Буланов В. О., студент ВФ ГОУ МГИУ

1
2
ББК 20.1 Э-40
Экологические аспекты автотранспорта:
Материалы научно-практической конференции.
Вязьма: ВФ ГОУ МГИУ, 2008 - 172с.
ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ КОНФЕРЕНЦИИ:
Л.В.
Бармашова,
к.э.н.,
доцент
кафедры
«Менеджмента
и
экономического анализа»;
Н.Е. Павлов, к.п.н., доцент кафедры «Гуманитарных и и
социально-экономических дисциплин»;
Реут В.А., к.т.н., доцент кафедры «Естественно-научных и
технических дисциплин»;
О.Н. Воронова, зам. зав. кафедрой «Естественно-научных и
технических дисциплин».
Технический редактор:
Н.Г. Улыбина
Корректор:
Н.В. Никитина
ISBN 978-5-902327-65-3
Напечатано в Редакционно-издательском центре ВФ ГОУ МГИУ, г.
Вязьма, ул. Просвещения, д. 6 А.
Тираж 500 экз.
Подписано в печать 15.05.2008г.
3
Альтернативные конструкции двигателей
Бессонов А.С. Костиков Ю.С, студенты ВФ ГОУ МГИУ
Сильченкова Т.Н., к.п.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ
Сегодня в мире все более остро встает проблема использования
энергетических и топливных ресурсов. Одним из самых расходных
направлений является автотранспорт и промышленность. Но если на
обеспечения населения и производств альтернатива была придумана еще в
середине 60-х и интенсивно стала развиваться, то автотранспорт долго не
имел альтернативных источников развития.
Лишь ближе к середине 70 появились идеи создания экологически
чистых а кроме того более дешевых двигателей. Но, как и 40 лет назад
ученые умы современности сталкиваются с проблемой мощности таких
двигателей.
Именно поэтому тех же 70 были разработаны первые гибридные
двигатели,
различными
комбинировавшие
более
обычный
экономичными,
но
четырехтактный
менее
двигатель
мощными
с
моделями,
использовавшими не бензиновое топливо.
Но для многих людей так и остается тайной отличие между
бензиновыми и гибридными двигателями. Поэтому я считаю нужным, на
примере рассказать и показать недостатки и преимущества различных типов
двигателей. И начну, пожалуй, в хронологической последовательности с
четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с циклом Карно.
О недостатках существующих двигателей внутреннего сгорания (ДВС)
известно всем - это и кривошипно-шатунный механизм, и большая масса, и
достаточно тонкая настройка системы впуска/зажигания, глушителей
(например, правильно настроенный резонансный глушитель повышает
мощность ДВС до 30%), четырехтактность (из 4 ходов поршня только один
является "рабочим", остальные 3 "холостыми"), и многое другое. О
4
достоинствах также хорошо известно -поршневые двигатели внутреннего
сгорания являются самыми экономичными и простыми из всех типов
двигателей. Разумеется, не считая "экзотических" двигателей, конструкция
которых либо слишком сложна для производства (двигатель Стирлинга),
либо которые из-за низкого качества современных материалов обладают
недопустимо малым ресурсом (роторно-поршневые и некоторые другие).
Первый двигатель внутреннего сгорания изобретен в 1765 году.
Вначале без сжатия смеси перед зажиганием, потом с сжатием, после чего
конструкция ДВС практически не менялась. Причем КПД тоже остался на
почти таком же низком уровне (максимальный теоретический уровень КПД
70%, реально же в четырехтактных не более 35%, а в дизелях 41%).
Наиболее известный альтернативный ДВС - это роторно-поршневой
двигатель Ванкеля, изобретенный в 1957 году. Это четырехтактный
двигатель (только каждый четвертый ход "рабочий"), в котором ротор,
напоминающий треугольник, вращается через планетарную передачу,
попеременно увеличивающий и уменьшающий объем камеры между ротором
и стенками (статором). Достоинства: более простая конструкция (требует на
35..40% меньше деталей, чем обычный двигатель), почти в 2 раза меньший
вес при одинаковой мощности, более компактный, практически без
вибраций. Недостатки: малый ресурс из-за плохих материалов уплотнения,
больше расход топлива, не простое вращательное движение (сам Ванкель
был недоволен планетарной концепцией и до конца жизни искал более
простой вариант).
Но как обычный четырехтактовый двигатель, так и двигатель Венкеля
могут быть универсальными по расходу топлива, по удельному весу и по
КПД.
В
комбинированном(
гибридном)
газобензиновом
двигателе
внутреннего сгорания используют 2 двигателя обычный 4етырехтакто-вый
двигатель и газотурбину, которая использует после прогрева и пуска
кинетическую энергию потока газов, действующего на подвижную "стенку",
5
которая в этом случае представляет собой лопатки рабочего колеса турбины.
Принцип действия газотурбинного двигателя можно уяснить по следующей
схеме.
Газотурбинные двигатели имеют ряд преимуществ перед поршневыми:
рабочие органы совершают в них только вращательное движение и легко
уравновешиваются; характеристика крутящего момента протекает весьма
благоприятно (с уменьшением частоты вращения крутящий момент резко
возрастает); могут работать на любом малосернистом жидком или
газообразном топливе с большим избытком воздуха, поэтому продукты
сгорания их имеют меньшую концентрацию токсичных веществ; легко
пускаются при низких температурах и отличаются большой габаритной
мощностью.
Однако газотурбинные двигатели сложны и дороги в производстве.
Рабочая частота вращения вала тяговой турбины составляют 30-50 тыс. в
минуту, что усложняет трансмиссию автомобиля. Без теплообменника
газотурбинные двигатели имеют сравнительно низкую экономичность, а
существующие теплообменники громоздки и сложны в изготовлении.
В современных газотурбинных двигателях мощность, затрачиваемая на
сжатие воздуха и привод вспомогательных агрегатом, обычно составляет 6070% работы газов при расширении. Следовательно, мощность турбины
должна значительно превышать эффективную мощность двигателя. Гибрид с
обычным бензиновым двигателем помогает уменьшить количество топлива а
в месте с тем и выбросы в атмосферу. Кроме того газовая турбина позволяет
сэкономить на стоимости топлива и увеличить мощность двигателя в 1.38
раза.
А в 2006 году многочисленные СМИ, в том числе ВВС, пророчили, что
в начале 2009 года начнётся массовое производство автомобилей,
использующих воздух вместо топлива. Поводом для такого смелого
заявления послужила презентация автомобиля под названием е. Volution на
выставке Auto Africa Ехро2006, которая состоялась в Йоханнесбурге.
6
Изумлённой общественности сообщили, что e.Volution может без
дозаправки проехать около 200 километров, развивая при этом скорость до
130 км/час. Или же в течение 10 часов со средней скоростью 80 км/час. Было
заявлено, что стоимость такой поездки обойдётся владельцу e.Volution в 30
центов. При этом весит машина всего 700 кг, а двигатель - 35 кг.
Революционную новинку представила французская фирма MDI (Motor
Development International), которая тут же объявила о намерении начать
серийный выпуск автомобилей, оборудованных двигателем на сжатом
воздухе.
Изобретателем
двигателя
является
французский
инженер-
моторостроитель Гай Негр (Guy Negre), известный, как разработчик
пусковых устройств для болидов "Формулы 1" и авиационных двигателей.
Негр заявил, что ему удалось создать двигатель, работающий
исключительно на сжатом воздухе без каких бы то ни было примесей
традиционного топлива. Своё детище француз назвал Zero Pollution, что
означает нулевой выброс вредных веществ в атмосферу.
Девизом Zero Pollution стало "Простой, экономичный и чистый", то
есть упор был сделан на его безопасность и безвредность для экологии.
Принцип работы двигателя, по словам изобретателя, таков: "Воздух
засасывается в малый цилиндр и сжимается поршнем до уровня давления в
20 бар. При этом воздух разогревается до 400 градусов. Затем горячий воздух
выталкивается в сферическую камеру.
В "камеру сгорания", хотя в ней уже ничего не сгорает, под давлением
подаётся и холодный сжатый воздух из баллонов, он сразу же нагревается,
расширяется, давление резко возрастает, поршень большого цилиндра
возвращается и передаёт рабочее усилие на коленчатый вал.
Можно даже сказать, что "воздушный" двигатель работает так же, как и
обычный двигатель внутреннего сгорания, но только никакого сгорания тут
нет".
7
Было заявлено, что выбросы автомобиля не опаснее углекислого газа,
выделяемого
при
дыхании
человека,
двигатель
можно
смазывать
растительным маслом, а электрическая система состоит всего лишь из двух
проводов.
На заправку такого воздухомобиля требуется около 3 минут.
Представители
"воздухомобиля"
Zero
Pollution
достаточно
заявили,
наполнить
что
воздушные
для
заправки
резервуары,
расположенных под днищем автомобиля, что занимает около четырёх часов.
Впрочем, в будущем планировалось построить "воздухозаправочные"
станции, способные наполнить 300-литровые баллоны всего за 3 минуты.
Предполагалось, что продажи "воздухомобилей" начнутся в Южной
Африке по цене около $10 тысяч. Также говорилось о строительстве пяти
фабрик в Мексике и Испании и трёх - в Австралии. Лицензию на
производство автомобиля якобы уже получили больше дюжины стран, а
южноафриканская компания вроде бы получила заказ на производство 3000
автомобилей, вместо запланированной экспериментальной партии в 500
штук.
Единственную
конкуренцию
гибридным
электробензиновым
двигателям сейчас могут составить водородные двигатели. Учитывая то, что
водорода на планете 74% а двигатели на этом топливе обладают
сравнительно небольшими размерами(30-35 кг) и довольно высокой
мощностью мощностью(50 л.с.) Кроме того уровень экологичности таких
двигателей несоизмерим с бензиновыми и газотурбинными двигателям.
Единственный недостаток пожалуй это цена. На сегодняшний день
водородные двигатели и электрогенераторы уже готовы к запуску в массовое
производство.
Практически
все
нефтяные
и
энергетические
транснациональные корпорации имеют многомиллионные водородные
программы. Все мировые автомобильные гиганты имеют по несколько
опытных образцов. General Motors, Ford, BMW, Toyota, DaimlerChrysler - все
8
эти компании начали или начнут со следующего года серийное производство
своих моделей на топливных элементах.
Единственная причина, по которой это не происходило раньше, необходимость гигантских инвестиций для создания инфраструктуры,
сопоставимой с нефтяной, а также наличие относительно дешевой нефти. По
сути, для того чтобы начался процесс перехода к водороду, нужен был лишь
какой-то внешний толчок.
Взлет цен на нефть, похоже, и стал таким толчком. Говорить о
дороговизне альтернативных источников энергии или огромных инвестициях
в водородную инфраструктуру можно при цене в 20 долларов за баррель.
Когда цена переваливает за 50, эти аргументы уже не работают. "Если
нынешние тенденции сохранятся, миру необходимо будет инвестировать 16
трлн. долларов в течение ближайших трех десятилетий, чтобы обеспечить
поддержание роста энергопотребления", - уверен исполнительный директор
парижского бюро IEA (Международного энергетического агентства) Клод
Мандила.
В свете нынешнего кризиса можно почти не сомневаться, что деньги
эти будут потрачены на создание водородной инфраструктуры и развитие
других альтернативных источников энергии. Поэтому расчет того, на сколько
миру хватит нефти, может оказаться бессмысленным занятием.
На основе сравненных типов двигателей можно легко понять, что
комбинированные двигатели, это лишь ступень на пути к эклектическим и
водородным двигателям.
Литература
1. http://www.membrana.ru/articles/inventions/2001/12/26/ 190400.html
2.
http://blackpearl.moy.su/index/0-5
3.
Гагарин Е.И. Развитие конструкций автомобильных двигателей
Машиностроение, 2006.
9
4.
Бурячко В.Р, Гук А.В. Автомобильные двигатели. Рабочие
циклы. Показатели и характеристики. Методы повышения эффективности.
Машиностроение, 1999.
10
Газовое топливо - способ уменьшения выбросов в окружающую среду
Борисенков СВ., Артамонов С.А., студенты ВФ ГОУ МГИУ
Харин В.А., ассистент ВФГОУМГИУ
Проблемы экологической безопасности автомобильного транспорта
являются составной частью экологической безопасности страны. Значимость
и острота этой проблемы растет с каждым годом. В инфраструктуре
транспортной отрасли России насчитывается около 4 тыс. крупных и средних
автотранспортных предприятий, занятых пассажирскими и грузовыми
перевозками. С развитием рыночных отношений появились в большом
количестве
коммерческие
транспортные
подразделения
небольшой
мощности. В 2000 году в РФ функционировало свыше 400 тыс. субъектов
транспортного рынка различных форм собственности.
Рост автопарка, изменение форм собственности и видов деятельности
существенно не повлияли на характер воздействия автотранспорта на
окружающую природную среду. Вызывает тревогу тот факт, что, несмотря на
проводимую работы, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от
автотранспортных средств увеличивается в год в среднем на 3,1%. В
результате
величина
ежегодного
экологического
ущерба
от
функционирования транспортного комплекса России составляет более 75
млрд. рублей. США и продолжает расти. Автомобильный парк России в 2000
году составлял 27,06 млн. шт., в том числе 20,12 млн. легковых автомобилей,
4. 57 млн. грузовиков, 650 тыс. автобусов и 1,72 млн. прицепов и
полуприцепов.
Средний
возраст
автотранспортных
средств
остается
значительным и составляет 10 лет, в том числе 10% парка эксплуатируется
свыше 13 лет, полностью изношены и подлежат списанию.
Один автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4
т кислорода, выбрасывая при этом с отработанными газами примерно 800 кг
11
угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеродов. В
результате по России от автотранспорта за год в атмосферу поступает
огромное количество только канцерогенных веществ: 27 тыс. т бензола, 17,5
тыс. т формальдегида, 1,5 т бен-з(а)пирена и 5 тыс. т. свинца. В целом, общее
количество вредных веществ, ежегодно выбрасываемых автомобилями,
превышает цифру в 20 млн. т.
Необходимо отметить, что с точки зрения наносимого экологического
ущерба, автотранспорт лидирует во всех видах негативного воздействия:
загрязнение воздуха - 95%, шум - 49,5%, воздействие на климат-68%.
Экологические проблемы, связанные с использованием традиционного
моторного топлива в двигателях транспортных средств, актуальны не только
для России, но и для всех стране мира. Во многих странах мира приняты
жесткие требования по экологизации автотранспорта. В результате с 1993
года по 1999 год количество вредных веществ в отработанных газах
автомобилей за рубежом снизилось примерно в 2 раза, а всего за последние
40 лет содержание токсичных компонентов уменьшилось на 70% . В
настоящее время многие зарубежные моторостроительные фирмы взяли курс
на решение задачи достижения нулевой (Zero) токсичности отработанных
газов. Их многолетний опыт показывает, что добиться этого можно только в
случае использования альтернативных (не нефтяных) видов моторного
топлива. Именно поэтому, практически все перспективные экологически
чистые автомобили, проектируются под альтернативные виды топлива.
Безусловно,
значительные
материальные
затраты
на
создание
экологически чистых машин, связаны не с благородством и альтруизмом
западных моторостроительных компаний, а определяются давлением
государственных законов. Косвенно эти законы коснулись и Россию - в нам
хлынул поток зарубежных автомобилей, которые в развитых странах были
признаны экологически не безопасными, тем самым пополнив отечественный
автопарк автомобилей, наносящих колоссальный ущерб экологии наших
городов. Справедливости ради необходимо признать, что производимые в
12
России автомобили отстают на 8-10 лет по всем показателям (в том числе и
по экологии) от автомобилей, выпускаемых в настоящее время в
промышленно развитых странах. Так, только со следующего года "Автоваз"
собирается
выпустить новый
легковой
автомобиль, работающий
на
альтернативном топливе, нормы выбросов токсичных компонентов в
выхлопных газах которого, будут соответствовать "Евро-2". Но эти нормы в
Европе уже отметены три года назад и введены новые более жесткие нормы
"Евро-3".
Роль государства в вопросах экологизации автотранспорта особенно
красноречива видна на примере США. За последнее десятилетие в США
принято ряд законодательных актов, в которых самое пристальное внимание
уделяется проблеме улучшения экологической обстановки в городах и
населенных пунктах. В их числе: Закон "Об альтернативном моторном
топливе", Закон "О чистом воздухе", Закон "Об энергетической политике".
На основе этих законов Министерство энергетики США значительно
расширило
научно-исследовательские
работы
в
секторе
потребления
энергоресурсов в автотранспорте и разрабатывает новые программы по
ускоренному широкомасштабному использованию альтернативных видов
топлив.
Как и во всем мире, в США в вопросе "экологизации" автотранспорта
основной упор делается на замещение нефтяного топлива природным газом.
Это отчетливо видно по динамике изменения применения альтернативных
моторных топлив в прогнозах на следующие 10 лет.
Широкое
применение
природного
газа
как
наиболее
чистого
альтернативного моторного топлива возведено в ранг государственной
политики. Ни для кого не секрет, что именно с этой целью все свое
президентство Билл Клинтон ездил на автомобиле, работавшем на
природном газе.
Приоритетность природного газа, как наиболее перспективного
экологически чистого моторного топлива, очевидна для многих стран мира.
13
В Канаде, Новой Зеландии, Аргентине, Италии, Голландии, Франции и
других странах успешно действуют национальные программы перевода
автотранспорта, в первую очередь городского, на газомоторное топливо. Для
этого разработана соответствующая нормативно-законодательная база:
ценовая, налоговая, тарифная, кредитная. В результате налицо явный
прогресс. В Нидерландах более 50% всего автотранспорта используют в
качестве топлива газ, в Италии -более 20%. 95% автобусного парка Вены и
87% парка Дании работают на газе. В странах Западной Европы для
стимулирования
газификации
автотранспорта
предусматривается
существенное уменьшение налогов на автомобили, использующие газовое
топливо. В среднем, эта разница составляет 1,5-2 раза, кроме того,
автовладельцы после конверсии автомобиля освобождаются от налоговых
выплат на 3 года. С 1996 года в Великобритании и Франции существенно
уменьшены налоги на автомобили, использующие газовое топливо. В
Германии эта разница составляет 1,5 раза, в Нидерландах -1,7 раза/З/.В
начале 90-х годов прошлого столетия Правительство РФ также стало
принимать определенные
меры
по
решению
проблем
экологизации
автотранспорта. Постановлениями Правительства РФ от 15 января 1993 года
№ 31 "О неотложных мерах по расширению замещения моторных топлив
природным газом" и от 2 ноября 1995 года № 1087 "О неотложных мерах по
энергосбережению", в частности, предусмотрено осуществить замену
дефицитных нефтяных видов топлива альтернативными, а также сократить
объем потребления бензина за счет увеличения выпуска автотранспортных
средств, работающих на газообразном топливе. В связи с этим перевод
автомобильного транспорта на природный газ становится важнейшей
государственной задачей для России. Однако в последнее годы вопросы
экологизации автотранспорта и широкого использования природного газа в
качестве моторного топлива явно стали буксовать на федеральном уровне. С
1999 года по коридорам власти гуляет проект Закона "Об использовании
природного газа в качестве моторного топлива", не ясна судьба и другого, не
14
менее важного для России, закона "Об обеспечении экологической
безопасности автотранспорта", разработанного Комитетом Государственной
Думы по экологии. Хотелось бы надеяться, что приоритеты здоровья нации
будут выше, чем чьи-то ведомственные интересы. Введение на территории
России с 1 января 2001 года нормы "Евро-2" пока является чисто
декларативным актом, поскольку, нерациональная структура отечественной
нефтепереработки
(недостаточны
мощности
вторичных
процессов)
определяет низкое качество производимых бензинов и дизельного топлива,
не соответствующих современным требованиям. С другой стороны, качество
отечественных автомобильных двигателей оставляет желать лучшего.
Российские двигатели в большинстве уступают зарубежным по таким
показателям,
как
удельная
мощность,
экономичность,
шумность,
эксплутационная технологичность, экологичность и ремонтопригодность.
Согласно постановления Правительства Российской Федерации от 15 марта
1999 года № 286 "Основные направления развития автомобильной
промышленности России на период до 2005 года" и проекта Федеральной
целевой программы "Развитие автомобильной промышленности России на
период до 2005 года" выпуск отечественных автомобильных двигателей,
отвечающих современным требованиям по сохранению окружающей среды,
следует ожидать не ранее 2010 года. Поэтому, в настоящее время
единственным путем повышения экологичности автотранспорта является его
перевод на природный газ, что обеспечит сокращение вредных выбросов в
окружающую среду двигателями автомобилей до уровня, отвечающего
жестким европейским нормам (см. таблицу №1).
15
Проблема перевода автотранспорта на природный газ представляет
собой решение комплекса сложных задач, среди которых наиболее
значимыми являются: серийное производство газобаллонных автомобилей;
создание инфраструктуры (сети) заправочных комплексов; разработка и
производство надежного газобаллонного оборудования; создание сервисной
сети для переоборудования автотранспортных средств; подготовка кадров;
правое и рекламно-информационное обеспечение и т.д. В связи с чем,
программы газификации автотранспорта и улучшения экологической
обстановки могут быть реализованы не только по указу сверху, но и при
поддержке и непосредственным участие региональных властей.
Наиболее
ощутимые
результаты
по
экологизации
дорожного
транспорта и применению газовых моторных топлив достигнуты в г. Москве.
Московская Программа газификации транспорта основана на совместном
Постановлении Правительства Москвы и Правления РАО "Газпром" от
26.11.96 №943/134 и Постановлении Правительства Москвы от 5 июня 2001
года №510-ПП "О дополнительных мерах по расширению использования газа
метана в качестве моторного топлива". Стратегической целью этой
Программы является изменение структуры действующего в Москве
автопарка, за счет переводу автобусов городского пассажирского транспорта,
муниципального грузового и ведомственного транспорта на природный газ, с
тем, чтобы к 2005 году не менее 40% эксплуатирующейся муниципальной
16
автотехники использовало в качестве моторного топлива природный газ и по
экологическим характеристикам отвечало нормам выбросов "Евро-2".
Для реализации принятой Программы созданы Рабочая группа при
Правительстве Москвы и "Фонд экологизации транспорта Мосэ-котранс".
"Фонд
экологизации
транспорта
Мосэкотранс"
осуществляет
финансирование мероприятий по улучшению экологической обстановки в
городе и контроль за целевым использованием средств, выделяемых на их
реализацию. В настоящее время проделана огромная организационная
работа, к участию в Программе привлечено более 100 предприятий и
коммерческих структур, среди которых ОАО "НК Лукойл", ОАО "Газпром",
РАО "ЕЭС", ОАО "НК Роснефть", КБ "Автобанк", КБ "Русский Банк
Развития", Тюменская нефтяная компания и др.
Серьезность намерений Правительства Москвы сделать окружающий
городской воздух чище и заставить водителей автотранспортных средств
выполнять требования "Евро-2" подтверждается и созданием экологической
милиции. Москва пока единственный город в России, где функционирует
"Управление милиции по предупреждению экологических правонарушений",
созданное на основании Постановления столичного правительства №849 "Об
Управлении по борьбе с правонарушениями в области охраны окружающей
среды ГУВД г. Москвы". В функции этой милиции входит проверка у
автомобилей нормы токсичности отработанных газов и штрафование
водителей за их превышение.
И хотя можно спорить о правовой обоснованности такой милиции,
однако это реальный шаг к цивилизованному обществу. Цивилизация это не
только демократия, горячая вода и свет, но и право каждого человека дышать
свежим, а главное, чистым воздухом в месте, где он живет. Чистый воздух не
купишь в магазине, его надо просто не пачкать.
Следует
отметить,
что
проблемы
газификации
автомобильного
транспорта с успехом могут быть решены не только в Москве, но и на
местном уровне в любом регионе России. Именно местные власти могут
17
широко использовать предоставленные им законодательством налоговые и
тарифные стимулы для расширения использования газомоторного топлива на
транспорте. Положительные примеры такого подхода в Российской
Федерации уже имеются. В Республике Татарстан, Алтайском крае,
Белгородской, Брянской, Воронежской, Оренбургской, Самарской и ряде
других областей утверждены региональные программы для реализации этих
вопросов. Завершается подготовка программ в Вологодской, Костромской,
Ленинградской, Саратовской и Тамбовской областях. В КабардиноБалкарской Республике, Владимирской, Липецкой, Пензенской областях
задачи
по
газификации
автотранспортных
средств
определены
правительственными постановлениями. Томской областной Думой принят
закон "Об использовании природного газа в качестве моторного топлива".
Газификация автотранспорта - это не только решение экологических
проблем, но и экономия бюджетных средств (моторное топливо из
природного газа стоит наполовину дешевле нефтяного). Так, на московском
автокомбинате №41 несколько лет назад полностью перешли на газ. На
сегодняшний день автопарк комбината насчитывает 150 автомобилей,
18
работающих на сжатом природном газе. Эксплуатация этих газомоторных
автомобилей позволяет в месяц экономить на топливе свыше 300 тыс. руб.
Исследования выполненные компанией "Ленавтогаз" показывают, что
предприятия, которые перевели свой автопарк на природный газ, уже через
год ощутили конкретный экономический эффект. В таблице №2 приведены
данные экономической выгоды конвертации автомобильного транспорта на
газовое моторное топливо.
Таким образом, массовый перевод отечественных автомобилей на
природный газ является наиболее рациональным, ресурсообеспеченным и
экологически приемлемым путем повышения эффективности и экологизации
автомобильного транспорта России.
Литература
1.
Е.Криницкий. Экологичность автотранспорта должен определять
Федеральный закон.// Автомобильный транспорт, №9, 2000 г.
2.
Гурьянов Д.И. Экологически чистый транспорт: направления
развития.//Инженер, технолог, рабочий. №2,2001 г.
3.
С. Жуков. Природный газ - моторное топливо XXI века.
Промышленность сегодня, №2, 2001 г.
4.
Кириллов Н.Г. А воз и ныне там - проблема экологизации
автомобильного транспорта Санкт-Петербурга. Промышленность сегодня,
№11, 2001 г.
5.
Бензин, потеснись.//Фактор, №3, 2001 г.
19
Сравнительный анализ экологически - чистых автомобильных
двигателей
Буланов В. О., студент ВФ ГОУ МГИУ
Биодизель - альтернативное топливо для дизелей
Получение.
Характеристики. Применение. Стоимость Биодизель - это экологически
чистое топливо для дизельных двигателей, получаемое путем химической
обработки растительного масла или животных жиров, которое может
служить добавкой к дизельному топливу или полностью заменять его. В
настоящее время ряд стран (Австрия, Канада, Дания, Европейский союз,
Финляндия, Ирландия, Нидерланды, Швеция, США и Великобритания) ведут
совместные работы по созданию биологического топлива для транспортных
двигателей. Биодизель считается одним из наиболее перспективных
возобновляемых альтернативных топлив.
История вопроса
В 1878 г. Рудольф Дизель ознакомился с работой Карно, который
теоретически доказал, что может быть создан тепловой двигатель с к.п.д.
значительно более высоким, чем у паровой машины того времени.
Эффективность цикла Карно увеличивается с ростом степени сжатия газа.
Дизель применил теорию Карно к двигателю внутреннего сгорания. Он хотел
создать двигатель с максимально высокой степенью сжатия. Для этого
топливо в рабочий цилиндр вводится только в определенный момент и
воспламеняется от тепла предварительно сжатого воздуха. Двигатель Дизеля,
получивший его имя - "дизель", имеет к.п.д. более высокий, чем бензиновый
двигатель с принудительным зажиганием, и существенно более высокий, чем
паровой двигатель. Дизель получил патент на свое изобретение в 1893 г. и
продемонстрировал работающий двигатель в 1897 г. На Всемирной выставке
в 1900 г. был показан его двигатель, работавший на масле из семян сосны с
перспективой использования в качестве топлива растительного масла.
20
Именно эти эксперименты легли в основу исследований, которые в
дальнейшем привели к созданию биодизеля. Биодизель может быть получен
разными способами. Для этого растительные масла или жиры преобразуются
в жирные кислоты, которые в свою очередь преобразуются в эфиры. Масла
или жиры могут также непосредственно преобразовываться в метиловый или
этиловый эфиры, используя кислоту или ускоренную каталитическую
реакцию. Самый обычный метод получения биодизеля, известный как
"трансэфиризация", состоит в расщеплении молекулы глицерольного эфира
жирной кислоты на молекулы метилового эфира.
Таким
образом,
биодизель
-
это
название,
данное
эфирам
соответствующих масел, которые используются как дизельное топливо. Это
неядовитое, разлагаемое микроорганизмами жидкое топливо состоит из
длинных
цепей
моноалкиловых
эфиров
жирных
кислот
и
может
использоваться либо в чистом виде, либо в смеси с дизельными нефтяными
топливами.
Особое место в технологическом процессе изготовления биодизеля
отводится его испытаниям и контролю качества. Из многих существующих
методов испытаний биодизеля наиболее перспективными для оценки его
качества считаются новые методы, предусмотренные американскими
стандартами 14105 и ASTM D6584. Если при проверке топливо не
соответствует положительной оценке, оно подвергается доработке с
последующим повторным испытанием.
Оставшийся
в
топливе
глицерин
может
вызвать
забивание
распыливающих отверстий форсунки. Появление свободного и полного
глицерина
в
биодизеле
обусловлено,
как
правило,
недостаточным
преобразованием масла или жира в желательный моноалкиловый эфир.
Обычно биодизель из-за его высокой стоимости смешивают с
дизельным топливом (ДТ). Другой причиной для применения смеси из
биодизеля и ДТ являются неудовлетворительные пусковые свойства
двигателя, работающего на биодизеле при низкой температуре.
21
Биодизель может использоваться в различных целях. Его можно
применять в качестве смазывающей добавки (1.. .2 %) к дизельному топливу
с крайне низким содержанием серы, а смесь 20 % биодизеля с 80 %
дизельного топлива (В20) обычно служит заменой ДТ, которым, согласно
стандарту ASTM, могут быть ДТ1, ДТ2, авиационный керосин или другие
продукты переработки нефти. При соответствующей подготовке можно
использовать в двигателе и чистый биодизель (В 100).
В настоящее время В20 - самая распространенная биодизельная смесь в
Соединенных Штатах. Считается, что она позволяет удачно сбалансировать
требования, связанные с особенностями ДТ, рабочими характеристиками,
эмиссией отработавших газов и стоимостью.
Эта смесь может использоваться в системах, предназначенных для
работы на дизельном топливе, в том числе в дизельных двигателях, нефтяных
нагревательных котлах и турбинах, не требуя никаких перерегулировок и
переделок.
Применение смесей с более высоким содержанием биодизеля (типа В50
или В100) требует специальной подготовки системы управления и может
потребовать
модификации
оборудования,
например,
применения
специальных подогревателей или замены уплотнений и прокладок, которые
контактируют с топливом. В целом считается, что: В100 обеспечивает
наиболее
высокие
экологические
характеристики.;
В20
обеспечивает
получение впятеро меньших экологических преимуществ по сравнению с
В100, но может широко использоваться на существующих двигателях при
незначительной их модификации или вообще без нее; 2-процентная смесь
биодизеля с ДТ обеспечивает незначительное улучшение экологических
характеристик, но может использоваться как полезная добавка.
Одной из наиболее важных характеристик ДТ является его способность
к
самовоспламенению.
Эта
характеристика
определяется
величиной
цетанового числа топлива (цетановым индексом). Американское ДТ имеет
сравнительно невысокие цетановые числа, в среднем, около 40, а
22
европейское ДТ имеет цетановый индекс 50 ед. Исследования показали, что
цетановые числа биодизеля лежат в интервале величин от 45,8 до 56,9 ед.
Другой важной характеристикой дизельного топлива являются его
смазочные свойства. Смазка топливных форсунок и некоторых типов
топливных насосов обеспечивается самим топливом. Биодизель имеет
лучшие смазочные свойства, чем современные ДТ с низким содержанием
серы (500 весовых частей серы на 1 млн весовых ед. топлива - 500 ррт).
Проблема улучшения смазочных свойств ДТ обострится, когда будет введено
требование об уменьшении содержания серы в ДТ (до 15 ррт). Как
показывают исследования, добавление 1.. .2 % (по объему) биодизеля в смесь
с ДТ с низким содержанием серы улучшают смазочные свойства этого
топлива.
В продуктах сгорания биодизеля отсутствуют сера или частицы
ароматиков. Биодизель содержит до 10 % кислорода, что способствует
активизации процесса сгорания при работе двигателя на богатых смесях.
Биодизель обладает определенными недостатками. Как упоминалось
ранее, в холодных условиях двигатель работает на биодизеле заметно хуже,
чем на ДТ. Температура начала процесса, при которой топливо становится
мутным, называют точкой кристаллизации (помутнения). При еще более
низкой температуре топливо теряет текучесть, становится гелем, который не
может быть прокачан по трубопроводу. Оба названных температурных
порога у биодизеля выше, чем у ДТ.
С другой стороны, повышенная растворяющая способность биодизеля
и его агрессивность могут создать проблемы для топливной системы.
Биодизель может оказаться несовместимым с материалами уплотнений,
используемыми в топливных системах транспортных средств машин,
выпущенных до 1994 г. Поэтому переход на использование смесей В20 или
В100 в любом транспортном средстве или машине требует большой
осторожности.
23
Биодизель не оказывает существенного положительного влияния на
увеличение эффективной энергии в двигателе. Эффективная энергия - это
доля полной тепловой энергии топлива, введенного в двигатель. Термин
"объемная эффективность" лучше знаком пользователям транспортных
средств. Обычно объемная эффективность характеризуется величиной
расхода топлива на единицу пути или величиной пробега на единицу объема
топлива. Содержание энергии в единице объема биодизеля на 11 % ниже, чем
у ДТ, поэтому транспортное средство, работающее на В20, при прочих
равных условиях будет иметь пробег на 2,2 % меньший (на единицу объема
топлива), чем при работе на ДТ.
Приблизительно 11 % массы В100 составляет кислород. Присутствие
кислорода в биодизеле улучшает процесс сгорания и способствует
уменьшению выбросов углеводородов, угарного газа и сокращению эмиссии
макрочастиц; но при этом кислородосодержащие топлива имеют тенденцию
к увеличению эмиссии окислов азота. Результаты испытаний подтверждают
соответствующие теоретические предположения.
Увеличение эмиссии окислов азота при работе на биодизеле создает
достаточные причины для беспокойства, поэтому в США Национальная
лаборатория охраны окружающей среды (NREL) провела исследования,
связанные с поиском путей уменьшения эмиссии окиси азота при работе на
биодизеле. Установлено, что добавление цетаноповышающих агентов, таких
как "ди-терт-бутил пероксид" в количестве 1.. .2 % или этил-нитрата в
количестве 0,5 % способствует уменьшению эмиссии окислов азота при
сгорании биодизеля. Такой же эффект дает сокращение ароматиков от 31,9
до 25,8 % в ДТ. Эмиссия окислов азота в смесях с биодизелем может быть
уменьшена путем добавления в них керосина или ДТ марки Fischer-Tropsch.
Керосин, смешанный с 40 % биодизеля, обеспечивает эмиссию окислов азота
не выше, чем она бывает при работе на ДТ. Этот же результат дает смесь ДТ
Fischer-Tropsch с 54 % биодизеля.
24
Большинство исследований эмиссии биодизеля было выполнено на
существующих двигателях тяжелых шоссейных грузовых автомобилей.
Результаты исследований легли в основу стандартов на эмиссию.
Применение биодизеля из натурального растительного масла вместо
ДТ обеспечивает уменьшение эмиссии углекислого газа и расхода топлива.
Это утверждение основано на результатах анализа работы двигателя на
биодизеле и ДТ в течение его жизненного цикла. По оценке NREL
использование биодизеля марки В100 из бобов сои в двигателях городских
автобусов уменьшает эмиссию углекислого газа на 78,45 %. Следует
отметить, однако, что количество С02, выделяемое в атмосферу с учетом
промышленного производства биодизеля (в расчете на жизненный цикл
работы дизеля), практически нивелирует экологические преимущества от его
сгорания в двигателе.
Как отмечено выше, замена обычного ДТ на В100 уменьшает
большинство вредных примесей в ОГ, но увеличивает содержание окислов
азота. Так, например, при использовании В100 сокращается содержание
углеводородов (НС), но приблизительно на 10 % увеличивается количество
окислов азота (NOx), и в городских условиях это приводит к образованию
смога. Смог затрудняет работу легких, приводит к обострению астмы и
может вызвать хронические заболевания органов дыхания.
Увеличение выделений NOx в ОГ может быть минимизировано
модификацией двигателей, применением специальных добавок к топливу или
использованием реакторов-дожигателей.
Хотя эмиссия углеводородов НС при сгорании топлива с биодизелем
уменьшается по сравнению с работой на ДТ, их выброс в атмосферу с учетом
выделений
при
промышленном
производстве
биодизеля
суммарно
оказывается на 35 % выше, чем при применении ДТ.
Сажа. При применении В100
процентное
сокращение
выброса
происходит приблизительно 50-
твердых
частиц
(РМ
или
сажи).
Исследования показали резко отрицательное влияние сажи на здоровье
25
человека, ее наличие приводит к легочным заболеваниям и может вызвать
преждевременную смерть.
Ядовитые выделения в атмосферу. Выделения от сгорания В100 на 60..
.90 % менее токсичны, чем при сгорании ДТ. Такие компоненты, как
формальдегид и бензол могут причинить большой вред здоровью, вызывая
рак, нарушения работы иммунной и репродуктивной систем.
Другие экологические характеристики биодизеля. Биодизель неядовит
и разлагается в четыре раза быстрее, чем обычное ДТ. Его попадание в воду
или другие области окружающей среды сопряжено с гораздо менее вредными
последствиями.
При производстве биодизеля объем образующихся опасных отходов
примерно на 95 % меньше, чем при производстве нефтяного дизельного
топлива, зато количество неопасных отходов приблизительно удваивается.
Опасные отходы обычно являются следствием применения химических
веществ, связанных с очисткой нефти, а большинство неопасных отходов это продукты переработки сои.
Индийская компания выпускает машину с двигателем на сжатом
воздухе
Индийская автомобилестроительная компания Tata Motors приступает
к выпуску городских машин, которые в качестве топлива используют сжатый
воздух. Одной "заправки", по расчетам конструкторов, достаточно на 200-300
км.
Корпус машины сделан из пластмассы. Сжатый воздух приводит в
действие
поршни
двигателя
и
таким
образом
вращает
колеса.
Предположительно, баллона сжатого воздуха должно хватить на то, чтобы
проехать 200 км со скоростью примерно 50-60 км в час.
Автомобильный двигатель на сжатом воздухе изобрел известный
специалист Ги Негре, создатель компании Motor Dévelopment
International в Люксембурге. Лицензия на производство машин с этим
26
двигателем была недавно выкуплена индийской компанией, планирующей
выпустить в 2008 году 6.000 автомашин.
Эта машина считается самой экологически чистой в мире, так как
воздух будет единственным выхлопом ее двигателя. В качестве смазки
используется масло растительного происхождения, которое требуется менять
каждые 50.000 км.
