Однією з головних причин утворення смогу є автотранспорт.

Рух автотранспорту спричинює збільшення фотооксидантів в атмосфері. Автомобілі, затори та неякісний бензин – лихо для міст. Більш як 300 млн. автомобілів щодня викидають в повітря 800 тис. тонн окису вуглецю та 1 тис. тонн свинцю.

Дослідження показують, що найменше оксиду вуглецю викидається за швидкості руху 70—75 км/год. Зі зменшенням швидкості від 60 до 30 км/год викид оксиду автомобілем підвищується у 2,2 раза, зі збільшенням її до 80 км/год — у 3,7 раза. Найбільша кількість токсичних речовин виділяється за перемінних режимів роботи двигуна, зокрема під час пуску й зупинки, а також під час роботи в холостому режимі. Тому в містах максимальна концентрація токсичних речовин спостерігається на перехрестях, біля світлофорів, під час заторів.

Значний вплив на забруднення атмосферного повітря чинять літаки. Хоча сумарний викид забруднюючих речовин двигунами літаків порівняно невеликий (для міста, країни), у районі аеропорту ці викиди вносять визначальний вклад у забруднення середовища. До того ж турбореактивні двигуни (так само, як дизельні) при посадці і зльоті викидають добре помітний шлейф диму.[15].

 

1.5. Характеристика впливу викидів автотранспорту на здоров’я людини

 

Результати антропогенного впливу на природу поставили людство на грань екологiчної кризи i самознишення. Поширилися небезлечнi за розмiрами влливу на природу i людину процеси, шо забруднюють акваторiю Свiтового океану, прiсних водоймищ, повiтря, грунт, призводять до спустошення ранiше родючих земель, катастрофiчно знищують лiсовi масиви i т. iн. Несприятливi екологiчнi умови перетворились на постiйний елемент життєдіяльності людства, що мають суттєвий вплив на рiзнi сфери людської дiяльностi: економiку i полiтику, моральний i психiчний стан та здоров’я людини. За даними ВОЗ, понад 80 % усiх захворювань людини пов’язано з тими чи iншими аспектами екологiчного порушення в бiосферi [4].

Зупинимося на основних несприятливих екологiчних процесах, зумовлених антропогенним впливом на природу i його дiєю на здоров’я людини.

Життя людини без використання кисню з атмосфери неможливе.Зменшення вмiсту кисню в повiтрi спричинює кисневий голод, який супроводжується запамороченням, болем в областi потилицi, зниженням гостроти зору, нудотою. Зменшенням вмiсту кисню до 8 % веде до падiння температури тiла, анурiї, зневоднення i смертi.

Іонiзоване повiтря має лiкувальнi властивостi. Природно iонiзоване повiтря є в горах, поблизу водоспадiв, серед буйної зеленi, в зонi морського прибою, поблизу гейзерiв i т. л. Невелика концентрацiя негативних iонiв пiдвищує працездатнiсть, знижує кисневу нестачу, має лiкувальну дiю при рядi захворювань [5].

Дiоксид вуглецю, що є кiнцевим продуктом окислення вуглецю, у концентрацiях 1-2% не впливає негативно на органiзм людини. При збiльшеннi концентрацiї понад 3% призводить до прискорення дихання, головного болю, шуму у вухах, пiдвищення артерiального тиску, серцебиття. Подальше пiдвищення концентрацій призводить до смертi.Важливу роль у життi людини i природи вiдiграє озон (О3), який має сильнi окислювальнi властивостi. Озоновий екран Землi затримуєзгубне для всього живого короткохвильове випромiнювання Сонця.

В останнi роки зменшення озонового шару Землii виникнення «озонових дiрок» пов’язують з дiєю фреонiв, що входять до складу антропогенних аерозолей.

Гранично допустимий вмiст озону в повiтрi 0,000 1 мг/л. У великих концентрацiях вiн викликає подразнення слизових оболонок верхнiх дихальних шляхiв, головний бiль, стомлюванiсть, слабкiсть, пiдвищення потовидiлення, а в концентрацiї 0,02 мг/л може розвинутися пневмонiя. Iснуючi джерела природного забруднення атмосфери прийнято дiлити за походженням на бiогеннi та абiогеннi. До перших вiдносяться гази i твердi частинки, якi потрапляють в атмосферу при розкладi органiчних речовин, а також внаслiдок життєдiяльностi живих органiзмiв. Забруднювачi абiогенного походження — гази i пил, що надходять у повiтря при вулканiчнiй дiяльностi, з гейзерiв i гарячих джерел, внаслiдок пилових бур.

Найбiльшу небезпеку для життя людини й живої природи мають забруднювачi повiтря штучного (техногенного) походження. Внаслiдок дiяльностi людини в атмосферу щорiчно надходять понад 1500 млн. тдiоксиду сiрки, 200 млн т оксиду вуглецю, понад 40 млн т вуглеводiв i 20 млн т оксиду азоту. Цi гази змiшуються з газами атмосфери, частинками пилу, найменшими краплинками рiдини й утворюють аерозолi (тумани i дим), що стали вiзитними картками промислових мiст i селищ [5].

Понад 20 млрд. т дiоксиду вуглецю викидається в атмосферу вiдзгоряння рiзних видiв палива, що спалюються людиною. Його вмiств атмосферi в останнє десятирiччя невпинно збiльшується. Дiоксидвуглецю не тiльки токсично дiє на органiзм людини, а викликає щей глобальне потеплiння в бiосферi, яке зумовлено так званим «парниковим ефектом» i веде до змiни клiмату з непередбаченими наслiдками для всьогo живого.

При спалюваннi палива атмосфера насичу’ться ще одним продуктом неповного згоряння — оксидом вуглецю, гранично допустимi концентрацiї якого в атмосферi не повиннi перевищувати 0,03 мг/л. Ця сполука хiмiчно бiльш активна до гемоглобiну кровi нiж кисень. Вона витiсняє кисень i не дає можливостi нормально функцiонувати дихальним ферментам. В органiзмi людини замiсть оксигемоглобiну утворюєтъся карбоксигемоглобiн.

У повiтрi можугь також знаходитись рiзнi вуглеводи, частина яких має токсичнi й канцерогеннi для органiзму властивостi.

Господарська дiяльнiсть людини суттєво впливає на кругообiг речовин у природi (особливо азоту). При спалюваннi вугiлля, нафти, торфу, деревини та iнших речовин вiдбувається збагаченням бiосфери азотом. Надходячи в атмосферу, оксиди азоту взаемодiють з парами води й утворюють кислотнi сполуки, якi випадають на поверхню землi у виглядi кислотних дощiв, згубних для всього живого. Вплив шкідливих речовин які містяться у вихлопних газах автомобілів на здоров’я людини вказано у таблиці 1.6.

 

Таблиця 1.6- Вплив вихлопних газiв автомобiлiв на здоров’я людини (за Х.Ф. Френчем, 1992 рiк)

Шкідливі речовини Наслідки дії на організм людини
Окис свинцю Шкодить адсорбуванню кисню кров’ю.Послаблює розумові здібності,сповільнює рефлекси,викликає сонливість,може бути причиною втрати свідомості
Свинець Впливає на кровоносну,нервову та сечо-статеву систему,викликає,зниження розумових здібностей у дітей,відкладається у кістках
Окисли азоту Можуть підвищувати сприятливість організму до вірусних захворювань,подразнювати легені,викликати бронхіт і пневмонію

Продовження таблиці 1.6.

Озон Подразнює слизову оболонку органів дихання,викликає кашель,порушує роботу легенів,знижує опір до простудних захворювань; може загострювати хронічні захворювання серця, а також викликати астму, бронхіт
Токсичні викиди(важкі метали) Сприяють виникненню новоутворень,порушенню статевої системи і розвитку дефектів у немовлят

 

З таблиці 1.6. видно що свинець надзвичайно токсичний для здоров’я людини [4].

 

Отже велика кількість забруднення викидається в атмосферу саме автомобільним транспортом. При роботі двигуна в атмосферу потрапляють такі речовини як: оксид вуглецю, діоксин сірки, оксид азоту, аерозолі (тверді частки), озон, свинець, діоксид вуглецю та сірководень, крім них з відпрацьованими газами двигунів в атмосферу надходить до 200 різноманітних речовин.

Усі газові викиди в атмосферу від автотранспорту можна розділити на шість груп за їх небезпекою для людини: 1- динітроген, діоксиген, дигідроген, карбон діоксин, водяна пара; 2- карбон оксид; 3- нітроген оксиди; 4- вуглеводні; 5- альдегіди; 6- сажа, оксиди металів, сполуки свинцю.

Також викиди автотранспорту дуже погано впливають на організм людини. Вони впливають на нервову та кровоносну систему, сповільнюють рефлекси, можуть бути причиною втрати свідомості, можуть підвищити сприятливість організму до вірусних захворювань, викликати бронхіт, астму та пневмонію, сприяють винекненю новоутворень, порушенню статевої системи і розвитку дефектів ук немовлят.

 

2 . МЕТОДОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ДОСЛІДЖЕННЯ СТАНУ ПОВІТРЯ РІЗНИМИ МЕТОДАМИ

 

2.1. Дослідження стану атмосферного повітря за допомогою ліхеноіндикації

 

2.1.1. Характеристика методу ліхеноіндикації

 

Рослинний покрив дослiджуваних територiй пiдпадає пiд вплив промислових забруднень пiдприємств мiста. Найбільш активними забруднювачами є сiрчистий ангiдрид та двоокис азоту. Тому з метою вивчення антропогенного впливу на лiхенофлору проводяться лiхеноiндикацiйнi дослiдження. Обробка лiхенологiчного матерiалу здiйснюється за загальноприйнятою методикою. Ступiнь чутливостi лишайникiв до забруднення визначали за Х.Х.Трассом (1985):

- 1— сильно чутливi;

- 2— слабочутливi;

- 3—стiйкi;

- 4—толерантнi.

Використовується метод розрахунку екологiчних iндексiв. Вiн є найбiльш iнформативним серед лiхеноiндикацiйних методiв, якi вiдображають стан угруповань епiфiтних лишайникiв. Iндекс Чистоти Повiтря (1.Ч.П. — I.А.Р.) де Слувера та Леблана обчислюється за формулою:

І.Ч.П.=Qifi , де (2.1.1)

і=1 10

•Qi — екологiчний iндекс певного виду, або iндекс токсифобності (кiлькiсть видiв, що зростають поряд iз даним видом на всiх дiлянках однакового ступеня забруднення мiсцезростання);

•fi — п’ятибальний комбiнований показник покриття — трапляння.

Чим бiльше Qi, тим вище токсифобнiсть даного виду; чим вищий показник I.Ч.П., тим чистiше повiтря зони. На пiдставi розрахованих iндексiв виду були розрахованi iндекси для кожної з чотирьох зон забруднення. I.Ч.П.n=Qf1/10 — iндекс виду, де

Q=k n, де (2.1.2)

• k— кiлькiсть сусiдiв виду;

• n — число квадратiв з видом у транссектi;

• fi-— проективне покриття по 5-и бальнiй шкалi:

- 1 (1-20%);

- 2 (20 - 40%);

- 3 (400-60%);

- 4 (60 - 80%);

- 5 (80-100%).

І.Ч.П.1 — iндекс виду у зонi сильного забруднення

I.Ч.П.2 — iндекс виду у зон середнього забруднення

I.Ч.П.3 — iндекс виду у зонi слабкого забруднення

I.Ч.П.4 — iндекс виду у незабрудненiй зонi [6].

Лiхеноiндикацiйне картування. Карту певної мiсцевостi дiлять на квадрати (м). Збiр матерiалу проводиться маршрутним методом на пробних дiлянках, розташованих у рiзних районах дослiджуваної територii. У кожному квадратi обстежуються всi види добре освiтлених, окремо зростаючих дерев листяних порiд (по 10 екз. кожного виду) у вуличних насадженнях, парках i скверах, зелених насадженнях поблизу промислових пiдприємств, а також у залiсених масивах околиць мiста. Лишайники описувались на висотi 1,5 — 2,0 м вiд поверхнi грунту, а також при основi дерев (форофiтiв) з родiв тополя, клен, верба, ясен, береза, робінiя (бiла акацiя) та iн. Всього обстежують близько 1000 дерев на кожнi 100 км2 .

Епiфiти трапляються здебiльшого на корi рiзних видiв тополь у виглядi окремих, часто пригнiчених, сланей. Вiдмiчено, що в парках, розташованих поблизу промислових пiдприємств мiста, кiлькiсть лишайникiв эменшуєтьсяпоступово збiльшується в бiльш вiддалених.

У псамофiтних угрупованнях значне проективне покриття утворюють кущистi лишайники з родiв кладонiя, бiатора, неофусцелiя, цетрарiя. Останнi два види є рiдкiсними i занесенi до Червоної книги України (неофусцелiя темнобура, цетрарiя степова).

Згідно розподiлу епiфiтних видiв лишайникв на чотири групи вiдповiдно їх чутливостi до полютантiв:

- До групи видiв, що є найчутливiшими до атмосферного забруднення вiднесенi такi кущистi види як евернiя сливова, рамалiна ясенева, анаптiхiя вiйкова, листуватi види: пармелiя дубова та блюдчата. Усi цi види найчастiше бувають зiбранi на корi тополi, осики.

- До групи сильно- та середньо-чутливих лишайникiв вiднесенi види: гiпогімнiя здута, пармелiя борозентаста, фiсцiя зiрчаста, якi були зiбранi на корi дуба, тополi, осики. На вiдмiну вiд попередньої групи видiв, лишайники другої групи зустрiчаються дещо ширше iзростають у рiзних районах.

- Третю групу складають стiйкi до атмосферних забруднень види (леканора грабова, ксанторiя багатоплiдна). Види цiєї групи зустрiчаються в багатьох районах на корi тополi, ясена, клена, осики, робiнiї.

- Четверту групу складають токситолерантнi накипнi види - iндикатори кислого забруднення середовища — сколiцiоспорум зелений, леканора Хагена та порохниста та обмежена кiлькiсть листуватих лишайникiв фiсцiя луската та зелена, ксанторiя настiнна [10].

На пiдставi зiбраного матерiалу можливо пiдрахувати iндекс чистоти повiтря для обстежених квадратiв i видiлити на картi чотири iзотоксичнi зони:

1. Перша зона — дуже забруднена. Кiлькiсть видiв епiфiтiв на форофiтах вуличних насаджень цiєї зони коливається вiд О до 4. В цiй зонi зустрiчається найменш обмежена кiлькiсть токситолерантних накипних видiв сколiцiоспорум зелений, леканора Хагена та порохниста з проективним покриттям 1-3%, та поодинокi таломи листуватих видiв та обмежена кiлькiсть листуватих лишайникiв фiсцiя луската та зелена, ксанторiя настiнна. Зустрiчаються плями некрозiв, якi складають до 10% проективного покриття.

Можливими є викиди в атмосферу сiрчистого ангiдриду, двоокису азоту окису вуглецю, S02 та iн. полютантiв; викидається бiльш 80 найменувань забруднюючих речовин. Тут виявлено поодинокiiзольованi таломи токситолерантних накипних та листуватих лишайникiв.

2. Друга зона — середньо забруднена. Взагалi, в середньо-забрудненiй зонi, поблизу пiдприємств лишайники створюють незначне проективне покриття, таломи мають пригнiчений вигляд. Зустрiчаються некрози, якi маютьпроективне покриття 5-10%.

3. Третя зона — слабозабруднена. Ця зона розташована у мiсцях доситьпровiтрюваних та вiддалених вiд промислових пiдприємств. Це головним чином парки, сквери та зеленi насадження житлових масивiв. Кiлькiсть епiфiтiв коливасться вiд 6 до 11. Крiм названих вище видiв, тут зустрiчаються також дуже та середньо чутливi листуватi види пармелiя борозенчата, фiсцiя зiрчаста, зелена, луската, гiпогiмнiя здута, евернiя сливова. Загальне проективне покриття видiв з роду фiсцiя можуть складати 5-10%. Зустрiчаються досить великi плями некрозiв.

4. Четверта зона — незабруднена. Це лiсовi насадження, дiлянки заплавнихлiсових масивiв. Кiлькiсть видiв епiфiтiв в цiй зонi набагато бiльша нiж в сусiднiх зонах — вiд 15 до 35 видiв. Ця зона вiдрiзняється високою видовою насиченiстю та значним проективним покриттям (вiд 20% до 80%). Можна зустрiти найбiльш чутливi до забруднення кущистi види: евернiя сливова (покриття 1%-3%), рамалiна ясенева (поодинокi таломи), анаптiхiя вiйкова; листуватi види: пармелiя дубова (поодинокi таломи), пармелiя блюдчата (покрипя до 10%).

Лишайники вивчалися на заповiдних об’єктах, якi репрезентують заплавнi лiси — тополевi, вербові, рiдше дiброви, масиви широколистяних лiсiв (кленово-липово-дубових) в балках, а також територiї iз вiдслоненнями гранодiоритiв та парки[6, 10].

 

2.1.2. Характеристика показників стану повітряного басейну

 

Лишайники — однi з найдавнiших за походженням органiзмів, якi на вiдмiну вiд iнших, мають комплексну будову, тобто складаються iз клiтин водоростей i гриба, якi пов’язанi спiльним обміном речовин i енергiї, особливою зовнiшньою i внутрiшньою структурою, повiльним ростом ( вiд 0, 001 мо 2-3 мм на рiк), довготривалим життєвим циклом (до декiлькох сотен i тисяч рокiв). Лишайники поширенi в рiзних рослинно-клiматичних зонах, невибагливi до умов зростання, i в залежностi вiд субстрата, на якому оселюються, подiляються на екологчнi групи:

- епiфiтнi (на корi дерев),

- епiгейнi (на грунтi),

- епiлiтнi (на камiннях).

Вони витримують тривалу посуху, низькii високi температури, проте є досить чутливим до забруднення повiтря та рекреацiйних змiн, що пов’язано з особливостями їх будови та фiзiологiчно-бiохiмiчними процесами.Останнiм часом лишайники все ширше використовуються як бiоiндикатори змiн навколишнього середовища. Лiхеноiндикацiя є одним iз напрямкiв методу фiтоiндикацiї, який є iнформативним та ефективним для оцiнки стану природних та техногенних зон навколо промислових центрiв. Поряд з цим, в останнє десятилiття питанням охорони лишайникiв як однiєї iз багаточисельних ланок бiорiзноманiття та невiд’ємних компонентiв екосистем придiляється значна увага. Проте, данi про стан эбереження рiзноманiття лишайникiв висвiтленi в лiтературi найповнiше для системи заповiдних територiй загальнодержавного рiвня, насамперед, заповiдникiв та нацiональних паркiв, а на регiональному рiвнi з’ясованi лише частково [54].

Лишайники по вiдношенню до забруднення подiляються на стiйкi, середньо чутливiiчутливi види. Найбiльш токсичними сполуками для них є двоокис сiрки (S02 ), сполуки фтору (особливо НF), оксиди азоту, сiрководень, амiак, оксид вуглецю (СО), пари бензину. Усi вказанi сполуки є в рiзній мiрi токсичними для лишайникiв, вони впливають на процеси фотосинтезу, в деяких випадках, призводять до загибелi лишайникiв. Крiм того, в умовах антропогенного тиску дiя їх посилюється, що з комплексним впливом забруднювачiв на лишайники.

Вперше лiхеноiндикацiйне картування було проведено в Естонiї. Для України подiбнi дослiдження на основi синтетичних показникiв було здiйснено в мiстах Львiв, Iвано-Франковськ, Тернопiль, Луцьк, Рiвне.

 

2.2. Оцінювання стану атмосферного повітря за показником інтенсивності руху автотранспорту

 

Визначення завантаженостi дiлянки вулицi автомобiльним транспортом.

Автотранспорт, чисельнiсть якого на вуляцях мiст i сiл України постiйно зростає, негативно впливає на самопочуття їх мешканцiв, чинячи як пряму, так i опосередковану дію: шум, забруднення повiтря й грунтiв, ущiльнення грунтiв тощо. Викиди автотранспорту, що мiстять вуглеводнi, оксиди нiтрогену, сульфуру, карбону, сажу, надзвичайно небезпечний бензпiрен тощо, зумовлюють появу смогiв та кислотних дощiв, почастiшання респiраторних захворювань населення. Особливо значне забруднення спостерiгається поблизу перехресть вулиць, де автомобiлi змiнюють швидкiсть або мотори працюють на холостому ходу [7, 8].

Викиди шкiдливих речовин у вiдпрацьованих газах автотранспорту регламентуються стандартами; вмiст свинцю i оксидiв сульфуру обмежується стандартами на пальне. Останнiм часом iз метою зненшення негативного впливу автотранспорту на довкiлля i здоров’я людей вживаються заходи, серед яких i заборона на використання домiшок тетраетилплюмбуму (тетраетилсвинцю) в пальному, перехiд на природняй газ.

Визначеняя завантаженостi вулиць автотранспортом. Оцiнку завантаженостi вулиць автотранспортом визначають за iнтенсивнiстю руху:

- низька інтенсивність руху — 2,7 – 3,6 тис. автомобілів за добу;

- середня інтенсивність руху — 8 -17 тис. автомобілів за добу;

- висока інтенсивність руху — 18 -27 тис. автомобілів за добу.

 

Отже оцінювати стан навколишнього середовища можна за допомогою методу ліхеноіндикації та за показником інтенсивності руху автотранспорту.

Ліхеноіндикація – спосіб визначення стану довкілля на досліджуваній території за допомогою лишайників. В останні десятиліття цей метод знаходить широке застосування для оцінки забрудненості повітря, зокрема оксидами сульфуру і нітрогену, галогенами, простими органічними речовинами, пилом різного походження тощо.

Показник інтенсивності руху автомобілів заклечається у кількості автомобілів за добу, які знаходяться на певній проїжджій частині.

 

3. ШЛЯХИ ПОДОЛАННЯ НЕГАТИВНОГО ВПЛИВУ АВТОТРАНСПОРТУ НА ПОВІТРЯНЕ СЕРЕДОВИЩЕ

 

3.1. Зниження забруднення довкілля відпрацьованими газами

 

Автомобiльний транспорт як в містах, так i за їх межами, забруднює, головним чином, атмосферу. Забруднення йде по трьох каналах:

1) відпрацьованими газами, що виходять через вихлопну трубу;

2) картерними газами;

З) вуглеводнями внаслiдок випаровування палива iз бака, карбюратора та трубопроводiв.

У складi вiдпрацьованих газiв автомобiля найбiльшу питому вагу по об’єму мають оксиди вуглецю (0,5—10%), оксиди азоту (до 0,8%), незгорiлi вуглеводнi (0,2—3,0%), альдегiди (до 0,2%) та сажа. В абсолютних величинах на 1000 лiтрiв палива карбюраторний двигун викидає з вихлопними та картерними газами: 200 кг оксидiв вуглецю, 25 кг вуглеводнiв, 20 кг оксидiв азоту, 1 кг сажi та 1 кг сiрчаних сполук.

Для кожного типу двигуна (карбюраторного або дизельного) при рiвних умовах кiлькiсть забруднюючих речовин, що викидаються в атмосферу, пропорцiйна витратi палива. Тому економiя палива одночасно по сутi означає скорочення викидiв токсичних речовин.

Загальна витрата палива автомобiля знаходиться в прямiй залежностi вiд ступеня його використання. Особливо вiдчутна така залежнiсть для парку вантажних автомобiлiв. Скорочення дорожнього пробiгу та бiльш повне використання вантажопiдйомностi кожного автомобiля суттєво знижують витрату палива. Так, пiдвищення на 10% коефiцiєнта використання пробiгу дозволяє зекономити 6,5—7% палива, а пiдвищення на таку ж величину коефiцiєнта використання вантажопiдйомностi на 7—8%. Однак найбiльш суттєвий вплив на скорочення витрати палива має конструкцiя автомобiлiв [12].

Збiг економiчної та екологiчної складових проблеми змусив конструкторiв сучасних автомобiлiв якомога прискiпливiше пiдiйти до вирiшення будь-яких питань, що хоча б найменшою мiрою торкаються витрати палива. Наприклад, маса автомобiля завжди була пiд увагою конструктора, але вона визначалась, головним чином, параметрами мiцностi, надiйностi, довговiчностi. Сьогоднi величина маси визначається й потребами зниження витрати палива. Безпосереднiй вплив маси на витрату пального вiдчувається особливо сильно на режимах розгону та сповiльнення. Основний напрямок тут — замiна сталi та чавуну легкими алюмiнiєвими сплавами, пластмасами, а також використання штампування замiсть лиття. Так, на рядi машин з легких сплавiв вiдлито не тiльки блоки цилiндрiв картери коробок передач, але й виготовлено колеса, капоти, кришки багажникiв, бампери тощо. А у експериментальної моделi автомобiля фiрми “Мерседес-Бенц”, поряд з вказаним, з легких сплавiв виконано також i дверi. Новiтня однолистова ресора масою 2 кг iз карбоволокна замiняє сталеву, що важить 12,7 кг.

У згаданих аспектах важливе значення має i аеродинаміка автомобiля. Якщо ранiше форма кузова легкових автомобiлiв визначалась, перш за все, потребами комфорту та естетики, то тепер вона диктується необхiднiстю зниження опору повiтря при русi, особливо на великих швидкостях, коли значно пiдвищується витрата палива. Вимоги аеродинамiки особливо важливi для вантажних автомобiлiв та автопоїздiв [12].

Вважають, що сумарна витрата енергiї (палива) на подолання опору пiд час руху автомобiля становить приблизно 7% всiєї енергiї, яку витрачає автотранспорт. Задача покращення аеродинамiчного стану рухомого складу полягає, насамперед, у зменшеннi лобового опору повiтря, а також у зниженнi до можливого мiнiмуму турбулентностi повiтряного потоку (завихрення).

