Факультет

Студентам

Посетителям

Экономия топлива и снижение загрязнения среды обитания отработавшими газами

Исторически сложилось так, что в европейских странах строились главным образом небольшие компактные легковые автомобили с двигателями мощностью от 15—18 до 75 кВт и общей массой до 1000—1200 кг. В Северной Америке, наоборот, выпускались почти исключительно большие легковые автомобили с двигателями мощностью 150—250 кВт и массой до 2000—2500 кг. Расход топлива у таких автомобилей значителен — на 100 км пробега 17,5 л. В Великобритании, например, средний расход топлива на 100 км — 8,7 л.

Отечественные легковые автомобили расходуют округленно 10 л на 100 км пути. Среднетоннажные грузовые автомобили расходуют 20—30 л на 100 км пробега. У тяжелых грузовых автомобилей и тягачей (автопоездов) расход топлива достигает 40—50 л на 100 км пробега. То же можно сказать о городских автобусах большой и особо большой вместимости.

В последнее десятилетие во многих странах были установлены контрольные нормы для автомобилестроителей, которые должны по определенным этапам совершенствовать конструкцию машин и повышать топливную экономичность выпускаемых автомобилей. Так, в США каждой фирме было предписано, чтобы средний расход топлива на один автомобиль не превышал: в 1978 г. — 13,1; в 1980 г. — 11,8; в 1985 г. — 8,5 л на 100 км.

Для каждого типа двигателя (карбюраторного или дизельного) при прочих равных условиях количество загрязняющих веществ, выделяемых в атмосферу, пропорционально расходу топлива. Поэтому экономия топлива одновременно по существу означает сокращение выброса токсичных веществ в атмосферу.

Общий расход топлива автомобилями находится в прямой зависимости от степени их использования. Особенно ощутима такая зависимость для эксплуатируемого парка грузовых автомобилей. Сокращение порожнего пробега и более полное использование грузоподъемности каждого автомобиля существенно снижают расход топлива. Так, повышение на 10% коэффициента использования пробега позволяет экономить 6,5—7% топлива, а такое повышение коэффициента использования грузоподъемности — на 7—8%. Однако наиболее существенное влияние на сокращение расхода топлива оказывает конструкция автомобилей.

Совпадение экономической и экологической проблем заставило конструкторов современных автомобилей самым внимательным образом подходить к решению любых вопросов, которые имеют хоть какое-то отношение к расходу топлива. Например, масса автомобиля всегда была в поле зрения конструктора, но она определялась главным образом параметрами прочности, надежности, долговечности. Сегодня величина массы определяется и требованием снижения расхода топлива. Прямое влияние массы на расход топлива сказывается особенно сильно на режимах разгона и замедления, которые в условиях городского движения составляют 30—40% общего времени, затрачиваемого на поездку. Основное направление здесь — замена стали и чугуна легкими алюминиевыми сплавами, пластмассами и композитными материалами, а также применение штамповки вместо литья. Так, на ряде автомобилей из легких сплавов отлиты не только блоки цилиндров и картеры коробок передач, но изготовлены колеса, капоты, крышки багажников, бамперы и др. А у экспериментальной модели автомобиля фирмы Мерседес-Бенц, помимо указанного, из легких сплавов выполнены и двери. Разработана однолистовая рессора массой 2 кг из карбоволокна, которая может заменить стальную массой 12,7 кг.

Важное значение с рассматриваемых позиций стали придавать и аэродинамике автомобиля. Если ранее форма кузова легковых автомобилей определялась прежде всего требованиями комфорта и эстетики, то теперь она диктуется необходимостью всемерного снижения сопротивления воздуха при движении, особенно на больших скоростях, когда значительно повышается расход топлива. Требования аэродинамики особенно важны для грузовых автомобилей и автопоездов, обращающихся в междугородных сообщениях с высокими скоростями.

Приближенно считают, что суммарная затрата энергии (топлива) на преодоление сопротивления воздуха во время движения автомобилей составляет примерно 7% всей энергии, расходуемой на автомобильном транспорте. Задача улучшения аэродинамики автомобилей состоит в том, чтобы уменьшить прежде всего лобовое сопротивление воздуха, а также снизить до возможного минимума турбулентность воздушного потока (завихрения).

Основными путями снижения сопротивления воздуха являются уменьшение площади поперечного сечения автомобиля (проекции на вертикальную плоскость), применение обтекаемых форм с закруглением углов на кузове, установка специальных обтекателей и экранов на автопоездах с полуприцепами, использование вертикальных и горизонтальных панелей (дефлекторов), закрывающих зазоры, в особенности между тягачом и полуприцепом, и снижающих степень завихрения обтекающего воздуха.

Работы, выполненные во многих странах, позволяют считать, что снижение сопротивления воздуха на 10% дает 4—5% экономии топлива, а в целом улучшение аэродинамики может обеспечить сокращение расхода топлива до 15%.

