Материал: Экологический анализ транспортных потоков г. Рудного

Рисунок 17 - Устройство ГБО 6-го поколения

ГБО 6-го поколения, в отличие от ГБО 1-5 поколений имеет ряд преимуществ. К ним относится подача газа в жидком состоянии, обеспечивающая более точную дозировку газа. Точная дозировка газа обеспечивает экономичный расход топлива. Вторым преимуществом оборудования является возможность сделать автомобиль монотопливным. Больше не требуется прогрев мотора, как это было в ГБО 1-4 поколения. Главными недостатками оборудования является его высокая цена и возможность испарения жидкого газа в летний период. Переход на автомобилей на газ в государстве осуществить вполне возможно. Пока в Казахстане доля автомобилей на газовом топливе составляет менее 2%, но страна обладает большими запасами природного газа, использующегося в качестве топлива. В стране слабо развита инфраструктура газовых заправок и станций обслуживания автомобилей с ГБО.

Известно, что расход топлива автомобильным транспортом зависит от степени использования транспортом. Данная зависимость особенно ощутима при эксплуатации грузовых автомобилей. Снизить расход топлива можно путем сокращения порожнего пробега и более полного использования грузоподъемности автомобиля. Повышение на 10% коэффициента использования пробега позволяет экономить 6,5—7% топлива, а повышение коэффициента использования грузоподъемности — на 7—8%.

Снизить расход топлива позволяет конструкция автомобиля. Расход топлива зависит от массы автомобиля, что особенно сказывается на режимах разгона и замедления, которые в условиях городского движения составляют 30—40% времени, затрачиваемого на поездку. Снижение массы автомобиля на 1к может сэкономить владельцу 7-8 кг бензина за срок службы. Массу автомобиля можно снизить путем усовершенствования конструкции кузова и агрегатов и применения легких материалов.

Применение спойлеров и обшивок бортов способствует улучшения аэродинамики автомобиля и позволяет сэкономить топливо. Снизить сопротивление воздуха можно путем уменьшения площади поперечного сечения автомобиля, а также применив обтекаемы формы с закруглением углов на кузове. У автопоездов с полуприцепами возможно снижение сопротивления воздуха с помощью специальных обтекателей и экранов и использования вертикальных и горизонтальных панелей, снижающих степень завихрения обтекающего воздуха. Снижение сопротивления воздуха на 10% дает 4—5% экономии топлива.

Большие механические потери в агрегатах автомобилей происходят из-за неидеальной обработки и сборки деталей, использования масел с повышенной вязкостью, а также затраты мощности на привод вспомогательных агрегатов двигателя. В автобусе ЛиАЗ-677 расходуется 17% мощности двигателя на привод вентилятора, компрессора, генератора и насоса гидроусилителя руля. Можно сэкономить от 3 до 5% мощности, применив автоматическое отключение вентилятора. Правильный выбор типа и передаточных чисел трансмиссии оказывает положительный эффект. В режиме периодического разгона образуется больше вредных веществ, чем на энергетически эквивалентном режиме. Автомобиль может образовывать меньше выхлопных газов, если применить автоматическую гидромеханическую передачу, благодаря которой двигатель автомобиля может работать в одном диапазоне частоты вращения и нагрузок.

Выхлопные газы автомобиля могут очищаться с помощью специальных устройств-нейтрализаторов выхлопных газов. На сегодняшний день существуют пламенные, каталитические, термические, жидкостные и другие виды нейтрализаторов. Наиболее популярными и используемыми являются каталитические нейтрализаторы.

Каталитический нейтрализатор устанавливается в выхлопной системе автомобиля. Устройство можно установить как на дизельных, так и на бензиновых двигателях.

Основными элементами устройства являются блок-носитель, корпус устройства и теплоизоляция. Главным элементом является блок-носитель с большим количеством сот, которые позволяют повысить площадь соприкосновения рабочих частей нейтрализатора с выхлопными газами. Поверхность ячеек покрывается специальным слоем каталитического вещества. Блок-носитель размещается в металлическом корпусе, предохраняющем нейтрализатор от механических воздействий. Между блоком и корпусом прокладывается слой теплоизоляции, которая нужна для окисления вредных веществ и для исключения передачи тепла на корпус. Также для повышения температуры катализатора, его размещают прямо за выпускным коллектором, имеющим высокую температуру и скорость нагрева. Внутри блока имеется датчик кислорода, сообщающий водителю о замене катализатора при выходе его из строя. Датчик посылает сигнал на блок управления двигателем, когда керамические соты забиваются. Устройство каталитического нейтрализатора представлено в соответствии с рисунком 18.