Если машина будет соответствовать европейским стандартам, то ее
можно будет продавать и в Израиле, израильские импортеры уже выразили
заинтересованность в поставках этих машин, наряду с импортерами из
Германии и ЮАР, передает TechWhack.com.
Предполагаемая стоимость - 12.700 долларов, но следует учесть, что
"топливо" пока остается бесплатным, так как ни одна страна еще не взимает
налог с воздуха. Для заправки следует возить с собой компрессор (по
крайней мере, до тех пор, пока компрессорами не будут оборудованы
заправочные станции), одно наполнение баллона сжатым воздухом обойдется
примерно в 2 доллара.
Преимущество
индийской
новинки
перед
электромобилями
заключается в том, что машина производства Tata Motors может проехать
вдвое большее расстояние прежде, чем потребуется дозаправка, а также в
том, что для закачки сжатого воздуха требуется несколько минут, а для
подзарядки аккумулятора - несколько часов, отмечает "Маарив".
Правительство России поможет разработать экологически чистые
двигатели
Заместитель министра экономического развития и торговли РФ Андрей
Белоусов, на заседании правительственной комиссии по совершенствованию
взаимодействия федеральных и региональных органов исполнительной
власти,
заявил,
что
разработка
новых
моторов
для
отечественных
автомобилей, удовлетворяющих перспективным экологическим нормам
"Евро-4", будет вестись при поддержке правительства в рамках специальной
27
ведомственной целевой программы. Об этом сообщает агентство "ПраймТасс".
Можно напомнить, что в 2006 году в России уже вступили в силу
экологические нормы "Евро-2", с 2008 года планируется ввести требования
"Евро-3", а самые жесткие нормы "Евро-4" начнут действовать с 2010 года.
Однако
у
российских
автопроизводителей,
например
у
Волжского
автозавода, пока нет двигателей, удовлетворяющих этим требованиям.
Между тем, по словам Белоусова, у правительства уже есть
предложения от "АвтоВАЗа" и других отечественных автопроизводителей по
переходе на новую продуктовую линейку, включающую в себя новые виды
двигателей и трансмиссий. Именно эти предложения, как ожидается, лягут в
основу специальной ведомственной целевой программы, уже находящейся в
стадии разработки.
Спорткар с экологически - чистым двигателем от Mitsubishi
В день открытия Североамериканского автошоу-2008 компания
Mitsubishi представила свою новейшую разработку - купе Concept RA. В этом
автомобиле японские специалисты раскрыли весь свой потенциал в сфере
создания спорткаров с экономичными и экологически чистыми двигателями.
Автомобиль получил новейшую систему контроля динамики движения,
постоянный полный привод и спортивную антиблокировочную систему
тормозов.
В салоне концепта установлены высокотехнологичные приборы, а
использование отделки мягкой кожей и алюминиевых деталей делает образ
нового концепта законченным.
Также,
на
Mitsubishi
Concept
RA
установлена
современная
автоматическая коробка передач с двойным сцеплением Twin Clutch-SST, как
и у Mitsubishi Lancer Evolution X.
Двигатель Mitsubishi Concept RA будет иметь объем в 2,2 литра и
развивать мощность до 201 л.с. Максимальный крутящий составит 420 Нм.
28
Для обеспечения безопасности при таких показателях мощности в
автомобиле предусмотрены алюминиевые капот и каркас, а также
изготовленные из высокопрочного пластика бамперы и наружные панели.
"Зелёный" спорткар Британцы вовсю трудятся над проектом первого в
мире "зеленого" спорткара. Специалисты из Оксфорда и инженеры компании
Morgan Motor Company при поддержке правительства решили создать
экологически-чистый спортивный автомобиль на базе Aero 8 и зарядить его
водородом. Работа идет уже несколько месяцев, и сейчас разработчики
позволили общественности хоть одним глазком взглянуть на скетч новой
модели. Увидеть сам оригинал можно будет не скоро - на проект отведено
целых три года.
Правительству, в частности, министерству транспорта, он обойдется в
2 миллиона 800 тыс евро. Электротопливные элементы (fuel cell) для
спорткара под названием Lifecar (Жизнемобиль) разработаны и изготовлены
компанией QinetiQ. Как утверждает Morgan, это будет первый в мире
"зеленый" спортивный автомобиль, который при нулевом выбросе вредных
веществ не уступит по мощности и управляемости своим бензиновым
соперникам. При этом сами батареи fuel cell будут значительно меньше по
размеру, чем обычно - это стало возможным благодаря принципиально новой
архитектуре автомобиля. На каждом колесе будет стоять электродвигатель.
Проект открывает для Morgan новое поле деятельности - ведь раньше
компания уделяла гораздо больше внимания техническим характеристикам
машин, чем защите окружающей среды. Проблемой совмещения спортивных
характеристик и элементов fuel cell всегда было то, что такой автомобиль при
достаточной максимальной скорости не мог быстро разгоняться, что
критично для спорткара. Morgan же надеется преодолеть эту сложность с
помощью мощных конденсаторов, которые бы накапливали электроэнергию,
а затем резко высвобождали ее.
А также
автомобили
с экологическими
двигателями, которые
планируют выпустить к 2010 году
29
1.
Acura Advanced Sports Car Concept
2.
Audi Q7V12TDI
3.
Chevrolet Camaro Convertible Concept
4.
Ford Airstream Concept
5.
Honda Accord Coupe Concept
6.
Lexus LF-A Concept
7.
Toyota FT-HS Concept
8.
Mazda Ryuga Concept
9.
Pontiac G6 GXP
Литература
1.
http://evg-ars.narod.ru/
2.
http://www.baku.ru/
3.
http://auto.lenta.ru/
4.
http://www.club-mitsubishi.ru/
5.
www.test drive.ru
6.
http://www.autonews.ru/
30
Автомобильный двигатель как источник загрязнения окружающей
среды
Гарский Р.О., Ермолин М.В., студенты ВФ ГОУ МГИУ
Состав и структура выбросов автомобильных двигателей
Автомобильные
двигатели
внутреннего
сгорания
загрязняют
атмосферу вредными веществами, выбрасываемыми с отработавшими газами
(ОГ), картерными газами и топливными испарениями. При этом 95 ... 99%
вредных выбросов современных автомобильных двигателей приходится на
ОГ, представляющие собой аэрозоль сложного, зависящего от режима
работы двигателя состава.
Элементарный состав автомобильных нефтяных топлив - это углерод,
водород, в незначительных количествах кислород, азот и сера. Атмосферный
воздух, являющийся окислителем топлив, состоит, как известно, в основном
из азота (79%) и кислорода (около 21%). При идеальном сгорании
стехиометрической смеси углеводородного топлива с воздухом в продуктах
сгорания должны присутствовать лишь N2, С02, Н20. В реальных условиях
ОГ содержат также продукты неполного сгорания (окись углерода,
углеводороды,
альдегиды,
твердые
частицы
углерода,
перекисные
соединения, водород и избыточный кислород), продукты термических
реакций взаимодействия азота с кислородом (окислы азота), а также
неорганические соединения тех или иных веществ, присутствующих в
топливе (сернистый ангидрид, соединения свинца и т. д.).
Всего в ОГ обнаружено около 280 компонентов. По своим химическим
свойствам,
характеру
воздействия
на
организм
человека
вещества,
содержащиеся в отработавших и картерных газах, подразделяются на
несколько групп. В группу нетоксичных веществ входят азот, кислород,
водород, водяной пар, а также углекислый газ. Группу токсичных веществ
составляют: окись углерода СО, окислы азота NOX, многочисленная группа
31
углеводородов CnHm, включающая парафины, олефины, ароматики и др.
Далее следуют альдегиды R-СНО, сажа. При сгорании сернистых топлив
образуются неорганические газы сернистый ангидрид S02 и сероводород
H2S.
Особую
группу
составляют
канцерогенные
полициклические
ароматические углеводороды (ПАУ), в том числе наиболее активный
бенз(а)пирен, являющийся индикатором присутствия канцерогенов в ОГ.
В случае применения этилированных бензинов образуются токсичные
соединения свинца.
В табл. 1 приведены данные по составу ОГ основных типов двигателей
- бензинового с искровым зажиганием и с воспламенением от сжатия
(дизеля).
Как видно, состав ОГ рассматриваемых типов двигателей существенно
различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания, а
именно окиси углерода, углеводородов и
Основными токсичными компонентами ОГ бензиновых двигателей
являются СО, CnHm, NOX и соединения свинца, дизелей - NOX, сажа.
Воздействие отработавших газов двигателей на организм человека и
окружающую среду
32
Действие токсичных компонентов ОГ на человеческий организм
разнообразно, от инициации незначительных неприятных ощущений до
раковых заболеваний. Степень их воздействия зависит от их концентрации в
атмосфере, состояния человека и его индивидуальных особенностей.
Влияние отдельных компонентов ОГ на организм человека изучено
достаточно полно. Практически для каждого компонента ОГ в СССР
установлены предельно допустимые концентрации (ПДК), определенные
исходя из принципа полного отсутствия их воздействия на человека.
В России принята трехступенчатая градация значений ПДК вредных
веществ. Среднесуточная ПДК в атмосфере населенных мест -концентрация,
которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного
воздействия в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания.
Максимальная разовая ПДК вредного вещества в воздухе населенных мест концентрация, не вызывающая рефлекторных реакций в организме человека.
И, наконец, ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны - концентрация,
вызывающая у работающих при ежедневном вдыхании в пределах 8 ч в
течение всего рабочего стажа заболевания или отклонения в состоянии
здоровья, обнаруживаемые непосредственно в процессе работы или в
отдаленные сроки.
В табл. 2 представлены значения ПДК основных токсичных
компонентов ОГ в воздухе населенных пунктов и рабочей зоны согласно
санитарным нормам, принятым в России (СН-245-71 и последующие
дополнения).
33
Присутствие в ОГ большого числа вредных веществ, значительное
колебание их концентраций в зависимости от конструктивных и режимных
параметров не позволяет с требуемой надежностью оценить токсические
свойства ОГ в целом. Однако при концентрациях, близких к ПДК, взаимное
влияние компонентов относительно мало, поэтому действие токсичных
компонентов, классифицированных в табл. 1 и 2, можно рассматривать
отдельно.
Окись углерода - прозрачный, не имеющий запаха газ, несколько легче
воздуха, практически не растворим в воде. Поступая в организм с вдыхаемым
воздухом, СО снижает функцию кислородного питания, выполняемую
кровью. Это объясняется тем, что поглощаемость СО кровью в 240 раз выше
поглощаемости кислорода. Вступая в реакцию с гемоглобином крови, СО
блокирует его возможность снабжать организм кислородом. В результате
кислородного голодания нарушатся функции центральной нервной системы,
возможна потеря сознания.
Наибольшей опасности отравления окисью углерода подвергаются
люди, находящиеся в закрытых, плохо вентилируемых помещениях рядом с
работающим двигателем. В этом случае концентрации СО в воздухе могут
достигать опасных значений, 0,01 ч-0,05% (рис.1).
Особенно опасно находиться в кабине автомобиля с негерметичной
системой выпуска ОГ. Не рекомендуется длительное пребывание в кабине
34
автомобиля, двигатель которого постоянно работает на холостом ходу. В
этом случае даже при полностью исправной системе выпуска из-за скопления
ОГ вокруг автомобиля возможно повышение концентрации СО в кабине до
значений, вызывающих наступление потери сознания, и если пострадавшему
своевременно не будет оказана помощь, то возможен и смертельный исход.
Повышенные концентрации окиси углерода опасны и тем, что в
результате кислородного голодания организма ослабляется внимание,
замедляется реакция, падает работоспособность водителей, что влияет на
безопасность дорожного движения.
Окислы азота. В ОГ двигателей 90 ... 99% всего количества окислов
азота составляет окись азота NO. Однако уже в системе выпуска и далее в
атмосфере происходит окисление N0 в двуокись азота N02. N02 - газ
красновато-бурого цвета, в малых концентрациях не имеет запаха, хорошо
растворяется в воде с образованием кислот.
Окислы азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз,
носа, остаются в легких в виде азотной и азотистых кислот, получаемых в
результате их взаимодействия с влагой верхних дыхательных путей.
Опасность воздействия окислов азота заключается в том, что отравление
организма проявляется не сразу, а постепенно, причем каких-либо
нейтрализующих средств нет.
35
Из огромного количества углеводородных соединений различных
классов наиболее активную роль в образовании смога играют олефи-ны.
Вступая в реакции с окислами азота под воздействием солнечного облучения,
они образуют озон и другие фотооксиданты - биологически активные
вещества, вызывающие раздражение глаз, горла, носа и заболевания этих
органов у человека и наносящие ущерб растительному и животному миру.
Из альдегидов в ОГ присутствуют в основном формальдегид и, акролеин. Формальдегид - бесцветный газ с резким и неприятным запахом,
раздражает глаза и верхние дыхательные пути, поражает центральную
нервную систему, печень, почки. Акролеин также обладает сильным
раздражающим действием.
При вдыхании сажи ее частицы вызывают негативные изменения в
системе дыхательных органов человека. Если относительно крупные частицы
сажи размером 2 ... 10 мкм легко выводятся из организма, то мелкие
размером 0,5 ... 2 мкм задерживаются в легких, дыхательных путях,
вызывают аллергию. Как и любая аэрозоль, сажа загрязняет воздух, ухудшает
видимость на дорогах, но, самое главное, на саже адсорбируются тяжелые
ароматические углеводороды, в том числе канцерогенный бенз(а)пирен.
Канцерогенные свойства бенз(-а)пирена хорошо известны.
Свинец, имеющийся в бензинах как основа антидетонационных
присадок, выбрасывается с ОГ в виде аэрозолей в соединении с бромом,
фосфором, хромом. Аэрозоли, попадая в организм при дыхании, через кожу и
с нищей, вызывают отравление, приводящее к нарушениям функций органов
пищеварения, нервно-мышечных систем, мозга. Свинец плохо выводится из
организма и может накапливаться в нем до опасных концентраций.
Сернистый ангидрид S02 - бесцветный, с острым запахом газ.
Раздражающее действие на верхние дыхательные пути объясняется
поглощением
S02
влажной
поверхностью
слизистых
оболочек
и
образованием в них кислот. Он нарушает белковый обмени ферментативные
процессы, вызывает раздражение глаз, кашель.
36
Токсическое действие ОГ двигателей может проявляться локально и в
более крупных масштабах (район, город, регион). Автомобиль является
мобильным
источником
загрязнения
воздуха,
разносящим
ОГ
над
поверхностью земли на большие расстояния в городах и крупных
населенных
пунктах,
вдоль
магистралей.
Токсичные
вещества
обнаруживаются в заметных концентрациях и внутри помещений на уровне
22 этажа. В результате загрязнения окружающей среды выбросами
автомобилей наблюдается понижение урожайности сельскохозяйственных
культур, ухудшение качества кормовых растений, влияющее на качество
мясомолочной продукции и уменьшающее ценность садовых культур.
Лесному хозяйству наносится значительный ущерб из-за отмирания целых
участков лесонасаждений, придорожных полос, уменьшения прироста
древесины, повышения чувствительности растений к перепадам температур,
болезням, вредителям.
Свойство свинца накапливаться в растениях требует ограничения в
использовании на корм скоту травы, выращенной вдоль магистралей с
интенсивным автомобильным движением, в связи с возможной высокой
концентрацией свинца в кормовой массе. Опасность для растений
представляют также окислы азота, поражающие листья растений, и двуокись
серы, которая повышает кислотность почв и поражает растения даже при
малых концентрациях S02 в атмосфере.
Значительный
ущерб
ОГ
автомобильных
двигателей
наносят
коммунальному хозяйству городов. Повышенная концентрация окис-лителей
в
атмосфере
приводит
к
преждевременному
разрушению
металлических конструкций, бетона, камня. Так, за последние 30 ... 40 лет
архитектурные памятники в городах Западной Европы "состарились" в
большей степени, чем за все время до автомобильной эры.
Как видно, отрицательное воздействие автомобильного транспорта на
окружающую среду может быть весьма значительным и разнообразным.
Учитывать этот фактор необходимо на всех уровнях, начиная от
37
проектирования автомобиля и кончая обучением водителей рациональным
приемам вождения.
Образование токсичных компонентов в цилиндре двигателя Основные
токсичные вещества, являющиеся продуктами неполного сгорания топлива окись углерода, сажа, углеводороды и альдегиды. У двигателей с внешним
смесеобразованием, в частности бензиновых двигателях, наибольшая доля
вредных выбросов приходится на окись углерода, в то время как у
двигателей с внутренним смесеобразованием (дизелей) - на сажу. Это
объясняется
существенным
смесеобразования
и
сгорания.
различием
Если
организации
у
двигателя
процессов
с
внешним
смесеобразованием процесс горения в цилиндре можно рассматривать как
горение гомогенной смеси, то в цилиндрах дизеля осуществляется
гетерогенное сгорание, качество которого зависит от характеристик впрыска
топлива, формы камеры сгорания, интенсивности смесеобразования и т. д.
При организации малотоксичного рабочего процесса в дизеле необходимо
обеспечить полное сгорание топлива по всему объему камеры сгорания, а у
двигателей с внешним смесеобразованием - оптимальное соотношение
топлива и воздуха в смеси.
Окись углерода является основным промежуточным продуктом
сложного многостадийного процесса горения углеводородных топлив. Сухие
(без водяных паров) СО и 02 взаимодействуют крайне медленно. Но так как в
камере сгорания всегда имеется водяной пар, то СО реагирует с
гидроксильной группой, появляющейся в результате прохождения цепной
реакции.
1.
СО + Н20 = Н2 + СО,.
2.
Н2 + 02 = 20Н.
3.
СО + ОН = С02 + Н2 и т. д.
Промежуточное звено 3 сложной реакции наиболее продолжительно по
времени. В четырехтактном двигателе процесс расширения длится от 40 до 5
мкс. В определенный момент такта расширения происходит прекращение
38
процесса окисления СО на промежуточной стадии, при этом даже в случае
избытка кислорода в продуктах сгорания будет содержаться окись углерода в
концентрациях, измеряемых несколькими десятыми долями процента по
объему. В ОГ карбюраторного двигателя возможны концентрации СО до
10%
по
объему.
Этому
способствует
недостаток
кислорода
при
переобогащении топливовоздушной смеси. Максимальные концентрации CQ
в камере сгорания дизеля могут достигать нескольких процентов по объему,
но в ОГ их не более 0,2%, Это объясняется интенсивным догоранием СО в
такте расширения и выпуска при общем избытке воздуха (кислорода).
Образование сажи в камере сгорания дизеля представляет собой
объемный процесс термического разложения углеводородов топлива в
условиях большого недостатка кислорода. Во фронте пламени состав смеси
близок к стехиометрическому, причем локально в зоне впрыскиваемой
топливной струи смесь может быть богатой, вплоть до случая, когда
коэффициент избытка воздуха а = О (чистые пары топлива). Диапазон а, в
котором происходит образование сажи, составляет 0,33 ? 0,7. В этой зоне
происходит реакция разложения (пиролиза) молекул углеводородного
топлива:
CnHm ?пС + 0,5тН2.
В бензиновых двигателях интенсивное сажеобразование возможно
только при работе на переобогащенной смеси (а < 0,7), что свидетельствует о
неисправности
системы
питания.
Нормальное
сгорание
гомогенных
топливовоздушных смесей происходит при а » 0,82 ? 0,85, т. е. значительно
более высоких, чем предел образования сажи.
Образовавшиеся в начале процесса сгорания частицы углерода
выгорают в процессе расширения в результате обратимых реакций обмена с
содержащими кислород молекулами:
С + Н20 7СО + Н2;
С +С02 ? 2СО.
39
В периферийных зонах камеры сгорания и пристеночных слоях, где
температура
топливовоздушной
смеси
умеренная,
частицы
сажи
подвергаются "закалке" и в дальнейшем сгорании практически не участвуют.
Это основная причина выброса сажи с ОГ дизелей.
Диаметр первичных сажевых частиц 0,02 ... 0,17 мкм. В ОГ сажа
находится в виде образований неправильной формы размером 0,3 ... 100 мкм.
Наибольшее количество частиц сажи имеют размеры до 0,5 мкм (рис. 2).
Сажевые частицы имеют очень развитую поверхность, около 90 м2 на
грамм сажи при среднем арифметическом значении диаметра около 0,3 мкм.
Минимальное допустимое значение а? 1,3 в дизелях ограничено по
условиям дымности ОГ. Стремление увеличивать мощность двигателя путем
увеличения максимальной подачи неизбежно приводит к увеличению
дымности из-за роста интенсивности сажеобразования и ухудшения условий
выгорания сажевых частиц.
В непосредственной близости от стенок камеры сгорания образуется
промежуток шириной 0,05 ... 0,35 мм, называемый "зоной гашения пламени".
Естественно, что концентрация углеводородов и альдегидов в ней в
несколько раз выше, чем в отработавших газах. В этой зоне происходит как
бы "замораживание" продуктов промежуточных реакций.
40
Из факторов, влияющих на количество несгоревших углеводородов,
необходимо отметить отношение поверхности камеры сгорания к ее объему,
количество остаточных газов в цилиндре двигателя, степень турбулентности
заряда, состав смеси, давление и температура процесса сгорания, протекание
процесса догорания, после прохождения фронта пламени. Образованию
углеводородов способствует также смазочное масло, попавшее в камеру
сгорания, подтекание топлива из распылителя форсунки после окончания
впрыска, что в то же время способствует повышенным выбросам сажи.
В процессе основного сгорания в условиях высоких температур и
давлений и недостатка кислорода от промежуточных соединений отделяются
атомы водорода. Полученные продукты могут объединяться в сложные
структуры - полициклические ароматические углеводороды, в том числе
бенз(а)пирен.
Образование
окиси
азота
NO
определяется
максимальной
температурой цикла, концентрациями азота и кислорода в продуктах
сгорания и не зависит от природы топлива. При максимальной температуре
цикла в камере сгорания дизеля и бензинового двигателя порядка 1800 ...
2800 К из окислов азота образуется только N0. Под воздействием кислорода
в составе отработавших газов в системе выпуска двигателя и далее в
атмосфере NO окисляется в N02. Этот процесс в атмосфере протекает крайне
медленно, за сутки до 50% по объему.
Если образование продуктов неполного сгорания топлива определяется
в целом несовершенством процесса сгорания, то образование окислов азота его совершенством, с точки зрения эффективности использования энергии
топлива. Чем выше максимальная температура цикла Тmах, тем выше КПД
цикла, тем больше образуется NOX. Именно в этом заключается основная
сложность комплексного подхода к снижению токсичности двигателей
внутреннего сгорания.
Картерные газы и топливные испарения
41
За исключением такта впуска давление в картере бензинового
двигателя значительно меньше, чем в цилиндрах, поэтому часть свежего
заряда и ОГ прорываются через неплотности цилиндропоршневой группы из
камеры сгорания в картер. Здесь они смешиваются с парами масла и топлива,
смываемого со стенок цилиндра холодного двигателя. Картерные газы
разжижают масло, способствуют конденсации воды, старению и загрязнению
масла,
повышают
его
кислотность.
Картерные
газы
выбрасывают
значительное количество углеводородов в атмосферу - до 40%, так как
концентрация углеводородов в картерных газах в 15-20 раз выше, чем в ОГ
двигателя.
С целью исключения непосредственного выброса картерных газов в
атмосферу применяют замкнутые системы вентиляции картера. Сжигание
картерных газов в цилиндрах позволяет снизить суммарный сброс CnHm до
20% по сравнению с выбросами при открытой системе вентиляции.
Возможны различные схемы таких систем - с возвратом картерных газов
перед воздушным фильтром, перед дроссельной заслонкой и за ней.
Предпочтительным является первый вариант, так как при этом не изменяется
закон разрежения, управляющий приготовлением смеси в карбюраторе.
Кроме того, картерные газы фильтруются от твердых частиц и масляных
капель. Если не обеспечить надежную фильтрацию картерных газов при их
возвращении в цилиндры двигателя, то вследствие попадания масляных
капель
в
высокотемпературную
зону
сгорания
образование
ПАУ
увеличивается, выбросы бенз(а)пирена могут возрасти в десятки раз. Таким
образом, неверно сконструированная или плохо функционирующая закрытая
система вентиляции картера может ухудшить токсические характеристики
двигателя по сравнению с открытой системой.
Во время такта сжатия в дизеле в картер прорывается чистый воздух, а
при сгорании и расширении - отработавшие газы с концентрациями
токсичных веществ, пропорциональными их концентрациям в цилиндре. В
картерных газах дизеля основные токсичные компоненты - NOX (45-80%) и
42
альдегиды (до 30%). Максимальная токсичность картерных газов дизелей в
10 раз ниже, чем ОГ, поэтому доля картерных газов в дизеле не превышает
0,2-0,3% суммарного выброса токсичных веществ. Учитывая это, в
автомобильных дизелях применять принудительную вентиляцию картера
нецелесообразно.
Независимо от того, работает или нет бензиновый двигатель, из
топливной системы происходит испарение бензина. И при работающем
двигателе от 4 до 12% выброса CnHm происходит за счет испарений.
Суточные испарения углеводородов из карбюратора и топливного бака
легкового автомобиля составляют около 40 г, а у грузовых автомобилей
могут достигать 150 г. Подсчитано, что в условиях жаркого климата каждый
автомобиль в течение года за счет испарений теряет 60-80 л бензина. Кроме
непосредственного загрязнения окружающей среды, испарение вызывает
физические
изменения
в
самих
бензинах
благодаря
-
изменению
фракционного состава повышается их плотность, ухудшаются пусковые
качества, снижается октановое число бензинов термического крекинга и
прямой перегонки нефти.
Кроме
углеводородов,
поступающих
из
топливной
системы
автомобилей, значительное их количество попадает в атмосферу при
заправке автомобилей. Потери топлива при этом могут доходить до 1,5 г на
один литр заправляемого топлива.
У
дизельных
отсутствуют
автомобилей
вследствие
малой
топливные
испаряемости
испарения
дизельного
практически
топлива и
герметичности топливной системы дизеля.
Загрязнение атмосферы возможно также вследствие выделения газов
при обгорании на горячих поверхностях двигателей топливных и масляных
ϻподтеков, консервирующих смазок, красок и различных посторонних
материалов. Газы, выделяющиеся при выгорании масел, содержат в своем
составе в основном углеводороды и альдегиды. Эти выделения не являются
43
неизбежными
и
могут
быть
устранены
соответствующими
профилактическими мероприятиями.
Показатели токсичности двигателей автомобилей
Концентрации токсичных веществ в ОГ изменяются в больших
пределах. Высокие концентрации С компонентов ОГ, например окиси
углерода, принято оценивать в процентах по объему (% об.), меньшие - мг/л
(г/мЗ) или количеством частей на миллион (млн -1). Соотношения между
ними:
С%об. 10-1 млн-1=2,24/ϻ С млн-1.
Смг/л 10-1ϻ/2,24 С млн-1.
Приближенные значения молекулярных весов характерных токсичных
компонентов ОГ:
Окиси углерода (СО)
…………………...28
Окислов азота (NOX)………………..
46
Углеводородов (CnHm)…………….
86
Акролеина (СН2СНСНО)……………
56
Сернистого газа (S02)………………
64
Бенз(а)пирена(С20Н12)…………….
252
Концентрации компонентов в ОГ еще не характеризуют токсичность
двигателя. Например, концентрации СО на режиме холостого хода двигателя,
как правило, наибольшие, но общее количество выделяемых ОГ невелико.
Выбросы i-ro компонента Gi- двигателем определяются с учетом расхода ОГ
QOr, мЗ/ч:
Gi=GiQor г/ч.
Удельные выбросы токсичных компонентов определяются аналогично
удельному расходу топлива,
gi=Gi/Ne г/кВт. ч,
где Ne - эффективная мощность двигателя, кВт.
44
Для оценки совершенства процесса сгорания топлива в двигателе
можно применять показатель Вт, определяемый как отношение абсолютных
или удельных выбросов к соответствующему расходу топлива,
BT=Gi/GT=gi/gT,
где GT - расход топлива, кг/ч;
gT - удельный расход топлива, г/кВт. ч.
Токсичность выбросов двигателя автомобиля, так же, как и топливная
экономичность, оценивается в отношении к пробегу так называемыми
пробеговыми выбросами:
Qi = Gi/Va,
где Va - скорость движения автомобиля, км/ч.
Оценку значимости отдельных токсичных компонентов ОГ удобно
производить в сравнении с каким-либо постоянным компонентом, принятым
за эталон. Как правило, это окись углерода, действие которой на организм
человека изучено наиболее полно, методы ее измерений надежны.
В табл. 3 приведены значения ПДК и относительной значимости Ri
определяемой как отношение ПДК окиси углерода к ПДК рассматриваемого
компонента: Rcoi ПДКсо/ПДЮ. Как видно, наибольшей относительной
значимостью обладают окислы азота и бенз(а)пирен.
Приведение к единому показателю относительной значимости Ri
позволяет оценить токсичность двигателя суммарной величиной массовых
выбросов
Geo = RcoiGi г/ч,
или токсичность двигателя автомобиля по суммарному пробеговому
выбросу
45
Qco = RcoiQi г/км.
Как правило, токсичность автомобиля нормируется по выбросам СО,
CnHm и NOX. Тогда суммарная токсичность, приведенная к окиси углерода,
определяется как
Ссо∑ =Gco + 2GCnHm+75GNOx г/ч,
или
Q со∑ =QCO + 2QCnHm+75QNOx, г/км.
Использование метода приведения к единому показателю должно быть
ограниченным, особенно при сведении в одно уравнение относительно
малотоксичных компонентов СО и CnHm и высокотоксичных NOX и
бенз(а)пирена. В таком случае можно сделать неверный вывод, что для
снижения
токсичности
двигателя,
определяемой
по
приведенному
показателю, достаточно все усилия направить на снижение выбросов
компонента с наибольшим значением Ri. Данный метод применим для
сравнительной оценки токсичности различных типов тепловых двигателей. В
нормировании выбросов вредных веществ он не применяется.
Токсические характеристики двигателей автомобилей
Автомобильный двигатель в отличие от стационарных источников
выбросов имеет широкий диапазон изменения нагрузочных и скоростных
режимов работы, определяемый условиями движения автомобиля в
транспортном потоке (рис. 3).
Это режимы, соответствующие разгону, установившемуся движению,
торможению двигателем (принудительный холостой ход) и собственно
46
холостому ходу. Весь диапазон возможных режимов ограничивается
внешней скоростной характеристикой карбюраторного двигателя (рис. 4).
Практически
используемая
зона
тяговых
режимов
характеристики
ограничена параболическими кривыми 1 и 2. В этой зоне двигатель работает
при составе смеси, близком к стехиометрическому (а ? 1), с наибольшей
полнотой сгорания и образованием наименьшего количества продуктов
неполного сгорания топлива.
В карбюраторных двигателях регулирование мощности производится
изменением положения дроссельной заслонки. При малых нагрузках и на
холостом ходу ухудшаются процессы газообмена, увеличивается доля
остаточных газов в цилиндрах. Для компенсации этого необходимо
обогащать смесь, что приводит к росту концентраций СО и CnHm. На
режимах полных нагрузок для обеспечения максимальной мощности смесь
также необходимо обогащать до ? ? 0,9, при этом объемные концентрации
СО могут составить 3-4%.
Скоростные характеристики, дополненные изолиниями концентраций
основных
токсичных
компонентов
(на
рис.
4
нанесены
изолинии
концентраций окиси углерода), принято называть многопараметровыми,
универсальными токсическими характеристиками двигателя. Они наиболее
полно представляют его токсические свойства, характеризуют степень
47
доводки двигателя, отдельных его систем и элементов. В частности, в
области максимальных нагрузок рост концентраций СО обусловлен
включением в работу обогатительных систем карбюратора - экономайзера,
эконостата. Регулировка системы холостого хода определяет концентрации
СО не только на режиме холостого хода (M=0,n?0,15… …0,20),но и при
торможении двигателем (М<0).
Изолинии
концентраций
СО
в
целом
повторяют
изолинии
коэффициента избытка воздуха а, так как в области режимов работы
двигателя на обогащенных смесях (а < 1) наблюдается практически линейная
зависимость концентраций СО от а (рис. 5). Это свойство используется, в
частности, для косвенной оценки состава смеси по данным анализа
содержания окиси углерода в отработавших газах.
Распределение концентраций углеводородов не так закономерно, как
окиси углерода. В значительной степени образование CnHm определяется
параметрами системы зажигания, фазами газораспределения, качеством
распыливания топлива. В зонах работы двигателя с обогащенным составом
смеси
так
же,
как
и
СО,
наблюдается
увеличение
концентраций
углеводородов.
Картина изолиний концентраций окислов азота в поле универсальной
токсической характеристики обратная. В области наиболее эффективного
48
сгорания (а -1,0 ... 1,1), где концентрации СО и CnHm минимальны, окислы
азота имеют наибольшие концентрации, что объясняется высокими
температурами процесса сгорания и достаточным количеством кислорода для
ведения термических реакций образования NO. В зоне мощностного
обогащения смеси (а 0,9 .. 0,95) концентрации NO несколько ниже, хотя
температуры
сгорания
максимальны.
Здесь
сказывается
недостаток
кислорода. На режимах холостого и принудительного холостого хода окислы
азота практически отсутствуют.
В дизелях осуществляется качественное регулирование мощности
двигателя. Нагрузка двигателя пропорциональна цикловой подаче топлива,
степень наполнения цилиндров воздухом у безнаддувных дизелей на всех
режимах практически одинакова. В дизеле на всех режимах работы
коэффициент избытка воздуха больше единицы (?=1,3 ? 5). Концентрации
СО и CnHm определяются не составом смеси, а локальными явлениями,
происходящими во фронте пламени и пристеночной зоне камеры сгорания.
Зависимость концентраций вредных веществ имеет сложный неоднозначный
характер, диапазон изменения объемных концентраций СО составляет 0,05 ...
0,50%, концентраций CnHm -10 ... 100 млн-1 (у карбюраторного двигателя
соответственно 0,25 ... 6% и 50 ... 1000 млн-1).
Наибольшее
количество
углеводородов образуется
на
режимах
холостого хода и малых нагрузок, что объясняется низкой максимальной
температурой цикла дизеля, когда имеет место повышенное недогорание
топлива. Наибольшие концентрации СО наблюдаются в зоне высоких
нагрузок при малых частотах вращения коленчатого вала.
По мере роста нагрузки на дизель, увеличивается максимальная
температура цикла при одновременном уменьшении коэффициента избытка
воздуха. В результате эти два фактора, противоположно влияющие на
образование NO, приводят к характерному закону образования окислов азота.
Превалирующим является температурный фактор, и только в области
49
максимальных нагрузок начинает сказываться концентрационный фактор недостаток кислорода, ограничивающий рост NO.
Автомобильные двигатели работают, как правило, с переменными
нагрузками
на
неустановившихся
режимах,
с
последовательными
цикличными переходами с режима холостого хода на режимы разгона,
установившейся работы и далее принудительного холостого хода (рис. 6).
В начальный период разгона карбюраторного двигателя возможно
рассогласование соотношения воздух-топливо в карбюраторном двигателе
вследствие
исключения
большей
инерции
переобеднения
ускорительные
насосы.
топлива
смеси
на
относительно
режиме
Производительность
их
воздуха.
разгона
Для
применяют
закладывается
с
определенным запасом, в связи с чем в начальный момент разгона
наблюдаются всплески выбросов СО и CnHm. На режим ускорения
приходится более 75% выброса окислов азота в городском цикле движения
автомобиля, треть выбросов СО и CnHm. Вторым по загрязняющему эффекту
является режим установившегося движения -на него приходится треть
выбросов СО и CnHm и четверть выбросов NOx.
50
Принудительный
холостой
ход
характеризуется
максимальными
выбросами CnHm. На этом режиме возможно нарушение воспламенения
смеси вследствие неудовлетворительного протекания рабочего процесса
(ухудшение наполнения цилиндров).
Показатели токсичности двигателя в цикле городского движения
автомобиля (данные автополигона НАМИ) представлены в табл. 4.
Дизель значительно менее токсичен, чем бензиновый двигатель. Более
неблагоприятно процесс разгона происходит у дизелей с тур-бонаддувом по
сравнению с безнаддувным дизелем из-за инерционности их системы
воздухоснабжения. Наиболее полно проявляются положительные качества
дизеля в режиме городского движения с большим удельным весом режимов
малых нагрузок и холостого хода. Ограничивающим фактором применения
дизелей является дымность отработавших газов.
Как
видно, неустановившиеся
режимы
работы
автомобильного
двигателя во многом определяют его токсические показатели. С целью
снижения
повышенной
инерционности
топливоподающих
систем,
являющейся причиной повышенных выбросов вредных веществ на режимах
разгона,
в
конструкции
бензиновых
двигателей
вводят
сложные
быстродействующие системы приготовления топливовоздушной смеси
заданного состава, стабилизации температурного режима, впрыск бензина во
впускной коллектор. Наиболее эффективны системы с использованием
электронных схем. В дизелях, на которых с целью их форсирования все более
широко
используется
турбонаддув,
применяют
малоинерционные
турбокомпрессоры с высокой частотой вращения ротора.
51
Литература
1.
Антошкин И.А., Борисов В.М. Экономия топлива, снижение
токсичности и дымности отработавших газов при эксплуатации автомобилей.
- Л.: Дом науч. - техн. Пропаганды, 2005 - 24с.
2.
Блейз Н.Г. экспериментально-исследовательский комплекс работ
по снижению токсичности двигателей. - Харьков, 2004 - 120с.
3.
Гусаров
А.П.
Важнейшие
резервы
улучшения
топливной
экономичности и снижения токсичности автомобилей. - Автомобильная
промышленность, 2002 - 85с.
4.
Желагин
О.И.
Снижение
токсичности
автомобильных
двигателей. - М.: "Транспорт" 2006 - 112с.
5.
Понченко Я.В. Опыт экономии топлива. - автомобильный
транспорт, 2007 - 50с.
52
Автомобиль и экология. Токсичные вещества
Дегтяренок А.В., студент ВФ ГОУ МГИУ
Воронова О.Н., преподаватель ВФ ГОУ МГИУ
Автотранспорт играл и играет огромную роль в жизни общества.
Поэтому не будет преувеличением сказать: на двигателе внутреннего
сгорания (ДВС) построена значительная часть материального благополучия
последнего. Но от работы ДВС общество многое и теряет. И, прежде всего, с точки зрения экологии. Вот почему электромобили и другие виды
альтернативного транспорта и делают в настоящее время новый "виток" в
свое развитии. Хотя не секрет, что все, связанное с производством
электромобилей, особенно источников энергии для них, ничуть не лучше тех
же факторов в автомобильном производстве. Так что авто- и электромобили
есть
смысл
сравнивать
лишь
по
непосредственному
ущербу
при
эксплуатации. Результаты такого сравнивания следующие: ежегодный
экономический ущерб на территории бывшего СССР от экологической
напряженности, вызываемой эксплуатацией автотранспорта, оценивался в 20
млн. долларов США. Причем львиная доля его, как считают специалисты,
связана с болезнями людей: например, по данным Всемирной организации
здравоохранения, эта доля достигает 80% . Таким образом, не будет ошибкой
утверждать,
что
и
80%
бюджетной
государственной
программы
здравоохранения идет на компенсацию экологической напряженности. В то
же время следует иметь в виду, что государственное здравоохранение берет
на себя около 40% компенсации ущерба, связанного с экологической
напряженностью, а 60% - службы здравоохранения предприятий. Это, так
сказать, непосредственные затраты. Но ведь из-за болезней работников
уменьшаются
расходуются
объемы
средства
производства
на
содержание
и
производительность
временно
труда,
нетрудоспособных,
53
санаториев, домов-профилакториев и т.п. Кроме того, из-за экологических
факторов дополнительные расходы несут сельское хозяйство (нарушение
структуры сельхоз угодий), коммунальные службы (разрушение памятников,
трубопроводов, фасадов зданий и т.д.).
