ДВИГАТЕЛЬ, «ПОЖИРАЮЩИЙ» БЕНЗИН
Бензиновый двигатель в целом представляет собой машину, преобразующую тепловую энергию, высвобождающуюся в результате сгорания топлива, в механическую работу, которая используется для движения автомобиля. На большинстве современных машин устанавливаются поршневые двигатели внутреннего сгорания. Чаще всего двигатель располагается в передней части автомобиля.
В зависимости от того, каким способом происходит образование топливно-воздушной смеси и как быстро она воспламеняется, двигатели внутреннего сгорания делятся на карбюраторные и дизельные. В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания (ДВС) топливо сгорает внутри цилиндров, и тепловая энергия, выделяющаяся при этом процессе, преобразуется в механическую работу. В данном случае рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня, каждый из которых соответствует определенному такту.
Когда двигатель уже начал работать, такты впуска, сжатия и выпуска происходят за счет энергии, накопленной маховиком двигателя во время рабочего хода.
Процессы, происходящие внутри цилиндров, приводят в движение поршни, которые вращают коленчатый вал, передающий энергию распределительному валу. Распредвал в свою очередь систематизирует работу выхлопных клапанов, благодаря чему возгорание топливной смеси в цилиндрах происходит в нужный момент.
Поскольку двигатель производит много теплоты, он рискует перегреться и заглохнуть. Чтобы этого не произошло, необходима система охлаждения двигателя. В большинстве современных автомобилей эта система жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией, заполняющаяся водой или антифризом. Жидкость нагнетается насосом, забирает теплоту от двигателя и передает ее через радиатор в окружающую среду.
Как известно, в цилиндрах двигателя сгорает не чистый бензин, а его смесь с воздухом. Для приготовления такой топливной смеси в машине устанавливают специальный прибор — карбюратор. Именно механизмы карбюратора следят за приготовлением в строго определенных пропорциях смеси топлива и воздуха и подачей ее в цилиндры двигателя.
ПРОДОЛЖАЯ ДЕЛО РУДОЛЬФА ДИЗЕЛЯ
Как известно, великому изобретателю высокоэффективного двигателя Рудольфу Дизелю так и не удалось построить работоспособный двигатель, который можно было бы использовать на автомобиле.
Первый в мире действующий автомобильный дизельный двигатель построили в 1910 г. в швейцарской фирме «Сафир AG» инженеры Демамп и Сегин. В качестве базы был использован 4-цилиндровый бензиновый «Заурер» объемом 5,7 л. При переделке на дизельный цикл он потерял в мощности 15 л.с, но его экономические показатели оправдали эту потерю.
Работа по совершенствованию дизелей длительное время проходила в различных странах мира. Успех был налицо, но отсчет истории автомобильного дизеля ведется лишь с 1923 г. Фирмы МАН и «Бенц» одновременно построили собственные конструкции легких дизелей. В феврале 1924 г. на Амстердамском автосалоне фирма «Бенц» впервые представила свой 5-тонный дизельный грузовой автомобиль. В то же время фирма МАН начала серийное производство грузовиков с двигателями Дизеля. Следует отметить, что дизельный двигатель начала XX в. был недостаточно эффективным. Он был слишком тяжел и производил много шума, имел большие габариты и не мог обеспечить автомобилю высокие динамические и скоростные показатели.
Карбюраторный двигатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором горючая смесь приготавливается карбюратором вне камеры- сгорания (отсюда другое название — двигатель с внешним смесеобразованием) и воспламеняется в камере сгорания свечой зажигания. Применяется на автомобилях, мотоциклах, катерах и т.д.
Кулак — деталь кулачкового механизма в виде пластины, диска или цилиндра, имеющая фасонную рабочую поверхность и предназначенная для управления клапанами.
Термостат — прибор для поддержания постоянной температуры.
Маховик — колесо с массивным ободом, устанавливаемое на валу двигателя.
Радиатор — устройство в ДВС для снижения температуры охлаждающей жидкости или масла, циркулирующего по системе каналов (трубок).
