Экологические проблемы использования углеводородного топлива

Министерство науки Российской Федерации

Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С.П. Королёва

Кафедра экологии

Экологические проблемы ДВС и пути их решения

Студент Р.А. Игнатенко, гр. 233

Преподаватель В.Н. Вякин

Самара 2004

Содержание:

Введение

На сегодняшний день одной из актуальных экологических проблем является проблема автотранспорта, т. к. двигатели внутреннего сгорания, работающие на продуктах нефтепереработки, оказывают наибольшее антропогенное воздействие на окружающую среду. Ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается 250 млн. т. мелкодисперсных аэрозолей. Сейчас в биосфере содержится около 3 млн. химических соединений, никогда ранее не встречавшихся в природе.

Проблема экологической безопасности при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания требует разработки экологически чистых моторных топлив.

Экологические проблемы использования углеводородного топлива

Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания являются источником таких органических токсикантов, как фенантрен, антрацен, флуорантен, пирен, хризен, дибензпирилен и др., обладающие сильной канцерогенной активностью, а так же раздражающие кожу и слизистые оболочки дыхательных путей.

Анализ механизмов химических реакций проходящих внутри двигателя при сгорании топлива показал, что основной причиной образования органических токсикантов является неполное сгорание топлива:

• в процессе сгорания топлива металлы, из которых состоит сплав двигателя, являются катализаторами многих химических процессов, приводящих к образованию конденсирующих ароматических соединений и их производных;

• образование сажи при неполном сгорании топлива способствует ароматизации углеводородов;

• химический состав бензина существенно определяет концентрацию образующихся конденсированных соединений.

Наибольшую опасность представляет бензин каталитического риформинга, по причине высокой непредельности входящих в его состав углеводородов и высокого содержания ароматических углеводородов.

Меньшую опасность представляет бензин каталитического крекинга, хотя и имеющий меньшую теплоту сгорания.

Уменьшить выбросы органических токсикантов, образующихся при сгорании углеводородного топлива, можно несколькими способами:

• увеличить поступление кислорода в камеру сгорания топлива, что увеличит процент сгорания органических веществ;

• подавить каталитическую активность никеля и железа, входящих в состав сплава конструкции камеры сгорания, введя небольшое количество металлического свинца, являющегося каталитическим ядом для этих металлов;

• использовать топливо, в составе которого преобладают предельные углеводороды, природный газ, петролейный эфир, синтетический бензин.

Современные методы улучшения качества дизельных топлив

Получение дизельных топлив, соответствующих современным требованиям, возможно путем повышения качества нефтепереработки и введения пакета присадок различного назначения.

Основными достоинствами дизельных двигателей по сравнению с другими двигателями внутреннего сгорания являются экономичность и сравнительная дешевизна топлива, поэтому их применение постоянно расширяется. Растущая во всем мире, в том числе и в России, дизелизация легкового и грузового автотранспорта требует неотложного решения вопросов повышения качества топлив, поскольку выхлопные газы ДВС стали основным источником загрязнения атмосферного воздуха.

Правительствами индустриально развитых стран и рядом международных организаций были проведены фундаментальные исследования по выяснению влияния наиболее значимых факторов качества дизельных топлив (ДТ) на эксплуатационные характеристики двигателей и загрязнение окружающей среды продуктами сгорания. Эти работы завершились принятием новых стандартов на дизельное топливо. В частности, Всемирной топливной хартией и европейским стандартом EN 590, которые в отличие от действующего российского ГОСТа 305-82 жестко ограничивают содержание в топливе серы, ароматических и полиароматических углеводородов, вводится новый показатель "смазывающая способность топлива" и устанавливается значительно более высокий уровень цетанового числа.



Автомобили - главная причина появления смога в крупных городах. Доля выхлопных газов достигает 4/5 от общего объема вредных выбросов в атмосферу.

ГОСТ 305-82 перестал отвечать современным требованиям по перечисленным выше показателям, что уже сказывается на состоянии воздушного бассейна и здоровье россиян. Назрела необходимость принятия нового, обязательного для исполнения, российского стандарта, может быть, даже более жесткого, чем европейский. Такое развитие событий представляется неизбежным. Хотя производство нового топлива требует значительных усилий от нефтепереработчиков, это позволит в значительной степени решить проблемы экологической безопасности и качественной эксплуатации дизельных двигателей.

Если сегодня основная масса отечественных ДТ, по сути, представляет собой гидроочищенный до содержания серы 0,2% продукт атмосферной перегонки нефти, то получение современных экологически чистых ДТ представляет технологически более сложную задачу, причем достижение таких показателей как цетановое число, смазывающая способность, температура застывания на сегодняшний день невозможно без введения соответствующих присадок.

Одним из основных показателей качества ДТ является цетановое число (ЦЧ), которое служит критерием самовоспламеняемости топлива, определяет долговечность и КПД двигателя, полноту сгорания топлива и, во многом, дымность и состав отработанных газов.

Борьба за снижение выбросов автотранспортом наиболее опасного загрязнителя - сернистых газов привела к появлению на рынке глубоко гидроочищенных малосернистых ДТ. Однако на практике оказалось, что их применение быстро выводит из строя дизельную топливную аппаратуру (топливные насосы, форсунки), т.к. с уменьшением содержания серы ниже 0,1% в результате гидроочистки резко падают смазывающие свойства топлива, обусловленные имеющимися в нем естественными гетероатомными органическими соединениями. На практике смазывающую способность ДТ определяют по диаметру пятна износа на специальной шариковой машине трения или в результате стендовых испытаний на натурных узлах или непосредственно на двигателях. Она, кстати, заметно ухудшается при введении в ДТ некоторых цетаноповышающих и депрессорных присадок из-за особенностей их химического строения.

Улучшение экологических характеристик ДТ возможно также с помощью антидымных присадок, которые снижают количество одного из самых токсичных компонентов отработанных газов дизельных двигателей - сажи с адсорбированными на ней канцерогенными полиароматическими соединениями. Эффективность антидымных присадок зависит от типа двигателя и режима его работы. Отечественный ассортимент антидымных присадок представлен в основном растворимыми в топливе соединениями бария: ИХП-702, ИХП-706, ЭФАП-Б, ЭКО-1. Их применяют в концентрации 0,05-0,2%, возможно в комбинации с цетаноповышающими присадками (ЦПП) или другими присадками. За рубежом в последнее время отказываются от применения барийсодержащих присадок из-за определенной токсичности выносимого оксида бария.

Применение нашли т.н. модификаторы (катализаторы) горения, представляющие собой топливорастворимые комплексы переходных металлов (прежде всего железа), которые снижают не только содержание в отработанных газах сажи, токсичных оксидов углерода и азота, но и расход топлива. В России допущены к применению присадки к дизтопливам ФК-4, Ангарад-2401 и "0010" на основе комплексных соединений железа.

Анализ основных тенденций развития нефтепереработки показывает, что одним из наиболее эффективных способов получения современных экологически чистых дизельных топлив наряду с глубокой гидроочисткой является применение различных взаимно совместимых присадок последнего поколения, как правило, в составе пакета.

Устройства обработки топлива

Можно регулярно проверять и регулировать “выхлоп” на станциях техобслуживания.

Российские ученые на протяжении многих лет работали над проблемой повышения экологической чистоты двигателей внутреннего сгорания, использующих в качестве топлива нефтепродукты (бензин, дизтопливо, мазут, керосин). Во время проведения многочисленных исследований ученые заметили, что топливо изменяет свои характеристики под воздействием электрического поля. Результаты испытаний “измененного” топлива показали, что оно способно значительно уменьшать содержание вредных веществ в выхлопных газах – и не только. Дальнейшие испытания показали, что экспериментальное топливо имеет еще несколько положительных качеств: сокращает расход топлива, повышает мощность двигателя, снижает уровень шума работы двигателя и облегчает его запуск в холодное время, очищает камеры сгорания и увеличивает срок службы силового агрегата.



После того, как технология была запатентована, российская компания “А.М.Б. Сфера” разработала промышленные образцы нового устройства обработки топлива, которые с успехом прошли независимые стендовые и эксплуатационные испытания в ведущих научно-исследовательских институтах России и ближнего зарубежья. После этого устройства, получившие фирменное название “Сфера 2000”, были испытаны в реальных условиях на автомобилях при движении в различных циклах (городском, загородном и смешанном). В испытаниях были задействованы новые и бывшие в эксплуатации грузовые и легковые автомобили производства крупнейших отечественных и зарубежных автопроизводителей: МАЗ, ВАЗ, ГАЗ, КамАЗ, Ikarus, Mercerdes-Benz, Nissan и др.

