Поиски, идеи, разработкиПроблема с чистого» < выхлопаЕдва ли какая-нибудь другая техническая проблема в современном автомобилестроении так волнует сейчас умы конструкторов, задает столько хлопот специалистам и так актуальна и остра, как проблема создания двигателя, не отравляющего воздух. Она имеет огромное значение для сотен миллионов людей, для биосферы, для всей окружающей среды. Вред, наносимый отработавшими газами здоровью людей, животному миру, каменным постройкам, металлическим сооружениям и даже самим автомобилям, становится с развитием автомобилизации все более чувствительным. В поисках выхода в ряде стран разработаны и приняты законы и предписания по ограничению загрязнения воздуха автомобилями; существуют также межгосударственные соглашения по этому вопросу, не миновала его своим вниманием и Организация Объединенных Наций. Вот почему в последние годы мысли многих конструкторов и изобретателей обращены к этой проблеме, и мир время от времени облетают сенсации о создании «чистого двигателя». Но одно дело благие намерения, а другое — практический поиск действительно рациональных технических решений. Разумеется, лучше всего отвечала бы юридическим требованиям замена двигателей внутреннего сгорания какимито более «гигиеничными». Однако, не говоря уж о том, что работы, ведущиеся в этой области, пока еще далеки от завершения (это относится ик электромобилю), нельзя забывать, что в мире сейчас эксплуатируется свыше 300 миллионов машин, карбюраторные и дизельные двигатели которых не выбросишь просто на свалку. Вот почему ниже пойдет речь главным образом о научных исследованиях в области «обезвреживания» двигателей внутреннего сгорания, которые ив обозримом будущем сохранят, очевидно, свое ведущее положение в энергетике автомобильного транспорта. Нельзя, конечно, сказать, что поиски эти ведутся на голом месте. Многое уже сделано: довольно широко, например, применяются усовершенствованные карбюраторы; существуют устройства, исключающие нарушение регулировок в процессе эксплуатации; немало способствует борьбе с загрязне34нием воздуха применение бесконтактных электронных систем зажигания. Однако факт остается фактом — того, что уже достигнуто, не хватает для удовлетворения более жестких требований, выдвинутых жизнью. Пути, по которым до сих пор шло автомобилестроение в борьбе с токсичностью отработавших газов, не вывели его пока на широкую дорогу экологической безвредности. И каждое новое слово в этой области, каждый шаг, сделанный в этом направлении, привлекают к себе внимание все более широкого круга специалистов. В чем суть проблемы? Что делает ее столь сложной, что даже такие крупнейшие автомобильные концерны, как «Форд» и «Дженерал Моторс», публично признают свою «беспомощность в этом деле», хотя при современном уровне развития техники и химии подобные признания звучат, кажется, парадоксально? Технические трудности тут, действительно, есть. В основе их лежит причина, которую — по аналогии с медициной — можно было бы назвать «тканевой несовместимостью» компонентов, входящих в состав автомобильного выхлопа. Как известно, главными виновниками отравления воздуха выхлопными газами являются содержащиеся в них окись углерода (СО), несгоревшие углеводороды (СН), окислы азота (NO x ), а также «твердые вещества», в том числе токсичный свинец (в случае применения этилированного бензина). Бесцветная, без запаха, в высшей степени ядовитая окись углерода по праву считается врагом № 1. Она возникает как продукт неполного сгорания рабочей смеси, обусловленного недостатком воздуха. Несгоревшие углеводороды также появляются в результате несовершенного процесса сгорания. Образованию же окислов азота, напротив, способствует не столько плохое, сколько хорошее сгорание топлива. Эта подробность имеет, как оказалось, колоссальное значение. Если для уменьшения содержания в «выхлопе» СО и углеводородов достаточно применить ряд конструктивных мер, способствующих более эффективному смесеобразованию, более равномерному распределению рабочей смеси по цилиндрам и, в конечном счете, лучшему сгоранию, то с окислами азота дело обстоит гораздо сложнее. Более того, все, что способствует устранению СО и углеводородов, как на грех, влечет за собой увеличение «производства» окислов азота. Они образуются именно тогда, когда благодаря оптимальному давлению сгорания и высоким его температурам удается достичь наилучших показателей по мощности двигателя и расходу топлива. Получается заколдованный круг, выход из которого связан, как правило, с неизбежными компромиссами. Как бороться с окислами азота? Более или менее надежно показал себя метод отЕода выхлопных газов во впускной коллектор и переобогащения рабочей смеси. Для дожигания СО и углеводородов используют термореактор, устанавливаемый непосредственно за выпускной трубой двигателя. Этот способ, естественно, повышает расход топлива, не говоря уж о том, что сам термореактор — довольно деликатный и недешевый прибор. Он работает при температурах порядка 600—800°, требует поэтому для своего изготовления специальных сталей и, кроме того, наличия воздушного насоса, который поставляет необходимый для дожигания СО и углеводородов воздух. При нейтрализации вредных компонентов, входящих в состав отработавших газов, возможно также применение катализаторов. Но сложность в том, что наиболее эффективными из них являются платиновые. Использование более дешевых материалов обходится дороже — такие катализаторы начинают действовать лишь при относительно высоких температурах. Наиболее надежная очистка «выхлопа» обеспечивается в двухступенчатом катализаторе. Катализаторы как будто оказались пригодными для сегодняшних норм чистоты «выхлопа». Остаются, правда, неясности в вопросах снижения их стоимости, повышения срока службы, а также то немаловажное обстоятельство, что применение их предполагает, как правило, работу на неэтилированном бензине. При этом нельзя забывать, что дальнейшее ужесточение норм на токсичность выхлопа (а оно, по-видимому, через несколько лет снова станет неизбежным) может потребовать каких-то новых решений. Определенный интерес представляют ведущиеся сейчас исследования двигателей с так называемым послойным зарядом, благодаря которому становится возможным воспламенять невозгораемые при обычных условиях бедные рабочие смеси. С камерой сгорания в таких двигателях соседствует форкамера, куда через добавочный клапан вводится сравнительно богатая смесь. После воспламенения от свечи эта смесь поступает из форкамеры непосредственно в камеру сгорания и сама зажигает поступающую сюда бедную рабочую смесь. Сгорание, в конечном