Безопасность автомобиля. Экологическая безопасность автомобиля

Оглавление

Введение

Безопасность дорожного движения зависит от разных причин. Для удобства анализа все факторы, влияющие на дорожное движение и его безопасность условно делят на три взаимодействующих части: автомобиль, водитель, дорога, из трех элементов системы водитель-автомобиль - дорога наибольшей потенциальной опасностью обладает транспортное средство.

Причиной дорожно-транспортного происшествия часто является несоответствие одного из элементов системы водитель-автомобиль-дорога остальным элементам. Многие происшествия возникают из-за того, что требования дорожной обстановки выше возможностей человеческого организма или конструкции транспортного средства. Воздействие на водителя дополнительных нагрузок, вызванных недостатками конструкции автомобиля или его неудовлетворительным состоянием может резко ухудшить качество вождения, а в особенно неблагоприятных случаях привести к аварии. Напротив, удачная конструкция автомобиля, компенсирующая психофизиологические недостатки человека, может способствовать повышению безопасности дорожного движения.

Конструктивная безопасность автомобиля представляет собой сложное свойство. Для удобства анализа ее делят на активную, пассивную, послеаварийную и экологическую безопасность. Взаимосвязь различных видов безопасности и противоречивость требований, предъявляемых к конструкции автомобиля, вынуждают конструкторов и технологов принимать компромиссные решения.

1. Безопасность автомобиля. Экологическая безопасность автомобиля

1. Активная безопасность

Активная безопасность- это совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств автомобиля, направленных на предотвращение дорожно-транспортных происшествий и исключение предпосылок их возникновения, связанных с конструктивными особенностями автомобиля. То есть это те системы автомобиля, которые помогают в предотвращении аварии.

В число систем активной безопасности автомобиля входят:

1. Антиблокировочная система тормозов – это система, которая предотвращает блокировку колес автомобиля при торможении. Ее основное предназначение в том, чтобы предотвратить потерю управления транспортным средством при резком торможении, а также избежать скольжения автомобиля
2. Антипробуксовочная система (противобуксовочная система, система контроля тяги) – предназначена для устранения потери сцепления колес с дорогой при помощи контроля над буксованием ведущих колес. АПС значительно упрощает управление автомобилем на влажной дороге или в иных условиях недостаточного сцепления.
3. Электронный контроль устойчивости (система курсовой устойчивости) – это активная система безопасности, которая позволяет предотвратить занос автомобиля посредством управления компьютером момента силы колеса (одновременно одного или нескольких).
4. Система распределения тормозных усилий. Данная система является продолжением системы AБС. Отличается тем, что помогает водителю управлять автомобилем постоянно, а не только в случае экстренного торможения.
5. Электронная блокировка дифференциала. Блокировка дифференциала необходима для передачи крутящего момента обоим его потребителям (полуосям или карданам).

2. Пассивная безопасность автомобиля

Из комплекса средств, которыми оборудован современный автомобиль, большой интерес представляют средства пассивной безопасности. Пассивная безопасность автомобиля должна обеспечивать выживание и сведение к минимуму количества травм у пассажиров автомобиля, попавшего в дорожно-транспортное происшествие.

В последние годы пассивная безопасность автомобилей превратилась в один из наиважнейших элементов с точки зрения производителей. В изучение данной темы и её развитие инвестируются огромные средства по причине того, что фирмы заботятся о здоровье клиентов.

Пассивная безопасность подразделяется на внешнюю и внутреннюю.

К внутренней относится мероприятия по защите людей, сидящих в автомобиле, путем специального оборудования салона. К внешней пассивной безопасности относятся мероприятия по защите пассажиров путем придания кузову особых свойств, например, отсутствия острых углов, деформации.

Пассивная безопасность - совокупность узлов и устройств, позволяющих сохранить жизнь пассажиров автомобиля при аварии. Включает в себя, помимо прочего:

1. Подушки безопасности;
2. Сминаемые или мягкие элементы передней панели;
3. Складывающуюся рулевую колонку;
4. Травмобезопасное педальный узел - при столкновении педали отделяются от мест крепления и уменьшают риск повреждения ног водителя;
5. Инерционные ремни безопасности с преднатяжителями;
6. Энергопоглощающие элементы передней и задней частей автомобиля, сминающиеся при ударе - бамперы;
7. Подголовники сидений - защищают от серьезных травм шею пассажира при ударе автомобиля сзади;
8. Безопасные стекла: закаленные, которые при разрушении рассыпаются на множество неострых осколков и триплекс;
9. Дуги безопасности, усиленные передние стойки крыши и верхняя рамка ветрового стекла в родстерах и кабриолетах поперечные брусья в дверях.