Конечно же, феноменальных результатов никто и не ожидал, но продемонстрированные качества позволяют говорить о реальной эффективности устройства обработки топлива “Сфера 2000”:

• уменьшение расхода топлива на бензиновых двигателях на 2-7%, на дизельных – на 5-15%;

• повышение мощности двигателя до 5%;

• снижение токсичности выхлопных газов на бензиновых двигателях СО на 20-60%, СН на 40-50%, на дизельных двигателях СО до 48%, СН до 50% и NOx до 17%.



Укрощение ДВС

Однако сделать автомобиль «зеленым» не так-то просто. Возьмем хотя бы двигатель внутреннего сгорания — основной источник автомобильно-экологических проблем. Похоже, что, несмотря на все попытки, найти ему равнозначную замену в ближайшем будущем так и не удастся. А это означает, что для создания «дружелюбного» автомобиля нужно создать, прежде всего «дружелюбный» ДВС. Судя по тому, что можно было увидеть во Франкфурте, ведущие автопроизводители мира работают — и не без успеха — именно в этом направлении. Современная техника позволяет сделать автомобильные моторы более мощными, экономичными и экологичными. Это касается как бензиновых двигателей, так и дизелей. Примером тому могут служить разработанные специалистами Peugeot-Citroen дизели семейства HDi и бензиновые моторы серии GDI от Mitsubishi, значительно снижающие потребление топлива и улучшающие экологические параметры автомобиля.

Некоторые производители пошли еще дальше, заменив жидкое топливо сжиженным или сжатым газом. BMW, например, и ряд других компаний выпускают такие машины уже серийно. Но, во-первых, газ тоже относится к невосполнимым ресурсам, а, во-вторых, полностью избежать загрязнения окружающей среды здесь также не удается, хотя, конечно, газовый двигатель более «чистый», чем бензиновый или дизельный. Как видим, первые шаги к обузданию «хищника» уже сделаны. Однако как волка ни корми, он все равно в лес смотрит, и каждому ясно, что вообще отказаться от использования топлива природного происхождения в ДВС или сделать его выхлопы абсолютно безвредными пока практически невозможно. А раз так, то приходится признать, что создание «дружелюбного» ДВС — отнюдь не решение проблемы в целом, а только отсрочка, более или менее значительная.

Сегодня модно говорить и писать об альтернативных двигателях. Одним из них по традиции считается электрический. Но и здесь все далеко не так ясно, как может показаться с первого взгляда. Действительно, сам электродвигатель атмосферы не загрязняет, да к тому же его использование позволяет избежать множества чисто инженерных проблем, связанных с эксплуатацией транспортных средств. А вот кардинально решить экологические проблемы такой мотор, к сожалению, не может. Достаточно вспомнить, что выработка электроэнергии сегодня — дело достаточно «грязное». Производство аккумуляторов также сопряжено с использованием невосполнимых ресурсов и загрязнением — да еще каким! — окружающей среды. Если же к этому приплюсовать неудобства, связанные с ограниченной емкостью существующих ныне аккумуляторов, проблемами их перезарядки, а также с переработкой отслуживших свой срок батарей, то становится ясно, что электродвигатель на самом деле никакая не альтернатива, а очередной паллиатив. Разумеется, машины, оснащенные электромоторами, будут в ближайшее время появляться все чаще, но займут они, скорее всего, лишь определенную и достаточно узкую нишу. В частности, электромобили вполне уместны в роли городского транспорта. Во Франкфурте, например, японские автомобилестроители представили публике городской электрический концепт-кар Карро. Основными его потребителями должны стать инвалиды и пожилые люди, которым не по силам пользоваться обычным автомобилем. Мощность установленного на Kappo электродвигателя равна всего 0,6 кВт, что не позволяет машине развивать высокие скорости, обеспечивая тем самым дополнительные меры безопасности.

