Система охлаждения ВАЗ-2108

Автомобильный транспорт занимает по грузоперевозкам второе место (после железнодорожного). В частности, в Советском Союзе в последние годы его существования автомобилями ежегодно перевозилось более 25 млрд грузов и почти 50 млрд пассажиров, а протяженность автомобильных дорог с твердым покрытием составляла около 1 млн км. Суммарная мощность двигателей автомобильного парка в несколько раз превышала мощность всех действующих в стране электростанций, что, естественно, сопровождалось значительным расходом горючего, получаемого из нефти (бензина и мазута).

Автомобильный транспорт сыграл огромную роль в формировании современного характера расселения людей в промышленно развитых странах, в обеспечении процессов обмена промышленными технологиями, в децентрализации промышленности, распространении туризма и др.

Но сейчас все острее выявляются и отрицательные стороны автомобилизации: автомобиль стал одним из основных источников загрязнения природной среды - воздушного бассейна, почвы, водоемов. В результате страдают люди, животный и растительный мир. Так, доля автотранспорта по всем видам загрязнений, поступающих в окружающую среду, составляет 30%, а в крупных городах достигает 50-90%. В настоящее время в городе находится более 2 млн собственно московских автомобилей и ежедневно — более 200 тыс. иногородних.

По экспертным оценкам Моском-природы, разработанные и действующие экономические и административные механизмы природопользования в рамках «Комплексной экологической программы Москвы» и «Основных направлений сохранения и развития природного комплекса Москвы», принятых правительством Москвы, позволили значительно снизить выбросы загрязняющих веществ от промышленных предприятий. Однако негативное воздействие автомобильного парка в несколько раз перекрыло эти положительные результаты.

Приблизившись к стандартам западноевропейских столиц по количеству автомобилей на тысячу жителей, Москва почти не продвинулась в строительстве транспортных развязок; сеть дорог у нас в 2 — 3 раза менее плотная, чем, например, в Лондоне и других крупных западных городах, зато по количеству светофоров, выпирающих колодцев, ям на проезжей части город на одном из первых мест. Отсюда «пробки», вхолостую работающие двигатели, тучи бензиновых и дизельных выхлопов. В любое время дня до предела загружены многие магистрали столицы — Садовое и Бульварное кольцо, Варшавское и Каширское шоссе, проспект Мира и другие.

Загрязнение атмосферы вызывает, по данным Всемирной организации здравоохранения, до 25% тяжелых заболеваний и смертей. Наконец, автомобиль — один из факторов опасного шумового загрязнения.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ

ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТЛЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ

В основе процесса, приводящего автомобиль в движение, лежит горение топлива, невозможное без кислорода воздуха. При сгорании 1 кг бензина расходуется около 15 кг воздуха (или около 2000 л кислорода). Это больше, чем нужно человеку в течение суток.

В среднем один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы около 5 т кислорода, выбрасывая при этом с отработанными газами более 1 т оксида углерода, различных углеводородов и других вредных веществ. Если умножить эти цифры на число автомобилей в мире, можно представить себе степень угрозы, таящейся в чрезмерной автомобилизации.

Атмосфера богата кислородом, однако весь ее кислород — биогенного происхождения. Загрязнение Мирового океана, где обитает фитопланктон, вырабатывающий в результате фотосинтеза 70% всего атмосферного кислорода, сведение лесов (в особенности тропических) вместе с повышенным потреблением кислорода промышленными предприятиями (в частности металлургическими заводами) и тепловыми электростанциями, а также массовой автомобилизацией могут в конце концов создать на нашей планете глобальную проблему «кислородного голодания».

Комплекс экологических проблем, связанных с ростом числа автомобилей на нашей планете, можно условно разделить на три группы: экономия топлива, загрязнение биосферы и шумовое загрязнение.

Экономия топлива

Моторные топлива

Основным источником моторных топлив является нефть, запасы которой на Земле ограничены. Постоянно растущее число автомобилей «съедает» ее все больше и больше. О динамике роста добычи нефти в мире и в России, об экологических проблемах, связанных с ее добычей и транспортировкой, мы уже писали (см. № 21/96.) Заметим, что 25% добываемой нефти потребляется автомобильным транспортом, причем наиболее дефицитных и ценных светлых нефтепродуктов — свыше 65%. Значительная экономия топлива достигается при использовании карбюраторных двигателей с двухтопливным питанием (двухтопливных карбюраторных двигателей) (рис. 6).

Показано, что при работе на малых оборотах и холостом ходу подача высокооктанового топлива не оправдана, т.к. на этих режимах нормальная бездетонационная работа обеспечивается бензином с более низким октановым числом. Именно такой бензин и подается постоянно в двухтопливных двигателях по основному топливопроводу. Высокооктановая же добавка подается по второму (дополнительному) топливопроводу только на режиме больших нагрузок. В качестве такой добавки используются разнообразные вещества ненефтяного происхождения: спирты, их смеси с водой, эфиры и др.