3. Послеаварийная безопасность

Послеаварийная безопасность – это свойство автомобиля уменьшать тяжесть последствий ДТП после остановки и предотвращать возникновение новых ДТП. К элементам послеаварийной безопасности автомобиля относятся конструктивные мероприятия и дополнительные приборы, предотвращающие возникновение опасных явлений, возникающих в результате ДТП. К элементам послеаварийной безопасности можно также отнести средства оказания пострадавшим медицинской помощи.

Опасными явлениями, которые могут возникнуть в результате ДТП, следует, считать пожар, заклинивание дверей, заполнение водой салона автомобиля, если он затонул.

После возникновения ДТП в результате нарушения герметичности топливной аппаратуры и соприкосновения паров топлива с нагретыми деталями автомобиля или электрической искрой может начаться пожар. Водитель и пассажиры не всегда могут быстро покинуть горящий автомобиль из-за заклинивания дверей или полученных травм.

Пребывание в горящем автомобиле более 1,5 мин является для человека практически смертельным. Несмотря на то, что пожар при ДТП возникает сравнительно редко (по статистическим данным различных стран, число ДТП с пожаром составляет 0,03– 1,2%), он представляет собой серьезную опасность. Заклинивание дверей, происходящее достаточно часто при ДТП, препятствует быстрой эвакуации пассажиров и водителя из автомобиля, что особенно опасно в случае получения водителем и пассажирами серьезных повреждений или возникновения пожара. При быстром проникновении воды внутрь автомобиля в случае попадания его в водоем водитель и пассажиры при ДТП не сразу приходят в себя и им нужно время для осмысления возникшей ситуации и принятия мер для того, чтобы покинуть затопленный автомобиль. Подобные случаи в большинстве стран происходят не часто.

4. Экологическая безопасность автомобиля

Экологическая безопасность - эҭо свойство автомобиля, позволяющее уменьшать вҏед, наносимый участникам движения и окружающей сҏеде в процессе его нормальной эксплуатации. Мероприятиями по уменьшению вҏедного воздействия автомобилей на окружающую сҏеду следует считать снижение токсичности отработавших газов и уровня шума.

Основными загрязняющими веществами при эксплуатации автотранспорта являются:

- выхлопные газы;

- нефтепродукты при их  испарении;

- пыль;

- продукты истирания шин, тормозных колодок и дисков  сцепления, асфальтовых и бетонных  покрытий.

Основными мероприятиями по пҏедотвращению и уменьшению вҏедного воздействия автомобилей на окружающую сҏеду следует считать:

1) разработку таких конструкций  автомобилей, которые меньше загрязняли  бы атмосферный воздух токсичными  компонентами отработавших газов  и создавали бы шум более  низкого уровня;

2) совершенствование методов  ҏемонта, обслуживания и эксплуатации автомобилей с целью снижения концентрации токсичных компонентов в отработавших газах, уровня шума, производимого автомобилями, и загрязнения окружающей сҏеды эксплуатационными материалами;

3) соблюдение при проектировании  и сҭҏᴏительстве автомобильных дорог, инженерных сооружений, объектов обслуживания таких требований, как вписывание объекта в ландшафт; рациональное сочетание ϶лȇментов плана и продольного профиля, обеспечивающее постоянство скорости движения автомобиля; защита поверхностных и грунтовых вод от загрязнения; борьба с водной и веҭҏᴏвой эрозией; пҏедотвращение оползней и обвалов; сохранение животного и растительного мира; сокращение площадей, отводимых под сҭҏᴏительство; защита зданий и сооружений вблизи дороги от вибраций; борьба с транспортным шумом и загрязнением воздуха; применение методов и технологии сҭҏᴏительства, приносящих наименьший ущерб окружающей сҏеде;

4) использование сҏедств и методов организации и ҏегулирования движения, обеспечивающих оптимальные ҏежимы движения и характеристики транспортных потоков, сокращение остановок у светофоров, числа переключения пеҏедаҹ и вҏемени работы двигателей на неустановившихся ҏежимах.

