Главная страница [an error occurred while processing this directive]

Главная страница | Архив | Содержание номера

Номер 7(266) 27 марта 2001 г.

Аркадий ШВАРЦ (Кёркленд, Вашингтон)

БЕНЗИН И ЭКОЛОГИЯ

Продолжим разговор о возможном снижении потребления топлива и, соответственно, уменьшении эксплуатационных расходов и загрязнения атмосферы отработавшими газами.

Затраты на бензин при среднем пробеге 20 тыс. миль в год и стоимости галлона 1,6 дол. составляют 1280 долларов. При росте цены за галлон топлива до 2,3 дол., что возможно к концу 2001 года, - 1840 долларов. При стоимости бензина, как в Европе, 4,6 дол/гал, - это 3680 долларов.

В 1993 году в США была утверждена специальная программа для финансирования исследовательских и опытных работ 350 компаний, университетов и малых бизнесов с целью создания перспективных образцов семейного седана с пробегом 80 миль/гал. Первые серийные автомобили с пробегом 60-65 миль/гал появились на рынке США в 2000 году.

В предыдущей статье я привёл несколько примеров моделей-2001 легковых автомобилей с бензиновым мотором и удельным пробегом в городе более 32 миль/гал, которые продаются в США (Honda Civic, Mazda Protege, Suzuki Swift, Toyota Corolla, Toyota Echo, Volkswagen New Beetle). В значительной степени это результат создания и освоения массового производства двигателей с электронными системами управления и контроля состава подаваемой в рабочий цилиндр топливо-воздушной смеси (VTEC - Value Timing and Lift Electronic Control) и двигателей с непосредственным впрыском бензина. Изменяя состав смеси бензин-воздух в разных зонах рабочей камеры в зависимости от числа оборотов двигателя, например, при разгоне, на повышенной передаче или езде с постоянной скоростью, электронная система обеспечивает наиболее эффективную работу двигателя. Расход топлива снижается на 18%. Дополнительный эффект, обеспечиваемый разными вариантами систем VTEC - хорошая тяга на малых оборотах двигателя, что облегчает преодоление крутых подъёмов при гружёном автомобиле.

При прямом впрыске бензин через специальные форсунки подаётся непосредственно в камеру сгорания, а через клапаны подаётся только воздух. В разных зонах образуется смесь с неодинаковым содержанием горючего, что обеспечивает устойчивое сгорание при меньшем общем потреблении топлива. Одновременно появляется возможность устойчиво работать на низкооктановом (более дешёвом) бензине.

Японские компании Mitsubishi и Toyota первыми освоили производство автомобилей с двигателями с прямым впрыском с повышением мощности и уменьшением токсичных выбросов.

АРКАДИЮ ШВАРЦУ - 70 ЛЕТ

Аркадий Шварц, докт. техн. наук., профессор, лауреат премий Совета министров и Академии наук СССР. Родился в Москве 23 марта 1931 года. 42 года проработал в НИИ шинной промышленности (Москва), от инженера до зав. химико-технологическим отделом. 300 печатных работ, 100 изобретений, 18 защитивших аспирантов (из общего числа 38). С 1995 года живёт в США в штате Вашингтон. Основное хобби - рыбная ловля.

 

По достигнутой удельной мощности двигателя 120 л.с./литр среди моделей 2001 года лидирует спортивный родстер Honda S2000 стоимстью 32 тыс. дол., на котором установлен 4-цилиндровый двигатель VTEC 240 л.с. У этой модели - превосходный для спортивных машин удельный пробег город/шоссе - 23/27 миль/гал. На спортивном купе Toyota Celica, стоимостью 25 тыс. дол., установлен алюминиевый двигатель 180 л.с. с удельной мощностью 100 л.с./литр. Удельный пробег город/шоссе для Тоyota Celica - 28/38 миль/гал. Для сравнения, у большинства малых и средних легковых автомобилей, не имеющих двигателей с электронными системами управления и контроля, удельная мощность не превышает 65-70 л.с./литр.

В середине девяностых годов на ряде престижных моделей для повышения мощности двигателя без увеличения рабочего объёма стали устанавливать турбокомпрессоры. Турбина вращается отработавшими газами; главным недостатком первых образцов была недостаточная эффективность на малых оборотах (при разгоне) и замедленная реакция на увеличение подачи газа. На ряде дорогих моделей стали устанавливать по две турбины, работающих в разных, дополняющих друг друга режимах. Хороших результатов в создании двигателей с турбинами добилась шведская компания Volvo. На её моделях 2001 года Volvo C70, Volvo S70 и Volvo S80 5- и 6-цилиндровые двигатели с турбонаддувом мощностью 236 и 268 л.с. с удельной мощностью 100 л.с./литр.

Что касается положительного влияния на экологию, то наиболее эффективно сочетание новых конструкций двигателя с дожиганием выхлопных газов катализаторами на основе палладия. Без таких дожигателей в Европе, Японии, США, Канаде не разрешён к выпуску ни один автомобиль. На мировом рынке основной поставщик палладия для автомобильной промышленности - российский комбинат "Норильский никель" (доход от продажи 60-70 т палладия - до 2 млрд. дол. в год). Однако при работе с бензином, содержащим соединения свинца (этилированный бензин), катализаторы разрушаются и теряют свою эффективность. Поэтому в Европе, Японии, США практически изъят из употребления этилированный бензин. В России действуют нормативы, соответствующие ЕВРО-0, то есть тому, что было в Европе 30 лет назад. Очередное постановление о допуске к эксплуатации в Москве только автомобилей с каталитическими дожигателями может оказаться обычной советской декларацией, так как в стране 60% производимого бензина содержит тетраэтилсвинец.