Загрязняют внешнюю среду пока, к сожалению, все производства. Но
особенно транспорт: На него приходится 40% всего наносимого ущерба.
Предотвратить или хотя бы свести к минимуму этот ущерб можно, как
известно, двумя способами: во-первых, устранив источники экологической
нестабильности; во-вторых, приняв контрмеры наступательного характера,
которые
способны
компенсировать
разрушение
окружающей
среды.
Понятно, что и тот и другой способы требуют дополнительных капитальных
вложений для их реализации. Технико-экономический анализ обоих способов
показывает, что второй из них хотя и менее эффективен, однако в настоящее
время более доступен. Уже сейчас можно предложить ряд мер по такому
перераспределению финансовых ресурсов, которое будет способствовать
укреплению материальной базы здравоохранения. Например, по расчетам,
средний экологический ущерб, наносимый легковым автомобилем среднего
класса за шесть лет его эксплуатации, составляет около 5000 долларов США.
Есть ли выход из данного положения? Есть, и достаточно очевидный:
предприятия производящие автомобили, должны направлять часть прибыли,
облагаемой налогом, целевым назначением - в местный бюджет, для
реализации программ здравоохранения. Такое решение не может не
заинтересовать производителей, поскольку оно приведет к снижению налога
с оборота, а значит, к увеличению дохода предприятия. С другой стороны,
оно
будет
стимулировать
выпуск
автомобилей
с
улучшенными
потребительскими (в том числе экологическими) свойствами, от чего
выиграют все без исключения.
Второй круг проблем наземного транспорта связан с эксплуатацией
городского пассажирского транспорта. Даже любой непрофессионал знает,
что этот транспорт играет чуть ли не главную роль при решении
54
экономических и социальных задач любого города и что ни от одной службы
городского хозяйства не требуется такой стабильности в работе на
протяжении всего года, как от служб транспортных. И в то же время ни одно
коммунальное хозяйство не встречается с таким количеством проблем, как
автобусные и троллейбусные парки и трамвайные депо. Так, городской
транспорт практически повсеместно нерентабелен, и "прибыльность"
транспортных предприятий, занимающихся пассажирскими перевозками,
достигается за счет дополнительного финансирования их из городского
бюджетов. Это ведет к тому, что городские АТП становятся абсолютно
нечувствительными
к
качеству
своей
работы,
совершенствованию
перевозочного процесса. Более того, чтобы уменьшить амортизационные
отчисления, они стараются приобретать менее дорогой подвижной состав.
Например, "Икарусы" - наиболее дешевые, но, к сожалению, имеющие чуть
ли не наихудшие из зарубежных автобусов экологические характеристики. В
результате, экономя в малом, городские коммунальные хозяйства вынуждены
тратить гораздо больше на ликвидацию экологических последствий
использования такого транспорта. Следовательно, экология и экономика, не
"стыкуясь" сами, не помогают идти одной дорогой и экологии с техникой.
Возьмем тот же пример с "Икарусами". Предварительные расчеты
показывают: если учесть экологический фактор жизнедеятельности, то
замена парка городских автобусов "Икарус" на электробусы даже сейчас, в
период "разброда и шатаний", экономически целесообразна. Потому что
городской автобус - самый топливоемкий и самый экологически вредный вид
городского
транспорта.
Иными
словами,
деньги,
которые
сейчас
вкладываются в мероприятия по ликвидации экологических последствий от
применения автобусов, лучше использовать в качестве капитальных
вложений
в
электробусостроение.
Например,
в
производство
аккумуляторных батарей большой энергоемкости или электробусов с
малыми капитальными вложениями в аккумулятор, но значительными
эксплуатационными расходами (электробусы со сменными тележками
55
аккумуляторов). Причем надо сказать, электробус имеет преимущества не
только перед автобусом, но даже перед троллейбусом и трамваем. Это
независимость от контактной сети; возможность использования более
дешевой электроэнергии на тягу, поскольку подзаряжать аккумуляторы
можно в ночное время, когда местные энергосистемы для снижения
удельных
расходов
топлива
будут
заинтересованы
в
реализации
электроэнергии по сниженному тарифу. С другой стороны, должен
уменьшится экологический вред и от самих электростанций, особенно
тепловых, так как ночная подзарядка батарей выводит станции на
нагрузочные режимы, тем самым уменьшая их вредные выбросы в
атмосферу. Сейчас над электробусом работают многие зарубежные фирмы.
Например, уже несколько лет эксплуатируется "МАН-Стандарт-Е Бус"
фирмы "Варта", на котором установлена аккумуляторная батарея. Масса
батареи - 6,1 т. Она без подзарядки обеспечивает перевозку 100 человек на
расстояние 80 км. При этом развивает скорость 70 км/ч.
В
Японии
наряду
с
реализацией
дорогостоящих
программ
использования экзотических электрохимических систем совершенствуются
старые, традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы. В США уже
находят применение натрий-серные и цинк-бромные обратимые системы.
Для
этих
систем
процесс
"подзарядки"
представляет
собой
высокотемпературный электролиз отработавших окислов. Таким образом,
работы идут довольно широким фронтом. Пока электробусы получаются,
конечно, дорогими в производстве и эксплуатации. И все же будущее - за
ними. И не только с точки зрения экологии, но и по экономическим
соображениям.
При движении автомобили потребляют большое количество кислорода
для сжигания топлива в цилиндрах двигателей. Так, например, при движении
со скоростью 40 км/ч автомобиль сжигает такое количество кислорода,
которым могли бы дышать в течение этого времени более одной тысячи
человек.
56
Потребляя
большое
количество
кислорода,
автомобили
сильно
загрязняют воздух отработавшими газами, так как при сгорании I л топлива в
цилиндрах двигателя выброс газов через глушитель составляет 300 г. Кроме
отработавших газов в воздух попадают картерные газы и углеводороды
вследствие испарения топлива из топливных баков, карбюраторов и
топливопроводов. При этом испарившиеся углеводороды составляют
примерно 20 % всех углеводородов, попавших в воздух из автомобилей. А из
всех видов газов (промышленные, транспортные и др.), выбрасываемых в
окружающую среду, 75 % составляют отработавшие газы автомобилей.
Отработавшие газы, поступающие в воздух, содержат до 280
различных веществ, в том числе азот и его оксиды, углекислый и сернистый
газы,
оксид
углерода,
альдегиды
(кислотосодержащие
органические
вещества), углеводороды, свинец, марганец и их соединения, сложные
соединения углерода и водорода, сажу и многие другие вещества. Все
вещества, содержащиеся в отработавших газах, находятся в различных
состояниях: газообразном, жидком или твердом.
Состав отработавших газов зависит от сорта топлива, вида присадок к
нему, режима работы двигателя, его технического состояния, условий и
режима движения автомобиля и т.п. Больше всего ядовитых веществ
автомобиль выбрасывает в окружающую среду при трогании с места и
торможении.
В составе отработавших газов автомобилей наибольшая объемная доля,
%, принадлежит оксиду углерода (0,5... 10), а также содержатся оксиды азота
(до 0,8), несгоревшие углеводороды (0,2...3), альдегиды (до 0,2) и сажа, в
мельчайшие твердые частицы которой входит чистый углерод (до 99 %). При
сжигании
1000
л
топлива
бензиновые
(карбюраторные)
двигатели
выбрасывают в окружающую среду с отработавшими и картерными газами
200 кг оксида углерода, 25 кг углеводородов, 20 кг оксидов азота, 1 кг сажи, 1
кг сернистых соединений. Если вредность оксида углерода принять за
единицу, то вредность оксидов азота равна 10, а углеводородов - 0,65.
57
Токсичные вещества отработавших газов, попадая в организм человека,
поражают его центральную нервную систему, дыхательные пути, кровь, все
органы и ткани и вызывают тяжелые и неизлечимые болезни.
Воздух, отравленный отработавшими газами автомобилей, губителен и
для природы. Он замедляет рост растений, сокращает сроки их жизни и
приводит к гибели. Так, в условиях города, насыщенного автомобильным
транспортом, рост растений замедляется в 2 раза, а срок жизни таких
деревьев, как вяз и липа, сокращается в 5-6 раз. Особенно губительными для
растений являются углеводороды, сернистый газ и сероводород.
Токсичность отработавших газов во многом зависит от технического
состояния автомобиля, его систем и механизмов. Полностью исправный
автомобиль расходует меньше топлива и не столь значительно загрязняет
окружающую среду.
Видно, что токсичность дизелей определяется главным образом
наличием в отработавших газах оксидов азота, а у бензиновых двигателей
зависит от концентрации оксидов углерода и азота.
Из этих данных также следует, что токсичность отработавших газов
дизелей значительно ниже, чем у бензиновых двигателей, по всем
показателям, кроме выброса сажи. Поэтому повышенная эколо-гичность и
топливная экономичность дизелей предопределяют их более широкое (по
сравнению с бензиновыми двигателями) применение на автомобилях.
Токсичность отработавших газов существенно зависит от режима
движения
автомобиля.
Для
установившегося
движения
характерно
наименьшее загрязнение воздуха, но в этом случае при работе двигателя с
постоянной нагрузкой в его отработавших газах образуется наибольшее
количество оксидов азота: их объемное содержание в 30 - 35 раз выше, чем
на холостом ходу. Торможение двигателем приводит к повышению
содержания альдегидов в отработавших газах в 1 раз.
Из изложенного следует, что токсичность отработавших газов многом
зависит от конструктивных и эксплуатационных факторов. Поэтому,
58
учитывая эти факторы и воздействуя на них, можно добиться значительного
снижения токсичности отработавших газов и улучшения экологичности
автомобилей.
Литература
1.
http://evg-ars.narod.ru/
2.
www.ecocar.ru
59
Перспектива использования новых видов топлива
Железняков Р. И., студент ВФ ГОУ МГИУ
Осипян В.Г., к.т.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ
На Урале начинаются испытания нового вида топлива - в дело пошел
спирт
Екатеринбург, Июнь 27 (Новый Регион, Ольга Назимова) - В
Свердловской области в этом году начнутся испытания нового вида топлива бензино-спиртового. Перспективы производства и применения на транспорте
топливного
этанола
были
рассмотрены
27
июня
в
министерстве
промышленности, энергетики и науки Свердловской области.
Специалисты областного министерства промышленности, энергетики и
науки совместно с союзом предприятий и организаций химической
промышленности Свердловской области и учеными изучили перспективы
использования спирта, производимого в области, для получения нового
топлива. На сегодняшний день заводы Свердловской области могут ежегодно
производить 2,7 миллиона декалитров спирта в год. Исполнительный
директор Союза предприятий и организаций химической промышленности
Свердловской области Наталья Белогурова отметила, что в мире более
половины производимого спирта используется в качестве присадок к
топливу. Учитывая значительный рост числа автотранспорта в крупных
городах РФ, требуется принятие дополнительных мер по снижению уровня
выбросов. В Москве и Екатеринбурге приняты даже специальные программы
на эту тему. В рамках реализации долгосрочных экологических программ
использование бензино-спиртовой смеси может стать серьезным фактором,
позволяющим улучшить экологическую обстановку.
По оценке профессора УГТУ-УПИ Сергея Шеклеина добавление всего
лишь пяти процентов спирта в бензин позволяет добиться снижения
60
выбросов вредных веществ в шесть раз. "Мы провели испытания, которые
показали, что бензино-спиртовая смесь позволяет добиться экологического
стандарта Евро-5 без потерь мощности двигателя", - сказал С.Шеклеин.
В ближайшее время кафедра атомной энергетики УГТУ-УПИ
продолжит научно-исследовательские и опытно-конструкторские ра
боты по созданию новых видов топлива.
По словам заместителя министра промышленности области Юрия
Зибарева, сегодня есть все необходимое для заключения соглашения о
сотрудничестве по отработке технологии приготовления и хранения нового
топлива
между
кафедрой
атомной
энергетики
УГТУ-УПИ,
ОАО
"Химпродукция" и ОАО "Свердловскнефтепродукт". Кроме того, на улицах
Екатеринбурга скоро появятся автомобили, работающие на бензиноспиртовой смеси, что позволит на практике изучить влияние нового топлива
на окружающую среду.
В выхлопах нашего автомобиля нет ничего, что загрязняло бы воздух
Во всем мире пока существует лишь четыре автомобиля, которые работают
на жидком азоте: два в США и по одному в Великобритании и Украине. Эти
машины называются криомобилями, поскольку азот, залитый в их баки,
имеет очень низкую температуру - минус 196 градусов. Украинский
криомобиль
создали
ученые
Физико-технического
института
низких
температур НАНУ и Харьковского национального автомобильно-дорожного
университета Станислав Бондаренко, Александр Пятак и Игорь Кудрявцев.
Изобретатели убеждены, что их детище поможет человечеству решить одну
из самых важных экологических проблем - избежать загрязнения воздуха
выхлопными газами. Ведь ничего, кроме азота, из которого на 78 процентов
состоит атмосфера, криомобиль не "выбрасывает".
Первый украинский криомобиль не может потягаться в скорости даже с
велосипедом - разгоняется лишь до 10 километров в час.
Нас это вовсе не смущает, ведь, создавая первую действующую модель,
мы хотели доказать, что теоретические разработки верны, -рассказывает один
61
из
создателей
криомобиля,
заведующий
лабораторией
Харьковского
национального автомобильно-дорожного университета Игорь Кудрявцев. Уже в ближайшие год-два мы планируем построить второй экземпляр,
который должен развивать скорость 60 километров в час. Этого вполне
достаточно для движения в городе. Криомобилю будет хватать азота для
езды без дозаправки примерно на 100 километров. Представьте, какую
пользу принесут такие машины: если заменить ими все авто с двигателями
внутреннего сгорания в Москве, Харькове и других больших городах, то
загрязнение воздуха там уменьшилось бы процентов на семьдесят. По своим
экономическим показателям криомобили также весьма перспективны:
жидкИй азот ныне дешевле бензина в 10-12 раз. Учтите, что стоимость
традиционного горючего постоянно растет, а цена жидкого азота зависит от
стоимости электроэнергии, которая расходуется на его получение из воздуха.
Ученые рассказывают, что государство в течение трех лет выделяло на
создание криомобиля чуть больше полутора тысяч гривен в месяц. А с начала
2005 года вообще нет финансирования. Вот энтузиастам и приходится
раскошеливаться.
К созданию криомобиля мы приступили в 2000 году, с тех пор наша
группа вложила в него около пяти тысяч долларов. Порой тратили на
разработку ползарплаты, - говорит руководитель группы, работающей над
криомобилем, профессор Физико-технического института низких температур
Станислав Бондаренко.
Станислав Иванович выдвинул идею криомобиля еще в 1995 году.
Оказалось, что примерно в это же время за разработку такого авто взялся
ученый из США Митти Пламер. Теперь украинская и американская группы
изобретателей обмениваются информацией.
Из-за нехватки средств ходовую часть для первого украинского
криомобиля ученые позаимствовали у старенького "Запорожца". Кстати,
коробка передач криомобилю не нужна вовсе. Корпус машины сделан из
62
алюминиевых трубок, покрытых пластиком. Дверей у экспериментального
криомобиля нет, а в кабине находится емкость с жидким азотом.
Нас спрашивают, не станут ли большие габариты бака с азотом
препятствием к широкому внедрению новинки, - рассказывает Игорь
Кудрявцев. - Но эту емкость мы поставили в кабину ради экономии средств.
А серийный криомобиль можно спроектировать так, чтобы бак не был
заметен. Жидкий азот особой опасности не несет. Показательный пример: в
университетских городках США возле учебных корпусов стоят большие
емкости с азотом, и ученые берут его для проведения экспериментов. Так и
водители смогут делать. Создавать заводы для получения жидкого азота не
понадобится - его можно брать на металлургических и химических
комбинатах.
Принцип действия криодвигателя очень прост: из бака с помощью
насоса жидкий азот под давлением подается в теплообменник, где
превращается в газ, увеличиваясь в объеме. За счет этого движутся
механизмы пневматического мотора, которые и вращают колеса нашей
машины. Наверняка столь простая идея приходила в головы ученых и
двадцать, и тридцать лет назад. Но осуществилась она только сейчас, когда
появились новые материалы, техника. Кроме того, для создания криомобиля
пришлось сделать сложнейшие расчеты.
Криомобили в эксплуатации намного дешевле машин, работающих на
бензине и солярке, электромобилей, а также авто, работающих на водороде, добавляет Игорь Кудрявцев. - В минувшем году выход на улицы Нью-Йорка
такси с водородным двигателем стал мировой новостью, но в научных
журналах весьма сдержанно пишут о перспективах таких автомобилей из-за
дороговизны использования. Так что криомобиль в ближайшем будущем
может стать альтернативой машинам с двигателями внутреннего сгорания.
Зачем нужны биотоплива? В мире все больше говорят о необходимости
замены нефти, угля и газа на биотоплива. Отголоски уже доходят и до
России, где, впрочем, пока немногие понимают, что же это такое на самом
63
деле. В прессе иногда можно встретить рассказы о чудесных веществах,
совершенно не загрязняющих окружающую среду и более эффективных, чем
бензин, керосин и дизельное топливо.
В действительности ничего принципиально нового в биотопли-вах нет.
Биотоплива
использовались
тысячелетиями
и
для
многих
остаются
единственным источником тепла и средством приготовления пищи. Главным
биотопливом были и остаются дрова, причем их экологичность совсем не
очевидна - достаточно лишь вспомнить о неконтролируемой вырубке лесов.
Впрочем, теперь под словом "биотоплива" редко подразумевают дрова.
Речь, как правило, идёт о более высокотехнологичных продуктах,
получаемых из сельскохозяйственных культур или отходов переработки
растительного и животного сырья. С возобновляемос-тью у них все в
порядке, чуть сложнее обстоит дело с вредными выбросами. Сторонники
говорят, что биотоплива меньше загрязняют атмосферу, а противники
возражают, что при сгорании биотоплив выделяются те же продукты, что и
при сжигании ископаемых топлив.
Истина же, как водится, лежит посередине. Действительно, в процессе
сгорания и тех, и других топлив образуются, главным образом, углекислый
газ, вода и несколько примесей, многие из которых являются вредными:
моноксид углерода, оксиды азота, углеводороды и т.п. Наибольшее внимание
обычно уделяется вредным компонентам выхлопа и одному из виновников
парникового эффекта - углекислому газу.
Одним из главных преимуществ биотоплив называют сокращение
выбросов парниковых газов. Это, однако, не означает, что при сгорании
биотоплив образуется меньше диоксида углерода (хотя и такое возможно).
При сгорании биотоплива в атмосферу возвращается углерод, который ранее
поглотили
растения,
поэтому
углеродный
баланс
планеты
остаётся
неизменным. Ископаемые топлива - совсем другое дело: углерод в их составе
миллионы лет оставался "законсервированным" в земных недрах. Когда он
попадает в атмосферу, концентрация углекислого газа повышается.
64
В том, что касается вредных выбросов, биотоплива несколько
выигрывают у нефтяных. Большинство исследований показывают, что
биотоплива обеспечивают снижение выбросов моноксида углерода и
углеводородов. Кроме того, биотоплива практически не содержат серы.
Вместе с тем, несколько увеличивается выброс оксидов азота, вдобавок, при
неполном сгорании многих биотоплив в атмосферу попадают альдегиды. Но,
в целом, по уровню вредных выхлопов биотоплива выигрывают у нефтяных.
Видов топлив из биомассы предлагается великое множество. Это и
биогаз - метан, получаемый за счет разложения органических остатков
(например, навоза) бактериями, и твердые топлива, но больше всего
разговоров идет о биотопливах для автомобилей: этаноле и "биодизеле".
Использование спиртов в качестве топлива для автомобильных
двигателей - давно не новость. Разработчики первых двигателей внутреннего
сгорания уделяли спиртовым моторам не меньше внимания, чем бензиновым.
Спирты имеют высокие октановые числа - более 100 единиц, но меньшую по
сравнению с нефтяными топливами теплоту сгорания (при сгорании топлива
выделяется
меньше
энергии,
мощность
падает,
а
расход
топлива
увеличивается).
Начало крупномасштабной добычи нефти сделало применение спирта в
качестве моторного топлива невыгодным. Спиртовые топлива стали
нишевым продуктом: например, на метиловом спирте работают двигатели
мотоциклов для спидвея и многих спортивных картов. Спиртовое
автомобильное
горючее
пользуется
определённой
популярностью
в
Бразилии, где нет больших запасов нефти, но зато есть идеальные условия
для выращивания сахарного тростника и производства из него дешевого
спирта.
Помимо этанола и метанола, в качестве моторных топлив предлагается
использовать и другие спирты. Компании BP и Du Pont делают ставку на
бутанол.
65
Наибольшее внимание сейчас уделяется именно этиловому спирту. В
лентах научно-технических и экономических новостей сообщения о планах
по строительству новых заводов появляются, чуть ли не каждый день. В
США сахарный тростник не растет, поэтому главным источником
биоэтанола должна стать кукуруза. "Царицей полей" дело, впрочем, не
ограничивается: в ход планируется пустить все - от картофеля и пшеницы до
различных органических отходов. Ряд стран планируют наладить экспорт
биоэтанола в США и другие государства, заинтересованные в переходе на
спиртовое горючее. Бразилия планирует к 2025 г. заменить тростниковым
спиртом до 10% потребляемого в мире бензина.
Бензиновые двигатели, в общем случае, не годятся для использования
спиртового топлива, хотя конструктивные изменения для перевода их на
спирт минимальны. Часто удается ограничиться использованием стойких к
спиртам материалов и установкой элементов для отделения водяного
конденсата. В настоящее время многие ведущие автопроизводители
выпускают универсальные двигатели, способные работать на бензине, спирте
или их смесях. При использовании смесей бензина с небольшим количеством
спирта (до 10%) топливо, как правило, подходит и для обычных бензиновых
двигателей.
В
США
международной
командой
учёных
создан
прототип
автомобиля, работающего на металлической пудре вместо бензина.
Идеи проведённых исследований основаны на разработках советских
химиков 80-х годов. Тогда был даже создан опытный образец подобного
двигателя, однако полностью реализовать проект не удалось, поскольку в 80е не смогли создать металлопудру из отдельных, не связанных атомов - для
получения "взрывного эффекта" от окисляющегося металла. Разрешить
проблему позволили новейшие разработки в области нанотехнологий.
Под руководством бывшего советского учёного Соломона Лаби-нова
научный коллектив американской лаборатории "Оук Ридж" в штате Теннеси
66
создал пудру, которая в двигателе автомобиля выделяет вдвое больше
энергии, чем бензин.
Особенность нового
топлива в том, что
оно
возобновляемо:
отработанную пудру достаточно собрать и пропустить через водород. В
результате металл отдает находящийся в нем кислород и вновь готов для
работы в качестве топлива.
Ученые из штата Теннесси утверждают, что металл должен стать
новым, революционным видом автомобильного топлива. Они считают, что из
порошкового
железа
или
алюминия
при
определенных
условиях
высвобождается огромное количество энергии. Для этого нужно лишь
сделать
частицы
воспламеняющий
размером
элемент.
По
примерно
словам
в
нанометр
исследователей,
и
добавить
энергия
от
сгорающего порошкового железа в два раза превысит энергию от сгорания
бензина. Металлическое "нано-топливо", как его называют ученые, не дает
выброса углекислого газа и оксидов азота; а при добавлении водорода
наночастицы можно использовать даже по несколько раз.
Принцип работы здесь, грубо говоря, схож с запуском ракеты:
порошковый металл используется при запуске космических шаттлов и
военных торпед. Для автомобильной промышленности здесь существует
лишь одна проблема - что делать с оксидами, которые образуются при
контакте металла с воздухом.
Ученые, придумавшие новый вид топлива, говорят, что его в первую
очередь можно использовать для двигателей внешнего сгорания (или
двигателях Стирлинга), которые сейчас делают только для грузовых
автомобилей или судов. В таких двигателях топливо сжигается в форсунках
(горелках), пламя которых направлено на трубки нагревателя. Горение
происходит с большим избытком воздуха, вследствие чего в продуктах
сгорания содержится значительно меньше токсичных веществ, чем в
продуктах сгорания поршневых двигателей внутреннего сгорания. Такой
двигатель может работать на любом топливе, включая ядерное.
67
Гибридные двигатели в борьбе за чистоту окружающей среды
Зайцев Д. Е., студент ВФ ГОУ МГИУ
Что такое гибридные двигатели? Что такое гибридные двигатели?
Сейчас об этой разработке знают многие автолюбители. Конечно, не так еще
много машин, оснащенных гибридными двигателями, выпускается в мире.
Эта тема сегодня актуальна как никогда. Во-первых, гибридный двигатель
значительно снижает объемы вредных выбросов в атмосферу, от гибридного
мотора их ориентировочно на 40% меньше, чем от традиционного . Вовторых, такой же позволяет значительно экономить на топливе, которое
нынче не дешево (его потребление гибридным двигателем от 3 до 6 литров на
100 км в зависимости от массы машины и режима эксплуатации).
Гибридными двигателями называют комбинацию обычного бензинового и
электрического
двигателя
в
автомобиле.
Электрический
двигатель
включается во время маневрирования, трогания с места или передвижения с
небольшой скоростью. Электродвигатель работает от аккумулятора, который
заряжается на ходу с помощью генератора во время работы бензинового
двигателя. Другими словами, гибридный двигатель - это силовая установка
поочередно включающихся электрического и бензинового мотора. Еще в
середине 90-х годов прошлого столетия гибридные двигатели могли
считаться фантастикой, к концу минувшего века они уже стали реальностью,
но все равно еще оставались экзотикой. Сегодня гибридный двигатель - это
уже далеко не новинка. В 2005 году было продано 107 000 таких машин. А
город Нью-Йорк уже второй год принимает участие в эксперименте по
переводу
такси
на
бензо-электрическую
тягу
с
целью
улучшения
экологической ситуации в городе. Первый гибридный автомобиль Toyota
(Prius) появился на рынке в 1997 году. В апреле 2003 года был выпущен
первый автомобиль представительского класса с гибридным двигателем
Lexus RX 400h, а также внедорожник Toyota HighlanderB 2007 году
планируется запустить в производство Lexus LS 600h.
68
Гибриды вчера
В недалеком прошлом гибридными называли агрегаты, способные
работать на нескольких видах горючего топлива. Многотопливные моторы
обладают достаточно сложной конструкцией и работают на чрезвычайно
высоких степенях сжатия. Так, например, в двигателе MTU (Mercedes-Benz)
последняя составляет 25 единиц. В то время как у современных массовых
агрегатов,
потребляющих
высокооктановый
бензин,
степень
сжатия
колеблется от 9 до 10 единиц, а у дизелей 16-17.
Одним из простейших примеров подобных силовых установок можно
считать мотор, работающий на бензине и газе (природном или полученном из
нефти). Такие двигатели пользуются популярностью в странах с высокими
ценами на бензин (Италия, государства Южной Америки).
Послойное смесеобразование применяется в бензиновых агрегатах для
снижения расхода топлива и вредных выбросов на средних нагрузках.
Кроме двух вышеназванных типов существовал и еще один гибридный,
представляющий
собой
работающие
в
паре
ДВС
и
электродвигатель. Почему-то в большинстве справочников он не указан, и
создается ощущение, что данная технология родилась совсем недавно.
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 4цилиндровым 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
69
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
Многие потребители утверждают, что ездить на гибриде сегодня
модно. В этом даже есть своя доля патриотизма, скрытая под капотом
универсальной покупки, позволяющей экономить. Однако в каждой стране к
машинам с электротопливными тяговыми установками относятся поразному. Возьмем, к примеру, американцев, у которых имеется своя точка
зрения на экологию их государства и мира в целом. Сейчас в стране
действуют
серьезные
экологические
нормы,
которые
стимулируют
разработчиков авто делать безопасные машины. Несколько лет назад, когда
на рынке страны появились первые Toyota Prius, большинство жителей США
относились к таким авто с опаской. Тем не менее, сегодня в Соединенных
Штатах продается больше гибридных авто, чем где-либо в мире, по улицам
колесят гибридные купе, внедорожники и даже автобусы не только от
японских разработчиков, но и родных General Motors, Ford. Популярностью
пользуются мощные машины, такие как, к примеру, Mercury Mariner.
Интересно отметить, что в рамках проходившего в этом месяце в ЛосАнджелесе традиционного ежегодного автосалона - сто первого по счёту,
более половины компаний могли похвастаться гибридными приводами.
Наибольший интерес аудитории вызвали дорогие и массивные
внедорожники Porsche Cayenne, Dodge Durango, Cadillac Escalade Hybrid.
Ценителей дорогого и раритетного эксклюзива сотрудники Porsche решили
порадовать показом легенды истории гибридных автомобилей - Lohner
Electric Chaise, о котором мы говорили ранее. Автомобиль впервые покинул
границы Европы и предстал во всей красе перед десятками тысяч
70
посетителей выставки. Представители компании также раскрыли несколько
секретов долгожданного гибрида Cayenne.
Оснащенный параллельным электротопливным приводом, Cayenne
способен с помощью одного лишь электромотора разгоняться до 120 км/ч.
Блок аккумуляторов расположился под багажником, на месте запаски.
Зарядка батарей может производиться посредством как рекуперативной
тормозной системы, так и самого бензинового двигателя объемом 3,6 литров.
Системой управляет бортовой компьютер.
Инженеры
обещают,
что
этот
гибридный,
довольно
дорогой
внедорожник сможет порадовать владельца неплохими показателями
экономии - "всего" 8,9 литров топлива на 100 километров.
Европейский рынок, признаться, вступил в век гибридизации немного
иначе. Дело в том, что на дорогах стран Старого Света очень распространены
автомобили с дизельными двигателями. Вместо огромных и прожорливых
американских
"вездеходов"
здесь
колесят
экономные
малолитражки,
которым преимущества гибридизации, казалось бы, не нужны вовсе. Зачем
европейцу переплачивать за дорогой бензиново-электрический агрегат и
ломать голову в поисках сети сервисных центров?
Но так думает лишь определенное число владельцев авто. По данным
компании Toyota, в последнее время все большее количество состоятельных
людей готовы стать владельцами машин с бензиново-электрическим
приводом. Нельзя не отметить грамотный ход маркетологов японской
компании, которые помимо семейных и слегка простоватых Prius пустили на
дороги Европы красивые и статусные гибридные авто Lexus.
Как это работает Давайте сравним самый обычный автомобиль с самым
обычным двигателем внутреннего сгорания и электромобиль. В качестве
критериев оценки выберем два наиболее общих и, если хотите, значимых:
преодолеваемое расстояние в километрах без дозаправки или на одном
заряде блока аккумуляторов;
сложность и длительность процесса заправки.
71
Итак, машина с бензиновым двигателем способна проехать без
дозаправки
пару-тройку
традиционным
сотен
объёмом
километров
вредных
веществ.
и
отравить
атмосферу
Заправочных
станций
предостаточно в любом регионе. Можно быстро пополнить запасы топлива.
Получается, что у каждого типа двигателя есть свои преимущества и
недостатки. Гибридный же автомобиль является компромиссным решением,
так
как
сочетает
в
себе универсальность бензинового
агрегата и
экономичность + экологичность электромотора.
Силовая установка гибрида состоит из:
бензинового двигателя - практически такой же, как и на обычных авто,
только меньшей мощности, а значит, более экономный;
топливного бака - резервуар для горючего (бензина, к примеру). Нужно
отметить, что способность концентрации энергии жидким топливом намного
выше показателей тех же батарей. К примеру, для сосредоточения энергии,
вырабатываемой 3,7 литрами горючего топлива, необходимо задействовать
400 килограммов аккумуляторов;
электромотора - усовершенствованный вариант стандартного агрегата.
Совершенность объясняется возможностью работать как мотор и как
генератор;
генератора - служит для выработки электричества;
аккумулятора - устройство для накопления и хранения электроэнергии,
которая впоследствии будет использована электромотором;
трансмиссии - выполняет те же функции, что и в обычных авто.
Гибридные
авто
Honda
Insight
комплектовались
стандартными
трансмиссиями, хотя при сборке Toyota Prius инженерам приходится
использовать модифицированные
По
принципу
взаимодействия
электрической
и
топливной
составляющих авто, гибридные приводы принято разделять на две категории:
последовательный и параллельный.
72
В структуре силовой установки автомобиля Toyota Prius, которую мы
рассмотрим,
присутствуют
элементы
системы
и
параллельного,
и
последовательного привода. При разработке Prius японские инженеры
поставили перед собой две задачи - заставить авто проехать дальше и снизить
загрязнение окружающей среды. В принципе им это удалось.
Используя электромотор в качестве вспомогательного, инженеры
получили возможность отказаться от прожорливого и мощного двигателя
внутреннего сгорания. Движок меньшей мощности вырабатывает меньше
энергии (что вполне допустимо) и потребляет меньшее количество горючего
- вот она, долгожданная экономия. В суетливом и тесном городе Prius
превращается в электромобиль. Бензиновый агрегат включается лишь в
случае сильной нагрузки - во время обгона или движения по скоростной
магистрали. Чтобы организовать слаженную работу всех элементов
гибридной системы, машину комплектуют бортовым компьютером, который
следит за всеми параметрами и даже торможением.
Говоря о тормозных системах, используемых в современных моделях
гибридных автомобилей, часто оперируют понятием "рекуперативное
торможение". Это процесс, когда кинетическая энергия, которой обладает
движущийся на скорости объект, при торможении не рассеивается, а
используется для подзарядки батарей.
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.
73
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.
От схем к "Новым измерениям"
По словам создателей Lexus RX400h, именно в другое измерение они
перенесли езду на полноприводном автомобиле. Дабы разбавить сухие схемы
практическими примерами, поговорим о новинке компании Toyota - Lexus
RX400h. Гибридная установка Lexus RX400h сочетает в себе бензиновый Vобразный шестицилиндровый двигатель объемом 3,3 л, мощностью 150 кВт,
2 электромотора мощностью 200 кВт, с рабочим напряжением 650 В и
высоковольтную аккумуляторную батарею напряжением 288 В.
Это всего лишь надводная часть айсберга, соединить напрямую ДВС,
электромоторы и аккумулятор и добиться при этом согласованной работы
невозможно. Поэтому углубимся во внутреннее строение Lexus RX400h.
V-образная "шестерка" оснащена сложной компьютерной системой,
осуществляющей непрерывную корректировку количества воздуха.
74
Высоковольтные моторы по сути являются обратимыми машинами, т.е.
могут работать как в двигательном, так и в генераторном режиме.
Располагаются в передней и задней частях автомобиля и приводят в
движение соответственно колеса переднего и заднего мостов.
Устройство распределения энергии - это связующее звено между ДВС,
электромоторами и генератором. "Сердце" устройства распределения
энергии - компактная планетарная передача. Она обладает малой массой и
меньшим количеством движущихся частей, в сравнении с 5- или 6ступенчатыми АКПП автомобилей класса "люкс". Применение планетарной
передачи позволило снизить потери на трение и шум при работе и в то же
время повысить надежность и срок службы узла.
Энергетический центр - уникальная система, управляющая созданием и
распределением запасов электрической энергии, хранящейся в батарее.
Основные компоненты энергетического центра: мощная высоковольтная
батарея
(NiMH),
блок
управления
энергией,
полупроводниковое
коммутационное устройство, рекуперативная (регенеративная) тормозная
система.
Блок
управления
энергией
и
полупроводниковое
устройство
переключения управляют потоком энергии между генератором, батареей и
электромоторами.
Данные
устройства
осуществляют
преобразование
электроэнергии в соответствии с потребностями системы. Потребность в
преобразовании
продиктована
следующими
причинами:
генератор
и
электромоторы - машины переменного тока, в то время как аккумуляторная
батарея оперирует постоянным, кроме того, выходное напряжение батареи не
соответствует выходному напряжению генератора, а также входному
напряжению электромоторов.
Инвертор - блок, преобразующий постоянный ток, поступающий от
аккумуляторной батареи, в переменный, используемый для питания
электромоторов.
В
гибридной
силовой
установке
Lexus
RX400h
предусмотрена высоковольтная схема преобразования одного постоянного
75
тока в другой, тоже постоянный. Но поскольку она повышает напряжение, то
происходит равномерный рост эл. мощности при той же величине тока.
Рекуперативная (регенеративная) тормозная система - при торможении
система переводит моторы в генераторный режим. Вырабатываемая при этом
электроэнергия
поступает
на
вход
аккумуляторной
батареи.
Особо
эффективную работу система показала в городских условиях, при
чередовании режимов стоп - старт. Заметим, что в традиционных тормозных
системах энергия, полученная при замедлении, теряется.
Система интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM)
объединяет
воедино
системы
активной
безопасности,
такие
как
антиблокировочная система тормозов (ABS), антипробуксовоч-ная система
(TRC), система курсовой устойчивости (VCS) и электроусилитель руля (EPS).
VDIM не столь "навязчива", как обычные системы управления, но намного
более эффективна. При помощи высокоскоростной технологии управления
двигателем, тормозами и трансмиссией VD1M контролирует и сопоставляет
все параметры, одновременно управляя крутящим моментом переднего и
заднего электромоторов в соответствии с условиями движения.
Режимы движения
В этом разделе мы рассмотрим особенности работы системы при
выполнении различных маневров.
Для начала движения и на малых скоростях используется только
электромотор. При плавном наборе скорости энергия, запасенная в батарее,
поступает на блок управления электропитанием. Последний, в свою очередь,
направляет энергию на электромоторы, что позво ет автомобилю плавно
трогаться с места.
Движение в нормальном режиме: в этом случае момент на вед щие
колеса поступает с ДВС и электромоторов; энергия бензинового двигателя
распределяется между колесами и электрическим генератором, приводящим
в движение электромоторы. При необходимости генератор осуществляет
заряд батареи, отдавая ей излишки энергии.
76
В целях обеспечения максимальной эффективности распределение
энергии контролируется электронным блоком управления.
Стоит упомянуть, что при движении в нормальном режиме система
автоматически переходит на передний привод, в то время как на всех
остальных сохраняется полный.
Разгон:
бензиновый
двигатель
разгоняет
машину,
работая
в
нормальном режиме, при необходимости и для улучшения динамики
дополнительная энергия поступает от электромоторов.
