Оглавление

Введение

     Одним из важных факторов экономии жидкого  топлива может и должна стать  его экономия на автомобильном транспорте. В условиях постоянного роста  автомобильного парка необходимость  экономии топлива в нашей стране становится особенно актуальной.

     Наиболее  сложным и фондоемким направлением экономии топлива является создание новых сверхэкономичных  автотранспортных средств.

     Изыскания в этом направлении носят стратегический, долговременный характер и включают в себя:

     совершенствование структуры автопарка;

     совершенствование конструкций автомобилей, снижение их мощности и объемов потребления топлива на единицу пробега;

     создание  новых видов экономичных двигателей и транспортных средств: двигателя  внешнего сгорания, роторного и гибридного двигателей, электромобилей и т. д.;

     внедрение дизелей, в том числе и на легковых автомобилях;

     создание  альтернативных видов топлива (спирт, синтетическое топливо из угля, нефть  из сланцев и песчаников, природный  газ, водород) ;

     совершенствование дорог и методов эксплуатации транспортных средств. Строительство  современных хорошо оборудованных  дорог это не только повышение  скорости и срока эксплуатации автомобилей, уровня сервиса и безопасности движения. Это также повышение топливной экономичности автомобильного транспорта. Роль дорог в экономии топлива огромна.

     По  подсчетам специалистов около 30% энергии  расходует автомобиль дополнительно  на движение при плохих дорожных условиях.

     В автомобильной промышленности как  социалистических, так и капиталистических стран ведутся интенсивные научно-исследовательские работы, направленные на снижение токсичности отработавших газов и на разработку альтернативных двигателей, с целью значительного повышения топливной экономичности при приемлемом уровне токсичности отработавших газов. Объектом изучения является целый ряд альтернативных двигателей, в том числе несколько вариантов двигателя с возвратно-поступательным движением поршня, легкие дизельные двигатели, газотурбинные двигатели для легковых автомобилей, электромобили, электрогибридные силовые установки и двигатели внешнего сгорания Стерлинга.

Двигатель с  послойным распределением заряда

     Единственными альтернативными двигателями, производство которых перспективно в больших  объемах уже в ближайшие годы, являются, по-видимому, двигатель с послойным распределением заряда и легкий дизельный двигатель, которые в отличие от более необычных двигателей, не требуют больших затрат времени на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы и на технологическую подготовку производства, поскольку они сродни широко распространенным двигателям с искровым зажиганием.

     Легкий  дизель стали устанавливать на легковых автомобилях еще в 50-х годах, но только кризис середины 70-х годов  дал мощный толчок в направлении широкого их внедрения на легковых автомобилях. Так, если в 1970 г. выпуск легковых автомобилей с дизельными двигателями в ФРГ составлял менее 3%, то в 1982 г. достиг 15%, во Франции соответственно менее 2% и около 10%. В США, начиная с 1978 г., американская корпорация «Дженерал моторе» устанавливает на легковых автомобилях дизельные двигатели по специальному заказу. В настоящее время в США только 3% легковых автомобилей оснащены дизелями.

     Та  же корпорация планирует к 1990 г. довести  производство этих двигателей до 25% от общего выпуска. Необходимо отметить, что перспективность дизеля в качестве силовой установки для легковых автомобилей подвергается в США сомнению по двум причинам. Во-первых, предварительные исследования наводят на мысль, что отработавшие газы дизельного двигателя, возможно, обладают канцерогенными свойствами. Этот вопрос, связанный с здравоохранением, имеет немаловажное значение. В то же время, если эти опасения не подтвердятся, то:, может возникнуть другая проблема, поскольку пока не установлено, сможет ли двигатель этого типа выполнить стандарт на токсичность по окислам азота.

     Одним из наиболее эффективных направлений  улучшения технико-экономических  показателей автомобилей является применение турбонаддува, поскольку  предварительное сжатие воздуха перед его поступлением в цилиндры двигателя способствует лучшему протеканию процессов горения.

     При турбонаддуве мощность и крутящий момент дизельного двигателя может возрасти на 20%, так как при этом возрастает плотность воздуха, поступающего в цилиндры. К примеру, мощность двигателя легковых автомобилей «Гольф» фирмы «Фольксваген» (ФРГ) за счет применения турбонаддува возросла с 36,5 до 52,5 кВт (с 50 до 72 л. с), а крутящий момент — с 8,2 до 12,8 кгс • м. В целом экономичность дизельных двигателей с турбонаддувом достигается за счет их работы на обедненных смесях.

