Основные направления повышения экологической безопасности автомобилей

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.

2.4 Совершенствование электромобиля.

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).

 Скачать реферат