, обусловленное необходимостью использования бензовоздушных смесей с недостатком воздуха. По этой причине в отработанных газах карбюраторного двигателя содержится ряд токсических веществ и в первую очередь окись углерода.
Автомобильный двигатель в условиях эксплуатации работает на переменных режимах; при этом тяговые режимы сменяются режимами самостоятельного и принудительного холостого хода. Последний из них имеет место, например, при торможении автомобиля двигателем или во время переключения передач. Исследованиями, проведенными Научно-исследовательским автомобильным и автомоторным институтом (НАМИ), было установлено, что продолжительность указанных* режимов значительна в общем балансе времени движения автомобиля. Так, например, для грузовых автомобилей и автобусов завода имени И. А. Лихачева (ЗИЛ) в условиях Москвы относительная продолжительность принудительного холостого хода составляет около 18%, а самостоятельного холостого хода (для автобусов)—около 30%. Эти результаты создали предпосылки для нового направления работ, имевших целью наряду с улучшением эксплуатационных показателей карбюраторного двигателя снизить токсичность его отработанных газов.
Известно, что на режимах принудительного и самостоятельного холостого хода во впускной трубе автомобильного карбюраторного двигателя создаются высокие разрежения, вызывающие многие неблагоприятные явления. Одни из них способствуют снижению технико-экономических показателей двигателя, другие — повышению токсичности отработанных газов. На преобладающих по длительности тяговых режимах при правильно отрегулированных приборах и удовлетворительном техническом состоянии двигателя относительное содержание токсических веществ и прежде всего окиси углерода в отработанных газах невелико. Резкое увеличение токсичности наблюдается при режихмах самостоятельного и принудительного холостого хода. Это является неизбежным следствием рабочего процесса карбюраторного двигателя, обусловливающего необходимость подачи в цилиндры на самостоятель-, ном холостом ходу обогащенной горючей смеси с недостатком воздуха до 40—60%. В результате отработанные газы содержат значительные количества ядовитых продуктов неполного сгорания топлива
В соответствии с условиями движения по городу наибольшие концентрации токсических веществ отмечаются в узких зонах, где преобладают режимы принудительного и самостоятельного холостого хода. Так, например, на перекрестках с интенсивным движением, где при красном свете светофора обычно происходит торможение автомобиля двигателем с последующей работой двигателя на холостом ходу, концентрация ядовитых веществ во много раз превышает допустимые уровни. Общие неблагоприятные условия в данном случае отягощаются неизбежным дымлением двигателя из-за выгорания масла, интенсивно поступающего в камеры сжатия на принудительном холостом ходу. Специально проведенными исследованиями было установлено, что просос масла в камеры сгорания на принудительном холостом ходу, когда разрежения во впускной трубе приближаются к максимальным, увеличивается в несколько раз.
Из изложенного следует, что при значительном снижении токсичности отработанных газов при нетяговых режимах, а также устранении повышенного прососа масла можно не только частично уменьшить загрязнение воздушного бассейна города, но и решить один из наиболее трудных актуальных вопросов всей этой проблемы — резко снизить концентрации токсичных продуктов неполного сгорания бензина и масла.
В результате проведения в НАМИ исследовательских и экспериментально-конструкторских работ было создано конструктивно простое и стабильно действующее устройство — регулятор разрежения (см. рисунок), устанавливаемый на впускной трубе двигателя и автоматически включающийся в работу на режимах принудительного и самостоятельного холостого хода. С его помощью решилась также задача надежного управления экономайзером холостого хода, выключающим подачу топлива на режимах принудительного холостого хода.
Установка регулятора разрежения обеспечивает на режиме принудительного холостого хода впуск в цилиндры двигателя большого количества воздуха и резкое снижение разрежения. При этом из-за чрезмерного обеднения смеси ее воспламенение становится невозможным; устраняются также повышенный просос масла в камеры сжатия и дымление в результате его выгорания. Наличие регулятора, действующего синхронно с экономайзером, выключающим систему холостого хода, позволяет при режиме принудительного холостого хода избежать выброса в атмосферу несгоревшего топлива. При работе двигателя на режиме самостоятельного холостого хода регулятор разрежения обеспечивает пульсирующий впуск дополнительного воздуха в камеры сгорания и очистку их от остаточных газов, что способствует более полному сгоранию рабочей смеси и резкому снижению токсичности отработанных газов.