Это странное слово «гибрид»

Гораздо в большей степени призваны сделать автомобиль «родным и близким» так называемые «гибридные» или «смешанные» силовые установки. Идея эта не нова. Еще в начале века молодой Фердинанд Порше успешно работал над такой машиной на фирме Lohner. Принцип «гибрида» состоит в том, что сама машина приводится в движение при помощи электромотора, а энергию для него вырабатывает генератор, приводимый ДВС. Возможен и второй вариант — оба мотора работают на то, чтобы приводить автомобиль в движение. Казалось бы, чего уж тут хорошего: недостатки электродвигателя множатся на минусы ДВС. Однако не спешите с выводами. Здесь, как в математике, умножение «минуса» на «минус» дает плюс. Дело в том, что ДВС, приводящий электрогенератор, работает все время в одном и том же режиме, а, как известно, именно изменения режима работы двигателя приводят к увеличению расхода топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу. Кроме того, ДВС, как мы уже убедились, может быть достаточно экономичным и экологически чистым. Так что «гибриды» — тоже шаг вперед. Целый ряд франкфуртских новинок оснащался именно такими силовыми установками. Достаточно упомянуть гибридный концепт-кар Mitsubishi SUW Advance, который расходует всего 3,6 л топлива на 100 км пробега. (Представьте, насколько уменьшаются выбросы!) Привлекли внимание посетителей и новый Honda Insight, и специально подготовленный для Европы, первый в мире серийный «гибрид» Toyota Prius, который, кстати, уже успел завоевать признание у себя на родине.

Что касается Honda Insight, то этот автомобиль поступил в продажу уже в конце прошлого года. Машина оснащена однолитровым трехцилиндровым двигателем, потребляющим всего 3,4 л топлива на 100 км. По заявлению представителя компании, это наименьший расход топлива у серийных двигателей массового производства. При этом выброс в атмосферу двуокиси углерода составляет 80 г на один километр пробега, что также является рекордом. Да и скорость у Insight вполне приличная — до 180 км/ч.

Но заманчивее всего было бы одновременно отказаться от потребления топлива, получаемого из ископаемых ресурсов, и полностью уничтожить вредные выбросы. Для этого нужно всего лишь использовать в ДВС кислородно-водородную смесь. Тогда и двигатель работает довольно эффективно, и в атмосферу выбрасывается безобидный водяной пар. Достаточное же количество необходимых газов можно получить электролизом, разлагая воду на составляющие. А вот энергию для электролиза в идеале должны давать солнечные батареи. Кстати, во Франкфурте именно этой проблеме были посвящены несколько стендов в экспозициях компаний Daimler-Benz и BMW. На этих фирмах уже созданы и «кислородно-водородные» автомобили, которые успешно проходят испытания.

Ну а последним «писком» в борьбе за «чистый» автомобиль, безусловно, являются топливные элементы, или, как их еще называют на английский манер, fuel cells. По оценкам экспертов, это фантастически перспективный источник энергии, — этакая малогабаритная химическая электростанция, где электричество производится в результате разложения метанола на кислород и водород. Процесс весьма сложный, требующий применения самых современных технологий и материалов, а поэтому достаточно дорогой. Но игра, как говорится, стоит свеч, ведь в результате использования топливных элементов выброс в атмосферу углекислоты сокращается в два раза, а окиси азота при реакциях такого рода вообще не выделяются.

Проблема выбросов автотранспортом в городских условиях и аспекты решения данной проблемы

Состояние экологии одна из важнейших проблем современности. В результате своей жизнедеятельности человечество постоянно нарушает экологический баланс, происходит это при добыче полезных ископаемых, при производстве материальных и энергетических средств. Усугубляет ситуацию и то, что значительная доля загрязняющих веществ и СО выбрасывается в атмосферу в процессе эксплуатации двигателями внутреннего сгорания, применяемыми во всех сферах нашей жизни.

В странах ЕЭС на долю автотранспорта приходится до 70% выбросов оксида углерода, до 50 % – оксида азота, до 45% – углеводородов и до 90% – свинца, и это при жестких экологических требованиях к транспорту и применяемым топливам (Евро 1-4).

В России на долю автотранспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые в крупных городах – главный источник загрязнения атмосферы. В отработавших газах двигателей содержится около 280 компонентов. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 тонны топлива и около 20–30 тонн воздуха, в том числе 4,5 тонны кислорода. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/т): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших углеводородов – 230 и твердых веществ – 2–5. Кроме того, из-за применения этилированного бензина выбрасывается много весьма опасных для здоровья соединений свинца, в странах ЕЭС для решения этой проблемы в бензины с высокооктановым числом добавляют другие антидетонаторы.

