Обеспечение экологичности автомобильного транспорта

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!!!!!!