В 1978 г. сенат США принял закон, запрещающий с 1980 г. выпуск автомобилей, расходующих на 100 км пробега более 14,6 л топлива.
Впервые серийное производство дизельных легковых автомобилей удалось осуществить немецкой фирме «Даймлер-Бенц». В 1935 г. был изготовлен первый легковой «Мерседес-Бенц 260Д», представленный в следующем году на международном Берлинском салоне. Это был 6-местный автомобиль с кузовом ландо на базе серийной модели «200». С 1937 г. к первому образцу добавились модели с кузовами типа кабриолет и лимузин.
В наше время преимущества дизельного двигателя уже никто не ставит под сомнение. Их широко используют не только на большегрузных автомобилях, но и на их легковых собратьях. Так, например, поступает тюнинговая фирма «Альпина», специалисты которой успешно дорабатывают серийные модели БМВ. Кроме модификации салона и установки в нем нестандартного оборудования, фирма «Альпина» производит замену стандартного карбюраторного двигателя дизельным.
Последней разработкой специалистов фирмы «Альпина» в этом направлении стал автомобиль «БМВ Альпина D10 Би-турбо», который, по мнению специалистов, открывает новую страницу в истории мощных спортивных автомобилей.
Самые последние разработки концерна БМВ в области технологий производства дизельных двигателей легли в основу работы специалистов из «Альпины». В итоге получился супердизель с потрясающими характеристиками мощности, крутящего момента и минимальным (по сравнению с другими «супермашинами») потреблением горючего.
Благодаря своим динамическим показателям и максимальной скорости, превышающей 250 км/ч, «БМВ Альпина D10 Битурбо» удостоилась звания самого быстрого дизельного автомобиля в мире.
Для проверки действенности новой системы нейтрализации выхлопных газов дизельных двигателей в 1973 г. в Польше в течение двух суток в оранжерее работал дизель. Ни одна гвоздика не пострадала.
ВОЗВРАЩЕНИЕ К ГАЗУ
Еще в начале XIX в. была разработана и запатентована конструкция газового двигателя, а в 1860 г. французу Ленуару удалось построить первый мотор, работающий на смеси воздуха и газа. В то время такой выбор горючего никого не удивил — бензина еще не было.
Бензиновые двигатели вели себя вполне сносно, и о газе как о возможном моторном топливе надолго забыли. Лишь через 100 лет после Барнетта, в конце 30-х гг. XX в., вновь появилась мысль о его использовании. Тогда и были созданы первые газогенераторные автомобили. Необходимый для питания автомобиля газ вырабатывался в топке при нагревании дерева, а оттуда подавался в двигатель. Широкого распространения такой сложный механизм не нашел, и о газе вновь забыли практически еще на полвека.
В наше время в связи с подорожанием бензина ученые вновь приступили к поиску альтернативных видов автомобильного топлива. Были опробованы и природный газ, и синтезированные жидкости, такие как спирт, который можно получить при переработке практически любого сырья — от тростника до апельсиновых корок. Во время испытаний исследователи обратили внимание на интересный факт — оказалось, что все эти виды топлива менее опасны для окружающей среды, чем бензин. Проведенные исследования опровергли устоявшееся мнение, что использование газа вместо бензина — вынужденная мера. Газовое топливо сгорает полнее, поэтому концентрация окиси углерода в выхлопе газового двигателя в несколько раз меньше.
Газ — агрегатное состояние вещества, в котором оно равномерно заполняет весь предоставленный ему объем.
Эксперименты убедительно свидетельствовали о том, что автомобили, работающие на газе, более выносливы по сравнению со своими бензиновыми собратьями. Срок их эксплуатации без ремонта увеличивается в 1,5—2 раза.
Однако, несмотря на многочисленные достоинства природного газа, закрывать заправочные станции и полностью переходить на этот вид топлива еще рано. В газовом топливе тоже есть свои недостатки. Главный из них заключается в том, что плотность природного газа в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль газом при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак по объему в 1000 раз больше. Выходит, для того чтобы не возить за собой огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Но для его хранения в таком состоянии придется использовать громоздкие специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.