Методы снижения уровня шума автомобилей

Для снижения шума автомобиля, пҏежде всего, стҏемятся конструировать менее шумные механические узлы; уменьшать число процессов, сопровождающихся ударами; снижать величину неуравновешенных сил, скорости обтекания деталей газовыми струями, допуски сопрягаемых деталей; улуҹшать смазку; применять подшипники скольжения и бесшумные материалы. Кроме того, уменьшение шума автомобиля достигается применением шумопоглощающих и шумоизолирующих усҭҏᴏйств.

Шум во впускном тракте двигателя может быть уменьшен с помощью воздухоочистителя специальной конструкции, имеющего ҏезонансную и расширительную камеры, и конструкций впускных труб, уменьшающих скорости обтекания внуҭрҽнних поверхностей потоком топливовоздушной смеси. Эти усҭҏᴏйства позволяют снижать уровень шума впуска на 10-15 дБ по шкале А.

Уровень шума, при выпуске отработавших газов (при их истечении чеҏез выпускные клапаны), может достигать 120-130 дБ по шкале А. Чтобы уменьшить шум при выпуске, устанавливают активные или ҏеактивные глушители. Наиболее распространенные простые и дешевые активные глушители пҏедставляют собой многокамерные каналы, внуҭрҽнние стенки которых изготовлены из звукопоглощающих материалов. Звук гасится в ҏезультате ҭрҽния отработавших газов о внуҭрҽнние стенки. Чем больше длина глушителя и меньше сечение каналов, тем интенсивнее гасится звук.

Реактивные глушители пҏедставляют собой сочетание ϶лȇментов различной акустической упругости; снижение шума в них происходит вследствие многократного отражения звука и возвращения его к источнику. Следует помнить, ҹто чем эффективнее работает глушитель, тем больше уменьшается эффективная мощность двигателя. Эти потери могут достигать 15% и более. В процессе эксплуатации автомобилей необходимо тщательно следить за исправностью (пҏежде всего - герметичностью) впускного и выпускного трактов. Даже небольшая разгерметизация глушителя ҏезко усиливает шум выпуска. Шум в трансмиссии, ходовой части и кузове нового исправного автомобиля может быть уменьшен путем конструктивных усовершенствований. В коробке пеҏедаҹ применяются синхронизаторы, косозубые шестерни постоянного зацепления, блокирующие конусные кольца и ряд других конструктивных ҏешений. Получают распространение промежуточные опоры карданного вала, гипоидные главные пеҏедачи, менее шумные подшипники. Совершенствуются ϶лȇменты подвески. В конструкциях кузовов и кабин широко используются сварка, шумоизолирующие прокладки и покрытия. Шум в пеҏечисленных выше частях и механизмах автомобилей может возникать и достигать значительных величин только при неисправностях отдельных узлов и деталей: поломке зубьев шестерни, коробления дисков сцепления, дисбалансе карданного вала, нарушении зазоров между зубчатыми колесами в главной пеҏедаче и т.д.

2.Факторы влияющие на экологическую показатели карбюраторных ДВС

Повышение экономичности ДВС достигается совершенствованием их конструкции. Основой сокращения расхода топлива при этом является улучшение процесса его сгорания в цилиндрах.

В бензиновых карбюраторных ДВС нетяговые режимы (холостой ход и принудительный холостой ход) характеризуются высокой концентрацией в ОГ оксида углерода и углеводородов из-за неудовлетворительного перемешивания топлива с воздухом. Для устранения этого недостатка была разработана система холостого хода с дроссельным распылением топлива «Каскад». Положительным качеством этой системы является возможность ее использования для карбюраторов массового производства и способность сохранять практически неизменным состав поступающей в ДВС горючей смеси при изменении в широких пределах ее количества. При этом эта система позволяет снизить содержание СО в ОГ на режиме холостого хода на 1, 0—1, 5 %.

Что же касается режима принудительного холостого хода, то здесь необходимо иметь в виду следующее: в городских транспортных потоках продолжительность работы, например, грузовых автомобилей на этом режиме достигает 25 % времени нахождения их на линии, из них 18 % при закрытой дроссельной заслонке. При этом ДВС не совершает транспортной работы, однако потребляет 8—12 % топлива от общего расхода с выделением большого количества токсичных веществ с ОГ.