Основними шляхами зниження опору повiтря є эменшення площi поперечного перерiзу автомобiля (проекцiї на вертикальну площину). застосування обтiчних форм iз заокругленням кутiв на кузовi, встановлення спецiальних обтiчникiв та екранiв на автопоїздах з напiвпричепами, використання вертикальних i горизонтальних панелей (дефлекторiв), що закривають щілини мiж тягачем i напiвпричепом та знижують ступiнь завихрення повiтря. Роботи, виконанi в багатьох країнах, дозволяють вважати, що зниження опору повiтря на 10% дає 4—5% економiї палива, а в цiлому покращення аеродинамiчного стану може забезпечити эменшення витрати палива до 15%.

Економiчнiсть автомобiлiв пiдвищують i iншими методами. Наприклад, для зниження опору кочення колеса використовують покришки з радiальним розмiщенням корду, встановлюють мiкро-ЕОМ для вибору оптимального режиму роботи двигуна залежно вiд умов, використовують системи вимкнення з роботи ряду цилiндрів двигуна у випадку, коли від нього не потребується великої потужностi тощо.

Першочергове значення для эменшення забруднення атмосфери машинами має технiчний стан автомобiльного й автобусного паркiв. Повнiстю справний автомобiль витрачає менше палива i вже цим сприяє зниженню рiвня забруднення повiтря. Але головна увага має бути направлена на справнiсть паливної апаратури та системи запалювання.

Вивченням i практикою експлуатацiї, наприклад, встановлено, що одна непрацююча свiча в двигунi пiдвищує витрату палива на 10—15%, зниження температури охолоджувальної рiдини до 35—400С на 10— 12%, несправний регулятор випередження запалювання на 6—10%, наявнiсть нагару в камерах згоряння на 7—8%. Несправнiсть однiєї форсунки в дизельному двигунi пiдвищує витрату палива на 22—28% [13].

У бензинових двигунах особливо ретельно повинно проводитись регулювання карбюратора i, загалом, холостого ходу. В умовах вуличного руху двигун автомобiля працює 30% часу на холостому ходi, 30—40% — з постiйним навантаженням, 20—25% — в режимi розгону та 10—15% — в режимi гальмування. При цьому, в середньому, на холостому ходi автомобiль викидає 5—7% оксиду вуглецю до об’єму всього викиду, а в процесi руху з постiйним навантаженням тiльки 1—2,5%. При неправильно вiдрегульованому карбюраторi викид оксиду вуглецю на холостому ходi пiдвищується до 15%, а iнодi i бiльше. Одночасно на цьому режимі збiльшується в 2—2,5 рази викид вуглеводнiв та в 1,5 рази — альдегiдів.

Не меншу роль у справi зниження витрати палива вiдiграють досконалiсть органiзацiї руху по вулично-дорожнiй мережi та мистецтвоводіння автомобiля, яке полягає у тому, щоб по можливостi мати менше зупинок, а отже — холостого ходу, розгону та гальмування. В результатi можна зекономити до 20% палива. Слiд зазначити, що при сповiльненнi (гальмуваннi двигуном) вмiст альдегiдiв у вiдпрацьованих газах пiдвищуеться у 10 разiв. Таким чином, з позицiї зменшення забруднення повiтря необхiдно прагнути вести автомобiль так, щоб вiн бiльшу частину часу рухався з постiйним навантаженням.

Однак об’єктивна складнiсть вирiшення проблеми — збільшення вмiсту у вiдпрацьованих газах оксидiв азоту пiд час роботи двигуна з навантаженням. У цi перiоди об’єм даних сполук зростає у 30—35 разiв у порiвняннi з режимом холостого ходу.

 

3.2. Методи пiдвищення ефективностi роботи автомобiльних двигунів

 

Необхiднiсть захисту довкiлля вiд забруднення вiдпрацьованими газами i вимоги паливної економiчностi поставили перед конструкторами транспортних засобiв проблему пошуку прогресивних рiшень щодо конструкцiї i принципу роботи автомобiльних двигунiв. Одним з подiбних напрямкiв є розробка перспективних двигунiв для майбутнього автомобiльного транспорту [12].

В якостi альтернативи карбюраторному двигуну, з’явились дизель, роторний двигун, газова турбiна, парова поршнева машина, парова турбiна, двигун “зовнiшнього” згорання (Стирлінга), iнерцiйний двигун i деякi iншi.

Дизельний двигун. Вважається, що в боротьбi за зменшення забруднення повiтряного басейну дизельнi двигуни можуть зiграти iстотну роль. Дизель, так само як i карбюраторний двигун, вiдноситься до класу двигунiв внутрiшнього згоряння, але вiдрiзняється вiд нього значно вищими ступенями стиснення, що забезпечує самозаймання палива. Зважаючи на це, вiдпадає потреба в системах електричного запалення; замiсть карбюратора використовуються паливнi форсунки, завдяки яким пiд великим тиском здiйснюється впорскування палива у цилiндри.

Роторний двигун, як i карбюраторний, працює на бензинi, але має принципово іншу конструкцiю основного силового агрегату. У двигунi даного типу вiдсутнi цилiндри i шатунно-кривошипна група. Замiсть поршнiв, що виконують зворотно - поступальний рух, двигун має ротор.

Не вдаючись у деталi конструкцiйних i технiко - економiчних характеристик цього двигуна (менша маса, компактнiсть, висока обертовiсть, велика питома потужнсть, простота виробництва, відсутнiсть вiбрацiй, здатнiсть працювати на паливi з низьким октановим числом тощо), відзначимо, що вiн дає дещо менш токсичний викид у результатi меншого змiсту оксидiв азоту.

Давно запатентований нiмецьким механiком Ванкелем роторний двигун протягом багатьох рокiв допрацьовувався у Нiмеччинi, де у 1964 роцi було розпочато його невелике серiйне виробництво. Японськi промисловцi, якi придбали лiцензiю на двигун Ванкеля, витратили деякий час на його вдосконалення i в серединi 60-х рокiв створили працездатну конструкцiю. В 1967 роцi фiрма “Тойо Когiо” почала серiйний випуск автомобiлiв “Мацуда” з роторним двигуном i до 1980 року випустила мiльйон таких автомобiлв. 3 1970 року автомобiлi з роторними двигунами почали випускатися фiрмою “Сiтроєн” у Францiї. Концерн “Дженерал моторс”, який перекупив лiцензiю у Японiї, також проводив роботи над удосконаленням двигуна Ванкеля, проте дещо пiзнiше американцi вiдмовилися вiд продовження робiт.

У зв’язку з енергетичною кризою, виробництво автомобiлiв з роторними двигунами не одержало великого розвитку, за винятком вищезгадано японської фірми, яка вклала в дослiдження i органiзацiю виробництва цих двигунiв великi капiтали i яка продовжує їх випуск, одночасно вдосконалюючи конструкцію [12].

Подальше поширення роторного двигуна стримує його головний недолiк - менша економiчнiсть в порiвняннi з традицiйним поршневим.

Газотурбiнний двигун. Протягом останнiх рокiв проводяться дослiдження та експериментальне конструювання газотурбiнних двигунiв для автомобiлiв. Газовi турбiни, як вiдомо, широко застосовуються у повiтряному транспортi. Вони характеризуються малою масою, рекордною питомою потужнiстю, компактнiстю, малою кiлькiстю рухомих частин, плавнiстю роботи та iншими якостями.

Багато конструкторiв вважають газову турбiну бiльш перспективною для важких вантажних автомобiлiв i автобусiв, хоча є випадки створення також i легкових автомобiлiв. Так, ще на виставцi 1969 року в Чiкаго фiрма “Шевроле” демонструвала легковий автомобiль “Астра-111” з газотурбiнним двигуном потужнiстю 230 кВт при масi турбiни 70 кг.

У 70-х роках компанiя “Вiльямс” (США) розробила газову турбiну для масового легкового автомобiля потужнiстю 60 кВт. До переваг цього двигуна слiд вiднести вiдсутнiсть вiбрацiї, низький рiвень шуму, мож.ливiсть роботи без системи водяного охолодження i достатньо чистi вiдпрацьованi гази. Тоді ж було опублiковано прогнози, згiдно з якими в США у 1980 роцi намiчався випуск 50 тис. автомобiлiв, обладнаних такими двигунами. Проте цi сподiвання не виправдалися — основна причина цього полягає в меншiй економiчностi газових турбiн у порiвняннi з карбюраторним двигуном, а особливо - з дизелем.

Недостатнiй ККД газової турбiни пов’язаний з вiдносно невисокою температурою робочого процесу. Пiдвищення цiєї температури вимагає застосування дорогих жаромiцних металiв i складних конструкцiй турбiнних лопаток. Великий iнтерес становили випробування в Швецiї експериментального автомобiля з газовою турбiною, в конструкцiї якої використано жаромiцну керамiку, однак на даний час газотурбінний двигун ще залишається складним по конструкцiїi дорогим [12].