Экономичность автомобилей повышают и другими методами. Например, для снижения сопротивления качению колеса применяют покрышки с радиальным расположением корда, устанавливают микро-ЭВМ для выбора оптимального режима работы двигателя в зависимости от условий, используют системы выключения из работы ряда цилиндров двигателя в случае, когда от него не требуется большой мощности, и т. п.

Первостепенное значение для уменьшения загрязнения атмосферы автомобилями имеет техническое состояние автомобильного и автобусного парков. Полностью исправный автомобиль расходует меньше топлива и уже этим способствует снижению уровня загрязнения воздуха. Но главное внимание должно быть направлено на содержание в исправности топливной аппаратуры и системы зажигания.

Исследованиями и практикой эксплуатации, например, установлено, что одна неработающая свеча у двигателя повышает расход топлива на 15—20%, неисправный экономайзер карбюратора — на 10—15%, снижение температуры охлаждающей воды до 35—40°С — на 10—12%, неисправный регулятор угла опережения зажигания — на 6—10%, наличие нагара в камерах сгорания — на 7—8%. Неисправность одной форсунки у дизеля повышает расход топлива на 22—28%.

У бензиновых двигателей особо тщательно должна проводиться регулировка карбюратора и, в частности, для холостого хода. В условиях уличного движения во многих городах двигатель автомобиля работает 30% времени на холостом ходу, 30—40% с постоянной нагрузкой, 20—25% в режиме разгона и 10—15% в режиме торможения. При этом в среднем на холостом ходу автомобиль выбрасывает 5—7% окиси углерода к объему всего выхлопа, а в процессе движения с постоянной нагрузкой только 1—2,5%. При неправильно отрегулированном карбюраторе выброс окиси углерода на холостом ходу повышается до 15%, а иногда и более. Одновременно на этом режиме увеличивается в 2—2,5 раза выброс углеводородов и в 1,5 раза — альдегидов.

В Советском Союзе принята система мер, предусматривающих регулярный всесторонний контроль технического состояния автомобилей, осуществляющих народнохозяйственные перевозки. В частности, все автомобили при выпуске на линию проходят общий оперативный контроль. В число контролируемых параметров согласно ГОСТ 17.2.2.03—77 включено содержание окиси углерода.

Не меньшую роль в деле снижения расхода топлива играют совершенство организации движения на уличной и дорожной сети и искусство вождения автомобиля, заключающееся в том, чтобы по возможности иметь меньше остановок, а следовательно, холостого хода, разгонов и замедлений. В результате можно экономить до 20% топлива. Следует подчеркнуть, что замедления (торможение двигателем) неблагоприятны резким повышением (в 10 раз) в отработавших газах альдегидов. Таким образом, с позиции снижения загрязнения воздуха целесообразно водить автомобиль так, чтобы он большее время двигался с постоянной нагрузкой. Однако в период работы двигателя с нагрузкой в его отработавших газах образуется наибольшее количество окислов азота, объем которых по сравнению с режимом холостого хода возрастает в 30—35 раз. И в этом объективная трудность решения проблемы.

Таким образом, меры, направленные на исправное содержание подвижного состава, оптимизацию химического состава топлива, а также конструктивная доработка основных систем автомобилей улучшают состояние атмосферы. В настоящее время в СССР и за рубежом принят ряд документов, носящих законодательный или рекомендательный характер, нормирующий количество вредных веществ в отработавших газах автомобилей. В частности, Европейской экономической комиссией в 1980 г. принят официальный документ — «Правила № 15: единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств с двигателями с принудительным зажиганием в отношении выделения двигателем загрязняющих газообразных веществ». В этих Правилах предусматривается ряд ограничений по токсичности выхлопа автомобилей, используемых на дорогах Европы, а также методы испытаний автомобилей на токсичность. Разработаны или находятся в стадии разработки документы, нормирующие выброс вредных веществ для дизельных автомобилей, транспортных средств с двухтактными двигателями, колесных тракторов и других транспортных средств.

В нашей стране разработаны соответствующие государственные стандарты, направленные на контроль и ограничение количества вредных компонентов в выхлопных газах. Введены в действие ГОСТ 17.2.2.03—77 «Содержание окиси углерода в отработавших газах автомобилей с карбюраторными двигателями. Нормы и методы определения» и ГОСТ 21393—75 «Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерения». Разработка нормирующих документов — сложный процесс, включающий в себя анализ технических, экономических, биологических, медицинских и других факторов. Параллельно с разработкой новых ГОСТов и правил на базе достигнутого прогресса пересматриваются и действующие.

Источник: И.Я. Аксенов, В.И. Аксенов. Транспорт и охрана окружающей среды. Изд-во «Транспорт». Москва. 1986

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: