Экологически чистые автомобили и альтернативные виды топлива. Автомобиль и экология
Автомобили с какими двигателями являются самыми экологичными и экономичными? Общегерманский автомобильный клуб ADAC задался этим вопросом уже в 13 раз, однако в 2016 году существенно ужесточил условия тестирования. Впервые ежегодный ADAC Eco Test проводился не только в лаборатории, но и (с помощью нового специального оборудования) в реальных дорожных условиях.
Из 45 моделей только 11 получили четыре или пять звезд
Это - явная реакция на "дизельный скандал" с Volkswagen. Он разразился осенью 2015 года, когда выяснилось, что крупнейший немецкий автостроитель встраивал в свои автомобили с дизельными моторами софт, который при проверках на стенде целенаправленно занижал показатели вредных выбросов. Государственные контролирующие органы, как правило, ограничиваются лабораторными тестами.
ADAC задался целью выяснить, "какие производители заинтересованы в устойчиво чистых выхлопах, а какие просто стремятся выполнить предписанные нормы". Главная же задача теста состоит в том, чтобы "четко сориентировать" автолюбителей при выборе наиболее экономичного и по возможности экологичного нового автомобиля. С этой целью клуб присудил каждой из 45 проверенных моделей от одной до пяти звезд, порекомендовав при этом приобретать автомобили с не менее чем четырьмя звездами. Таковых оказалось только 11.
Число звезд зависит от того, какое количество вредных для здоровья человека веществ - монооксидов углерода (угарный газ, CO), углеводородов (HC), оксидов азота (NOx) и сажевых частиц - выделяет данный автомобиль. Проверялось также выделение двуокиси углерода (углекислого газа, CO2), особенно вредной для глобального климата.
Бывают и "образцово чистые дизели"
Результаты теста, с одной стороны, оказались вполне ожидаемыми, с другой - опровергли некоторые мифы. Ожидаемым было то, что нижнюю часть таблицы с одной-двумя звездами составили главным образом автомобили с дизельными двигателями. SsangYong Korando занял последнее место, в десятку худших попали, в частности, Ford Galaxy, универсал Hyundai i40, Kia Optima, Renault Talisman, Volkswagen Golf, Ford Focus.
В то же время тест опроверг мнение, согласно которому работающие на солярке моторы с экологической точки зрения априори неприемлемы. В десятку лучших с четырьмя звездами попали сразу две дизельные модели – Mercedes E220 d 9G-TRONIC (7 место), получивший эпитет "образцово чистый дизель", и BMW 118d Urban Line Steptronic (9 место).
Рядом с ними в верхней части таблицы оказались и две модели с бензиновыми двигателями: Mitsubishi Space Star 1.2 ClearTec Top (8 место) и Volkswagen up! 1.0 TSI BMT beats (10 место). Все остальные получили менее четырех звезд, наихудшие результаты показали Ford Focus и Volkswagen Tiguan.
Шестерка лидеров оснащена альтернативными двигателями
Вполне ожидаемым было и то, что наилучшие показатели окажутся у моделей, использующих не двигатели внутреннего сгорания, а альтернативные типы моторов. Победителем теста стал сравнительно новый электромобиль BMW i3 (94Ah). А вот 2 и 3 места с одинаковым числом баллов заняли "ветераны" электромобильности - гибрид Toyota Prius 1.8 Hybrid Executive ("очень чистые выхлопы, очень экономичный") и Nissan Leaf Acenta с электрическим мотором и батареей мощностью 30 кВт. На 4 месте с почти таким же числом баллов оказался универсал Skoda Octavia 1.4 TSI G-TEC Style, работающий на природном газе. Только эти четыре модели заслужили в ADAC Eco Test 2016 пять звезд.
Затем, на 5 и 6 местах с минимальной разницей в баллах, следуют еще один гибрид - Toyota Yaris Hybride Style - и еще один электромобиль: Tesla Model S P90D. Эта модель уступила конкурентам по такому показателю, как расход электроэнергии: она оказалась хоть и экономичной, но не настолько, как победитель теста BMW ("очень низкий расход электроэнергии") и как Nissan. Правда, Tesla впечатлила экспертов ADAC дальностью пробега в 395 километров, которая в 2 и 2,5 раза превысила показатели двух этих конкурентов. Однако в отчете данная информация дана лишь в скобках, поскольку к теме теста не относится.
Гибрид гибриду рознь
Анализ его результатов показывает, что показатели экологичности и экономичности у отдельных гибридов не хуже, а иногда и лучше, чем у электромобилей. В то же время проверки на стенде и на дороге опровергли миф о том, будто модели с гибридными моторами в любом случае менее вредные, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания.
Контекст
Так, гибриды Hyundai IONIQ Hybrid Premium и Kia Niro 1.6 GDI Hybrid Spirit заслужили всего три звезды, заняли 13 и 14 места и оказались тем самым позади целого ряда моделей с бензиновыми и даже дизельными двигателями, набравшими куда больше баллов. Главная причина отставания: сравнительно высокая концентрация в выхлопах угарного газа и вредных частиц.