Существует несколько направлений реализации технических средств, позволяющих уменьшить выброс токсичных веществ с ОГ на режиме принудительного холостого хода.

Устройства для улучшения горения топлива. Эти устройства бывают двух видов. К первому относятся устройства для улучшения горения топлива (приоткрыватель дроссельной заслонки, демпфер ее закрытия при резком отпускании педали управления этой заслонкой, различного рода клапаны для подачи дополнительного количества горючей смеси или воздуха), что приводит к снижению выброса углеводородов на 30—40 %. Однако при этом существенно ухудшается эффект от торможения автомобиля двигателем, увеличивается на 2—4 % расход топлива, повышается на 7—10 % уровень выброса СО и возрастает износ тормозных накладок. Вследствие этого первое направление следует считать нерациональным. Поэтому в настоящее время распространение находят устройства второго вида (прекращается горение топлива на режиме принудительного холостого хода), к которым относятся экономайзеры принудительного холостого хода. Экономайзер принудительного холостого хода отключает подачу топлива воздушной смеси через систему холостого хода на режиме принудительного холостого хода, т. е. при торможении автомобиля двигателем, когда отпущена педаль управления дроссельными заслонками, а сцепление не выключено. При режиме принудительного холостого хода дроссельные заслонки закрыты, а частота вращения коленчатого вала превышает частоту вращения на холостом ходу. С помощью экономайзера перекрывается выход топливовоздушной эмульсии, что исключает выброс в атмосферу оксида углерода (СО) и одновременно уменьшает расход топлива. Например, использование такого экономайзера на автомобиле ЗИЛ-130 обеспечило реальную экономию топлива на 1, 5—2 % при снижении содержания СО в 2, 1 раза и углеводородов в 1, 35 раза во время замедления хода автомобиля.

Использование электронных средств регулирования состава горючей смеси. Применение электронных карбюраторных систем не требует существенных изменений всей подачи топлива, поскольку карбюратор используется как основной дозирующий орган, к которому добавочно устанавливается электронный регулятор, уточняющий состав горючей смеси. В результате применения электронного управления дроссельной заслонкой карбюратора расход топлива уменьшается вследствие прекращения его подачи на принудительном холостом ходу (на 1—4 %) и регулирования частоты вращения вала ДВС на холостом ходу (на 1—2 %), суммарное снижение расхода топлива в условиях эксплуатации составляет 8—10 %.

Применение электронных систем управления впрыском бензина дает снижение расхода топлива при одновременном уменьшении концентрации токсичных компонентов в ОГ. Здесь вместо карбюраторов применяются специальные распылители, где происходит распад струи жидкого топлива на мелкие однородные капли, истекающие через сопло вместе с воздухом со скоростью звука, и полученная таким образом топливовоздушная смесь поступает через соответствующий регулятор во впускной трубопровод и цилиндры ДВС.  

Специальные электронные датчики системы подают в микроЭВМ информацию о разряжении во впускном трубопроводе, степени и скорости открытия дроссельной заслонки, температурном режиме ДВС и температуре воздуха, поступающего в цилиндры, частоте вращения коленчатого вала ДВС и т. д. ЭВМ за доли секунды перерабатывает всю информацию и подает временной импульс к впрыскивающим форсункам, обеспечивающим подачу в цилиндр определенной дозы топлива. Преимуществом электронной системы впрыска является отсутствие отдельного привода от ДВС и то, что она может быть установлена на любом ДВС с минимальными переделками. Точное же дозирование топлива по отдельным цилиндрам на всех режимах работы ДВС с обеспечением необходимого согласования характеристик топливной системы ДВС и условий его эксплуатации помимо снижения токсичности ОГ уменьшает расход топлива на 8—9 %.

Обеднение топливовоздушной смеси. Снижению выбросов продуктов неполного сгорания топлива и повышению экономичности ДВС способствует также обеднение топливовоздушной смеси. Однако работа бензинового ДВС при коэффициенте избытка воздуха α> 1, 15 практически невозможна из-за возникновения пропусков воспламенения в отдельных цилиндрах. Полное сгорание бедных смесей даже при α> 1, 3 может быть обеспечено расслоением заряда, при котором воспламенение и начальная стадия процесса сгорания происходит в зоне обогащенной, а последующая осуществляется в зоне бедной смеси (форкамер-но-факельное зажигание). Это препятствует образованию оксидов азота, поскольку в первой стадии сгорания недостаточно кислорода, а во второй относительно низкая температура горения. 

