6. Пути повышения экологической безопасности автомобиля

Ограничение загрязнения атмосферы, вызванного автомобилизацией сводится к выполнению трех основных положений:

- совершенствование автомобиля и его технического состояния (совершенствование конструкции автомобиля, создание новых типов силовых установок, применение новых видов топлива, поддержание технического состояния автомобиля);

- рациональная организация перевозок и движения (совершенствование дорог, выбор парка подвижного состава и его структуры, оптимальная маршрутизация автомобильных перевозок, организация и регулирование дорожного движения позволяет снизить выбросы вредных веществ на 20%, рациональное управление автомобилем);

- ограничение распространения загрязнения от источника к человеку (транспортная планировка городов, специальные защитные сооружения, градостроительные мероприятия).

Рациональное управление автомобилем.

В бензиновых двигателях с искровым зажиганием источниками вредных выбросов являются отработавшие газы, картерные газы и испарения топлива из системы питания. Практическая работа бензинового двигателя происходит на обогащенных топливовоздушных смесях. В этих случаях недостаток кислорода является основной причиной образования оксидов углерода и углеводородов в отработанных газах. Их снижение достигается обеднением смеси и стабилизацией ее воспламенения. И, наоборот, при обеднении смеси увеличивается концентрация оксидов азота.

Для оценки состава горючей смеси имеется коэффициент избытка воздуха (это отношение действительного количество воздуха L_д, участвующего в сгорании топлива, к теоретически необходимому L_т количеству топлива α= L_д / L_т . При α=1 смесь называется нормальной (для сгорания 1кг топлива расходуется 14,7кг воздуха). При расходе воздуха 15-17 кг смесь обедненная (α=1,05-1,15), а если более 17 кг – бедная (α=1,2-1,25). При расходе воздуха 12-15 кг смесь обогащенная (α=0,8-0,95), а если воздуха менее 12 кг – богатая (α=0,4-0,7). Наиболее экономичная работа двигателя достигается на обедненной смеси (α=1,05-1,15) (табл.6.1).

Для уменьшения выделения всех основных токсичных компонентов целесообразно применять глубокое расслоение смеси, при котором в первой стадии процесс сгорания происходит в зоне обогащенной смеси, а во второй стадии – в зоне обедненной смеси.

Для реальных условий эксплуатации автомобиля характерны следующие основные режимы работы двигателя: пуск холодного двигателя (α=0,6-0,8), режим средних нагрузок (α=1,05-1,15), режим максимальных нагрузок (α=0,8-0,95).

Таблица 6.1. - Влияние α на показатели работы карбюраторного двигателя

Значения	Характеристика смеси	Изменение показателей работы двигателя		Характеристика работы двигателя
		удельного расхода топлива	мощности
0,40-0,70	Богатая	Увеличивается на 15-25	Уменьшается на 20-25	Хлопки в глушители, черный дым
0,80-0,95	Обогащенная	Увеличивается на 10-15	Максимальная	Бесперебойная работа, хорошая динамика
1,0	Нормальная	Увеличивается на 5	Уменьшается на 5	Бесперебойная работа
1,05-1,15	Обедненная	Минимальный расход	Уменьшается на 10	Бесперебойная работа, динамика ухудшается
1,20-1,40	Переобедненная	Увеличивается на 10	Уменьшается значительно	Хлопки в карбюраторе, перегрев двигателя

В общем случае движение автомобиля можно разделить на разгон, замедление, работу двигателя на холостом ходу и на движение с примерно постоянной скоростью.

Для уменьшения расхода топлива и массы выброса вредных веществ в хороших дорожных условиях необходимо использовать самую высокую передачу. При этом важно не допускать работу двигателя на низкой частоте вращения, которая может привести к повышенным износам. Самое большое количество вредных веществ в отработанных газах выбрасывается при работе двигателя на форсированных режимах. Наиболее вредными являются режимы разгона и торможения двигателя.

При работе дизельного двигателя основным загрязнителем окружающей среды является выделение сажи (дымный выхлоп). На этих частицах сажи адсорбируются канцерогенные полициклические углеводороды (ПАУ), что и определяет токсичность ОГ дизелей.

Сажа это черный дым. Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. При увеличении температуры топлива дым приобретает синий цвет. Кроме того, бывает синий дым от масла. Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива.

Техническое состояние автомобиля

Недостаточно разработать и изготовить экономичную модель автомобиля, важно в процессе эксплуатации поддерживать на исходном уровне все выходные показатели автомобиля. Эксплуатация технически неисправных автомобилей увеличивает массу выбросов вредных веществ в окружающую среду до 40%.