Усугубляется положение в нашей стране и тем, что львиная доля транспорта эксплуатируемого предприятиями имеет предельный физический износ. По ряду объективных факторов не происходит морального обновления подвижного состава. Связанно это, прежде всего с экономическим положением предприятий, тем, что отечественный автопаром выпускает устаревшие модели не блещущие экономичностью, экологической и санитарной безопасностью, а иностранные марки не доступны из-за цены.

Электромобиль не роскошь, а средство выживания

Электромобиль - транспортное средство, ведущие колеса которого приводятся от электромотора, питаемого аккумуляторными батареями. Впервые появился он в Англии и во Франции в начале 80-х годов девятнадцатого века, то есть раньше автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Тяговый электродвигатель в таких машинах получал питание от батарей свинцовых аккумуляторов с энергоемкостью всего 20 ватт-часов на килограмм. В общем, чтобы питать двигатель мощностью в 20 киловатт в течение часа, требовался свинцовый аккумулятор массой в 1 тонну. Поэтому с изобретением двигателя внутреннего сгорания производство автомобилей стало стремительно набирать обороты, а об электромобилях забыли до возникновения серьезных экологических проблем. Во-первых, развитие парникового эффекта с последующим необратимым изменением климата и, во-вторых, снижение иммунитета многих людей вследствие нарушения основ генетической наследственности.

Данные проблемы были спровоцированы токсическими веществами, которые в достаточно больших количествах содержатся в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания. Решение проблем состоит в снижении уровня токсичности отработавших газов, особенно окиси и двуокиси углерода, притом, что объем производства автомобилей нарастает.

Ученые, проведя ряд исследований, наметили несколько направлений решения перечисленных задач, одной из которых является производство электромобилей. Это, по сути, первая технология, официально получившая статус нулевого выброса, и она уже представлена на рынке.

Концерн General Motors одним из первых приступил к продаже серийных электромобилей массового производства. Толчком к этому послужило калифорнийское законодательство, согласно которому автопроизводители, желающие присутствовать на рынке штата Калифорния, должны поставлять 2% автомобилей с нулевыми выбросами в атмосферу.

У нас разработкой электромобилей занимается в основном Волжский автозавод, не считая конструкторских фирм. В его арсенале «ВАЗ-2109Э», «ВАЗ-2131Э», «Эльф», «Рапан», семейство электромобилей «Гольф». Надо сказать, что эксплуатационные расходы в электромобиле существенно меньше, чем в стандартном автомобиле, требующем затраты на поддержание систем охлаждения, питания, выхлопа. Долговечность электродвигателя составляет примерно десять тысяч часов.

Таким образом, количество операций по обслуживанию электродвигателя сведено к минимуму. Например, в двигателе постоянного тока нужно только периодически менять щетки, а вот более современный трехфазный электродвигатель и синхронный электродвигатель переменного тока практически не нуждаются в обслуживании.

Если говорить об электромобилях вазовского производства, то там в качестве силового агрегата применяют два двигателя постоянного тока: мощностью 25кВт с крутящим моментом 110 Н*м и мощностью 40 кВт с крутящим моментом 190 Н*м. Двигатели первого типа, как правило, устанавливаются на легкие электромобили, такие, как «Гольф», «Ока Электро», «Эльф», а более мощные - на машины семейств ВАЗ-2108, ВАЗ-2109, «Ниву».

Почему, несмотря на бесшумность, простоту управления и нулевую эмиссию электромобиль не стал массовым средством передвижения? Главная проблема заключается в несовершенстве аккумуляторных батарей: незначительный пробег от одной зарядки, длительный цикл перезарядки и высокая цена. В настоящее время делают ставку на никель-металлогидридные и литий-ионовые аккумуляторные батареи. В России уже приступили к производству опытных партий никель-металлогидридных батарей, а вот с литий-ионовыми батареями пока только идут опытные работы.

Несмотря на эти недостатки, европейцы верят в электромобили как в средство способное очистить сильно загрязненные улицы. Станет ли электромобиль реальной альтернативой автомобилю - еще вопрос. Но его применение в мегаполисах, курортах, парках, то есть в зонах с повышенными экологическими требованиями вполне оправдано.