Рисунок 18 Устройство каталитического нейтрализатора

В качестве нейтрализатора может выступать платина, родий или палладий. Выхлопные газы автомобиля контактируют с каталитическим слоем и окисляются. На выходе происходит окисление всех углеводородов и превращение в пары чистой воды. Оксид углерода преобразуется в углекислый газ, а оксид азота преобразуется в безопасный азот. Применение трех металлов обеспечивает полное окисление трех разных веществ.

Новым видом экологичного транспорта является электромобиль. Отличительная особенность электромобиля заключается в том, что транспортное средство приводится в движение электродвигателем, а не двигателем внутреннего сгорания.  Заряжается транспорт может от аккумуляторов и от домашней сети. Переход на электромобили в период 2015–2020 гг. объявили правительства многих стран, которые одобрили проекты на развитие электротранспорта в больших городах, сильно страдающих от загрязнения воздуха. Так, в Китае, для снижения выхлопных газов, планируется ввести в движение 64 тысячи электромобилей-такси, а к 2030 году полностью перейти на электромобили. Помимо высокой экологичности, преимущество электромобилей заключается в многократном снижении взрывоопасности. Энергия, используемая электромобилями, намного дешевле бензина. Аккумуляторы таких транспортных средств могут заряжаться во время движения со склона и от солнечного света. Помимо этого, они надежны и длительны в эксплуатации и имеют низкий уровень шума. В Казахстане на 2017 год зарегистрировано всего 36 электромобилей. Отсутствие у граждан электромобилей связано с их высокой ценой и отсутствием станций для подзарядки. Возможно, в будущем с развитием отрасли, электромобили станут более доступными для населения. Ведь продажи электромобилей в мире постоянно растут, так в 2017 году было продано более 1,2 млн подзаряжаемых автомобилей — на 58% больше, чем в 2016 году.

Гелиомобиль или солнечный автомобиль гелиомобиль не так известен в мире, как электромобиль. Он содержит кузов, на котором закреплены панели солнечных батарей, подвижные относительно друг друга и снабженные отдельными катящимися опорами, контактирующими с дорожным покрытием.

В данном автомобиле имеется электропривод, который заряжается от солнечной энергии. К недостаткам гелиомобиля относится его малый пробег между подзарядками аккумуляторных батарей, отсутствие места для пассажиров и груза, а также вредные условия труда при производстве аккумуляторов и их эксплуатации.

Система зажигания оказывает существенное влияние на процессы сгорания топлива. Известно, что система искрового зажигания рабочей смеси с помощью традиционного распределителя-прерывателя не всегда удовлетворяет современным требованиям, связанным с полнотой сгорания топлива. Этот прибор достаточно «капризен» и в условиях эксплуатации он не всегда надежно осуществляет зажигание смеси, а это сопровождается повышением в выхлопе продуктов неполного сгорания: окиси углерода и несгоревшего топлива. Применение бесконтактного электронного зажигания обеспечивает более мощный разряд на свечах зажигания и отличается большей стабильностью работы. Эта система дополняется микро-ЭВМ, которая автоматически изменяет момент опережения, зажигания смеси в зависимости от нагрузки на двигатель и скорости движения, оптимизирует расход топлива и состав отработавших газов. Улучшить процесс сгорания топлива в цилиндре можно применив форкамерное или факельное зажигание. Сущность форкамерного зажигания состоит в том, что в форкамере богатая смесь поджигается как обычно электрической искрой, а образующийся при этом мощный факел пламени зажигает основную часть более бедной рабочей смеси в цилиндре, что сопровождается улучшением сгорания топлива. Такие двигатели позволяют уменьшить выброс всех токсичных компонентов, включая и окислы азота и при этом экономить до 10% топлива.

