Мета дослідження, постановка задачі, Матеріали досліджень - Перспективні напрями розвитку сучасного автомобілебудування

Метою дослідження є підвищення екологічної безпеки та економічної ефективності автомобілів за рахунок визначення та обгрунтування перспективних напрямів розвитку сучасного автомобілебудування. Задачами дослідження є аналіз сучасного стану автомобілебудівної галузі, визначення перспективних напрямів його розвитку та наукове обгрунтування технічних рішень щодо створення автомобілів на найближчу перспективу.

Матеріали досліджень

Автомобіль екологічний двигун паливо

Проблема підвищення паливної економічності та екологічної безпеки автомобілів на сучасному етапі може бути вирішена за рахунок розвитку наступних науково-технічних напрямків: подальше вдосконалення ДВЗ, застосування альтернативних джерел енергії та видів палива, розроблення автомобілів з гібридними силовими установками, впровадження електромобілів (рис. 1).

напрями підвищення паливної економічності автомобілів

Рисунок 1 - Напрями підвищення паливної економічності автомобілів

Аналіз перспективних напрямів розвитку сучасного автомобілебудування показав, що заходи щодо вдосконалення двигунів внутрішнього згоряння виявляються не дуже ефективними. Це пов'язано як з низьким коефіцієнтом корисної дії (ККД) ДВЗ, так ї з особливістю експлуатації автомобілів у великих мегаполісах, наприклад, у заторах. Середня швидкість автомобілів на завантажених ділянках дороги не перевищує 5,56 м/с (20 км/год.), а потужність ДВЗ використовується менш ніж на 10 %. Крім того, сам характер руху в місті є послідовністю прискорень і гальмувань. В результаті у процесі гальмування кінетична енергія автомобіля безповоротно розсіюється в гідравлічних гальмівних системах, на відміну від автомобілів з електроприводом, які мають систему рекуперативного гальмування. Широке розповсюдження ДВЗ обумовлено низкою переваг перед іншими типами силових установок: - висока енергетична щільність палива, яка, навіть при невисокому ККД ДВЗ, дозволяє автомобілю здійснювати рух до 800 км на однієї заправці паливного баку; - можливість задоволення сьогоднішнім міжнародним вимогам з екологічної безпеки, але наступні екологічні вимоги автомобілі з ДВЗ можуть вже не задовольнити; - добре відпрацьована технологія виготовлення ДВЗ, що забезпечує їх невисоку питому вартість (витрати/кВт); - удосконалення робочого процесу призвело до високої об'ємної та масової енергоємності (кВт/м3, кВт/кг). Основним недоліком автомобілів з ДВЗ, крім шкідливих викидів у вигляді хімічних речовин і з'єднань, є його неефективна робота, особливо при експлуатації автомобілів у великих мегаполісах в години пік. Теоретичні та експериментальні дослідження показують, що шляхом оптимізації ступеня стиснення і робочого об'єму ДВЗ може бути поліпшена експлуатаційна паливна економічність і забезпечено зниження викиду парникових газів (СО2) в умовах міського руху не більш ніж на 20- 40 %. В даний час провідні світові виробники автомобілів впроваджують близько 100 різних моделей автомобілів, що працюють на альтернативних видах палива. В якості альтернативних видів палива розглядаються: зріджений нафтовий газ, природний газ, біометан, біопаливо і водень. До 2020 р., згідно резолюції ООН, в країнах Європи очікується збільшення таких автомобілів до 23 % від всього автопарку, з них 10 % (близько 30,5 млн. одиниць) будуть експлуатуватися на природному газі. Найбільш перспективним видом альтернативного палива є водень. Але сучасний рівень розвитку технологій не дозволяє використовувати водень ефективно. Виготовлення водневого палива для автомобілів в чотири рази дорожче, ніж виробництво автомобільного бензину в кількості, достатній для виробництва аналогічної кількості енергії. Крім того, залишається проблемою створення "водневої інфраструктури" - мережі заправних станцій і сервісних центрів необхідних для обслуговування автомобілів, що працюють на водневому паливі. За оцінками Аргоннської національної лабораторії, в масштабах США для цього потрібно витратити більше $ 600 млрд. Може тому президент США Барак Обама признав безперспективним розвиток виробництва автомобілів, що працюють на водні, зробивши вибір на користь електромобілів. Він ліквідував "Фонд розвитку автомобілів з водневими двигунами" з бюджетом $ 1,2 млрд., який був заснований його попередником Джорджем Бушем молодшим у 2003 р. Як вважає Обама, майбутнє водневої технології викликає сумніви, особливо на тлі швидкого розвитку ринку електричних транспортних засобів. В теперішній час вирішення екологічних та економічних проблеми в сучасному автомобілебудуванні можливо за рахунок використання електричного привода, який застосовується в електромобілях та гібридних автомобілях. Увага конструкторів до автотранспортних засобів з електричною тягою підтримується також тим, що вони мають важливу перевагу - відсутність шкідливих викидів. По-друге, коефіцієнт корисної дії сучасних електричних двигунів досягає 95 %. В порівнянні, ККД бензинового двигуна в оптимальному режимі не перевищує 30 %, дизельного - 40 %, паливних елементів на водню - 60 %. Тому електромобілі відрізняються низькою собівартістю експлуатації. Але джерела енергії електромобілів - тягові акумуляторні батареї (АКБ) - поки не можуть конкурувати з бензином, газом або дизельним паливом за щільністю енергії. Наприклад, паливний бак автомобіля ємністю 50 л акумулює 2.35 ГДж енергії, відповідаючи щільності енергії 47 ГДж/м3 (13 МВт-год./м3). Тому основним недоліком електромобілів є недостатня ємність тягових акумуляторних батарей, від чого запас ходу електромобілів не надто великий. Проблема невеликого пробігу електромобілів виникає через низьку щільність енергії акумуляторних батарей. Питома енергоємність накопичувачів та джерел енергії, що використовуються в силових установках автомобілів, з урахуванням максимального ККД перетворення енергії зведена у табл. 1.

Таблиця 1 - Питома енергоємність накопичувачів та джерел енергії для автомобілів

Електромобілі - це, безумовно, перспективний напрямок розвитку автомобілебудування. Вже декілька років випускаються серійні електромобілі: Nissan LEAF, Mitsubishi i-MiEV, Tesla S та ін. В списку компаній, що готовляться до серійного випуску повноцінних автомобілів на електричній тязі - Hyundai, Subaru, BMW, Audi, Mercedes, Volkswagen, Peugeot та багато інших відомих корпорацій. Але без якісного стрибка енергетичних характеристик акумуляторних батарей та без значного зниження їх вартості електромобілі будуть мати обмежений попит серед споживачів автомобілів. Поки електромобілі, порівняно з традиційними автомобілями з ДВЗ, поступаються їм за технічними характеристиками, ціною та зручністю експлуатації.

Похожие статьи




Мета дослідження, постановка задачі, Матеріали досліджень - Перспективні напрями розвитку сучасного автомобілебудування

Предыдущая | Следующая