 

 



Диметиловый эфир

Одна из острейших экологических проблем больших городов – прогрессирующее загрязнение их воздушного бассейна вредными выбросами двигателей внутреннего сгорания (в Москве в 1986 г. – 870 тыс. т, в 1995 г. – 1,7 млн. т). Известные способы снижения токсичности двигателей, такие, как применение каталитической обработки выхлопных газов, использование альтернативных топлив типа метанола, этанола, природного газа не приводят к радикальному решению указанной проблемы.

Одним из выходов может стать приспособление двигателей к работе на новом альтернативном топливе – диметиловом эфире (ДМЭ). Его благоприятные физико-химические показатели способствуют полному устранению дымности выхлопных газов и снижению их токсичности (а также шумности).

Диметиловый эфир (CH₃-O-CH₃) обладает очень важными свойствами – он является газообразным при нормальных условиях и его молекулы не имеют углерод-углеродных химических связей, способствующих сажеобразованию при горении. В настоящее время ДМЭ применяется, главным образом, в качестве вытеснительного газа в аэрозольных упаковках.

В настоящее время в ряде стран отрабатываются способы приспособления двигателей к работе на ДМЭ. К примеру, в Дании уже проводятся эксплуатационные испытания приспособленных к работе на ДМЭ городских автобусов. В нашей стране работы по переводу дизелей на ДМЭ ведутся в инициативном порядке с 1996 г. в НИИД, который имеет многолетний опыт создания дизелей специального назначения. Ожидается, что в результате этой работы будет обеспечено радикальное снижение токсичности автомобильных двигателей до уровня зарубежных норм на 2000 гг.

Для создания экологически чистого автомобиля был использован «АМО ЗИЛ» 5301 («Бычок») с дизелем Д-245.12 производства Минского моторного завода. Двигатель, снабженный турбокомпрессором, имеет номинальную мощность 80 кВт при частоте вращения 2400 об/мин.

Нормы токсичности отработанных газов по правилам 49 ЕЭК ООН:

Показатели выбросов при работе по внешней характеристике:

 



Мощность и экономичность (в энергетическом эквиваленте) двигателя при питании его ДМЭ и ДТ оказались практически одинаковыми. На всех режимах, включая режим запуска и холостого хода, двигатель устойчиво работал на ДМЭ при полностью бездымном выхлопе (коэффициент оптической плотности К=0), в то время как при работе на ДТ наблюдался типичный для дизелей уровень дымности отработавших газов, соответствующий К=17...28 %.

Уровень абсолютных и удельных вредных выбросов при работе на ДМЭ, оцениваемый по методике Правил № 49-02 ЕЭК ООН, имел следующие особенности:

1. Уровень выбросов окислов азота (NOx) на всех режимах был существенно меньше, чем на ДТ. Особенно значительная разница – снижение в 2...3 раза – наблюдалась на наиболее нагруженных режимах Ne=50...100 %.

2. При нагрузке Ne=50...100 % на режиме максимального крутящего момента (n=1600 об/мин) уровень выбросов несгоревших углеводородов (СН) понижался на 20...70 % по сравнению с ДТ, а на режимах малых нагрузок (Ne=10...20 %) значительно превышал уровень на дизельном топливе, достигая 2000...3000 чнм.

3. Уровень выбросов окиси углерода (СО) при работе на ДМЭ на всех режимах превышал соответствующие величины на ДТ, достигая 1000 чнм.

По сравнению с природным газом работа двигателя на режимах внешней характеристики на ДМЭ обеспечивала уменьшение выбросов NOx – в 2,5...3,0 раза, СО – в 5...6 раз, а СН – в 3,0...3,5 раза.

Природный газ в качестве топлива для транспортного двигателя (без использования нейтрализатора) имеет преимущества лишь по сравнению с бензином. Поэтому в программах конвертирования двигателей и перехода на газовое топливо предусматривается применение 3-ступенчатых каталитических нейтрализаторов, например, фирмы J. Matthey со степенью очистки газов: от NO_х – 35...80 %, от СО – 85...95 %, от СН – 50...80 %. И только в этом случае уровень вредных выбросов приближается к достигнутому при работе на ДМЭ без дополнительной очистки отработавших газов.

