В последнее время много внимания уделяется экологичности автомобилей. От технического состояния систем и агрегатов автомобиля во многом зависит расход топлива и степень экологических загрязнений.

До настоящего времени 75% бензина и 15% дизельного топлива (ДТ), производимого в странах СНГ, потреблялось автомобильным транспортом. Нефтеперерабатывающие заводы поставляли в основном этилированный бензин. Он относительно дешевый, но экологически грязный. Причем это опасный яд не только для живых организмов. Одна заправка автомобиля этилированным бензином полностью выводит из строя дорогостоящий нейтрализатор.

Развитые страны прекращают выпуск этилированного бензина и перешли уже на производство высокооктанового неэтилированного.

Во всем мире идет энергичный поиск новых видов топлив. Ученые видят выход в расширении использования на автомобилях природного газа, спирта, водорода, электрической и солнечной энергии, пара и т.д.

За счет использования "измененного" топлива можно уменьшить токсичность отработавших газов автомобиля. Например, эмульсия 10% воды в дизельном топливе уменьшает содержание окиси азота в выхлопе на треть и дымление наполовину. Если смешивать бензин с обогащенным кислородом воздухом, то эффективность двигателя увеличивается. Кислород отделяется от азота магнитным полем.

Ужесточение экологических норм к концу ХХ столетия наблюдается во всех странах мира, особенно активно этот процесс происходит в Японии. Раньше других, в 1998г., здесь ввели наиболее жесткие требования к машинам с дизельным топливом.

К мероприятиям, позволяющим снизить воздействие транспорта на окружающую среду относятся:

- разработка ресурсосберегающих технологий защиты окружающей среды от транспортных загрязнений;

- разработка алгоритмов и технических средств мониторинга окружающей среды на транспортных объектах и прилегающих к ним территориях, методов управления транспортными потоками для увеличения пропускной способности дорожной и улично-дорожной сети в крупных городах;

- совершенствование системы управления природоохранной деятельностью на транспорте;

- рациональная организация перевозок и движения (совершенствование дорог, выбора парка подвижного состава и его структуры, оптимальная маршрутизация автомобильных перевозок, организация и регулирование дорожного движения и рациональное управление автомобилем);

- ограничение распространения загрязнения от источника к человеку;

- совершенствование автомобиля и его техническое состояние (совершенствование конструкций автомобиля, создание новых типов силовых установок, применение новых типов топлива и поддержание технического состояния автомобиля);

- увеличение темпов и объемов работ по озеленению и благоустройству города.

Снижение концентрации оксида углерода может быть достигнуто с помощью зеленых насаждений.

Таблица 4.1 - Снижение концентрации оксида углерода с помощью зеленых насаждений

Мероприятия по защите от автомобильного шума:

- увеличение расстояния между источником шума и защищаемым объектом;

- рациональная застройка магистральных улиц;

- максимальное озеленение территорий микрорайонов и разделительных полос (тополь, каштан);

- применение глушителей шума.

Экологичность автомобилей в основном определяется их топливной расходной характеристикой, т.е. чем меньше углеводородного топлива потребляет машина, тем меньший экологический ущерб наносится атмосфере отработавшими газами. При равенстве расхода топлива наиболее экологичным автомобилем будет тот, токсичность и объемы выбросов вредных веществ которого будут меньше. Именно поэтому в настоящее время наблюдается тенденция сокращения удельного расхода топлива на автомобильном транспорте, в том числе за счёт использования (особенно в личной собственности) малолитражных автомобилей.

В итоге, например, снижение удельного расхода топлива на 100 км с 8-10 до 4-5 л при прочих равных условиях обеспечит уменьшение экологического ущерба от АТ в 2 раза. Аналогичный эффект дает повышение равномерности движения автомобиля. Однако в условиях города, особенно в мегаполисах, осуществить это мероприятие очень трудно.