Источники энергии Для оптимизации количества сохраняемой энергии
управляемая электроникой тормозная система принимает решение о том,
когда
следует
использовать
рекуперативное
гидравлическую
(регенеративное)
торможение
систему,
а
(оно
и
когда
-
является
приоритетным). При рекуперативном торможении передний и задний
электродвигатели работают в генераторном режиме, создавая тормозной
момент на передней и задней осях. Вырабатываемая энергия поступает на
блок
управления
электропитанием,
а
оттуда
на
высоковольтную
аккумуляторную батарею.
В Honda нашли еще один источник энергии, который можно
использовать для получения электричества вместо бесполезного рассеивания
тепла в окружающую среду. Этот источник - выхлопные газы, имеющие
высокую температуру на выходе из двигателя и вдобавок дожигаемые в
каталитическом
конвертере
с
выделением
дополнительного
тепла.
Использовать эту энергию в Honda предлагают путем установки под капот
компактного
парового
термодинамическому
циклу
электрогенератора,
Ранкина,
широко
работающего
по
распространенному
на
тепловых и атомных электростанциях.
Генерирующая установка состоит из модифицированной головки блока
цилиндров с изолированными выпускными клапанами, встроенного в
каталитический конвертер испарителя, водяного бака с насосом высокого
давления, генератора и конденсатора. Горячие выхлопные газы поступают в
77
конвертер с испарителем, где образуется пар с температурой 400-500°С и
давлением
7-9
МПа.
Этот
пар
вращает
генератор,
охлаждается,
конденсируется и вновь поступает в бак с насосом.
В ходе испытаний на гибридном автомобиле Honda Stream с
двухлитровым бензиновым двигателем паровая установка работала с
максимальной мощностью 32 кВт. Термический КПД установки пока не
слишком высок - 13%, и в Honda считают, что для коммерциализации
технологии нужно работать над повышением этого показателя. Тем не менее,
при движении со скоростью 100 км/ч паровая установка увеличила общий
термический КПД двигателя на 3,8%. А количество электроэнергии,
полученной за счет утилизации тепла выхлопных газов в режиме движения
по шоссе, оказалось втрое больше, чем от использования энергии
торможения. То есть две системы регенерации энергии хорошо дополняют
друг друга - паровая установка эффективна при работе двигателя на
постоянных режимах, а регенеративное торможение - при езде по городу с
частыми остановками и троганиями.
Преимущества и недостатки гибридов
Как и любое другое изобретение, автомобили с электротопливными
силовыми установками имеют преимущества и недостатки. Несомненно,
самым
ярким
преимуществом
таких
авто
потребители
считают
экономичность использования, при которой гибриду удается соответствовать
главным параметрам обычного авто - скорость, мощность, универсальность.
Экологам машины с бензин-электрическим приводом нравятся потому, что
снижение расхода горючего позволяет сократить выбросы углекислого газа.
Нужно сказать, что уровень развития технологий в этой сфере уже позволяет
разрабатывать автомобили самых разных категорий - от "спокойных"
семейных авто до заносчивых и дерзких внедорожников, готовых пройти где
угодно и когда угодно. Другим очевидным преимуществом гибридных
машин является резкое увеличение дальности пробега, что лишает вечно
78
торопящегося владельца необходимости часто посещать автозаправочные
станции.
Теперь о недостатках. Гибридные автомобили чрезвычайно сложны,
поэтому за ремонт сломавшейся машины взяться сможет не каждый.
Отметим, что большинство станций техобслуживания с большой неохотой
берутся за ремонт гибрида, а иной раз можно и отказ получить. Исправность
автомобиля теперь зависит не только от стабильного функционирования
механики, но и от работы бортового компьютера, отказоустойчивость
которого никогда не приближалась к 100% отметке и вряд ли приблизится.
Другой аспект - аккумуляторы, срок службы которых ограничен
десятком-другим лет. Честно говоря, никто пока всерьёз не изучал
утилизацию использованных батарей; вопрос этот - лишь дело времени. К
тому же гибридные автомобили дороги, и переплачивать за перспективную
экономию и экологию во многих странах могут себе позволить не все.
Гибриды завтра
Итак, следующий этап развития двигателей - силовая установка,
работающая на самом перспективном энергоносителе - водороде. Он
является самым безвредным для окружающей среды, так как в результате
химической реакции в качестве "побочного продукта" образуется простая
вода. Происходят такие реакции в топливных камерах - керамических
ячейках. Каждая ячейка перегорожена на 2 секции тончайшей полимерной
мембраной, покрытой тонким слоем платинового катализатора. В одну
секцию поступает кислород, в другую подается водород. Мембрана обладает
уникальным свойством: пропускает протоны, но задерживает нейтроны.
Протоны просачиваются сквозь мембрану и, теряя электроны, вступают в
реакцию с кислородом, образуя воду. В обычной ситуации реакция носит
взрывной характер, но в топливной камере протекает спокойно, благодаря
тому, что идет не во всем объеме ячейки, а только на поверхности мембраны.
Электроны, отобранные мембраной у протонов, стекают по подведенному к
ячейке проводнику, создавая электрический ток. Дальше эту электроэнергию
79
(вполне возможно с некоторыми преобразованиями) можно использовать для
питания электродвигателя.
Daimler-Chrysler, в отличие от BMW, ведет разработку гибридных
двигателей, использующих энергию топливных камер. Исследования
проводятся совместно с "Nippon Mitsubishi Oil", результат ожидается через 34 года. Тем не менее на Франкфуртском автосалоне в 2003 году были
показаны два гибрида Mercedes. Первый - Е200 NGT (Natural Gas Technology)
может "питаться" как бензином, так и природным газом. Второй - гибрид Sкласса, оснащенный бензиновым двигателем V6, мощностью 245 л.с. и двумя
электродвигателями общей мощностью 55 кВт.
А недавно немецкий автомобилестроительный концерн DaimlerChrysler
AG и североамериканский автомобилестроительный концерн General Motors
подписали меморандум о совместной разработке гибридных силовых
агрегатов. Об этом сообщается в материалах компании. Компании будут
совместно разрабатывать силовой агрегат, который будет использоваться на
моделях General Motors, Chrysler Group и Mercedes Car Group.
DaimlerChrysler
принципиального
и
нового
General
Motors
агрегата,
который
займутся
разработкой
будет
использовать
электродвигатель не только на низких скоростях, но и на высоких, а кроме
того значительно повысит крутящий момент двигателя. При этом, у
разрабатываемого агрегата, по сравнению с сегодняшними серийными
гибридными двигателями, значительно улучшится экономичность и экологичность.
Ранее General Motors заявлял о том, что в 2007 г. начнет производство
внедорожников Chevrolet Tahoe и GNC Yukon, оснащенных гибридными
агрегатами. Mercedes Car Group планирует начать оснащение гибридными
двигателями
своих
представительских
автомобилей.
Chrysler
Group
планирует использовать данные силовые агрегаты на внедорожниках.
Также General Motors совместно с Пентагоном разработала гибридную
дизель-электрическую силовую установку, которая имеет ряд преимуществ
80
по отношению к традиционным дизельным двигателям. Основными
достоинствами гибридного двигателя являются экономичность (стоимость
одного галлона горючего при доставке на поле боя может достигать 400
долларов), надежность (при выходе из строя дизеля можно добраться до базы
на аккумуляторах). Еще одним ключевым достоинством нового автомобиля
является то, что он, в отличие от своего дизельного прототипа, способен
двигаться практически бесшумно. Кроме того, такая машина может
обеспечить электроэнергией небольшой командный пункт. Пентагон уже
провел испытания нового двигателя, установив его на внедорожники
HUMVEE. Почему же до сих пор другие производители авто, а с момента
появления Prius минуло уже 8 лет, серьезно не занялись перспективными
разработками.
Audi еще в прошлом году представила прототип А2 на водород, ном
топливе. А2-Н2 разгоняется "до сотни" менее чем за 10 секунд и развивает
скорость 175 км/ч. Без дополнительной заправки автомобиль может
преодолеть 220 км. Максимальная мощность гибридного
двигателя
составляет 136 л.с. Модель работает по технологии fuel-cell - за счет
преобразования водорода в электричество вследствие химической реакции с
кислородом. При небыстрой езде А2 работает на обычном двигателе, а для
быстрого
разгона
задействуется
аккумулятор,
который
постоянно
подзаряжается за счет рекуперативного (регенеративного) торможения. Но в
данный момент у немецкой компании нет намерения запускать автомобиль в
серийное производство. А2-Н2 сделали в исследовательских целях.
BMW обещает представить первый серийный гибрид уже через три
года. По словам баварцев, это будет машина седьмой серии с двигателем,
работающим на бензине и водороде. Первые образцы "водородных семерок"
уже совершили пробный пробег по нескольким странам Европы, чем вызвали
неподдельный интерес со стороны прессы.
BMW планирует использовать водород в двигателях внутреннего
сгорания, а не в топливных камерах, как предлагают делать другие
81
производители. Прототип BMWH2R, оснащенный именно таким двигателем
(созданном на базе стандартного 12-цилиндрового агрегата от модели 760i),
поставил сразу 9 мировых рекордов скорости. Разогнавшись до 302,4 км/ч, он
стал самым быстрым среди бензиново-водородных гибридов.
Volkswagen пока делает ставку на экономичные дизельные моторы.
Например, экспериментальный Golf с дизелем и вспомогательным
электромотором по параметрам расхода топлива и динамике разгона сравним
с Prius. Но под капотами "народных автомобилей" гибриды найдут место еще
не скоро, слишком дорого это обойдется концерну.
Ну а пока немцы "исследуют", японцы - производят.
Ford, Nissan, Porsche - рассчитывают получить технологии гибридных
установок
у
Toyota.
GM,
Honda
и
корейские
автопроизводители
разрабатывают собственные "теории гибрида".
В своей работе я пришел к выводу, что гибридные двигатели
значительно снизят уровень загрязнения окружающей среды. Они гораздо
экономичнее обычных, а следовательно выделяют меньше вредных веществ.
Гибридные двигатели позволят обеспечить рост производства, и вместе с тем
отодвинуть проблему истощения земных ресурсов на какое-то время. Также
решится проблема загрязнения окружающей среды. Расход топлива самого
экономичного гибридного двигателя в мире в плане топлива - 2,8 литра
бензина на 100 км. Двигатель соответствует нормам Евро-5 и позволяет ему
разгоняться "до сотни" за 7,6 с.
82
Безопасность: человек, автомобиль, дорога
Ильин М.Ю., студент ВФ ГОУ МГИУ
Корниенко Е.В., ассистент ВФ ГОУ МГИУ
Во все времена и у всех народов транспорт играл важную роль. На
современном
этапе
значение
его
неизмеримо
выросло.
Сегодня
существование любого государства немыслимо без мощного транспорта.
В XX в. и в особенности во второй его половине произошли гигантские
преобразования во всех частях света и областях человеческой деятельности.
Рост
населения,
урбанизация,
увеличение
потребления
научно-техническая
географические,
экономические,
революция,
политические,
материальных
а
также
ресурсов,
естественно-
социальные и
другие
фундаментальные факторы привели к тому, что транспорт мира получил
невиданное развитие как в масштабном (количественном), так и в
качественном отношениях. Наряду с ростом протяженности сети путей
сообщения
традиционные
виды
транспорта
подверглись
коренной
реконструкции: значительно увеличился парк подвижного состава, во много
раз поднялась его провозная способность, повысилась скорость движения. В
то же время на первый план вышли транспортные проблемы. Эти проблемы
по преимуществу относятся к городам и обусловлены чрезмерным развитие
автомобилестроения. Гипертрофированный автомобильный парк крупных
городов Европы, Азии и Америки вызывает постоянные пробки на улицах и
лишает себя преимуществ быстрого и маневренного транспорта. Он же
серьезно ухудшает экологическую обстановку.
Транспорт как особо динамичная система всегда был одним из первых
потребителей достижений и открытий самых различных наук, включая
фундаментальные. Более того, во многих случаях он выступал прямым
заказчиком перед большой наукой и стимулировал ее собственное развитие.
83
Трудно назвать область исследований, не имевшую отношения к транспорту.
Особенное
значение
для
его
прогресса
имели
фундаментальные
исследования в области таких наук, как математика, физика, механика,
термодинамика, гидродинамика, оптика, химия, геология, астрономия,
гидрология, биология и другие. В неменьшей степени транспорт нуждался и
нуждается в результатах прикладных исследований, проводимых в области
металлургии, машиностроения, электромеханики, строительной механики,
телемеханики, автоматики, а в последнее время электроники и космонавтики.
В свою очередь некоторые открытия и достижения, полученные в рамках
собственно транспортных наук, обогащают другие науки и широко
используются во многих нетранспортных сферах народного хозяйства.
Дальнейший прогресс транспорта требует использования последних,
постоянно обновляемых результатов науки и передовой техники и
технологии.
Необходимость
освоения
возрастающих
грузовых
и
пассажирских потоков, усложнение условий для сооружения транспортных
линий в необжитых, трудных по топографии районах и крупных городах.
Стремления
повысить
скорость
сообщений
и
частоту
отправления
транспортных единиц, необходимость улучшения комфорта и снижения
себестоимости перевозок - все это требует совершенствования не только
существующих транспортных средств, но и поиска новых, которые могли бы
более полно удовлетворить поставленным требованиям, чем традиционные
виды транспорта. К настоящему моменту разработано и реализовано в виде
постоянных или опытно-эксплуатационных установок несколько новых
видов транспортных средств и значительно больше существует в виде
проектов, патентов или просто идей.
Следует иметь в виду, что большинство так называемых новых видов
транспорта в принципе предложены много лет назад, но они не получили
применения и
ныне повторно
предлагаются
или возрождаются на
современной технической основе.
Электромобиль
84
Электромобиль - транспортное средство, ведущие колеса которого
приводятся от электромотора, питаемого аккумуляторными батареями.
Впервые появился он в Англии и во Франции в начале 80-х годов
девятнадцатого века, то есть раньше автомобилей с двигателями внутреннего
сгорания. Сконструированный И.В.Романовым в 1899 году кэб тоже был
электрическим. Тяговый электродвигатель в таких машинах получал питание
от батарей свинцовых аккумуляторов с энергоемкостью всего 20 ватт-часов
на килограмм. В общем, чтобы питать двигатель мощностью в 20 киловатт в
течение часа, требовался свинцовый аккумулятор массой в 1 тонну. Поэтому
с изобретением двигателя внутреннего сгорания производство автомобилей
стало стремительно набирать обороты, а об электромобилях забыли до
возникновения серьезных экологических проблем. Во-первых, развитие
парникового эффекта с последующим необратимым изменением климата и,
во-вторых, снижение иммунитета многих людей вследствие нарушения основ
генетической наследственности.
Данные проблемы были спровоцированы токсическими веществами,
которые в достаточно больших количествах содержатся в отработавших
газах двигателя внутреннего сгорания. Решение проблем состоит в снижении
уровня токсичности отработавших газов, особенно окиси и двуокиси
углерода, притом что объем производства автомобилей нарастает.
Ученые, проведя ряд исследований, наметили несколько направлений
решения перечисленных задач, одной из которых является производство
электромобилей. Это, по сути, первая технология, официально получившая
статус нулевого выброса, и она уже представлена на рынке.
Чем привлекателен электромобиль, наверно, представляет каждый. В
первую очередь, он почти не дает выброса вредных веществ. Ядовитых газов,
попадающих в атмосферу при зарядке и разрядке аккумуляторных батарей,
несравненно меньше, чем при работе двигателей внутреннего сгорания
(ДВС). Чтобы отапливать электромобили зимой, на них устанавливают
85
автономные обогреватели, потребляющие бензин или дизельное топливо. Но
они, понятно, не загрязняют атмосферу так сильно, как ДВС.
Второе преимущество - простота устройства. Электродвигатель
обладает очень привлекательной для транспортных средств характеристикой:
на малых скоростях вращения у него большой крутящий момент, что очень
важно, когда нужно тронуться с места или преодолеть трудный участок
дороги. ДВС же развивает максимальный крутящий момент при средних
оборотах, поэтому, если требуется большое усилие на малых, его приходится
увеличивать с помощью коробки передач. Троллейбусы, например, в таком
агрегате не нуждаются. Не требуется он и электромобилю, поэтому
управлять им проще, чем автомобилем с механической коробкой передач.
Третье преимущество вытекает из второго. Электромобиль не требует
столь тщательного ухода, как обычное авто: меньше регулировок, не
потребляет много масла, проще система охлаждения, а топливная (если не
считать отопитель) вообще отсутствует.
И все же электромобиль устроен не так просто, как может показаться:
ему необходимы сложные преобразователи напряжения и много тяжелых и
громоздких аккумуляторов, которые трудно разместить. Главный же
недостаток, который сдерживает внедрение электромобилей, - малая
энергоемкость батарей. Бак с бензином малолитражки весит около 50 кг,
обеспечивая запас хода более полутысячи километров. Батареи весят обычно
больше 100 кг (а то и несколько сотен), а пробег не превышает 100 км,
причем при движении с небольшой скоростью.
Вопреки
бытующему
мнению
о
высокой
экономичности
аккумуляторных электромобилей, анализ показывает, что химическая
энергия топлива, сжигаемого на электростанциях, используется для
движения транспортного средства всего на 15% и менее. Это происходит изза
потерь
энергии
в
линиях
электропередачи,
трансформаторах,
преобразователях, зарядных устройствах для аккумуляторов и самих
аккумуляторах, электромашинах, как в тяговом, так и в генераторном
86
режимах, а также в тормозах при невозможности рекуперации энергии. Для
сравнения, дизельный двигатель на оптимальном режиме преобразует в
механическую энергию около 40% химической энергии топлива. При
большом распространении аккумуляторных электромобилей, а особенно с
учетом
сказанного,
вырабатываемой
им
просто
электростанциями
не
будет
мира.
Не
хватать
электроэнергии,
следует
забывать,
что
суммарная установочная мощность двигателей всех автомобилей намного
превышает мощность всех электростанций мира.
Проблемы снимаются при питании электромобилей от так называемых
первичных
источников
электроэнергии,
вырабатывающих
энергию
непосредственно из топлива. В первую очередь, такими источниками
являются топливные элементы (ТЭ), потребляющие кислород и водород.
Кислород можно забирать из воздуха, а водород, в принципе, можно запасать
в сжатом или сжиженном виде, а также в так называемых гидридах. Но
реальнее его получать из обычного автомобильного топлива прямо на
электромобиле с помощью конвертора. Эффективность топливных элементов
несколько
снижается,
но
зато
не
меняется
вся
инфраструктура
топливозаправочного хозяйства. КПД топливных элементов при этом все
равно очень высок - около 50%.
Однако электромобиль с питанием от топливных элементов не лишен
общего
недостатка
-
высокой
массы
тяговых
электродвигателей
транспортных средств, рассчитанных как на максимальные мощность и
крутящий момент, так и на максимальную частоту вращения. При этом
добавляются и специфические недостатки, характерные для топливных
элементов. Это, во-первых, невозможность рекуперации энергии при
торможении, так как топливные элементы не являются аккумуляторами, то
есть они не могут заряжаться электроэнергией, а во-вторых, низкая удельная
мощность топливных элементов.
При огромной удельной энергии топливных элементов (порядка
400...600 Вт-ч/кг), удельная мощность при экономичном разряде не
87
превышает 60 Вт/кг. Это делает массу топливных элементов для реальных
мощностей, необходимых автомобилям, очень большой. Например, для
электромобиля с максимальной потребной мощностью 100 кВт и электробуса
с максимальной потребной мощностью 200 кВт, это соответствует массам
топливных элементов 1670 и 3330 кг, соответственно. Если прибавить массы
тяговых электродвигателей, примерно равные 150 и 400 кг, соответственно,
то получаются массы силовых агрегатов, совершенно неприемлемые для
легкового
электромобиля,
и
требующие
пятитонного
прицепа
для
электробуса.
Делаются
использованием
попытки
в
снижения
качестве
массы
топливных
промежуточных
элементов
источников
с
энергии
конденсаторных накопителей энергии, обладающих высокой удельной
мощностью. Однако, и этот путь недостаточно эффективен, так как лучшие
современные конденсаторные накопители, доступные для автомобильной
техники, имеют удельные энергетические показатели около 0,55 Вт-ч/кг и 0,8
Вт-ч/литр. В таком случае для накопления всего 2 кВт-ч энергии (это
значение рекомендовано специалистами как для электромобилей, так и для
электробусов), потребуется около 3000 кг или 2,5 мЗ конденсаторов, что
нереально. Меньшие значения запасаемой энергии существенно снижают
динамические качества машины. Кроме того, при коротком замыкании
мощные конденсаторы могут загореться, что очень нежелательно для
транспорта. Гораздо эффективнее использование в качестве промежуточного
накопителя
энергии
супермаховика,
соединенного
с
обратимой
электромашиной.
Супермаховик - маховик, изготовленный навивкой из волокон или лент
на упругий центр. Удельная энергия супермаховика на порядок больше
значений данного параметра для лучших монолитных маховиков, к тому же
он обладает свойством безопасного разрыва, не дающего осколков.
Такие схемы осуществлены в новейших опытных образцах гибридных
электромобилей фирм Mechanical Technology Inc.(CLLIA), EDO Energy
88
(США), и известной Ливерморской национальной лаборатории (LLNL,
США).
Удельная
энергия
супермаховиков
из
кевлара
и
графита,
достигающая сотен Вт-ч/кг, снижает его необходимую массу до нескольких
килограммов (при удельной энергии 200 Вт-ч/кг, для накопления 2 кВт-ч
потребуется супермаховик массой всего 10 кг). Однако электромашина
накопителя, необходимая здесь помимо тягового двигателя, и рассчитанная
на
максимальную
мощность
и
поэтому
весьма
тяжелая,
снижает
эффективность этой схемы. К тому же она, как и тяговый двигатель должна
быть обратимой (и мотором, и генератором), что дополнительно усложняет
привод.
Оригинальную схему гибридного силового агрегата с маховичным
накопителем и электромеханическим приводом предложила, изготовила и
испытала фирма "BMW" (Германия). Несомненным преимуществом данного
технического решения является наличие только одной электромашины, что
снижает массу и приближает его к автомобильным схемам (рис. 1). Тип
маховика фирма "BMW" в отчете не уточняет, поэтому используемый
накопитель условно назван просто "маховичным"
Рисунок 1. Схема гибридного силового агрегата с маховичным
накопителем и электромеханическим приводом фирмы “BMW”(Германия):
1-источник тока; 2-система управления; 3 - обратимая электромашина; 4 -
89
дифференциальный механизм; 5 - мультипликатор; 6 - маховичный
накопитель; 7 - главная передача
Источник тока 1 через преобразователи и систему управления 2 связан
с обратимой электромашиной 3, рассчитанной на максимальную мощность
электромобиля. Электромашина 3 через сложный дифференциальный
механизм 4 с мультипликатором 5 связана с маховиком 6 накопителя и
главной передачей 7. В результате масса источника тока 1, например,
топливного элемента, может быть выбрана исходя из удельной энергии, а не
удельной мощности, что снижает ее для электромобиля и электробуса с
пробегом, соответственно, 400 и 600 км до 100...150 и 700...1000 кг. Это
вполне приемлемо для данных транспортных средств.
Однако непременным недостатком всех схем с электроприводом
остается наличие тяжелого и сложного обратимого электродвигателя. Это
отражается на экономичности привода и его массе, включая систему
преобразователей тока. Мощная электромашина неэкономична при работе на
малых мощностях, характерных для разгона (зарядки) маховичного
накопителя. Кроме того, в схеме, помимо главной передачи, присутствует
сложный по конструкции и управлению дифференциальный механизм с
мультипликатором и тремя системами фрикционного управления (муфтами
или тормозами), что усложняет и удорожает привод.
Новая концепция электромобиля, предложенная проф. Н.В. Гулиа,
состоит в максимальном приближении и унификации устройств электро- и
автомобиля. Это позволяет предельно упростить и уменьшить массу
силового
агрегата
эффективность
транспортного
рекуперации
средства,
энергии,
а
увеличить
также
его
сделать
КПД
и
возможным
использование существующих шасси автомобилей и автобусов для установки
силовых
агрегатов
электромобилей
и
электробусов.
Последнее
обстоятельство должно существенно удешевить машины, в максимальной
степени унифицировать их производство с возможностью оперативно менять
соотношение количества машин различных типов и программу их выпуска.
90
Кроме того, по желанию заказчика, транспортное средство может быть
оснащено как источником механической энергии (обычным или гибридным
тепловым двигателем), так и электрической (топливные элементы с
супермаховиком), с установкой заменяемых агрегатов в том же двигательном
отсеке при полном сохранении всей трансмиссии.
Такая трансмиссия должна быть рассчитана на перспективу, и
включать уже не ступенчатую, а бесступенчатую коробку передач. Такие
коробки передач уже достаточно широко выпускаются на основе ременных
вариаторов с различными типами ремней ("тянущих" и "толкающих"), и
используются на автомобилях фирм Nissan, Honda, Fiat, Subaru и др.
Московский государственный индустриальный университет (МГИУ) в
содружестве с АМО ЗиЛ ведет работы по разработке бесступенчатой
коробки передач на основе нового планетарного дискового вариатора.
Бесступенчатая коробка передач на основе дискового вариатора новой
концепции может использоваться как на легковых, так и на грузовых
автомобилях (в том числе и седельных тягачах) и автобусах.
Новый вариатор, рассчитанный на высокие значения крутящего
момента
достаточно
низкооборотных
двигателей
автобусов,
дает
возможность применить новую концепцию электромобиля на мощных
электробусах. Следует заметить, что для данной схемы не исключается
использование бесступенчатой коробки передач любого типа, имеющей
достаточную экономичность, малые габариты и массу, соизмеримые с
существующими коробками передач.
Схема электромобиля новой концепции представлена на рис.2.
Как и в других гибридных схемах электромобилей, источник
электроэнергии выбирается исходя из критерия удельной энергии, что при
исключительно высоком значении этого параметра обеспечивает малые
91
массы, а также объемы топливных элементов. В данной схеме в качестве
промежуточного источника энергии использован супермаховик с теми же
энергетическими и массовыми параметрами, что и в других гибридных
схемах с маховичным накопителем.
Принципиальным отличием данной концепции электромобиля от
других
гибридных
электроэнергии
разгонным
схем
является
необратимой
удельной
мощности
электромашиной
электродвигателем
эффективной
отбор
малой
мощности
-
источника
специализированным
мощности,
источника
от
соответствующей
электроэнергии.
Для
упомянутых выше легкового электромобиля и электробуса это соответствует
15
и
20
кВт.
Благодаря
высокой
частоте
вращения
разгонного
электродвигателя - до 35000 об/мин для легкового электромобиля и 25000
об/мин для электробуса, что соответствует частоте вращения разгоняемых
супермаховиков для накопителей этих машин, масса их весьма мала,
соответственно 15 и 30 кг (это обычные показатели для отечественных
конструкций авиационного назначения).
Источник
энергии
и
разгонный
электродвигатель
могут
быть
объединены в один энергетический блок, сходный по массе и габаритам с
демонтируемым с шасси двигателем и его системами. Топливный бак и
система питания в принципе могут быть сохранены с добавлением
конвертора для получения водорода из топлива.
Таким образом, в энергетическом блоке химическая энергия топлива
преобразуется в механическую в виде вращения вала, совершенно так же, как
и у теплового двигателя. Функцию сцепления выполняет выключатель,
подключающий электромотор к источнику энергии.
Таким образом, по желанию заказчика в двигательный отсек может
быть установлен любой преобразователь химической энергии топлива в
механическую - тепловой двигатель или новый энергетический блок. Далее
все, как и в обычном автомобиле, вал энергетического блока соединяется с
коробкой передач, в данном случае бесступенчатой. Такая коробка передач
92
уже в недалеком будущем заменит менее эффективные ступенчатые даже на
обычных автомобилях. В результате мы получаем электромобиль новой
концепции
в
максимальной
степени
унифицированный
с
обычным
автомобилем.
Каковы же преимущества электромобиля новой концепции? По
сравнению с автомобилем это несравненно более высокая эффективность
использования топлива и экологическая безопасность. По сравнению со
средним КПД преобразования химической энергии в механическую - порядка
10... 15% у тепловых двигателей на автомобилях (не следует путать с КПД
тепловых двигателей на оптимальном режиме - 30% у бензиновых
двигателей и 40% у дизельных), этот КПД у топливных элементов с
конвертором - 50%, а у кислородно-водородных топливных элементов - 70%.
Вредные выхлопы у топливных элементов практически отсутствуют.
Примерно такие же преимущества у электромобилей новой концепции по
сравнению с аккумуляторными электромобилями, с той разницей, что
вредные выбросы последних имеют место не на самой машине, а на
электростанциях.
По сравнению с наиболее передовыми конструкциями гибридных
систем электромобилей с топливными элементами и махович-ными
накопителями, например, схемой предложенной и осуществленной фирмой
"BMW", преимуществом новой концепции является меньшие габаритномассовые показатели и высший КПД электромашины. Это обусловлено тем,
что в новой концепции электромашина не универсальная, обратимая, а узко
специализированная,
разгонная,
загруженная
практически
постоянной
мощностью, почти на порядок меньше максимальной и при высоких частотах
вращения. Второе преимущество заключается в отсутствии сложного
дифференциального механизма с тремя фрикционными муфтами или
тормозами, переключающими режимы. Третье преимущество состоит в том,
что процесс регулирования частот вращения и моментов от супермаховика
до ведущих колес осуществляется не электроприводом, а механическим
93
вариатором, имеющим высший КПД. В особенности это касается процесса
рекуперации энергии при торможении, в результате которого кинетическая
энергия машины переходит в супермаховик. Ни по частотной полноте
передачи этой энергии, ни по КПД этого процесса, электротрансмиссия не
идет ни в какое сравнение с механическим вариатором. И последнее
преимущество,
о
котором
уже
говорилось
-почти
традиционная
автомобильная схема и соизмеримые габаритно-массовые показатели нового
энергетического блока с существующими двигателями, позволяют легко
заменять один вид источника энергии на другой, получая при этом как
автомобиль (с обычной или гибридной схемой двигателя), так и гибридный
экономичный и динамичный электромобиль новой концепции.
На рис. 3 представлена схема городского электробуса новой
концепции. Эта схема предоставляет устройству большую гибкость, чем в
изображении на рис.2 структурной схеме.
Рисунок 1.3. Схема городского электробуса новой концепции: 1источник тока; 2 - электродвигатель; 3 - механизм реверса; 4 -коробка отбора
мощности; 5 - планетарный дисковый вариатор; 6, 7- карданные передачи; 8 главная передача; 9 - коническая зубчатая передача; 10 - супермаховичный
накопитель
Здесь блок супермаховичного накопителя 10, снабженный своим
редуктором 9, расположен независимо от остальных агрегатов и мягко
подвешен на раме для уменьшения и без того небольших гироскопических
усилий при горизонтальном расположении супермаховика. С помощью
94
коробки отбора мощности 4 и карданных передач 7 этот блок может
связываться с вариатором 5 как независимо, так и совместно с
электродвигателем 2. Этот электродвигатель может быть соединен с
вариатором 5 и независимо от супермаховика, и играть роль полноценного
тягового двигателя, в основном, на стационарных режимах движения.
Несмотря на то, что электродвигатель 2 в этом случае несколько
увеличивается по мощности и массе, энергоемкость супермаховичного
накопителя может быть существенно снижена, реально до 0,5 кВт-ч. Это
позволяет изготовлять супермаховик из такого стабильного и сравнительно
дешевого материала, как стальная углеродистая проволока. Выход из строя
(разрыв) супермаховика настолько безопасен, что тяжелого защитного
кожуха, существенно превышающего по массе сам маховик, и необходимого
при маховике из углепластиков, не требуется. Вариатор позволяет тяговому
электродвигателю работать в эффективном диапазоне крутящих моментов и
частот вращения, передавая только часть мощности, необходимой для
движения электробуса, что благоприятно для его работы.
Но как бы там ни было - электромобили пользуются спросом. Более
того, есть места, где они совершенно вне конкуренции. Скажем, поля для
популярной в мире игры в гольф. Инвентарь и обслуживающий персонал
перемещают на электромобилях упрощенной конструкции, порой без крыши,
дверей,
с
облегченным,
часто
укороченным,
кузовом,
без
систем
безопасности - всего того, что заметно увеличивает массу автомобилей.
Упрощенные машины хороши и для перевозок в закрытых помещениях: на
складах, в цехах, где вредные выбросы нежелательны. Широко используют
такие электромобили-тележки для перевозки туристов на курортах, в
национальных парках, но здесь им труднее конкурировать с автомобилями.
Полноразмерные машины, предназначенные для движения по улицам
городов, приживаются с трудом, хотя не исключено, что в скором будущем
ситуация может измениться. А причину этому нужно искать... в климате
американского штата Калифорния.
95
Выхлопные газы автомобилей под воздействием солнечных лучей
образуют
особо
ядовитые
вещества,
так
называемый
смог.
Для
перенасыщенного машинами солнечного штата это - проблема номер один.
Поэтому калифорнийские нормы токсичности выхлопа традиционно строже,
чем в других штатах США, не говоря уже о Европе. Теперь здесь принят
закон о постепенной замене автомобилей электромобилями: в 2003 году их
должно быть - 10% от общего числа машин, а в 2010-м -15%.
Многие
ведущие
автомобильные
фирмы
работают
над
электромобилями, тем не менее на выставках чаще увидишь машины
малоизвестного происхождения. В выборе двигателя мнения конструкторов
расходятся: используют и моторы постоянного тока, и переменного,
например, асинхронный со специальными преобразователями и сложной
системой регулирования. Напряжение питания также различно. Явное
предпочтение отдают никель-кадмиевым батареям и свинцовым, в которых
используется не жидкий электролит, а гель. Иногда применяют системы
жидкостного охлаждения двигателей и поддержания теплового режима
аккумуляторов.
Самый популярный в мире электромобиль изготовляют... в Польше.
Уже выпущено более 200 тысяч штук. Электромобили "Мелекс" упрощенного типа, на 2,4 и 6 мест, рассчитаны на индустрию спорта и
развлечений (назовем хотя бы тот же гольф), для складских работ, как
цеховой транспорт. При собственной массе около 880 кг полезная нагрузка 320, а с прицепом - более 900. Запас хода - 70 км. Максимальная скорость до 23 км/ч - выдает назначение машины.
Преимущества электромобиля:
отсутствие вредных выхлопов.
простота
конструкции
и
управления,
высокая
надёжность
и
долговечность экипажной части (до 20-25 лет) в сравнении с обычным
автомобилем.
96
возможность подзарядки от бытовой электрической сети (от розетки),
но такой способ в 5-10 раз дольше, чем от специального высоковольтного
подзарядного устройства.
электромобиль - единственный вариант применения на легковом
автотранспорте энергии вырабатываемой АЭС.
массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении
проблемы "энергетического пика" за счёт подзарядки аккумуляторов в
ночное время.
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 редкоземельных
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 за состоянием и зарядкойразрядкой АКБ.
шум работающего электромотора довольно велик, в чём может лично
убедится каждый пассажир троллейбуса или поезда метро.
97
аккумуляторы хорошо работают при движении электромобиля на
постоянных скоростях и при плавных разгонах. При резких стартах тяговые
АКБ теряют много энергии. Для увеличения пробега электромобиля
необходимы специальные стартовые системы, например, на конденсаторах, а
также применение систем рекуперации энергии (экономия до 25%).
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. Для решения этой проблемы компания Mitsubishi Motor
разработала колесо с встроенным электродвигателем (моторколесо). Система
получила название Mitsubishi In-wheel motor Electric Vehicle (MIEV).
Аналогичное моторколесо разработала Toyota. Прототип автомобиля Toyota
Fine-T может поворачивать колёса перпендикулярно оси автомобиля, что
позволяет значительно упростить парковку.
часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев
салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энерго-потребилей.
Предпринимаются усилия, чтобы решить эту проблему с использованием
топливных элементов, ионисторов и фотоэлементов.
для массового применения электромобилей требуется создание
соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов (зарядка
Ускорение
научно-технического
прогресса
на
транспорте
в
современных условиях - задача много плановая, сложная и капиталоемкая, но
она должна быть решена, так как не существует другого пути для выхода
транспорта транспорта на уровень, отвечающий всем перспективным
требованиям общества.
Современная жизнь характеризуется бурным развитием науки и
техники во всех сферах человеческой деятельности. Этот процесс
предопределяет более быструю смену характера техники и технологии во
всех отраслях народного хозяйства, включая и сам транспорт.
98
В
наше
время
научно-технический
прогресс
развивается
лавинообразно: в прошлом от возникновения идеи до ее реализации
проходили столетия и десятилетия, теперь - нередко считанные годы.
В результате происходит быстрое моральное старение техники,
возникает необходимость все в новых и новых открытиях. Новые виды
транспорта призваны облегчить жизнь человека, сделав ее еще более
комфортной, но при этом от них требует соблюдение всех экологических
норм, которые с каждым днем становятся все жестче.
Новые виды транспорта, краткая характеристика которых была дана в
этой работе, являются лишь малой часть всех тех усовершенствований,
которые сделаны человеком за последние несколько лет. Одни из них
являются ныне действующими системами, другие ожидают введения в
эксплуатацию после идущих в настоящее время испытаний, третьи слишком футуристичны и дорогостоящи на сегодняшний день (но и они
могут воплотиться в жизнь в ближайшем будущем). Но все они уже сегодня
помогают обществу решить, те насущные проблемы, которые возникли в
результате деятельности людей, и этот процесс уже нельзя остановить.
Литература
1.
Аксенов И.Я. Единая транспортная система: Учеб. для вузов -М:
Высш. шк., 199.
2.
Гулиа Н.В., Юрков С. Новая концепция электромобиля: Наука и
техника-2000 -№2.
3.
Пополов А. Индивидуальный электротраспорт XXI века: Наука и
техника-2001 - №8.
4.
Постников Д. Электромобиль: "за" и "против": За рулем - 2005 -
5.
Пополов А. Электровелосипед сегодня и завтра: Наука и техника
№2.
- 1999 -№8.
6.
Монокар - двухколесный автомобиль: ООО "Скиф", 2002.
99
7.
Каримов А.Х. Беспилотные самолеты: максимум возможностей:
Наука и Жизнь - 2002 - №6.
8.
Пополов А. "Солнечным" судам счастливого плавания: Наука и
Жизнь-2001 -№6.
9.
Измеров
О.
Самолет
садится
на
рельсы:
Неизвестный
отечественный монорельс.
100
Экологические проблемы гибридных двигателей
Львов С.Ю., студент ВФ ГОУ МГИУ
Корниенко Е.В., ассистент ВФ ГОУ МГИУ
Кажется, еще немного, и наш мир окончательно разделится на
"искусственное" и "натуральное". Одной рукой мы скрещиваем медузу с
картофелем, выхаживаем клонированных овечек и управляем рукотворными
космическими
катастрофами,
а
другой
выбираем
в
магазине
не
модифицированные продукты, дарим любимым полевые цветы, переводим
регуляторы тренажеров в положение "max", дабы обрести замечательную
фигуру без помощи "чудодейственных таблеток".
В конце концов человечество найдет альтернативу всему, что его
окружает. И это так же неизбежно, как смена прошлого настоящим, а
сегодняшнего дня завтрашним.
Однако практически во всех областях нашей жизни есть вещи, не
требующие "доработок" с течением времени, своеобразная "классика жанра".
