Чудеса техники
Шрифт:
Самокат, иными словами дощечка с двумя колесами и стержнем для удержания равновесия, был известен по крайней мере еще в Древнем Египте. Затем дощечку приподняли, стали на нее садиться и двигаться, отталкиваясь от земли ногами. С изобретением в середине XVIII века педалей и цепной передачи на велосипеде можно было уже ездить со скоростью, превышающей скорость бегущего человека, при этом значительно экономя силы. Но если мы взглянем на современные велосипеды, то обнаружим, что гоночные модели позволяют развивать скорость примерно 50 километров в час, обычно же велосипедисты ездят раза в 2 медленнее. Не сравнить с автомобилями, верно?
Недаром более ста лет назад решили и на велосипеды ставить моторчики. Происходило это одновременно с изобретением двигателя внутреннего сгорания, необходимого прежде всего для автомобиля. К чему привела эта «добавка» к велосипеду, мы можем сегодня наблюдать, глядя на огромное семейство мопедов, мотороллеров и мотоциклов.
Впрочем, и сам велосипед до сих пор совершенствуется и оказывает неоценимые услуги своим хозяевам – он дешев, удобен, маневрен. В крупных японских городах, улицы которых в часы «пик» забиты автомобильными пробками, велосипед надежнее любой машины. Сейчас там пользуется спросом модель, снабженная мотором на аккумуляторах и микрокомпьютером. Тот следит за усилиями велосипедиста и в нужный момент подключает ему на помощь двигатель.
Но вернемся к двигателю автомобиля.
Когда появился двигатель внутреннего сгорания?
Произошло это в середине восьмидесятых годов XIX века. Желание снабдить автомобиль необходимым ему мотором привело инженеров и конструкторов к следующей идее. Зачем сжигать топливо снаружи, подогревая котел с водой, в котором образуется пар, толкающий поршни машин? Не проще ли подавать смесь бензина с воздухом внутрь цилиндра двигателя, заставляя ее там сгорать, нагреваясь и расширяясь? Иными словами, заменить пар образовавшимися при сгорании газообразными продуктами.
Идея, безусловно, была очень перспективной. Но потребовалось немало стараний, чтобы научиться производить воздушно-бензиновую смесь, подавать ее строгими порциями в цилиндр двигателя, а также вовремя поджигать электрической свечой и выводить наружу отработавшие газы – выхлоп. Двигателю предстояло стать весьма слаженно работающей системой, состоящей из большого количества деталей. Всего этого удалось достичь, более того, несмотря на все усовершенствования, двигатель внутреннего сгорания в принципе сохранил свои черты до наших дней. В миллионах автомобилей стучат подобные двигатели.
Довольно скоро после описанного типа двигателя появился его собрат – дизель. Дело в том, что конструкция бензинового двигателя не позволяла столь же эффективно использовать иные, более тяжелые сорта горючего, полученного из нефти. В дизельном же двигателе происходил поджиг топлива не с помощью электрической искры, а за счет сильного сжатия и разогрева воздуха в цилиндре. Когда в него под большим давлением впрыскивалась порция топлива, то оно из-за высокой температуры воспламенялось само. А дальше работа шла по уже известному сценарию: горячие газы стремились расшириться и толкали поршень.
Дизели взяли на себя тяжелую работу по перемещению большегрузных автомобилей – самосвалов, грузовиков, крупных автобусов. Стоят они внутри танков и тракторов, крупных судов. Впрочем, сфера их применения одним транспортом отнюдь не исчерпывается.
Эти две разновидности двигателей внутреннего сгорания в течение XX века определяли, с одной стороны, развитие автомобилестроения, с другой – загрязнение окружающей среды.
Что только не предложено на замену портящим воздух продуктам нефтепереработки! Спирт, соевое масло, метанол… Время от времени возрождается интерес к двигателю внешнего сгорания, способному работать на жидком топливе и даже на измельченном в пыль каменном угле, – полагают, что он даст меньше вредных выбросов. Проектируют двигатели на водороде, пытаясь свести к минимуму опасность его взрыва…
И все же именно эта проблема поставила производителей автомобилей перед необходимостью искать какие-то новые решения, иначе столь привычное нам средство передвижения станет нашим главным экологическим противником.
Станет ли автомобиль «чистоплотным»?
В середине нашего века немецкому изобретателю-самоучке Феликсу Ванкелю удалось создать двигатель без обычных цилиндров и поршней – порции топлива сгорали так, что сразу производили вращение вала. В разработку нового – роторного – двигателя были вложены миллиарды долларов. Тем не менее за прошедшие уже десятки лет не удалось преодолеть два его недостатка – большое потребление бензина и слишком токсичные выхлопы. Ведущие автомобильные компании прекращают выпуск машин с роторными двигателями, надежды на них не оправдались.
Как же создать экологически чистый автомобиль? Прежде всего, наверное, стоит усовершенствовать существующие конструкции. А именно: постараться уменьшить расход топлива, само топливо сделать более приемлемым с точки зрения чистоты выхлопов, а уж получающиеся выхлопы доочищать. Нужно позаботиться о снижении сопротивления воздуха, ведь оно при больших скоростях современных автомобилей отбирает огромную долю затрачиваемой энергии. Можно использовать новые, например, керамические материалы для двигателей, что повысит их коэффициент полезного действия (из-за достижения более высоких температур) и приведет к экономии топлива и уменьшению загрязнения.
Подключение к решению таких задач компьютерной техники дало ощутимые плоды. Так, в 1996 году в Японии был разработан автомобиль, превосходящий по своим экологическим параметрам все известные машины с двигателем внутреннего сгорания. Его создатели использовали в качестве горючего природный газ и добились того, что воздух из выхлопа шел чище, чем во многих промышленных городах!
С 2012 года выпускаются экологичные электро мобили. Они заряжаются от обычной электросети.
Разные усовершенствования делают машину более дорогой, что сдерживает внедрение других разработок, например таких, как газотурбинные двигатели, электромобили, инерционные и солнечные двигатели. В каждой из этих областей сделаны сотни изобретений, получены обнадеживающие результаты, однако двигатель внутреннего сгорания капитулировать не хочет.
Во Франции, где покупать электромобили помогает государство, их отнюдь «не расхватывают», потому что по скорости, дальности пробега и удобству обслуживания наши обычные автомобили пока еще превосходят новинки. Но когда-нибудь экология все-таки вынудит людей отказаться от загрязняющих окружающую среду машин, и автостроители сумеют перестроить систему рекламы и автосервиса таким образом, что автолюбитель станет охотней приобретать достижения новой техники.