|
|
Преимущества водородных ДВС12 Аннотация В исследовательской работе «ДВС – проблемы и перспективы использования», данная работа является актуальной, так как автомобили на сегодняшний день в нашей стране – главная причина загрязнения воздуха, что бы найти решения данной проблемы поставленной целью является изучения двигателя внутреннего сгорания и его влияние на окружающую среду. В работе поставлены три задачи: - изучение двигателей внутреннего сгорания - изучение альтернативных двигателей - сравнение изученных двигателей и их воздействие на окружающую среду. Для достижения цели используются методы исследования: поисковый, наблюдения, сравнительный и метод обобщения. В ходе работы были изучены двигатели внутреннего сгорания на бензиновом и дизельном топливе, альтернативные двигатели на водородном топливе, электромобили на солнечных батареях и на аккумуляторных батареях, ё-мобили. Один из путей решения является переход на альтернативные двигатели. ДВС на дизельном топливе, электромобили на солнечных батареях не эффективны, потому что климат нашей страны очень суровый. Двигатели на водородном топливе, ё-мобили не подходят из-за своей дороговизны. Поэтому в нашей стране преобладают двигатели внутреннего сгорания на бензиновом топливе.
Введение «Современный век – это век скоростей». Автомобиль на сегодняшний день в России – главная причина загрязнения воздуха. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда, это означает, что на каждые 10-11 человек примерно приходится 1 автомобиль. Ежегодно в мире выпускается около 40 миллионов автомобилей. В связи с быстрым развитием автотранспорта увеличилась доля выбросов, поступающих в атмосферу от подвижных источников: грузовых и легковых автомобилей, тракторов. Я проживаю в небольшом посёлке Досчатое (численность населения 5258 жителей) на проезжей улице. И мне очень заметно, что автомобилей с каждым годом становится всё больше и больше (рис.1,2). Интересно сколько же у нас в поселке автомобилей? Мы сделали запрос начальнику ГИБДД г.Выкса Рубцову А.А., но ответа нам не пришло так как такие сведения дают только высшим инстанциям. Интерес к автомобилям у меня возник с раннего детства. Как устроена работа двигателя, какие двигатели бывают? В настоящее время меня волнует вопрос, какие современные двигатели внутреннего сгорания существуют и как они влияют на окружающую среду. Цель исследования – изучение работы двигателя внутреннего сгорания и воздействие выхлопных газов на окружающую среду. Задачи моей работы: 1. Изучить двигатель внутреннего сгорания. 2. Изучить другие возможные двигатели, принцип их работы. 3. Сравнить их работу и воздействие на окружающую среду. Методы исследования: 1. Поисковый (изучение литературы, периодической печати, сбор информации в поисковой сети интернет) 2. Наблюдения. 3. Сравнительный анализ. 4. Метод обобщения.
История развития ДВС В настоящее время никого не удивишь использованием двигателя внутреннего сгорания. Миллионы автомобилей, бензогенераторов и других устройств используют в качестве привода ДВС (двигатели внутреннего сгорания). Появление этого типа двигателя в 19 веке обусловлено в первую очередь необходимостью создания эффективного и современного привода для различных промышленных устройств и механизмов. В то время, в основной своей массе, использовался паровой двигатель. Он имел массу недостатков, например, низкий коэффициент полезного действия (т.е. большинство энергии затрачиваемой на производство пара просто пропадало), был достаточно громоздким, требовал квалифицированного обслуживания и большого количества времени на запуск и остановку. Промышленности требовался новый двигатель лишенный этих недостатков. Им стал двигатель внутреннего сгорания. (Рис.3.)Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Несмотря на то, что ДВС являются несовершенным типом тепловых машин (сильный шум, токсичные выбросы, меньший ресурс), благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС нашли очень широкое распространение. Основным недостатком ДВС является то, что он производит высокую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемыми атрибутами двигателя внутреннего сгорания являются трансмиссия и стартёр. Кроме этого ДВС нужны топливная система (для подачи топливной смеси) и выхлопная система (для отвода выхлопных газов). Принцип работы четырехтактного ДВС Рассмотрим принцип работы современных двигателей на примере работы двигателя Отто, реализующего простой четырехтактный цикл. (Рис. 4). 1. Впуск - поршень под действием коленчатого вала идет вниз, создавая над собой разрежение. В пространство над поршнем под влиянием разрежения поступает через впускной клапан топливная смесь. В конце такта впуска, в нижней точке поршня, клапан закрывается и поршень под воздействием коленчатого вала начинает движение вверх. 2. Сжатие - двигающийся вверх поршень сжимает топливную смесь. В соответствии с законами физики происходит её нагревание (адиабатический процесс). В конце такта сжатия, нагретая до рабочей температуры смесь поджигается. 3. Рабочий ход - при горении топливной смеси выделяется огромное количество газа, который расширяясь толкает поршень вниз, а тот в свою очередь раскручивает коленчатый вал. 4. Выпуск - поршень, толкаемый газом доходит до своего нижнего положения и под действием коленчатого вала начинает движение вверх. В этот же момент открывается выпускной клапан, через который отработанный газ выталкивается из двигателя в окружающую среду. Главное достоинство двигателя внутреннего сгорания, обеспечившее ему огромную популярность во всех видах транспорта на долгие годы вперед - это автономность работы. Двигатель способен работать практически в любых условиях в течение очень долго времени. Ресурс современного двигателя без капитального ремонта составляет 150-200 тысяч километров. Высокая энергия топлива обеспечивает расход топлива на уровне ~10 литров на 100 км. пройденного пути, что позволяет обходится без частых дозаправок. Недостатки двигателя внутреннего сгорания:
Химический состав автомобильных выхлопных газов. Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ, доля токсичности альдегидов относительно невелика и составляет 4—5% от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных углеводородов сильно отличается, однако особенно, что непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются образуя ядовитые кислородсодержащие соединения — составляющие смогов. Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды — сильные канцерогены. Среди них наиболее изучен бензпирен, кроме него обнаружены производные антрацена: · 1,2—бензантрацен · 1,2,6,7—дибензантрацен · 5,10—диметил—1,2—бензантрацен Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входит оксиды серы, при применении этилированных бензинов — свинец(Тетраэтилсвинец), бром, хлор, их соединения. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическим и фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога. Произведем небольшие расчеты. В среднем один автомобиль в течение суток может выбрасывать до 1кг выхлопных газов (Рис 3). Рассмотрим движения автомобиля в поселке Досчатое. Предположим, что автомобили движутся со скоростью 40 км/ч. Протяженность нашего поселка составляет 7 км. 1т. бензина, сгорая, выделяет 5 – 6 кг. вредных веществ. На 1 км расходуется 0,08 л бензина, на 7 км – 0,56 л. бензина, сгорая, выделяет 0,003кг (3,3 г) вредных веществ. За 1 час пик в рабочую неделю ежедневно проезжает около 220 автомобилей, они выбрасывают 726г вредных веществ. При всех достоинствах, ДВС имеют существенный недостаток – большое количество вредных веществ образованных при работе. Сделали, небольшие расчеты и оказалось, что за месяц в час пик в окружающую среду попадает 18кг 150г вредных веществ. - относительно небольшой ресурс - необходимость охлаждения и смазки - высокая сложность в проектировании - сложная система зажигания - большое количество изнашиваемых частей
2. Виды современных тепловых двигателей 2.1 Двигатели внутреннего сгорания на водородном топливе. 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. Нужно заметить, что двигатель внутреннего сгорания имеет коэффициент полезного действия около 30 процентов, а новая энергоустановка на топливных элементах - в два раза больше. То есть если перевести на любое условное топливо, то получается, что эта энергоустановка абсолютно экологически чистая и тратит в два раза меньше топлива. (Рис. 5). Преимущества водородных ДВС - Экологичность водородного топлива (Продуктом горения водорода является вода, точнее водяной пар. Это, естественно, не означает, что при езде на таком автотранспорте не будет выделяться токсичных газов). - ДВС на водороде может использовать и классические виды топлива, такие как бензин. Для этого придётся устанавливать на автомобиль дополнительный топливный бак. Такой гибрид гораздо легче «продвинуть» на рынок, чем чистый водородный ДВС. 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. 
12 Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|