Будь то Первый концерт Чайковского для фортепиано с оркестром, фрески
Микеланджело в Сикстинской капелле, рассказы Чехова или легендарная
американская "восьмерка" Hemi.
Кстати, а какие ассоциации у вас вызывает словосочетание "настоящий
автомобиль"? Вряд ли в памяти всплывает силуэт экономичной японской
малолитражки или новейшего флагмана из Баварии или Ингольдштадта.
Остаться в душах людей "настоящим", обладая парой безупречных
характеристик и полным набором наисовременнейших опций, невозможно.
Пройдет время, и представления о "мимолетном совершенстве" поменяются.
Сегодняшние автомобили, двигатели которых работают тише швейной
машинки,
поражают
удельной
мощностью
и
точностью
расчетов
электронных "мозгов". И, как это ни парадоксально, они все больше и
101
больше начинают оправдывать название "самодвижущийся", причем это
"самодвижение" происходит уже почти без участия человека. Все, конечно,
оправдывает безопасность, практичность и надежность, но как оправдать то,
что машина уже фактически лишена "души"?
А когда, стоя рядом с автомобилем, всем телом ощущаешь
размеренный бас V-образной "восьмерки", слышишь "дыхание" мотора через
дроссели и, надавив на "механическую" педаль акселератора, понимаешь, что
стучащая в висках кровь превратилась в 98%-й раствор адреналина... Тогда
разговоры о настоящем уже не нужны. Главное - не забывать дышать.
Все вышесказанное - достаточно субъективно, да и противиться
прогрессу глупо. А что еще сказать о "душе" современной машины? Ведь в
90-е легендарный Джеймс Кэмерон уже доказал, что и Терминатору ничто
"человеческое" не чуждо. Значит, шанс есть.
Сегодняшняя беседа - о перспективных гибридных двигателях.
Гибриды вчера. В недалеком прошлом гибридными называли агрегаты,
способные работать на нескольких видах горючего топлива, и двигатели с
так называемым послойным смесеобразованием.
Многотопливные моторы обладают достаточно сложной конструкцией
и работают на чрезвычайно высоких степенях сжатия. Так, например, в
двигателе MTU (Mercedes-Benz) последняя составляет 25 единиц. В то время
как у современных массовых агрегатов, потребляющих высокооктановый
бензин, степень сжатия колеблется от 9 до 10 единиц, а у дизелей лежит в
пределах 16-17.
Одним из простейших и ярких примеров подобных силовых установок
можно считать мотор, работающий на бензине и газе (природном или
полученном из нефти). Такие двигатели пользуются популярностью в
странах с высокими ценами на бензин (Италия, государства Южной
Америки).
Послойное смесеобразование применяется в бензиновых агрегатах для
снижения расхода топлива и вредных выбросов на средних нагрузках.
102
Кроме двух вышеназванных типов существовал и еще один гибридный,
представляющий
собой
работающие
в
паре
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 4цилиндровым 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).
103
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.
Спустя ровно 110 лет (в 1997 году) после появления первого
гибридного автомобиля компания Toyota представила массовую модель
Prius. Изюминка Prius - электромотор, батарею которого не надо заряжать от
внешней сети. Энергия для заряда аккумулятора вырабатывается прямо на
борту автомобиля. Мощность 1,5-литрового бензинового двигателя этой
модели - 53 кВт (57 кВт - Prius 2-го поколения), тягового электромотора - 33
кВт (50 кВт - Prius 2-го поколения). Максимальная скорость составляет 160
км/ч, а расход топлива 4,6 л (4 л - Prius 2-го поколения) на 100 км. В 2004
году на Международном конкурсе в Германии силовой агрегат Toyota Prius
104
занял первые места сразу в четырех (!) номинациях, в том числе и в самой
престижной - "Лучший двигатель 2004 года".
Однако на данный момент венцом творения компании Toyota (на
сегодняшний день мирового лидера в освоении гибридных технологий)
является совсем другой автомобиль, о нем чуть позже.
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
105
одновременно вырабатывать электроэнергию, используя генератор. Таким
образом достигается максимальная эффективность силовой установки.
ОТ СХЕМ К "НОВЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ".По словам создателей Lexus
RX400h, именно в другое измерение они перенесли езду на полноприводном
автомобиле. Дабы разбавить сухие схемы практическими примерами,
поговорим о новинке компании Toyota - Lexus RX400h, оснащенной
последовательно-параллельной
гибридной
силовой
установкой
Hybrid
Synergy Drive.
Гибридная установка Lexus RX400h сочетает в себе бензиновый Vобразный шестицилиндровый двигатель объемом 3,3 л, мощностью 150 кВт,
2 электромотора мощностью 200 кВт, с рабочим напряжением 650 В и
высоковольтную аккумуляторную батарею напряжением 288 В.
Это всего лишь надводная часть айсберга, соединить напрямую ДВС,
электромоторы и аккумулятор и добиться при этом согласованной работы
невозможно. Поэтому немного углубимся во внутреннее строение Lexus
RX400h.
Бензиновый двигатель нам не столь интересен, но "из песни слов не
выкинешь". V-образная "шестерка" оснащена сложной компьютерной
системой,
осуществляющей
непрерывную
корректировку
количества
воздуха, поступающего в цилиндры. Благодаря этому удалось добиться
соблюдения норм Евро-4.
Высоковольтные моторы по сути являются обратимыми машинами, т.е.
могут работать как в двигательном, так и в генераторном режиме.
Располагаются в передней и задней частях автомобиля и приводят в
движение соответственно колеса переднего и заднего мостов.
Устройство распределения энергии - это связующее звено между ДВС,
электромоторами и генератором. "Сердце" устройства распределения
энергии - компактная планетарная передача. Она обладает малой массой и
меньшим количеством движущихся частей, в сравнении с 5- или 6ступенчатыми АКПП автомобилей класса "люкс". Применение планетарной
106
передачи позволило снизить потери на трение и шум при работе и в то же
время повысить надежность и срок службы узла.
Энергетический центр - уникальная система, управляющая созданием и
распределением запасов электрической энергии, хранящейся в батарее.
Основные компоненты энергетического центра: мощная высоковольтная
батарея
(NiMH),
блок
управления
энергией,
полупроводниковое
коммутационное устройство, рекуперативная (регенеративная) тормозная
система.
Блок
управления
энергией
и
полупроводниковое
устройство
переключения управляют потоком энергии между генератором, батареей и
электромоторами.
Данные
устройства
осуществляют
преобразование
электроэнергии в соответствии с потребностями системы. Потребность в
преобразовании
продиктована
следующими
причинами:
генератор
и
электромоторы - машины переменного тока, в то время как аккумуляторная
батарея оперирует постоянным, кроме того, выходное напряжение батареи не
соответствует выходному напряжению генератора, а также входному
напряжению электромоторов.
Инвертор - блок, преобразующий постоянный ток, поступающий от
аккумуляторной батареи, в переменный, используемый для питания
электромоторов.
В
гибридной
силовой
установке
Lexus
RX400h
предусмотрена высоковольтная схема преобразования одного постоянного
тока в другой, тоже постоянный. Но поскольку она повышает напряжение, то
происходит равномерный рост электрической мощности при той же величине
значения тока. В результате получают более высокую производительность и
повышенный крутящий момент привода электромоторов.
Рекуперативная (регенеративная) тормозная система - при торможении
система переводит моторы в генераторный режим. Вырабатываемая при этом
электроэнергия
поступает
на
вход
аккумуляторной
батареи.
Особо
эффективную работу система показала в городских условиях, при
107
чередовании режимов стоп - старт. Заметим, что в традиционных тормозных
системах энергия, полученная при замедлении, теряется полностью.
Система интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM)
объединяет
воедино
системы
активной
безопасности,
такие
как
антиблокировочная система тормозов (ABS), антипробуксовочная система
(TRC), система курсовой устойчивости (VCS) и электроусилитель руля (EPS).
VDIM не столь "навязчива", как обычные системы управления, но
намного более эффективна. При помощи высокоскоростной технологии
управления двигателем, тормозами и трансмиссией VDIM контролирует и
сопоставляет все параметры, одновременно управляя крутящим моментом
переднего и заднего электромоторов в соответствии с условиями движения.
Режимы движения.В этом разделе мы рассмотрим особенности работы
системы при выполнении различных маневров.
Начало движения.Для начала движения и на малых скоростях
используется только электромотор. При плавном наборе скорости энергия,
запасенная в батарее, поступает на блок управления электропитанием.
Последний, в свою очередь, направляет энергию на электромоторы, что
позволяет автомобилю плавно трогаться с места.
Движение в нормальном режиме. В этом случае момент на ведущие
колеса поступает с ДВС и электромоторов; энергия бензинового двигателя
распределяется между колесами и электрическим генератором, приводящим
в движение электромоторы. При необходимости генератор осуществляет
заряд батареи, отдавая ей излишки энергии.
В целях обеспечения максимальной эффективности распределение
энергии контролируется электронным блоком управления.
Стоит упомянуть, что при движении в нормальном режиме система
автоматически переходит на передний привод, в то время как на всех
остальных сохраняется полный.
108
Бензиновый двигатель разгоняет машину, работая в нормальном
режиме, при необходимости и для улучшения динамики дополнительная
энергия поступает от электромоторов.
Это создает ощущение, что ДВС гораздо мощнее, чем есть на самом
деле. Интересно сравнить эту систему с турбированным двигателем. В то
время как работа последнего может сопровождаться "турбозадержками",
гибридный
вариант
обеспечивает
практически
мгновенную
подачу
дополнительной энергии, что позволяет получить плоскую характеристику
крутящего момента.
Торможение.Для
оптимизации
количества
сохраняемой
энергии
управляемая электроникой тормозная система принимает решение о том,
когда
следует
использовать
рекуперативное
гидравлическую
(регенеративное)
торможение
систему,
а
(оно
и
когда
-
является
приоритетным). При рекуперативном торможении передний и задний
электродвигатели работают в генераторном режиме, создавая тормозной
момент на передней и задней осях. Вырабатываемая энергия поступает на
блок
управления
электропитанием,
а
оттуда
на
высоковольтную
аккумуляторную батарею.
Режимы движения: рекуперативное (регенеративное) торможение
Сейчас коротко о том, чего удалось добиться применением подобной
гибридной установки.
К сожалению, производитель не дает пока никаких точных данных,
ограничиваясь размытыми формулировками. Расход топлива 3,3-литрового
мотора будет "сопоставим с седаном среднего класса", другими словами,
будет лежать в пределах 5-8 л на 100 километров пробега. Если сравнить эти
показатели с расходом 3-литровой "шестерки" RX300, а она потребляет в
среднем 13 л на 100 километров, то получится очень неплохой результат.
Двигатель RX400h соответствует нормам Евро-4 и позволяет ему
разгоняться "до сотни" за 7,6 с, RX300 преодолевает этот рубеж за 9 с.
109
Комфорт
и
безопасность
новой
модели
пока
не
подлежат
"количественной" оценке, поэтому от комментариев мы воздержимся, тем
более что RX400h появится в России не раньше, чем во второй половине
2005 года.
Гибриды завтра. Итак, следующий этап развития двигателей - силовая
установка, работающая на самом перспективном энергоносителе - водороде.
Он является самым безвредным для окружающей среды, так как в результате
химической реакции в качестве "побочного продукта" образуется простая
вода. Происходят такие реакции в топливных камерах - керамических
ячейках. Каждая ячейка перегорожена на 2 секции тончайшей полимерной
мембраной, покрытой тонким слоем платинового катализатора. В одну
секцию поступает кислород, в другую подается водород. Мембрана обладает
уникальным свойством: пропускает протоны, но задерживает нейтроны.
Протоны просачиваются сквозь мембрану и, теряя электроны, вступают в
реакцию с кислородом, образуя воду. В обычной ситуации реакция носит
взрывной характер, но в топливной камере протекает спокойно, благодаря
тому, что идет не во всем объеме ячейки, а только на поверхности мембраны.
Электроны, отобранные мембраной у протонов, стекают по подведенному к
ячейке проводнику, создавая электрический ток. Дальше эту электроэнергию
(вполне возможно с некоторыми преобразованиями) можно использовать для
питания электродвигателя.
Вот и все, что мы хотели рассказать сегодня о перспективах развития
силовых агрегатов автомобилей. По какому пути пойдет наука, пока загадка,
но основные направления уже определены.
Перед тем как задуматься о том, что день грядущий нам готовит,
вспомним о других мировых производителях: Audi, BMW, Daimler Chrysler,
Volkswagen и прочих. Почему они до сих пор, а с момента появления Prius
минуло уже 8 лет, серьезно не занялись перспективными разработками?
Audi еще в прошлом году представила прототип А2 на водородном
топливе. А2-Н2 разгоняется "до сотни" менее чем за 10 секунд и развивает
110
скорость 175 км/ч. Без дополнительной заправки автомобиль может
преодолеть 220 км. Максимальная мощность гибридного
двигателя
составляет 136 л.с. Модель работает по технологии fuel-cell - за счет
преобразования водорода в электричество вследствие химической реакции с
кислородом. При небыстрой езде А2 работает на обычном двигателе, а для
быстрого
разгона
задействуется
аккумулятор,
который
постоянно
подзаряжается за счет рекуперативного (регенеративного) торможения. Но на
данный моменту немецкой компании нет намерения запускать автомобиль в
серийное
производство
-
А2-Н2
был
сделан
исключительно
в
исследовательских целях.
BMW обещает представить первый серийный гибрид уже через три
года. По словам баварцев, это будет машина седьмой серии с двигателем,
работающим на бензине и водороде. Первые образцы "водородных семерок"
уже совершили пробный пробег по нескольким странам Европы, чем вызвали
неподдельный интерес со стороны прессы.
BMW планирует использовать водород в двигателях внутреннего
сгорания, а не в топливных камерах, как предлагают делать другие
производители. Прототип BMW H2R, оснащенный именно таким двигателем
(созданном на базе стандартного 12-цилиндрового агрегата от модели 760i),
поставил сразу 9 мировых рекордов скорости. Разогнавшись до 302,4 км/ч, он
стал самым быстрым среди бензиново-водородных гибридов.
Daimler-Chrysler, в отличие от BMW, ведет разработку гибридных
двигателей, использующих энергию топливных камер. Исследования
проводятся совместно с "Nippon Mitsubishi Oil", результат ожидается через 34 года. Тем не менее на Франкфуртском автосалоне в 2003 году были
показаны два гибрида Mercedes. Первый - Е200 NGT (Natural Gas Technology)
может "питаться" как бензином, так и природным газом. Второй - гибрид Sкласса, оснащенный бензиновым двигателем V6, мощностью 245 л.с. и двумя
электродвигателями общей мощностью 55 кВт. Отметим, что "газовый"
Mercedes поступил в продажу в прошлом году.
111
Volkswagen пока делает ставку на экономичные дизельные моторы.
Например, экспериментальный Golf с дизелем и вспомогательным
электромотором по параметрам расхода топлива и динамике разгона сравним
с Prius. Но под капотами "народных автомобилей" гибриды найдут место еще
не скоро, слишком дорого это обойдется концерну.
Ну а пока немцы "исследуют", японцы - производят.
Ford, Nissan, Porsche - рассчитывают получить технологии гибридных
установок
у
Toyota.
GM,
Honda
и
корейские
автопроизводители
разрабатывают собственные "теории гибрида".
Литература
1.
www.zr.ru
2.
www.ecocar.ru
3.
www.gidridin.ru
112
Особенности натюрморта как вида изобразительного искусства
Павлова Г.Б., директор Вяземской художественной школы им. А. С.
Сергеева
В изобразительном искусстве натюрморт - ( от франц.) nature morte "мертвая
природа"
принято
называть
изображение
неодушевленных
предметов, объединенных в единую композиционную группу. Натюрморт
может иметь как самостоятельно значение, так и быть составной частью
композиции жанровой картины или портрета.
В отдельных случаях натюрморт приобретает настолько важное
значение, что становится своеобразным композиционным центром картины.
В зависимости от задач, которые решает художник, меняется роль и
место натюрморта в композиции.
Воздействие
натюрморта
на
зрителя
происходит
по
линии
ассоциативных представлений и мыслей, возникающих при рассмотрении
изобразительных предметов.
Таким образом, объединенные доступными средствами композиции
вещи слагаются в изображении, в эмоционально насыщенный образ.
Художники,
обращаются
к
натюрмортам
как
к
средству
характеристики создаваемого образа и при работе над портретом. В
сюжетно- тематических картинах натюрморт имеет хотя и важное, но все же
подчиненное значение.
Как самостоятельный жанр искусства натюрморт обладает большими
изобразительными воздействиями. В нем показывается не только внешняя
материальная сущность предметов. Вместе с конкретным изображением
вещей в натюрморте в образной форме могут быть переданы существенные
стороны жизни, отражаться эпоха, важные исторические события.
113
В лучших своих проявлениях он становится действенным средством
идейного и эстетического восприятия людей, формируя их вкусы, понятия,
представления.
Искусство натюрморта как жанр возникло в Голландии в начале XVIII
в.
Знаменитые
голландские
натюрморты
передают
радость
быта:
рассматривая их, кажется, ощущаешь вкус реальных плодов, напитков.
Художники изображали самые обычные вещи, но это было красиво и
поэтично. Одни любили натюрморты скромные, другие писали на огромных
холстах.
Наиболее распространенным и популярным натюрморт был в
голландском искусстве на рубеже XVI - XVII в., где он достиг своего
наивысшего расцвета в творчестве таких художников, как П.Клас, Г.Виллем,
А.Бейерен, И.Фейт, произведения которых украшают многие крупнейшие
музеи мира. Творчество этих мастеров развивалось под благотворительным
влиянием искусства эпохи Возрождения.
Методы и приемы изображения, разрабатываемые в жанре сюжетнотематической картины, портрета, переносились в область натюрморта.
Именно здесь вырабатывается основной тип натюрморта с четким
трехплановым
членением
пространства,
с
ясно
выраженным
композиционным центром.
По классической схеме построения центр композиции картины
помещается на среднем плане; передний план заполняется дополнительными
мелкими предметами, служащими вводом в изображение. Роль третьего
плана выполняет фон, который надлежало писать в виде нейтрального
пространства.
Разрабатываемые в голландском искусстве художественные принципы
во многом предопредели дальнейшее развитие натюрморта. Его основными
качествами были: реализм, тонкость наблюдения жизни, умение подметить и
передать эстетическую ценность.
114
Для создания своих произведений художники избирали предметы,
используемые в повседневном быту, однако составляли их с большим
вкусом, стремясь достичь гармонии и изящества всей группы.
Излюбленными мотивами изображения у голландских мастеров были
"завтраки" с небольшим набором предметов. С большим мастерством и
изяществом передавался материал предметов - стекло, металл, керамика. В
проработке формы использовались приемы многослойной живописипрописи, лессировки, позволяющие добиваться предметной убедительности
изображения.
Другой важной особенностью голландского натюрморта следует
считать то, что художники сумели наполнить его смысловым содержанием. В
любом натюрморте этих мастеров раскрывается неразрывная связь человека
с окружающим миром. Во всем этом проявляется здоровое оптимистическое
восприятие жизни, искреннее желание показать, как щедра природа, как
трудолюбив и талантлив человек.
Наиболее полно это радостное ощущение жизни проявилось в
творчестве Ф. Снейдерса. Он пишет большие монументальные полотна,
предназначенные для парадных дворцовых помещений. Широко известны
его картины "Рыбная", "Фруктовая", "Овощная". Строгая продуманность
композиции в работах художника сочетается с декоративностью живописи,
насыщенностью колорита. Это уже не скромные "завтраки", которые пишут
А.Бейерен или П.Класс, а произведения, созданные воображением и
фантазией художника. Так же, как и в других картинах голландских
художников,
в
натюрмортах
Снейдера
большое
внимание
уделено
проработке рисунка и передаче материальности предмета. Однако при
тщательности
проработки
формы
он
не
утрачивает
цельность
художественного образа. До сих пор натюрморты Снейдерса радуют нас
реалистичным изображением.
В XVII в. Складываются главные черты натюрмортного жанра. В нем
работают такие видные мастера живописи, как Рембрант, Сурбаран, Переда.
115
Всех их объединяет общее стремление - показать гармонию мира вещей,
окружающих человека, красоту их форм и материала. Сформулированные в
практической деятельности художников задачи искусства натюрморта
существовали и в дальнейшем, но решение их не повторяло прошлого опыта,
а
осуществлялось
новыми
средствами
в
соответствии
с
новыми
требованиями времени.
Значительный вклад в развитие натюрморта внес французский
художник XVII в Ж.-Б. Шарден, вошедший в историю мировой живописи как
мастер бытовой жанровой картины. Свои натюрморты он пишет с предметов
скромного домашнего обихода, привнося в них большую одухотворенность и
простоту композиции. Замечательными образцами этого типа натюрморта
являются "Медный бак"," Натюрморт с коробкой, трубкой и кувшином".
Простота и классическая ясность композиции отличает и натюрморты,
объединенные под общим названием "Атрибуты искусства". Характерным
для живописи Шардена является совершенство и разнообразие приемов,
используемых для передачи материала предметов в их неразрывной связи со
световоздушной средой. Развивая принципы реалистического искусства,
Шарден вместе с тонким колористическим видением натуры внес
натюрморт
и
ту
особую
одухотворенность,
которая
в
составляет
отличительную особенность искусства этого мастера.
Но не всегда и не у всех художников задача раскрытия социального
содержания жизни посредством "говорящих вещей" была главной в создании
произведения. Менялись вкусы, эстетические представления, менялось и
отношение к окружающей действительности. Художники стали подмечать в
окружающей жизни иные качества материального мира. Важной проблемой
становится среда, в которой находится предмет, передача света, воздуха,
образа природы.
Начиная с середины XIX в. Сильное влияние на судьбы искусства стал
оказывать импрессионизм. Старым академическим традициям, которые к
этому времени выродились в крайне условные формы салонного искусства,
116
импрессионисты противопоставили свое понимание живописи. К. Моне,
А.Сислей
и
другие
художники
обратились
в
своем
творчестве
непосредственно к работе над природными мотивами, ставили и решали
проблему создания живописного изображения спектрально чистым красками.
Их главной заботой было воспроизведение на картине быстро меняющегося
состояния природы; сам же предмет изображения с его объективными
свойствами утратил былое значение, как бы растворился в световоздушной
среде.
Живописная система импрессионизма, получившая наиболее полное
развитие в пейзаже, неизбежно затрагивала и область натюрморта. И здесь
художники, увлеченные идеей цвета и света, стремились передать не сами
свойства предмета, а мимолетную игру световых и цветовых пятен на его
поверхности. Этим объясняется резкое снижение интереса к содержательной
стороне искусства, к объективной оценке действительности.
Надо отметить безусловно положительную роль, которую сыграл
импрессионизм в искусстве. За счет обогащения цветовой палитры
художники значительно расширили свои живописные возможности, активно
используя
в
создании
художественного
произведения
цвет,
его
изобразительные и психологические свойства.
Однако развитие жанра натюрморта следует видеть не в русле общего
движения импрессионизма, а скорее на пути преодоления его узких мест,
связанных, в частности, с разрушением объемной формы. Известной
реакцией на разрушение формы импрессионистами явилось искусство
П.Сезанна, много работавшего как в области пейзажа, так и в области
натюрморта.
Испытав в начале пути сильное влияние импрессионистов, Сезанн
пришел к логическому отрицанию их метода. В создаваемых им
многочисленных натюрмортах зрелого периода, он стремился найти пути и
средства передачи объективных свойств предмета - объема, материала,
цветовой устойчивости в его характеристике.
117
Для решения поставленных задач художник использует в основном
выразительные возможности цвета, главным образом закон цветовых
контрастов.
П. Сезанн: "Не существует линий, не существует светотени,
существуют лишь контрасты красок. Лепка предметов вытекает из верного
соотношения тонов".
Метод Сезанна основан на точном определении планов. Составляющих
конструкцию объема, где каждый цвет-мазок должен выражать изгиб,
поворот формы в соответствии с количеством полученных световых лучей. В
таком аналитическом подходе к изображению натуры состоит главная
положительная особенность живописи художника. Несмотря на его
рационализм в создании живописной формы, стремление к передаче
пластики объема предмета, его материальной сущности остается главным
мотивом в работе над натюрмортом. В лучших своих произведениях мастер
обнаруживает глубокое понимание задач реалистического искусства,
достигая вершин живописного мастерства.
Другую ветвь французского натюрморта, резко расходившуюся как с
методом импрессионистов, так и с творческими устремлениями Сезанна
представляет искусство А.Матисса. Основу его составляет декоративноплоскостное видение художника. Натюрморт воспринимается им как система
плоских цветовых пятен, где предметы как бы проецируясь на плоскость,
обозначаются четко очерченными силуэтами. Если Сезанн использует цвет в
целях построения объема на плоскости, то Матисс, напротив, решительно
отказывается от изображения объема. Разрушение объема сопровождается
нарочитой деформацией рисунка. Живописные интересы Матисса не шли
дальше нарядно оформленной композиции.
В конце XIX в начале XX в. художественная культура Западной
Европы, а вслед за ней и России сделала резкий крен в сторону субъективных
поисков в области формальных средств живописи. Крайним выражением
этих устремлений был такие направления как кубизм, фовизм, супрематизм.
118
К
жанру
натюрморта
обращаются
художники
самых
разных
стилистических направлений. Они экспериментируют с формой, цветом и
пространством, увлекаются поиском разнообразной фактуры. Натюрморт
выполняется и в строгой реалистической манере, и в декоративной, и в
манере кубизма.
Изображение прекрасного мира вещей увлекало многих художников. В
русском искусстве П.Кончаловский, И.Машков, Р.Фальк, К.Петров - Водкин,
Ю.Пименов и другие создали великолепные натюрморты, раскрывающие не
только красоту вещей, но вместе с тем и мир человека, его мысли и чувства.
Каждый художник нашел для решения этой сложной задачи свои
выразительные средства. Порой человек незримо присутствует на картине, и,
кажется, что он только что вышел и может вернуться в любой момент.
Например, на картине Ю.Пименова "Ожидание" (1959г.) изображен
одиноко стоящий телефонный аппарат со снятой трубкой, а капли дождя на
оконном стекле подчеркивают тоскливость ожидания.
В ином типе натюрморта вещи говорят, прежде всего о себе,
предлагают полюбоваться красотой их форм, цвета, фактуры. Например,
полотно И.Машкова "Снедь московская. Хлебы" словно передает аромат
свежеиспеченного хлеба. Мир вещей в натюрморте всегда выражает внешние
приметы жизни определенной исторической эпохи.
В сложном процессе поисков "нового" плодотворным было то, что
наряду с бесплодным экспериментаторством в сферу поисков новых средств
живописи вовлекались здоровые творческие силы. Наиболее творческие,
талантливые из них, отдав дань формальным экспериментам, становились на
твердую почву реализма и создавали яркие по содержанию и форме
художественные
произведения.
На
этой
почве
выросло,
развилось
замечательное искусство натюрморта в России, лучшими представителями
которого были К.Коровин, И.Грабарь, а также художники, упомянутые выше.
Имена К.Коровина, И.Грабаря часто упоминаются, когда говорят о
русской ветви французского импрессионизма. Живопись Коровина во всем ее
119
объеме- пейзаж, портрет, натюрморт несет в себе живое, непосредственное
чувство общения с натурой. Цвет в его работах чрезвычайно подвижный,
живо передает состояние натуры. Налицо все черты пленэровской живописи
с ее изменчивым, сложным переливом тончайших полутонов. Однако в его
искусстве есть нечто, что позволяет говорить об углублении реалистической
линии в русской живописи. Об этом свидетельствуют его работы: "Розы и
фиалки", "Гвоздики и фиалки в белой вазе".
Вдохновляющим началом творчества Коровина всегда оставалась
натура во всем богатстве ее проявлений. Темами его натюрмортов служат
природные формы: цветы, фрукты, овощи, рыба, все, что несет в себе живое
дыхание жизни. Он пишет их в различной обстановке и каждый раз
обнаруживает удивительно цельное, оптимистическое восприятие мира. Ему
свойствен редкий дар извлекать из палитры такие сочетания цветовых
оттенков, которыми он мастерски передает красоту и нежность хрупких
цветов, сложные состояния освещения. При этом показываемые им предметы
не утрачивают своей материальной конкретности: рисунка, контура, объема.
Развивая по существу принципы пленэрной живописи, предложенные
импрессионистами, Коровин оставался вполне самостоятельным в оценке
природной формы: движение цвета в среде строило изображение предмета.
Отметим и другую важную черту искусства Коровина - его стремление
к картинному видению. Натюрмортам этого мастера присуща строгость,
продуманность
композиции.
Всегда
в
натюрморте
имеется
центр
композиции, через который мы воспринимаем все богатство живописной
среды.
Такое
же
стремление
преодолеть
ограниченность
метода
импрессионистов характерно для работ И.Грабаря. В своих лучших,
созданных в 1905 - 1907г., он развивает идею материальности предметного
мира. К числу этих работ принадлежат "Хризантемы", "неприбранный стол".
Значительная
роль
в
расширении
возможностей
натюрморта
принадлежит художникам, входившим в объединение "Бубновый валет"120
И.Машкову, П.Кончаловскому, А.Лентулову, А.Куприну. Пройдя сложный
путь поисков в области живописной формы, они пришли в советское
искусство сложившимися мастерами. Их творческие устремления были
направлены на то, чтобы активно участвовать в строительстве новой жизни.
Революция открыла перед ними широкие возможности, дала живой, идейный
материал для воплощения в искусстве. Ряд натюрмортов, написанных в этот
период,
свидетельствуют
о
формировании
нового
содержания
в
натюрмортах. Тема строительства социализма прочно входит в искусство.
Так, в натюрморте "Селедка", написанного Петровым - Водкиным в 1919г.,
наметилась главная линия творчества художника: правдиво, без прикрас,
рассказать о событиях современной жизни суровым языком правды.
В том же 1919г. И.Машков пишет "Натюрморт с самоваром"своеобразный
образ-представление,
навеянный
революционными
преобразованиями в стране. Художник стремится найти эстетическую
ценность в предметах индустриального общества.
Проходит время, положение в стране стабилизируется. Люди охвачены
трудовым порывом, оптимизмом. Переживают подъем и художники.
И.Машков пишет в это время свои лучшие натюрморты: "Снедь московская.
Хлебы", "Снедь московская. Мясо, дичь" и другие, в которых стремится
выразить
все
привлекательные
стороны
продуктов,
по
которым
истосковались люди.
В натюрмортах 20-30г. Проявились лучшие черты таланта Машкова:
реализм изобразительного языка, полнота выражения темы, чуткость
наблюдения современной жизни.
Таким
же
цельным,
заинтересованным
отношением
к
миру
окружающей действительности отмечено творчество П.Кончаловского. В
довольно большом наследии встречаются натюрморты небольших размеров,
"Зеленая рюмка", и большие монументальные полотна, "Натюрморт с
окном".
121
В творчестве советских художников старшего поколения натюрморт
обрел черты самостоятельного жанра, который и по содержанию, и по
художественной форме занял равноправное со всеми другими жанрами
положение в искусстве. Натюрморт встал вровень с сюжетной картиной, где
поднимались темы большого идейного содержания.
В последующем развитии натюрморт значительно пополнился новыми
темами, интересными стилевыми особенностями. В нем находят отражение
характерные черты современной жизни, достижения науки и техники.
Стремление полнее выразить тему заставляет художников создавать циклы
живописных работ, например, Ю.Пименов- серии полотен "Вещи каждого
дня", "Вещи людей", "Старые и новые вещи".
В течение долгого
времени развивался натюрморт как жанр
изобразительного искусства. Не всегда он сопутствовал общему ходу
развития изоискусства. Натюрморт переживал подъемы, а иногда совсем
сходил со сцены. К настоящему времени у натюрморта как вида изоискусства
сформировались свои характерные черты и особенности.
Другое назначение натюрморта - служить своеобразной творческой
лабораторией, где художник ставит и решает различные профессиональные
задачи, совершенствует мастерство.
Своеобразие работы над натюрмортом состоит в том, что его сложно
ставить и писать в различных условиях; в помещении при дневном и
искусственном освещении, на открытом воздухе.
В отличии от творческого натюрморта учебный имеет узкую строго
направленную
цель,
способствовать
активизации
познавательной
деятельности детей.
Как правило, безразличное отношение к материальному отрицательно
сказывается не только на конечном результате, но и на ходе ведения рисунка.
Детям необходимо объяснить композиционные основы построения
рисунка
натюрморта.
Формат
является
неотъемлемой
частью
122
композиционного
решения,
каждая
натурная
постановка
требует
определенного формата.
Важное место в композиционном решении рисунка натюрморта
занимает величина изображения группы предметов в целом по отношению к
плоскости выбранного формата. При решении этой важной задачи со
стороны дошкольников должно быть активное отношение не только к
изображаемым предметам, но и к среде.
В основу изучения рисунка натюрморта должен быть положен принцип
систематичности
и
последовательности
обучения.
Ребят
нужно
подготавливать к сложным натюрмортам. Базой для решения подобных
типов натюрмортов должны быть простые постановки. Каждая натурная
постановка заключает в себе конкретные целевые установки. Такой подход к
выбору и содержанию натюрморта как задания обеспечивает активность
дошкольников в процессе работы. Руководствуются принципом рисования от
простого к сложному.
Различают следующие типы натюрмортных постановок:
постановка из гипсовых геометрических тел. Как правило из одного двух предметов;
натюрморты из предметов быта, близких по форме к геометрическим
телам. Служит закреплением знаний по изучению конструктивного строения
форм и решения объема средствами светотени.
Выбирают предметы быта нейтрального цвета с четко выраженной
формой;
постановки
из
предметов
быта
различной
формы,
цвета
и
материальности. Первые постановки следует составлять из одного - двух
предметов. Чтобы ребенок имел возможность сосредоточить внимание на
главном, не следует в первые постановки включать предметы с большим
количеством мелких деталей: фон должен быть простым;
натюрморт в интерьере. Изображение натюрморта с частью интерьера
ставит воспитанника перед проблемой решения глубокого пространства.
123
Практика выполнения учебных натюрмортов, разнообразных по
содержанию, характеру, пластическим свойствам, является той основой,
которая позволяет приобрести необходимые теоретические знания и
практические умения для последующей работы над сложными учебными и
творческими заданиями.
В учебных постановках натюрморта благодаря своей специфике дает
возможность хорошо усвоить элементарную грамоту рисунка: правила
перспективного и конструктивного построения предметов, светотеневую
лепку объемной формы, позволяет научиться приводить рисунок в состояние
тоновой
целостности
и
композиционного
единства.
Начинающему
художнику надо выполнить не один десяток натюрмортов. Систематическое
и последовательное изучение теории изобразительной грамоты является
одним из важнейших условий успешного обучения изобразительному
искусству.
Литература
1.
Беда Г.В. Живопись: Учебник для студентов педагогических
институтов.- М: Просвещение, 1986.- 192с, ил.
2.
Пучков А.С, Триселев А.В. Методика работы над натюрмортом:
Учебное пособие для студентов художественно- графических факультетов
педагогических институтов.- М; Просвещение, 1982 - 160 с.
3.
Косминская В.Б., Халезова Н.Б. "Основы изобразительного
искусства и методика руководства изобразительной деятельностью детей":
Учебное пособие для студентов пединститутов- М: Просвещение, 1987.-128с.
4.
Методика
обучения
изобразительной
деятельности
конструированию: Учебное пособие для учащихся педучилищ \ Т.С.
Комарова, В.А. Езикеева, Е.В. Лебедева \ Под редакцией Т.С. Комаровой- 2
изд. дораб.- М: Просвещение 1985.- 271с.
5.
Учебно-методическая газета для учителей МХК, музыки и ИЗО
"Искусство" изд. дом "Первое сентября" 2006.24с.
124
6.
Пучков А.С, Триселев А.В. Методика работы над натюрмортом:
Учебное пособие для студентов художественно- графических факультетов
педагогических институтов.- М; Просвещение, 1982 -160 с
7.
Алтапов М.В. "Всеобщая история искусств" Т.1-2. М.,1949
8.
Неменский Б.М. "Мудрость красоты, о проблемах эстетического
воспитания", "Изобразительное искусство и художественный труд". М., 1991339с
125
Перспективы использования водородного топлива для двигателей
автомобилей
Петухов А.Ю., студент ВФ ГОУ МГИУ
Реут В.А., к.т.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ
Технико-экономические требования к газовому топливу и особенности
его использования
Наряду с автомобилями, оборудованными двигателями, работающими
на бензине и дизельном топливе, выпускаются и эксплуатируются
газобаллонные автомобили, топливом для которых служат горючие газы.
Используют как природные горючие газы, добываемые из газовых и
нефтяных месторождений, так и промышленные газы, получаемые при
переработке нефти, нефтяных газов и твердых горючих ископаемых.
Себестоимость и затраты труда (в сопоставимых энергетических единицах)
при производстве природного газа в несколько раз ниже по сравнению с
жидким нефтяным топливом.
Для
транспортирования
природного
газа
применяют
самый
экономичный способ посредством трубопроводов.
Использование газового топлива для газобаллонных автомобилей
расширяет топливные ресурсы автомобильного транспорта, приводит к
сокращению затрат на топливо. Наиболее выгодной замена жидкого топлива
газовым является в районах получения газов и по маршруту пролегания
газопроводов.
Газовое топливо более полно сгорает в цилиндрах двигателя, а
отработавшие газы (продукты его сгорания) намного меньше загрязняют
окружающий воздух вредными отработавшими газами. Более полному
сгоранию топлива способствует то, что пределы воспламенения у газового
топлива
шире,
чем
у
бензина,
и
это
позволяет
на
основных
126
эксплуатационных режимах обеднить горючую смесь до а = 1,2... 1,3.
Поэтому в отработавших газах снижается содержание монооксида углерода
СО в 3 - 4 раза, оксидов азота N0,. в 1,2 - 2 раза и углеводородов в 1,1 - 1,4
раза.
Газовое топливо не разжижает масло в картере двигателя, не смывает
масло со стенок цилиндров и не ухудшает этим условий смазывания.
Поэтому износы деталей двигателей, работающих на газе, ниже, чем у
двигателей, работающих на бензине, и моторесурс первых больше в 1,5 раза.
Увеличивается также срок службы масла в 2 -3 раза, что снижает его расход
на 30...40 %.
Газовое топливо имеет высокую детонационную стойкость (октановое
число около 100 и выше), поэтому возможно повышение такой рабочей
характеристики двигателя, как степень сжатия, для получения еще более
высокой топливной экономичности.
Недостатком газового топлива является необходимость иметь на
автомобиле более тяжелые и дорогие баллоны для размещения запаса газа по
сравнению с баками для размещения запаса жидкого топлива, и поэтому
повышается масса автомобиля. Для заправки газобаллонных автомобилей
требуется строительство газонаполнительных станций, которые дороже, чем
бензозаправочные станции. Кроме того, затруднен пуск двигателя зимой,
особенно при температуре ниже -15 "С (более высокая температура
воспламенения газовоздушной смеси, меньшая скорость распространения
пламени, отсутствие возможности создать в момент пуска оптимальный
состав смеси). Наконец, требуется соблюдение дополнительных мер по
безопасному обращению с газообразными веществами.
