Современные автомобили
Современные двигатели внутреннего сгорания непосредственно для преобразования в полезную мощность используют, образно говоря, только 1/3 общего количества топлива, имеющегося в баке, а остальное исчезает в виде тепловых потерь в окружающее пространство. Так как автомобильный двигатель большей частью работает с неполной нагрузкой, процент использования выделяющейся при сгорании топлива теплоты будет даже меньше 20 %. Использование энергии топлива изображено на рис. 2.
Автомобильный двигатель прошел длительный путь развития и с технической точки зрения является весьма совер- Рис 2 Использование энер. шенным. Однако до настоя- гии топлива лри движении щего времени наибольшее автомобиля в условиях го-внимание в процессе его со- Р°Да вершенствования уделялось достижению максимальной мощности, малой массы и размеров двигателя, минимальных производственных затрат. Теперь на первый план как важнейший критерий оценки двигателя выступает минимизация потребления им топлива. Снижения потребления топлива достичь непросто, и, кроме того, оно может оказывать неблагоприятное влияние на другие параметры двигателя. В отдельных главах книги подробно рассматриваются принципы работы двигателей внутреннего сгорания, их конструкции, причины больших тепловых потерь, а также возможные пути максимального извлечения энергии топлива за счет снижения этих потерь.
Так называемую эффективную, т. е. «чистую», имеющуюся на валу мощность двигателя надо использовать как можно более экономно. Поэтому мы подробно покажем процесс передачи мощности на колеса и потери при движении по дороге. В каждом зацеплении шестерен, пробуксовке сцепления, в каждом подшипнике, шарнире или шине теряется энергия, превращающаяся в теплоту. Температура шины при движении автомобиля достигает 100 °С; эта теплота образуется вследствие внутреннего трения в боковинах пневматика. Легковой автомобиль среднего класса при скорости 100 км/ч на преодоление этото трения затрачивает 4-6 кВт - величину, достаточную для отопления небольшой квартиры. Еще боль-щая мощность требуется на преодоление сопротивления воздуха. Из-за того, что при движении автомобиля возникают вихревые воздушные потоки, при скорости 100 км/ч на преодоление сопротивления воздуха требуется 17-18 кВт - в 3 раза больше, чем на преодоление сопротивления качению. В табл. 1 показан план перспективного улучшения энергетических и технико-экономических характеристик автомобиля «Фольксваген», ФРГ. Около 45 % всей энергии в мире вырабатывается из нефти, ежегодное потребление которой составляет 3 млрд. т, а мировые запасы - около 135 млрд. т. Распределение этих запасов по отдельным странам показано далее в табл. 19: Наибольшими запасами нефти, по данным 1980 г., обладает Саудовская Аравия - около 22,3 млрд.т, на втором месте СССР - 9,1 млрд.т1. В связи с постоянно увеличивающимся числом автомобилей довольно скоро наступит равновесие между потребностью и производством, что может вызвать серьезное ограничение транспорта и быстрое повышение цен на топливо. И хотя интенсивные геологические поиски постоянно открывают новые месторождения нефти, последние расположены в основном на больших глубинах или под дном океанов. Разработка таких месторождений является чрезвычайно дорогостоящей.
Значительные запасы нефтяных фракций содержатся в горючих сланцах и песках. Путем их нагревания до 500 °С выделяют продукт, содержащий около 80 % нефти. Добыча сланцев вызывает, однако, нарушение ландшафта на больших территориях, а при их нагревании в воздух попадает много вредных веществ.
Еще одним способом выработки нефтепродуктов и бензина является ожижение угля. Этот метод известен уже давно и применялся в конце второй мировой войны в Германии, где на 12 заводах производилось таким способом около 4 млн. т бензина в год. Работы по ожижению угля продолжаются, и фирма ФЕБА в ФРГ строит завод, рассчитанный на ожижение 600 т угля в день. Из 3 т угля, с учетом потребляемой энергии, получают 1 т жидкого продукта, состоящего из 25 % бензиновых, фракций и 75 % тяжелых и средних нефтяных фракций, а также 0,4 т горючего газа.
При этом отдельно приводятся эффективность процесса преобразования химического состава угля, КПД заправки (учитывающий потери энергоносителя при его доставке и заправке в автомобиль), а также КПД использования энергоносителя в двигателе внутреннего сгорания. В случае получения бензина для движения автомобиля используется 10,7%, в случае получения водорода - 16,3 % энергии затраченного для этих целей угля. Для сравнения приводится и преобразование энергии из угля в электрическую с использованием ее в электромобиле с помощью свинцовых аккумуляторов.
Проблема экономного расходования энергии не исчезнет и тогда, когда осуществится переход на использование экологически чистых ее источников. Энергию будут аккумулировать и снова возвращать в рабочий цикл. При помощи специальных устройств будет накапливаться и энергия, потерянная при торможении. Точно также будет аккумулироваться и использоваться вне автомобиля теплота, теряющаяся при охлаждении двигателя.
Оглавление Вверх:
Общий обзор