Паровий двигун. Вимога збереження в чистотi повiтряного басейну змусила деяких конструкторiв знову повернутися до майже забутоїiдеї створення парового автомобiля, що з’явився у Францiї та рядiiнших країн бiльш нiж 100 рокiв тому. Тихохiднi, але працездатнi паровi “омнiбуси” в Парижiїздили ще у 1873 роцi. Тодi ж було створено i легковi автомобiлi з паровими двигунами. Один екземпляр такого чотиримiсного автомобiля, побудованого французькою фiрмою “Жардне-Серполле”, можна бачити зараз в Нацiональному музеї в Празi. Парова машина, розмiщена пiд пiдлогою автомобiля, дозволяла йому розвивати швидкiсть 65 км/год. Паровi автомобiлiпродовжували випускатися i працювати впродовж довгого часу навiть після створення двигуна внутрiшнього згоряння i були остаточно знятi з виробництва на початку 30-х рокiв.

У США, Японiї, Австралiї та деяких європейських країнах зробленi спроби створення зразків сучасних парових автомобiлiв рiзних категорiй. Їх конструкцiя включає водотрубний парогенератор, двигун — парову машину високого тиску, допомiжну машину низького тиску (для приведення в дiю водяного насоса i вентилятора радiатора) i допомiжне устаткування. Пiсля запуску автомобiль готовий до руху вже через 30—45 с, оскiльки пара готується малими порцiями. На одному з автомобiлiв марки “Понтiак”, переобладнаного на паромобiль, пара має тиск 5,6 МПа (56 кг/см2 ) i температуру 370°С. Чотирицилiндровий автомобiль розвиває швидкiсть до 160 км/год.

У США випущено чотирицилiндровий автобус мали мiсткостi з паросиловою установкою. Вiн розвиває потужнiсть 50 кВт при 1000 об/хв (максимальний режим 2000 об/хв). Максимальна швидксть становить 106 км/год. Витрата палива — 21,3 л на 100 км пробiгу.

У Австралiї побачив свiт паровий вантажний автомобiль вантажопiдйомнiстю 5 т для руху зi швидкiстю 88 км/год. Час на пуск складає 2 хв 15 с. Паливом є гас. Витрата води на 100 км — 13 л.

Там же було сконструйовано експериментальний легковий автомобiльз паросиловою установкою. Парогенератор (котел) вмiщає лише 2,2 л водиi забезпечує пiдготовку пари для руху через 45 с пiсля вмикання. Основнийзапас води мiститься в окремому баку мiсткiстю 22,7 л. Робочий тиск парискладає 1,4—8,5 МПа (14—85 кг/см2). Двоцилiндрова парова машина при 4000 об/хв розвиває потужнiсть 33 кВт. Автомобiль може розвивати швидкiсть до 152 км/год. Витрата палива (гасу або спирту) скяадає 9,5—11,3 л на 100 км пробiгу. Маса силової установки 158 кг.

Паралельно з випуском малогабаритних поршневих автомобiлiв, зроблено спроби використання в якостi двигуна парової турбiни. Створено, зокрема, парову турбiну потужнiстю 60 кВт для легкового автомобiля.

У США проводилося випробування парової турбiни з одним колесом дiаметром 140 мм на автобусi. При тиску пари 63,3 кГ/см2 i температурi 510°С турбiна розвивала потужнiсть 160 кВт при 60 тис. об/хв.

Сам по собi паровий двигун екологiчно абсолютно чистий. Вiн або дає викид водяноїпари, або не дає нiякого. Якщо робочий цикл замкнений, вiдпрацьована пара конденсується i потiм, у виглядi живильної води, знову поступає в котел. Однак атмосфера забруднюється вiдпрацьованими газами пальника котла.

Двигун Стирлiнга. Останнiм часом, при пошуцi перспективних технiчних рiшень, вiдродився iнтерес до двигуна зовнiшнього згоряння, iдею якого запропонував Р.Стирлiнг ще у 1816 роцi. Використавши цю iдею, iнженери голландської фiрми “Фiлiпс” пiсля 20 рокiв працi створили цiлком працездатну конструкцiю такого двигуна.

Повiтрянi двигуни досить широко застосовувалися в ХIХ та на початку ХХ сторiччя в шахтах, на пiднiманнi води, в друкарнях, в якостi суднових машин та у рядi iнших областей. Принцип дії таких двигунiв був простим: дно великого цилiндра з поршнем нагрiвалося пальником, нагрiте повiтря пiднiмало поршень, виконуючи корисну роботу, а пiсля випуску теплого повiтря поршень опускався в початкове положення. Чергова порцiя нагрiтого повiтря знову пiднiмала його.

Сучасний двигун зовнiшнього згоряння є герметично закритим цилiндром, заповненим над поршнем стислим гелiєм або воднем. У процесi згоряння палива газ через стiнку цилiндра нагрiвається i опускає поршень. Вiдпрацьований газ прямує в камеру охолоджування, а поршень повертається в початкове положення. Пiсля цього порцiя холодного газу надходить у камеру розширення (над поршнем) для нагрiвання i робочого ходу.

Двигун зовнiшнього згоряння може працювати на будь-якому паливi i дає мiнiмальне забруднення повiтря оксидами вуглецю i вуглеводнями, оскiльки пальник працює в стабiльному режимi з оптимальним спiввiдношенням палива і повiтря. Вiн є практично безшумним.

Вважають, що при використаннi тепла, наприклад, розплавленого лiтiю, такий двигун може взагалi обходитися без пального, що є важливим i реальним при роботi в межах мiста. Фiрма “Фiлiпс” розробила акумулятори тепла енергоємнiстю до 23 кВт-год. На даний час побудовано досить багато дослiдних зразкiв двигуна Стирлiнга потужнiстю вiд 7 до 265 кВт, призначених для автомобiлiв, автобусiв, суден, а також стацiонарних.

До важких i ще не повнiстю розв’язаних проблем вiдносяться складнiсть конструкцiї i необхiднiсть забезпечення протягом термiну експлуатацiї двигуна повної герметичностi для збереження робочого тiла (гелiю або водню). Проблемою є також висока вартiсть двигуна. Тому двигун Стирлiнга поки що не може конкурувати з двигунами внутрiшнього згоряння.

Iнерцiйний двигун (Маховик) є найдавнiшим типом двигуна. Гончарний круг, вiк якого становить бiльше 5 тисяч рокiв, по сутi є маховиком.

Ідея використання кiнетичної енергiї маховика для руху машини не є новою, проте реалiзацiю вона одержала лише в серединi ХХ столiття,коли у Швейцарiї було випущено 17 мiських автобусiв, що приводилисяв рух саме за допомогою iнерцiйних двигунiв — так званих жиробусiв (гiробусiв). Жиробуси експлуатувалися протягом 16 рокiв.

Основу двигуна на цих машинах становив маховик масою 1,5 т (10% вiд маси жиробуса), який перед початком руху протягом 25 хвилин розкручувався електродвигуном до 3000 об/хв i “запасав” 9 кВт-год енергiї. Пiсля розкручування оборотний електродвигун, сполучений з маховиком, працював вже як динамо-машина i живив тяговi двигуни жиробуса, який внаслiдок цього мiг розвивати швидкiсть до 50 км/год i проходити шлях до наступного заряджання (розкручування) до 5 км. Фактично швидкiсть жиробуса складала 20—25 км/год. На шляху 2,5 км вiн витрачав 60% запасу енергнi i вимагав зарядки. Тому заряднi пристрої розмiщувалися через 1,0—1,2 км, що вiдповiдало i вимогам розмiщення зупинок для пасажирiв. Великою перевагою маховика є його екологiчна чистота, вiдсутнiсть токсичних викидiв i шуму, а також високий ККД.

Найголовнiшим недолiком даного двигуна слiд визнати його малу енергоємнiсть, і , як наслiдок, незначний пробiг мiж заряджаннями. Проте дослiдження i експерименти над ним продовжуються. В США, наприклад, спроектовано супермаховик масою 100 кг, який, згiдно з розрахунками, при 30 000 об/хв може забезпечити пробiг легковому автомобiлю 160 км. Хоча реалiзацiя такого проекту принципово можлива, слiд вирiшити чимало складних науково-технiчних задач i визначити економiчну доцiльнiсть його масового впровадження.