Эффективным способом повышения полноты сгорания топлива, а, следовательно, экономичности и одновременно экологичности работы двигателя является совершенствование процесса топливоподачи. Поэтому повышение экологичности работы автомобиля является наиболее актуальной проблемой. Для ее решения существует несколько основных методов:

снижение удельного расхода топлива в автомобилях;

применение принципиально новых конструкций двигателей;

повышение качества топлива и добавка присадок;

использование экологически безопасных видов топлива;

утилизация или нейтрализация вредных выбросов;

уменьшение массы автомобиля и улучшение его аэродинамических

форм;

диагностика и наладка всех систем двигателя.

Единственной альтернативой двигателя АТ сегодня можно считать электрический, который до сих пор не может заменить ДВС в связи со значительными присущими ему недостатками: небольшой запас хода (40-120 км), маленькая скорость (30-40 км/ч), длительная зарядка аккумуляторов (до 8 часов).

Несмотря на это, многие автомобильные компании мира продолжают разрабатывать и выпускать электромобили, в которых пробег без дозарядки стараются увеличить до 200-300 км, а скорость - до 120-150 км/ч.

Практически всеми автомобилестроительными компаниями разработаны и выпускаются отдельные модели машин с гибридными конструкциями двигателей, представляющих собой сочленение бензиновых и электрических агрегатов. Причем бензиновые двигатели включаются только в тех случаях, когда они эффективнее электромоторов. Обычно вначале начинает работать электромотор, а после первой скорости к нему присоединяется бензиновый двигатель. Таким образом, в момент начального разгона, когда бензиновый двигатель выделяет наибольшее количество вредных веществ, работает электромотор. Электронная система управления во время движения (по запрограммированной эффективности) спаривает или разъединяет оба мотора. В таком автомобиле электроэнергия вначале расходуется, а при спуске или торможении аккумулируется. В обычных автомобилях эта энергия теряется. Такой гибридный двигатель теоретически экологичней, чем ДВС. В настоящее время гибридные конструкции автомобилей можно считать проходящими испытания у потребителей.

В настоящее время существует несколько распространенных видов альтернативного топлива для автомобильного транспорта: сжиженный нефтяной газ, природный газ, биодизельное топливо, водород и др.

Сжиженный газ представляет собой смесь пропана (С₃Н₈), бутана (С₄Н₁₀) и незначительного количества (около 1 %) непредельных углеводородов. Известно, что он обладает всеми качествами полноценного топлива для двигателей внутреннего сгорания, поэтому во всем мире этот газ признан как дешевое, экологически чистое топливо, по многим свойствам превосходящее бензин. Использование сжиженного нефтяного газа не требует кардинального изменения конструкции автомобиля, а только его приспособления к установке газового оборудования, оставляя возможность использования как бензина, так и газа в качестве топлива. Сжиженный нефтяной газ - это единственный экологически более безопасный вид топлива, который широкомасштабно применяются во всем мире на транспорте. При его использовании количество основных вредных веществ снижается в 2 и более раза, в 1,5-2 раза уменьшается износ основных деталей цилиндропоршневой группы, повышается срок службы моторного масла, снижается стоимость топлива в 2 раза.

Природный газ используется в автомобилях в сжатом и сжиженном состояниях. Прогнозируется увеличение потребления сжатого (компримированного) природного газа на автомобилях в связи с большим количеством принятых программ перевода автотранспорта на этот вид топлива. Экологический "потенциал" природного газа выше, чем сжиженного нефтяного газа, однако распространенность этого вида альтернативного топлива значительно ниже из-за большей сложности и стоимости устанавливаемого оборудования (достигающей 20 % от стоимости автомобиля), а также ограниченного количества автомобильных газонаполнительных компрессорных станций.