Результаты анализов проб отработанных газов, отобранных в процессе проведения моторного комплекса испытаний регулятора разрежения в лабораторных, а затем в лабораторно-дорожных условиях, показали, что при режиме принудительного холостого хода окись углерода в отработанных газах отсутствует. При числе оборотов вала двигателя 450—2800 в минуту содержание угарного газа составляло 7,3—1,1% без регулятора, а при включенных регуляторе воздуха и экономайзере угарного газа в отработанных газах не обнаружено.
Следует отметить, что определение больших концентраций (порядка целых процентов) окиси углерода проводили на приборе ' «ВТИ».
Было зафиксировано также, что при переходе с принудительного холостого хода на нагрузочный режим отсутствует дымление, возника- > ющее обычно из-за интенсивного прососа масла и его выгорания вследствие улучшения процесса сгорания топлива.
Основываясь на предыдущих работах, проводимых в Институте имени Ф. Ф. Эрисмана, которые свидетельствуют о наличии в выхлопных газах, кроме окиси углерода, еще акролеина, формальдегида и бензола, были проведены более полные исследования эффективности действия регулятора разрежения в отношении снижения токсичности отработанных газов. Испытанию подвергался стандартный автомобиль ЗИЛ-164 в дорожных условиях. Двигатель автомобиля был оборудован регулятором разрежения и экономайзером холостого хода. Для отбора проб газа в кузов автомобиля была выведена трубка, присоединенная к выпускной трубе двигателя до глушителя.
Кроме окиси углерода, в отобранных пробах газа определяли содержание акролеина, формальдегида и бензола. Пробы на все указанные вещества брали одновременно в 8 последовательно соединенных вакуумированных баллонов. Содержание окиси углерода при работе двигателя без регулятора разрежения определяли на приборе «ВТИ», с регулятором — на газоанализаторе, принятом в санитарной практике.
Для определения бензола, акролеина, формальдегида в баллоны после отбора газа вносили соответствующие поглотительные смеси. Бензол определяли нитрованием, акролеин — с применением триптофана, формальдегид — по хромотроповой реакции.
Пробы газа отбирали на режимах торможения автомобиля двигателем при скоростях движения, соответствующих 800, 1200 и 1800 об/мин вала двигателя, и на самостоятельном холостом ходу после торможения автомобиля двигателем при 1800 об/мин его вала длительностью 2—3 минуты, соответствующих 1, 2, 3 и 4 режимам. Указанные условия были выбраны с учетом повышения токсичности отработанных газов стандартного двигателя на нетяговых режимах. Сопоставление результатов анализа проб газов, полученных в этих условиях с регулятором разрежения и без него, позволило более полно ■ выявить эффективность действия испытуемого прибора. Для этой же цели .часовой расход топлива на холостом ходу был несколько повышен (1,85 кг/час). При испытаниях- применяли бензин А-70, картерное масло и автол 1и.
Часть результатов анализа выхлопных газов на содержание окиси углерода, формальдегида, акролеина и бензола представлена в таблице.
Рассматривая данные, приведенные в таблице, можно считать, что концентрация окиси углерода колебалась без регулятора от 3,2 до 7,8%; при включении регулятора разрежения окись углерода не обнаруживалась или ее было не более 0,4%. Концентрации бензола при режиме торможения двигателем уменьшились в 16—20 раз, а при самостоятельном холостом ходе — в 6—7 раз. То же самоё было отмечено при определении формальдегида и акролеина. При включенном регуляторе содержание формальдегида снижалось в 10 раз или он не обнаруживался. Акролеин с включением регулятора в большинстве случаев не был обнаружен, без регулятора определен в количествах 170— 800 мг/м3.
Результаты проверки технико-экономического эффекта, обеспечиваемого регулятором, проводившейся на городских автобусах в условиях рядовой эксплуатации, показали, что расход масла у двигателей 8 испытуемых автобусов, оборудованных регулятором разрежения, снизился на 27,5—44,5%. Полученные данные исследования отработанных газов автомобиля ЗИЛ-164 свидетельствуют о том, что включение регулятора разрежения и экономайзера холостого хода значительно снижает содержание токсических веществ. Это снижение может улучшить санитарно-гигиеническое состояние воздушной среды и явиться эффективной мерой борьбы с загрязнением атмосферного воздуха токсическими веществами, содержащимися в отработанных газах.