Конечно, экологичность и экономичность - далеко не единственные критерии при выборе нового автомобиля, но ADAC Eco Test и не претендует на всестороннюю оценку выбранных моделей. В какой мере представленный рейтинг можно считать полностью объективным? Думается, что после скандала с подтасовкой данных при выборе самого популярного в Германии автомобиля, до основания потрясшего Общегерманский автомобильный клуб в 2013-2014 годах, его сотрудники остерегаются вновь наступать на грабли.
Смотрите также:
-
Доля рынка в Норвегии - почти треть
Мировой лидер в области электромобильности - Норвегия. Благодаря масштабной программе господдержки здесь уже 28 процентов регистрируемых новых легковых машин имеют чисто электрический или гибридный двигатель. К этой станции быстрой зарядки в городе Моссе подключена японская модель Nissan Leaf - с 2010 года самый продаваемый в мире электромобиль.
"Электрическая революция" в автопроме
Самый большой спрос - в Китае
Крупнейшим рынком электромобилей еще в 2015 году стал, обогнав США, Китай. В 2016 году продажи вновь выросли более чем в два раза. Причем лидируют не зарубежные, а многочисленные местные производители, предлагающие растущий выбор бюджетных моделей. Китайские автолюбители очень увлечены новой технологией, а государство их поддерживает: оно хочет снизить загазованность в городах-миллионниках.
"Электрическая революция" в автопроме
Магазин заманивает бесплатной зарядкой
"Зарядиться солнцем" предлагают бесплатные электрозаправки, которые устанавливает теперь на парковках своих супермаркетов ведущий немецкий дискаунтер Aldi. Маркетинговый расчет очевиден: пока электромобиль подзаряжается, его владелец закупается. А электричество поступает прямо с крыши магазина, где ритейлер установил солнечные батареи.
"Электрическая революция" в автопроме
Почтальон подъедет бесшумно
На электрическую тягу переходят в Германии не только легковые, но и коммерческие автомобили. Компания StreetScooter принадлежит немецкому почтовому концерну Deutsche Post DHL, специально разработала для него минифургон для развоза посылок и весной 2016 года начала его серийное производство. С 2017 года почтальоны будут ежегодно получать по 10 тысяч таких служебных машин.
"Электрическая революция" в автопроме
BMW рассчитывает на богатых китайцев
В премиум-сегменте в борьбу за богатых китайских автомобилистов включился немецкий концерн BMW. Весной 2016 года он представил на автосалоне в Пекине - помимо обновленной компактной модели BMW i3 с электрическим мотором - спортивный гибрид BMW i8, стоящий в Германии 130-145 тысяч евро. В начале года баварский автостроитель провозгласил стратегический поворот в сторону электромобильности.
"Электрическая революция" в автопроме
Илон Маск и его Tesla
Пока в премиум-классе самый популярный в мире электромобиль - продаваемая с 2012 года Model S американской компании Tesla Motors. Ее возглавляет харизматичный милллиардер Илон Маск, одержимый идеей электромобильности. В 2017 году калифорнийский завод Tesla должен начать серийный выпуск электромобиля среднего класса. Model 3 будет стоить 35 тысяч долларов. На нее уже поступило 400 тысяч заказов.
"Электрическая революция" в автопроме
Volkswagen обещает 30 новых моделей
Радикальный стратегический разворот совершил в 2016 году крупнейший автостроитель Европы Volkswagen. До 2025 года он разработает 30 моделей электромобилей и гибридов. Принципиально новая платформа для автомобилей с электромотором I.D. уже готова. Производство на ее основе начнется к 2020 году. Аналог VW Golf сможет проехать без подзарядки до 600 километров и будет стоить как и бензиновая модель.
"Электрическая революция" в автопроме
Google готовится стать автостроителем
И мировой автопром, и IT-компании серьезно занялись темой автономного вождения. Один из первопроходцев в этой области - Google. Сначала американский интернет-гигант экспериментировал с японской моделью Toyota Prius - первым в мире серийным автомобилем с гибридным двигателем. А к концу 2014 года представил собственный электромобиль без руля и педалей. И продолжает экспериментировать.
"Электрическая революция" в автопроме
Автономное вождение от Nissan
Вполне возможно, что Google и Apple в конце концов предпочтут сосредоточиться на разработке софта для автономного вождения - а собственно автостроение предоставят тем, кто занимается этим уже более ста лет. Например, французско-японскому концерну Renault-Nissan. Его глава Карлос Гон в начале 2016 года демонстрировал разработки своей фирмы именно в калифорнийской Кремниевой долине.
Электромобиль
Электромоби́ль - автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями , а не двигателем внутреннего сгорания . Электромобиль следует отличать от автомобилей с ДВС и электрической передачей и от троллейбусов . Подвидами электромобиля считаются электрокар (грузовое транспортное средство для движения на закрытых территориях) и электробус (автобус с аккумуляторной тягой)
Гибридный автомобиль
Гибри́дный автомоби́ль - высокоэкономичный автомобиль , движимый системой «электродвигатель - двигатель внутреннего сгорания » (далее двигатель), питаемой как горючим , так и зарядом электрического аккумулятора . Главное преимущество гибридного автомобиля - снижение расхода топлива и вредных выхлопов . Это достигается полным автоматическим управлением режима работы системы двигателей с помощью бортового компьютера , начиная от своевременного отключения двигателя во время остановки в транспортном потоке, с возможностью продолжения движения без его запуска, исключительно на энергии аккумуляторной батареи, и заканчивая более сложным механизмом рекуперации - использования электродвигателя как генератора электрического тока для пополнения заряда аккумуляторов.