Снижения уровня выбросов СО и СН, зарегистрированного в опытах с ДМЭ на малых нагрузках, можно добиться путем оптимизации топливоподачи и воздухоснабжения. Применение каталитического нейтрализатора при работе двигателя на ДМЭ приведет к практически полному устранению вредных выбросов.

В плане первых мероприятий по совершенствованию рабочего процесса на режимах малых нагрузок, где наблюдается повышенный уровень выбросов СО и СН, подготовлена к проверке опытная конструкция выхлопной трассы двигателя, перепускающая часть отработанных газов мимо турбокомпрессора. Кроме того, ведется дальнейшее совершенствование топливной системы грузового автомобиля.

Проведенные исследования показали, что наиболее трудно решаемая экологическая задача значительного уменьшения выбросов окиси азота и дымности с переводом дизеля на работу на ДМЭ полностью решается. Специалисты считают, что новые жесткие нормы отработанных газов (ULEV, EURO-3) не могут быть достигнуты без применения ДМЭ.

Заключение

Сегодня крупные российские города, особенно такие мегаполисы, как Москва, С-Петербург, Екатеринбург и другие задыхаются в смраде выхлопных газов, извергаемого легковым и грузовым автотранспортом. Как решить эту проблему? Радикальные меры – полное запрещение движения машин – приведут к нарушению производственных и культурных связей городов и потому не приемлемы. Один из выходов – создание экологически чистого городского транспорта.

Возможность выхода из тупиковой ситуации путем перевода городского автопарка на электротягу не является решением вопроса, так как общий коэффициент полезного действия (КПД) электромобиля (если считать его с момента получения электрической энергии до факта движения электротранспорта) примерно вдвое ниже, чем КПД современного автомобиля, оборудованного двигателем внутреннего сгорания. Таким образом, для обеспечения возможности движения городского транспорта, базирующегося на электромобилях, придется сжигать вдвое больше органического топлива, чем это требуется для обеспечения возможности движения современного парка автомобилей. На сегодняшний день единственно рациональным путем решения сложившейся проблемы является создание машин с двигателем внутреннего сгорания, работающим в режиме минимально возможных расходов топлива с минимальной токсичностью выхлопных газов. При этом понятное дело, должны сохраняться все необходимые показатели производительности транспортной единицы, будь то легковое такси или тяжелый грузовик.

Для решения экологической проблемы транспорта необходимо создать энергоустановку (ЭУ), включающую двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и обеспечивающую возможность работы ДВС в постоянном режиме минимального удельного расхода топлива с минимальной токсичностью выхлопа. Традиционные автомобили со ступенчатой передачей энергии от ЭУ к ведущим колесам проблемы решить принципиально не могут, поскольку регулирование скорости таких транспортных средств осуществляется за счет перевода двигателя внутреннего сгорания на частичные режимы с обязательным уходом из зоны работы с минимальными расходами топлива и минимальной токсичностью выхлопа. Большинство применяемых бесступенчатых передач также радикально проблемы не решают. Наиболее известная в инженерной практике гидромеханическая передача, также как и механическая, обеспечивает регулирование скорости транспортного средства за счет перевода двигателя внутреннего сгорания на частичные режимы с отходом от зоны минимальных расходов топлива и минимальной токсичности. К тому же несколько меньший КПД таких передач ведет к некоторому увеличению расхода топлива в сравнении со ступенчатой механической передачей.

Список используемых источников:

1. Спектрофотометрическое определение микроколичеств свинца (II) в аэрозольных вы­бросах автотранспорта и придорожных отложениях // Г.И. Савенко, Н.М. Малахова, А.Н. Чеботарев, М.Г. Торосян, Н.Х. Копыт, А.И. Стручаев / Вестник Инженерной академии Украины, 1998. Специальный выпуск «Инжстратегия-97». – с.76-78.

2. Саблина З.А., Гуреев А.А. Присадки к моторным топливам. - М.: Химия, 1988.- 472 с.

3. Малахова Н.М., Никипелова Е.М., Савенко Г.И. Фотометрическое определение свинца (II) в природных объектах с его предварительным сорбционным концентрированием // Химия и технология воды. - 1990. -Т. 12, №7. - С. 627 - 629.

4. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. - Л.: Химия, 1985.-456с.