ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ
Малюшицкая Маргарита Николаевна
Учитель
ГБОУ «Школа №2067»
Номинация: Наука, промышленность и предпринимательство.
Тема: ТРАНСПОРТ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА.
План.
Бензиновые двигатели. История создания.
Электродвигатели. Трудности использования.
Двигатели на водороде. Перспективы.
Экологические аспекты.
Бензиновые двигатели. История создания.
Не все в истории изобретения бензинового двигателя было простым. Но бензиновый двигатель сумел пробиться сквозь все препятствия на пути в историю.
И в наше время бензиновые двигатели не прекращают совершенствоваться.
Различные источники доносят до нас разнообразные данные о применении первого бензинового двигателя.
Бензиновый двигатель не в один день был рожден таким как мы привыкли к нему. Множество людей билось над созданием первого бензинового двигателя. Это не было изобретением единственного человека, это был последовательный процесс различных людей. В продолжении долгого срока ученые заимствовали друг у друга те или иные детали бензинового двигателя. Не спеша оттачивали технологии, внося изменения в бензиновый двигатель.
В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ и получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля. Изобретатели взялись за конструирование двигателей, способных заменить паровую машину, при этом топливо сгорало бы не в топке, а непосредственно в цилиндре двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1860 г. французским
механиком Э.Ленуаром. Своё название он получил из-за того ,что топливо
в нём сжигалось не с наружи ,а внутри цилиндра двигателя. Аппарат Ленуара имел несовершенную конструкцию и низкий КПД – 3%.
К середине 19-го века идея создания двигателя внутреннего сгорания висела в воздухе. Многие изобретатели в разных странах создавали опытные конструкции двигателей, работающих на смеси водорода и воздуха, на светильном газе, на угольной пыли и даже на жидком топливе, используя для этого различные горючие жидкости.
Немецкий изобретатель Н.Отто в 1878 г. сконструировал четырехтактный ДВС. Он получил наибольшее распространение. Немецкий изобретатель Н.Отто в 1878 г. сконструировал четырехтактный ДВС. Он получил наибольшее распространение.
Электродвигатели. Трудности использования.
Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от автономного источника электроэнергии (аккумуляторов, топливных элементов и т. п.), а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей, а также от троллейбусов и трамваев.
Хотя электромобили сегодня крайне неразвиты, и многие считают, что эта молодая ветка автопрома, но на самом деле первый электромобиль был известен еще 1838 голу. Вот почему все чаще слышно, что альтернативным источникам не дают развиваться, за 180 лет это направление так и не сдвинулось с места.
В далеком 1841 году появился первый в мире электромобиль – раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Разумеется, никакого сходства с современными автомобилями он не имел и представлял собой четырехколесный экипаж наподобие тележки с мотором. На нем использовался свинцовый аккумулятор системы Бари с 36-вольтовыми столбами. Мощность этого электромобиля составляла 4 л. с.
Впоследствии, в 1899 году, русский инженер Ипполит Романов представил первый двухместный электромобиль, который был способен развивать скорость от 1,6 до 37,4 км/ч.
Если сравнивать тогдашние электрические и бензиновые автомобили, то запас хода первое время был у них почти одинаков, а одним из главных недостатков электромобилей являлась довольно сложная система подзарядки: в те времена еще не было усовершенствованных преобразователей переменного тока в постоянный. В частности, применялся электромотор, который работал от переменного тока и вращал вал генератора, к которому подсоединялись аккумуляторы электромобиля. Хотя впоследствии, в 1906 году, и появился относительно простой в эксплуатации выпрямитель тока, проблему подзарядки это не решило.
В 2004 году в США эксплуатировалось 55852 электромобиля. Кроме этого в США эксплуатируется большое количество самодельных электромобилей. Мировой лидер по производству электрического транспорта — Китай.
Новейшие достижения: 22-23 мая 2010 года переделанная на электротягу малолитражка Daihatsu Mira EV, творение Японского клуба электромобилей, проехала 1003 километра и 184 метра на одном заряде аккумулятора.
24 августа 2010 года электромобиль «Venturi Jamais Contente» с литий-ионными аккумуляторами на солёном озере в штате Юта установил рекорд скорости 495 км/ч на дистанции 1 км. Во время заезда автомобиль развивал максимальную скорость 515 км/ч.