Применение двухтопливного питания дает возможность использовать более дешевые бензины с уменьшенным на 10—12 единиц октановым числом, что экономит 7—12% сырой нефти. Подача же добавок экономит еще и 5 — 8% бензина.

Одним из основных направлений экономии моторного топлива является переход на дизельные двигатели, т.к. у них по сравнению с карбюраторными расход топлива меньше на 30%, а само дизельное топливо в 2,5 раза дешевле бензина.

В дизельных двухтопливных двигателях количество подаваемого в цилиндры дизельного топлива уменьшают примерно на 35%, а освободившееся место через впускной трубопровод заполняют тщательно перемешанной смесью сухого газа с воздухом. Сгорание топлива в цилиндрах происходит более активно, причем дымность отработанных газов уменьшается почти на 50%.

Ввиду ограниченности запасов нефти  и выброса в атмосферу вредных выхлопных газов, получающихся при сгорании моторного топлива нефтяного происхождения, во всем мире ведется интенсивный поиск альтернативных топлив. По прогнозам, максимальное потребление нефтяного топлива ожидается в период 2000 — 2010 гг., после чего спрос на него начнет резко падать. Другими словами, ожидается постепенное вытеснение бензина, а потом и дизельного топлива альтернативными топлива-ми, основным сырьем для которых являются уголь, природный газ и биомасса.

Уголь - самый распространенный из нево-зобновляемых источников энергии.

Путем газификации и последующих химических реакций синтеза в при присутствии катализаторов из угля получают сначала синтетическую нефть (жидкие углеводороды), а затем из этой нефти получают бензин, более экологически чистый и с большим октановым числом, чем у обычного «нефтяного» бензина, и другие нефтепродукты. Из 3 т угля получается 1 т синтетической нефти. Такое производство синтетического бензина и дизельного топлива впервые было налажено в Германии в 30-е гг. За счет него удовлетворялось почти 50% потребности страны в моторном топливе. В середине 50-х гг. все установки по получению синтетического топлива в Европе были закрыты из-за нерентабельности в связи с низкими ценами на природную нефть. В настоящее время в мире работают только три таких завода.

Важнейшим топливно-энергетическим ресурсом является природный газ, объемы его добычи в мире и в России, в частности, постоянно растут. Природный газ — отличное моторное топливо, как вследствие своей дешевизны, так и из-за значительно меньшего загрязнения окружающей среды при его использовании. У природного газа октановое число от 105 до 110 (у самого высокосортного бензина — только 98). Высокооктановое стабильное по составу газовое топливо хорошо смешивается с воздухом и равномерно распределяется по цилиндрам двигателя, способствуя более полному сгоранию рабочей смеси. Кроме того, оно не смывает смазку в цилиндрах, тем самым продлевается почти на 50% срок их службы. Природный газ в качестве моторного топлива используется либо в сжатом, либо в сжиженном состоянии. В Советском Союзе двигатели и автомобили на сжатом природном газе начали выпускать еще в 1949 г. Многие автомобили (например, «ЗИЛ-156», «ЗИЛ-166» и «ГАЗ-51-Б») имели одновременно и бензиновую, и газовую системы питания, что позволяло в случае необходимости переходить с одного вида топлива на другой. С 1960 г. выпуск газобаллонных автомобилей резко сократился, были демонтированы практически все компрессорные станции заправки вследствие возобладавшего в то время мнения об избыточности в стране нефти. В настоящее время у нас вновь расширяется производство газобаллонных автомобилей. Грузовые автомобили с баллонами, окрашенными в красный цвет, все чаще можно увидеть на улицах городов.

Широко начинает применяться на автомобилях, в том числе и  на легковых, сжиженный природный газ требующий для своего хранения криогенный бак, по сути дела, термос, поскольку температура кипения жидкого метана равна —160 °С. 10 лет назад в таксомоторных парках Москвы появились «Волги», оборудованные баллоном с газом, размещенным в багажнике и обеспечивающим 700 км пробега без дозаправки. В США на выпуске оборудования для перевода автомобилей на жидкий природный газ специализируется ряд фирм. Уже переоборудованы тысячи автомобилей.

Применение сжиженного природного газа в качестве моторного топлива позволяет существенно снизить токсичность выхлопов по основным контролируемым параметрам: по оксиду углерода — в 2 —9 раз, по оксидам азота в 1,2 — 3,5 раза, по углеводородам — в 1,5 — 5,5 раза, что удовлетворяет требованиям большинства национальных стандартов.