Основная статья: Электромобиль на солнечных батареях
Обычно для производства солнечных элементов применяются пластины кремния с шероховатой поверхностью, которая позволяет им лучше улавливать лучи солнечного света, падающие на батарею под разными углами. Несмотря на то, что кремниевые пластины очень широко используются в современной микроэлектронике, их стоимость слишком высока для массового внедрения и коммерциализации солнечныхАвтомобиль на природном газе
Заправка автомобиля газом
Основная статья: Газотопливная система автомобиля
Газотопливная система - топливная система двигателя внутреннего сгорания , модифицированная для использования им в качестве топлива сжатых или сжиженных газов .
Автомобиль с гибким выбором топлива - может ездить как на бензине, так и на смеси бензина с этанолом, причём в гибких пропорциях (от 5 % до 95 %). Автомобиль имеет один топливный бак, адаптированность к разному составу топлива достигается за счёт оригинальной конструкции двигателя или за счёт конструктивной модификации обычного бензинового двигателя внутреннего сгорания.
Транспорт на топливных элементах
Водородный транспорт - различные транспортные средства, использующие в качестве топлива водород . Это могут быть транспортные средства, как с двигателями внутреннего сгорания, так и с водородными топливными элементами .
Воздухомобиль
Tata/MDI OneCAT
Воздухомобиль - автомобиль, использующий для движения сжатый воздух. Пневматические автомобили используют модифицированный вариант обычного четырехтактного мотора. Пневматические двигатели также позволяют использовать преимущества электродвигателей - системы рекуперативного торможения: в пневматических гибридах при торможении за счет использования двигателя в качестве воздушного компрессора, воздух сжимается и им заправляется резервуар.
Средства рекуперации и сохранения энергии
Рекуперативное торможение
Рекуперати́вное торможе́ние - организация торможения, при которой кинетическая энергия транспортного средства не рассеивается в виде тепла, как обычно, а снова используется для движения. Рекуперативное торможение широко применяется на электровозах и электропоездах , где при торможении электродвигатели начинают работать как электрогенераторы , а вырабатываемая электроэнергия передаётся через контактную сеть либо другим электровозам, либо в общую энергосистему через тяговые подстанции .
Маховик
Маховик - тяжёлый вращающийся диск, использующийся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии . При использовании маховика механическая энергия не требует преобразования в другие виды энергии, удается избежать связанных с такими преобразованиями потерь. С другой стороны, маховик достаточно быстро теряет энергию из-за того, что его вращению препятствует сила трения.
Производство
Для борьбы с загрязнением окружающей среды в Европе разрабатываются и вводятся все более и более жесткие экологические нормы выбросов вредных веществ для автомобилей. Согласно планам комиссара ЕС по экологии Ставроса Димаса , средний показатель выброса углекислого газа к 2012 году должен быть снижен с нынешних 163 до 120 граммов на километр.
Над созданием экологичных автомобилей работают все крупные автопроизводители - от Peugeot и Audi до Ferrari (модель Ferrari 599 Hybrid) и Rolls-Royce (модель 102EX Phantom Experimental Electric). Показательно, что даже компании из Китая, где пока мало кого волнует охрана окружающей среды, начинают инвестировать колоссальные средства в создание и развитие линеек «зеленых» авто. И это вполне оправдано, поскольку сегодня ключом к основным мировым рынкам наряду с качеством, безопасностью и доступными ценами, становится «экологичность» автомобилей.
Автопроизводители соревнуются между собой как в стремлении максимально экономить невозобновляемые энергоресурсы, так и в сведении к минимуму негативного воздействия на окружающую среду. И если раньше никто не продвигался дальше концептов, то сейчас компании переходят от заявлений и экспериментальных образцов к массовому внедрению своих разработок.
Продвижение
«Альтернативный» автомобильный сектор растет медленно, но зато уверенными темпами. Спрос на экологические автомобили сформировался еще до нынешнего кризиса и не угас, несмотря на продолжительное снижение цен на нефть. Сегодня, в свете борьбы с глобальным потеплением и с учетом реализации планов по уменьшению зависимости от традиционных невозобновляемых энергоносителей, правительства многих стран с помощью монетарных и немонетарных инструментов мотивируют своих граждан покупать именно «зеленые» автомобили. Однако пока такие автомобили слишком дороги и неудобны для повседневного использования, поскольку еще не создана вся необходимая инфраструктура (станции для заправки биотопливом и для быстрой подзарядки аккумуляторов электромобилей, сервисные центры и тд.).
В целом, что касается стимулирования продаж «зеленых» автомобилей, то здесь можно выделить три базовых направления.
