Антифриз
КАК ПУСТИТЬ ДВИГАТЕЛЬ ЗИМОЙ?
Когда-то зимний пуск мотора представлял собой целый ритуал: вскипятить дома ведро кипятка, открыть капот и залить горячую водичку в радиатор. А вечером - обязательно слить ее, иначе мороз скажет свое слово - вода, превратившись в лед, расширится и легко порвет двигатель на куски! Теперь бегать с ведрами не надо: сел в машину, пустил мотор и поехал. Почему? Потому что вместо воды в систему охлаждения заливают незамерзающую жидкость - антифриз.
Что охлаждает лучше: вода или антифриз? Вода, конечно же! Но, к сожалению, на морозе она замерзает, а выше сотни градусов не нагревается, превращаясь в пар. А вот антифризы легко выдерживают как отрицательные температуры, так и нагрев выше 100 °C.
СЛОЖНО ЛИ ПРИГОТОВИТЬ АНТИФРИЗ?
Да, сложно. Простейший антифриз получается при смешивании воды со спиртом, называемым этиленгликолем. Такая смесь не боится мороза, превращаясь не в ледяную глыбу, а в своеобразную кашу с мелкими кристалликами льда. Бывалые владельцы когда-то так и поступали. Но все это годилось только для совсем старых машин с чугунными моторами и латунными радиаторами. А вот когда под капотами обосновался легкий алюминий, выяснилось, что горячий раствор этиленгликоля быстро разъедает радиаторы, интенсивнее всего - их тонкостенные трубки. Антифризы пришлось усложнять, вводя специальные добавки: сначала неорганические соли, а позднее кислоты со сложными названиями. Поэтому приготовить современный антифриз в домашних условиях практически невозможно.
Первый в истории России железнодорожный вагон с холодильной установкой был изобретен и построен специально для того, чтобы возить свежих устриц из Севастополя к столу Его Императорского Величества.
Чем отличается "тосол" от антифриза? Тем же, чем щука отличается от рыбы! "ТОСОЛ" - это название одной из первых охлаждающих жидкостей, появившихся в нашей стране с приходом "Жигулей" в 70‑х годах прошлого века. Первые буквы названия взяли из таблички на двери лаборатории "Технологии органического синтеза", а окончание "ОЛ" позаимствовали у химиков - этанол, метанол и т. п. Таким образом, ТОСОЛ - это просто один из антифризов, а вовсе не какая-то особенная жидкость.
Впрыск
ЗАЧЕМ ОН ПОНАДОБИЛСЯ?
Впрыск топлива известен давно, но применялся в основном на дизельных двигателях. Особенность этих моторов такова, что рабочая смесь воспламеняется при соприкосновении частиц топлива с раскаленным от сжатия воздухом. А как подать в цилиндры топливо, чтобы не выпустить сжатый воздух наружу? Только под давлением -то есть впрыснуть. В бензиновых двигателях задача была проще. Смесь бензина и воздуха засасывалась в цилиндры двигателя под разрежением и только потом поджигалась там электрической искрой. Почти столетие эту смесь готовили механические устройства - карбюраторы. Однако, когда конструкторам понадобилось не только повысить мощность моторов и снизить расход топлива, но главное - резко уменьшить выброс вредных веществ, выяснилось: возможности карбюратора исчерпаны. Одним из первых легковых автомобилей, в котором бензин впрыскивался под давлением (правда, не в цилиндр, а во впускной трубопровод), стал знаменитый "Мерседес" (Mercedes 300SL Gullwing). Необычная машина, двери которой поднимались вверх, увидела свет в 1955 году - ее часто называют "Крыло чайки".
КОГДА ИСЧЕЗЛИ КАРБЮРАТОРЫ?
Первые системы впрыска были механическими, а потому невольно наследовали недостатки карбюраторов. Впрыск нуждался в электронике - такая система появилась на свет только в 1967 году. Одним из первых ее примерил "Фольксваген" (Volkswagen 1600).
С развитием электроники системы впрыска становились все точнее и в конце концов изжили карбюраторы. Так, в США продажи новых автомобилей с карбюраторными моторами прекратили еще в 1990 году. Покупатели же со временем оценили разницу: впрыск упростил пуск моторов, снизил расход топлива, улучшил динамику машины и практически не нуждается в обслуживании.
КАКИЕ СИСТЕМЫ ПРИМЕНЯЮТ СЕГОДНЯ?
В основном две: распределенный и непосредственный. В распределенном топливо подается на вход каждого из цилиндров, в непосредственном - сразу в цилиндр. Системы распределенного впрыска проще по исполнению, зато непосредственный позволяет экономить больше топлива и заметнее увеличивать мощность. Однако из-за особенностей процесса и аппаратуры он более требователен к чистоте бензина, что сдерживает более широкое применение такой системы. И все же специалисты немецкой фирмы "Бош" полагают, что через три года непосредственный впрыск появится на каждом пятом бензиновом моторе.
Еще в 1965 году велись активные разработки системы впрыска бензина для установки на двигатели автомобилей "Волга" ГАЗ‑21. Несколько работоспособных экземпляров прошли испытания в автопробегах и на полигоне. Однако до серийного производства такие двигатели не добрались.