Первой продаваемой в США экологически чистой моделью с бензиновым двигателем стала Nissan Sentra СА с тремя последовательно установленными каталитическими конверторами, предназначенная для продажи в Калифорнии, где применяется малосернистый бензин. Концентрация вредных выбросов в выхлопных газах у Nissan Sentra-2000 меньше, чем в воздухе крупных городов США, и в 8 раз меньше, чем у других легковых автомобилей. При испытаниях в Калифорнии было установлено соответствие самому жёсткому в США стандарту (SULEV - Super Ultra Low Emission Vehicles) на состав выхлопных газов и зафиксирован почти нулевой уровень испарения бензина из топливной системы. По стандарту Калифорнии верхний предел содержания углеводородов и закиси азота составляет всего 5% от уровня, определяемого федеральными стандартами для новых автомобилей. К 2004 году эти стандарты могут стать обязательными для всех автомобилей, впервые поступающих в продажу в США.

Пока в США не существует единых федеральных норм контроля воздушной среды. Каждому штату, в соответствии с законом о чистом воздухе, предоставлено право самим решать этот вопрос. Однако в конце 2000 года 13 штатов (Нью-Йорк, Массачусетс, Нью-Джерси, Техас и др). объявили, что принимают самые жёсткие нормы, установленные в Калифорнии. Одновременно с введением запретов нормируется порядок контроля. На всех автомобилях с бензиновыми двигателями, выпускаемых после 2000 года, должна устанавливаться бортовая диагностическая аппаратура. На дизельных легковых автомобилях, спорт-универсалах и пикапах диагностическая аппаратура должна устанавливаться с 2003 года.

Значительный эффект в снижении затрат на горючее может дать замена бензинового двигателя на дизельный. В Европе первые дизели были установлены на "Мерседесах" в середине тридцатых годов. В настоящее время около четверти всех легковых автомобилей, бегающих по дорогам Европы, имеют дизельный мотор. Принципиальным отличием дизельного двигателя от бензинового является самопроизвольное воспламенение топливо-воздушной смеси при высокой степени сжатия (в обычном бензиновом двигателе внутреннего сгорания воспламеняет газовую смесь электрическая искра). Дизели экономичнее, работают на углеводородном сырье с более высокой температурой кипения, чем бензин, имеют больший крутящий момент. Быстрое внедрение дизелей на легковых автомобилях сдерживалось тем, что они более шумные, склонны к вибрации, и у них медленнее набор скорости. Однако многолетняя работа конструкторов и технологов обеспечила почти полное устранение этих недостатков.

Приведём несколько цифр для небольшой легковой модели (длина 4184 см) Nissan Almera 2000.

NISSAN ALMERA 2000
  Бензиновый с  электронным впрыском Дизель с непо средственным  впрыском
Рабочий объём, л.  1,8 2,2 
Степень сжатия  9,5:1 18: 1 
Мощность, л. с.  114 110 
Набор ск. до 100 км/час., сек. 11,1 12,3
Макс. скорость, км/час.  185 185
Потр. топлива, л/100км.  
город 10,2 7,5
шоссе 5,8 4,7

Приведенные выше данные иллюстрируют возможность экономии 20-25% топлива без потери мощности при переходе от бензинового к дизельному мотору. При эксплуатации пикапов, минивэнов и внедорожников с большим потреблением горючего экономический эффект от дизельных двигателей значительно выше.

В 2001 году в США с дизелем можно приобрести легковые Volkswagen Jetta, Golf и New Beetle, которые собираются на заводе в Мексике и имеют четырёхцилиндровый двигатель 1,4 л и удельный пробег город/шоссе при механической трансмиссии 42/48 миль/гал и с автоматической - 34/45 миль/гал; седан Mercedes-Benz E300 turbodiesel с шестицилиндровым двигателем 3,0 л и удельным пробегом город/шоссе 26/36 миль/гал, спорт-универсалы Ford Excursion, Chevrolet K1500 Tahoe, GMC kK1500 Yukon.

Интересно отметить, что на заводе "Даймлер-Крайслер" в штате Алабама среди четырёх вариантов собираемых внедорожников имеется Mercedes-Benz ML270 CDI с дизельным двигателем для поставок в Европу. Ряд американских моделей, собираемых в Европе, например Jeep Cherokee и Chrysler Voyager, оснащаются четырёхцилиндровым турбодизелем итальянской фирмы VM Моtory. Но следует помнить, что современный дизельный двигатель для легковых автомобилей весьма капризен и требует применения чистого топлива, не содержащего даже следов абразивных примесей.

Я полагаю, что прогнозируемое повышение стоимости бензина неизбежно будет повышать интерес к дизельным легковым автомобилям и внедорожникам и на американском рынке. И ещё одно замечание: независимо от вида топлива, повышение скорости выше 50-60 миль/час приводит к значительному увеличению расхода горючего за счёт роста аэродинамического сопротивления и потерь на качение в шинах.

Главная страница | Архив | Содержание номера

Номер 7(266) 27 марта 2001 г.

[an error occurred while processing this directive]