Экологические аспекты автомобильных двигателей

Некоторые любопытные данные про автомобили
К концу 2009 года во всем мире будет насчитываться в общей сложности 1 млрд. автомобилей. (Например, в 2007 году в мире насчитывалось 942 млн. транспортных средств.)
Ежегодно в мире в автомобильных двигателях внутреннего сгорания сжигается около 2 млрд. тонн нефтяного топлива.
Коэффициент полезного действия в среднем составляет 23%, остальные 77% уходят на обогрев окружающей среды. То есть всего менее четверти топлива тратится на движение автомобиля, остальные три четверти сгорает впустую.

Основные проблемы
Ограниченность основных ресурсов (нефти) на планете.
Загрязнение окружающей среды (автомобилями, заводами при переработки нефти, при добыче нефти).
Неэффективное использование нефтяного топлива (низкий КПД).

Цель автомобилестроителей
Создание экологически чистого двигателя, потребляющего в виде топлива возобновляемые природные ресурсы.
Двигатель должен быть компактным, мощным, простым в производстве и эксплуатации и иметь высокий КПД.

Пути поиска решения проблемы
Усовершенствование существующих бензиновых или дизельных двигателей, путем очищения выхлопа двигателей, использование новых композитных материалов для двигателей и автомобилей, использование каталитических нейтрализаторов, использование добавок для топлива понижающих выхлоп вредных веществ и повышающий теплоотдачу топлива.
Изобретение принципиально новых видов топлива и двигателей.

Бензиновые автомобильные двигатели
Изобретателями бензинового двигателя официально признаны только два немецких конструктора: Готлиб Даймлер, построивший в 1885 г. мотоцикл с бензиновым двигателем, и Карл Бенц, построивший в 1886г. трехколесный бензиновый автомобиль.
Основной принцип работы бензинового двигателя – горение бензина в камере сгорания двигателя путем его поджога искрой от электрического источника.
Топливо – бензин. Производится из нефти. В конце 19 века в основном получался как побочный продукт осветительного керосина.

Принцип работы бензинового ДВС

Основные преимущества и недостатки бензиновых двигателей
Недостатки:
- очень низкий КПД
- сложность конструкции
- большое потребление топлива и, как следствие, загрязнение окружающей среды
Преимущества:
- низкий уровень шума и вибраций;
- большая мощность;
- большая распространенность в мире

Дизельный двигатель
В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1893 года.
Основной принцип работы дизельного двигателя – сильное сжатие топлива и его последующее самовозгорание.
Топливо – дизель, получаемое также из нефти.

Основные преимущества и недостатки дизельных двигателей
Недостатки:
- больший шум и вибрация - плохой пуск на морозе
- большая масса
- требует более частого обслуживания
Преимущества:
-экономичность, расход топлива при том же объеме и мощности меньше на 15-25%;
- меньшая стоимость топлива;
- хорошая тяга на низких оборотах, дизельный двигатель удобен для джипов и грузовиков особенно на бездорожье;
- простота двигателя - отсутствие свечей зажигания, проводов.

Вывод
Основной недостаток бензиновых и дизельных двигателей – использование нефтепродуктов в качестве топлива и, как следствие, большой вред для окружающей среды .

Новые виды двигателей
Газовый двигатель
Гибридный двигатель (автомобиль)
Двигатель, работающий на биотопливе
Двигатель, работающий на метаноле
Водородный двигатель

Двигатели работающие на природном газе
Это фактически бензиновый двигатель, только вместо топлива используется природный газ.
Преимущества: газ дешевле дизельного топлива и бензина, запасов газа на планете больше, чем запасов нефти, газ более экологичен (не содержит в выхлопе свинца и серы, практически полностью сгорает в двигателе)
Недостатки: требуется внимательное отношение к газобаллонной аппаратуре из-за возможности утечки и последующего взрыва

Гибридный двигатель
Комбинация дизельного или бензинового двигателя с электродвигателями, то есть в автомобиле одновременно установлены один двигатель внутреннего сгорания и один или несколько электрических двигателей.
Компьютерная система следит за включением и выключением всех двигателей для оптимальной работы автомобиля, при торможении происходит зарядка батарей электродвигателя.
Преимущества: высокий КПД, экономия топлива.
Недостатки: сложность двигателя и его дороговизна.

Биотопливные двигатели
Биотопливные двигатели – это те же бензиновые или дизельные двигатели, в качестве топлива используется 10-20% добавки биоэтанола (биоэтанол получается из отходов лесопереработки или растениеводства) и биодизельное топливо, (дизельное топливо смешанное с растительными маслами и продуктами их переработки)
Преимущества: экономия нефтепродуктов, экологичность.

Метанол
Метанол - древесный спирт, очень перспективный вид топлива. Почему? Во первых потому что лес является возобновляемым природным ресурсом и во-вторых метанол сгорает «чище», образуя главным образом диоксид углерода и воду, а диоксида углерода в выхлопе более чем в 5 раз меньше по сравнению с бензиновыми двигателями.
Преимущества: экологичность (в выхлопах нет твердых веществ и сажи), экономичность, лучше характеристики мощности и КПД, двигатели более компактные и легкие.
Недостаток: дороговизна топлива.

Водородные двигатели
Использование водорода в качестве основного вида топлива может коренным образом изменить всю будущую техническую цивилизацию. Важнейшая проблема современности – охрана окружающей среды от загрязнения – будет практически решена. Характеристики водорода как моторного топлива уникальны: высокая теплота сгорания; хорошая воспламеняемость; безвредность отработанных газов; высокая скорость сгорания .
Недостатки: взрывоопасность , дороговизна и емкость баков для его хранения.