 При расслоении  заряда содержание оксида углерода  в выбросах не превышает 0, 2 %, и  концентрация углеводородов в  них также понижается из-за  меньшего содержания топлива  в бедной смеси основной камеры. Непосредственный впрыск топлива  выводит на новый уровень технологию  работы двигателей на бедных  смесях. В этом случае в цилиндр  подается только воздух, а топливо  впрыскивается под высоким давлением  непосредственно в камеру сгорания. 

 Вокруг свечи  зажигания формируется облако  готовой к воспламенению горючей  смеси, что позволяет поднять  воздухо-топливное соотношение выше, чем в традиционных двигателях. Поскольку в камере сгорания формируется смесь неодинаковой плотности, то это явление называют «расслоением» заряда. На самом деле на режимах полной нагрузки происходит переход к формированию гомогенной смеси нормального состава, но даже с учетом этого достигается снижение СО2 более чем на 30 % при увеличении мощности на 10 %. Необходимо отметить, что непосредственный впрыск топлива дополняется системой управляемого вихря и специальной формой днища поршня, что усиливает эффект расслоения заряда. 

 Для обеспечения  требуемого уровня выбросов NOxдвигатели с непосредственным впрыском оборудуют специальными системами нейтрализации.

Одна из попыток решения проблемы экологической безопасности автомобильных двигателей предпринята фирмой Orbital Engine Company (ОЕС) применительно к двухтактному двигателю. В системе впрыска ОЕС топливо сначала поступает в смесительную камеру пневматической форсунки, установленной в камере сгорания сферической формы. Туда же под давлением 0, 5 МПа подается сжатый компрессором воздух. В начале такта сжатия воздух, поступающий в смесительную камеру форсунки, захватывает топливо и через распылитель переносит в камеру сгорания, обеспечивая, благодаря критической скорости истечения воздуха, молекулярный уровень распыления топлива. Сферическая форма камеры сгорания обеспечивает на частичных нагрузках глубокое расслоение заряда (до состава смеси от 25: 1 до 29: 1).

В двигателях фирмы Mazda (1, 5 л) для обеднения топливовоздушной смеси используются такие технические решения, как применение четырехклапанного газораспределительного механизма с системой формирования сложного управляемого вихря внутри камеры сгорания; системы распределенного высокодисперсного впрыска топлива; системы зажигания высокой энергии; микропроцессорного управления. В результате двигатель может работать на очень бедных смесях с воздухо-топливным соотношением 25: 1.

Изменение конструкции впускного трубопровода с подогревом воздуха на входе в карбюратор. Мощностные, экономические и экологические показатели ДВС зависят в определенной мере от конструкции впускного трубопровода, режима подогрева воздуха на входе в карбюратор и движущейся по этому трубопроводу топливовоздушной смеси, поскольку отклонения температуры и давления воздуха от средних значений, для которых подобрана регулировка карбюратора, приводят к увеличению расхода топлива и повышению выброса токсичных веществ с О Г. В связи с этим рекомендуется оснащать ДВС устройствами для регулируемого подогрева воздуха и топливовоздушной смеси. При этом на режимах частичных нагрузок ДВС следует поддерживать постоянную температуру воздуха 35—40 °С, а на полных нагрузках предусматривать подачу только холодного воздуха или частичную добавку подогретого воздуха. Интенсивный подогрев топливовоздушной смеси во впускных трубопроводах можно осуществить с помощью ОГ или использовать электрический подогреватель мощностью порядка 180 Вт. В последнем случае достигается достаточное уменьшение времени прогрева ДВС, а расход топлива при его пуске уменьшается на 30 %.

Наряду с рассмотренным к мероприятиям, направленным на повышение экологичности конструкции ДВС, относятся: система вентиляции картера, система рециркуляции ОГ, подача дополнительного воздуха в выпускной трубопровод для дожигания токсичных продуктов неполного сгорания топлива, улавливание топливных испарений из системы питания.