     Применение  дизелей особенно эффективно на грузовых автомобилях. Поэтому в большинстве  промышленно развитых стран и  особенно в Европе почти все выпускаемые  автомобили грузоподъемностью более 4,5 т — дизельные. В последние десятилетия дизельные двигатели быстро сменяют карбюраторные и на автомобилях других категорий, а также на автобусах.

     Западноевропейские  страны и, в первую очередь, ФРГ и  Франция являются мировыми лидерами по производству дизельных грузовых автомобилей, причем в 1980 г. в ФРГ до 90% их производства составляли легкие грузовики, а во Франции 70%. "

     На  американском рынке в секторе  грузовых автомобилей, оснащенных дизельными двигателями, в основном хозяйничают  также западноевропейские автостроительные компании. Хотя грузовые автомобили, оснащенные дизельными двигателями, и дороже, чем бензиновые, но они дешевле в эксплуатации. Доля грузовых автомобилей средней грузоподъемности, оснащенных дизелями в США, возросла с 5% в 1974 г. до 50% в 1981 г. [77] и, по мнению американских экспертов, эта тенденция сохранится в будущем.

     В числе мероприятий, обеспечивающих уменьшение потребления жидкого  топлива в СССР и повышение  эффективности автомобильного транспорта, значительная роль отводится дизелизации автомобильного парка. Это объясняется значительными преимуществами дизелей по сравнению с традиционными бензиновыми двигателями. Главные из них, как уже подчеркивалось,— относительно более высокая топливная экономичность и более низкая токсичность. Кроме того, топливо для дизельных двигателей дешевле, чем бензин. Но дизелизация парка порождает такие трудности, как высокий уровень дымности, влияние которого на здоровье людей пока еще слабо изучено, а также большой шум при работе двигателя. Однако эти недостатки преодолимы, если соблюдать правила регулировки дизелей и не допускать перегрузки автомобилей. Одновременно требуется решить сопутствующие вопросы: повысить качество и объем производства топливо-смазочных материалов, значительно увеличить производство прицепов и полуприцепов, так как преимущества дизельных автомобилей наиболее полно реализуются при их использовании в составе автопоездов.

     Учитывая  потребности народного хозяйства  и структуру продукции нефтепереработки, наиболее оптимальным представляется перевести на дизели до 65% всего выпуска грузовых автомобилей и 20% легковых. Выход на такое соотношение производства дизельных и карбюраторных автомобилей позволил бы в перспективе сократить ежегодный расход топлива в стране примерно на 10 млн. т. Расчеты Минавтопрома СССР показывают, что при дизелизации и том парке автомобилей, который сложится в ближайшие 10 лет с учетом среднегодового пробега 40 тыс. км, затраты (при ценах на дизельное и бензиновое топливо, действовавших в 1980 г.) могли бы снизиться на 2,6 млрд. руб. Капитальные вложения на реализацию этой программы окупятся менее чем за год [55]. Подсчеты показали также, что капиталовложения на дизелизацию грузового автомобильного транспорта примерно вдвое эффективнее, чем на расширение нефтедобычи. Все это диктует необходимость ускорения темпов дизелизации и распространение ее на более широкий диапазон автомобилей, включая автобусы. В СССР, как и во всем мире, конструкции карбюраторных двигателей и дизелей совершенствуются параллельно, с тем, чтобы достичь их высокой эффективности и топливной экономичности. Внедрение электроники и в первую очередь микропроцессоров позволит снизить токсичность отработавших газов в 2—3 раза, обеспечить большую безопасность движения, повысить топливную экономичность на 15%, увеличить мощность двигателя на 10—15%.

     В целях повышения технико-экономических  параметров двигателя внутреннего  сгорания в разных странах, в том  числе и у нас, разрабатываются  двигатели с непосредственным впрыском бензина (ДНВ), в которых бензин, подается циклически в камеру сгорания или в трубопровод перед впускным клапаном каждого цилиндра в момент их открытия.

     Особенно  большой эффект достигается при  электронном управлении системой питаний  ДНВ.

