Контрольная работа: Основные направления повышения экологической безопасности автомобилей
В качестве основного
источника энергии в таких автомобилях используется ДВС, а в качестве пикового
ее источника — тяговая электрохимическая батарея (ТЭБ) или накопитель (батарея
электрических конденсаторов, сверхкомпактный маховик и т. п.).
Гибриды вчера
В недалеком прошлом
гибридными называли агрегаты, способные работать на нескольких видах горючего
топлива. Одним из простейших и ярких примеров подобных силовых установок можно
считать мотор, работающий на бензине и газе (природном или полученном из нефти).
Кроме двух вышеназванных типов существовал и еще один — гибридный,
представляющий собой работающие вместе ДВС и электродвигатель. Почему-то в
большинстве справочников он не указан, и создается ощущение, что данная
технология родилась совсем недавно. Тем не менее, известная поговорка «все
новое — это хорошо забытое старое» и в этот раз сработала на 100%.
Как оказалось, «первые
ласточки» появились на рубеже XIX—XX-го веков. Более того, некоторым
разработчикам удалось перейти от проектов к мелкосерийному производству.
Начиная с 1897 года и на протяжении 10 последующих лет, французская Compagnie
Parisienne des Voitures Electriques выпустила партию электромобилей и машин с
гибридными двигателями. В 1900 году General Electric сконструировала гибридный
автомобиль с 4-цилиндровым бензиновым мотором. А с конвейера Walker Vehicle
Company of Chicago «гибридные» грузовики сходили до 1940 года.
Почему же тогда идея
электродвигателей и гибридов не прижилась?
На первую часть этого
вопроса еще в 30-х годах прошлого века ответил академик Е. А. Чудаков.
Проведенное им сопоставление характеристик моторов различных типов выглядит
так: бензиновый занял первое место по скорости и намного превзошел
электрический по запасу хода, зато по надежности и КПД бензиновый ДВС проиграл.
Стоит заметить, что ресурсные и экологические проблемы в те времена еще не
рассматривались. Продвижению же гибрида «в массы» тогда помешала высокая цена
комплектующих электроустановок, а также малые мощности и непомерный вес
элементов питания (аккумуляторных батарей).
Гибриды сегодня
Совершенствование
двигателей внутреннего сгорания едва-едва поспевает за предъявляемыми к ним
требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами об одновременно мощном и
экономичном моторе, с другой — экологи, ужесточающие нормы токсичности. А в
завершение — геологи, все настойчивее напоминающие об истощении запасов
«черного золота».
Сегодня смело, можно
сказать: эпоха ДВС как основного источника энергии на автомобиле подходит к
логическому завершению. Подтверждение этому уже не опытные, а серийные модели с
гибридными силовыми установками.
Рассмотрим схемы
гибридных силовых установок:
Последовательная схема
В данном случае ДВС
приводит в движение генератор, а вырабатываемая последним электроэнергия питает
электродвигатель, вращающий ведущие колеса. Последовательной установку называют
потому, что поток мощности поступает на ведущие колеса, проходя ряд
преобразований. От механической энергии, вырабатываемой ДВС в электрическую,
вырабатываемую генератором, и опять в механическую. Данная схема позволяет
использовать ДВС малой мощности, с условием его постоянной работы в диапазоне
максимального КПД. Это позволит стабильно генерировать достаточное количество
энергии для питания электродвигателя и заряда аккумуляторной батареи.
Параллельная схема
Здесь ведущие колеса
приводятся в движение и ДВС, и электродвигателем (обратимой машиной). Момент,
поступающий от двух источников, распределяется в соответствии с условиями
движения. Аккумулятор заряжается при переключении электродвигателя в режим
генератора (например, при торможении), а запасенная батареей энергия питает
обратимую машину, переключившуюся в режим электродвигателя, которая, в свою
очередь, вращает ведущие колеса. Подобная конструкция достаточно проста, но
имеет ряд недостатков, так как обратимая машина гибридной силовой установки не
может одновременно приводить в движение колеса и заряжать батарею.
Последовательно-параллельная
схема
Уже по названию можно
догадаться, что эта схема объединяет в себе две предыдущие. Здесь, в зависимости
от условий движения, используется тяга электродвигателя или одновременно ДВС и
электродвигателя. Помимо этого, в случае необходимости, система способна
приводить колеса в движение и одновременно вырабатывать электроэнергию,
используя генератор. Таким образом, достигается максимальная эффективность
силовой установки.
