Контрольная работа: Основные направления повышения экологической безопасности автомобилей
В частности, технические
данные ДВС могут быть улучшены путем совершенствования электронного управления
системами двигателей. Так, в последние годы появились в серийном производстве
системы с управляемыми фазами газораспределения, и многие фирмы выпускают
двигатели с достаточно эффективными механизмами их регулирования (Honda,
Toyota, BMW и др.). Наибольшими функциональными возможностями воздействия на
показатели двигателей обладает система с электромагнитным приводом клапанов и
электронным управлением, а также, переходу на четырехклапанное
газораспределение.
Так же предпринимались
многочисленные попытки повышения экономичности ДВС с использованием процесса
парообразования из воды.
Особенно активно двигатели
с впрыском воды применялись всеми воюющими сторонами во время Второй Мировой
войны, когда цены на нефть были чрезвычайно высокими. Но затем, такие двигатели
вышли из употребления по причине своей технологической сложности и
ненадёжности, тем более, об экологии тогда никто ещё серьёзно не заботился.
Любой двигатель внутреннего сгорания не просто впустую выбрасывает большую
часть получаемой им тепловой энергии (70 - 80 %), но, более того, он даже
разрушается, если потеряет возможность, через систему охлаждения, отдавать воде
своё тепло. Получающая это тепло вода, превращаясь во время кипения или
испарения в пар, при обычном атмосферном давлении увеличивается в своём объёме
в 1700 раз. Давление образовавшегося пара может помочь рабочему газу приводить
в движение поршни или турбины тепловых двигателей и тем давать существенное
приращение мощности, максимального крутящего момента и коэффициента полезного
действия (КПД) этих моторов. Существует три основных варианта использования
впрыска воды на ДВС:
1. От контакта воды с
горячими выхлопными газами происходит процесс парообразования, после чего пар
вращает небольшую турбину, которая помогает основному двигателю. О разработке
подобной силовой установки для своих автомобилей в ноябре 2005 заявила компания
BMW.
2. На многих спортивных
автомобилях, использующих турбонаддув, вода распыляется в сжатом компрессором
воздухе для охлаждения этого воздуха, вместе с которым она затем попадает
цилиндры, где и становится паром. Здесь нужно заметить, что любой газ (это относится
и к воздуху и к пару) при понижении своей температуры на один градус, при
атмосферном давлении, уменьшается примерно на 1/270 своего объёма и, наоборот,
при сжатии, особенно резком, температура газа возрастает. В этом легко
убедиться, накачивая камеру колеса велосипеда ручным насосом, который при этом
заметно нагревается. Чтобы в цилиндры двигателя с меньшими затратами энергии
поместилось больше сжатого воздуха, этот воздух охлаждается распылением в нём
(не подогретой) воды, которая имеет очень высокую теплоёмкость. Это распыление
осуществляется либо до прохождения сжатого воздуха через интеркулер
(дополнительный охлаждающий радиатор), либо после него, но, в любом случае,
даже мельчайшие нагревающиеся капельки воды должны превращаться в пар только внутри
цилиндра, иначе польза от этого пара становится ничтожной. Более того,
нарушение стехиометрического (оптимального) соотношения количества топлива и
воздуха, включающего в себя водяные пары, может привести к остановке двигателя.
3. Специально подогретая вода
впрыскивается (распыляется) непосредственно в цилиндры инжекторного двигателя.
От контакта с горящим топливом, раскалённым поршнем и цилиндром, вода вскипает,
и расширяющийся пар помогает рабочим газам приводить поршни в движение. Здесь
впрыск воды фактически заменяет собой турбонаддув. В этом случае уже не будет
нарушаться стехиометрическое соотношение количества топлива и чрезвычайно
сжатого компрессором воздуха, чьё очень высокое давление затрудняет процесс
искрообразования. Расширяющийся в цилиндре пар для экологии значительно
безопаснее, чем сжатый воздух, содержащий в себе до 80% азота, из которого, при
высокой температуре (и давлении) образуются губительные для природы его
химические соединения с избыточным кислородом. Кроме того, лишний кислород в
сильно сжатом воздухе приводит к нежелательному обгоранию цилиндров, поршней,
поршневых колец, клапанов и окислению электрических контактов свечей. Некоторые
автомобилисты уверяют, что даже после многих лет эксплуатации ДВС с впрыском
воды, внутренности его цилиндров выглядят как новые. Более эффективное
непосредственное охлаждение (и смазывание) водой раскалённых и интенсивно
трущихся поверхностей цилиндра продлевает жизнь всего мотора. Помимо прибавки
мощности и экономии топлива на 15 – 20 %, существенно улучшается и охлаждение
мотора, так как здесь цилиндры охлаждаются водой не столько снаружи, сколько
изнутри. К сожалению, по причине очень сложной настройки, недостаточной её
надёжности и сравнительной дороговизны, моторы с впрыском (инъекцией) воды распространение
получили только в авиации, автоспорте и любительских авто- самоделках (в
последнем случае не всегда оправдывают себя). Но достижения современной науки и
техники, особенно электроники, позволяют надеяться на большую эффективность
моторов с впрыском воды. Именно электроника должна регулировать точное
дозирование инжектируемой в цилиндры воды, и её предварительный подогрев от
внешних стенок цилиндра (в водяной рубашке) и от выхлопного патрубка с
глушителем, каталитическим нейтрализатором и сажевым фильтром, чтобы в момент
впрыска температура воды максимально приближалась к своей точке кипения,
которая в сжатой газовой среде неизбежно повышается.
