Конспект урока "Экологическая экономия на колесах"
Ф.И.О. Плотников Виктор Александрович
Номинация Технология
Название работы «Экологическая экономия на колесах»
Предмет преподавания Технология (автодело)
Должность: Учитель технологии I квалификационной
категории
Адрес: 423100, Республика Татарстан
Черемшанский район с. Черемшан ул.
Шешминская д.2 Муниципальное
образовательное учреждение
«Черемшанский лицей»
Телефон 8917-276-45-69 или 8 (84396)2-56-84
Электронный адрес: Viktor-licey@mail.ru
Двадцатый век - период войн, катаклизмов, резких подъемов и падений - ознаменовался
эпохой стремительного развития автомобильной промышленности. Сложные и простые, грациозные
и неповоротливые машины за сотню лет преодолели путь становления, развития и, наконец,
завоевания какой-то «части» жизни каждого из нас. На протяжении всего этого времени вместе с
очевидными . преимуществами четырехколесных средств передвижения сосуществовали также их
явные недостатки, а именно:
абсолютная зависимость от источника энергии (топлива) и негативное влияние на окружающую
среду продуктов горения этого топлива, в том числе, углекислого газа. Ученые и инженеры разных
стран решили избрать разные пути решения «автомобильных» проблем- Кто-то ограничился
введением жестких экологических норм, стимулирующих производителей разрабатывать авто с
низкими показателями загрязнения окружающей среды. Некоторые страны развернули кампании по
переходу на альтернативные виды горючего, такие как, например, этанол (состоит из этилового
спирта и бензина). В то же время азиатские разработчики решили пойти более сложным путем и
заняться совершенствованием самих автомобилей, а не топлива, и тем самым сделать их не только
экологически «чистыми», но и экономичными, что для рядового потребителя, особенно в наше время,
немаловажно. В ходе одного из таких экспериментов свет увидел первый массовый гибрид-
современник. Согласно определению, «гибрид» - это объект, сочетающий в себе свойства других
(двух или более) объектов, В этом случае имеется в виду силовая установка гибридного авто, в основе
которой лежит симбиоз нескольких абсолютно разных типов приводов.
Назовите, пожалуйста, что можно отнести и определению- гибрид.
Немного истории
Одни считают, что Фердинанд Порше, повергнувший в шок посетителей одной из ярмарок
Парижа, которое приводилась в движение несколькими электрическими моторами и двигателем
внутреннего сгорания с генератором, который это электричество производил - такой себе
примитивный гибрид. Тем не менее, сторонники другой версии истории Mixte Voiturette уверены, что
автомобиль функционировал от перезаряжаемой 44-элементной батареи емкостью 300 Ач, заряда
которой хватало примерно на 65 км пути. Несмотря на медлительность, «дилижанс» работал
практически бесшумно. Согласно данным исторических источников, «настоящие» гибриды
конструктор Порше, работавший в мастерских Lohner, начал собирать немного позже. На фото ниже
представлен переднеприводный автомобиль, использовавший для движения электричество и бензин.
Совершенствуя свои разработки, Порше вскоре удивил мир первым в истории четырехприводным
полноприводным гибридным авто.
Нужно отметить, что во время Первой мировой войны Порше, не имевший высшего
образования, продолжил разрабатывать автомобили с гибридными двигателями, за что вскоре
был удостоен звания профессора Венского технического университета. Конечно, выпускать
такие машины с их экономичностью и экологичностью было в то время удовольствием
дорогим, поэтому со временем более дешевые классические авто и конвейерная революция
Генри Форда (Непгу Рога) вытеснили инновационные наработки конструкторов, оставив для
них место лишь в павильонах музеев.
Стремительный рост цен на нефть и газ в 1970-х заставил разработчиков и потребителей вновь
обратиться к уже практически забытым мечтам конструкторов создать экономичное и универсальное
средство передвижения. В этот период на улицах Западной Германии появилися знаменитый концепт
европейские гибриды V\/\/ Тахi производства Volkswagen, который сочетал в себе параллельную
схему включения бензинового и электромотора. В 1992 году пресс-служба Тоуоta обнародовала
данные о намерениях компании всерьез заняться разработкой максимально экономичных
транспортных средств с низкими показателями загрязнения окружающей среды. Год 1997
ознаменовался выходом на японский рынок автомобиля Тоуоta Prius, такого себе символа
современной «гибридизации». За 12 первых месяцев маркетологам компании удалось продать около
20 тысяч этих машин.
Европейским автомобилестроителям, к сожалению, не удалось добиться успехов
Тоуоtа у себя на рынке. Выпущенная в 1997 году модель Audi Dio, созданная на базе модели
А4 с дизильным двигателем 1,9ТDI работающим в паре с 29-киловатным электромотором, в
Старом Свете потребителя не нашла, поэтому производство этих авто со временем
прекратили, а сама компания сосредоточила усилия на разработке дизельных двигателей.
Но не стоит думать, что Тоуоtа что-то заработала на Рrius. По некоторым данным,
производство не окупилось до сих пор, зато послужило отличной площадкой для отработки
технологии.