Поэтому ученые обратили внимание еще на один вид топлива, на этот раз синтетический — пропан-бутан. Его получают при перегонке нефти и сконденсированных нефтяных попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят под давлением 16 атмосфер. По своим свойствам сжиженный пропан-бутан почти не отличается от сжатого природного газа: то лее высокое октановое число, те же неплохие экологические и эксплуатационные показатели.
Может показаться, что вопрос о том, какое топливо лучше использовать для своего автомобиля, решен полностью. Но не стоит спешить. Ведь по статистике на сжиженном газе сейчас работает вдвое меньше машин, чем на сжатом. И причина этого вот в чем — пропан-бутана получают в 20 раз меньше, чем добывают природного газа. Следовательно, его массовое применение приведет к возникновению топливного кризиса, что в ближайшее время нам не грозит в случае использования бензина.
АВТОМОБИЛЬ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГЕ
В истории развития автомобильного транспорта присутствовал еще один двигатель, который, как и газовый, не выдержал конкурентной борьбы с бензиновым и сошел с дистанции. Принцип его действия основан на преобразовании электрической энергии в механическую. В 1900 г. автомобили с электрическими двигателями встречались так же часто, как и бензиновые. А уже в 1920 г. их можно было сосчитать по пальцам. За двадцать лет электрический двигатель полностью сдал свои позиции и отказался от борьбы со своим бензиновым собратом.
У электрического двигателя был большой недостаток, что главным образом и отразилось на его дальнейшей судьбе, — необходимость возить с собой огромные, тяжелые аккумуляторы, которые при этом еще нужно было постоянно подзаряжать. Так как они вырабатывали самое большее 10—15 Вт.ч энергии на 1 кг своей массы, то для поездки на двухтонном экипаже требовалась бы аккумуляторная батарея массой 700—1000 кг.
Наступление Министерства охраны окружающей среды Италии на двигатели внутреннего сгорания дает о себе знать. Розетки для подзарядки электрических транспортных средств появятся скоро по соседству с бензоколонками в трех крупнейших городах страны. Болонья, Рим и Турин решили последовать примеру Флоренции, где эксперимент по внедрению двухколесных средств передвижения на электрической тяге увенчался успехом. «Электроллеры» — электрические аналоги мотороллеров, выпуск которых наладила итальянская промышленность, имеют запас хода 50 км при максимальной скорости до 70 км/ч. Для полной зарядки аккумуляторных батарей достаточно всего четырех часов, ну а за два часа их молено «заполнить» на 80%.
В последние годы XX в. научно-исследовательские институты и ведущие фирмы, занимающиеся выпуском аккумуляторных батарей. Такие как «Варта», «Делко», «Сони», «Мацушита», стали получать финансовую поддержку в виде государственных программ и заказов от автопроизводителей на разработку легких элементов питания повышенной емкости. Это принесет свои плоды — специалисты ожидают существенного удешевления и совершенствования энергоемких батарей уже в первые годы XXI в.
О ТОМ, КАК «ВЫРАСТИЛИ» ГИБРИД
Удивить техническими новинками в эпоху электроники, полимерных материалов и высоких промышленных технологий почти невозможно. 10 декабря 1997 г. стало новой памятной датой в более чем вековой истории автомобиля. Японская фирма «Тойота» на Токийской международной выставке 1997 г. объявила, что с 10 декабря дилеры компании в Японии начинают продажу серийного легкового электромобиля «Приз», точнее легковой машины с гибридным бензо-электрическим приводом.
Заменить коробку передач комбинацией «генератор-электромотор» — идея не совсем новая. В конце 40-х гг. на улицах городов России можно было встретить дизель-электрические автобусы ЗИС-154, да и сегодня такая передача применяется на карьерных самосвалах БелАЗ. Но это касалось лишь большегрузных автомобилей — блок «генератор-электромотор» для легковушек излишне тяжел и громоздок. А если найти разумный компромисс и, подобно селекционерам, вырастить гибрид? Такую задачу и поставили перед собой специалисты фирмы «Тойота».