Биодизельное топливо - это альтернативный экологически чистый вид топлива, получаемый из растительных масел и используемый для замены (экономии) обычного дизельного топлива. Сырьем для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, отработанные подсолнечное и оливковое масла, а также животные жиры. Биодизельное топливо может использоваться в обычных двигателях внутреннего сгорания как самостоятельно, так и в смеси с дизтопливом, без внесения изменений в конструкцию двигателя. Обладая примерно одинаковым с минеральным дизельным топливом энергетическим потенциалом, биодизель имеет ряд существенных преимуществ: не токсичен; практически не содержит серы и канцерогенного бензола; разлагается в естественных условиях (примерно так же, как сахар); обеспечивает значительное снижение вредных выбросов в атмосферу при сжигании как в ДВС, так и в технологических агрегатах; увеличивает цетановое число топлива и его смазывающую способность, что существенно увеличивает ресурс двигателя; имеет высокую температуру воспламенения (более 100°С), что делает его использование относительно безопасным; его источником являются возобновляемые ресурсы; производство биодизеля легко организовать, в том числе, в условиях небольшого фермерского хозяйства. Биодизель получил широкое распространение во многих странах мира. Среди них: Германия, Австрия, Чехия, Франция, Италия, Швеция, США, а также другие страны. Наиболее широкое применение биодизель получил в Германии. Именно здесь производится более 2 млн тонн рапсового топлива ежегодно, что уже позволило значительно снизить вредные выбросы в атмосферу.

Однако культивирование растений, которые служат компонентами биодизеля, может крайне негативно сказаться на окружающей среде. В итоге может случиться, что, решая задачу снижения загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта, в большей степени усугубятся другие проблемы: деградации почв, производства продовольствия, вымирания различных видов животных.

Абсолютно экологичным видом альтернативного топлива для автомобилей считается водород. При сгорании водорода не образуется никаких вредных веществ, только вода. Учитывая, что выбросы вредных веществ с отработавшими газами автотранспорта в мегаполисе могут составлять более 90 %, то использование водорода в качестве топлива АТ позволит устранить эту экологическую проблему. Все известные автомобильные компании пытаются применить это топливо в своих конструкциях. Однако, несмотря на бесспорные экологические, энергетические и иные преимущества применения водорода, его внедрение на автотранспорт в настоящее время можно пока назвать только экспериментальным, хотя и уже достаточно масштабным. Основные причинами являются: проблема хранения водорода в автомобиле и экономическая целесообразность его применения.

Переход качества топлива на класс Евро-5.

На сегодняшний день в Республике Казахстан для топлива действует экологический класс Евро-2, а для транспорта - Евро-3. Введение экологических классов на топливо - это уже ужесточение требований к качеству топлива, что должно привести к улучшению качества топлива.

Если бы Республика Казахстан не производила, а импортировала бы нефтепродукты, то по качеству топлива можно было сразу перейти на Евро-5, как в Европе. Ведь купить самое лучшее топливо по качеству легче, чем производить и модернизировать заводы. Так, некоторые страны бывшего Союза, которые не имеют своего сырья, перешли на более высокие экологические классы, чем Республика Казахстан. Через переход на более высокий уровень экологического класса топлива государство решает вопрос улучшения качества топлива.

Введение в перспективе Евро-5 даст постепенный переход к производству топлива высокого качества с соблюдением международных норм. Это более жесткий европейский стандарт по требованию к экологии и эксплуатации автомобильного транспорта. С января 2014 г. должен быть осуществлён переход на "Евро-3" по качеству топлива, с января 2016 г. переход на топливо "Евро-4".

Законодательно устанавливаемые требования к экологическим показателям качества топлив увязываются с соответствующими требованиями к уровню вредных выбросов автотранспортных средств.

На сегодняйшний день в Казахстане автобензины, в том числе 92-ой, производятся тремя заводами-изготовителями: Атырауский НПЗ, Павлодарский НХЗ и ПетроКазахстанОйлПродактс (г. Шымкент).

Атырауский НПЗ выпускает автобензины марок: Аи-80, Аи-92, Премиум-95 (все с моющими присадками).