Оригiнальний легковий автомобiль розроблено i випущено наприкiнцi 70-х рокiв в США. Ця машина є шестимiсною з економiчним двигуном потужнiстю 44 кВт. У багажнику змонтовано важкий сталевий маховик дiаметром 950 мм масою 231 кг. Обертаючись на магнiтних пiдшипниках у вакуумi, маховик при 15000 об/хв розвиває потужнiсть 100 кВт. Через електрогенератор ця потужнiсть передається тяговому електродвигуну, а потiм — на ведучi переднi колеса. Початкове розкручування маховика вiдбувається за рахунок зовнiшньої електромережi. Цей автомобiль може працювати в наступних режимах: як звичайний — на двигунi внутрiшнього згоряння при зупиненому маховику, i як електромобiль вiд маховика, що забезпечус запас ходу 36 км при швидкостi 48 км/год; можливий також варiант i сумiсної роботи машини в обох режимах: у межах населених пунктiв водiй може використовувати тiльки енергiю маховика, а за їх межами — економiчний двигун внутрiшнього згоряння, рiзко пiдвищуючи потужнiсть силової установки за рахунок пiдключення енергiї маховика при короткочаснiй необхiдностi прискорити розгiн або пiдняти швидкiсть руху на крутому пiдйомi, при обгонi i в iнших ситуацiях до 151 км/год.

Незважаючи на такий досить строкатий за принципом дiї асортимент альтернативних автомобiльних двигунiв, не слiд забувати, що переважна бiльшiсть свiтового автопарку укомплектована бензиновими двигунами i одним з напрямкiв подальшого підвищення ефективностi їх роботи є пошук шляхiв модернiзацiї. На даний час дослiдницькi i практичнi роботи із удосконалення iснуючих двигунiв проводяться за наступними основними напрямами: полiпшення системи запалення, змiна процесiв подачi палива в цилiндри двигунiв, влаштування додаткових приладiв, що зменшують вміст шкiдливих компонентiв у вiдпрацьованих газах.

Система запалення чинить істотний вплив на процеси згоряння палива.

Безконтактне електронне запалення забезпечує бiльш потужний розряд на свiчах i вiдрiзняеться бiльшою стабльнiстю роботи. Останнiм часом система електронного запалення набуває все бiльшого поширення. На деяких новiтнiх моделях зарубiжних автомобiлiв ця система доповнюється мiкро-ЕОМ, що автоматично змiнює момент випередження запалення сумiшi залежно вiд навантаження на двигун i швидкостi руху, оптимiзує витрату палива i склад вiдпрацьованих газiв.

Для полiпшення процесу згоряння палива у цилiндрах широко застосовується так зване форкамерне, або факельне, запалення. Сутнiсть його полягає в тому, що у малiй форкамерi збагачена сумiш пiдпалюється електричною iскрою, а потужний факел полум’я, що утворюється при цьому, запалює основну частину бiльш бiдної робочої сумiшi в цилiндрi, чим призводить до iнтенсивнiшого згоряння палива. Такi двигуни дозволяють зменшити викид всiх токсичних компонентiв, включаючи оксиди азоту, i досягати при цьому 10% економiї палива.

Змiна процесiв подачi палива в цилiндри досягасться кiлькома способами. Перший з них — це спроба влаштування на двигунi двох карбюраторiв замiсть одного. Вище наголошувалося що при роботi двигуна у режимi холостого ходу вмiст токсичних речовин у викидi збiльшується. Задля зменшення їх кiлькостi при роботi двигуна потрiбно вiдрегулювати карбюратор на збiднену або бiдну сумiш (1 частина бензину приблизно на 20 частин повiтря), але тодi двигун не розвиватиме необхдної потужності при роботi з навантаженням i не забезпечить належної тяги i швидкостi. Вихiд з цього положення дає встановлення другого карбюратора, який регулюється на нормальну сумiш (1 частина палива на 15 частин повiтря) i живить двигун на робочих режимах. Пiзнiше були розробленi новi, складнiшi конструкцiї карбюраторiв, здатних в одному блоці сумiщати вказанi функцiї i готувати необхiдний склад робочої сумiшi на будь-який режим роботи двигуна.

Другий спосiб полягає у змiнi клапанного механiзму з метою бiльш тонкого розпилювання i кращого перемiшування сумiшi пiд час надходження її до цилiндрiв. У рядi нових конструкцiй передбачається регулювання висоти пiдйому клапанiв впуску залежно вiд навантаження, що покращує процес заповнення цилiндрiв сумiшшю i згоряння.

Третiй спосiб — це вiдмова вiд традицiйного карбюратора i замiна його приладами (форсунками) для безпосереднього впорскування палива в трубопровiд впускання або в цилiндри. Ця система , вперше застосована в 1934 р. на спортивних автомобiлях, забезпечує найкраще розпилювання палива i перемiшування його з повітрям, а також рiвномiрний розподiл сумішi по окремих цилiндрах. При цьому способi не спостерiгається осiдання палива у виглядi крапель на стiнках трубопроводу впускання.

Система безпосереднього впорскування особливо ефективна в поєднаннi з електронним керуванням, яке автоматично дозує паливо залежно вiд режиму роботи двигуна. Встановлено не тiльки зниження токсичностi газiв i економiю палива, але пiдвищення потужностi двигунiв на 10—20% [71].

Деякi пристрої впорскування дозволяють утворювати в зонi запалювальної свiчки легко запалювану вiд iскри збагачену сумiш. Таке пошарове сумiшеутворення забезпечує надійну роботу двигуна при результуючiй збiдненiй сумiшi. Вказане пошарове роздiлення одержують рiзними конструкцiйними рiшеннями, але найчастiше застосовується направлене впорскування палива в камеру згоряння. Система знаходить широке застосування на нових автомобiлях.

Методи знешкодження вiдпрацьованих газiв почали розроблятися ще в 30-х роках, але у практичний вжиток нейтралiзатори надiйшли лише 30 рокiв по тому.

Нейтралiзатор — це невеликий прилад, призначений для зниження токсичностi вiдпрацьованих газiв шляхом допалювання продуктів неповного згоряння i розкладання оксидiв азоту на складовi елементи — азот i кисень.

Спочатку вважалося, що такi прилади мають бути дешевими i простими у виготовленнi та експлуатацiї. У Калiфорнiї (США) в 1959 роцi було навiть прийнято штатний закон, що встановлював термiни комплектацiї всiх дiючих автомобiлiв цими приладами. Подiбнi пропозицiї пiзнiше розроблялись i у рядiiнших штатiв США, а також у деяких країнах Європи, проте їх реалiзацiя виявилася непростою й iстотно пiдвищила вартiсть автомобiлiв та експлуатацiйнi витрати.

Розрiзняють два типи нейтралiзаторiв: термiчнi та каталітичнi.

У термореакторi, встановлюваному за випускним трубопроводом, здiйснюється процес допалювання оксиду вуглецю СО i перетворення його на вуглекислий газ СО2 а також спалювання незгорiлих у цилiндрi вуглеводнiв i альдегiдiв. для iнтенсифiкацiїпроцесу допалювання, в камеру термореактора подається додаткове повiтря. Реакцiя окислення проходить при температурi 500—600°С i знижує наявнiсть вуглеводнiв приблизно в 2 рази, а оксидів вуглецю в 2—З рази.

На нових автомобiлях термореактори стали вмонтовувати у випускну систему двигуна з відповiдними змiнами в цiй частинi конструкцій двигуна. Каталiтичнi нейтралiзатори, крiм окислення С i СН, можуть здiйснювати ще i розкладання оксидiв азоту NОх.

Процес окислення С i СН є безполуменевим i протiкає при проходженнi вiдпрацьованих газiв через шар носiя (наприклад, керамiчних гранул) каталiзатора. Найкращим каталiзатором виявилася платина, але цей дорогий i дефiцитний матерiал не може широко застосовуватися. Дослiдженнями встановлено, що платину певним чином можуть замiнити паладiй, радiй, рутенiй, а також оксиди мiдi, хрому, нiкелю, дiоксид марганцю тощо.

Ефективнiсть дiї каталiтичного нейтралiзатора iстотно залежить вiд температури в реакторi. Низькотемпературнi реактори працюють при 100—300°С, а високотемпературнi — при 300—600°С i бiльше. На перших моделях вiд високої температури корпус реактора досить швидко прогоряв i вимагав замiни. Пiзнiше дефект було усунено цiною ускладнення i дорожчання реактора.

Роботи зi створення нових типiв i конструкцiй нейтралiзаторiв продовжуються у багатьох країнах, але вимоги надiйностii довговiчностi привели поки лише до ускладнення подiбних приладiв.

Ще один з варiантiв полягає у зниженнi токсичностi вiдпрацьованих газiв у результатiїх рециркуляцiї, тобто повторного засмоктування в цилiндри (разом з порцiєю нової горючої сумiшi) з метою допалюванняС i СН i зниження кiлькостi оксидiв азоту безпосередньо в цилiндрах двигуна. Однак використання даного процесу веде до деякого погiршення характеристик двигуна, якщо навiть вже не вести мову про ускладнення його конструкцiї.