     Улучшение характеристик ДНВ по сравнению с традиционными двигателями достигается за счет равномерности распределения топлива между цилиндрами и более точного его дозирования при различных режимах работы.

     Мощность  и крутящий момент ДНВ на 15—20% больше, чем у карбюраторных двигателей при прочих равных условиях. Так,

     мощность  автомобиля ВАЗ-2101, оборудованного ДНВ, возросла с 47,7 до 54 кВт (с 65 до 74 л. с). Расход топлива при этом уменьшается  за счет более полного его сгорания.

Двигатель Брайтона

     Этот  двигатель был впервые продемонстрирован  Брайтоном в 1873 г. Он представлял собой цилиндровый поршневой двигатель. Сегодня термин «двигатель Брайтона» является синонимом «газотурбинного двигателя».

     На  транспорте этот двигатель применяется  практически только на самолетах; однако рассматривалась возможность его использования в качестве автомобильного двигателя, особенно в случае регенерации тепла. Двигатель с регенерацией тепла имеет больший к. п. д. благодаря передаче тепла от выхлопных газов свежему заряду топлива перед сгоранием. Для существенного повышения к. п. д. газотурбинного двигателя необходимы значительно более высокие рабочие температуры газа на входе в турбину, чем в настоящее время. Основные производители автомобилей и Министерство энергетики США субсидируют исследования в этой области.

Двигатель Стирлинга.

     Другой  возможной альтернативой двигателя  Отто является двигатель Стирлинга  с замкнутым рабочим циклом. Как  и в газотурбинном двигателе, в этом двигателе происходит непрерывное  горение смеси с малым выбросом выхлопных газов. Плавное течение рабочего тела достигается в нем благодаря изменению объема цилиндра без применения попеременно закрывающихся клапанов. По этой причине он производит меньше шума и сгорание в нем протекает более плавно, чём в двигателе Отто.

     Высокий теоретический к. п. д. этого двигателя побудил корпорацию «Н. В. Филипс» еще в 1938 г. начать его разработку для коммерческих применений. Позднее компания «Форд мотор» рассматривала возможность применения двигателя Стирлинга для автомобиля. До сих пор этот двигатель еще не достиг своих возможных параметров. Другие способы увеличения эффективности. Существует еще один способ улучшения эксплуатационных характеристик автомобиля — это снижение силы тяги, необходимой для преодоления сопротивления воздуха при движении автомобиля, т. е. уменьшение его коэффициента сопротивления. Этот путь также используется производителями автомобилей, и новые автомобили в аэродинамическом отношении более совершенны, чем их предшественники. Существующие автомобили имеют площадь миделя около 2 'м2 и коэффициент сопротивления 0,4 ... 0,5. В этом направлении имеются возможности для дальнейшего прогресса. Уменьшать коэффициент сопротивления очень важно, потому что энергия, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, растет быстрее, чем скорость. По этой причине расход топлива ниже при вождении автомобиля со скоростью, меньшей установленной на дорогах предельной скорости. Для большинства существующих автомобилей наибольшая экономия топлива достигается при скоростях 55 ... 70 км/ч. При езде по городским улицам аэродинамические качества автомобиля не играют большой роли, поскольку скорость движения невелика. В этих условиях энергия затрачивается в основном на разгон и торможение автомобиля. При торможении кинетическая энергия автомобиля переходит в тепло в тормозной системе. Если удастся разработать практичный метод использования энергии торможения, то можно будет получить значительную экономию топлива. Для накопления энергии торможения можно применить маховик.

     Сопротивление качению автомобиля прямо пропорционально его весу. В последние годы удалось добиться уменьшения сопротивления качению путем улучшения конструкции шин, а именно благодаря применению радиальных шин, которые получают все более широкое распространение. Повышение давления воздуха в шинах также снижает потери энергии и увеличивает топливную экономичность автомобиля. В настоящее время ведутся исследования по созданию шин с минимальным сопротивлением качению.

Технико-экономические  мероприятия, повышающие топливную экономичность  автотранспортных средств

     Экономия  топлива осуществляется на различных  этапах его производства, распределения  и потребления. Говоря об экономии топлива, следует выделить следующие два  аспекта: первый — экономия жидкого  топлива в других отраслях народного  хозяйства для обеспечения им автомобильного транспорта, второй — это экономия топлива на самом автомобильном транспорте.