Результаты определения токсичных веществ в отработанных газах автомобиля ЗИЛ-164 при разных режимах работы
• Вещество Режим •
1 2 3 4
без регулятора с регулятором без регулятора с регулятором « без регулятора с регулятором без регулятора с регулятором
• Окись углерода 5,2% 0,024% 3,7% Не обнаружено 2,95% 0,14% 7,8% 0,25%
5,2% 0,024% 3,6% » » 3,2% 0,30% 7,4% 0,40%
Акролеин 170 мг/м3 Не обнаружено 800 мг/м3 » » 160 мг/м3 Не обнаружено 210 мг/м3 Не обнаружено
170 » • » » 650 » » » 160 » » » 210 » » >
Формальдегид 2,7 » 0,4 мгЫ3 3,5 » » » 4 » » » — » »
2,8 » — 4 » » » 4 » » » — » »
• Бензол 900 » 80 мг/м3 • 900 » 40 мг/м3 900 » 45 мг/м3 1 200 мг/м3 200 мг/м3
800 » 50 » 900 » 54 » 900 » • 45 » 400 > 140 »
44 > 2 » — — — 45 » 310 > 120 »
При оценке приведенных результатов серьезного внимания заслуживает и сокращение расхода картерного масла при работе двигателя с регулятором разрежения, что свидетельствует об экономическом эффекте, а также сокращение его выброса в атмосферу в виде дыма и копоти. При этих же испытаниях на городских автобусах было зафиксировано, что снижение расхода топлива на автобусах, оборудованных регулятором разрежения и экономайзером холостого хода, составляет 5—13,5%.
В заключение следует сказать, что полученные результаты показывают резкое снижение токсичности выхлопных газов без изменения конструкции двигателя. Это создает благоприятные предпосылки для оснащения действующего парка автомобилей созданными приборами.
ЛИТЕРАТУРА
Алексеева М. В.. X р у с т а л е в а В. А. Гиг. и сан., 1960, № 5.
Поступила 13/11 1962 г.
<ON DECREASING THE CONCENTRATION OF TOXIC EXHAUST GASES ESCAPING
FROM MOTOR CAR ENGINES
M. V. Alekseeva, Candidate of Biological Sciences, . A. S. Ozersky, Candidate of Technical Sciences, V. A. Khrustaleva, Candidate of Biological Sciences
A gas-rarefying regulator is a simple and permanent device which is fixed at the air inlet tube of a carburetor engine and runs automatically with idling engine. It provides additional air supply for the combustion chamber and promotes better conditions for a more complete combustion of the fuel mixture. Air analyses show that, when the gas-rarefying regulator is on, the content of carbon monoxide in the exhaust gases falls from 7 down to 0.4%; that of benzol decreases 16 to 20 times and of formaldehyde and acrolein—by 10 times.
#
* * *
О ВЛИЯНИИ НА ОРГАНИЗМ НЕБОЛЬШИХ КОЛИЧЕСТВ ФТОРА
Кандидат медицинских наук А. Ф. Аксюк, рентгенолог Г. В. Булычев
Из Московского научно-исследовательского института гигиены имени Ф. Ф. Эрнсмана
На основе ряда исследований ГОСТ 2874-54 была регламентирована предельно допустимая концентрация фтора в питьевой воде — 1,5 мг/л. Однако этот норматив нельзя признать достаточно обоснованным. Несмотря на то что фтор обладает выраженным нейротропным действием, не освещенным оставался вопрос о функциональном состоянии нервной системы при длительном поступлении в организм фтора с питьевой водой. Кроме того, имелся ряд указаний на развитие эндемического флюороза у населения даже при употреблении питьевой воды с концентрациями фтора ниже уровня норматива, рекомендуемого ГОСТ 2874-54 [С. Н. Черкинский, Р. М. Заславская, Р. Д. Габович, Смит (Smith) и др.].
Приведенные соображения послужили нам основанием для проведения исследований1, направленных на обоснование допустимого уровня фтора в питьевой воде. В работе наряду с опытами на животных
1 В работе принимали участие стоматолог Д. И. Кершенгольц и химик Ю. А. Сав-ваитова.