Инициативы производителей и продавцов
Такие инициативы заключаются в реализации лизинговых программ (лизинг либо всего автомобиля, либо наиболее дорогостоящих элементов - например, батарей или «домашних» стационарных заправочных/зарядных комплексов), содействии в утилизации вышедших из строя элементов (батарей, электромоторов), предоставлении бесплатной консультационной и технической поддержки.
Инициативы государства (правительство, местные власти)
Государство создает некий «компенсационный пакет», который, в свою очередь, можно разделить на две части - монетарные и немонетарные стимулы. К монетарным стимулам относятся: налоговый кредит, гранты (государственные бонусные выплаты покупателям гибридов или автомобилей, которые используют альтернативные виды топлива), освобождение от уплаты налога при регистрации нового автомобиля, а также дорожного сбора. К немонетарным стимулам можно отнести: бесплатная парковка, бесплатный проезд по платным дорогам, свободное использование специальных зон (дорожных полос для автобусов или спецтранспорта).
Инициативы компаний
Инициативы компаний заключаются в финансовой поддержке сотрудников, которые хотят приобрести именно «зеленый» автомобиль, а также в реорганизации корпоративного автопарка путем замены обычных автомобилей на их «экологические» аналоги. Например, компания Google предоставляет корпоративный кредит в размере $5000 всем сотрудникам, изъявившим желание приобрести гибридный автомобиль, включая очень популярный в США Prius. А в феврале этого года ЦЕРН и швейцарская группа Gazmobil объявили о заключении договора на покупку 100 автомобилей на природном газе для сотрудников Европейской организации по ядерным исследованиям и установке заправочной станции для этого вида топлива в Мейрене. И таких примеров с каждым месяцем становится все больше.
Рейтинги экологичности
Критика
Существующие на данный момент «альтернативные» технологии несовершенны. «Зеленые» автомобили далеко не всегда оправдывают свое название, в отдельных случаях становясь еще большим «загрязнителем» окружающей среды, чем стандартные бензиновые аналоги. Ведь для производства самого автомобиля (всех узлов и агрегатов) и «альтернативной» энергии, за счет которой он работает, как правило, используют традиционные технологические/производственные цепочки и невозобновляемые энергоресурсы.
Экологические требования к современному автомобилю являются в настоящее время приоритетными. Экологическая безопасность — это свойство автомобиля снижать негативные последствия влияния эксплуатации автомобиля на участников движения и окружающую среду. Она направлена на снижение токсичности отработанных газов, уменьшение шума, снижение радиопомех при движении автомобиля.
Несмотря на многочисленные попытки заменить двигатель внутреннего сгорания каким-либо другим, не выделяющим токсичные вещества, альтернативы ему пока нет. А если принципиально новый двигатель и появится, то переналадка производства для его крупносерийного выпуска потребует грандиозных капиталовложений и произойдет далеко не сразу. Вместе с тем уже сейчас человечество подошло к той черте, когда без экологически чистого автомобиля просто не обойтись. И выход пока видится один — надо если не полностью исключить, то во всяком случае
свести к минимуму вредные выбросы ДВС.
Как образуются доставляющие всем столько хлопот вредные вещества в отработавших газах? Известно, что топливо сгорает в камере при взаимодействии с кислородом воздуха. Этот процесс сопровождается интенсивным выделением тепла, которое и
преобразуется в работу. Теоретически для сгорания 1 кг бензина требуется 14,7 кг воздуха, однако на практике этого количества оказывается недостаточно. Дело в том, что воспламенение и сгорание бензино-воздушной смеси (ее еще называют горючей) длится тысячные доли секунды, и к такому быстрому процессу она недостаточно хорошо подготовлена.
В смеси остаются газы от предыдущего цикла, препятствующие доступу кислорода к частицам топлива; кроме того, не удается добиться ее идеального перемешивания по объему цилиндра, особенно у непрогретого двигателя и на переходных режимах. В результате не все топливо окисляется до конечных продуктов, и для нормального протекания процесса сгорания его приходится добавлять. Если в горючей смеси количество топлива больше расчетного, смесь называется богатой, если меньше — бедной. При средних нагрузках главное внимание обращается на экономичность, поэтому в камеру сгорания подается несколько обедненная смесь.
При небольшом обогащении смеси скорость ее сгорания увеличивается, в камере развиваются более высокие температура и давление. Для максимальных нагрузок или резкого перехода с малой нагрузки на большую требуется богатая смесь. Большое количество топлива подается в цилиндры и при пуске холодного двигателя, когда горючую смесь образуют только самые легкие фракции топлива. В этих случаях из-за недостатка кислорода топливо сгорает не полностью. Двигатель хотя и развивает большую мощность, но работает не экономично и выбрасывает в атмосферу токсичные продукты неполного сгорания.
Наиболее токсичными компонентами отработавших газов бензиновых двигателей являются: оксид углерода (СО), оксиды азота (NОx), углеводороды (СnHm), а в случае применения этилированного бензина — свинец. Состав выбросов дизельных двигателей
отличается от бензиновых. В дизельном двигателе происходит более полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество
оксидов азота. Дизельные двигатели, кроме всего прочего, выбрасывают твердые частицы (сажу). Сажа, содержащаяся в выхлопе, нетоксична, но она адсорбирует на поверхности своих частиц канцерогенные углеводороды. При сгорании низкокачественного дизельного топлива, содержащего серу, образуется сернистый ангидрид.