Однако
основным
сдерживающим
фактором
развития
газового
направления является крайне малое число заправочных газовых станций - в
настоящее время на газе работает только около 1 % автомобилей России. По
прогнозам до 2010 г. число газобаллонных автомобилей возрастет в 2 раза, а
по оценкам специалистов ОАО "Сибирско-Уральская нефтегазохимическая
127
компания" уже через 7 лет объем сжиженных газов, потребляемых
автотранспортом, возрастет в 4 - 5 раз и достигнет 1,2... 1,5 млн т в год (рис.
1).
Рис. 1 Объем потребления сжиженного газа и динамика увеличения
парка газобаллонных автомобилей (ГБА) (данные ОАО "Сибирско-Уральская
нефтегазохимическая компаниях) ГНС - газонаполнительные станции
Газовое
топливо, применяемое
для
автомобилей, находится
в
сжиженном или сжатом состоянии, поэтому газобаллонные автомобили
подразделяют на автомобили, работающие на сжиженном и сжатом газе. С
учетом этого используются баллоны соответствующей конструкции для
заправки автомобилей газом и топливная аппаратура.
Газобаллонные
автомобили
в
зависимости
от
конструктивных
особенностей могут работать либо только на газовом топливе, либо на газе и
жидком топливе - бензине. Универсальность дает возможность переключать
автомобиль на тот или иной вид топлива в зависимости от его наличия в
автотранспортной организации и устраняет простои автомобиля из-за
отсутствия топлива. Но обратной стороной универсальности является
128
усложнение и удорожание конструкции, т.е. неполное использование
преимуществ газового топлива перед жидким.
Одним из нестандартных видов топлива является водород. Его
практического применения в качестве топлива для автомобилей можно
ожидать только в будущем. К этому времени должны быть решены воп-росы
хранения
этого
горючего
на
борту
автомобиля
в
количестве,
обеспечивающем пробег, равноценный пробегу автомобиля, работающего на
традиционном
нефтяном
топливе,
и
снижения
себестоимости
его
производства.
Существует несколько вариантов использования водорода в качестве
автомобильного топлива:
вместо бензобака разместить на автомобиле баллоны со сжатым
водородом. В немало автомобилей, работающих на сжатом газе. Такой путь
прост, но маловероятен. Водород находится в емкости в сжатом состоянии
(до 200 кгс/см2). Он может проникать через мельчайшие неплотности
топливной аппаратуры. При соотношении водорода с кислородом 2:1
образует взрывоопасную смесь
вторым
вариантом
является
применение
в
качестве
топлива
сжиженного водорода. Однако его необходимо хранить при температуре -253
°С. Требуется сложная аппаратура для поддержания водорода в сжиженном
состоянии долгое время
использовать в качестве автомобильного топлива гидриды. Некоторые
металлы и их сплавы способны разместить между своими атомами атомы
водорода. Такие соединения называют гидридами. Наиболее подходящим
сплавом в настоящее время является титан. Гидридные накопители довольно сложное соединение. Оно напоминает губку с множеством каналов
для поглощения и выделения водорода
перспективным способом получения водорода (на самом автомобиле)
является
использование
метилового
спирта.
При
его
испарении
в
129
присутствии катализатора происходит реакция с водяным паром, в
результате которой выделяется водород и двуокись углерода.
В настоящее время ведутся работы по применению в качестве топлива
для автомобилей водорода, а также его смеси с бензином. Водород самый
легкий элемент, даже в жидком состоянии он примерно в 14 раз легче воды.
Водородовоздушная смесь воспламеняется при содержании водорода
от 4 до 74 %. В то же время из-за низкой теплотворной способности
водородовоздушной смеси мощность работающего на ней двигателя на
15...20 % ниже, чем при работе на бензине. При поступлении водорода
непосредственно в цилиндр двигателя в такте всасывания или в начале такта
сжатия падения мощности можно избежать. Однако в этом случае
необходимо значительное изменение конструкции системы подачи питания и
самого двигателя.
При использовании водорода в качестве добавки к бензиновоздушной
смеси не требуется изменения конструкции двигателя. Если же бензин
добавлять на режиме холостого хода при малых и средних нагрузках, то
обеспечиваются оптимальные мощностью и динамические показатели
автомобиля. Причем, если обычный расход бензина составляет 12,2 кг на 100
км, то в данном случае он снизится до 5,5 кг, а расход водорода составит
всего 1,8 кг. Следовательно, 6,7 кг бензина заменяются 1,8 кг водорода, т.е.
экономится 50... 55 % бензина. При этом концентрация оксида углерода в
отработавших газах снижается в 13 раз, оксидов азота - в 5 раз,
углеводородов - на 30 %.
По предложениям ученых при городском режиме работы основным
топливом для автомобиля должен быть водород, а бензин должен
использоваться как добавка для стабилизации горения воздуха на режиме
холостого хода, малых и средних нагрузках. При эксплуатации же
автомобиля на трассе (при средних и полных нагрузках) двигатель должен
работать на бензине с минимальной добавкой водорода.
130
Использование в качестве топлива для автомобилей бензиноводородных смесей в условиях интенсивного городского движения позволяет
экономить топливо нефтяного происхождения и при этом сни-жать
загрязнение окружающей среды токсичными продуктами отработавших
газов. Следует также иметь в виду, что стоимость водородного топлива не
выше, чем стоимость других синтетических топлив.
Известно, что жидкий водород занимает в 3,5 раза больший объем, чем
эквивалентное по выделяемой энергии количество бензина, что усложняет
его хранение и распределение. Необходимо также надежная теплоизоляция
баков, так как температура жидкого водорода -253 °С. Поэтому в качестве
емкостей
для
транспортирования
и
хранения
водорода
приходится
использовать криогенные баки с двойными стенками, пространство между
которыми заполнено изолирующими материалами.
Получают водород электролизом, термической диссоциацией и
фотолизом воды, термохимическим способом из гидрида магния с добавкой
5% никелевого катализатора при нагревании до 257 °С (порошкообразный
гидрид магния занимает в 4,6 раза больший объем, чем эквивалентное
количество бензина), что довольно сложно.
Учитывая, что смесь газообразного водорода с кислородом воздуха в
широком диапазоне концентраций образует гремучий газ, который в
закрытых емкостях или помещениях горит очень быстро при значительном
повышении
давления,
создавая
возможность
взрыва
и
разрушений,
необходима полная герметизация топливоподающей системы автомобиля и
организация сброса избыточного давления водорода в баке с его
последующей нейтрализацией на каталитических дожигателях. Специальная
система, исключающая утечки жидких и газообразных фаз топлива,
требуется и для заправки автомобиля жидким водородом.
Для комбинированного питания двигателя бензиноводородной смесью
при невысоком содержании водорода (в пределах 20 %), возможно его
использование в сжатом виде. Включение и отсечка подачи водорода в этом
131
случае не вызывают затруднений и обычно производятся с помощью
электромагнитного клапана.
В качестве наиболее перспективной формы использования водорода
рассматриваются
вторичные
энергоносители,
например
водород,
аккумулированный в составе металлогидридов. В этом случае успешно
решается проблема безопасности эксплуатации водородного топлива и
обеспечивается возможность создания приемлемого энергозапаса без
высоких давлений или криогенных температур.
Выделение водорода происходит при подогреве гидридов горячей
жидкостью из системы охлаждения или непосредственно отработавшими
газами. Для зарядки гидридного аккумулятора через восстановленный
металлический компонент пропускается водород под небольшим давлением
и одновременно отводится образующееся тепло. Процесс зарядки может
повторяться несколько тысяч циклов без ухудшения энергоемкости
аккумулятора. В случае аварии и разрушения наружной оболочки емкости
для хранения часть водорода быстро улетучивается, вызывая понижение
температуры гидрида и прекращение выделения водорода. Благодаря этому
гидридный аккумулятор водорода во многих отношениях безопаснее бака с
бензином.
Объемная энергоемкость лучших гидридов приближается к уровню
энергоемкости жидкого водорода, т.е. объем гидридного бака может быть
меньше объема криогенного бака для жидкого водорода. Масса же самого
гидридного блока примерно на порядок выше массы необходимого жидкого
водорода из-за значительной плотности металлического носителя. Тем не
менее суммарные массы гидридной и жидководородной топливных систем
соизмеримы вследствие большой массы криогенных баков.
Гидридный аккумулятор не требует особого ухода, быстро заряжается,
его себестоимость ниже, а срок службы больше, чем у аккумуляторных
батарей.
132
Автомобили с гидридными аккумуляторами наиболее целесообразно
использовать в городских условиях, где они могут успешно конкурировать с
обычными автомобилями и электромобилями.
Очевидно, что многие влиятельные политики мира уже давно ищут
пути решения проблем, вызванных зависимостью от нефти. Постоянные
скачки
цен
на
нефтепродукты,
проблемы
с
экологией
заставляют
человечество буквально "изобретать" источники энергии, способные хотя бы
отчасти заменить нефть, а в последствии и вовсе отказаться от использования
ее в автомобильной промышленности. Недавно инженеры Института
Weizmann сделали предложение использовать чистый цинк, который, вступая
в реакцию с солнечным светом, вырабатывал водород. Схожую, но
технически отличную от предыдущей методики, систему представили
израильские ученые, работающие в компании Engineuity. Амноно Йогев
(Amnon Yogev), один из основателей Engineuity, рассказал прессе о методе,
предусматривающем получение непрерывного потока водорода в топливный
бак. Каким образом? Читайте ниже.
"Водородный" автомобиль Engineuity в качестве химических реагентов
использует такие металлы как алюминий и цинк, которые входят в состав
устройства, напоминающую длинную катушку. Бензобак в таком автомобиле
заменен так называемым combustor Metal-Steam -полостью, выделяющей
водород из нагретой воды. Задумка такой методики проста - конец катушки
погружен в емкость combustor Metal-Steam, которая наполнена очень горячей
водой. Атомы металла "вытягивают" из воды атомы кислорода, образуя
оксид. В результате этой реакции, атомы высвобождаются атомы водорода, и
посылаются с паром внутрь двигателя для исполнения своего долга приведения авто в движение.
Рядом с очевидными преимуществами системы Engineuity, такими как
дешевизна топлива, производством водорода на ходу, эта методика признана
намного
более
эффективной,
чем
уже
существующие
системы.
Единственный незначительный недостаток - вес катушки в таком автомобиле
133
должен будет в 3 раза превышать вес стандартного бензобака для
обеспечения стабильной работы системы. Хотя, знаете, лишние 100 кг вряд
ли скажутся на жизненно важных показателях автомобиля.
Литература
1. Гнатченко И.И. и др. Автомобильные масла, смазки, присадки:
Справочное пособие. - М.: ООО "Издательство ACT"; СПб.: "Издательство
"Полигон", 2004. - 360.
2.
Стуканов В. А. Автомобильные эксплуатационные материалы:
Учебное пособие. Лабораторный практикум. - Ь.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004.208 с.
3.
Кириченко Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы:
Учеб. Пособие для сред. Проф. Образования / Нина Борисовна Кириченко. М.: Издательский центр "Академия", 2004. - 208 с.
4. Колесник П.А. материаловедение на автомобильном транспорте:
Учебник для студ. Высш. Учеб. Заведений / П.А. Колесник, B.C. Кланица. М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 320 с.
134
Гибридные двигатели в автомобиле
Плисюк Р.В., Морозов А.А., студенты ВФ ГОУ МГИУ
Реут В.А., к.т.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ
Актуальность данного доклада состоит в том, что экология в последнее
время стала все более нестабильной в плане загрязнения окружающей среды
выхлопами, которые содержат большое количество диоксида углерода (С02).
Так как в последнее время с каждым годом увеличивается число
автомобилей, а, следовательно, и частота автомобильных выхлопов то люди
задумались о том, как сделать такие двигатели, которые снизят содержание
диоксида углерода (С02). Это стало международной проблемой в последние
годы. С точки зрения автомобилестроения самыми важными факторами в
понижении содержания С02 в выхлопе являются уменьшения расхода
топлива и достижение более чистого выхлопа.
Поэтому в настоящее время широкое применение получили так
называемые гибридные двигатели - двигатели, которые кроме обычного
двигателя внутреннего сгорания снабжены еще и электрическим приводом.
Гибридная трансмиссия
Автомобильные трансмиссии, которые используют комбинацию двух
источников, называют гибридными системами. В гибридной системе каждый
источник
энергии
предназначен
максимизировать
ее
преимущества,
компенсируя, недостатки друг друга.
Например,
электричество,
генерируемое
двигателем,
приводите
движение электромотор, и система может выбирать мощность автомобиля,
как с двигателя, так и с электромотора, ориентируясь на скорость и условия
вождения.
Существует два вида гибридных систем:
Последовательная гибридная система
135
В этом типе двигатель приводит в движение генератор, который
вырабатывает электричество, которое питает электромотор, приводящий в
движение колеса. Это называется последовательным гибридом, потому что
мощность течет по прямой линии. Последовательная гибридная система
управляет маленьким двигателем на его самой эффективной скорости,
приводящей к превосходной экономии топлива и уменьшенным вредного
выхлопа.
Параллельная гибридная система:
В этом типе и двигатель, и электромотор приводят в движения колеса.
Потому что мощность течет вдоль двух частей, эта система называется
параллельной
системой.
Эта
система
также
позволяет
двигателю
перезаряжать батарею, во время снабжения мощностью автомобиля.
Примерами данных гибридных систем являются такие, как вагон
Вестингауз - бензино-электрический моторный вагон.(1910 г); Дизельэлектрический бульдозер Челябинского тракторного завода ДЭТ-250;
карьерный самосвал БелАЗ серии 7530 с электромеханической трансмиссией,
грузоподъемностью 220 тонн. Все они относятся к последовательным
гибридам. К параллельным гибридам относятся такие автомобили, как
HONDA Civic Hybrid и 2007 GM SATURN Aura Hybrid.
Появление гибридного привода на автомобиле стал возможен
благодаря появлению силовой электроники, применения микропроцессоров,
появление батарей высокой ёмкости.
Первые гибридные автомобили, которые начались выпускаться
серийно:
Toyota Prius, Estima, Highlander
Honda Insight, Civic, Accord
Lexus RX 400h
GMC Sierra, Saturn
Ford Escape, Mercury Mariner
Chevrolet Silverado
136
И другие марки автомобилей.
В данной статье коснемся изучению гибридных двигателей на примере
Тойоты.
Тойота
выпустила
новую
трансмиссию
для
пассажирских
транспортных средств, так называемую Toyota Hybrid System, или THS для
краткости.
Эта
система
комбинирует
бензиновый
двигатель
с
электродвигателем. В отличие от EVs, это не требует услуг зарядки
аккумуляторной батареи, таким образом, она может работать в пределах
существующей
инфраструктуры.
К
тому
же,
экспериментальные
транспортные средства THS предлагают двойную экономию топлива по
сравнению с автомобилями с обычным двигателем внутреннего сгорания.
Toyota Prius- первый серийный гибрид: Оригинальная конструкция
трансмиссии Тонкий баланс потоков энергии Впечатляющая динамика
Экономичность и экологичность: до 1000км на одной заправке Super-Ultra
Low Emission Vehicle.
Трансмиссия THS состоит из делителя мощности, генератора,
электромотора и понижающих передач. Делитель мощности распределяет
мощность от двигателя, посылая одну порцию на ведущий вал, а другую к
генератору. Другими словами, мощность двигателя передается ведущему
валу средством механических и электрических путей.
Батарея
Батарея THS отмечает дальнейший прогресс в герметичной никелевой
гидридной технологии, которая была специально разработана для EVs. Она
предлагает улучшенную выходную мощность (тройная мощность EV
батарей), герметичность и долговечность, а также уменьшенный вес. Эти
высокотехнологичные батареи - превосходная пара Гибридной Системе
Тойоты.
Система контролирует генератор и электромотор для обеспечения
постоянной зарядки батареи. Нет необходимости зарядки от внешнего
источника.
137
Электродвигатель Электромотор компактный, легкий, но эффективный
АС постоянный магнитный синхронный двигатель. Это обеспечивает
прирост мощности в двигателе, гарантируя ровные старты и мощное
ускорение.
Кроме
того,
когда
регенеративная
тормозная
система
активирована, электродвигатель преобразовывает кинетическую энергию
автомобиля в электрическую, которая хранится в батареи.
Генератор
THS использует эффективный постоянный магнитный синхронный
генератор. Он вырабатывает электричество, чтобы приводить в движение
электромотор или перезаряжать батарею. Кроме того, настройка оборотов
генератора контролируется количеством генерируемого электричества,
фактически контролируется степенью распределения мощности отделителя.
Генератор также служит стартером для двигателя.
Инверторы
Инверторы превращают постоянный ток из батареи в переменный ток
для вращения электромотора и преобразовывают переменный ток от
генератора и электромотора в постоянный для зарядки батареи. Схема
использует интеллектуальный блок питания для повышения надежности.
В заключении хотелось бы отметить ряд достоинств гибридных
двигателей.
К эффективности гибридных двигателей можно отнести такие
показатели, как:
Обеспечение высоких эксплуатационных характеристик и набора
скорости за счет мгновенной подачи энергии.
Сохранение энергии при торможении: часть энергии преобразуется в
электричество, остальное - в тепловую энергию (в сравнении с обычным
автомобилем, у которого на "тепло" уходят все 100%).
Обеспечение автомобиля самой современной системой управления
расходом энергии.
Снижение массы и размеров компонентов.
138
По экономичности в сравнении с другими транспортными средствами с
обычными двигателями и автоматическими коробками передач, автомобили
с THS предлагают двойную экономию топлива или примерно 28км/литр
(согласно внутренним результатам тестов) в Японских тестах.
По
сравнению
с
обычными
бензиновыми
пассажирскими
транспортными средствами, автомобили с THS выбрасывают примерно
половину всего С02 и примерно одну десятую СО, НС и N02.
Автомобили с THS предлагают ускорение, которое соответствует или
превосходит
ускорение
автомобилей,
оборудованных
обычными
бензиновыми двигателями и автоматическими коробками передач.
Литература
1.
Автомобильный портал www. autoshere. ru
2.
www. cars - info, ru
3.
www. hybrids, ru
139
Проблемы экологичности отечественных автомобилей
Рожнов Ю.В., студент ВФ ГОУ МГИУ
Корниенко Е.В., ассистент ВФ ГОУ МГИУ
Проблемы экологической безопасности автомобильного транспорта
являются составной частью экологической безопасности страны. Значимость
и острота этой проблемы растет с каждым годом. В инфраструктуре
транспортной отрасли России насчитывается около 4 тыс. крупных и средних
автотранспортных предприятий, занятых пассажирскими и грузовыми
перевозками. С развитием рыночных отношений появились в большом
количестве
коммерческие
транспортные
подразделения
небольшой
мощности. Рост автопарка, изменение форм собственности и видов
деятельности
существенно
не
повлияли
на
характер
воздействия
автотранспорта на окружающую природную среду. Вызывает тревогу тот
факт, что несмотря на проводимые работы, выбросы загрязняющих веществ в
атмосферу от автотранспортных средств увеличивается в год в среднем на
3,1%. В результате величина ежегодного экологического ущерба от
функционирования транспортного комплекса России составляет более 3,5
млрд. долл. США и продолжает расти. Один автомобиль ежегодно поглощает
из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая при этом с
отработанными газами примерно 800 кг угарного газа, 40 кг оксидов азота и
почти
200
кг
различных
углеродов.
В
результате
по
России
от
автотранспорта за год в атмосферу поступает огромное количество только
канцерогенных веществ: 27 тыс. т бензола, 17,5 тыс. т формальдегида, 1,5 т
бенз(а)пирена и 5 тыс. т свинца. В целом, общее количество вредных
веществ, ежегодно выбрасываемых автомобилями, превышает цифру в 20
млн. т. Проблемой такого загрязнения является нерациональная структура
отечественной
нефтепереработки
(недостаточны
мощности
вторичных
140
процессов), которое определяет низкое качество производимых бензинов и
дизельного топлива, не соответствующих современным требованиям. Еще
одна проблема это качество отечественных автомобильных двигателей,
которое оставляет желать лучшего. Российские двигатели в большинстве
уступают зарубежным по таким показателям, как удельная мощность,
экономичность, шумность, эксплутационная технологичность, экологичность
и ремонтопригодность. До сих пор не существует государственных норм,
которые регулировали бы соответствие как двигателей, так и топлива
евростандартам.
Минпромэнерго
внесло
в
правительство
проект
технического регламента, согласно которому с 1 января 2009 года в стране
будет запрещено выпускать бензин ниже стандарта Евро III. Тем самым все
российские
НПЗ
обяжут
значительно
снизить
содержание
серы
в
автомобильном топливе: в бензине с 500 до 150 ррт, а в дизтопливе с 500 до
350 ррт. Более высокие евростандарты восприняты нефтепереработчиками,
мягко говоря, без энтузиазма. Ведь многие компании уже частично перешли
на выпуск топлива, соответствующего Евро III и даже Евро IV, но спроса на
него почти нет. Поэтому вся продукция продается лишь в Москве или вовсе
уходит на экспорт. Зато основная масса производимого в России топлива елееле дотягивает до Евро II. Не менее серьезные проблемы встают и перед
отечественными производителями автомобилей. Специалисты полагают, что
переход со стандарта Евро II на более строгий третий дорого обойдется
потребителям. Удорожание отечественных автомобилей при переходе на
Евро III составит от 500 до 3000 долларов в зависимости от мощности и типа
двигателя.
Из-за
коммерческие
перехода
автомобили
на
УАЗ
новый
экологический
(грузовые,
стандарт
грузопассажирские
все
и
микроавтобусы) с октября 2007 года стали на 5 тыс. руб. дороже. Повышение
цены компания проводила поэтапно до января 2008 года; в общей сложности
УАЗы подорожали на 10-20 тыс. руб. АВТОВАЗ планирует объединить две
модели - "пятерку" и "семерку" - в одну, под названием "Лада-Классика"
(впрочем, их и сейчас трудно различить). Это связано как раз с введением
141
Евро III. Понятно, что обновленная "Лада-Классика" будет дороже исходной
модели, но насколько конкретно, в Тольятти пока не знают (или не говорят).
По мнению аналитиков, "запас" у компании очень небольшой. Сейчас
"пятерка" стоит от 140 тыс. руб., но верхний предел цены на эту и подобные
модели - 150-155 тыс. рублей. Будет дороже - резко упадет спрос.
Вынуждены перестраиваться и в Ижевске. В начале октября там вся
"классика" прошла сертификацию по новому экостандарту. В конце октября
2007г. на "Иж-Авто" выпустили опытную партию автомобилей ВАЗ-2104 и
ИЖ-27175, соответствующих Евро III.
Из
вышесказанного
можно
сделать
вывод,
что
проблем
у
отечественного автотранспорта с точки зрения экологии предостаточно. И
чем быстрее они будут решаться, тем быстрее будет улучшаться экология.
Литература
1.
www.zr.ru
2.
www.ecocar ru
3. Беднарский В.В. Экологическая безопасность при эксплуатации и
ремонте автомобилей: Учебное пособие (Серия «Среднее профессиональное
образование»). Ростов н/Д: Феникс, 2003. – 384 с.
142
Zero Pollution или нулевой выхлоп
Семенов А. К, студент ВФ ГОУ МГИУ
Бармашова Л.В., к.э.н., доцент, директор ВФ ГОУ МГИУ
Как прожить без бензина.
Ведущим автопроизводителям приходится поломать голову, чтобы не
остаться без куска хлеба, когда кончится нефть
Подавляющее
большинство
колесных
транспортных
средств,
передвигающихся в наши дни по дорогам планеты, жгут топливо,
получающееся из нефти. Но продлится это, очевидно, недолго. Ни для кого
больше не секрет, что нефти год от года становится все меньше, и по самым
оптимистичным оценкам ее хватит от силы на полвека. И это в каком-то
смысле даже хорошо: количество нефти, нефтепродуктов и нефтяных
остатков, добытых из недр земли и разлитых по ее поверхности, а также
продуктов сгорания, выброшенных в атмосферу, растет все время
ускоряющимися
темпами.
Если
нет
возможности
ввести
разумные
ограничения, так, может быть, поможет хотя бы естественное исчерпание
загрязнителей? Хорошо ли, плохо ли - самое время задуматься об
альтернативных источниках энергии, в том числе и для автомобиля.
За прошедшие со времени изобретения первых "самодвижущихся
экипажей" сто пятьдесят лет многочисленные казавшиеся современникам
безумными механики придумали немало интересных способов приведения в
движение колес. К примеру, паровые машины, электромоторы и двигатели
внутреннего сгорания, работающие на спирту, применялись еще на заре
автомобилестроения. Но потом выяснилось, что пользоваться бензином
гораздо удобнее, а главное -намного дешевле. И поэтому все разговоры о
биотопливе на основе этилового спирта стали мыслимы только после того,
как цены на бензин выросли во много раз и появились дешевые технологии
143
производства больших количеств этилового спирта. Есть специальные
причины, делающие все более привлекательными и электромоторы.
Батарейки вместо бака
Электромобилям трудно отказать в привлекательности, и есть
основания думать, что они постепенно вытеснят обычные автомобили с
двигателями
внутреннего
сгорания. Кроме очевидной
относительной
экологической безопасности, они более надежны и обладают более высоким
КПД - и то, и другое по одной и той же причине-электромотору не надо
превращать возвратно-поступательное движение во вращательное. Между
тем, электромобиль гораздо старше своего более шумного и вонючего
братца: Этьен Ленуар (Jean-Joseph ?tienne Lenoir, 1822-1900) и Николай Отто
(Nicolaus Augustus Otto 1832-1891) еще не пошли в школу, когда первые
электромобили были построены шотландцем Робертом Андерсоном и
голландцем Кристофером Беккером, а до изобретения ими четырехтактного
двигателя внутреннего сгорания оставалось без малого тридцать лет. В 1842
году еще один электромобиль соорудил американец Роберт Дэвидсон (Robert
Davidson, (1804-1894). Это было настоящее чудовище, заставленное ваннами
с серной кислотой; но, наверное, именно благодаря ему электромобили
принялись довольно бодро развиваться, и к первому десятилетию XX века в
США, например, выпускалось до 10 ООО электромобилей в год. Правда, для
начала потребовалось изрядно усовершенствовать искусство изготовления
аккумуляторных батарей. Однако и по сей день создание надежных,
компактных, легких и достаточно емких аккумуляторов остается важной
технологической задачей, ожидающей своего разрешения. Именно из-за их
отсутствия бензиновые автомобили захватили лидерство и быстро вытеснили
электромобили почти отовсюду. Последним оставалось только суетиться на
погрузке-разгрузке в портах и вокзалах, перевозить пациентов больниц или
быть навечно привязанными к проводам.
Но
всегда
находились
энтузиасты,
пытающиеся
научить
электромобили ездить быстро, далеко и свободно. С развитием солнечных
144
батарей, казалось бы, проблема недостаточной емкости аккумулятора была
решена. Но не все так просто. Современные солнечные батареи преобразуют
от силы четверть попадающей на них световой энергии солнца, поэтому
"солнцемобиль" едет не слишком шустро и выглядит, скорее, как посадочная
шлюпка инопланетян из низкобюджетного фантастического фильма. Тем не
менее, каждый год в Австралии проходит World Solar Challenge трансконтинен тальная гонка на этих забавных аппаратах.
В последние годы проблема поиска новых топливных и двигательных
технологий вновь обострилась, и развитием электромобилей вплотную
занялись автогиганты. Их детища (правда, по большей части, еще не
серийные машины, а опытные образцы) демонстрируют впечатляющие
результаты, вполне сравнимые с автомобильными, при том же уровне
комфорта. Собственно, внешне современный электромобиль не слишком
отличается от бензинового брата. И бегает быстро, и до 100 км/ч разгоняется
почти мгновенно - например, восьмиколесный японский электромобиль
Eliica достигает этой скорости всего за 4,2 секунды, что более чем достойно
даже для суперкара. Одна беда: далеко ездить машинка на батарейках еще не
научилась, и дистанция от зарядки до зарядки редко превышает 100 км.
Хорошо хоть специализированных заправок ему не требуется - достаточно
любой розетки. Да и заряжаться их научили быстро - всего за 10-15 минут, в
самый раз кофе попить. Но все же для того, чтобы электромобиль совсем
потеснил авто на ДВС, необходим качественный прорыв в аккумуляторных
технологиях.
Нужно,
чтобы
пробег
электромобиля
на
полностью
запряженных батареях был сопоставим с пробегом автомашины с полным
баком горючего.
Концерн Mitsubishi Motors обещает к 2010 выпустить на рынок
электромобиль, представленный на автосалонах уходящего года как ConceptCT. Цена его должна быть вполне демократичной - на уровне 12-14 тысяч
долларов.
Этот
факт,
а
также
то,
что
большинство
крупных
автопроизводителей ведут работы в том же направлении, заставляет
145
предположить, что лет через 5-7 электромобиль сможет вернуть себе
утраченные некогда позиции.
Топливо легче воздуха
Впрочем, в деле вытеснения бензиновых двигателей и дизелей у
электромотора есть серьезный конкурент-союзник. Это - разного рода
водородные двигатели. Собственно, этих двигателей всего два - и они всем
хорошо известны - тот же двигатель внутреннего сгорания и тот же
электромотор. Остается только либо научиться этот водород сжигать - а это
непросто, поскольку водород, смешиваясь с кислородом, образует смесь,
вполне по заслугам окрещенную гремучей, - либо производить из него
электроэнергию.
Но преодоление трудностей в данном случае очень соблазнительно все-таки водород самый распространенный во Вселенной элемент таблицы
Менделеева. И как было бы прекрасно совершено бесплатно заправлять
машину из ближайшей речки! Но этого, увы, пока не получается. А
получается, наоборот, водород в баллоне, вода как раз на выходе, вместо
выхлопа. Причем дистиллированная.
Главные мастера по сжиганию водорода с образованием во вместо
выхлопных газов - два автогиганта. Один европейский - В другой японский Mazda. Строить автомобили с двигателями внутреннего сгорания на
водороде в Мюнхене стали еще в 70-е годы. Д уже в этом году BMW
представила серийный (да еще и люксовый!) автомобиль Hydrogen 7,
построенный на базе седана 7 серии. Максимальная скорость экологически
чистого BMW составляет 230 км/ч, а до сотни "водородомобиль" разгоняется
за 9,5 секунд - неплохо, учитывая габариты и вес машины.
Японская компания Mazda, славящаяся тягой к творческим поискам,
еще в 1991 году представила прототип машины с роторным водородным
двигателем. На достигнутом японцы не остановились, и 15 лет спустя, после
долгих исследований и тщательных испытаний, выпустили Mazda RX-8
146
Hydrogen REnbsp; с роторной же установкой Ванкеля, КПД которого гораздо
выше, чем у обычного поршневого двигателя.
Однако большинство автомобильных компаний пошли по другому
пути. Они создают так называемые топливные элементы, которые словно
брат-близнец похожи на аккумуляторные батареи. Разница между ними,
однако, существенна: топливный элемент не надо заряжать. В него вместо
этого надо время от времени подливать сжиженный водород. Он проходит
через поры в платиновом аноде. В результате хемосорбции молекулы
водорода разлагаются на пару электронов и пару протонов. В то же самое
время через поры анода проходи воздух, содержащий, как известно, довольно
много кислорода. Разделяющая анод и катод мембрана прозрачна только для
протонов, и не прозрачна для электронов. Поэтому протоны, рекомбинируя с
кислородом на аноде, образуют воду, при этом между катодом и анодом
возникает разность потенциалов.
Главная беда водородных машин - чрезмерная громоздкость топливных
баков, где содержится жидкий водород. Кроме того, это очень летучий
элемент, и поэтому необходимо исключить малейшую возможность утечки.
Вторая проблема уже не техническая, а, скорее, организционная: пока по
всему миру не будет организована разветвленная сеть водородных заправок,
говорить о наступлении в автомире водородной эры будет рановато.
Тем не менее, производители с энтузиазмом разрабатывают и эту тему.
К примеру, корейская компания Hyundai приступила к выпуску автомобилей
на топливных элементах, переведя на электричество даже внедорожник
Tucson. А год назад концерны Honda, General Motors и BMW объединили
усилия по разработке унифицированных стандартов на разъемы, через
которые автомобили, созданные этими компаниями, пополняют свои запасы
водорода.
Но надо заметить, что к водородным технологиям человечество
присматривается не первый десяток лет: еще в 80-е годы советские
авиастроители создали самолет Ту-155 на альтернативном топливе, а
147
инженеры той же фирмы Mazda строили свой ротор полтора десятилетия - и
те и другие были отнюдь не одиноки в своих усилиях. В последнее время в
новостях все чаще мелькают сообщения о разработках или даже уже об
успехах той или иной компании на этом поприще, и это значит, что, наряду с
электрической эрой, грядет и водородная. И это хорошо: по крайней мере,
природа вздохнет чуть посвободнее.
Не мышонок, не лягушка...
Водородные двигатели внутреннего сгорания, созданные как на
"Мазде", так и на BMW, обладают замечательной универсальностью. Они
могут работать и на водороде, и на обычном бензине. Именно поэтому эти
двигатели называют гибридными. Соединение несоединимого нам не в
диковинку: мы еще помним на улицах Москвы грузовые троллейбусы,
которые при надобности могли опускать свои токосъемники, превращаясь в
обычные дизельные грузовички. Были и чешские автомобили "Татра", в
которых бензиновый двигатель крутил электрогенератор, а тот сообщал
электроэнергию электромотору, вращавшему колеса.
Сочетание бензинового двигателя с электромотором, а то и не с одним,
не редкость и теперь. Такая машина начинает движение на электрической
тяге, затем, при наборе скорости, подключается двигатель внутреннего
сгорания, а при ровной езде электрика отключается - и аккумуляторы
заряжаются от обычного генератора. Управляет двигателями сложная
компьютерная система, которая сама решает, какую силовую установку в
какой момент включить или выключить. Подобная схема позволяет
существенно экономить топливо: к примеру, популярный "гибрид" Toyota
Prius расходует всего 3,2 л. Бензина на 100 км. С другой стороны, пока
управление целиком отдано н откуп автоматике, реальная экономия
получается только в городско режиме - на трассе "гибрид" ест топливо с
прежним аппетитом. Проблему могло бы решить, по крайней мере отчасти,
ручное переключение силовых установок, и в начале 2006 года американские
148
умельцы взломали мудреный японский компьютер, заставив Prius включать
электромоторы по желанию водителя.
Вдохновленная относительным успехом Prius, Toyota выпустила
гибридный внедорожник Lexus RX400h, который продается, в том числе, и у
нас в России. Гибридные машины и в самом деле экономят топливо и
значительно меньше загрязняют окружающую среду, так что можно смело
предположить, что в последующие годы мы увидим немало новинок в этой
области. К примеру, Peugeot и Citroen обещают порадовать серийными
"гибридами" не позднее 2010 года, причем, что немаловажно, ручное
управление двигателями будет ре-альзовано на заводском уровне, а не
силами очередной команды хакеров.
Что касается разработки и серийного производства автобусов
гибридной схемы, то здесь несколько иная картина. Здесь наряду с такими
грандами, как DaimlerChrysler и General Motors, а также несколькими
канадскими производителями, фигурирует даже китайская компания FAW.
Китайцы планируют к Олимпиаде 2008 года, которая пройдет в Пекине, и к
выставке World Expo 2010 в Шанхае выпустить не менее 1000 автобусовгибридов.
Атмосфера больших городов, насыщенная выхлопами автотранспорта с
двигателями внутреннего сгорания, становится опасной для их жителей. В
густонаселенных районах США, Японии и Европы проблема загазованности
стоит уже очень остро, вынуждая производителей автомобилей активно
заниматься разработкой экологически чистого автотранспорта. Помимо
хорошо известных электромобилей и автомобилей, работающих на водороде,
исследователи работают и над другими вариантами машин. В частности, в
США создан опытный образец криогенного автомобиля.
Борьба за чистоту воздухы ведется в промышленно развитых странах
все активнее. Производителей автомобилей всеми силами подталкивают к
созданию новых, экологически чистых, транспортных средств. Например, в
штате
Калифорния
принята
программа
LEV,
которая
обязывает
149
производителей автомобилей, начиная с 2003 года, оснащать 10% всех новых
автомобилей двигателями с нулевым выбросом вредных веществ. Долгое
время слова "автомобиль с нулевым выбросом вредных веществ" были
синонимом словам электромобиль или автомобиль на водороде. Работы над
менее известным пока типом экологически чистого транспорта - криогенным
автомобилем -ведутся с середины 90-х годов.
Энергию для движения криогенный автомобиль получает за счет
кипения жидкого азота при температуре окружающей среды. Криогенный
автомобиль состоит из танка с жидким азотом, теплообменника, в котором
происходит
кипение
азота
с
последующим
подогревом
паров
до
температуры, близкой к комнатной, и пневматического двигателя. По
принципу действия криогенный автомобиль скорее похож на паровоз, с той
лишь разницей, что энергия для парообразования берется из окружающей
среды. Несмотря на то, что при изотермическом рабочем цикле может быть
получена механическая работа до 0.4 МДж на килограмм жидкого азота, это
все же пока в 25 раз меньше энергоемкости двигателя внутреннего сгорания.
Впрочем, энергоемкость современных электрохимических аккумуляторов,
используемых в электромобилях, в несколько раз ниже, чем у созданного
прототипа криоавтомобиля, хотя электромобилями занимаются не один
десяток лет. Другими несомненными достоинствами криоавтомобиля
являются низкая стоимость жидкого азота (в 10 раз дешевле бензина) и
полная пожаробезопасность. Также, в отличие от электромобиля, здесь не
возникает проблемы утилизации отработанных аккумуляторов. Основной
недостаток
криоавтомобиля
-
большие
размеры
азотного
танка
и
теплообменника.
Криогенный автомобиль. Опытный образец криогенного автомобиля
создан в США в университете Северного Техаса. Криоавтомобиль полной
массой 700 кг вмещает 124 л жидкого азота и оснащен пневмодвигателем
мощностью 13 кВт, работающим при давлении 10 атм. На испытаниях
криоавтомобиль развил скорость 58 км/час при дальности пробега на одной
150
заправке 24 км. Это - прототип будущего криоавтомобиля и его
характеристики еще далеки от теоретических, на которые ориентируются
авторы. Основные трудности в достижении высоких эксплуатационных
характеристик
связаны,
в
основном,
с
созданием
эффективного
теплообменника, который мог бы обеспечивать стабильный массовый расход
и температуру паров азота в широком диапазоне окружающих температур и
влажности атмосферы. Кроме того, теплообменник криоавтомобиля не
должен обмерзать. Хотя эти проблемы и не принципиальны, но их решение
является достаточно сложной инженерной задачей.