Еще одним видом газового топлива является сжиженный пропан-бутановый газ, получаемый из попутного нефтяного, природного и нефтезаводского газа. В 1986 г. в мире около 3 млн автомобилей работало на таком газе.

В последние годы возобновился интерес  к газогенераторным автомобилям, работающим на продуктах газификации твердого топлива (древесных чурок, угля), которые получаются в специальном устройстве — газогенераторе (рис. В нашей стране раньше серийно выпускались газогенераторные автомобили «ГАЗ-42» и «ЗИС-21». При всех недостатках таких автомобилей — сложности в эксплуатации, меньшей мощности и грузоподъемности — они обладали одним бесспорным преимуществом — возможностью работы на доступном и дешевом топливе.

Наиболее распространенным альтернативным моторным топливом могут стать продукты ферментации (брожения) растительного сырья — биомассы (спирты, в частности метанол и этанол, которые можно применять и как добавки к бензину).

Важным преимуществом метанола является его высокая детонационная стойкость, позволяющая увеличить степень сжатия до 12—14 и тем самым компенсировать повышенный расход топлива из-за его более низкой теплоты сгорания. Существенным недостатком является токсичность самого метанола, а также загрязнение атмосферного воздуха токсичным метилнитритом, содержащимся в отработанных газах.

Более приемлем с экологической  точки зрения этанол. Его производству особое внимание уделяют в странах, где климатические условия позволяют выращивать в больших количествах сахаросодержащую биомассу. Особенно перспективен для производства этанола сахарный тростник — быстрорастущая высокоурожайная сельскохозяйственная культура. В настоящее время наиболее эффективной с технико-экономической точки зрения является 20%-я добавка спирта в бензин, поскольку в этом случае не требуется ни модификации, ни дополнительной регулировки двигателя. Наибольшее количество автомобилей, работающих на бензине с этанолом, — в Бразилии, где принята специальная национальная программа по производству этанола.

Рациональная на сегодняшний день структура использования рассмотренных автомобильных топлив.

Главным претендентом на звание «топлива будущего» является водород, запасы которого практически неограничены, а процесс сжигания в двигателе характеризуется высоким энергетическим и экологическим совершенством. Получать водород можно путем различных термохимических, электрохимических или биохимических способов с использованием экологически чистой энергии Солнца.

 Его теплотворная спо собность в три раза выше, чем у бен зина, а продукты сгорания содержа лишь безобидный компонент — во дяной пар. Более полувека тому на зад А.Орлин, профессор МВТ" им. Н.Э.Баумана, впервые созда. карбюраторный двигатель на водо роде. Сейчас имеются эксперимен тальные автомобили, использующи водород в жидком виде (заключен ный в криогенные баки со специ альной теплоизоляцией) или в соста ве твердых металлогидратов (из ко торых он выделяется при нагрева нии) в смеси с бензином или в каче стве основного топлива.

Бензоводородный двигатель по cpai нению  с бензиновым характеризуете увеличением  степени сгорания топли ва, а также  уменьшением токсичносп выбросов (по оксиду углерода — в 9 ра: по оксидам  азота — в 7 раз, по углевс дородам  — в 2 раза) и расхода бензин (при 10—15%-й добавке — почти напс ловину).

Расход топлива

Расход топлива в значительно] степени зависит от технической  исправности автомобиля и правильно  сти регулировки его узлов  и агрегатов. Зарубежный опыт свидетельствует, что тщательный контроль з техническим  состоянием, обеспечиваемый диагностическими станция ми обслуживания, дает 10— 15%-в  экономию топлива. К сожалению приходится констатировать, что при мерно 20% грузового автопарка на шей страны превысили свой норма тивный срок службы, их эксплуатация поддерживается за счет много кратных капитальных ремонтов, , при этом расход топлива возрастав в среднем на 15 — 20%. Велики потери топлива при хранении и заправке за счет проливов, протечек и испарения. Например, при заправке автомобиля происходит вытеснение паровоздушной смеси из бака, т.е. происходят, с одной стороны, потери бензина, а с другой — загрязнение атмосферы. В летний период эти потери составляют около 0,8 кг на 1 т заправляемого бензина. При кажущейся незначительности этой цифры суммарные потери на испарение из топливных баков составляют около 7 т бензина в год для типовой АЗС, рассчитанной на 500 заправок в сутки.

Центральной фигурой в деле экономии топлива является водитель. По данным НИИ автомобильного транспорта, у водителей разной квалификации расход топлива в одинаковых условиях отличается на 25 — 30%. Это прежде всего быстрое выявление и устранение неисправностей, техника вождения, особенно в сложных городских условиях. Наиболее экономично движение с постоянной скоростью, с минимальным числом торможений и остановок, с возможно более плавными разгонами, но быстрым переходом на прямую передачу.