Как же эти вредные компоненты воздействуют на человека и окружающую среду? В обычных условиях СО- бесцветный газ без запаха, он легче воздуха и поэтому может легко распространятся в атмосфере. При действии на человека СО вызывает головную боль, головокружение, быструю утомляемость, раздражительность, сонливость, боли в области сердца. Оксид азота NO — бесцветный газ, диоксид азота NO 2 — газ красно-бурого цвета с характерным запахом.
Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислоты. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO 2 cпособствует развитию заболеваний легких. Некоторые углеводороды СН являются сильнейшими канцерогенными веществами (например бензапирен), переносчиками которых могут быть частички сажи, содержащиеся в отработавших газах.
В скопившихся над асфальтом облаках СН и NOx под воздействием света происходят химические реакции. Разложение оксидов азота приводит к образованию озона. Вообще-то озон не стоек и быстро распадается, но только не в присутствии углеводородов (СН) — они замедляют процесс распада озона, и он активно вступает в реакции с частичками влаги и другими соединениями. Образуется стойкое облако мутного смога. Озон разъедает глаза и легкие, а выбросы NОх участвуют в формировании кислотных дождей.
В случае применения этилированных бензинов около 50% свинца осаждается в виде нагара на деталях двигателя и в выхлопной трубе, остаток уходит в атмосферу. Свинец присутствует в отработавших газах в виде мельчайших частиц размером
1-5 мкм, которые долго сохраняются в атмосфере. Концентрация свинца в атмосфере придорожной полосы в 2-20 раз больше, чем в других местах. Присутствие свинца в воздухе вызывает серьезные поражения органов пищеварения, центральной
и периферической нервной системы. Воздействие свинца на кровь проявляется в снижении количества гемоглобина и разрушении эритроцитов.
Нормы токсичности выхлопных газов
Первыми тревогу забили в США и в Японии, где проблема загазованости в крупных городах встала особенно остро. Были законодательно утверждены требования по токсичности выхлопов новых автомобилей, которые периодически пересматривались и
ужесточались. Вскоре аналогичные законы были приняты и в странах Европы.
При современном уровне развития техники наиболее эффективным способом снижения токсичности выхлопа является нейтрализация токсичных компонентов отработавших газов с использованием химических реакций окисления и (или) восстановления. С этой целью в выпускную систему двигателя устанавливают специальный термический реактор (нейтрализатор).
Устройство и принцип действия каталитических нейтрализаторов
На современных автомобилях для снижения выбросов вредных веществ устанавливаются трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы. Трехкомпонентными их называют потому, что они нейтрализуют три вредных составляющих выхлопных газов: СО, СН и NO. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор представляет собой корпус из нержавеющей стали, включенный в систему выпуска до глушителя.
В корпусе располагается блок носителя с многочисленными продольными порами, покрытыми тончайшим слоем вещества катализатора, которое само не вступает в химические реакции, но одним своим присутствием ускоряет их течение. В качестве катализатора используется платина и палладий, которые способствуют окислению СО и СН, а родий ”борется” с NOx. В результате реакций в нейтрализаторе токсичные соединения CO, CH и NOx окисляются или восстанавливаются до углекислого газа
СО 2 , азота N 2 и воды Н 2 О.
Как правило, носителем в нейтрализаторе служит спецкерамика -монолит со множеством продольных сот-ячеек, на которые нанесена специальная шероховатая подложка. Это позволяет максимально увеличить эффективную площадь контакта каталитического покрытия с выхлопными газами — до величин около 20 тыс.кв.м. Причем вес благородных металлов, нанесенных на подложку на этой огромной площади, составляет всего 2-3 грамма.
Керамика сделана достаточно огнеупорной – выдерживает температуру до 800-850°С. Но все равно при неисправности системы питания и длительной работе на переобогащенной рабочей смеси монолит может не выдержать и оплавиться — и тогда каталитический нейтрализатор выйдет из строя. Впрочем, все шире в качестве носителей каталитического слоя используются тончайшие металлические соты. Это позволяет увеличить площадь рабочей поверхности, получить меньшее противодавление, ускорить разогрев каталитического нейтрализатора до рабочей температуры и, главное, расширить температурный диапазон до 1000-1050°С.
На первый взгляд может показаться, что установка катализатора решает все экологические проблемы. Однако, 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.
Проблему частично решили, приблизив нейтрализатор к выпускному коллектору (такое сочетание часто называют катколлектором). Кроме этого, коллектор изготавливают из тонкостенных стальных труб вместо массивных чугунных и дополнительно утепляют,
уменьшив тем самым тепловые потери. Другой способ быстро прогреть нейтрализатор – подать в отработавшие газы дополнительную порцию воздуха и одновременно обогатить смесь. Топливо догорает уже на выпуске, температура выхлопных газов растет, и нейтрализатор быстрее выходит на рабочий режим. Иногда нейтрализатор разогревают электрическим термоэлементом, однако это влечет дополнительные энергозатраты.