Влияние технического состояния автомобиля на массу выбросов вредных веществ связано с двумя основными причинами: нарушение состава горючей смеси и ее воспламенение (табл.6.2).

Таблица 6.2. - Влияние неисправностей двигателя на выбросы вредных веществ

Вид неисправности	Увеличение выбросов, %
	СО	СН
Неправильная регулировка системы холостого хода	34-40	30-35
Увеличение уровня топлива в поплавковой камере	50	-
Негерметичность клапана экономайзера	40-55	60-70
Износ деталей ускорительного насоса	до 10	до 40
Повышение сопротивления воздушного фильтра	25	30
Раннее зажигание	12-16	15-20
Увеличение зазора между электродами свечей	-	до 30
Отказ свечи зажигания четерыхцилиндрового двигателя	-	до 100
Предельный износ цилиндро-поршневой группы	-	до 120

Экологичность автотранспорта

Согласно евройпейскому стандарту предусматриваются следующие методы снижения состава вредных примесей в отработавших газах: для двигателей с рабочим объемом свыше 2 литров – применение трехступенчатых катализаторов, для двигателей объемом 1,4-2 литра – одно из четырех решений:

- трехступенчатые нейтрализаторы для двигателей обычных конструкций;

- двигатели, работающие на бедных смесях, применение нейтрализаторов оксидов азота;

- двигатели, работающие на бедных смесях, применение нейтрализаторов оксидов азота и рециркуляция отработавших газов;

- двигатели, работающие на бедных смесях, рециркуляция отработавших газов, трехступенчатые нейтрализаторы.

Решение экологических проблем автотранспорта требует значительных финансовых средств, изыскать которые на предприятиях - изготовителях сейчас практически невозможно. Необходимо создать и запустить экономические механизмы, стимулирующие приобретение и эксплуатацию экологически чистых транспортных средств, мобилизацию средств на их производство.

Таблица 6.3. - Эффективность по снижению токсичности автомобильных двигателей

Устройство	Изменение вредных выбросов (ВВ), %
	СО	СН	NOx
Регулятор (ограничитель) разрежения	Снижение (-) до 30	Увеличение (+) до +30	Увеличение (+) до +7
Экономайзер принудительного холостого хода (ЭПХХ)	-5	-30	Без изменений
Автономная система холостого хода	-40	-10	+10
Бесконтактная система зажигания	Без изменений	-5	+5
Система регуляции отработавших газов	+5	До +15	До -60
Система нейтрализации отработавших газов: 1.) с эжекторной подачей воздуха; 2.) с нагревателем	До -90 До -95	До -70 До -80	До -40 До -20

Задание 1. Проанализировать мероприятия по снижению выбросов. Ответить на вопросы теста.

Тест:

1. Какие факторы оказывают наибольшее влияние на шум легковых автомобилей?

1. Состояние дорожного полотна, скорость движения.

2. Скорость движения, рисунок протектора.

3. Состояние протектора, давление воздуха в шине.

4. Статический дисбаланс колес и давление воздуха в шине

2. Какие элементы двигателя легкового автомобиля создают наибольший шум.

1. Процесс сгорания.

2. Соударения в элементах крипошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения.

3. Система охлаждения двигателя.

4. Процесс впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов.

3. Влияние технического состояния автомобиля на выброс ВВ:

1. 5%; 2. 20%; 3. 40 %.

4.Влияние организации транспортного движения на выброс ВВ: 1. 5%; 2. 20%; 3. 40 %.

5. Наиболее экологически безопасный режим движения автомобиля:

1. Движение на повышенной скорости

2. Равномерное движение на средней скорости

3. Движение с частым ускорением и остановками.

6. Повышает ли экономичность автомобиля замена диагональных шин на радиальные?

1. Экономичность повышается

2. Остается без изменений

3. Экономические показатели ухудшаются

7. Каково увеличение выбросов СН при неправильной регулировке системы холостого хода?

1. 35%; 2. 70%; 3. До 100%.

8. Каково увеличение выбросов СН при негерметичности клапана экономайзера?

1. 35%; 2. 70%; 3. До 100%.

9. Каково увеличение выбросов СН при отказе 1 свечи зажигания 4-х цилиндрового двигателя?

1. 35%; 2. 70%; 3. До 100%.

10. Когда двигатель развивает максимальную мощность?

1. На богатой смеси;

2. На обогащенной смеси

3. На нормальной смеси.

4. На обедненной смеси.