С целью более экономного расходования топлива в данной дипломной работе предлагается использование новейшего устройства, зарегистрированного под торговой маркой Carup, и разработанногов Японии на основе уникальных свойств BioGlass - БИО стекла (которое используется в современных космических технологиях). Для изготовления "БИОстекла" используют магнетит и кварц, расплавляя их при высокой температуре, более чем 1400 градусов. Разработки БИО стекла велись на протяжении 40 лет. Изучением уникальных свойств, которыми обладает БИО стекло, занимается группа учёных Промышленного университета г. Курумэ в Японии, во главе с профессором Такаси Ватанабэ.

Производитель устройства Carup японская компанияSOUSEI Co., Ltd. Устройство Carup запатентовано и успешно применяется во многих странах мира с 2005 года. Официальным партнером Carup в республике Казахстан является ИП Аманов Дастан Серикович, г. Актобе. Устройство системы Carup рассмотрено в приложении В.

Основное назначение устройства - экономия топлива, повышение мощности двигателя и сокращение вредных выбросов в окружающую среду в легковых и грузовых автомобилях, тракторах и тяжёлой технике, везде, где есть двигатель внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения.

Carup применяется в автомобилях с жидкостной системой охлаждения, работающих на любом виде топлива: бензиновом, дизельном топливе или газе. Срок эффективного использования - 5 лет. Технического обслуживания не требует. Необходимые условия для работы устройства:

исправная система охлаждения двигателя;

уровень охлаждающей жидкости в расширительном бачке радиатора должен соответствовать норме указанной производителем автомобиля;

устройство должно быть полностью погружено в охлаждающую жидкость.

Carup не относится к электронным устройствам. Его работа основана на уникальных свойствах БИО стекла способных влиять на охлаждающую жидкость, улучшая её функциональные свойства. Любая жидкость, которая входит в контакт с БИО стеклом теряет поверхностное натяжение и мгновенно растекается. Эта особенность БИО стекла стала ключевой при разработке автомобильного устройства Carup.

Температура горения топливной смеси в цилиндрах может достигать до 2400°С, а это намного выше рабочей температуры двигателя. Большая часть тепла отводится системой охлаждения, меньшая часть - системой смазки и непосредственно от наружных поверхностей двигателя.

Нарушение отвода тепла ведёт к ухудшению смазки трущихся поверхностей, выгоранию масла и перегреву деталей двигателя. Последнее приводит к разрушению деталей, например прогоранию поршней и выпускных клапанов. При сильном перегреве двигателя тепловые зазоры между деталями нарушаются, что обычно приводит к повышенному износу, задирам и даже заклиниванию. Перегрев двигателя вреден и потому, что вызывает уменьшение коэффициента наполнения, а в бензиновых двигателях, кроме того, - детонационное сгорание и самовоспламенение топливо воздушной смеси.

Чрезмерное охлаждение двигателя также нежелательно, так как оно влечет за собой конденсацию частиц топлива на стенках цилиндров, ухудшение смесеобразования и воспламеняемости рабочей смеси, уменьшение скорости ее сгорания и, как следствие, уменьшение мощности и экономичности двигателя.

Для поддержания нормального теплового режима работы двигателя служит система охлаждения. В зависимости от условий работы она предотвращает перегрев двигателя или удерживает тепло, сохраняя рабочую температуру. Важная роль при этом отводится охлаждающей жидкости. Чем интенсивнее происходит теплообмен между охлаждающей жидкостью и блоком цилиндров, тем ощутимее оказывается влияние на работу двигателя.

Carup устанавливается в расширительный бачок радиатора. При погружении его в охлаждающую жидкость двигателя оно уменьшает поверхностное напряжение этой жидкости. В результате чего происходит увеличение площади поверхностного соприкосновения между молекулами охлаждающей жидкости и рубашкой охлаждения. Теплообменные свойства охлаждающей жидкости улучшаются. От цилиндров и поршней начинает эффективнее отводиться тепло (температура приблизительно уменьшается на 5 ~ 7 градусов), КПД забора воздуха увеличивается и получается эффект, называемый "Up". В приложении В изложено описание происходящего процесса.

