Оценка эффективности грузовых автомобилей с различными силовыми агрегатами

Большую долю в загрязнении атмосферы составляют выбросы вредных веществ от автомобилей. В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах [1].

На окружающую среду территории РФ по состоянию на 1 января 2022 года оказывает негативное влияние около четырех миллионов грузовых автомобилей. Из этого количества:

• -    70% оборудованы дизельным двигателем;

• -    стаж эксплуатации более 15 лет у 65%;

• -    соответствие экологическому стандарту Евро 4 и выше у 20%.

Таким образом, можно выделить проблему загрязнения, так-как она является основной причиной необходимости перехода на альтернативные силовые агрегаты.

Из-за того, что большинство транспортных компаний имеют в своем парке грузовые автомобили старого года выпуска, количество вредных выбросов в атмосферу остается значительным. К примеру, под стандарт Евро-4 подпадают авто, выпускаемые в странах Европейского союза с 2005

года, в США и Корее - с 2006 года, в Японии и России - с 2010 года, а в Китае - с 2012 года [2].

Несмотря на активное внедрение автобусов с альтернативными силовыми агрегатами эра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) еще далека от своего заката -такого мнения придерживается достаточно большое количество и специалистов, и простых автолюбителей. И для такого утверждения у них есть все основания. Значительного снижения расхода топлива удалось достигнуть благодаря внедрению в конструкцию ряда технических новшеств. Первым таким шагом стал переход от карбюраторных двигателей к инжекторным. Вследствие чего двигатель способен работать на более бедных смесях, экономя при этом топливо и снижая выброс вредных веществ.

Существует ряд систем, назначение которых - непосредственно снижать количество вредных веществ в выхлопных газах. В первую очередь это каталитический нейтрализатор и система рециркуляции выхлопных газов EGR. В нейтрализаторе между вредными веществами, возникает химическая реакция. В результате реакции вредные вещества разлагаются на безвред- ные составляющие. Система EGR (Exhaust Gas Recirculation) имеет более «узкую» направленность. Эта система применяется для снижения содержания оксидов азота в выхлопных газах на режимах прогрева и резкого разгона, то есть, когда двигатель работает на обогащенной топливной смеси. Принцип работы системы заключается в перераспределении доли выхлопных газов обратно в цилиндры. Это в свою очередь вызывает снижение температуры горения и, соответственно, концентрации оксидов азота.

В некоторых конструкциях применяется система SCR (Selective catalytic reduction). Принцип работы системы SCR следующий: в выхлопную систему перед катализатором впрыскивается водный раствор мочевины. В результате химической реакции практически половина высокотоксичных оксидов азота преобразуется в обычный безвредный азот.

Подводя итоги вышесказанного, можно утверждать, что в ближайшие десятилетия двигатели внутреннего сгорания будут улучшаться. На этот счет этого есть весомые технические и экономические причи- ны. Отлаженность технологии производства ДВС обеспечивает их сравнительно низкую стоимость. Совершенствование рабочего процесса позволило получить высокие характеристики и снизить вредные выбросы [3].

В данной работе будут рассмотрены следующие альтернативные силовые агрегаты: электрический двигатель; гибридный двигатель; силовой агрегат с газобаллонным оборудованием (ГБО).

Каждый, из которых значительно отличается от большинства используемых сейчас в РФ дизельных грузовиков, главным из которых является влияние на окружающую среду.

Оценка необходимости перехода грузового транспорта на альтернативные силовые агрегаты произведена с помощью общих требований к эксплуатации.

В таблице 1 были проанализированы грузовые автомобили фирмы DAF с дизельным двигателем, электрическим двигателем, гибридным двигателем и ГБО.

Табл. 1 выполнена с помощью бальной оценки где: 1 балл – это минимальная эффективность, а 3 балла максимальная.

Таблица 1. Оценка необходимости перехода на альтернативные силовые установки

Под надежностью подразумевается успешный срок эксплуатации количества транспортных средства с тем или иным оборудованием в РФ и других странах. Этим показателем оцениваются риски для транспортных компаний.

Под себестоимостью подразумевается экономия на топливе при осуществлении перевозок.

Анализируя результаты таблицы, можно сказать, что грузовой транспорт, ис- пользующий газобаллонное оборудование, может быть рекомендован для использования на территории РФ. Одной из весомой препятствующей причиной является отсутствие большого количества заправочных станций, что значительно сужает территории эксплуатации данной технологии.

Также отсутствует и инфраструктура для электрических двигателей. На данный момент в европейской части России насчитывается около тридцати быстрых публичных зарядных станций, около трехсот медленных. В настоящее время на Дальнем Востоке двадцать быстрых публичных зарядных станций, более пятидесяти медленных [4]. Наличие большого количества зарядных станций связано с перевозом городского пассажирского транспорта на электрическую тягу. Так в Москве насчитывается 200 электробусов, выполняя перевозки пассажиров. В г. Владивостоке также работает 2 электробуса. Замена автопарка общественного транспорта новыми электробусами определенно способствует развитию зарядной инфраструктуры. Если в ближайшем будущем такие автобусы будут применяться и на междугородних маршрутах, то это позволит “связать” между собой города, что благоприятно отразится на увеличении количества единиц экологического транспорта, так-как в таком случае можно будет осуществлять поездки на большие расстояния. Это позволит также использовать грузовой транспорт с электрической силовой установкой на междугородних маршрутах.

Кроме того, технология находится на раннем этапе развития, и, несмотря на значительное превосходство в показателях экологичности, стоимости обслуживания, себестоимости, небольшой запас хода и высокая стоимость таких высокотехнологичных грузовиков являются серьезным препятствием для перехода на них. Также сроки эксплуатации ограничены заменой батарей, что является фактически капитальным ремонтом и очень дорогостоящим процессом. Можно сделать вывод, что такой транспорт может позволить себе крупная компания, имеющая значительный свободный запас средств, способных возместить срок окупаемости.

Гибридный грузовой транспорт может быть также более выгодным так-как в меньшей степени отличается от дизельного двигателя и требует меньших вложений, но также зависим от замены батарей.