Спустя два года инженеры Honda порадовали экономных автомобилистов анонсом
своего гибрида - двухдверного хэтчбека Insight. Кроме наличия гибридной силовой
установки, модель частично была сделана из легкого пластика и имела очень низкий
коэффициент сопротивления воздушному потоку. Отсюда - очень низкий расход топлива.
С началом нового тысячелетия Тоуоtа начала поставки Prius за рубеж, тем самым
проникнув на рынок США, одну из самых успешных площадок для продаж гибридных
автомобилей в мире. Несмотря на блистательный успехсносный уровень продаж, не
обошлось без неприятных инцидентов. В 2005 году представители Тоуо1:а объявили об
отзыве 160 тысяч гибридов Ргш5 для ремонта (75 тысяч единиц в Соединенных Штатах, 70
тысяч в Японии и 14 тысяч в других регионах). Проблема заключалась в сбое программного
обеспечения компьютера авто, что зачастую приводило к внезапной остановке бензинового
двигателя во время движения.
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.
Итак, машина с бензиновым двигателем способна проехать без дозаправки пару-
тройкучетыре-пять сотен километров и отравить атмосферу традиционным объёмом
вредных веществ. Заправочных станций предостаточно в любом регионе. Пополнить запасы
топлива можно за считанные минуты.
В свою очередь, электромобиль может проехать на одном заряде блока батарей порядка 80 -
160 км. Он экологически чист, бесшумен и практически безупречен до того момента, пока не
наступает очередь подзарядки аккумуляторов. У существующих в наше время
«электрических» машин этот процесс может длиться несколько часов, и тут появляется еще
один фактор - время, которое для человека иной раз имеет наивысший приоритет. Конечно
экологичность электромобиля зависит и от того, каким путем было поучено электричество
для его зарядки. Но это уже отдельная тема.
Получается, что у каждого типа двигателя есть свои преимущества и недостатки. Гибридны
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, плюс, работающий в щадящем и более экологичном
режиме;
топливного бака - резервуар для горючего (бензина, к примеру). Нужно отметить, что
способность концентрации энергии жидким топливом намного выше показателей тех же
батарей. К примеру, на сегодняшний день для сосредоточения энергии, вырабатываемой
3,7 литрами горючего топлива, необходимо задействовать 400 килограммов
аккумуляторов;
электромотора - усовершенствованный вариант стандартного агрегата. Эта
«совершенность» объясняется возможностью устройства 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
Inssight комплектовались стандартными трансмиссиями, хотя при сборке Тоуоtа
Prius инженерам приходится использовать модифицированные варианты
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 при
движении на скорости до 30 км/ч Рпиз превращается в электромобиль. Бензиновый агрегат
включается лишь в случае сильной нагрузки - во время обгона активного набора скорости
или движения по скоростной магистрали. Разумеется, когда запас энергии в аккумуляторах
низок, бензиновый двигатель не выключается и заряжает их.
Гибриды Сегодня.
Совершенствование двигателей внутреннего сгорания едва-едва поспев одной стороны
потребители с мечтами об одновременно мощном и экон ужесточающие нормы токсичности.
Сегодня смело можно сказать: эпоха ДВС как основного источника энергии завершена.
Подтверждение этому уже не опытные, а серийные модели
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ СХЕМА
В данном случае две приводит в движение генератор, а вырабатываема Электродвигатель,
вращающий ведущие колеса Последовательной уста. поступает на ведущие колеса, проходя
ряд преобразований. От механической в электрическую, вырабатываемую генератором, и
опять в механическую, мощности, с условием его постоянной работы в диапазоне
максимально достаточного количества энергии для питания электродвигателя и заряд;
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА
Здесь ведущие колеса приводятся в движение и две, и электроде двигатель двух источников,
распределяется а соответствии с условиями движения Электродвигателя в режим генератора
(например, при торможении), а за тем
машину, переключившуюся в режим электродвигателя.
Подобная конструкция достаточно проста, но имеет ряд недостатков, та установки не может
одновременно приводить в движение колеса и заряжать аккумулятор.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА
Уже по названию можно догадаться, что эта схема объединяет в себе две предыдущие. Здесь,
в зависимости от условии 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.
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 батарея, поступает на блок управления
электропитанием, Последний, в свою очередь, направляет энергию на электромоторы, что
позволяет автомобилю плавно трогаться с места.
Движение на нормальное режиме
В этом случае момент на ведущие колеса поступает с ДВС и электромоторов, энергия,
бензинового двигателя. распределяется между колесами и электрическим генератором.
приводящим к 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,
Разгон
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 практичесчки
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 гидравлическую систему, а
когда - рекуперативное (регенеративное) торможение (оно и является приоритетным). При
рекуперативном торможении передний и задний электродвигатели работают в генераторном
режиме, создавая тормозной момент на передней и задней оси». Вырабатываемая энергия
поступает на блок управления электропитанием, а оттуда на высоковольтную
аккумуляторную батарей.
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 автомобиль, при
торможении не рассеивается и превращается в тепло между тормозными колодками и
дисками, а собирается электрогенератором используется для подзарядки батарей.
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 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.
А теперь поговорим немного об другом экологически чистом виде топлива- об водороде.
