Таблиця 2.

Токсичність викидів газотурбінних поршневих двигунів

Двигун | Режим випробовувань | Концентрація шкідливих речовин | Питома токсичність за CO, г/кВт-год

CO, % | СmHn, г/л | NOx мг/л

Автомобільний ГТД з теплообмінником | Номінальний | 0,003 | 0,00078 | 0,1 | 24,9

Холостий хід | 0,004 | 0,0028 | 0,0048—

Дизель з турбонаддувом | Номінальний | 0,2 | 0,09 | 2,7 | 254

Холостий хід | 0,05 | 0,065 | 0,8—

Бензиновий ДВЗ | Номінальний | 3,6 | 1,79 | 4,0 | 272

Холостий хід | 4,5 | 4,75 | 0,2

Концентрація токсичних речовин, особливо CO і СmHn у відпрацьованих газах ГТД на один-два порядки нижча ніж поршневих двигунів. Питома масова токсичність (віднесена до одиниці енергії) ГТД також нижча порівняно з поршневими ДВЗ при роботі в номінальному режимі. При випробуванні автомобіля з ГТД за їздовими циклами викиди CO у 8,52 і СmHn у 6,1 рази нижчі ніж при застосуванні бензинових ДВЗ.

Отже газотурбінні двигуни є перспективним джерелом енергії на транспорті, та в першу чергу на автомобілях великої вантажності і автопоїздах.

Парові двигуни. Парові двигуни – найдавніші джерела енергії на транспорті, у тому числі і автомобільному.

В останній час парові двигуни все частіше розглядаються як один з можливих конкурентів поршневих ДВЗ для застосування їх на автомобілях. Пояснюється це кількома причинами.

По-перше, за роки, що минули, технологія котлобудування зробила великий крок уперед. Розроблені однотрубні і плоскі котли з малою кількістю робочої рідини, які забезпечують зменшення маси і габаритів парових котлів, легкий і надійний запуск, а також зменшення небезпеки вибуху котла. Якщо для запуску перших парових двигунів необхідно було понад 30 хв, то для сучасних двигунів цей процес скорочено до 15 с. Сучасні парові двигуни потребують дозаправляння водою лише після 500 км пробігу.

По-друге, за своїми масовими і економічними показниками ці двигуни наблизились до поршневих ДВЗ. Питома маса сучасного парового двигуна навіть дещо нижча ніж дизеля, але значно перевищує масу бензинового ДВЗ.

Необхідно зважати, що сприятливий характер кривої крутного моменту парового двигуна залежно від частоти обертання дозволяє використовувати на автомобілях такі двигуні з потужністю на 30…50% меншою ніж бензинові. Економічність парових двигунів дещо гірша за поршневі бензинові ДВЗ і знаходиться на рівні роторних ДВЗ.

Головною причиною зацікавленості паровими двигунами зараз є можливість значно зменшити забруднення навколишнього середовища за умови їх використання на транспортних засобах. Пояснюється це тим, що джерелом теплоти є безперервне горіння палива з достатньою кількістю кисню, що і забезпечує меншу концентрацію шкідливих речовин у відпрацьованих газах. Це підтверджується даними про викиди основних шкідливих речовин автомобілями з різними типами двигунів при випробуванні за їздовими циклами (табл. 2.6).

Таблиця 2.

Викиди шкідливих речовин різними двигунами

Двигун | шкідлива речовина

СmHn, мг/л | CO, % | NOx, мг/л

Паровий | 0,1 | 0,6 | 0,1

Роторний | 1,1 | 14,4 | 1,4

Поршневий на СПГ | 1,0 | 3,8 | 1,0

Менша токсичність, можливість використання недорогих палив нафтового походження, досконалість розроблених конструкцій роблять парові двигуни одним з можливих джерел енергії на транспорті в майбутньому.

Електромобілі. В останній час електрична тяга широко застосовується лише на залізничному транспорті, що пояснюється відносно простою системою подавання електроенергії за умови сталих маршрутів руху.

Перспективи застосування електродвигунів на автомобілях визначається перш за все досконалістю джерел електроенергії. Зараз найреальнішим є використання акумуляторів. Відомі кілька типів акумуляторних батарей. Оцінкою їх досконалості з точки зору застосування на автомобілі може бути питома енергія, тобто кількість енергії яку отримують при розряджанні (як правило, приймається час розряджання 5 годин) з одиниці маси батареї. Вважається, що широке використання електромобілів можливе за наявності батарей з питомою енергією 100 Вт-год/кг.

Найбільш розповсюджені, на сьогодні, свинцеві акумулятори мають питому енергію до 40 Вт-год/кг. Нікель-кадмієві 50 Вт-год/кг, але вони значно дорожчі за свинцеві. Перспективними вважаються срібно-цинкові акумулятори, в яких питома енергія становить 200 Вт-год/кг. Проте вартість їх у кілька разів вища за свинцеві.

Хлорно-літієві та сірчано-натрієві акумулятори, в яких питома енергія дорівнює 250…300 Вт-год/кг, працюють при підвищених температурах (500…600°С) і вони, поки що, знаходяться в стадії експериментальних досліджень. Таким чином, широке застосування електромобілів зараз ще стримується такими вадами, як обмежений запас ходу.

Крім акумуляторів, як джерело електроенергії на транспорті можуть застосовуватися паливні елементи. В них електричну енергію отримують в результаті окислення пального. Здійснюється це таким чином: до негативного електрода підводиться пальне (водень, вуглеводні), а до позитивного – окислювач (кисень, повітря).

Електрохімічним шляхом відбувається окислення палива і відновлення окислювача на негативному і позитивному електродах. Енергія цієї реакції – електрична, споживач підключено в зовнішнє коло електродів елемента. Для роботи елемента необхідно безперервно підводити до електродів паливо і окислювач та відводити продукти реакції. Найбільш вивченими є воднево-кисневі паливні елементи.

Не можна стверджувати, що повсюдне застосування електромобілів вирішить усі проблеми. Необхідно зважати на те, що для переведення автомобілів на електричну тягу необхідно побудувати нові електростанції для забезпечення електричною енергією акумуляторів, що викличе додаткові викиди шкідливих речовин. Проте це дозволить розвести джерела забруднення, винести їх за межі населених пунктів. Окрім того додадуть забруднення випаровування та проливання електролітів та утилізація спрацьованих акумуляторних батарей.

Перспективними вважаються автомобілі з комбінованим приводом, в яких використовується ДВЗ малої потужності, що працює в усталеному режимі, та буферна акумуляторна батарея. Під час роботи,