Изготовив прототип криоавтомобиля, специалисты университета
Северного Техаса приступили к выполнению заказа на пожаробезопасный
криоавтомобиль для космодрома им. Кеннеди во Флориде. Интерес к
криоавтомобилям, как к безопасному средству для грузовых и пассажирских
перевозок в аэропортах, проявляют и многие авиакомпании. В США в рамках
программы UNT Goals планируется создать криоавтомобиль, способный
развивать скорость до 100 км/ч при длительности пробега на одной заправке
жидкого азота в 240 км. Автомобили будущего будут ездить на всем, что
горит
Революционная разработка немецких умельцев из IAV, инженерной
группы, принадлежащей Volkswagen, позволяет надеяться, что в недалеком
будущем автомобили будут ездить буквально на всем, что только придет в
голову. Equal Zero Emission Engine (EZEE), как подразумевает название,
будет обладать фактически нулевым выбросом вредных веществ в
атмосферу, и, кроме того, сможет работать практически на любом виде
топлива: подойдет бензин, дизельное топливо, газ, водород и даже алкоголь.
Причем, как сообщает Autonews, уже появились первые деловые
предложения. В частности, разработкой заинтересовалась Skoda, которая
предполагает в перспективе устанавливать его на свои Fabia. Правда, пока
речь идет лишь о роли вспомогательного движителя.
151
Однако перспективы, как уверяет фирма Enginon, занимающаяся
продвижением
разработки,
колоссальные.
Новый
двигатель
можно
использовать не только в автомобилях, но и в быту: для нагрева разом воды и
воздуха в помещении, а также в качестве электрогенератора. При этом чудодвигатель вовсе не будет громоздким, обещает Enginion.
Звучит
действительно
многообещающе.
Миниатюрная
версия
двигателя готова уже сейчас - после пяти лет напряженной работы.
Полностью рабочую версию EZEE разработчики планируют представить уже
к 2004 году, так что ждать - если речь действительно идет о революции осталось совсем недолго.
Основой для новейшего изобретения, как это часто бывает, послужило
хорошо забытое старое. А именно - паровая машина. Само топливо лишь
нагревает водяной пар до температуры в 900 градусов, а он в свою очередь
двигает поршни.
Впрочем, новой технологии еще предстоит отвоевать место под
солнцем. Например, на автошоу в Детройте - автомобильной столице мира General Motors, крупнейший автопроизводитель в мире, представил свое
видение ближайшего будущего. Прототип, представленный GM, работает на
водороде, и, как сообщает Wirednews, создатели так же скромно заявляют о
его революционном значении для автомобильной индустрии.
Заключение.
Как бы то ни было, вполне вероятно, что конец нефтяного века будет
отмечен возникновением все более странных и, как теперь принято говорить,
"диверсифицированных"
сочетаний,
казалось
бы,
несоединимых
компонентов в необычных, но все более и более экономичных и экологичных
гибридах. Гибридные машины и в самом деле экономят топливо и
значительно меньше загрязняют окружающую среду, так что можно смело
предположить, что в последующие годы мы увидим немало новинок в этой
области. А для того, чтобы электромобиль совсем потеснил авто на ДВС,
необходим качественный прорыв в аккумуляторных технологиях. Нужно,
152
чтобы пробег электромобиля на полностью запряженных батареях был
сопоставим с пробегом автомашины с полным баком горючего.
Впрочем, новым технологиям еще предстоит отвоевать место под
солнцем.
Литература
1.
Интернет издание "Мембарана.Ру". (www.membrana.ru)
2.
Солнечная энергетика и солнечные батареи (http://solar-
battery.narod.ru)
3.
Интернет версия журнала "Наука и жизнь"
4.
Светлана
Грановская
"Энергетическое
будущее
Европы"
(http://www.wdi.ru/)
153
Гибридные двигатели автомобилей
Соколов А.В., студент ВФ ГОУ МГИУ
Воронова О. Н., преподаватель ВФ ГОУ МГИУ
Во все времена и у всех народов транспорт играл важную роль. На
современном
этапе
значение
его
неизмеримо
выросло.
Сегодня
существование любого государства немыслимо без мощного транспорта.
В XX в. и в особенности во второй его половине произошли гигантские
преобразования во всех частях света и областях человеческой деятельности.
Рост населения, увеличение потребления материальных ресурсов,
урбанизация,
научно-техническая
географические,
экономические,
революция,
политические,
а
также
естественно-
социальные и
другие
фундаментальные факторы привели к тому, что транспорт мира получил
невиданное развитие как в масштабном (количественном), так и в
качественном отношениях. Наряду сростом протяженности сети путей
сообщения
традиционные
виды
транспорта
подверглись
коренной
реконструкции: значительно увеличился парк подвижного состава, во много
раз поднялась его провозная способность, повысилась скорость движения. В
то же время на первый план вышли транспортные проблемы. Эти проблемы
по преимуществу относятся к городам и обусловлены чрезмерным развитие
автомобилестроения. Гипертрофированный автомобильный парк крупных
городов Европы, Азии и Америки вызывает постоянные пробки на улицах и
лишает себя преимуществ быстрого и маневренного транспорта. Он же
серьезно ухудшает экологическую обстановку.
Транспорт как особо динамичная система всегда был одним из первых
потребителей достижений и открытий самых различных наук, включая
фундаментальные. Более того, во многих случаях он выступал прямым
заказчиком перед большой наукой и стимулировал ее собственное развитие.
154
Трудно назвать область исследований, не имевшую отношения к
транспорту.
Особенное значение для его прогресса имели фундаментальные
исследования в области таких наук, как математика, физика, механика,
термодинамика, гидродинамика, оптика, химия, геология, астрономия,
гидрология, биология и другие. В не меньшей степени транспорт нуждался и
нуждается в результатах прикладных исследований, проводимых в области
металлургии, машиностроения, электромеханики, строительной механики,
телемеханики, автоматики, а в последнее время электроники и космонавтики.
В свою очередь некоторые открытия и достижения, полученные в рамках
собственно транспортных наук, обогащают другие науки и широко
используются во многих нетранспортных сферах народного хозяйства.
Дальнейший прогресс транспорта требует использования последних,
постоянно обновляемых результатов науки и передовой техники и
технологии.
Необходимость освоения возрастающих грузовых и пассажирских
потоков, усложнение условий для сооружения транспортных линий в
необжитых, трудных по топографии районах и крупных городах. Стремления
повысить скорость сообщений и частоту отправления транспортных единиц,
необходимость улучшения комфорта и снижения себестоимости перевозок все это требует совершенствования не только существующих транспортных
средств, но и поиска новых, которые могли бы более полно удовлетворить
поставленным требованиям, чем традиционные
виды транспорта. К
настоящему моменту разработано и реализовано в виде постоянных или
опытно-эксплуатационных установок несколько новых видов транспортных
средств и значительно больше существует в виде проектов, патентов или
просто идей.
Следует иметь в виду, что большинство так называемых новых видов
транспорта в принципе предложены много лет назад, но они не получили
155
применения и
ныне повторно
предлагаются
или возрождаются на
современной технической основе.
Гибриды вчера
В недалеком прошлом гибридными называли агрегаты, способные
работать на нескольких видах горючего топлива, и двигатели с так
называемым послойным смесеобразованием.
Многотопливные моторы обладают достаточно сложной конструкцией
и работают на чрезвычайно высоких степенях сжатия. Так, например, в
двигателе MTU (Mercedes-Benz) последняя составляет 25 единиц. В то время
как у современных массовых агрегатов, потребляющих высокооктановый
бензин, степень сжатия колеблется от 9 до 10 единиц, а у дизелей лежит в
пределах 16-17.
Одним из простейших и ярких примеров подобных силовых установок
можно считать мотор, работающий на бензине и газе (природном или
полученном из нефти). Такие двигатели пользуются популярностью в
странах с высокими ценами на бензин (Италия, государства Южной
Америки).
Послойное смесеобразование применяется в бензиновых агрегатах для
снижения расхода топлива и вредных выбросов на средних нагрузках.
Кроме двух вышеназванных типов существовал и еще один гибридный,
представляющий
собой
работающие
в
паре
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
156
1900 году General Electric сконструировала гибридный автомобиль с 4цилиндровым 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.
Спустя ровно 110 лет (в 1997 году) после появления первого
гибридного автомобиля компания Toyota представила массовую модель
Prius. Изюминка Prius - электромотор, батарею которого не надо заряжать от
внешней сети. Энергия для заряда аккумулятора вырабатывается прямо на
борту автомобиля. Мощность 1,5-литрового бензинового двигателя этой
модели - 53 кВт (57 кВт - Prius 2-го поколения), тягового электромотора - 33
157
кВт (50 кВт - Prius 2-го поколения). Максимальная скорость составляет 160
км/ч, а расход топлива 4,6 л (4 л - Prius 2-го поколения) на 100 км. В 2004
году на Международном конкурсе в Германии силовой агрегат Toyota Prius
занял первые места сразу в четырех номинациях, в том числе и в самой
престижной - "Лучший двигатель 2004 года".
Toyota Motor Corp приступила к продаже первого седана с гибридным
электро-бензиновым двигателем марки Lexus в Японии. В апреле японский
автопроизводитель
начнет
продавать
автомобиль
Lexus
GS450h
на
зарубежных рынках.
Второй по величине в мире автопроизводитель заявил, что стремится
вдвое сократить расходы на производство гибридных двигателей и цену на
них.
В 2005 корпорация Toyota Motor разработала гибридный двигатель
третьего поколения, совмещающий в себе бензин и электроэнергию. Этот
двигатель меньшего размера, который позволит сократить затраты как на
топливо, так и на производство, будет применяться на практике в 2008 году.
Французский
концерн
PSA
Peugeot/Citroen
представил
первый
дизельный гибридный двигатель, состоящий из гибридного приводного узла
и двигателя HDi., то есть объединяет в себе традиционный дизель и
электромотор. По словам французов, новый силовой агрегат будет
отличаться очень низким расходом топлива (ниже на 20 % по сравнению с
бензиновым двигателем = 3,4 л на 100 км и выбросу С02 (90 г/км)), ведь
дизельный мотор потребляет меньше горючего чем его бензиновый аналог.
При этом полностью сохраняя высокие динамические характеристики,
присущие семейству дизельных двигателей типа Hdi + преимущества,
свойственные гибридному приводному узлу (например, движение в режиме
электромобиля на невысокой скорости). Однако появление гибридного
дизеля на серийных машинах придется подождать - представители PSA
заявили, что он пойдет в производство примерно в 2010 году.
158
Компания Ford выпустила второй в 2005 году автомобиль, работающий
на гибридном двигателе. Модель Mercury Mariner Hybrid поступила в
продажу 11 июля. Этот автомобиль стоит $29,840, что на $4,190 дороже
варианта с обычным двигателем. Вместе с тем, Mercury Mariner Hybrid
позволяет сэкономить до 50% топлива по сравнению с традиционной
машиной. В 2006 году планируется выпустить 2 тыс. экземпляров Mercury
Mariner Hybrid.
Volvo Group в марте 2006 года объявила о создание гибридного
двигателя для тяжёлых машин, таких, как тягачи полуприцепов и автобусы.
Компания заявляет, что их разработка позволяет получить 35% экономию
топлива в условиях города с интенсивным движением. Важная часть новой
гибридной технологии, получившая название I-SAM.
Из чего состоит гибридный автомобиль? Любое транспортное средство,
которое имеет два или более источников энергии, достаточной для движения
можно назвать гибридным.
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - Гибридная
машина имеет привычный бензиновый двигатель. Хотя современные
высокие технологии позволяют делать его меньшим по габаритам, более
экологичным и экономичным.
Топливный бак - Здесь хранится топливо для двигателя. Бензин
обладает большим энергетическим запасом, нежели электрические батареи.
Для примера, батареи весом 450 кг отдадут столько же энергии, сколько и 3,5
кг бензина.
Электромотор
-
Очень
"продвинутый"
элемент.
Современная
электроника делает его и мотором и генератором одновременно. Например,
когда это необходимо, энергия берется из электрических батарей и ускоряет
автомобиль. Но тормозя машину, двигатель переходит в режим генератора и
восстанавливает энергию.
159
Генератор - Схож с электромотором, но работает только в режиме
запасания энергии (используется, главным образом, в серийных гибридных
автомобилях).
Батареи - Источник энергии для электромотора, в отличии бензинового
ДВС, электромотор может не только "брать" энергию, но и запасать её в
батареях.
Трансмиссия - Функции те же, что и у трансмиссии на традиционных
автомобилях с ДВС. Некоторые гибридные машины (Honda, например)
имеют стандартную трансмиссию, другие же (Toyota Prius) оснащаются
радикально новой.
Плюсы и минусы гибрида
К достоинствам гибридного автомобиля можно отнести то, что ДВС
гораздо меньше, по сравнению с обычным автомобилем, и при этом более
эффективен. Но как же может такой "малыш" уживаться на дороге со своими
более мощными собратьями?
Давайте сравним Chevrolet Camaro с его огромной V-образной
"восьмеркой" с нашей гибридной машиной, с её маленьким ДВС и
электромотором. Мощности движка Camaro вполне достаточно (и даже более
чем достаточно!), для того, чтобы справиться с любой дорожной ситуацией.
Мотора же нашего гибрида достаточно для движения по ровной дороге, но
как только нужно въехать на склон или просто проехаться "с ветерком" ему
требуется помощь. "Руку помощи" он получает от электромотора с его
батареями. Эта система и предоставляет необходимую добавку энергии.
Недостатки. Чтобы машина стала привлекательной для человека, она
должна
удовлетворять
определенным
минимальным
требованиям.
Автомобиль должен:
ехать по крайней мере 400 км. без дозаправки;
заправка не должна быть сложной и долгой;
подходить для езды при плотном дорожном движении.
160
Обычные автомашины с ДВС удовлетворяют всем трех правилам, но
вредны для окружающей среды и обладают большим расходом топлива. С
другой стороны, электромобиль не ухудшает экологическую обстановку, но
путь между дозаправками составляет всего 80-150 км. Причем процедура
заправки сложна и довольно длительна.
Желание автомобилиста нажать "газ в пол" является причиной
пониженной эффективности наших автомобилей. Наверное, все замечали,
что чем меньше мощность двигателя, тем он экономичнее. ]
Примечательно то, что большинству из нас нужна лишь малая часть
многочисленных "лошадей" нашей машины. Допустим, вы несетесь по трассе
со скоростью 100км/ч. При этом энергия, вырабатываемая двигателем,
тратится на:
преодоление аэродинамического сопротивления;
преодоление сил трения (колес о дорогу, трансмиссии, валов, тормозов
и т.п.);
дополнительное электрооборудование (фары, кондиционер, подсветка
и т.п.).
Большинству машин для выполнение этих действий достаточно 20(!)
л.с. Так зачем же тогда вам нужен двигатель мощностью 200 (300) л.с. "Газ в
пол" - единственный случай, когда машине нужны все лошадиные силы её
мотора.
Гибриды завтра
Итак, следующий этап развития двигателей - силовая установка,
работающая на самом перспективном энергоносителе - водороде. Он
является самым безвредным для окружающей среды, так как в результате
химической реакции в качестве "побочного продукта" образуется простая
вода. Происходят такие реакции в топливных камерах - керамических
ячейках. Каждая ячейка перегорожена на 2 секции тончайшей полимерной
мембраной, покрытой тонким слоем платинового катализатора. В одну
секцию поступает кислород, в другую подается водород. Мембрана обладает
161
уникальным свойством: пропускает протоны, но задерживает нейтроны.
Протоны просачиваются сквозь мембрану и, теряя электроны, вступают в
реакцию с кислородом, образуя воду. В обычной ситуации реакция носит
взрывной характер, но в топливной камере протекает спокойно, благодаря
тому, что идет не во всем объеме ячейки, а только на поверхности мембраны.
Электроны, отобранные мембраной у протонов, стекают по подведенному к
ячейке проводнику, создавая электрический ток. Дальше эту электроэнергию
(вполне возможно с некоторыми преобразованиями) можно использовать для
питания электродвигателя.
Daimler-Chrysler, в отличие от BMW, ведет разработку гибридных
двигателей, использующих энергию топливных камер. Исследования
проводятся совместно с "Nippon Mitsubishi Oil", результат ожидается через 34 года. Тем не менее на Франкфуртском автосалоне в 2003 году были
показаны два гибрида Mercedes. Первый - Е200 NGT (Natural Gas Technology)
может "питаться" как бензином, так и природным газом. Второй - гибрид Sкласса, оснащенный бензиновым двигателем V6, мощностью 245 л.с. и двумя
электродвигателями общей мощностью 55 кВт.
А недавно немецкий автомобилестроительный концерн DaimlerChrysler
AG и североамериканский автомобилестроительный концерн General Motors
подписали меморандум о совместной разработке гибридных силовых
агрегатов. Об этом сообщается в материалах компании. Компании будут
совместно разрабатывать силовой агрегат, который будет использоваться на
моделях General Motors, Chrysler Group и Mercedes Car Group.
DaimlerChrysler
принципиального
и
нового
General
Motors
агрегата,
который
займутся
разработкой
будет
использовать
электродвигатель не только на низких скоростях, но и на высоких, а кроме
того значительно повысит крутящий момент двигателя. При этом, у
разрабатываемого агрегата, по сравнению с сегодняшними серийными
гибридными
двигателями,
значительно
улучшится
экономичность
и
экологичность автомобиля.
162
Ранее General Motors заявлял о том, что в 2007 г. начнет производство
внедорожников Chevrolet Tahoe и GNC Yukon, оснащенных гибридными
агрегатами. Mercedes Car Group планирует начать оснащение гибридными
двигателями
своих
представительских
автомобилей.
Chrysler
Group
планирует использовать данные силовые агрегаты на внедорожниках.
Также General Motors совместно с Пентагоном разработала гибридную
дизель-электрическую силовую установку, которая имеет ряд преимуществ
по отношению к традиционным дизельным двигателям. Основными
достоинствами гибридного двигателя являются экономичность (стоимость
одного галлона горючего при доставке на поле боя может достигать 400
долларов), надежность (при выходе из строя дизеля можно добраться до базы
на аккумуляторах). Еще одним ключевым достоинством нового автомобиля
является то, что он, в отличие от своего дизельного прототипа, способен
двигаться практически бесшумно. Кроме того, такая машина может
обеспечить электро-энергией небольшой командный пункт. Пентагон уже
провел испытания нового двигателя, установив его на внедорожники
HUMVEE.
Почему же до сих пор другие знаменитые производители авто, ас
момента появления Prius минуло уже 8 лет, серьезно не занялись
перспективными разработками?
Итак. Audi еще в прошлом году представила прототип А2 на
водородном топливе. А2-Н2 разгоняется "до сотни" менее чем за 10 секунд и
развивает скорость 175 км/ч. Без дополнительной заправки автомобиль
может преодолеть 220 км. Максимальная мощность гибридного двигателя
составляет 136 л.с. Модель работает по технологии fuel-cell - за счет
преобразования водорода в электричество вследствие химической реакции с
кислородом. При небыстрой езде А2 работает на обычном двигателе, а для
быстрого
разгона
задействуется
аккумулятор,
который
постоянно
подзаряжается за счет рекуперативного (регенеративного) торможения. Но на
данный момент у немецкой компании нет намерения запускать автомобиль в
163
серийное
производство
-
А2-Н2
был
сделан
исключительно
в
исследовательских целях.
BMW обещает представить первый серийный гибрид уже через три
года. По словам баварцев, это будет машина седьмой серии с двигателем,
работающим на бензине и водороде. Первые образцы "водородных семерок"
уже совершили пробный пробег по нескольким странам Европы, чем вызвали
неподдельный интерес со стороны прессы.
BMW планирует использовать водород в двигателях внутреннего
сгорания, а не в топливных камерах, как предлагают делать другие
производители. Прототип BMW H2R, оснащенный именно таким двигателем
(созданном на базе стандартного 12-цилиндрового агрегата от модели 760i),
поставил сразу 9 мировых рекордов скорости. Разогнавшись до 302,4 км/ч, он
стал самым быстрым среди бензиново-водородных гибридов.
Volkswagen пока делает ставку на экономичные дизельные моторы.
Например, экспериментальный Golf с дизелем и вспомогательным
электромотором по параметрам расхода топлива и динамике разгона сравним
с Prius. Но под капотами "народных автомобилей" гибриды найдут место еще
не скоро, слишком дорого это обойдется концерну.
Ну а пока немцы "исследуют", японцы - производят.
Ford, Nissan, Porsche - рассчитывают получить технологии гибридных
установок
у
Toyota.
GM,
Honda
и
корейские
автопроизводители
разрабатывают собственные "теории гибрида".
Литература
1.
Для подготовки данной работы были использованы материалы с
сайта http://ecoportal.ru/
2.
Автомобильная промышленность США, 2005, №7.
3.
Журнал "За рулём", 2004, №12.
4.
Журнал "За рулём", 2005, №10.
164
Пути решения проблем снижения токсичности отработавших газов
автомобилей и тракторов
Тихонов А.С., Валюк Н.К., студенты ВФ ГОУ МГИУ
Харин В.А., ассистент ВФ ГОУ МГИУ
Общее описание
Катализатор топлива - устройство, предназначенное для снижения
токсичности выхлопных газов и улучшения условий работы двигателя
внутреннего сгорания за счет предварительной обработки углеводородного
жидкого топлива, подаваемого в цилиндры двигателя. Обработка топлива в
катализаторе топлива позволяет повысить полноту его сгорания, снизить
образование вредных веществ при работе двигателя (снизить токсичность
выхлопных газов), снизить удельный расход топлива, улучшить условия
работы двигателя по критериям износа. Катализатор выхлопных газов - это
элемент выхлопной системы автомобиля, который предназначен для
дожигания
выхлопной
смеси
до
экологически
чистых.
Катализатор
расположен либо на приемной трубе, либо сразу после нее. Внутри корпуса
каталитического
нейтрализатора
находятся
керамическая
сотовая
конструкция. Соты нужны для того, чтобы увеличить площадь контакта
выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой
платиноиридиевого сплава.. Недогоревшие остатки (СО, СН, NO) касаясь
поверхности каталитического слоя, окисляются до конца кислородом,
присутствующим так же в выхлопных газах. В результате реакции
выделяется тепло, разогревающее катализатор и, тем самым, активизируется
реакция окисления. В конечном итоге на выходе из катализатора
(исправного) выхлопные газы имеют концентрацию С02.
Принцип действия
Известно, что полнота сгорания топлива во многом определяется его
состоянием. Бензин, заливаемый в бак при заправке, всегда не соответствует
марке, которую он имел в хранилище завода изготовителя. Любые операции
165
с
бензином,
инициируют
ухудшение
элементного
состава
топлива,
поступающего в камеру сгорания.
Обработка топлива в катализаторе топлива позволяет повысить
полноту его сгорания, снизить образование вредных веществ образующихся
при работе двигателя (снизить токсичность выхлопных газов), снизить
удельный расход топлива, улучшить условия работы двигателя по критериям
износа, и даже восстановить геометрию поверхностей трения и зазоры в
цилиндропоршневой группе двигателя.
В отличие от катализаторов - дожигателей, которые устанавливаются в
выхлопном тракте и снижают выбросы вредных веществ за счет
нейтрализации газов при контакте с нагретой поверхностью катализатора, КТ
устанавливается в тракте подачи топлива и путем активного воздействия на
топливо,
предотвращает
образование
вредных
веществ,
повышает
технические показатели работы двигателя внутреннего сгорания.
Использование разработанной технологии каталитической подготовки
топлива (ступенчатое улучшение качественного молекулярного состава
топлива каталитической обработкой и насыщение его солями плакирующих
металлов)
обеспечивает
следующие
отличительные
особенности
и
преимущества "катализатора топлива":
снижение износа двигателя за счет снижения трения и восстановления
геометрии поверхностей цилиндропоршневой группы двигателя;
снижение расхода топлива;
улучшение технической характеристики двигателя без изменения его
конструкции;
снижение массы загрязняющих веществ в выхлопных газах;
возможность использования в качестве топлива этилированных
бензинов;
увеличение срока службы моторного масла; способность работать в
широком температурном диапазоне от -40 оС до + 85 оС.
повышение мощности и КПД двигателя;
166
простоту его установки в тракте подачи топлива перед двигателем;
универсальность
конструкции
устройства
для
разных
моделей
транспортных средств;
возможность блочной компоновки для работы на мощных двигателях.
Эволюция катализаторов выхлопных газов В конце 60-х годов, когда
мегаполисы Америки и Японии стали буквально задыхаться от смога,
инициативу
взяли
на
себя
правительственные
комиссии.
Именно
законодательные акты об обязательном снижении уровня токсичных
выхлопов
новых
автомобилей
вынудили
промышленников
усовершенствовать двигатели и разрабатывать системы нейтрализации.
В 1970 году в Соединенных Штатах был принят закон, в соответствии с
которым уровень токсичных выхлопов автомобилей 1975 модельного года
должен был быть в среднем наполовину меньше чем у машин 1960 года
выпуска: СН - на 87%, СО - на 82% и NOx - на 24%. Аналогичные требования
были узаконены в Японии и в Европе.
Первым делом инженеры бросились совершенствовать системы
питания и зажигания. Но было очевидно, что добиться столь существенного
улучшения ситуации с токсичностью без применения дополнительных
устройств просто невозможно.
В 1975 году на американских машинах появились первые катализаторы
отработавших газов - тогда еще двухкомпонентные, так называемого
окислительного типа. Двухкомпонентными они назывались потому, что
могли нейтрализовать только два токсичных компонента
-
СО и СН. Окислительными - потому, что происходившие
реакции представляли из себя окисление (то есть фактически дожигание)
молекул СО и СН с образованием углекислого газа С02 и воды Н20.
На американских автомобилях 1975 года появились транзисторные
системы зажигания с высокой энергией искры и свечи с медным
сердечником центрального электрода - это свело к минимуму пропуски
167
зажигания и последующие вспышки несгоревшего топлива в катализаторе,
которые грозят оплавлением керамики.
В 1977-м к нему добавили "противоазотную" секцию, а еще через пару
лет объединили все в едином корпусе, дав неправильное название
"трехступенчатый" катализатор. На самом деле речь идет не о ступенях, а о
трех подавляемых классах вредных веществ.
К 1990 году катализатор переехал вплотную к выпускному коллектору,
чтобы быстрее нагреваться до рабочих температур (300 оС)
тем самым уменьшить вредные выбросы на стадии прогрева.
-
В 1995 году фирма "Эмитек" разработала технологию подогрева
катализатора мощным электрическим сопротивлением. Основанная на этом
принципе модель катализатора "6С"(или "Эмикэт") была установлена на
"БМВ-АльпинаВ12".
В 2000 году появилась цеолитовая ловушка углеводородов (СН),
задерживающая их при пуске мотора и лишь после нагрева до 220°С
отдающая на "съедение" готовому к работе катализатору.
Очищение выхлопных газов
Это
происходит
температурой
за
через
счет
решетку
прохождения
выхлопов
каталитического
с
высокой
преобразователя,
изготовленную из драгоценных металлов, в результате чего вредные
выхлопы либо окисляются, либо распадаются на менее вредные химические
вещества. Работа катализатора основана на внутреннем элементе, который
представляет собой керамическую решетку, покрытую драгметаллами.
Керамическая решетка имеет огромное количество проходов и при
прохождении выхлопных газов максимальное количество отработанных
газов
соприкасается
с
поверхностью
этой
решетки
-происходит
каталитическая реакция. При условии, что керамическая решетка внутри
катализатора забивается несгоревшими отходами топлива (такими, например,
как
свинец,
масло),
тогда эффективность
катализатора
значительно
168
снижается. Поэтому применение топлива с содержанием тетраэтилсвинца
недопустимо для автомобилей, оснащенных катализаторами.
Способы нейтрализации отработавших газов в выпускной системе
Существует несколько способов нейтрализации отработавших газов в
выпускной системе автомобиля:
Окисление отработавших газов путем подачи к ним дополнительного
воздуха в термических реакторах. Термические реакторы устанавливают на
многих японских и американских двигателях. Термический реактор
представляет
собой
теплоизолированный
объем
со
специальной
организацией течения отходящих газов, устанавливаемый в выпускной
системе двигателя и осуществляющий термическое доокисление токсичных
компонентов за счет собственного тепла отходящих газов. Термическая
нейтрализация не зависит от вида сжигаемого топлива, наличия присадок и
позволяет использовать в двигателях этилированный бензин. Повысить
температуру отработавших газов в реакторе можно, уменьшив теплопотери
применением
проставок-экранов,
теплоизоляцией
корпуса
реактора,
использованием тепла реакции окисления, а также кратковременным
уменьшением угла опережения зажигания. Реакторы особенно эффективны
на режимах богатой смеси при больших нагрузках, не выходят из строя со
временем, однако не дают полного окисления СО и СН и не восстанавливают
NOx,
поэтому
применяются
как
дополнительные
устройства
перед
катализатором.
Поглощение токсичных компонентов жидкостью в жидкостных
нейтрализаторах. Этот способ не получил широкого распространения из-за
малой эффективности и необходимости частой замены жидкости.
Применение катализаторов и сажевых фильтров (на автомобилях с
дизельными двигателями) - в настоящее время наиболее актуальный.
Литература
169
1.
Система управления двигателем ВАЗ-2110-2112 Контролер МР7.
ОН BOSCH (EURO 2) Руководство по техническому обслуживанию и
ремонту.-М.: Издательство Дом Третий Рим,2003.-192 с.
2.
Журнал Автосервис №1 2008 г.
3.
Журнал Авто Транспорт №2 2008 г.
4.
ВАЗ
2110-12
с
двигателем
1,5;
1,51;
l,6i.
Устройство,
обслуживание, диагностика и ремонт. Иллюстрированное руководство.-М.:
ООО "Книжное издательство "За рулём", 2007.-296 с: ил.-(Серия "Своими
силами").
170
Экологически чистые виды топлива
Хаустович А.И., студент ВФ ГОУ МГИУ
Осипян В.Г., к.т.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ
Современная жизнь невозможна без использования
внутреннего
сгорания.
Человек
использует
такие
двигателей
двигатели
в
профессиональной деятельности и быту. К сожалению, они несут с собой не
только благо. Выхлопы двигателей 700 млн. автомобилей, десятков тысяч
судов, самолетов, тепловозов и всевозможных стационарных установок дают
40% глобального загрязнения атмосферы вредными веществами.
В России в 1998 году выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
всеми транспортными средствами составили 13,2 млн. тонн, в том числе
автомобильным транспортом более 11,8 млн. т. По оценке экологов, основная
масса (80 процентов) вредных веществ выбрасывается автотранспортом на
территории населенных пунктов. Более чем в 180 городах уровни
загрязнения атмосферного воздуха (от всех источников) превышают
предельно допустимые концентрации. В последние годы максимальные
разовые концентрации превышали 10 ПДК в 66 городах. В 89 городах
уровень загрязнения воздуха характеризуется как высокий и очень высокий.
Парк автомобилей Российской Федерации по состоянию на 1 января
1999 года составил 24,5 млн. единиц. В том числе 18,8 млн. легковых
автомобилей, 4,4 млн. грузовиков, около 7000 тысяч специальных машин и
более 620 тысяч автобусов.
В целом специалисты отмечают низкий уровень экологических
характеристик
автомобильного
парка
России.
Подавляющая
часть
автомобилей сертифицирована на соответствие требованиям Правил ЕЭК
ООН,
действовавшим
в
Европе
до
1992
года.
Средний
возраст
автомобильного парка России превышает 10 лет. До 10 процентов
171
автомобилей имеют возраст более 20 лет и вообще не проходили
экологической сертификации. Массовое поступление на отечественный
рынок легковых автомобилей, соответствующих требованиям Евро-1, и
грузовых автомобилей, соответствующих требованиям Евро-2, можно
ожидать не ранее 2002 года.
Использование
каталитических
нейтрализаторов
имеет
очень
ограниченный характер и не может обеспечить быстрого повышения
экологических характеристик автотранспортных средств. Основные причины
этого заключаются в следующем: не разработана правовая база контроля;
отсутствуют
нормативные
требования
к
таким
автомобилям;
нет
современных приборов контроля, а главное - не решена проблема
повсеместного
гарантированного
обеспечения
автотранспорта
неэтилированным бензином.
Все на биотопливо ЕС решил перевести 10% автотранспорта на
биотопливо к 2020 году.
Евросоюз поставил задачу к 2020 года перевести 10% своих
автомобилей на биологическое топливо. Такое решение одобрили на встрече
в Брюсселе министры энергетики 27 стран ЕС.
"К
2020
года
как
минимум
10%
автомобильного
горючего,
потребляемого в каждой стране Евросоюза, должно стать топливо
биологического происхождения", - говорится в резолюции Совета ЕС по
энергетике и транспорту. Речь идет о таких видах горючего как спирты и
производимый
необходимость
из
биомассы
принять
метан.
В
общеевропейские
резолюции
меры,
подчеркивается
чтобы
повысить
эффективность технологий производства этого топлива и улучшить его
коммерческие возможности. В настоящее время, производимое в Европе
биотопливо в среднем на 15-20 дороже традиционного.
Кроме этого, министры также призвали к 2020 году довести долю
возобновляемых источников энергии в общеевропейском энергопотреблении
до 20%, тогда как сегодня оно составляет 7%. Однако эта договоренность не
172
носит обязательного характера. Против введения жесткой обязательной для
всех стран ЕС нормы использования возобновляемых источников энергии
высказались Великобритания, Франция и Финляндия.
Между тем правительство Великобритании уже в 2005 году объявило о
намерениях ввести новые правила, согласно которым с 2010 года
продаваемые в стране бензин и дизельное топливо должны будут на 5%
состоять из растений - биотоплива. В настоящее время биотопливо
составляет 2% от общего объема продаваемого в Великобритании горючего.
В бензин добавляется этанол, изготовленный из бразильского сахарного
тростника, а в дизельное топливо добавляется рапсовое и переработанное
растительное масла. Такая топливная смесь, включающая в себя 5%
биотоплива, может использоваться во всех автомобилях, для этого им не
требуется модификация. Некоторые модели автомобилей, в том числе Saab 95 и Ford Focus, приспособлены для использования топливной смеси, в
которой содержится 80% биотоплива.
Биодизель, что это такое?
Биодизель - это топливо, полученное из растительного масла
посредством его химического превращения так называемым процессом
переэтерификации.
В Европе оно изготавливается из подсолнечного и рапсового масла, в
Соединенных Штатах - из соевого или из разновидности рапсового масла.
Происходит химическая реакция масла с алкоголем, в основном с
метиловым спиртом, для уменьшения вязкости и очищения масла. Этот
химический процесс позволяет получить однородный, устойчивый и
качественный продукт: EMVH (Метиловый сложный эфир растительных
масел),свойства его близки к дизельным маслам.
Биодизель: топливо имеющее ряд преимуществ
Биодизель - это источник возобновляемой энергии, решение будущего,
приходящее на смену использования нефти
173
Использование биодизеля не требует изменения кинематической цепи,
только в зависимости от модели, давности автомобиля - устанавливается
топливный фильтр.
Биодизель позволяет предотращать потепление на нашей планете,
вызванной повышенным содержанием углекислого газа и серы в атмосфере:
в отличие от горючих двигателей, он не увеличивает процент содержания
С02 в атмосфере. Действительно в течение жизненного цикла растение
должно поглащать количество углекислого газа эквивалентное количеству
выбросов в процессе работы двигателя.
Биодизель уже достаточно часто добавляется в дизельное топливо,
продаваемое на бензозаправках Европы, но его содержание пока не высоко и
отличается в разных странах. Например, во Франции его процент составляет
около 1.5%. Возможно также и другое соотношение в зависимости от
пожеланий.
Не токсичный и полностью разлагаемый в природе, он соответствует
Европейской норме EN 14214.
"Топливо будущего"- водород
Главный претендент на звание, "топлива будущего "- водород, запасы
которого практически не ограничены, в двигателе, а процесс сжигания в
двигателе характеризуется высоким энергетическим и экологическим
совершенством. Для получения водорода могут быть использованы
различные
термохимические,
биохимические,
или
электрохимические
способы с использованием экологически чистой энергии Солнца. В нашей
стране и за рубежом уже созданы экспериментальные автомобили,
использующие
водород
в
жидком
виде,
или
в
составе
твердого
металлогидратов, в качестве основного топлива или в смеси с бензином.
Преимущества водорода как автомобильного топлива несомненны. Его
теплотворная, способность в три раза выше, чем у бензина, а продукты
сгорания содержат безобидный компонент - водяной пар. Более полувека
174
назад профессор А.Орлин из Московского высшего технического училища
впервые создал и запустил карбюраторный двигатель на водороде.
Сейчас производственная потребность водорода, необходимого для
производства аммиака, метилового спирта и пластмасс, очень невелика.
Использование водорода в качестве топлива для двигателей потребует
значительного увеличения его производства. Это одно из главных
препятствий
на
пути
широкого
применения
водорода
в
качестве
двигательного топлива.
Двигатель будущего - электрический автомобильный двигатель
Исключением может стать только электрический автомобильный
двигатель.
Работы
по
его
созданию
ведут
крупнейшие
автомобилестроительные фирмы мира, прежде всего Япония.
Источником тока в электромобилях пока являются свинцовые
аккумуляторы. Без подзарядки такие автомобили обеспечивают пробег до 5060 км (максимальная скорость 70 км/ч, грузоподъемностью 500кг), что
позволяет использовать их в качестве такси или для технологических
перевозок мелких партий грузов внутри города, Серийное производство и
использование электромобилей потребует созданию станций зарядки
аккумуляторов, отвечающих всем необходимым технико-экономическим
требованиям.
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. Главный недостаток ЭХГ на сегодняшний
день - высокая стоимость.
Испанские машины будут ездить на апельсиновом соке
175
Апельсиновые рощи Валенсии могут скоро стать поставщиком топлива
для испанских машин. Новая технология позволит делать биотопливо из
фруктовой кожуры. Автомобили, заправленные цитрусами, не будут
загрязнять окружающую среду.
В Валенсии около 190 га апельсиновых и лимонных полей.
Большинство фруктов так и остаются портиться на деревьях, пишет Guardian.
Человечество слишком медленно, но все же подходит к пониманию
того, что необходимо поставить материальное потребление на подобающее
ему место среди других источников личного удостоверения, таких не
материальных ценностей, как семья, дружба, общение с другими людьми,
развитие собственной личности; что следует, наконец, жить в соответствии с
возможностями Земли.
От решения именно этой задачи в первую очередь зависит, сохраним
ли мы биосферу Земли.
Я считаю, было бы хорошо, если бы люди привыкли ходить пешком и
ездить на велосипедах. По моему мнению, общественный транспорт должен
быть таким, чтобы людям хотелось пользоваться чаще им, а не собственными
машинами. Ведь увеличение транспорта наносит огромнейший вред
бесценному здоровью людей и окружающей среде. Хотелось бы изменить
некоторые маршруты грузовых автомобилей, чтобы не много улучшить
экологическую обстановку. Выхлопные газы автомобилей - это настоящее
бедствие. Так давайте же беречь и охранять нашу планету, как самое дорогое,
что у нас есть-жизнь!
176
Развитие и внедрение водородных двигателей ведущими
автомобильными компаниями
Чунарев А.А., студент ВФ ГОУ МГИУ
Бармашова Л.В., к.э.н., доцент, директор ВФ ГОУ МГИУ
В последние годы стало совершенно очевидно, что традиционной
энергетике приходит конец. Нефти на планете осталось на 50 лет газа ~ на
100 (оценки ресурсов могут расходиться, но сути проблемы это не меняет).