  Изменение процессов подачи топлива в цилиндры можно достичь несколькими путями. Первый — это установка двух карбюраторов вместо одного. Чтобы сократить количество вредных веществ при работе двигателя на холостом режиме, нужно отрегулировать карбюратор на обедненную или бедную смесь, но тогда двигатель не будет развивать необходимой мощности при работе с нагрузкой и не обеспечит надлежащей тяги и скорости. Выходом из данной ситуации является установка второго карбюратора, который регулируется на нормальную смесь и питает двигатель на рабочих режимах. Разработаны новые конструкции карбюраторов, которые способны совмещать указанные функции и готовить необходимый состав рабочей смеси на любой режим работы двигателя. Второй путь состоит в изменении клапанного механизма с целью более тонкого распыления и лучшего перемешивания смеси при поступлении ее в цилиндры. В ряде новых конструкций предусматривается регулирование высоты подъема впускных клапанов в зависимости от нагрузки, что улучшает процесс заполнения цилиндров смесью и сгорания ее. Третий путь состоит в отказе от традиционного карбюратора и замене его приборами для непосредственного впрыска топлива во впускной трубопровод или в цилиндры. Эта система обеспечивает наилучшее распыление топлива и перемешивание его с воздухом, а также равномерное распределение смеси по отдельным цилиндрам. При этом способе не наблюдается оседания топлива в виде капель на стенках впускного трубопровода. Система непосредственного впрыска особенно эффективна в сочетании с электронным управлением, которое автоматически дозирует топливо в зависимости от режима работы двигателя. Установлено не только снижение токсичности газов и экономия топлива, но и повышение мощности двигателей на 10—20%.

Система рециркуляции выхлопных газов в двигателях внутреннего сгорания — система снижения вредных выбросов в атмосферу, представляющая собой клапан, соединяющий на некоторых режимах работы задроссельное пространство впускного коллектора с пространством выпускного коллектора. Предназначается для снижения оксидов азота в режиме частичных нагрузок.

В камере сгорания дизельных двигателей образуется атмосфера, богатая кислородом и азотом, которая ведет к образованию оксида азота. Когда некоторая часть выхлопов возвращается в камеру сгорания, количество избыточного воздуха уменьшается, создавая условия, в которых меньше кислородных и азотных молекул, готовых для реакции создания оксида азота. Рециркуляция отработавших газов в дизельных двигателях может быть достигнута несколькими путями.

Первые два пути - моментальное открытие выхлопного клапана во время цикла всасывания или во время цикла выхлопов. Оба этих пути достижимы при помощи простой модификации распределительного вала.  Третий путь достижения рециркуляции отработавших газов – это электронно-контролируемое открытие выхлопного клапана, достигающееся с помощью клапана, работающего от соленоида, в случае открытия которого, масло двигателя гидравлически управляет маленьким поршнем, ослабляющим выхлопной клапан. Эта система в основном применяется на двигателях с высокой производительностью, таких, которые используются в сельскохозяйственных тракторах и землеройном оборудовании.

Охлаждаемая рециркуляция выхлопных газов достигается, когда небольшое количество выхлопных газов пропускается через внешний охладитель и снова вводится с систему сгорания через пластинчатый клапан. Эта система позволяет достигать высокой плотности рассеиваемой мощности и лучшего управления крутящим моментом. Когда в систему сгорания снова вводятся охлажденные выхлопные газы, температура забора воздуха уменьшается, что опять находит отражение в увеличенной плотности рассеиваемой мощности. Недостатки этой системы – возрастающие требования к охлаждению двигателя и, что более важно, переход серы из топлива в коррозийную серную кислоту. Этот метод рециркуляции выхлопных газов используется на грузовых автомобилях, эксплуатируемых на дорогах, в которых уровень серы в топливе меньше. Технологическая схема внешне охлаждаемой рециркуляции выхлопных газов представлена в соответствии с рисунком 19.

Рисунок 19 – Технологическая схема охлаждаемой РВГ

Для защиты атмосферного воздуха от загрязнения выбросами автомобильного транспорта важное значение имеют градостроительные мероприятия. Они направлены на снижение концентраций отработанных газов двигателей внутреннего сгорания в зоне пребывания человека. Мероприятия включают специальные приемы застройки и озеленение автомагистралей, размещение жилой застройки по принципу зонирования: в первом эшелоне застройки - от магистрали - размещаются здания пониженной этажности, затем дома повышенной этажности и в глубине застройки - детские и лечебно-оздоровительные учреждения. Тротуары, жилые, торговые и общественные здания должны изолироваться от проезжей части улиц с напряженным движением многорядными древесно-кустарниковыми посадками - три-четыре ряда и более. Важное значение имеет сооружение транспортных развязок на разных уровнях, магистралей-дублеров, кольцевых дорог, использование подземного пространства для размещения автостоянок и гаражей. Наибольший выброс продуктов неполного сгорания бензина происходит при задержках машин у светофоров, при стоянке с не выключенным мотором в ожидании зеленого света, при трогании с места и форсировании работы мотора, то необходимо устранить препятствия на пути свободного движения потока автомашин. Для этого нужны специальные автомобильные магистрали, не пересекающиеся с другими магистралями на одном уровне и движением машин или пешеходов. Необходимы переходы для пешеходов на всех пунктах скопления машин, а также эстакады или тоннели для разгрузки больших перекрывающихся потоков транспорта. В Москве, например, в районе площади Маяковского после строительства подземного тоннеля для автомобилей содержание оксида углерода в воздухе снизилось в 6-10 раз [86].

3.1 Рекомендации по снижению источников шума

Мероприятия по борьбе с городским шумом можно поделить на строительно-акустические и архитектурно-планировочные.  К строительно-акустическим мерам относятся применение шумозащитных сооружений, устройств и экранов; обустройство улиц полосами зеленых насаждений; применение оконных проемов с звукоизоляцией в жилых зданиях и др. Примером архитектурно-планировочного решения в борьбе с шумом является строительство шумозащищенных жилых домов с повышенными звукоизоляционными свойствами внешних ограждающих конструкций, ориентированных на источники шума и со встроенными системами приточной вентиляции. К архитектурно-планировочным мероприятиям также относятся удаление жилой застройки от источников шума; расположение между источниками шума и жилой застройкой зданий-экранов и применение рациональных с точки зрения защиты от шума композиционных способов группировки жилых зданий.

В борьбе с шумом важно применение административных мер. К административным методам относятся перераспределение движения транспортных потоков улицами города; ограничение движения транспорта в разное время суток по тем или иным направлениям; запрет передвижения на улицах грузового транспорта и т. п.

Уровень шума в городе в значительной степени зависит от технического состояния и характеристик транспорта; принципов организации движения транспорта; конструкции и мощности двигателя автомобиля, а также его грузоподъемности; скорости и интенсивности движения транспортного потока; количества пересечений дорог; состояния и конструкции дорог и т.д. С целью снижения шума ходовой части на автомобилях с двигателями внутреннего сгорания устанавливают глушители впуска воздуха и выпуска газов. Выхлопные газы при выходе продуктов сгорания из цилиндров имеют скорость 500 – 600 м/с, а температуру свыше 1200°С, звуковое давление до 160 дБ на входе в глушитель снижается скорость выхлопных газов до 60 – 100 м/с, температура до 600°С и звуковое давление до 120 дБ.

Широко известными шумопонижающими мероприятиями являются установка шумозащитных экранов вдоль автомагистралей, проведение шумозащитного остекления в жилых домах, ограничение скорости движения автотранспорта в жилых кварталах, ограничение строительных работ и авиаперелетов в ночное время. В ряде стран применяется субсидирование малошумных двигателей автомобилей, эксплуатация менее шумных самолетов, строительство дорог вне жилых кварталов, ведение видеонаблюдения за производством строительных работ, ограничение шума на массовых развлекательных и спортивных мероприятиях и др. В Берлине и других европейских городах в период с 22 часов вечера до 6 часов утра действует ограничение скорости транспорта до 30 км/ч. На многих городских и пригородных магистральных улицах в Германии установлены таблички с ограничениями скорости 60 км/ч. Эта мера объясняется повышенным шумом при скоростном движении автомобилей.

При разработке проектов планировки и застройки городов для защиты от шума можно использовать как природные условия, так и специальные сооружения. В первую очередь с целью защиты от шума при проектировании городов и других населенных пунктов необходимо четко разделить территорию по ее функциональному использованию на зоны: селитебную, промышленную, коммунально-складскую и зону внешнего транспорта.