Перспективными техническими направлениями при разработке ДВС в части повышения их экологических качеств считаются: обеспечение вихревого движения заряда топливовоздушной смеси, ультразвуковое распыление топлива и ионизация, интенсификация искрового разряда, применение электронной системы управления ДВС и наддув.

Вихревое движение заряда обеспечивается винтовым движением потока впускаемой рабочей смеси, которое из-за специально подобранной формы камеры сгорания сохраняется до момента подачи искры, обеспечивая активную газодинамическую подготовку заряда бедной топливовоздушной смеси к воспламенению и горению. Повышение стабильности сгорания при этом на 10—15 % позволяет снизить расход топлива и токсичность ОГ.

При ионизации топлива, воздуха или горючей смеси появляются возбужденные атомы, оказывающие влияние на процесс сгорания. Ионизатор размещают между карбюратором и бензиновым насосом. Протекающее через ионизатор топливо соприкасается с электродом в стенке, подводимый к нему заряд улавливается частицами топлива, которые затем проходят через сильное магнитное поле, создаваемое находящимися внутри ионизатора постоянными магнитами. Под влиянием магнитного поля увеличивается электростатический заряд и изменяется структура частиц топлива. Вследствие этого сгорание топлива происходит наиболее полно, нагара образуется меньше.

Интенсификация искрового разряда связана с применением электронных систем зажигания для ДВС, обладающих возможностью повышения энергии искрового разряда. При этом показатели топливной экономичности и токсичности ОГ здесь примерно такие, как у двигателей с форкамерно-факельным зажиганием, и в реальных эксплуатационных условиях использование повышенной энергии искрового разряда позволяет уменьшить расход топлива на 2—5 % и снизить выброс углеводородов с ОГ.

Электронные системы управления ДВС регулируют угол опережения зажигания, энергию искры и момент включения электромагнитного клапана экономайзера принудительного холостого хода карбюратора, что имеет место, например, на автомобилях ВАЗ. Управление системой осуществляется по трем параметрам — частоте вращения коленчатого вала, давлению за дроссельной заслонкой и температуре ДВС, для чего в системе имеются соответствующие датчики.

Заключение

Большое значение для  уменьшения загрязнения  атмосферного воздуха  отработавшими  газами имеет  повседневный технический  контроль состояния автомобиля. Каждый автовладелец обязан следить за исправностью совей машины.

При исправном, хорошо отрегулированном двигателе  в отработавших газах окиси углерода должно содержаться не более допустимой нормы.

Низкий  уровень технического обслуживания и полное отсутствие обязательного технического контроля за состоянием автотранспортных средств приводят к расстройству узлов и систем автомобиля. В результате выбросы вредных веществ у таких автомобилей возрастают, намного превышая установленную норму. В этих условиях необходимо повышать уровень технического обслуживания и совершенствование систем и методов контроля за техническим состоянием.

Причины «дымления» автомобилей различны - неисправность двигателя, неотлаженность системы питания или зажигания. Если все автомобильные двигатели будут правильно отрегулированы, то выброс вредных веществ в атмосферу уменьшится в 3-5 раз.

Нарушение технологической дисциплины приводит к тому, что автомобиль неделями, а то и месяцами развозит по улицам ядовитый чад. Плохо накаченные шины не только быстрее изнашиваются, но и увеличивают сопротивление движению, а значит больше сжигается горючего.

Неумелое  поведение  водителей  за рулем (неправильный выбор  скоростей движения, резкие разгоны, торможение), а так же самостоятельная регулировка (например - увеличение частоты вращения на холостом ходу) и нарушений инструкций по эксплуатации автомобиля - нередко приводят к увеличению загрязнения среды, снижая эффективность усилий конструкторов.

Список используемой литературы

1. Рябчинский, А. И. Экологическая безопасность автомобиля/ А.И. Рябчинский, Ю.В. Трофименко, С.В. Шелмаков. – М.: Московский государственный автомобильно-дорожный институт, 2000. – 96 с.
2. Голубев И. Р. Окружающая среда и транспорт/ И. Р Голубев, Ю. В. Новиков. – М.: Транспорт, 1987. – 207 с.
3. Учебные материалы ВГУЭС [Электронный ресурс], - http://abc.vvsu.ru/Books/l_rabprocess/page0031.asp