Обратная связь
Трехкомпонентный нейтрализатор наиболее эффективен при определенном составе отработавших газов. Это значит, что нужно очень точно выдерживать состав горючей смеси возле так называемого стехиометрического отношения воздух/ топливо,
значение которого лежит в узких пределах 14,5- 14,7. Если горючая смесь будет богаче, то упадет эффективность нейтрализации СО и СН, если беднее- NOx. Поддерживать стехиометрический состав горючей смеси можно было только одним способом- управлять смесеобразованием, немедленно получая информацию о процессе сгорания, то есть, организовав обратную связь.
Для этого в выпускной коллектор поместили специально разработанный кислородный датчик- так называемый лямбда-зонд. Он вступает с раскаленными выхлопными газами в электрохимическую реакцию и выдает сигнал, уровень которого зависит от количества кислорода в выхлопе. Если кислорода осталось много- значит, смесь слишком бедная, если мало- богатая. А по результатам мгновенного анализа, которым занимается электроника, можно быстро корректировать состав смеси в ту или иную сторону.
Напряжение на выходе кислородного датчика принимает два уровня. Если смесь бедная, то низковольтный сигнал дает команду на обогащение топливной смеси, и наоборот. На современных нейтрализаторах устанавливается два кислородных датчика. Первый определяет качество смеси- богатая или бедная. Другой, установленный за нейтрализатором, отслеживает эффективность нейтрализации.
Дальнейшим развитием систем коррекции являются адаптивные системы с возможностью «самообучения» в процессе эксплуатации. Суть работы таких систем заключается в том, что по мере изменения характеристик различных систем и компонентов двигателя в процессе эксплуатации (например, загрязнение форсунок, уменьшение компрессии, подсос воздуха) в специальной области памяти блока управления накапливаются «поправочные коэффициенты», используемые процессором при расчете длительности времени впрыска на различных установившихся режимах. Это позволяет поддерживать стехиометрический состав смеси даже при значительных отклонениях в состоянии системы.
Сравнительно небольшое содержание вредных компонентов в отработавших газах дизелей не требовало в прошлом установки специальных устройств. Однако ужесточение норм токсичности (Евро-3 и Евро-4) коснулось и их. Основные претензии к дизелям экологи предъявляют из-за содержания частиц сажи и окиси азота (NOx) в выхлопе. Поэтому и на дизелях появились системы снижения токсичности выхлопа, включающие рециркуляцию отработавших газов, каталитический нейтрализатор и специальный сажевый фильтр.
Система рециркуляции выхлопных газов (ЕGR) применяется на бензиновых, дизельных и газовых двигателях. Предназначена для снижения токсичности отработавших газов (главным образом содержания оксидов азота NOx) в режимах прогрева и резкого ускорения двигателя, который на данных режимах работает на обогащённой топливной смеси. Часть отработавших газов попадает в обратно в цилиндры, что вызывает снижение максимальной температуры горения и, как следствие, уменьшение выбросов оксидов азота, образующихся при высоких температурах и являющихся одними из самых токсичных веществ. Система EGR не используется на холостых оборотах (прогретый двигатель), на холодном двигателе и при полностью открытой заслонке. Работа системы вызывает снижение эффективной мощности двигателя.
Сажевые фильтры изготавливают в виде пористого фильтрующего материала из карбида кремния. В конструкциях прошлых лет фильтры периодически очищали от накопившейся сажи отработавшими газами, температуру которых для этого повышали путем обогащения смеси. Очистка фильтра происходила по команде блока управления после каждых 400-500 км пробега автомобиля.
Однако в этом случае резко увеличиваются выбросы других вредных веществ. Поэтому современный сажевый фильтр чаще всего работает в паре с окислительным нейтрализатором, который восстанавливает NОx до NO 2 и одновременно дожигает сажу, причем при более низких температурах – около 250°С.
В фильтрах нового поколения общий принцип остался прежним: задержать и уничтожить. Но как добиться нужной для сгорания частиц сажи температуры? Во-первых, фильтр разместили сразу за выпускным коллектором. Во-вторых, через каждые 300-500 км пробега контроллер включает режим многофазного впрыска, увеличивая количество поступающего в цилиндр топлива.
И, наконец, главное: поверхность фильтрующего элемента покрыта тонким слоем катализатора, который дополнительно повышает температуру выхлопных газов до необходимых 560-600°С. Фильтрующий элемент состоит, как правило, из керамической (карбид кремния) микропористой губки. Толщина стенок между ее каналами не превышает 0,4 мм, так что фильтрующая поверхность очень
большая. Иногда эту «губку» делают из сверхтонкого стального волокна, также покрытого катализатором.
Набивка настолько плотная, что задерживает до 80% частиц размером 20-100 нм. Новые фильтры стали активно участвовать в управлении работой двигателя. Ведь режим обогащения включается по сигналу от датчиков давления, установленных на входе и выходе фильтра. Когда разность показаний становится значительной, компьютер воспринимает это как признак закупоренности «губки» сажей. А выжигание контролируют с помощью датчика температуры.
