1. Экологичная конструкция автомобиля
Экологичная конструкция автомобиля предполагает, прежде всего, его топливную экономичность (чем меньше топлива потребляет автомобиль, тем меньше наносимый им экологический ущерб).
Экономия топлива достигается за счет комплекса конструктивных и эксплуатационных мероприятий.
Применительно к легковым автомобилям влияние на уменьшение расхода топлива оказывает:
- Уменьшение массы и размеров автомобиля (за счет применения высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов, пластмасс, стекла и углепластиков)
- Улучшение аэродинамических характеристик
- Снижение сопротивления качению
- Применение компьютеризированных систем контроля и управления двигателем и сокращение всех видов механических потерь
В конструкции грузовых автомобилей основные источники экономии топлива:
- Перевод на дизельное топливо
- Регулирование скорости вентилятора
- Применение радиальных шин
- Улучшение аэродинамических форм и обтекателей.
В США эффект от внедрения регулирования скорости вентилятора составил в 1982 г. 2500 млн. литров.
|
|
2. Направления совершенствования современного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания
- Повышение КПД двигателя за счет совершенствования процессов сгорания (турбонаддув, работа на переобедненных смесях, электронное зажигание)
- Сокращение потерь на трение (уменьшение поверхности поршней, сокращение опорных поверхностей вкладышей, использование керамических покрытий)
- Оптимизация режимов работы двигателя за счет электронных систем управления рабочими процессами двигателя
- Применение двухтопливных автомобилей (бензин – газ, дизельное топливо - газ)
- Ужесточение норм расхода топлива на 100 км пробега (в США, к примеру, предписано, чтобы средний автомобиль расходовал не более 5,3 л на 100 км пробега).
3. Уменьшение выбросов вредных веществ за счет применения каталитических нейтрализаторов
При применении каталитических нейтрализаторов весь объем отработавшего газа проходит через нейтрализатор, который выполняет следующие функции:
- Дожигание (уменьшение оксида углерода и углеводородов)
- Каталитическое окисление (катализаторы - платина, палладий, температура 480°С) – превращение вредных примесей в водяной пар и углекислый газ
Если катализатор преобразует оксид углерода и углеводороды, то он называется двухступенчатым.
При дополнительном воздействии на оксиды азота (катализатор на основе родия) происходит разложение оксидов азота до азота и кислорода. Такой катализатор называется трех ступенчатым. При его использовании двигатель выбрасывает практически безвредные отработавшие газы.
|
|
При использовании этилированного бензина каталитические нейтрализаторы быстро выходят из строя.
4. Улучшение экологических характеристик карбюраторных двигателей
Происходит за счет следующих мер:
- Обеспечение работы двигателей в зоне стехиометрического состава рабочей смеси (14,7 кг воздуха на 1 кг топлива)
- Конструктивное совершенствование двигателей, связанное с возможностью работы на сверхбедных смесях (S= 19 - 21)
- Конструктивные изменения, связанные с исключением испарения топлива, выброса картерных газов и т.д.
- Замкнутая система вентиляции картера
- Подача дополнительного воздуха в выхлопной коллектор с целью дожигания вредных примесей
- Сокращение испаряемости топлива из бака
- Рециркуляция части отработавших газов (часть отработавших газов отправляется на смешивание с рабочей смесью).
5. Улучшенные виды топлива
Улучшенными называют такие виды топлива, которые уменьшают загрязнение окружающей среды. Прежде всего, это бензин без содержания тетраэтилсвинца (ТЭС). ТЭС – очень токсичное соединение, вызывающее свинцовое загрязнение окружающей среды. Кроме того, соединения свинца выводят из строя каталитические нейтрализаторы.
В качестве улучшающей добавки к бензинам производится метилтретичнобутиловый эфир (МТБЭ). Его применение снижает содержание оксида углерода в отработавших газах на 10 – 2-%, содержание углеводородов на 5 – 10%, других вредных соединений до 15%. При этом существенно повышается октановое число бензина.
Как улучшенный вид топлива применяется также дизельное топливо с пониженным содержанием серы.
6. Альтернативные виды топлива
Альтернативные виды топлива – виды топлива не нефтяного происхождения. К ним относятся:
- Сжиженные нефтяные газы (ГСН). В их состав входят углеводороды пропан, бутан, пентан, этилен, пропилен, бутилен. Получают их при добыче и переработке нефти и попутного газа. Они имеют физико– химические свойства, сходные со свойствами бензина, что позволяет двигателю работать на двух видах топлива. При незначительном увеличении давления переходят в жидкое состояние.
- Сжатый природный газ (ГСП) применяется в связи с ограниченностью ресурсов ГСН и большой его ценностью как сырья для химической промышленности. Природный газ имеет большие запасы, он относительно дешев. ГСП- это смесь углеводородов метанового ряда и неуглеродных компонентов (азота, углекислого газа, сероводорода и др.). Основным компонентом является метан (95% и более). Достоинства ГСП: высокое октановое число(сгорание без детонации), количество вредных выбросов в 2-3 раза ниже, чем предусмотрено нормами EURO-2; увеличение в полтора раза межремонтного пробега автомобилей; повышение в 2-3 раза срока службы моторного масла.
Недостатки: снижение мощности двигателя на 18- 20%, уменьшение скорости на 5-6%, затруднение эксплуатации автомобиля с прицепом.
- Синтетические спирты получают из различного сырья. Наибольшее практическое применение в качестве топлива находят метанол и этанол. Преимущества: высокая детонационная стойкость, высокая топливная экономичность, низкая токсичность отработавших газов.
