Бурхливий розвиток автомобілів і збільшення їх кількості в першій половині 20 століття привело до того, що до шістдесятих років автомобілі стали надавати помітний шкідливий вплив, як на здоров'я людини, так і на стан навколишнього середовища. Тому в кінці 50-х, початку 60-х стали вводитися законодавчі норми, що обмежують шкідливий вплив автомобілів на навколишнє природу.
Оскільки в той час практично всі автомобілі наводилися в рух двигуном внутрішнього згоряння, давайте подивимося, яким чином автомобіль з цим двигуном погано впливає на навколишнє середовище і, відповідно, на здоров'я людини.
Звичайний автомобіль з двигуном внутрішнього згоряння має три джерела забруднення навколишнього середовища:
- картерів гази
- пари палива
- Шкідливі гази, що виділяються з випускної труби автомобіля під час роботи двигуна
Картерів газами називаються гази, що прориваються в картер автомобіля через ущільнення між стінками циліндра і поршнем. Повністю усунути прорив газів з циліндра двигуна в катер неможливо. Тому проблема картерних газів була вирішені використанням системи примусової вентиляції картера. Ця система, для виключення виділення картерних газів в атмосферу, відсмоктувати гази з порожнини картера і направляла їх у впускний колектор двигуна, звідки картерів гази потрапляли в камеру згоряння двигуна і спалювалися разом з паливо-повітряної сумішшю. До впровадження системи примусової вентиляції картера, гази з картера двигуна просто виводилися в атмосферу.
Паливні пари виділяються при випаровуванні бензину в паливному баку та інших елементів паливної системи автомобіля. На старих автомобілях паливні баки мали вентиляційний отвір, через яке паливні пари, для виключення підвищення тиску в паливному баку, виводилися з паливного бака в атмосферу. Для усунення попадання паливних парів в атмосферу на автомобілі почали встановлювати систему утилізації паливних парів. Основою цієї системи є адсорбер, який представляє їх себе бачок, заповнений активованим вугіллям. Паливні пари, що надходять з бака, затримуються активованим вугіллям. Далі, на деяких режимах роботи двигуна, паливні пари з адсорбера відсмоктуються у вхідну систему двигуна.
Шкідливі гази виділяють c я з випускної системи двигуна.
Всі гази, що виділяються з випускної системи двигуна, є продуктами згоряння палива в повітрі. Для початку необхідно розглянути реакцію згоряння (окислення), яка відбувається в циліндрах двигуна.
ПАЛИВО (вуглеводні) + ПОВІТРЯ (кисень і азот) à
ВУГЛЕКИСЛИЙ ГАЗ + ВОДА + АЗОТ, який не брав участі в реакціях
Але з різних причин досягнення ідеального процесу згоряння практично нездійсненно.
ПАЛИВО (вуглеводні) + ПОВІТРЯ (кисень і азот) à
Незгорілих вуглеводів + ОКІСІДИ АЗОТУ + чадний газ + ВУГЛЕКИСЛИЙ ГАЗ + ВОДА
З цієї реакції видно, що з випускної системи автомобіля в атмосферу потрапляють шкідливі для здоров'я людини і навколишнього середовища гази:
- · Вуглеводні (СН)
Наявність вуглеводнів у вихлопних газах автомобіля свідчить про неповному згорянні палива через недостатню кількість повітря для їх повного згоряння, вірніше кисню, що знаходиться в повітрі. Незгорілі вуглеводні при наявності сонячного світла і наявності в повітрі оксидів азоту вступають в реакцію, в результаті якої утворюється приземний озон, що є одним з основних компонентів смогу. Що знаходиться в повітрі озон викликає роздратування очей, завдає пошкодження легким і ускладнює респіраторні захворювання. Деякі з вуглеводнів дуже токсичні і можуть спровокувати ракові захворювання. - · Оксиди азоту (NOx)
При наявності високої температури і високого тиску в камері згоряння двигуна атоми азоту і атоми кисню повітря вступають в реакцію, в результаті якої виникають різні оксиди азоту, які мають загальне позначення (NOx). Оксиди азоту, як і вуглеводні, є речовиною, що визначає виникнення озону. Оксиди азоту також є причиною виникнення кислотних дощів. - · Оксид вуглецю (СО) - (чадний газ)
Оксид вуглецю (СО) з'являється при неповному згорянні палива в результаті якого вуглець, що знаходиться в паливо не окислюється до повного утворення вуглекислого газу (СО2). при цьому, в результаті часткового окислення утворюється оксид вуглецю (СО). Оксид вуглецю перешкоджає насиченню крові людини киснем, що особливо небезпечно для людей, що страждають серцевими захворюваннями.
Після того, як законодавці посилили вимоги до емісії автомобіля, інженери придумали безліч способів значного зменшення шкідливих речовин у вихлопних газах автомобіля:
Для зменшення кількості незгорілих вуглеводнів (СН) інженери відмовилися від карбюраторів, які готували повітряно-паливну суміш протягом більше 70 років. Їм на зміну прийшли різні електронні системи управління двигуном. Паливна підсистема цих систем, працюючи по замкнутому циклу, точно визначає кількість повітря, що надійшло в циліндр двигуна, і впорскує в циліндр точну кількість палива, повне згорання якого може забезпечити повітря, що надійшов в циліндр. При цьому, в результаті повного згоряння палива, не утворюється оксид вуглецю (СО).
Для зменшення кількість оксидів азоту (NOx), електронна система управління двигуном має функцію рециркуляції відпрацьованих газів (EGR). При цьому частина відпрацьованих газів з системи випуску направляється в систему впуску двигуна. При цьому в циліндрі двигуна різко знижуються температура і тиск, що виключає умови виникнення оксидів азоту.
Після чергового посилення законодавчих вимог в систему випуску був вбудований каталізатор, в якому відбувається повне окислення незгорілих вуглеводнів і оксиду вуглецю. В результаті спільної роботи електронної системи управління двигуном і каталізатора з вихлопної труби виходять тільки вуглекислий газ (СО2) і водяна пара. Тобто за складом емісії робота двигуна практично стала відповідати ідеальному згорянню. Здавалося б, що має настати повна згода між екологами та виробниками автомобілів. Але тут екологи знайшли нову страшилку - глобальне потепління.
На думку деяких вчених загроза глобального потепління виникає через збільшення, так званих парникових газів, в атмосфері землі. Одним з основних парникових газів був визнаний вуглекислий газ, а основним джерелом появи в атмосфері вуглекислого газу був визнаний автомобіль.
Сам по собі вуглекислий газ абсолютно нешкідливий. Всі газовані напої газують насиченням цих напоїв вуглекислим газом, та й сама людина, в процесі дихання, виділяє вуглекислий газ.
Зменшити загальну кількість вуглекислого газу можна тільки зменшенням споживаного двигуном палива або заміною двигунів внутрішнього згоряння на інші джерела механічної енергії. До того ж, на думку керівників розвинених країн, загальне зниження споживання вуглеводневого палива зменшить залежність цих країн від країн постачальників нафти.
Нове законодавство розвинених країн в перспективі обмежило споживання палива автомобілем і встановило максимальну кількість виділяється автомобілем вуглекислого газу на кілометр пробігу. Так само нове законодавство в перспективі обмежує споживання бензину на встановлений пробіг автомобіля.
На початку 60-х років минулого століття США мали найбільший автомобільний парк, і найбільша кількість автомобілів на душу населення в світі. З багатьох причин, включаючи кліматичні і географічні, самим загазованим штатом США став штат Каліфорнія. І саме в Каліфорнії з'явився перший законодавчий орган, який встановлює обмеження на емісію автомобілів. У 1967 році в Каліфорнії був створений (California Air Resources Board (CARB)) Каліфорнійський рада з повітряних ресурсів, а в 1970 році в США був створений подібний федеральний орган (U.S. Environmental Protection Agency (EPA)) Агентство з охорони навколишнього середовища. І, не дивлячись на те, що дуже швидко подібні органи з'явилися у всіх розвинених країнах, саме CARB і EPA стали ініціаторами і розробниками постійно з'являються нових законодавчих актів щодо обмеження впливу автомобіля на навколишнє середовище.
Незабаром подібні організації і відповідне законодавство були створені у всіх розвинених країнах. Очевидно, все чули про нормах ЄВРО 1, 2 ... 5.
(Перехідний мінімальний стандарт Каліфорнії)
(Транспортний засіб з низькою емісією)
(Транспортний засіб з дуже низькою емісією)
Емісія такого транспортного засобу повинна бути менше 50% середнього значення для нових автомобілів, проданих в поточному модельному році.
(Транспортний засіб з виключно низькою емісією)
Емісія такого транспортного засобу повинна бути менше 90% середнього значення для нових автомобілів, проданих в поточному модельному році.
(Транспортний засіб частково з нульовою емісією)
Цей транспортний засіб (PZEV) відповідає всім вимогам стандарту транспортного засобу SULEV по емісії з вихлопної труби, при цьому у автомобіля повністю відсутня емісія парів палива з паливної системи. Транспортні засоби стандарту SULEV мають гарантію 15 років або 150000 миль пробігу на всі компоненти, які контролюють емісію автомобіля.
AT PZEV (advanced technology partial-zero-emission vehicle)
(Покращене транспортний засіб частково з нульовою емісією)
Цей транспортний засіб (AT PZEV) відповідає всім вимогам стандарту PZEV. але також відповідає деяким номам більш суворого стандарту PZEV. Транспортні засоби стандарту AT PZEV включають автомобілі, що працюють на стиснутому натуральному газі та гібридні автомобілі, з емісією, що відповідає стандарту PZEV.
(Транспортний засіб з нульовою емісією)