Яркий пример современного механизма очистки выхлопа дизелей – электронная система управления дизельным двигателем EDС (electronic diesel control), разработанная компанией Bosch. Ее конструкция включает в себя многокомпонентную систему выпуска отработавших газов, в которой предусмотрено семь датчиков – два лямбда-зонда, два температурных, два давления и один уровня сажи в выхлопе, а также три очистительных элемента – каталитический нейтрализатор, катализатор-накопитель и сажевый фильтр накопительного типа.
Датчики в системе выхлопа позволили оптимизировать процессы смесеобразования и сгорания. Кстати, для этого под контроль «мозгу» EDС передали и многие системы двигателя – топливо- и воздухоподачи, рециркуляции отработавших газов, электронную дроссельную заслонку и турбонаддув. С помощью датчиков давления на входе и выходе из сажевого фильтра EDС контролирует степень его загрязнения. Эффективность работы катализаторов оценивается по показаниям двух лямбда-зондов
(на входе и выходе). Корректировка работы систем двигателя осуществляется на основании показаний лямбда-зондов, датчиков температуры и уровня сажи на выходе. Каталитический нейтрализатор «перерабатывает» токсичные составляющие выхлопа – NO, NO 2 , CO, CН – в нетоксичные и малотоксичные соединения – H 2 O, N 2 , CO 2 ,
а катализатор-накопитель выполняет функции дополнительной очистки от окиси азота (NO 2) и предварительной – от частиц сажи.
Основные правила эксплуатации автомобиля с каталитическим нейтрализатором
Для обеспечения эффективной работы нейтрализатора необходимо использовать только качественное не этилированное топливо, так как содержащийся в бензине тетраэтилсвинец необратимо “отравляет” каталитическую поверхность.
Во время и после работы двигателя корпус нейтрализатора имеет достаточно высокую температуру. В связи с этим, во избежание пожара, не следует парковать автомобиль над легко воспламеняющимися предметами, например сухими листьями, травой, бумагой и т.д.
Следует соблюдать основные правила, приведенные в инструкции по эксплуатации автомобилей. Они направлены на предупреждение ситуации, когда в нейтрализатор может попасть значительное количество не сгоревшего топлива. В этом случае возможная вспышка может привести к его разрушению.
- не следует бесполезно крутить двигатель стартером длительное время;
- в холодное время года, если двигатель не запустился с первой попытки, необходимо избегать повторных включений стартера через короткие промежутки времени;
- нельзя пускать двигатель путем буксировки;
- запрещается проверять работу цилиндров, отключая свечи зажигания.
Британское издание Next Green Car составило . Большинство автомобилей из этой десятки обладают достойными характеристиками и ценой, которая позволяет конкурировать с традиционными авто, оснащенными двигателем внутреннего сгорания.
Борьба за снижение вредных выбросов CO2 в атмосферу ведется уже давно, причем огромные усилия в этом направлении предпринимают именно в автомпроме.
За последние пару лет произошел настоящий прорыв в производстве гибридных авто и электромобилей. И пусть многие из них пока не ушли в серийное производство, заявленный уровень CO2 впечатляет.
10. BMW 5 Series ActiveHybrid (уровень CO2 – 149 г/км)
Этот «спортивный гибрид» позволяет наслаждаться агрессивной ездой, но при этом вредные выбросы будут на 16% меньше, чем у бензинового собрата BMW 535i. Главным двигателем служит шестицилиндровый TwinPower Turbo с двойным наддувом, которому помогает электрический мотор. Минимальная стоимость ActiveHybrid 5 составляет 57 тысяч Евро, что не намного выше, чем у бензинового авто.
9. Citroen DS5 HYbrid4 (уровень CO2 – 99 г/км)
Гибридный автомобиль работает от дизельного двухлитрового HDi с фильтром FAP и электромотора мощностью 27 кВт. Разработчики авто постарались придать салону довольно футуристический вид. Цена DS5 HYbrid4 для Европы явно высоковата — 43 750 Евро.
8. Peugeot 3008 HYbrid4 (уровень CO2 – 99 г/км)
Дизель-электрический автомобиль работает на той же паре двигателей, что и гибрид от Citroen. Заявленный расход топлива – 3,8 литров на 100 км. Цена колеблется около 30 тысяч Евро.
7. Volkswagen Up! 1.0 BlueMotion (уровень CO2 – 97 г/км).
Новый автомобиль от Volkswagen стоит всего 11,5 тысяч Евро. Расход топлива составляет 3,2 литра на 100 км. Экономия топлива в сравнении с бензиновыми моделями составляет около 10 %.
6. Kia Rio 1.1 CRDi EcoDynamics (уровень CO2 – 85 г/км)
Корейский хэтчбэк расходует 2,6 литра топлива на 100 км пути – один из лучших показателей. Под капотом у этой экологичной машины стоит двигатель объемом 1,1 литра. Продажи компакта начались в 2012 году по цене от 12,5 тысяч Евро.
5. Toyota Prius Plug-in Hybrid (уровень CO2 – 49 г/км)
Машина работает на уже проверенной в серийном производстве системе Hybrid Synergy Drive . Под капотом у авто 1.8-литровый бензиновый двигатель DOHC VVT-i с 16 клапанами и два электромотора — 60 и 42 кВт. Литий-ионного аккумулятора хватает на 22 км движения без выхлопа. Цена авто – около 34 тысяч Евро.
4. Volvo V60 Plug-in Hybrid (уровень CO2 – 49 г/км)
Экологичный и мощный автомобиль работает на внушительной базе: 215-сильный турбодизель в паре с электромотором 50 кВт. Без выхлопа машина может проехать 50 километров. Volvo разгоняется до «сотни» за 7 секунд и стоит около 57 тысяч Евро. Старт продаж V60 Plug-in Hybrid запланирован на осень 2012 года.
3. Vauxhall Ampera (уровень CO2 – 27 г/км)
Автомобиль, по сути, представляет собой копию Opel Ampera и Chevy Volt. Мощность силовой установки составляет 110 кВт. В автономном режиме машина может проехать около 60 км, а в паре с ДВС-генератором – все 500. Стоимость авто – около 35 тысяч Евро.
2. Renault Fluence ZE (уровень CO2 – 0 г/км)
Машины с электромотором – абсолютные лидеры рейтинга экологичных автомобилей. В 2012 году Renault выпускает на рынок целых 4 электромобиля, и Fluence ZE – один из них. Мощность электродвигателя — 70 кВт. Аккумулятор позволяет проехать без подзарядки 160 км при скорости максимум 135 км/час. На полную зарядку автомобилю потребуется 6-8 часов, но 80% заряда восстановится в первые 40 минут. Продажи в Европе начались летом 2012 года.
1. Smart Fortwo ED (уровень CO2 – 0 г/км)
оснащен мотором мощностью 50 кВт. Максимальная скорость микрокара – 130 км/час. Заряда хватает на 136 километров пути. Стандартное время подзарядки от домашней сети – 6-8 часов. Цена базовой комплектации – около 20 тысяч Евро. Аккумуляторы можно арендовать по цене около 70 Евро в месяц. Продажи Fortwo ED стартовали летом 2012 года в двух версиях – кабриолет и купе.
Концепты MDI.
Да и топливо для них гораздо дороже стоит, чем тот же 98-й бензин. Что же касается топлива, изготовленного на основе растительных масел и спирта,- хлеб у меня в городе подорожал на 25%, а мясо я вообще в последнее время не ем, результат как говориться "налицо" т.е. на живот...
А давайте, на минуточку отойдём от горючего топлива, и посмотрим на принцип работы обычного двигателя внутреннего сгорания(ДВС):
Горючее топливо попадает в камеру сгорания двигателя, там смешивается с воздухом, поджигается(или сдавливается), и образующийся в результате сгорания топлива газ, давит на поршни - и пошла реакция, как химики говорят.
Tata Air Car. CityCAT Family Car.
А теперь давайте заполним топливный бак автомобиля обычным воздухом. Только у бака увеличим толщину стен, и немного видоизменим его форму. Накачаем туда воздух под давлением и попробуем запустить двигатель... и о странно: двигатель начинает работать... сжатый воздух устремляется по металлическим трубкам в камеру сгорания(резиновым шлангам пришлось сказать "адью"!),- давит на поршни - и... пошла реакция. Скорость машины весом в 900 килограмм достигает 25-30км/час. Машина проезжает около 100 метров. и останавливается... В "бензобаке" кончился воздух!
Tata Air Car. CityCAT Taxi.
Это не проблема!
Ставим воздушный бак побольше, и выхлопную трубу вставляем в воздушный бак. Воздух выходящий из двигателя,- снова попадает в воздушный бак - правда давление в баке уже понизилось...
.jpg)
Tata Air Car. CityCAT Van.
Но и это не проблема!
Мы решили эту проблему так,- поставили вместо одного 4-х цилиндровых двигателя, два 2-х цилиндровых, и значительно облегчили машину, сделав её двухместной: вес 600 кг.
.jpg)
Tata Air Car. CityCAT Pick-Up.
Теперь один двигатель передаёт тягу А другой просто крутит генератор. Проблем это нам прибавило, но зато у нас теперь есть два генератора вместо одного. Правда второй помощнее первого. А зачем?
А затем что, один генератор даёт ток для обслуживания электрики авто. А другой генератор даёт энергию для работы воздушного насоса. Который снова загоняет прошедший через двигатель воздух, в воздушный бак, под тем же давлением что и вначале. Теперь машина стабильно движется со скоростью 50км/час.
Теперь чтобы увеличить скорость авто, надо закачать в воздушный бак воздух под ещё большим давлением. Я к сожалению не могу с точностью определить давление в воздушном баке(у меня нет соответствующего прибора), но не менее 10-ти атмосфер. Воздушный бак - это обычная система для заправки метаном. (Мы её зовём "акваланг для авто").
Как доставить поломанный автомобиль до СТО? Необходимо наличие двух машин и наличие фаркопа. Для его установки , на сайте http://фаркоп.рф. Здесь предсталвен огромный каталог фаркопов на разные модели автомобилей.