Недостатки:
метанол усиливает коррозию металлов, стоит дороже бензина; ухудшает пусковые качества двигателя; ядовит. Этанол токсичен; реагирует со свинцом, цинком, алюминием. Поэтому спирты не применяют в чистом виде, а добавляют к бензину (от 5 до 30%). Бензин с добавкой 10 – 15 процентов этанола называется газохолом.
- Водород. Является идеальным топливом, так как имеет высокую теплоту сгорания; хорошо воспламеняется и быстро сгорает; продукты его сгорания практически безвредны в экологическом отношении; запасы водорода в природе практически безграничны. Вместе с тем, водород имеет недостатки, сдерживающие его применение. Он имеет низкую плотность, в связи с чем возникает проблема размещения водородного топлива на автомобиле (большой объем тары). Смесь водорода с кислородом взрывоопасна, поэтому необходима герметичная топливоподающая система. Кроме того, водород значительно дороже бензина.
- Топливо растительного происхождения. Это дизельное топливо, полученное при переработке различных растений. В Европе для этих целей применяют рапсовое масло. Оно незначительно отличается по своим свойствам от дизельного топлива. Основная проблема - высокая вязкость рапсового масла (в 15 раз больше, чем у ДТ). Это приводит к загрязнению дизеля и ухудшению его работы. Чтобы избежать негативных последствий, проводят химическую реакцию этерификации рапсового масла для получения рапсового метилового эфира (РМЭ). В Германии на таком дизельном топливе, называемом Biodisel, работает большое количество автомобилей. Недостатком РМЭ является его агрессивность по отношению к металлам.
|
|
7. Повышение экологичности автомобильного транспорта в процессе его эксплуатации
Грамотная эксплуатация автомобильного транспорта помогает уменьшить экологическую нагрузку автомобилей на окружающую среду. К числу таких эксплуатационных мер относятся следующие:
- Совершенствование дорожного движения. Необходимо регулировать транспортные потоки на улицах больших городов; дублировать наиболее загруженные улицы; создавать магистрали скоростного движения; ограничивать доступ машин в центр города. Это позволит уменьшить количество автомобильных пробок, а следовательно, сократить расход бензина, что приведет к уменьшению вредных выбросов в атмосферу.
- Оптимизация управления автомобилем. От режимов управления автомобилем зависит количество токсичных выбросов. Наибольшее количество выбросов автомобиль производит при работе на режимах разгона и торможения. Для уменьшения расхода топлива и массы вредных выбросов в хороших дорожных условиях необходимо использовать самую высокую передачу. При движении за городом оптимальная скорость с учетом расхода топлива и производительности автомобиля составляет 65 км/ч для грузовых автомобилей и 80 – 90 км/ч для легковых автомобилей.
- Совершенствование технической эксплуатации автомобилей.
Влияние технического состояния автомобилей на массу выбросов вредных веществ связано с нарушением состава горючей смеси и ее воспламенения. При появлении неисправностей и отклонений в регулировках систем двигателей значительно изменяется состав отработавших газов.
|
|
Эффективным путем уменьшения загрязнения окружающей среды при эксплуатации автомобилей является внедрение:
- контрольно – регулировочных постов, обеспечивающих токсичность отработавших газов и расход топлива в пределах норм;
- постов контроля токсичности отработавших газов;
- участков по ТО и регулировке систем питания двигателей;
- постов и линий технического диагностирования.
Международная практика показывает, что поддержание автомобильного парка в исправном техническом состоянии дает эффект уменьшения загрязнения городов, соизмеримый с периодическим ужесточением стандартов на выпускаемые автомобили.
8. Альтернативные конструкции автомобилей
1. Электромобили
Появились в 19 веке, однако были впоследствии вытеснены автомобилями с двигателем внутреннего сгорания. Из-за ограниченности запасов нефти и возрастающего загрязнения окружающей среды работ ы по их созданию возобновились в настоящее время.
Основные преимущества электромобилей: отсутствие выброса отработавших газов, бесшумность работы, небольшие затраты на ремонт, хорошая маневренность и динамичность. Это делает электромобили незаменимыми в городских условиях эксплуатации. Однако нельзя считать электромобиль полностью безопасным, так как он использует электроэнергию, а при ее производстве происходит загрязнение окружающей среды. Электромобиль лишь выносит источник загрязнения за пределы городов. При производстве электромобилей конструкторы либо унифицируют электромобиль с агрегатами серийного автомобиля, либо проектируют специфические конструкции. Основные усилия разработчиков направлены на создание новых источников питания, позволяющих увеличить запас хода электромобиля. Для массового внедрения электромобилей потребуется не менее 20 лет. В России производится электромобиль ВАЗ-21078, имеющий запас хода 200-280 км и развивающий скорость до 120 км/ч.
2. Автомобили с рекуперативными системами
Они имеют обычный двигатель и маховик, подключаемый к трансмиссии автомобиля при разгоне и торможении. Энергия, запасаемая в маховике при торможении, используется при разгоне автомобиля. Двигатель в начале торможения выключается и автоматически включается в конце разгона. Необходимость использования тормозов возникает лишь в экстренных случаях, исключается работа на режимах разгона и холостого хода, что позволяет снижать выделение отработавших газов в атмосферу. Недостаткомподобного автомобиля является то, что для создания компактных и легких маховиков, способных выдерживать огромные скорости, необходимы специальные материалы, значительно удорожающие конструкцию.
3. Двигатели с керамическими деталями
Использование керамических материалов в конструкции поршней, гильз цилиндров, головок цилиндров сокращает потери тепла, что позволяет доводить рабочую температуру стенок камеры сгорания до 700 – 1200°С (вместо 400-500 у обычных двигателей).
Законспектировать в тетрадь!!!!!!