Двигатель
ЧЕГО НЕ УМЕЕТ ТЕЛЕГА
Автомобиль отличается от телеги тем, что может ездить самостоятельно. Лошадь ему не нужна: взамен у автомобиля есть двигатель. На первых автомобилях, как правило, стояли паровые двигатели. Так, в России, на Урале, Аммос Черепанов построил "парового слона", который около 20 лет перевозил руду в районе Нижнего Тагила. Однако паровики оставались тяжелыми и громоздкими, а потому мир они не покорили.
ВНУТРЕННЕЕ СГОРАНИЕ
В 1860 г. Бельгиец Жан-Этьен Ленуар сконструировал двигатель, работавший на светильном газе с зажиганием от электрической искры. Это был первый в мире двигатель внутреннего сгорания - сжатое топливо, поджигаемое искрой, сгорало внутри него, а часть выделившегося при этом тепла заставляла его работать. А в 1885 г. немец Бенц поставил подобный двигатель на свою трехколесную повозку.
Основным топливом для двигателей внутреннего сгорания стал бензин: в отличие от светильного газа, он сгорает быстро и почти полностью. При работе смесь бензина с воздухом поджигается искровым разрядом. А вот немецкий изобретатель Рудольф Дизель загорелся идеей создать двигатель внутреннего сгорания, который мог бы работать без искрового зажигания. Сжимать в нем нужно не горючую смесь, а только воздух: он нагреется при этом настолько, что сам воспламенит впрыскиваемое внутрь топливо. Первый такой двигатель появился в 1897 году. Дизельные двигатели используют топливо, которое дешевле бензина, при этом они экономичнее.
СКОЛЬКО ЛОШАДЕЙ В ЛИТРЕ?
В моторе может быть разное число цилиндров. Цилиндр - это, грубо говоря, небольшой самостоятельный двигатель. Когда один цилиндр еще только наполняется топливом, другой уже работает - чем больше цилиндров, тем равномернее работает мотор. В современных автомобилях чаще всего используют двигатели с числом цилиндров от 3 до 8.
Основные характеристики двигателя - мощность, а также суммарный объем его цилиндров (литраж). Искусство разработчика двигателей заключается в умении получить с каждого литра максимально возможную мощность - так называемую литровую мощность. Литраж первого "Бенца" равнялся 1,7 литра, а мощность - около 3 лошадиных сил. Для сравнения: мощность современного "Вольво‑S80" при объеме 2,5 литра составляет 231 л. с.
"Чтоб мощность была побольше, в машине делают несколько цилиндров. У меня, например, четыре цилиндра, но бывают и восьмицилиндровые. Машина может работать и на бензине, но от бензина в воздухе остается не очень приятный запах. От спирта же никакого запаха не остается. А то есть машины, которые работают на мазуте, так те - фу-у!"
Н. Носов "Незнайка в Солнечном городе"
Гибридный авто
БЕНЗИН ПЛЮС ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Вообще-то гибридизация - это выведение новых, улучшенных пород различных растений или животных, когда от каждой исходной берут что-то лучшее. Пример из ботаники - гибрид вишни и черешни. Тот же прием используют и в технике.
Бензиновый двигатель плох тем, что загрязняет своими "отходами" природу. К тому же нефти (да и газа) в толще Земли осталось уже совсем немного. Электрический двигатель, напротив, ничего не загрязняет, но энергии аккумуляторов, которые его питают, хватает ненадолго. А что, если оборудовать автомобиль сразу двумя двигателями: бензиновым и электрическим?
ЧЕМ ХОРОШ ГИБРИД…
Во‑первых, такой автомобиль, попавший в городскую пробку, перестает портить воздух: ведь электромотор ничего не выделяет в атмосферу. Во‑вторых, в городском режиме езды экономит топливо. Если обычный автомобиль при каждом торможении переводил всю накопленную энергию движения в нагрев тормозов (по сути - выбрасывал!), то гибрид при этом подзаряжает свои аккумуляторы: не пропадать же добру. Кстати, примерно так же работают электровозы и трамваи.
…И ЧЕМ ПЛОХ?
Загибаем пальцы. Гибридный автомобиль гораздо дороже и сложнее обычного. Его аккумуляторы не любят морозов, служат недолго, а весят очень много. Если включить печку или кондиционер, то без помощи бензинового мотора не обойтись: энергии батарей просто не хватит. Но самое обидное состоит в том, что реальный выигрыш от таких автомобилей гораздо меньше, чем нам всем хотелось бы. Единственный заметный плюс - это возврат накопленной энергии при частых торможениях: чисто бензиновые моторы не умеют возвращать бензин обратно в бак, а вот электричество - пожалуйста. Но стоит выехать на загородное шоссе, как выясняется: выигрыша нет. Тормозить там приходится редко, а законы физики никто не отменял: расход топлива будет даже побольше, чем на обычных автомобилях. Машина-то - тяжелая…
Еще один серьезный минус касается не только гибридных, но и любых электрических автомобилей. Возможность подзарядки батарей от сети - это, конечно, хорошо, но откуда берется энергия в электрической розетке? К сожалению, с тепловых электростанций, сжигающих все подряд: главные поставщики электричества сегодня именно они. А если так, то и выбросы в атмосферу особенно не уменьшатся: разве что переедут из одного района в другой…
Дворники
СКРЕБОК С МОТОРЧИКОМ
Правильное название этих устройств - стеклоочистители. Именно стеклоочистители очищают ветровое стекло автомобиля от дождя и снега, пыли и грязи. Но уж больно они напоминают своими движениями дворников с метлой в руках: туда-сюда, туда-сюда… