Тема №32-33: Повышение экологической безопасности автомобиля при проектировании.

1. Основная часть (лекционный материал).

При развитии отечественной автомобильной промышленности неизменным многие годы оставалось одно требование — повышение эффективности при выполнении машинами определенных технологических операций. Однако в последнее время приоритет требований сместился в сторону уменьшения воздействия автотранспортных средств на окружающую среду за счет улучшения их экологических качеств. Основные экологические подходы к проектированию технических систем сводятся к следующему (HCO/TR 14062, 2002):

• • повышение эффективности использования материалов (возможность уменьшить воздействие на окружающую среду за счет минимального использования материалов, использование материалов с низким воздействием на окружающую среду, использование восстановленных материалов, оценка совокупного воздействия на окружающую среду от всех материалов, входящих в конструкцию на стадии проектирования);
• • повышение энергетического КПД (определение затрат энергии на протяжении жизненного цикла; возможность уменьшения использования энергии, использование энергии более низкого воздействия на окружающую среду, использование энергии из восстановленных источников);

• • проектирование с целью повышения чистоты производства и эксплуатации (выбор чистых производственных технологий, исключение опасных материалов, разработка перспективных систем, исключающих решения, основанные на единичных экологических критериях, и др.);
• • проектирование для обеспечения долговечности (обеспечение длительного срока службы; возможности технического обслуживания и ремонта; экологических улучшений, обусловленных новыми технологиями, и др.);
• • проектирование с целью оптимальной функциональности (возможности исполнения множественных функций, унификации, автоматизированного управления и оптимизации; сравнение с экологическими показателями аналоговой продукции и др.);
• • проектирование для повторного использования, восстановления и рециклирования (рассмотрение возможностей для облегчения демонтажа, уменьшения видов применяемых материалов, использование материалов после рециклирования, деталей, узлов и материалов в последующей продукции);
• • исключение потенциально опасных веществ и материалов в продукции.

Экологические требования должны учитываться разработчиками машин как можно более полно уже на стадии проектирования с выполнением соответствующих конструкторско-технологических мероприятий по следующим направлениям:

• • повышение экологичности конструкции машины и ее агрегатов в части приспособленности к утилизации и рекуперации на последней стадии жизненного цикла;
• • повышение экономичности ДВС;
• • снижение массы конструкции;
• • уменьшение сопротивления движению;
• • снижение токсичности отработавших газов (в том числе за счет установки нейтрализаторов);
• • возможность использования экологически более чистых видов топлива;
• • применение комбинированных источников энергии;
• • улучшение акустических показателей;
• • снижение воздействия движителей на почву.

Повышение экологичности конструкции машины и ее агрегатов в части приспособленности к утилизации и рекуперации наиболее эффективно реализуется, если при конструировании применить принцип агрегатирования, который заключается в создании техники из унифицированных агрегатов, узлов, приборов и деталей.

Этот принцип в определенной мере принят при создании современных автотранспортных средств, и при утилизации машины ее изделия — модули должны использоваться в дальнейшем при создании новых объектов. Однако задачи по организации быстрой разборки автомобиля, сортировке и использованию изделий и материалов, совместимых с точки зрения их рециклирования, могут быть решены только при обязательной четкой идентификации, производимой с помощью стандартизированной маркировки изделий. В соответствии с Директивой 2000/53/ЕС разработчики и производители автотранспортных средств совместно с изготовителями материалов и оборудования должны использовать стандарты кодового обозначения узлов и материалов, пригодных для восстановления и утилизации.

Электронные системы управления ДВС регулируют угол опережения зажигания, энергию искры и момент включения электромагнитного клапана экономайзера принудительного холостого хода карбюратора, что имеет место, например, на автомобилях ВАЗ. Управление системой осуществляется по трем параметрам — частоте вращения коленчатого вала, давлению за дроссельной заслонкой и температуре ДВС, для чего в системе имеются соответствующие датчики.

Наддув бензиновых ДВС обеспечивает более рациональную их загрузку на частичных нагрузках, уменьшает газодинамические потери и повышает топливную экономичность вследствие устойчивой работы на переобедненных смесях. Вместе с тем применение наддува здесь вызывает необходимость решения ряда проблем, поскольку повышение давления и температуры газов при сгорании топлива сопровождается увеличением выбросов оксидов азота, а также появлением опасности возникновения детонации и калильного зажигания. При этом в случае установки карбюратора после турбокомпрессора требуется герметизация карбюратора, повышение давления подачи топливным насосом и введение дополнительных устройств для регулирования состава горючей смеси, учитывающих давление и температуру подаваемого воздуха. При установке же карбюратора перед турбокомпрессором следует предотвратить попадание масла в карбюратор из системы смазки подшипников турбокомпрессора и возникновение явлений его неустойчивой работы (помпажа) на режимах глубокого дросселирования, а также возможность обратных «хлопков» во впускной системе. Однако эти трудности разрешимы, о чем свидетельствует опыт европейских, американских и японских фирм, освоивших серийный выпуск автомобилей, оснащенных бензиновым ДВС с турбонаддувом.

Таблица 1. Мероприятия, обеспечивающие выполнение норм токсичности дизельными двигателями

Повышение топливной экономичности ДВС связано с дизе-лизацией автотранспортных средств, поскольку дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20—30 %, а токсичность отработавших газов здесь меньше.

На топливную экономичность и токсичность ДВС влияет также конструкция трансмиссии машины (в частности, выбор ее типа и передаточных чисел), так как она непосредственно связана с ДВС. Так, при разгоне автомобиля ДВС несколько раз переходит от режима холостого хода к режиму полных нагрузок, что неблагоприятно сказывается на работе ДВС. Например, на режимах периодического разгона дизель без наддува выбрасывает СО на 68 %, углеводородов на 50 % и сажи на 100 % больше, чем на энергетически эквивалентном установившемся режиме работы. Если применить здесь автоматическую гидромеханическую передачу, то из-за отсутствия жесткой связи с трансмиссией ДВС будет работать при разгоне в одном диапазоне частоты вращения и нагрузок при минимальных удельных выбросах продуктов сгорания и расходе топлива. С развитием же электроники появились различные варианты многоступенчатых и бесступенчатых коробок передач с автоматическим управлением от бортового микропроцессора, позволяющих выбирать оптимальную передачу (гидродинамическая с блокируемым гидротрансформатором с полным автоматическим переключением и с возможностью перехода на ручное управление; гидродинамическая с неблокируемым гидротрансформатором и двумя диапазонами; полностью автоматическая с плавным изменением передаточных отношений; механическая десятиступенчатая с ручным управлением). Помимо этого, для легковых автомобилей малого и среднего классов перспективным решением считается механическая бесступенчатая коробка передач с металлическим клиновым ремнем и электронным управлением, поскольку при бесступенчатой передаче расходуется топлива на 4—5 % меньше, чем при традиционной пятиступенчатой механической коробке передач, и на 8 % меньше, чем у автомобиля с гидромеханической передачей.

2. Повторение и обобщение материала. Записать в тетрадь.

Повышение экономичности ДВС:

· Холостой ход и принудительный холостой ход

· Система холостого хода «Каскад» с дроссельным распылением топлива.

· Устройство для улучшения горения топлива.

· Использование карбюраторных электронных средств регулирования состава горючей смеси;

· Обеднение топливовоздушной смеси;

· Изменение конструкции впускного трубопровода с подогревом воздуха не входе в карбюратор;

· Обеспечение вихревого движения заряда;

· Ультразвуковое распыление топлива;

· Ионизация топлива;

· Интенсификация искрового разряда;

· Электронные системы управления ДВС;

· Наддув бензиновых ДВС;

· Конструкция трансмиссии автомобиля.

3. Домашнее задание. Повторить конспект.

4. Литература: учебник М.В.Графкина, В.А.Михайлова Экология и автомобиль, Москва Издательский дом «Академия» 2012год