Способы уменьшения вредных выбросов автотранспорта

Способы уменьшения вредных выбросов автотранспорта. В настоящее время уменьшение загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, выделяемыми автомобильным транспортом, является одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством. Автомобиль не роскошь, а средство передвижения.

Без автомобиля в настоящее время немыслимо существование человечества. При интенсивной урбанизации и росте мегаполисов автомобильный транспорт стал самым неблагоприятным экологическим фактором в охране здоровья человека и природной среды в городе.

Таким образом, автомобиль становится конкурентом человека за жизненное пространство. За последние десятилетия человечество окончательно убедилось, что первым виновником загрязнения атмосферного воздуха – одного из основных источников жизни на нашей Планете, является детище научно-технического прогресса – автомобиль. Автомобиль, поглощая столь необходимый для протекания жизни кислород, вместе с тем интенсивно загрязняет воздушную среду токсичными компонентами, наносящими ощутимый вред всему живому и неживому.

Вклад в загрязнение окружающей среды, в основном атмосферы составляет – 60 - 90%. Примерно в начале 50-х годов человечество впервые, пожалуй, осознало, что его среда обитания, такая привычная и естественная, может быть разрушена. К середине следующего десятилетия проблема встала во весь рост - невиданные ранее масштабы автомобилизации привели к тому, что в городах стали остро ощущать недостаток чистого воздуха.

Родившееся тогда слово "смог" очень емко отражало типичную атмосферу больших городов, окутанных маревом автомобильных "испарений". Полицейским-регулировщикам выдали противогазы, а для обычных прохожих кое-где установили автоматы чистого воздуха: бросил несколько монеток - и можешь на минуту-другую "перевести дух". Общественность ("зеленые") забила тревогу, тема экологии бурно обсуждалась в прессе, с парламентских трибун - и, естественно, автопроизводителям пришлось реагировать, чтобы изменить ситуацию к лучшему.

Сразу определилось несколько направлений. Основное, естественно подвергнуть ревизии саму концепцию двигателя внутреннего сгорания. Если до того времени важнейшим показателем совершенства мотора считали его тяговые характеристики, то теперь пришлось во главу угла ставить чистоту выхлопа, полноту сгорания топлива, экономичность Конструкторы занялись фазами газораспределения, качеством подготовки смеси, формой камеры сгорания.

Стремление сжигать все более бедную смесь уперлось в порог детонации, и тут уж ничего не оставалось, как привлекать к расчету камеры сгорания сложные динамические модели - скажем, организовывать вращение заряда и его локальное обогащение, идти на другие хитрости. Вскоре появились системы впрыска топлива (пока еще во впускной коллектор) и каталитический нейтрализатор отработавших газов (катализатор). Современный катализатор - это керамический монолит, пронизанный множеством каналов, поверхность которых покрыта слоем алюминия, а на него, в свою очередь, нанесены химически активные драгоценные металлы (родий, палладий, платина). На долю последних приходится до 60% себестоимости устройства.

Именно благодаря им происходят необходимые химические реакции - окисление монооксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов (СН), а также сокращение количества окиси азота (NOx). В трехкомпонентном нейтрализаторе платина и палладий вызывают окисление СО и СН, а родий "борется" с NOx. Кстати, родий - субпродукт при получении платины - наиболее ценный в этой троице.

И именно его в первую очередь "отравляет" свинец, содержащийся в бензине. В конструкции катализатора используют другие химические элементы, повышающие эффективность трех основных никель, участвующий в реакции с NOx, железо, а также церий. На первый взгляд может показаться, что установка катализатора решает все экологические проблемы. Однако "зеленые" продолжили наступление и нашли-таки в нем изъян. Температура, при которой катализатор начинает действовать (температура активации), находится в пределах 250-350°С. Время же, необходимое для разогрева, может достигать нескольких минут и зависит от типа автомобиля, способа его эксплуатации и температуры воздуха.

Холодный катализатор практически неэффективен - следовательно, необходимо уменьшить время достижения температуры активации. И опять инженеры взялись за дело. Фирмы разработали технологию подогрева катализатора мощным электрическим сопротивлением.

Подогреватель на металлической опоре крепится внутри катализатора; его мощность - от 0,5 до 2, иногда 4 кВт, в зависимости от величины сопротивления (от 0,05 до 0,35 Ом). Для примера, элемент в 1,5 кВт разогревает катализатор до 400°С за 10 секунд. Чтобы снизить вредные выбросы при пуске холодного двигателя, иногда применяют также встроенный в катализатор адсорбер углеводородов. Как только рабочая температура достигнута, последние "освобождаются" и окисляются самим катализатором.

А вот еще одна проблема. Чем беднее рабочая смесь, тем ниже эффективность катализатора в отношении NOx. Для СО и СН - обратная картина: при обогащенной или богатой смеси не происходит их полного окисления. В настоящее время разрабатываются системы, адсорбирующие окиси азота, которые действуют по принципу ловушки: высвобождение NOx происходит в тот момент, когда достигается стехиометрическое (нормальное) соотношение рабочей смеси (около 1:15). Конечно, доводкой катализаторов "экологические" заботы конструкторов транспортных средств не ограничиваются.

Скажем, чтобы при равномерном движении умерить аппетит (и, естественно, выбросы) восьмицилиндрового "Порше-928", инженеры экспериментировали с отключением цилиндров. "Фольксваген" пошел еще дальше - у серийного " Гольфа-III Экоматик" мотор и вовсе отключался при любом подходящем случае - движении накатом, остановке у светофора - и оживал с нажатием на педаль акселератора. Претендент № 1 на экологический подиум – гибридные модели.

Перефразируя классику, можно сказать: «Верхи еще не могут, низы уже хотят». Еще пару лет назад производители без устали убеждали покупателей в том, что комбинированные силовые установки надежны и позволяют немало экономить на топливе. Результат пропаганды превзошел все ожидания: лидеры гибридного рынка «Тойота» и «Хонда» не справляются со спросом на чрезвычайно популярные «Приус» и «Сивик Гибрид». Обе компании в ближайшее время намерены в качестве опции предложить подобные установки почти для любой модели! Причем их достоинства не только в экономичности и заботе об экологии, но и в улучшении динамических характеристик.

Ярчайший пример – гибридный «Lexus RX400h», обставляющий в спринте бензинового собрата (ЗР, 2006, № 1). В гонку включились почти все крупные производители, даже те, кто ранее был настроен скептически. «Мы не учли, что многие готовы купить гибрид, продемонстрировав тем самым заботу об окружающей среде», – сокрушается вице-президент «Дженерал моторс» Роберт Лутц. Джил Ладжзак, глава подразделения «Сатурн»: «Мы уверены – необязательно быть богатым для того, чтобы примкнуть к стану «зеленых». Второй тип систем – двухступенчатый: гибрид переключается в один из двух режимов – «город» или «трасса». В первом на малых скоростях работает лишь электромотор, затем вступает бензиновая подмога.

Двигатель с изменяемыми фазами газораспределения снабжен функцией отключения нескольких цилиндров и отличается высокой степенью сжатия. Экономия топлива достигает 25%. О сколь-нибудь масштабном внедрении топливных элементов речь пока не идет: это потребует создания мощной инфраструктуры по всей стране – перерабатывающие заводы, заправочные станции… Нынешней Америке, да и Европе это пока не по зубам.

Даже оптимисты говорят: топливные элементы не завоюют сердца покупателей ранее 2020 года. 4.