4.1. Общие положения

Экономное и рациональное использование топливно-энергетических ресурсов – одна из наиболее важных народнохозяйственных проблем любой страны. Особенно остро она стоит на автомобильном транспорте, относящемся к числу наиболее энергоемких отраслей во всем мире. На его долю в нашей стране приходится более 40 % добываемого топлива нефтяного происхождения. В индустриально развитых странах мира потребление топлива автомобильным транспортом находится в пределах от 12 % (Япония) до 56 % (США). Причем около 50% топлива на транспорте в этих странах расходуется легковыми автомобилями.

Количество автомобилей в мире с каждым годом возрастает, а с ними также увеличиваются и затраты на производство топлива, и учитывая то, что запасы нефти не являются неисчерпаемыми, можно с уверенностью сказать, что проблема нехватки топлива в мире будет вставать все острее и острее. Поэтому во всех индустриально развитых странах развернулись интенсивные исследования, направленные на поиск новых видов энергии и топлива. Возникающий нефтяной кризис отражается, прежде всего, на автомобильном транспорте.

В настоящее время существуют и используются два основных пути решения проблемы транспортной энергетики. Первый – заключается в более экономичном и эффективном использовании традиционных топливно-энергетических ресурсов, что позволит уменьшить потребление топлива на душу населения без всякого ущерба в удовлетворении транспортных потребностей общества и народного хозяйства. Второй – связан с поиском и поэтапным переходом на использование альтернативных источников энергии на автомобильном транспорте, что снизит рост абсолютного потребления топлива нефтяного происхождения.

Более эффективное использование топлива на автомобильном транспорте может быть достигнуто за счет специальных конструкторско-технологических мероприятий при разработке и создании автомобилей, совершенствования организационно-технических служб, более рационального управления автомобилями и т. п. При этом главное внимание необходимо уделять двигателю. Современные автомобильные двигатели внутреннего сгорания преобразуют непосредственно в полезную работу всего около 1/3 общей энергии, выделяющейся при сгорании топлива, а остальная исчезает в виде тепловых потерь в атмосферу. Так как автомобильный двигатель основную часть времени работает не с полной нагрузкой, то его КПД будет даже меньше 20 %. Существуют и другие пути уменьшения расходования жидкого топлива нефтяного происхождения на автомобильном транспорте, такие как более существенное использование газового топлива, применение добавок к бензинам, позволяющим использовать более дешевый низко октановый бензин в современных двигателях с высокой степенью сжатия, использование топлива, полученного способом гидрогенизации (сжижения) угля или из нефтеносных песков и сланцев, запасы которых на планете значительны, использование спирта, получаемого из биомассы и др. Современная технология добычи нефти обеспечивает ее извлечение из нефтеносного пласта в количестве не более 30 %. Внедрение прогрессивных и, как правило, более дорогостоящих способов повышения нефтедобычи обеспечит извлечение нефти из пласта до 75 % и даже больше. В качестве альтернативных источников энергии для использования на автомобильном транспорте могут быть рекомендованы: сжиженный нефтяной газ; диметиловый эфир; синтетический бензин; биотопливо; аквазин; водородное топливо, а также электрическая энергия и энергия солнечного излучения.

Большинство из этих видов энергии требует предварительных затрат для их возможного использования на автомобильном транспорте. В качестве источников энергии для предварительной подготовки могут быть использованы: геотермальная энергия, ядерная энергия, энергия приливов и отливов морей и океанов планеты.

Сжиженный нефтяной газ (СНГ) обладает всеми качествами полноценного топлива для ДВС. Во всем мире СНГ признан как дешевое, экологически чистое топливо, по многим свойствам превосходящее бензин. Использование СНГ не требует существенного изменения конструкции двигателя и позволяет использовать бензин.

Нефтяной газ представляет собой смесь пропана, бутана и незначительного количества (около 1%) непредельных углеводородов. В настоящее время на автомобильные газонаполнительные станции попступают две марки СНГ, регламентируемые соответствующими стандартами (ГОСТ): зимняя (85…95% пропана) и летняя (45…55% пропана).

Основные преимущества преимущества нефтяного газа перед бензином следуущие:

– детонационная стойкость составляет 103…105 ОЧ, что практически исключает детонацию;

– газ не содержит вредных присесей (свинец, сера), которые химическим способом разрушают элементы двигателя;

– более качественное смесеобразование т. к. газ поступает в паровой фазе и он не смывает масло со стенок цилиндра и не разбавляет масло в картере;

– газ сгорает медленнее бензина, что снижает динамические нагрузки на детали двигателя, двигатель работает «мягче»;

– содержание вредных веществ в отработавших газах снижается на 25…30 % по сравнению с бензином;

– снижается расход топлива, увеличивается ресурс двигателя на 35…40 %, масла и свечей в два раза, снижаются эксплуатационные и ремонтные затраты.

Недостатки:

– снижение мощности двигателя на 5…7 %;

– затруднения с пуском холодного двигателя;

– ухудшение динамики разгона автомобиля на 3…5 %,

– увеличение металлоемкости автомобиля на 30…40 кг.

Группой сотрудников института нефтехимического синтеза РАН разрабатан метод перевода дизельных двигателей на диметиловый эфир (ДМЭ). Преимущества использования ДМЭ:

– отработавшие газы дизеля при работе на ДМЭ содержат СО в 6 раз меньше, чем допускается EURO–4, введенным в действие в 2005 г, СН – в четыре раза и в четыре раза меньше выбросов твердых частиц (сажи), на 20 % меньше выбросов окислов азота (NОx);

– двигатель уверенно запускается при низких температурах (до – 50 °С).

При выборе все источники энергии следует оценивать комплексно, т. е. учитывать их функциональность, надежность, безопасность, экономичность. При оценке эффективности автомобиля следует учитывать все возникающие расходы – от затрат для получения энергии до затрат на ее преобразование в механическую энергию для движения автомобиля.

Анализ тенденций развития автомобильного транспорта свидетельствует о существенных экономических и технических трудностях на пути полной замены в ближайшем будущем на автомобилях традиционных силовых установок на принципиально новые.

В ближайшее десятилетие на автомобильном транспорте в качестве силовых установок будут использоваться преимущественно традиционные бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания и лишь на отдельных видах транспортных средств получат распространение газотурбинные двигатели и электромобили.

Уменьшение расхода топлива на автомобильном транспорте представляет многоплановую задачу, связанную с дальнейшим совершенствованием конструкции и технологии производства подвижного состава, с созданием индустриальных методов его технической эксплуатации и ремонта, с оптимизацией организации дорожного движения, перевозки грузов и пассажиров.