Несмотря на все видимые
преимущества, автомобили с гибридными силовыми установками имеют ряд
недостатков. Кроме того что они имеют усложненную конструкцию, требуется
наличие специального оборудования для их обслуживания и ремонта, а так же становится
необходима подготовка специалистов не только для обслуживания таких двигателей,
но и для оказания помощи в случае попадания такого автомобиля в аварию.
Электрические двигатели
проходят испытание во многих странах. Первые образцы электромобилей были
созданы еще в конце XIX века. Это была огромная машина с ваннами, заполненными
серной кислотой, с очень маленькой скоростью. Однако с приходом XXI века и
появлением свежих идей многие производители автомобилей дают электромобилю
второй шанс. Проблем здесь, по существу, лишь две: найти накопитель энергии,
способный обеспечить транспортному средству запас хода, соизмеримый с запасом
хода обычного автомобиля, и создать соответствующую инфраструктуру (сеть
зарядных станций и т. п.). Однако эти проблемы — чрезвычайной сложности.
Особенно первая. Достаточно напомнить, что многие специалисты (электрики,
химики, материаловеды и др.) весь прошлый век работали над созданием
электрических аккумуляторов большой емкости, но так и не сумели получить
приемлемые для автомобилестроителей и других потребителей результаты по запасу
хода электромобиля, поскольку, ни один из аккумуляторов по удельной
энергоемкости не смог конкурировать ни с жидким, ни даже с газовым топливом.
Другими словами, при переходе с ДВС на батареи электрических аккумуляторов
приходится жертвовать либо грузоподъемностью, либо запасом хода автомобиля.
Несмотря на то, что,
во-первых, работы по электромобилям во многих странах получили государственную
(в том числе финансовую) поддержку, во-вторых, поддержку общественную (судя по
опросу, в Европе уже сегодня 1,3 % потребителей, т. е. -200 тыс. чел., готовы
стать владельцами электромобилей. Действует "Ассоциация европейских
городов, заинтересованных в использовании электромобилей", в-третьих,
разработкой электромобилей занимаются практически все автомобилестроительные
фирмы, данный транспорт остается скорее специальным, чем массовым: его
применяют в аэропортах, на атомных станциях, территориях морских портов,
выставок и т. п. Попытки же организовать крупномасштабное производство пока
малоуспешны.
Преимущества электромобиля:
·
отсутствие
вредных выхлопов;
·
простота
конструкции и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части
(до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем;
·
КПД
электродвигателя составляет 90 %—95 %.
Недостатки электромобиля:
·
аккумуляторы за
полтора века эволюции так и не достигли характеристик, позволяющих
электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости,
несмотря на значительное усовершенствование конструкции. Имеющиеся
высокоэнергоёмкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных
или дорогостоящих металлов (серебро, литий), либо работают при слишком высоких
температурах (рабочая температура натрий-серного аккумулятора >300 °С).
Кроме того, такие аккумуляторы отличаются высоким саморазрядом. Одним из
перспективных направлений стала разработка никель-металгидридных аккумуляторов
с оптимальным соотношением энергоёмкости и себестоимости, перспективными
считаются и аккумуляторы на основе полипропилена, однако, фактически по
экономическим соображениям на электромобилях, как и век назад применяются
свинцово-кислотные АКБ. Впрочем, энергоёмкость таких АБК увеличилась за 20 век
в 4 раза (до 40—45 Вт·ч/кг) и они не требуют обслуживания в течение всего срока
службы. Значительно повысить отдачу от аккумуляторов позволило применение
электронных систем оперативного контроля над состоянием и зарядкой-разрядкой
АКБ.
·
аккумуляторы хорошо
работают при движении электромобиля на постоянных скоростях и при плавных
разгонах. При резких стартах тяговые АКБ теряют много энергии.
·
проблемой
является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат
ядовитые компоненты (например, свинец или литий).
·
около 10% энергии
теряется в коробке передач и других элементах трансмиссии.
·
часть энергии аккумуляторов
тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих
бортовых энергопотребителей. Прилагаются усилия, чтобы решить эту проблему с
использованием топливных элементов, и фотоэлементов.
·
для массового
применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры для
подзарядки аккумуляторов (зарядка на «автозарядных» станциях).
·
Главный
недостаток ЭХГ на сегодняшний день - высокая стоимость.
Специалисты полагают, что
наиболее энергосберегающим и высокоэффективным источником энергии для
электромобилей являются батареи топливных элементов. У таких элементов много
достоинств, прежде всего высокий КПД, достигающий в реальных установках 60-70%;
их не надо заряжать, как аккумуляторы, достаточно пополнять запасы реагентов.
Наиболее перспективен водородно-воздушный электрохимический генератор (ЭХГ), в
котором продуктом реакции при выработке электрической энергии является
химически чистая вода.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 |