Юрий Новиков - Экология, окружающая среда и человек

Конструктивно дизель во многом схож с бензиновым мотором. Он также работает по четырехтактному циклу, но в нем нет системы искрового зажигания и способа формирования рабочей смеси, ее воспламенения и сгорания иной. Если в бензиновом двигателе смесь образуется во впускной системе, попадает в цилиндры практически в готовом виде и воспламеняется искрой от свечи зажигания, то у дизеля на такте всасывания в цилиндр поступает чистый воздух. Там он сжимается (такт сжатия) и разогревается до температуры воспламенения топлива (700—800°С). И только в этот момент в камеру сгорания под большим давлением (10—30 МПа) через форсунки впрыскивается топливо. Впрыск выполняется топливным насосом высокого давления (ТНВД) — один из самых сложных и ответственных агрегатов двигателя. Это дает возможность использовать в качестве топлива более тяжелые фракции нефти (солярку) и работать на обедненных смесях, у которых выбросы окиси углерода меньше, чем у бензиновых фракций. Отсюда меньшее загрязнение окружающей среды и более высокая экономичность дизельных двигателей.

Есть и еще одно отличие: число оборотов бензинового двигателя регулируют, изменяя расход воздуха, поступающего во впускной коллектор, а на дизелях изменяют подачу топлива. Кроме того, дизели развивают высокий крутящий момент в очень широком диапазоне скоростей вращения коленчатого вала (в отличие от бензиновых моторов), что немаловажно как для тяжелой техники и вездеходов, так и для легковых машин. Первым это помогает выбраться из грязи, вторым — сэкономить топливо.

Дизельное топливо меньше, чем бензин, изнашивает стенки цилиндров, поршней и поршневых колец. Стук в поршневой группе и в клапанном механизме или повышенный угар масла у дизелей встречается куда реже, чем у бензиновых моторов. Так что хлопот с дизелями меньше, хотя масло нужно менять чаще.

Разумеется, у дизельных двигателей есть и недостатки. Главный из них — большой вес. При одинаковой мощности дизель почти на треть тяжелее бензинового мотора. Кроме того, он сильнее вибрирует и шумит. Объясняется это более высокой степенью сжатия (19—24 против 9—11) и быстрым ростом давления в камере сгорания в момент воспламенения смеси.

У дизельных автомобилей меньше токсичность отработавших газов (по сумме компонентов примерно втрое ниже, чем при бензиновых моторах). Но и дизельные двигатели экологически небезопасны: в их выхлопах содержатся твердые частицы — сажа, аэрозоли масла и несгоревшего топлива, продукты износа двигателя, сернистый ангидрид, а также полициклические ароматические углеводороды, в том числе бензопирен, присутствуют альдегиды, представленные формальдегидом и акролеином, являющиеся высокотоксичными соединениями.

Для очистки выхлопных газов на дизелях устанавливают не только окислительные нейтрализаторы, но и сажевые фильтры, системы рециркуляции. Сажевый фильтр представляет собой монолитный блок с большим числом заглушенных с одного конца параллельных каналов с пористыми стенками. Отработанные газы очищаются, проходя через пористые стенки из одного канала в другой. Фильтры делают из пенокерамики и пенометалла, поскольку поры этих материалов эффективно задерживают дизельную сажу.

С 1 января 1997 г. в Москве на муниципальном транспорте запрещено использовать дизельное топливо с содержанием серы более 0,05%. ГОСТ 17.02—02.01—84 «Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработанных газов. Нормы и методы измерений» дает подробные рекомендации водителю, как определить содержание окиси углерода в выхлопе, как отрегулировать двигатель. Отечественные стандарты предусматривают дальнейшее поэтапное ужесточение норм выброса токсичных веществ.

Программа развития дизельного автомобилестроения позволила к 2000 г. решить новые проблемы. Если в 1998 г. на Ярославском моторном заводе выпускалось около 22 тыс. двигателей, то уже в 2000-м — 50 тыс. С 2004 г. в России не должно существовать новых автомобилей с характеристиками ниже Евро-2. Группа заводов готова выпускать автомобили с характеристиками Евро-2. Но сегодня ставится задача «Евро-2», «Евро-3» и «Евро-4», которую должны решить с 2003 по 2008 г.

В 2002 г. одобрен проект программы «Развитие дизельного автомобилестроения на 2003—2008 гг.», реализовывать которую будет автомобильный консорциум, состоящий из МАЗа, БелАЗа, УралАЗа, КамАЗа и Ярославского моторостроительного завода.

Автомобили на газе. Перевод автомашин на газовое топливо позволит почти в 100 раз снизить выбросы канцерогенных веществ в атмосферу. Сократится и расход нефтепродуктов: каждая тысяча газобаллонных автомобилей сэкономит на грузовых перевозках

12 тыс. т, на таксомоторных — 6, на пассажирских автобусах — 30 тыс. т в год. Значительно сократятся затраты и на охрану окружающей среды и воздушного бассейна.

Наиболее реальной альтернативой бензину и дизельному топливу становится сжиженный или сжатый газ. Запасы его в несколько раз превосходят запасы нефти, да и технология переработки проще, чем метод извлечения бензина из нефти. Кроме того, для перехода на газообразное топливо не требуются конструктивные изменения в двигателях внутреннего сгорания. Концентрация окислов углерода и азота в выхлопе мотора, работающего на газе, значительно ниже, чем бензинового мотора, даже снабженного самым современным трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором с замкнутым контуром. Наконец, газовое топливо не содержит соединений свинца и серы.

Газ великолепно смешивается с воздухом и равномерно распределяется по цилиндрам двигателя, что гарантирует его полное сгорание и высокую топливную экономичность.

Эти преимущества особенно ярко проявляются по мере понижения температуры окружающего воздуха.

Кроме того, газовое топливо продлевает жизнь автомобильного двигателя почти в 1,5 раза: если бензин смывает со стенок цилиндров смазку, разжижает и портит ее, то газ не нарушает масляную пленку между трущимися деталями, и они меньше изнашиваются.

Сейчас из 500 млн автомашин, эксплуатируемых в мире, 1,2 млн работают на природном газе — метане, лишенном серы, свинца и различных примесей. Очевидно, что их доля будет постоянно расти, так как низкая стоимость и экологическая чистота делают их все более популярными. Использование природного газа на автотранспорте при полной загрузке только действующей сети автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) позволило бы снизить вредные выбросы на 10%.

Автомобилисты, установившие в автомобиль газовое оборудование, в этом, как правило, не разочаровываются. Во-первых, снижается износ двигателя, во-вторых, дешевизна газового топлива по сравнению с бензином позволяет уже через год-полтора окупить установку оборудования. Одной заправки баллона независимо от его объема и вида топлива хватает на 150—500 км. Правда, до сих пор сеть газовых заправок России остается неразвитой, и это надо учитывать в дальних поездках. Прежде чем устанавливать на свой автомобиль систему, работающую на газовом топливе, надо определиться, на каком газе вы собираетесь ездить — на сжатом природном (метане) или сжиженном пропан-бутане. Метан дешевле и безопаснее, но имеет ряд минусов. Мощность двигателя при работе на сжатом газе падает примерно на 20%. Да и запас хода на таком топливе у автомобиля с 90-литровым баллоном едва достигает 150 км. Пропан-бутановая смесь дороже метана, двигатель при правильной регулировке оборудования практически не теряет в мощности, а запас хода на одной заправке возрастает до 500 км.