Ученые в поиске альтернативных источников энергии давно с надеждой
смотрят на водород. Вселенная на 90% состоит из водорода. Как топливо
водород обладает рядом важных достоинств: экологической безопасностью
использования, высокой калорийностью, возможностью долговременного
хранения,
транспортировки
по
существующей
транспортной
сети,
нетоксичностью и т.д.
Принцип действия водородного двигателя прост. Водород поступает в
электрохимический генератор, (ЭХГ), где окисляется, выделяя электричество
и
тепло
и
образуя
чистую
воду,
описывается
такой
формулой:
H2+02=2H20+Q. При реакции водорода и кислорода вырабатывается
довольно большое количество тепла (Q), которое в нашем случае
преобразуется в электроэнергию и запасается в батареях. А продукт реакции
- обычная вода (в нашем случае, водяные пары). Таким образом, мы видим,
что водородный автомобиль теоретически является абсолютно экологически
чистым. Что происходит после того, как тепловая энергия преобразована в
электрическую?
Здесь
могут
быть
разные
варианты,
от
обычного
центрального электродвигателя, до мотор-колёс. Водород, требующийся для
реакции, запасается в специальных резервуарах.
Водородная технология еще далека от совершенства. Вот основные
недостатки:
177
для
заправки
машины
понадобятся
специальные
водородные
заправочные станции (в Европе они уже строятся, к 2010 году их будет уже
более 1000);
водород очень взрывоопасен, поэтому нужно особо тщательно
защищать резервуары автомобиля (сейчас проблема почти решена, путем
создания сверхпрочных композитных материалов);
технология пока очень дорога (ну с новыми технологиями всегда так);
на текущем уровне разработки водородный автомобиль не может
развить мощность более 300 л.с, что по современным меркам очень мало.
Еще в 60-е гг. были созданы действующие образцы водородных
топливных элементов (ТЭ). Сейчас различают несколько "конкурирующих"
видов ТЭ твердополимерные, твердооксидные, щелочные и т.д. Главной
проблемой всех разработчиков мира остается слишком высокая стоимость
установок для выработки водородной энергии.
Соревнование развернулось, главным образом в сфере поиска новых
материалов и конструкций. ТЭ должен совмещать два противоположных
свойства: небольшие габариты и максимально возможную площадь рабочей
поверхности. К тому же в качестве катализатора процесса используются
очень дорогие металлы платиновой группы.
На заре водородных проектов лаборатории съедали драгметаллы
центнерами. Сейчас расход платинидов на квадратный миллиметр сокращен
в сотни раз. Но ни одна команда разработчиков не сумела снизить
себестоимость ЭХГ до $1 за 1 Вт мощности. Считается, что это ~ порог
рентабельности, после которого наука превратится в бизнес. В то же время
очевидно, что прорыв вот-вот произойдет. Более 600 фирм, компаний,
концернов,
университетских
лабораторий
и
общественных
научно-
технических объединений в мире усиленно работают над удешевлением
технологии.
В год на это тратится свыше $ 1 млрд (из них около 70% в США, где
водородная энергетика объявлена приоритетной национальной доктриной).
178
Те, кому водород угрожает всерьез, ~ энергетические и автомобильные
компании - ведут себя по-разному. Некоторые официально игнорируют
новинку, другие финансируют работу в этом направлении. Они надеются
оказаться на гребне волны во время новой энергетической революции.
Принцип действия водородногоТЭ
Углеводородное топливо (к примеру, природный газ) подается в
топливный процессор, где оно конвертируется в водород. Водород поступает
в топливный элемент, где, соединяясь с кислородом, превращается в воду.
При этом химическая энергия водорода и кислорода непосредственно
превращается в электрическую, причем с высоким кпд. Часть энергии
преобразуется в тепло. В настоящее время системы, работающие на
водородных ТЭ, используются в основном в качестве резервных и аварийных
источников питания объектов радиотелекоммуникаций, широкополосной
радиосвязи и систем бесперебойного и аварийного электроснабжения в
промышленности.
На рис. 1 представлена принципиальная схема электрохимической
установки
на
топливных
элементах,
разработанной
американским
производителем оборудования для водородной энергетики - компанией Plug
Power. Установка представляет собой генератор постоянного тока с
заземленным положительным полюсом. В качестве топлива используется
газообразный водород. Система топливных элементов использует этот
водород для производства электроэнергии при максимальной отдаваемой
мощности 5 кВт. Различные модели данных систем отличаются диапазонами
рабочих напряжений: 24 В 48 В, 108 В или 120 В. Системы используются в
качестве источников питания для телекоммуникационной аппаратуры, для
оборудования, работающего от шины постоянного тока, а также в ЖКХ и
промышленности. Ниже представлены технические характеристики систем
на частном примере (оборудование GenCore®).
179
Максимальная мощность установки указана для высот до 300 м над
уровнем моря. Далее мощность уменьшается на 1,5% на каждые 300 м
высоты. Система имеет два входа с сухими контактами для приема сигналов
аварийной остановки. Это может быть сигнал от внешнего выключателя
аварийной остановки, установленного на удалении от системы, сигнал от
схемы пожарной сигнализации потребителя либо от другой схемы
обеспечения безопасности здания. С помощью контактной колодки
соединения стандарта RS232 можно контролировать работу системы, не
открывая лючков эксплуатационных панелей. Все генераторы системы могут
передавать цифровые выходные сигналы системе контроля работы объекта.
Honda, General Motors и BMW Honda, General Motors и BMW провели в
Токио встречу, на которой договорились о совместной работе по созданию
серийного прототипа двигателя на водородных топливных ячейках, сообщает
Forbes со ссылкой на агентство AFX news. Этот тип двигателя считается
перспективным, но его нынешние стоимость и степень безопасности пока не
позволяют применять его в серийных моделях. Автомобили с двигателем на
водородных топливных ячейках (fuel-cell vehicle, FCV) выпускаются пока что
в виде очень дорогостоящих (порядка миллиона долларов за один
автомобиль) единичных прототипов. До сих пор не решена окончательно
проблема безопасности бака для хранения жидкого водорода - учитывая, что
этот газ становится жидким при температуре минус 250 градусов Цельсия,
180
возможность любой утечки представляет из себя существенную опасность.
На встрече компаний обсуждалась эта проблема, а также вопрос общей
стандартизации узлов для FCV-двигателей. Ранее в этом году GM уже вела
переговоры с Toyota о создании совместного предприятия для решения этих
задач, но стороны так и не пришли к договоренности.
Mazda переходит на водород
Европейская
премьера
модели
состоится
22
августа
на
специализированной экологической выставке в Норвегии, где будет открыта
первая водородная заправочная станция. Отсутствие заправок является
основным сдерживающим фактором для развития водородных технологий в
автомобилестроении. Норвежцы решились первыми разрешить спор, что
должно появится раньше: водородные машины или заправки. В течение
ближайшего года в Норвегии должно открыться еще несколько заправочных
комплексов, которые будут построены при государственной поддержке.
Между тем, компания Mazda смогла по-своему решить вопрос эксплуатации
водородной машины, приспособив ее и для работы на жидком топливе. Увы,
мотористам пока не удается добиться полной идентичности характеристик
работы мотора на разном топливе. Так, при заправке бензином Mazda RX. 8
Hydrogen RE развивает 231 л.с., а на водороде только 140 л.с. Но как
говориться, лиха беда начало. Напомним, что первые экспери-менты с
водородными роторно-поршневыми моторами компания Mazda начала
только 15 лет назад, тогда как бензиновые двигатели эволюционируют уже
более 100 лет.
Ford и Daimler
Ford и Daimler создают совместное предприятие Ballard Power Systems
для разработки автомобильных двигателей, не использующих современное
химическое
сжигаемое
топливо.
Два
автогиганта
купили
уже
существующую, но находящуюся почти на грани банкротства компанию
Ballard. В ее штате 150 сотрудников, а в портфеле - несколько довольно
перспективных патентованных разработок, сообщает Cybersecurity. Теперь
181
Ballard займется разработкой нового поколения двигателей, работающих на
основе водородных топливных элементов. Такие электрические двигателей
абсолютно безвредны для окружающей среды, в качестве выхлопа у них лишь вода. Начало производства новых автомобилей запланировано на 20122015 г. 50,1% Ballard принадлежит Daimler, 30% - Ford, остальными акциями
владеет топ-менеджмент объединенной компании. По условиям соглашения,
каждая из сторон выделит по $60 млн на начало исследований. Сегодня уже
все
ведущие
мировые
автопроизводители
выпуска
эко-автомоби-лей:
коммерческого
представили
японцы
даты
начнут
начала
массовое
производство водородных машин к 2009 г., Mercedes - к 2010 г., General
Motors и BMW к 2010 г. собираются представить разработки в этой области.
В России
Основной проблемой, тормозящей развитие водородной тематики в
России, является то, что на сегодняшний день гораздо выгоднее использовать
углеводородное сырье - дешевые источники получения водорода пока не
существуют. Кроме того, затруднена доставка водорода - сейчас для
перевозки используются водородные контейнеры, где газ связывают с
помощью
сорбентов,
однако
материалов,
которые
сорбировали
бы
многократно, не существует.
Между тем, водородной тематикой с конца девяностых занимается
Институт проблем переработки углеводородов - он уже пять лет
задействован
в
федеральной
программе
по
водородному
топливу,
инициированной ГМК "Норильский никель". На сегодняшний день
"Норильский никель" является мировым лидером по производству палладия,
который необходим для перевода автотранспорта на водородное топливо.
Кстати говоря, второго ноября совет директоров "Норильского никеля"
принял решение о выделении своих энергетических активов в ОАО
"ЭнергоПолюс", которое и будет заниматься проектом по водородной
энергетике. Научные исследования в области использования водородного
топлива на протяжении 12-ти лет ведет и новосибирский НИИ катализа
182
имени Г.К. Борескова (г. Новосибирск). Ученые института разработали
установки для каталитического получения водорода. Большой прогресс в
создании такого оборудования произошел после того, как финансировать эти
работы начал "Норильский никель".
Подобные исследования также ведутся в Государственном научном
центре "Институт имени Курчатова" (г. Москва) и Физико-техническом
институте (г. Санкт-Петербург).
Несмотря на стремления российских ученых развивать водородную
энергетику, коммерческое использование этого ресурса в стране начнется не
ранее 2015 года.
В соответствии с пресс-релизом российско-израильско-германской
фирмы С.En., возглавляемой израильским ученым Даном Элиэ-зером,
ученым удалось преодолеть препятствие в виде невозможности создать
легкое и безопасное хранилище для водорода, что не позволяло создать
эффективный и безопасный автомобиль, работающий на водороде.
Автомобили,
работающие
на
водородном
топливе,
получались
значительно тяжелее своих аналогов с бензиновым двигателем, а их
максимальный проезд без дозаправки был значительно меньше.
Научным работникам С.En (кроме граждан России, Германии и
Израиля в компании работают ученые из Японии и Южной Кореи) удалось
после 120 опытных попыток, занявших три года, создать технологию,
позволяющую сделать топливный бак весом всего в 50 кг и вместимостью в
60 литров. Имея такой бак, автомобиль на водородном топливе сможет
проехать без дозаправки около 600 км, сообщает Newsru со ссылкой на Globs.
В
настоящее
время
новая
технология
проходит
проверку
в
Государственном институте стандартов Германии, после чего будет
представлен
американским
властям
и
автомобилестроительным
корпорациям.
В Японии
183
Цены на автомобили, работающие на водороде и электричестве, к 2030
году должны сравняться со стоимостью обычных машин, считают в
японском министерстве экономики, торговли и промышленности.
Для того чтобы машины на альтернативном топливе не стоили под 80
тысяч долларов, а снизились до более приемлемых 25 тысяч долларов,
государство
считает
необходимым
в
течение
как
минимум
пяти
последующих лет ежегодно вкладывать в новые разработки по 32 миллиарда
иен (около 280 миллионов долларов).
В Японии на нескольких десятках заправочных станций в ряде городов
уже начали продавать смесь обычного бензина с биотопливом, но для его
настоящего внедрения в повседневный быт программа предусматривает
создание широкой сети таких заправок.
Напомним, что в ближайшие 5 лет правительство Японии выделит 209
млрд
иен
(1,72
млрд
долларов)
на
помощь
автопроизводителям,
разрабатывающим новые "зеленые" технологии. В частности, правительство
будет
субсидировать
производство
электробатарей
и
двигателей
на
топливных элементах, сообщил представитель министерства торговли
Сатоси Кусакабе.
Сейчас автомобили с водородными двигателями стоят более чем в 20
раз дороже бензиновых. Субсидии правительства Японии будут направлены,
в частности, на удешевление экологически чистых двигателей.
Переходить на водород как источник энергии для автомобилей в виде
топлива для ДВС или ТЭ так или иначе придется. Переход к новым методам
будет нелегким, в том числе и с экономической точки зрения, и прежде всего
для общественного транспорта, но при правильной политике этот процесс
будет осуществимым и рентабельным. "Каменный век закончился не из-за
нехватки камней, а нефтяной век завершится намного раньше, чем будут
израсходованы все запасы нефти на планете". Эти пророческие слова
принадлежат не зеленому утописту, а Заки Ямани - саудовскому шейху,
который 20 лет назад был министром нефти в своей стране. Даже если делать
184
крупные инвестиции в нефтяные разработки в России или где-либо еще, в
ближайшие 20 лет квота нефтяного рынка Саудовской Аравии будет лишь
увеличиваться. Это очевидно просто исходя из огромных запасов дешевой
нефти, которыми располагает регион. На территории Саудовской Аравии и
четырех соседних с ней государств находится две трети мировых
разведанных запасов нефти. Риск, что этот поток прекратится, будет
оставаться постоянной угрозой и может даже возрасти. Этот факт отодвигает
вопрос о цене на второй план. На сегодняшний день водородные двигатели и
электрогенераторы уже готовы к запуску в массовое производство.
Практически все нефтяные и энергетические транснациональные корпорации
имеют
многомиллионные
водородные
программы.
Все
мировые
автомобильные гиганты имеют по несколько опытных образцов. General
Motors, Ford, BMW, Toyota, DaimlerChrysler.
Литература
1.
www.kolesa.ru;
2.
http://mc.com.ua/news/auto/854;
3.
http://www.stroing.ru/articles/574;
4.
http://rus.newsru.ua/arch/finance/29may2007/masayo.html.
185
Перспективы двигателей внутреннего сгорания работающих на
сжиженном водороде
Щербаков А. Ю., студент ВФ ГОУ МГИУ
Корниенко Е.В., ассистент ВФ ГОУ МГИУ
Об экологически чистых автомобилях заговорили еще в семидесятых
годах. Но тернистый путь от идеи к реальному прототипу начался гораздо
позже и продолжается до сих пор. АВТОВАЗ, будучи крупнейшим
отечественным автопроизводителем, не остается в стороне от мировых
тенденций. В 2006 на пятый Московском международном автосалоне ВАЗ
представил принципиально новую разработку электромобиля на топливных
элементах, концепт, затрагивающий не внешнюю сторону, а меняющий саму
суть автомобиля в будущем.
Принцип работы электроустановки
На автомобиле находятся баллоны с водородом и кислородом. В
специальном электрохимическом генераторе между водородом и кислородом
происходит химическая реакция при температуре около 100 градусов, в
результате чего производится электричество, а в качестве "выхлопа"
образуется вода. Вот основной принцип энергоустановки. Водород,
определяющий пробег автомобиля, находится под давлением 290 атмосфер, и
машина может пройти 250 километров.
Принцип работы топливного элемента
Конструктивно современный ЭХГ выглядит так. Ячейка в корпусе
кроме двух электродов содержит разделительную мембрану, на которую в
качестве катализатора нанесен слой платины. Внутри ячейки циркулирует
вода для отвода тепла. К одному из электродов подается водород, а к другому
- кислород. Под действием катализатора молекула водорода расщепляется на
электроны и протоны. Протоны, пройдя через мембрану, попадают в
186
"кислородную" зону ячейки и, соединяясь с ним, образуют воду. При этом
недостаток электронов восполняется за счет свободных электронов в металле
анода, а образовавшийся в другой ячейке их избыток уходит в катод,
благодаря чему и удается получить электрический ток. Для регулирования
процессов, происходящих в ЭХГ, применяются автоматические системы.
Автомобильные
ЭХГ,
разработанные
крупнейшими
мировыми
автомобилестроителями, работают при температуре 60 -100°С, имеют КПД,
вдвое превышающий КПД двигателя внутреннего сгорания, однако на пути к
их широкому использованию на наземном транспорте стоит множество
проблем.
Принципы исполнения
Удельная масса водорода невелика, а вот его перспективы в
автомобилестроении расцениваются как весьма солидные. Топливный кризис
70-х годов заставил многие автомобильные компании по-новому взглянуть
на альтернативные виды горючего. Тогда-то и был отмечен первый всплеск
интереса
к
водороду.
А
что,
этот
"кандидат"
выглядел
вполне
многообещающе. Водорода на Земле - море. В прямом смысле слова, ведь его
можно получать из воды... Однако вскоре кризис пошел на убыль,
нефтепроводы заработали на полную мощность, а водородные проблемы
были, на первый взгляд, отодвинуты в дальние углы академических
лабораторий. Однако прошло двадцать лет, и теперь эти исследования,
похоже, обрели второе дыхание -они оказались созвучны современным
"экологическим" настроениям. Действительно: сжигаем водород - получаем
воду. Как ни взгляни - вполне нейтральный и безвредный продукт. Как
всегда, в новом и перспективном деле множество вариантов. Единообразие
придет потом, а пока выбор довольно велик. Самое простое - вместо
бензобака разместить на автомобиле баллоны со сжатым водородом.
Подходящая аппаратура уже существует - ведь в мире немало автомобилей
работает на сжатом газе. Правда, природном, но приспособить эти
устройства относительно легко. Конечно, и сам двигатель придется
187
переделывать, но об этом чуть позже. Такой путь, хотя и кажется простым,
все-таки маловероятен. Трудно представить водителя, который добровольно
согласится возить емкости со сжатым до 200 кгс/см2 водородом, к тому же
способным коварно проникать через мельчайшие неплотности топливной
аппаратуры. В чем намного превосходит природный газ, состоящий из более
"тяжелых и неповоротливых" молекул и потому менее склонный к утечкам.
А еще каждый, безусловно, припомнит "гремучий газ" - взрывоопасную
смесь водорода с кислородом в объемном соотношении 2:1. Не более
перспективным выглядит и сжиженный водород. Кому захочется иметь дело
с топливом, которое нужно хранить при -253°С? И на какие технические
ухищрения придется идти конструкторам, чтобы поддерживать такой холод
сколько-нибудь длительное время? Итак, этот вариант пока тоже отпадает. К
счастью, есть еще одна возможность - гидриды. Напомним, что атомы
металлов располагаются в определенном порядке, их "построение" называют
кристаллической решеткой. Так вот, некоторые металлы и сплавы способны
"разместить" между своими атомами и атомы водорода. Такие "сообщества"
и называют гидридами. Не вдаваясь в подробности, заметим, что емкость
подобного "хранилища" (при равном объеме устройства) впятеро выше, чем
у баллона со сжатым газом, и почти вдвое - чем у дьюара со сжиженным.
Исследователи настойчиво ищут наиболее походящие сплавы, но уже
известно, что наилучшей основой для них является титан. Гидридные
накопители штука довольно сложная, и, естественно, они не состоят из
цельного куска металла, а больше напоминают губку со множеством каналов
- для скорейшего поглощения и выделения водорода. Последнее происходит
при нагреве гидридов, а уж источник тепла на автомобиле долго искать не
нужно - скажем, для этой цели вполне подойдут горячие выхлопные газы.
Еще одна важная черта гидридов - они стократ безопаснее других способов
хранения водорода. Правда, для автомобильного транспорта емкость и у них
маловата, а вес и сложность устройства, напротив, велики. Резонно задать
вопрос: если хранение вызывает такие трудности, нельзя ли получать
188
водород непосредственно на автомобиле? Оказывается, можно. Самым
перспективным считается способ, при котором сырьем служит метанол, или,
по старой российской классификации, метиловый спирт - "младший братец"
известного всем этилового. Родственничек-то, правда, с характером - ядовит,
но это если его пить, а вообще-то он применяется довольно широко - даже
входит в состав большинства автомобильных жидкостей для мытья стекол.
Итак, бак автомобиля -по сути, вполне обычный - наполняют легкой
жидкостью с резким спиртовым запахом. Отсюда она попадает в реактор (не
пугайтесь, не ядерный, а химический), испаряется и в присутствии
катализатора реагирует с водяным паром, выделяя водород и двуокись
углерода. Топливо получено, осталось его использовать. Кстати, можно
провести реакцию другим способом, тогда вторым из продуктов окажется не
С02, а СО (тот самый, с которым борются экологи); смесь последнего с
водородом получила название синтез-газ. Поскольку Н2 и СО горючи, их
можно вместе непосредственно сжигать в цилиндрах двигателя внутреннего
сгорания. Подобные эксперименты проводились во множестве лабораторий,
в том числе и у нас в НАМИ. ЖЕЧЬ ИЛИ НЕ ЖЕЧЬ? Более чем столетняя
традиция
транспортных
средств
с
моторами
внутреннего
сгорания
практически однозначно решает этот вопрос в пользу первого варианта.
Такой путь сулит определенные выгоды - повышается эффективный КПД
двигателя, единственным прямым продуктом реакции является водяной пар,
и даже оксидов азота (они образуются при высокой температуре из
кислорода и азота воздуха) выбрасывается в атмосферу в 4-5 раз меньше
(данные НАМИ), чем при езде на бензине. Определенную опасность
представляют вспышки "гремучего газа" в коллекторе в момент открытия
впускного клапана. Чтобы избежать этого, инженеры в 70-е годы
предполагали подавать водород непосредственно в камеру сгорания. На
чертежах тех лет нетрудно заметить дополнительный канал в головке блока
цилиндров и маленький клапан, управляющий поступлением водорода.
Позднее выяснилось, что проблему можно решить по-другому - скажем,
189
впрыскивать в рабочую смесь воду или обеспечить рециркуляцию
отработавших газов (тоже, по сути, водяного пара). К преимуществам
водорода
как
моторного
топлива
следует
отнести
его
высокую
детонационную стойкость, что позволяет заметно увеличить степень сжатия
и давление наддува. Эти меры поднимут эффективную мощность двигателя
(при
"бензиновых"
степенях
сжатия
из-за
меньшего
коэффициента
наполнения мощность двигателя на водороде оказывается схема реактора.
Проводились эксперименты и по использованию водорода в... дизеле.
Правда, в газодизельном цикле небольшая порция жидкого топлива
подавалась в цилиндр, чтобы инициировать начало горения. Дизелю водород
тоже пошел бы на пользу - с ним выбросы сажи и твердых частиц сводятся
почти к нулю. На первый взгляд, добавить к тому, что сказано, вроде бы
нечего, если не погружаться в рассуждения о том, что лучше сжигать: чистый
водород, синтез-газ или их всевозможные смеси с бензином, метанолом,
соляркой... Но, оказывается, не все специалисты мыслят столь прямолинейно.
Некоторые, раз ступив на путь исследований в области химии водорода, уже
и слышать не хотят о двигателях внутреннего сгорания.
И вот, благодаря усилиям конструкторов на сцене появляется новое
удивительное устройство, позволяющее при реакции водорода с кислородом
получить электрическую энергию непосредственно! Многие, вероятно,
помнят школьные опыты по электролизу: в воду опускают два электрода,
подводят определенное напряжение, и на одном из них начинает выделяться
водород, а на другом - кислород Здесь же все происходит с точностью до
наоборот. Водород в чем-то сродни металлам, и его атом легко теряет свой
единственный электрон. В устройстве, получившем название водородный
топливный элемент, реакция водорода с кислородом происходит в несколько
стадий. Сперва водород вынужден пройти через ионообменную мембрану,
которая свободно пропускает лишь протоны - лишенные электрона атомы
водорода (Н+), а вовсе не его молекулы Н2. Электроны при этом остаются на
отрицательном электроде (он же - платиновый катализатор). Пройдя через
190
мембрану, водород вновь получает свой электрон - в момент реакции с
кислородом воздуха, на положительном (и тоже платиновом) электроде.
Электроны же вынуждены идти "кружным путем", через электрическую
цепь, производя при этом полезную работу. Ну вот, осталось подключить
электродвигатель, блок управления и... батарею аккумуляторов. Последняя,
естественно, меньше, чем в электромобилях, и служит для приведения всего
устройства в рабочее состояние, а также сглаживает пиковые нагрузки на
топливный элемент и сохраняет энергию при торможении. Опытные
экземпляры транспортных средств с такой чудовищной по сложности
силовой установкой уже бегают по полигонам многих зарубежных
автомобильных концернов, а "Тойота" даже представила свою модель FCEV
(электромобиль с топливными элементами) на Токийском автосалоне в конце
прошлого года. Занимаются этой тематикой и "Мерседес", и американцы, но
наиболее активны японцы. По правде говоря, пока сложность и стоимость
таких автомобилей многократно превосходят их эффективность, но, как
знать, в будущем ситуация может измениться. Говорят, что в Японии
регулярно проводят конкурсы на транспортное средство с наиболее
сложными преобразованиями энергии. Несколько лет назад в таком
соревновании
победил
некий
энтузиаст,
придумавший...
велосипед.
Вращение педалей этого замысловатого устройства приводило к трению двух
брусочков, которые, нагреваясь, кипятили воду. Небольшая паровая машина
вращала генератор, а колеса приводились в действие электромотором. Что
самое удивительное, этот велосипед был способен двигаться (правда,
чрезвычайно неспешно)!
В России
В 2001 году был создан первый ходовой макет автомобиля LADA
ANTEL-1 на базе пятидверного внедорожника LADANIVA. На автомобиле
LADA ANTEL-1 были установлены баллоны с водородом и кислородом. В
специальном электрохимическом генераторе между водородом и кислородом
происходила химическая реакция при температуре около 100°С, в результате
191
чего производилось электричество, а в качестве "выхлопа" образовывалась
вода. Водород, определяющий пробег автомобиля, находился под давлением
290 атм., и машина могла пройти на одной заправке 250 км.
Советник заместителя генерального директора по техническому
развитию ОАО "АвтоВАЗ" Георгий Мирзоев:
Здесь есть и политическая, и техническая, и имиджевая составляющие.
Во-первых, "АвтоВАЗ" готов работать не только на завтрашний день, но и на
далекую перспективу. Подобные разработки показывают технический
потенциал автопроизводителя, значительно повышают его имидж на мировой
арене.
Во-вторых,
использование
топливных
элементов
-
это
пока
единственный способ, при помощи которого можно действительно получить
экологически чистый автомобиль, не "привязанный" к электрическим
источникам.
Третий, очень важный, фактор - принятие федерального закона "О
ратификации Киотского протокола к рамочной конвенции ООН об
изменении климата". Киотский протокол - международное соглашение о
контроле за выбросами парниковых газов в 2008-2012 годах. Для вступления
протокола в силу его должны ратифицировать не менее 55 стран, на долю
которых по состоянию на 1990 год приходилось не менее 55% выбросов,
причем доля России составляла 17,4%. В связи с решением о ратификации
Киотского протокола создание в России экологически чистого транспорта
становится более актуальным.
Исключительно важно то, что автомобиль, использующий в качестве
топлива водород, может сильно повлиять на дальнейшее развитие
автомобилестроения в целом.
Первый
образец
LADA
ANTEL
показал,
что
применение
электрохимического генератора в автомобиле - реальность. Тем не менее до
серийного автомобиля было еще очень далеко.
192
Во-первых, ANTEL-1 представлял собой целую лабораторию на
колесах: практически весь багажник и подкапотное пространство были
заняты баллонами и системой управления. Нужно было делать такой
автомобиль,
чтобы
его
потребительские
качества
соответствовали
традиционным. Во-вторых, в ANTEL-1 в качестве окислителя использовался
кислород в баллонах, и важной задачей стал переход на использование
атмосферного воздуха.
В-третьих, нужно было поднять электронапряжение до 240 В, потому
что совокупная нагрузка на бортовую сеть в машине оказалась слишком
велика.
ANTEL-2: дальнейшее развитие
LADA ANTEL-2 был создан на базе автомобиля LADA-111. Стараясь
работать на опережение, при создании LADA ANTEL-2 конструкторы сразу
начали проектировать новый двигатель с высокими КПД и удельными
характеристиками, разработали абсолютно новый воздушный компрессор,
новую систему управления
Вторая версия автомобиля на топливных элементах укомплектована
разработанным в России щелочным водородно-воздушным генератором
мощностью 25 кВт. Специалисты установили вместо кислородных баллонов
специальный компрессор для подачи воздуха в батарею топливных
элементов (перешли с кислорода на воздух). С увеличением объема
водородных баллонов до 90 л и давления до 400 атм. возрос и пробег
автомобиля - до 350 км. Был разработан мобильный технологический
комплекс, благодаря которому время заправки автомобиля ANTEL-2 не
превышает 20 минут (LADA ANTEL-1 приходилось заправлять 2 часа).
Максимальная мощность электродвигателя составляет 90 кВт, а крутящий
момент - 280 нм.
LADA ANTEL-2 принимал участие и в зарубежных автосалонах.
Специалисты отмечали высокий технический уровень изготовления этого
автомобиля. Уникальность проекта LADA ANTEL в том, что "АвтоВАЗ"
193
планирует организовать производство топливных элементов, используя
прежде всего российский технический и интеллектуальный потенциал, в то
время как большинство зарубежных фирм закупают топливные элементы у
одного поставщика - канадской фирмы BALLARD.
Главной проблемой "водородного автомобиля" специалисты считают
стоимость источника энергии. При форсированной мощности 25 кВт
электрохимический генератор стоит порядка 300 тыс. долларов - это очень
дорого. Поэтому нужно искать новые конструктивные решения, новые
материалы, технологии массового производства.
Создатели концепции ОАО "АвтоВАЗ" по переходу к использованию
альтернативных топлив и водорода предлагают поэтапное решение данной
проблемы. Природный газ рассматривается на ближайшие годы как топливо,
позволяющее существенно снизить загрязнение атмосферы, как основной
исходный продукт для получения наиболее дешевого водорода. А
существующая инфраструктура снабжения природным газом - в качестве
базы для развития водородной инфраструктуры.
Предлагаемый подход позволит в относительно короткие сроки и с
минимальными затратами решить экологическую и топливную проблемы,
создать
эффективные
энергоустановки
на
альтернативных
топливах,
пригодные для массового производства и многоцелевого применения,
организовать их производство.
Кроме того, нужна готовность не только автомобильных корпораций,
но и всех участников производства топливных элементов, то есть
предприятий электрохимической отрасли. Необходима перестройка сознания
в масштабе государства, национальная программа перевода транспорта на
водородное топливо.
В рамках дальнейшего развития проекта LADA ANTEL будет
продолжена работа над автомобилем LADA ANTEL-3. Главное отличие этой
версии от предыдущей (LADA ANTEL-2) - наличие топливного процессора
для получения водорода из бензина непосредственно на автомобиле.
194
Начинается также разработка LADA ANTEL-4. Это уже будет прототип
автомобиля,
обладающего
принципиально
новой
конструкцией.
Соответственно и компоновка, и дизайн LADAANTEL-4 будут абсолютно
новыми. Для этого прототипа уже ведутся работы по созданию специального
автомобильного электрохимического генератора мощностью 60 кВт.
За рубежом
О том, как близко водородные машины приблизились к реальной
жизни, можно судить по BMW 745h. Буква h - это химический знак водорода.
BMW 745h оснащается восьмицилиндровым двигателем на водороде. Как и
предшественник, 745hL, он может работать как на бензине, так и на
водороде. Двигатель объемом 4,4 литра развивает 135 кВт (184 л.с),
максимальная скорость равна 215 км/ч. Запаса водородного топлива хватает
для преодоления 300 километров, если добавить к этому 650 километров,
которые можно проехать, заправив полный бак бензина, получаем почти
1000 километров - очень приличную цифру. Компания BMW представила
новый экспериментальный седан 750hL с двигателем на водородном топливе.
Таким
топливом
(водород+кислород)
обычно
заправляют
ракеты.
Разработчиков привлекла экологичность двигателя - он выделяет только
водяной пар. Машина была продемонстрирована в Лос-Анджелесе -одном из
самых задымленных городов США. По мнению специалистов, удалось
сделать важный шаг к переходу на "безбензиновые" двигатели. Компания
BMW будет продолжать тестирование новых автомобилей в своем
исследовательском центре в Калифорнии. Двигатели на водороде не только
экологичны, но и очень экономичны. На модели 750hL установлен 12цилиндровый двигатель, разгоняющий машину до 141 миль в час. Жидкий
водород закачивается в специальный бак и позволяет автомобилю проехать
без дозаправки около 200 миль. Между тем, некоторые эксперты скептически
относятся к оснащению автомобиля таким взрывоопасным дополнением. К
тому же, на сегодня нет дешевой и надежной технологии производства
водорода, что повлияет на потребительскую привлекательность машины. Как
195
сообщается, в серийное производство машина пойдет только лет через
десять, но BMW надеется запустить модели серии 7 на водородном топливе
раньше. Основной задачей считается создание необходимой инфраструктуры
и изобретения надежного способа хранения такого топлива "на борту".
Водород можно производить из воды путем электролиза или получать его из
попутного нефтяного газа. В любом случае это топливо будет стоить пока
значительно больше, чем бензин. Что касается стоимости самой машины, то
BMW 750 на водородном топливе сопоставима по цене с обычной версией она стоит около $93 тысяч. Водород пытаются использовать и другие
автопроизводители. General Motors применяет его в топливных элементах
для выработки электричества. Honda и Toyota разработали гибридные
модели, в которых водородные двигатели сочетаются с электрическими.
Ford, GM и DaimlerChrysler AG планируют представить собственные версии
подобных машин в 2003 году. Toyota через два года планирует начать
серийное производство автомобильных двигателей на водороде. Один из
таких автомобилей, который пока носит обозначение FCHV-4, уже проходит
испытания на улицах Токио. Уже в 2003 году начнется продажа
ограниченной партии FCHV-4 (Full Cell Hybrid Vehicle). Сколько будет
стоить этот уникальный автомобиль, пока не сообщается. Известно только,
что мощность мотора составляет 107 л.с, а максимальная скорость FCHV-4
равна 150 км/час.
Литература
1.
www.Autolands.Org.UA//Автомобили,
двигатели
внутреннего
сгорания на сжиженном водороде.
2.
www.Sunhome.ru//BoflopoflHbifi двигатель.
3.
www.avtoff.ru//Двигaтeли внутреннего сгорания на сжиженном
водороде
4.
www.avto-piter.nety/Водородный двигатель
5.
www.sdgocar.ru//Boдopoднaя энергетика
196
6.
www.ruseconomy.ru//LADA
ANTEL:
новая
концепция
автомобиля.
СОДЕРЖАНИЕ
Альтернативные конструкции двигателей................................................................................................ 4
Бессонов А.С. Костиков Ю.С, студенты ВФ ГОУ МГИУ....................................................................... 4
Сильченкова Т.Н., к.п.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ ................................................................................... 4
Газовое топливо - способ уменьшения выбросов в окружающую среду ............................................11
Борисенков СВ., Артамонов С.А., студенты ВФ ГОУ МГИУ ..............................................................11
Харин В.А., ассистент ВФГОУМГИУ ....................................................................................................11
Сравнительный анализ экологически - чистых автомобильных двигателей ......................................20
Буланов В. О., студент ВФ ГОУ МГИУ..................................................................................................20
Автомобильный двигатель как источник загрязнения окружающей среды........................................31
Гарский Р.О., Ермолин М.В., студенты ВФ ГОУ МГИУ ......................................................................31
Автомобиль и экология. Токсичные вещества .......................................................................................53
Дегтяренок А.В., студент ВФ ГОУ МГИУ .............................................................................................53
Воронова О.Н., преподаватель ВФ ГОУ МГИУ ....................................................................................53
Перспектива использования новых видов топлива................................................................................60
Железняков Р. И., студент ВФ ГОУ МГИУ............................................................................................60
Осипян В.Г., к.т.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ ...........................................................................................60
Гибридные двигатели в борьбе за чистоту окружающей среды...........................................................68
Зайцев Д. Е., студент ВФ ГОУ МГИУ ....................................................................................................68
Безопасность: человек, автомобиль, дорога ...........................................................................................83
Ильин М.Ю., студент ВФ ГОУ МГИУ....................................................................................................83
Корниенко Е.В., ассистент ВФ ГОУ МГИУ ...........................................................................................83
Экологические проблемы гибридных двигателей ...............................................................................101
Львов С.Ю., студент ВФ ГОУ МГИУ ...................................................................................................101
Корниенко Е.В., ассистент ВФ ГОУ МГИУ .........................................................................................101
Особенности натюрморта как вида изобразительного искусства ......................................................113
Павлова Г.Б., директор Вяземской художественной школы им. А. С. Сергеева ..............................113
Перспективы использования водородного топлива для двигателей автомобилей ...........................126
Петухов А.Ю., студент ВФ ГОУ МГИУ ...............................................................................................126
Реут В.А., к.т.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ..............................................................................................126
Гибридные двигатели в автомобиле ......................................................................................................135
197
Плисюк Р.В., Морозов А.А., студенты ВФ ГОУ МГИУ .....................................................................135
Реут В.А., к.т.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ..............................................................................................135
Проблемы экологичности отечественных автомобилей .....................................................................140
Рожнов Ю.В., студент ВФ ГОУ МГИУ ................................................................................................140
Корниенко Е.В., ассистент ВФ ГОУ МГИУ .........................................................................................140
Zero Pollution или нулевой выхлоп ........................................................................................................143
Семенов А. К, студент ВФ ГОУ МГИУ ................................................................................................143
Бармашова Л.В., к.э.н., доцент, директор ВФ ГОУ МГИУ .................................................................143
Гибридные двигатели автомобилей ......................................................................................................154
Соколов А.В., студент ВФ ГОУ МГИУ ................................................................................................154
Воронова О. Н., преподаватель ВФ ГОУ МГИУ .................................................................................154
Пути решения проблем снижения токсичности отработавших газов автомобилей и тракторов ....165
Тихонов А.С., Валюк Н.К., студенты ВФ ГОУ МГИУ........................................................................165
Харин В.А., ассистент ВФ ГОУ МГИУ ................................................................................................165
Экологически чистые виды топлива .....................................................................................................171
Хаустович А.И., студент ВФ ГОУ МГИУ ............................................................................................171
Осипян В.Г., к.т.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ .........................................................................................171
Развитие и внедрение водородных двигателей ведущими автомобильными компаниями .............177
Чунарев А.А., студент ВФ ГОУ МГИУ ................................................................................................177
Бармашова Л.В., к.э.н., доцент, директор ВФ ГОУ МГИУ .................................................................177
Перспективы двигателей внутреннего сгорания работающих на сжиженном водороде .................186
Щербаков А. Ю., студент ВФ ГОУ МГИУ ...........................................................................................186
Корниенко Е.В., ассистент ВФ ГОУ МГИУ .........................................................................................186
198