27 октября 2010 года электромобиль «lekker Mobil» конвертированный из микровэна Audi A2 совершил рекордный пробег на одной зарядке из Мюнхена в Берлин длиной 605 км в условиях реального движения по дорогам общего пользования, при этом были сохранены и действовали все вспомогательные системы, включая отопление.
Двигатели на водороде. Перспективы.
Начнём наше историческое исследование с того, что использование водорода в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания началось ещё в 19 веке. Правда сказать точно, кто первым запустил ДВС, применив электролиз воды, не представляется возможным. Архивы упоминают некоего французского изобретателя Франсуа Исаака де Риваз, который разработал первый в мире двигатель внутреннего сгорания в 1806 году потребляющий водородное топливо. Естественно, об использовании бензина тогда не могло быть и речи.
Необходимую электрическую энергию для работы ДВС Франсуа Исаак де Риваз получал методом электролиза воды. При этом процессе выделялась энергия и выхлопные газы в виде водяного пара и некоторого количества азота. Трудно сказать насколько востребованным было изобретение француза в начале 19 века, однако именно ему приписывают первенство в использовании водорода, как топлива.
Возможно, водород так бы и прижился в качестве основного топлива для автотранспорта, но в 1870 году стали использовать бензин в ДВС. Постепенно первые эксперименты с водородным топливом были забыты. Человечество стало привыкать к бензиновым выхлопам.
Вспомнить о водороде, как топливе для ДВС пришлось только в конце 1941 года, в блокадном Ленинграде. Военный техник Б.И.Шелищ обратился к командованию с предложением: использовать для заправки автомобилей блокадного города отработанный водородный газ. Командование посчитало предложение Б.И.Шелища ценной разработкой, и разрешило начать опыты.
Совершенно ясно, что в блокадном Ленинграде не хватало бензина для работы автопарка грузовиков. Необходим был альтернативный источник топлива.
После войны, когда запасы бросового водорода истощились об изобретении и успешной эксплуатации ДВС на этом виде топлива благополучно забыли.
Но время шло, и грянул исторический, в первую очередь для человеческого сознания, энергетический кризис 1970-х годов. Люди впервые поняли необходимость альтернативных источников энергии и многие автопромышленные компании стали на путь инновационных разработок. Бывали случаи, кстати, в бывшем СССР, когда на водородное топливо переводили весь автопарк предприятия. Так, например, Украинский Институт Проблем Машиностроения переоборудовал весь свой автомобильный актив на водородный ДВС и благополучно справлялся с топливными кризисами.
Но и этот эксперимент ожидало забвение: после распада союза об успешных опытах забыли.
Современные водородные автомобили находятся в стадии проектирования. Точнее сказать опытные модели уже есть, но выпускать серийно их никто пока не собирается. Почему? Причина ясна: инфраструктура заправок автотранспорта водородом развита ещё хуже, чем зарядных станций для электромобилей. Виной всему, конечно, сложность и дороговизна получения водорода в промышленных масштабах. Электролиз воды, по сути, единственный приемлемый метод выработки водорода, но и он стоит недёшево. Недостатки автомобилей на водородном топливе следующие:
Большой вес автомобиля. Для работы электродвигателя на водородном топливе необходимы мощные аккумуляторные батареи и водородные преобразователи тока, которые в общей конструкции весят не мало, да и габариты у них внушительные.
Дороговизна водородных топливных элементов.
При использовании водорода с традиционным топливом велика опасность взрыва и возгорания.
Несовершенные технологии хранения водородного топлива. То есть, ученые и разработчики до сих пор не решат, какой сплав использовать для баков хранения водорода.
Не разработаны необходимые стандарты хранения, транспортировки, применения водородного топлива.
Полное отсутствие водородной инфраструктуры заправок автомобилей.
Теперь понятно, почему автокомпании не спешат переходить на водород. Они будто замерли в ожидании чуда: нового, более дешевого и простого способа получения водорода, больших финансовых вливаний в инфраструктуру водородных заправок и т.д.
Экологические аспекты.
В настоящее время уменьшение загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, выделяемыми автомобильным транспортом, является одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством. Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на человека и окружающую среду. Автомобиль, поглощая столь необходимый для протекания жизни кислород, вместе с тем интенсивно загрязняет воздушную среду токсичными компонентами, наносящими ощутимый вред всему живому и неживому. Вклад в загрязнение окружающей среды, в основном атмосферы составляет – 60 - 90%.
Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85% «летит на ветер». К тому же камеры сгорания автомобильного двигателя – это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу.
В настоящее время идет борьба с автомобильной опасностью. Конструируются фильтры, разрабатываются новые виды горючего, содержащие меньше свинца Сокращением добавок и переход к бессвинцовому бензину создает ряд технических проблем. Итак, в перспективе можно устранить рассеивание свинца ДВС. Но останутся другие вредные компоненты – угарный газ, окислы азота, канцерогенный бензапирен и т.п.
В таблице 1 приведены данные о количестве токсичных компонентов, образующихся при сгорании 1 кг топлива для усредненного легкового автомобиля класса “ Жигули”, “Опель”, “Фиат” в зависимости от типа двигателя — бензинового или дизельного.
Количество токсичных компонентов, выделяемых при сгорании 1 кг
топлива, в граммах.
Компонент
|
Вид топлива
|
|
Бензин
|
Дизельное топливо
|
Окись углерода (СО)
|
465, 00 (378)
|
20,00
|
Окислы азота (NO)
|
15,8 0 (21,2)
|
18,10
|
Углеводороды (C H )
|
23,20 (14,5)
|
4,10
|
Альдегиды
|
0,93
|
0,78
|
Ангидрид серной кислоты
|
1,86
|
7,80
|
Сажа, г/ м 3
|
1,00
|
5
|
Свинец
|
0,5
|
—
|
В с е г о : грамм
|
508,99
|
51,56
|
Выброс вредных веществ при сгорании различных топлив
Таблица 2.
Виды топлива
|
Выброс вредных веществ, г/км
|
CO
|
CH
|
NOx
|
Бензин
|
42
|
8,5
|
9,1
|
Сжиженный нефтяной газ
|
19
|
4,8
|
8,7
|
Сжатый природный газ
|
8,5
|
4,5
|
8,5
|
Бензин в смеси с водородом
|
3
|
2,8
|
4,55
|
Метанол
|
28
|
4,6
|
4,4
|
Метанол в смеси с бензином
|
32
|
5,4
|
7,6
|
Метанол в смеси с синтез-газом (H2+CO)
|
5
|
2,5
|
3,5
|
Cинтез-газ (H2+CO)
|
0
|
0,4
|
2,3
|
Водород
|
0
|
0
|
2,5
|
ЕВРО-4
|
2,72
|
0,93
|
-
|
Как следует из табл. 2, из широкого перечня моторных топлив смесь бензина с водородом близко соответствует европейскому стандарту ЕВРО-4. При этом расход бензина снижается на 30-40%. Наиболее низкое содержание NОх в продуктах сгорания наблюдается при рабочих параметрах двигателя, представляющих наибольший интерес для условий городской эксплуатации автомобилей.
И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в атмосферу одинаковое количество углеводородов. Для здоровья человека опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления. Двигатель, работающий на бензине, выбрасывает сравнительно легко окисляющиеся вещества – этил и этилен, а газовый двигатель – метан, который из всех предельных углеводородов наиболее устойчив к окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен. Газ как моторное топливо не только не уступает бензину, но и превосходит его по своим свойствам.
Электромобили ,разумеется, более экологичны (не имеется вредных выбросов, низкий уровень шума, нет применения антифризов, трансмиссионных и моторных масел, фильтров для этих жидкостей и т. д.), имеют более низкую, по сравнению с обычными авто, пожаро- и взрывоопасность, а также отличаются простотой техобслуживания и простотой конструкции . Главное же его достоинство – экологическая безопасность. Это особенно важно в городских условиях, где из-за выхлопных газов в часы пик буквально нечем дышать.
Новые экологически чистые такси ездят теперь по улицам Дублина в Соединенном Королевстве. Эти транспортные средства вообще не производят выхлопных газов. Они представляют собой нечто среднее между автомобилем и велосипедом и способны перевозить одного-двух пассажиров.
Перспективы развития водородного топлива:
И всё-таки водород это единственная приемлемая и экологическая чистая энергия, у которой огромное будущее. Человечеству и, его самой прогрессивной части, ученым осталось только найти источник или способ добычи водорода в промышленных масштабах, разработать всю необходимую инфраструктуру, привести в порядок инструкции по эксплуатации водородного топлива и можно навсегда забыть об нефтяных вышках, выхлопных газах и прочих «прелестях» бензиновой зависимости.
Рассказ сопровождается презентацией.
|