Предварительный подогрев
воды необходим для улучшения процесса парообразования, - чем больше воды вскипит
в цилиндрах работающих ДВС, тем больше экономится топлива и сохранится природа
на нашей планете. При избыточном нагреве цилиндра микропроцессор может
увеличить подачу в него воды, при этом, снизить подачу топлива ровно настолько,
чтобы от этой замены при существующей нагрузке ощутимо не изменилась скорость
вращения маховика двигателя, установленная водителем на данный момент. В идеале
(при хорошей регулировке), мотору с впрыском воды уже не нужен громоздкий
радиатор, ухудшающий аэродинамическое сопротивление быстро движущегося
автомобиля, а также вентилятор, дополнительно обдувающий двигатель снаружи. В
этом случае водяной насос, помимо своей надёжности должен, независимо от режима
работы ДВС, быстро и точно изменять свою производительность и давление подаваемой
им воды.
Ввиду прогрессирующего
роста цен на нефть и неизбежного глобального энергетического и экологического
кризиса, есть смысл чаще возвращаться к самым различным способам экономии
топлива, пусть несколько подзабытым, но, с привлечением современных технологий,
открывающих многообещающие перспективы.
Перспективы
альтернативного топлива таковы, что уже сегодня мировые автопроизводители
говорят о внедрении к 2010 году порядка 50 различных моделей, работающих на
альтернативном виде горючего. В Европе, к примеру, особенно активны в этой
области компании Mercedes-Benz, BMW, MAN. А к 2020 году, согласно резолюции ООН,
нацелившей страны Европы на переход автомобилей на альтернативные виды
моторного топлива, ожидается увеличение «альтернативщиков» до 23% всего
автопарка, из них 10% (порядка 23,5 млн. единиц) – на природном газе.
Так что, судя по всему,
Европу ожидают топливные перемены, над подготовкой к которым уже сегодня
активно работают автомобильные разработчики. Но, как говорится, зачастую новое
– это хорошо забытое старое. То, что сегодня кажется достаточно экзотичным и
пока малоиспользуемым, как это ни покажется странным, таковым не считалось еще
на заре автомобилестроения. Так, Генри Форд в свое время высказывал идею, что
этанол станет горючим будущего, предлагая покупателям Ford T с двигателем,
работающим на этаноле, бензине или их смеси. Сам же этанол производился из
бобов сои, кукурузы или конопли. Рудольф Дизель, создав в 1890г. дизельный
мотор, работающий на арахисовом масле, успешно реализовал идею биодизеля.
Биотопливо - использование биотоплива, например этанола (этилового
спирта) или дизельного топлива (биодизеля), полученного из специально
выращенных растений, обычно рассматривают как важный шаг к сокращению
выбросов углекислого газа (СО2) в атмосферу. Конечно, при
сжигании биотоплива углекислый газ попадает в атмосферу совершенно так же,
как и при сжигании ископаемого топлива (нефти, угля, газа). Разница в том,
что образование растительной массы, из которой было получено биотопливо, шло за
счет фотосинтеза, то есть процесса, связанного с потреблением СО2.
Соответственно, использование биотоплива рассматривается как
«углерод-нейтральная технология»: сначала атмосферный углерод (в виде СО2)
связывается растениями, а потом выделяется при сжигании веществ,
полученных из этих растений. Однако стремительно расширяющееся производство
биотоплива во многих местах (прежде всего в тропиках) ведет
к уничтожению природных экосистем и утере биологического разнообразия.
Двигатели, работающие
на биотопливе, используют энергию солнечного света, запасенную растениями.
Энергия ископаемого топлива — это на самом деле тоже когда-то давно
(десятки и сотни миллионов лет тому назад) связанная энергия солнечного света,
а выделяющийся при сжигании ископаемого топлива углекислый газ когда-то был
изъят из атмосферы (и вод океана) растениями и цианобактериями.
Казалось бы, биотопливо ничем не отличается от обычного ископаемого топлива. Но
разница есть, и определяется она временной задержкой, лагом между
связыванием СО2 в ходе фотосинтеза и выделением его
в процессе сжигания углеродосодержащих веществ. Если этот лаг очень
большой (как в случае использования горючих ископаемых), то состав
атмосферы мог за это время существенно измениться. Кроме того, если связывание
углекислого газа происходило в течение очень длительного времени, то
высвобождение происходит очень быстро. В случае же использования
биотоплива временной лаг совсем небольшой: месяцы, годы, для древесных
растений — десятилетия.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 |