 

3.3. Альтернативні види палива

 

Водень. Першi дослідження стосовно використання водню як палива для теплових двигунiв були проведенi ще в 20-х роках ХХ столiття. Характеристики водню як моторного палива такi: нижча теплота згоряння - 120 Мдж/кг, що перевищує теплоту згоряння рiдкого палива в 2,7—2,9 разу. Енергiя запалювання водню дуже низька i приблизно в 10 разiв нижча за вуглеводневе паливо. Швидкiсть згоряння водневоповтряної сумiшi висока, особливо збагачено воднем. Межi запалювання сумiшi за коефiцiєнтом надмiру повiтря дуже широкi становлять 0,15—10. За таких широких меж запалювання можливо регулювати потужнiсть двигуна лише зміною складу сумiшi.

Пд час згоряння водневоповiтряної сумiші утворюється водяна пара, тобто виключається можливiсть утворення шкiдливих продуктiв неповного згоряння. Таким чином, водень як паливо для теплових двигунів має низку переваг перед вуглеводневим паливом. Проте є причини, як стримують широке використання водню в теплових двигунах, пов’язанi вони з його добуванням, зберiганням i особливостями роботи двигунiв.

Отримують водень, в основному, при переробцi природного газу і нафти, якi безпосередньо можна використовувати для живлення теплових двигунiв або отримувати з них моторне паливо. Тому проводяться iнтенсивнi пошуки iнших ефективних методiв отримування водню. Найперспективнішим є метод газифiкацiї вугiлля під тиском на парокисневому дуттi. Винчається питання використання надлишкової енергiї електростанцiй у перiоди мiнiмальних завантажень або з альтернативних джерел енергiї для отримування водню електролiзом води.

Вiдомi три способи зберiгання водню: в балонах високого тиску, в крiогенних баках i у звязаному станi у складi металогiдридiв.

Зберiгання водню у стиснутому станi здiйснюється в балонах високого тиску. Проте навiть за тиску 10-40 МПа маса водню становить лише 0,7-1,3% маси балонiв. Запас водню в 10 кг, необхiдний легковому автомобiлю середнього класу для пробiгу 400—500 км, потребує використання балонiв масою 1200 кг. Крім того, зберiгання на борту транспортної машини водню за високого тиску неприпустиме з огляду технiки безпеки, тому що може призвести до вибуху пiд час аварiї [8. 14].

Зберiгання водню в кріогенних баках також небезпечне. Температура зріження водню за нормального тиску становить 20К, тому його охолодження потребує значної витрати енергiї. Маса i габарити кріогенних бакiв також не задовольняють вимоги щодо їх установлення на автомобiлях. За такого способу збергання водень випаровується, внаслiдок чого тиск у середині бака підвищується, i якщо водень не використовується, то, щоб запобiгти надмiрному пiдвищенню тиску, його випускають крiзь перепускний клапан, тобто втрачають, використовують непродуктивно. Тому крiогеннi баки повиннi мати надiйну теплоізоляцiю. Як правило, їх виготовляють iз подвiйними стiнками й iзоляцiєю мiж ними. Але i це не виключає втрат водню, що становить у кращих системах 1 % за добу.

Найперспективнiшим вважається зберiгання водню у зв’язаному станi у складi металогiдратiв. Цей спосiб зберiгання грунтується на властивостi гідридiв деяких металiв за низьких температур поглинати водень, а за високих— виділяти його. Для зарядження металогідридного акумулятора крізь гiдрид пропускають водечь i відводять теплоту. Пд час роботи двигуна гiдрид нагрівається гарячою водою або вiдпрацьованими газами i водень вивiльнюється. Вiдомо багато гiдридiв металiв i їх сплавiв, що мають властивiсть поглинати i вивiльнювати водень. Найбiльш легкими, здатними адсорбувати до 8 % водню за масою є магнiєві гiдриди. Проте водень з цих гiдридiв видiляється за температури, близької до 300 С, i тиску 0,15 МПа. Залiзотитановi гiдриди поглинають водню до 2 % за масою, вивiльнення його вiдбувається за температури 7 С, але вони мають велику масу.

Недоліки, якi пов’язанi з особливостями роботи двигуна, що живиться чистим воднем. Потужнiсть такого двигуна зменшується на 20—З0 % внаслiдок малої густини водню в газоподiбному станi, що спричиняє зменшення наповнення двигуна. Велика швидкiсть згоряння водневоповiтряної сумiшi веде до рiзкого пiдвищення тиску, жорсткої роботи з детонацiйноподiбними явищами. Через те, що водневоповiтряна сумiш легко запалюється, вона в процесi впуску може запалитися вiд нагрiтих деталей камери згоряння i вiдпрацьованих газiв, якi залишилися в цилiндрi, а це може призвести до зворотних спалахiв. Щоб позбутися спалахiв, у впускну систему водневого двигуна подають воду. При додаваннi 4—5 кг води на 1 кг водню зворотнi спалахи зникають.

Застосовують й iнші способи запобігання зворотним спалахам: рециркуляцiю вiдпрацьованих газів, подавання водню безпосередньо до впускного клапана. Повнiстю запобiгти зворотним спалахам можна безпосередньою подачею водню в цилiндр.

При згорянні водневоповiтряної сумiшi не відбувається утворення продуктiв неповного згоряння, властивих згорянню вуглеводневих палив, хоча у вiдпрацьованих газах у незначнiй кiлькості мiстяться СО якi утворилися в результатi згоряння оливи, що потрапила в камеру згоряння.

Основна шкідлива речовина, що мiститься у вдпрацьованих газах водневого двигуна, — оксиди азоту. Найбiльше їх утворюється при згоряннi дещо збiднечої воднево повітряної сумiшi ( 1,2). Із збагаченням чи збiдненням сумiшi вмiст NОx рiзко зменшується. При = 1,8 вони практично відсутні. Через те, що водневий двигун стало лрацює при досить збiднених сумішах, зменшити викиди оксидiв азоту можна регулюванням складу сумiшi. Проте енергетичнi показкики двигуна у цьому разі знизяться. Зменшити викид NОx можна також рециркуляцiєю відпрацьованих газів, подаванням води у впускну систему та зменшенням кута випередження запалювання [12].

Спецiалiсти вважають, що в найближчому майбутньому, через названі недолiки, двигуни, що працюють на водні, широкого застосування не набудуть.

Ацетилен. В останні роки за кордоном вивчається можливiсть використання ацетилену (С2 Н2 ) як моторного палива. Ацетилен має високi енергетичнi показники, i його можна виробляти з нафтової сировини.

Проводились поодинокi експериментальнi дослідження роботи поршневих ДВЗ на ацетиленi, які, окрiм того, виконанi переважно на одноциліндрових установках СFR.

Токсичні показники двигуна, який живиться ацетиленом, покращуються переважно завдяки зниженню вмiсту у ВГ оксиду вуглецю i сумарних вуглеводнiв. Так, в режимах максимальної потужностi викиди СО зменшилися в 2—2,5 рази, порiвняно з мiнiмальними значеннями викидiв цих компонентів у ВГ бензинового двигуна. Разом з тим, внаслідок високої температури згоряння ацетилену, вмiст оксидiв азоту у ВГ перебуває на рівнi найбiльших викидiв NОx бензинових двигунiв. За однакового складу паливних сумiшей ( = 1,43) перехiд з бензину на ацетилен пiдвищу вмiст майже втричi. Проте з подальшим збiдненням ацетиленоповiтряно сумiшi викиди оксидiа азоту швидко эменшуються таким чином, що при = 2,2 вони практично вiдсутні.

Основним недолiком ацетилену i ацетиленоповiтряної сумшi є їх висока вибухонебезпечність. Це єдиний газ, що використовується у промисловостi, горiння вибух якого можливе без присутностi окислювача. Щоб користування було безпечним, найпоширенiшим став спосiб зберiгання та транспортування ацетилену, розчиненого в ацетонi в сталевих балонах, якi заповненi активованим деревним вугіллям або iншими поруватими масами пiд тиском до 2,4 МПа.

Азотовмiснi палива. Азотоводневе паливо складається з водню й азоту. Основними видами азотоводневого палива є гiдрозин (N2 H2 ) й амiак (NH3 ).

Аміак (NH3 ) характеризується простотою виробництва, вiдносно низькою вартiстю i, як паливо, задовольнили термодинамiчними показниками. Характерними властивостями аміаку є низький стехiометричний коефiцієнт — теоретично необхiдна кiльксть повiтря (6,15 кг/кг), висока температура займання амiачноповiтряних сумiшей (650 С) та їх повільне, мляве згоряння. Його цетанове число близьке до нуля, в той же час вiк має високу антидетонаційну стійкість (ОЧ визначає дослiдницьким методом — 110 од.).

Внаслiдок незадовiльних моторних якостей амiаку для роботи двигуна необхiдко суттєво пiдвищити енергетичний рiвень запалювання використанням високотемпературних свiчок з широким іскровим проміжком потужною котушкою запалювання. Iнтенсифiкувати займання згоряння амiаку можна впорскуванням запальної дози палива, додаванням активуючих присадок, оптимiзацею форми камери згоряння тощо.

