Совершенствование конструкции автомобиля

Снижение массы конструкции транспортного средства является важным направлением улучшения экологических показателей транспорта. Снижение собственной массы транспортных средств может осуществляться за счет изменения конструкции агрегатов, совершенствования технологических процессов изготовления автомобилей и замены материалов на более легкие. Широкое применение для этих целей получили пластмассовые материалы. Значение этого направления разработок подтверждается таким примером: на каждую дополнительную тонну снаряженной массы автомобиля расходуется на 100 км пути 2,5 л бензина или 1,6 л дизельного топлива.

Таблица 4.3. Зависимость затрат на модернизацию ДВС и достигаемого уровня снижения оксидов азота

При создании новых типов подвижного состава снижение собственной массы закладывается уже в процессе проектирования, когда предусматривают новые компоновочные схемы и облегченные конструкционные материалы. За счет снижения массы экономия энергоресурсов составляет 8 ‑ 10%.

Уменьшение сопротивления движению оказывает значительное влияние на сокращение расхода топлива. Для автомобилей это направление работ определяется правильным выбором передаточных чисел главной передачи и коробки передач. С увеличением числа передач, применяемых на грузовых автомобилях, возрастают трудности в выборе оптимальной передачи при изменении условий движения. Так, на автомобилях КамАЗ, где имеются пятиступенчатая коробка передач и делитель, водители практически не пользуются повышающими передачами, в связи с чем наблюдается перерасход топлива. Требуется разработка специальных автоматических приборов, сигнализирующих о необходимости включения нужной передачи, что повысит экономичность автомобилей.

Аэродинамика транспортных средств также значительно влияет на расход топлива. При движении с высокой скоростью значительная часть энергии затрачивается на преодоление сопротивления движению в воздушной или водной среде. Эти затраты в воздушной среде прямо пропорциональны квадрату скорости и определяются фактором обтекаемости, представляющим произведение коэффициента сопротивления воздуха на лобовую площадь транспортного средства. Аэродинамические свойства автомобилей повышаются за счет придания обтекаемой формы, равномерного расположения груза, установки специальных обтекателей (дефлекторов) на крыше кабины грузового автомобиля.

3. Улучшение качества топлива и снижение токсичности отработавших газов

Снижение токсичности отработавших газов достигается рядом технических решений, которые включают установку нейтрализаторов отработавших газов, фильтров, присадок к топливу.

Установка нейтрализаторов отработавших газов применяется как дополнительное оборудование, которое без значительных изменений в конструкции двигателя легко встраивается в выпускной тракт двигателя и обеспечивает внешнюю экологическую очистку. Различают следующие способы уменьшения токсичности отработавших газов: термическая, каталитическая, жидкостная и комбинированная нейтрализация. В самостоятельную группу выделяют способы удаления из газов твердых частиц (сажи).

Термическая нейтрализация основана на электротермическом дожиге несгоревших углеводородов и доокислении угарного газа в специальной термостатированной камере за выпускным коллектором с последующим электродуговым воспламенением и обработкой пламени сильным электрическим полем.

Каталитическая нейтрализация помимо окислительных реакций предполагает использование и восстановительных – для восстановления оксидов азота в исходные вещества – кислород и азот.

В окислительных и восстановительных реакциях могут применяться относительно дешевые окисные катализаторы на основе меди, марганца, никеля, хрома и других, но они обладают малой долговечностью и эффективностью. Поэтому распространение получили катализаторы на основе благородных металлов – платино-палладиевые, дающие степень очистки 70 – 90 %. Наиболее широко они используются на автомобильном транспорте.

Катализаторы представляют собой собственно активный каталитический слой, нанесенный на инертное тело – носитель, который размещают в корпусе нейтрализатора (рис. 4.1).

Ограничивают применение каталитических нейтрализаторов высокая стоимость, невозможность работы с этилированным бензином (соединения свинца и серы выводят катализаторы из строя) и жесткие технические требования к их конструкции.

Рис. 4.1. Принципиальная схема каталитического нейтрализатора

В отличие от термического и каталитического нейтрализаторов жидкостный не требует времени для перехода в рабочее состояние после пуска холодного двигателя. Недостатками жидкостного нейтрализатора являются большие масса и габариты, а также необходимость частой смены рабочего раствора.

Фильтры и специальные улавливатели в системе выпуска ДВС способствуют задержанию твердых частиц отработавших газов. В фильтрах сажа и другие твердые частицы улавливаются при прохождении через фильтрующий элемент или путем их центрифугирования. В специальных улавливателях создаются электростатические поля в сочетании с центрифугированием. В США фильтры обязательно устанавливаются на городских автобусах. Керамические фильтры с тефлоновым покрытием фирмы MAN задерживают 85 – 95 % сажи и твердых частиц, содержащихся в отработавших газах дизеля. В европейских странах из-за высокой стоимости сажевых фильтров предпочтение отдается каталитическим нейтрализаторам.

Присадки к топливу подразделяют на присадки, интенсифицирующие горение, и антидымные присадки-интенсификаторы горения (кислородосодержащие) повышают цетановое число и уменьшают количество светлого дыма, появляющегося при работе холодного дизеля. В качестве присадок могут использоваться метилацетат, ацетонпероксид, этилнитрат, изоамилнитрат и др. Их целесообразно добавлять к дизельному топливу с низким цетановым числом.

Антидымные присадки применяют для уменьшения темного дыма (сажи). Они практически не влияют на выделение дизелями оксида углевода, но существенно снижают выделение альдегидов, бенз-а-пирена и ускоряют выгорание сажи.