11. Хлопки в карбюраторе и перегрев двигателя наблюдается при

1. богатой смеси; 2. обогащенной смеси

3. обедненной смеси.

4. переобедненной смеси.

12. Хлопки в глушителе, черный дым наблюдается при:

1. богатой смеси; 2. обогащенной смеси

3 обедненной смеси.

4. переобедненной смеси.

13. Как характеризуется работа двигателя на богатой смеси?

1. Хлопки в карбюраторе.

2. Хлопки в глушителе.

3. Бесперебойная работа двигателя.

4.Бесперебойная работа, динамика ухудшается

14. Как характеризуется работа двигателя на обедненной смеси?

1. Хлопки в карбюраторе;

2. Хлопки в глушителе

3. Бесперебойная работа двигателя

4.Бесперебойная работа, динамика ухудшается

15. Как характеризуется работа двигателя на переобедненной смеси?

1. Хлопки в карбюраторе

2. Хлопки в глушителе

3. Бесперебойная работа двигателя

4.Бесперебойная работа, динамика ухудшается

16. Как изменяется удельный расход топлива на богатой смеси?

1. Увеличивается на 15-25%

2. Увеличивается на 10%

3. Минимальный расход.

17. Как изменяется удельный расход топлива на обедненной смеси?

1. Увеличивается на 15-25%

2. Увеличивается на 10%

3. Минимальный расход.

18. Как изменяется удельный расход топлива на переобедненнойсмеси?

1. Увеличивается на 15-25%

2. Увеличивается на 10%

3. Минимальный расход.

19. При каком режиме движения автомобиля происходит максимальный выброс загрязняющих веществ:

1. на холостом ходу;

2. в режиме установившегося движения;

3. при разгоне.

Задание 2. Предложить различные устройства для снижения токсичности автомобильного двигателя до европейских норм выхлопа. Рассчитать на сколько сократиться токсичность выхлопа при внедрении различных мероприятий, используя табл.6.3, табл.6.4, табл. 6.5.

Таблица 6.4. - Зависимость количества вредных выбросов в отработавших газах от типа двигателя

Тип двигателя	Выброс токсичных элементов, г/кВт*ч
	СО	СхНу	NОх
Карбюраторный двигатель	38,1	2,72	21,8
Дизельный двигатель	4,9	3,0	11,7

Таблица 6.5. - Нормы токсичности выхлопа автомобилей для европейских стран

Правила ЕЭС	Год введения	Содержание в выхлопе, г/кВт*ч
		NOx	СО	СН	Твердые частицы
ECR R 49/0	1982	18	14	3,5	Не регламентировано
Euro0	1988	14,4	11,2	2,5	Тоже
Euro1	1993	8,0	4,5	1,1	0,36
Euro2	1996	7,0	4,0	1,1	0,15
Euro3	2000	5,0	2,0	0,6	0,1

Задание 3. Предложить различные устройства для снижения токсичности выхлопа отечественных автомобилей до европейских норм. Рассчитать на сколько сократиться токсичность выхлопа при внедрении различных мероприятий, используя табл.6.3, табл.6.6, табл. 6.7.

Таблица 6.6. - Выбросы токсичных компонентов различных автомобилей

Транспортные средства	Выбросы токсичных компонентов, г/км
	СО	СхНу	NОх	Сажа
«Жигули»	23,9	1,9	1,35	-
«Волга»	25,7	1,6	1,4	-
«УАЗ-451»	26,1	2,0	1,0	-
«КамАЗ»	2,98	0,49	2,7	0,52
«Икарус»	2,4	0,38	2,9	0,43

Таблица 6.7. - Европейские стандарты токсичности выхлопа для легковых автомобилей, г/км

Норма	Дата введения в Европе	Бензиновые двигатели					Дизельные двигатели
		СО	СН	СО+ NOx	NOx	Твер. частицы	СО	СН	СО+ NOx	NOx	Твер. частицы
Евро1	01.07.1992	2,72	-	0,97	-	-	2,72	-	0,97	-	0,14
Евро II	01.01.1996	2,2	-	0,5	-	-	1,00	-	0,7	-	0,08
Евро III	01.01.2000	2,3	0,2	-	0,15	-	0,64	-	0,56	0,5	0,05
Евро IV	01.01.2005	1	0,1	-	0,08	-	0,5	-	0,3	0,25	0,025
Евро V	01.09.2009	1	0,1	-	0,06	0,005	0,5	-	0,23	0,18	0,005
Евро VI	01.09.2014	1	0,1	-	0,06	0,005	0,5	-	0,17	0,08	0,005