За термохiмiчними розрахунками, в продуктах згоряння амiаку присутнiй тiльки один токсичний компонент — оксид азоту NO. Кількiсть його мiнiмальна через низькi температури i швидкостi згоряння амiачноповiтряних сумiшей. У розрахунках на одиницю транспортної роботи викиди NO для амiаку нижчi в 1,5—2 рази порiвняно з воднем i в 2,5—З рази — порівняно з бензином. У той же час, в експериментах отримано значно нижчi (майже на порядок) рiвні викидiв NO у разi спалювання амiачного палива. Цi обставини пов’язанi з перебiгом (при певних умовах органiзацiї робочого процесу двигуна, що живиться амiаком) реакцiї взаємодiї оксиду азоту з амiаком, який не згорів, у результатi чого вiдбувається відновлювання азоту.

Недолiком аміаку як моторного палива є його корозiйна агресивнiсть та отруйнiсть.

Швидкiсть згоряння гiдрозину в повiтрi вища за швидкість згоряння амiаку i вуглеводнiв. За повного згоряння i пiсля видалення оксидiв азоту, що мають утворюватися, азотоводневе паливо не буде забруднювати навколишнє середовище.

Гідрозин має не лише властивiсть згорати, як бензин, але i розкладатися (за відсутності повiтря) в регульованому режимі, що разширює можливiсть його використання.

Температурнi межi рiдкого стану гiдрозину дуже близькi до меж рiдкого стану води. Температура замерзання гiдрозину дорiвнюе 17 °С, що виключає обмеження його використання в рiзних географiчних зонах.

Через високу температуру замерзання гiдрозину та iншi його експлуатацiйнi властивостi до нього доцiльно додавати антифриз. Це необхідно для того, щоб використовувати гідрозин як автомобільне паливо. Вибір антифризу обмежується рiдинами, якi можуть перемiшуватися з гiдрозином. Ефективними антифризами для гідрозину є вода або аміак. Найбільш ефективна потрiйна сумш ТF- 1, що складається з 64 % гiдрозину, 10 % амiаку і 26 % води.

Зараз гідрозин отримують з амiаку, який, у свою чергу, добувають з вуглеводневої сировини [12].

 

3.4. Електромобілі

 

Поборники екології називають електромобілі єдиними видом транспорту, здатним врятувати нашу планету. Власники автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння - модними іграшками. Однак технології не стоять на місці, і з кожним днем моделей на електричній тязі стає все більше, ціни на застарілі рішення поступово знижуються і такі машини перестають бути лише концептами, непридатними для повсякденного використання. Електромобілі з'явилися в лінійках всіх провідних автовиробників. Сучасні електрокари містять масу передових технічних ідей, представляючи собою шедеври інженерної думки, і дуже цікаві з точки зору IT-технологій. Але так було далеко не завжди. Історія електромобілів почалася навіть раніше, ніж історія авто з двигунами внутрішнього згоряння. Давайте пройдемося по основним віх їх розвитку.

Можна виділити як мінімум чотири актуальні різновиди електромобілів. Перші використовують один або кілька електромоторів, що живляться від блоку літій-іонних батарей - це і є чисті електрокари. До другого відносяться електромобілі, в яких поряд з електродвигунами використовується двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ), - це так звані гібриди, наприклад, Volkswagen XL1 і BMW i3, або шалено популярна в США модель Toyota Prius. Ще один клас - автомобілі, в яких одночасно з електромотором використовується силова установка на паливних елементах, переважно на водні. Такі, наприклад, як Honda FCX 2007 року. Останній різновид - електрокари, які харчуються енергією одержуваної від сонячних батарей.

Незважаючи на всі свої недоліки, електромобілі вже зараз є конкурентоспроможними порівняно зі своїми побратимами з ДВС і з кожним днем стають тільки краще й доступніше. Всі провідні автовиробники, піклуючись про свій імідж і слідуючи трендам, внесли в свої майбутні лінійки відразу по кілька гібридних і чистих електрокарів. Але локомотивом і ударною силою електромобільного лобі зараз є компанія Tesla, яка домоглася на цьому полі найбільш вражаючих успіхів. У наступному матеріалі ми окремо розповімо про історію цієї інноваційної компанії, яку багато хто називає Apple від автопромисловості.[11].

 

Основними напрямками екологізації автотраспорту є:

- Підвищення ефективності роботи автомобільних двигунів шляхом удосконалення двигуна внутрішнього згорання або взагалі заміна його на електро двигун, роторний двигун, газову турбіну, парову поршневу установку, парову турбіну, двигун «зовнішнього» згорання, інерційний двигун та інші.

- Установлення у систему нейтралізаторів – це невеликий прилад, призначений для зниження токсичності відпрацьованих газів шляхом опалювання продуктів неповного згорання.

- Пошук та перехід на альтернативні види палива, наприклад водень, ацителен, азотовмісні палива, аміак, гідрози та інші речовини.

- Впровадження електромобілів у серійне виробництво.

 

ВИСНОВКИ

Дослідження літературних джерел показало, що склад повітря складається із таких газів: N2 — 78,1%; О2 — 20,9%; Аr — 0,95%; СО2 —0,032%. Вони необхідні для нормальної життєдіяльності людини. Однак склад повітря може змінюватись під впливом різних чинників, зокрема від викидів автомобільного транспорту. Викиди містять наступні шкідливі речовини: оксид вуглецю (СО); діоксид сірки (SO2); оксиди азоту (NOx); аерозолі; озон (О3); свинець (Pb); діоксид вуглецю (СО2 ); сірководень (H2S). Як зазначають дослідники склад повітря має суттєвий вплив на здоров’я людини. Вміст деяких домішок є негативним, або ж не прийнятним. На разі, окис свинцю послаблює розумові здібності, сповільнює рефлекси; свинець впливає на кровоносну систему, відкладається в кістках; озон подразнює слизову оболонку органів диханн, викликає кашель, порушує роботу легень. Означено й акцентовано увагу на факті залежності складу викидів автомобілів від типу двигуна і виду використовуваного палива. Вивчено методологічні аспекти дослідження стану атмосферного повітря, акцентовано увагу на біологічних методах, зокрема ліхеноіндикації та визначенні показника інтенсивності руху автотранспорту. Ліхеноіндикація як метод визначення стану довкілля є економічним, маломатеріловмісним. Лишайники поширені в різних рослинно-кліматичних зонах, невибагливі до умов зростання. Вони витримують тривалу посуху, низькі і високі температури, проте є чутливими до забруднення повітря та рекреаційних змін, що пов’язано з особливостями їх будови та фізіолого-біохімічними процесами. Метод дослідження інтенсивності руху і дослідженню загазованості вулиць, дозволяє виявити максимальне навантаження на повітряне середовище з метою встановлення якісних показників.
Визначено, що викиди автомобілями із різними типами двигунів, приносять економічні збитки від забруднення атмосферного повітря.
Освоєно методику розрахунку економічних збитків від пересувних джерел забруднення.

Отже, автотранспорт має суттєвий вплив на повітряний басейн. Здійснене дослідження актуалізувало проблему забруднення атмосферного повітря внаслідок використання різного типу двигунів і застосування різних видів палива.

На сучасному етапі вченими пропонуються такі шляхи розв’язання проблеми:

· Альтернативні види палива (водень, ацителен, азотовмісні види палива);

· Поліпшення якості виготовлення та удосконалення конструктивних особливостей двигунів;

· Розробка засобів, що знижують вміст шкідливих компонентів у відпрацьованих газах;

· Створення енерго-силового устаткування для автомобілів, що викидають значно меншу кількість шкідливих речовин;

· Впровадження системи організаційних, економічних, податкових та інших заходів, що сприяють підвищенню екологічної безпеки для довкілля;

· Озеленення міст

Дане дослідження не вичерпує всіх видів аспектів проблеми.
Варто продовжувати роботу, щодо дослідження використання альтернативного палива, суттєво дослідити вплив різних типів двигунів і марок машин на стан повітряного середовища; важливо розрахувати не тільки збитки, заподіянні державі в наслідок забруднення, а й величину їх відшкодування.

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

 

1. Клименко М.О., Моніторинг довкілля / Прищепа А.М Видавничий центр“ Академія ”, 2006 .- 360 c.

2. Кубланов С. Х., Монiторинг довкiлля: Нанчально-методичний посiбник. / Шпаківський Р. В. — К., 1998.

3. Беккер А.А., Охрана и контроль загрязнения природной cреды. / Агаев Т.Б. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.

4. Клименко М. О., Екологiя людини: Навчальний посёбник. / Залеський І.І — Рiвне: УДУВГП, 2004.

5. Микитюк О.М. ,.Екологiя людини. Пiдручник. / Злотiн 0.3., Бровдiй В.М. та iн — Харкiв: «0ВС”, 2004. — 254 с.