Происходит следующее:

1) Уменьшение поверхностного натяжения в охлаждающей жидкости способствует увеличению коэффициента теплового распространения, это является общеизвестным фактом теплотехники:

увеличивается площадь поверхностного соприкосновения между охлаждающей жидкостью и блоком двигателя;

уменьшается сопротивление в охлаждающей жидкости и жидкость начинает свободнее и быстрее циркулировать, в результате теплообмен ускоряется.

Быстрее отводится тепло от камер сгорания и равномернее распространяется по всему двигателю.

Данное явление уменьшает нагрузку на охлаждение двигателя, при этом КПД двигателя повышается, и возрастают показатели экономичности. Эффективность сгорания топлива увеличивается.

2) В связи с уменьшением температуры поверхности стенок камеры сгорания (стенок и дна цилиндра, рабочей поверхности поршня) и с уменьшением остаточных газов (в зазорах цилиндропоршневой группы), количество воздуха, попадающего в камеру сгорания, увеличивается. Возрастание эффективности забора воздуха и увеличение коэффициента наполнения также способствуют более качественному сгоранию топлива.

Таким образом, принцип работы устройства основан на физических процессах, позволяющих снизить нагрузку на двигатель и обеспечить наиболее качественное сгорание топливной смеси, за счёт чего увеличивается коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания и как следствие снижается расход топлива. Другими словами двигатель начинает работать с большей отдачей. В результате этого, на одинаковом количестве топлива один и тот же автомобиль сможет проехать большее расстояние, если на нём установить Carup.

Благодаря таким уникальным свойствам БИО стекла, использование Carup увеличивает динамику и мощность двигателя, что позволяет при движении автомобиля сэкономить топливо на 10~30%. При этом снижается уровень шума работы мотора. Снижаются CO и СH в выхлопных газах до 80%. Уменьшается образование нагара в камерах сгорания и на клапанах. Увеличивается срок службы моторного масла.

С иллюстрированным порядком установки можно ознакомиться в приложении В.

Таким образом система Carup имеет следующие преимущества:

1. Положительное влияние на работу двигателя:

снижает вредные выбросы (СО, СН, NO) в выхлопных газах (на 20~80%);

увеличивает мощность двигателя и динамику движения автомобиля;

уменьшает уровень шума работы двигателя;

снижает образование нагара на клапанах и в камере сгорания;

продлевает срок службы моторного масла.

2. Экономия:

экономит потребление топлива (на 10~30%). При ежедневной заправке автомобиля по 10 литров и цене 88 тенге за 1литр, экономия за год может составить с одного автомобиля 32120-96360 тенге. Учитывая, что срок гарантированной эффективной эксплуатации устройства 5 лет, Carup может сохранить от 160600 до 481800 тенге;

снижение образования нагара сохранит в чистоте детали цилиндропоршневой группы и позволит избежать проблем в работе двигателя. Тем самым не придётся обращаться к платным услугам автосервисов;

дополнительную экономию принесёт продление срока службы моторного масла.

3. Безопасность применения:

Carup устанавливается только в расширительный бачок радиатора, и непосредственно не связан с двигателем;

устройство запатентовано и является абсолютно безопасным как для двигателя автомобиля, так и для здоровья человека.

4. Простота установки:

Установка Carupочень проста и не требует никаких усилий, инструментов и специальных технических навыков. Поместить его в расширительный бачок радиатора и убедиться, что устройство полностью погружено в охлаждающую жидкость.

5. Удобство в эксплуатации:

долгий срок эффективного использования;

при эксплуатации никакого ухода и дополнительного внимания не требует.

Заключение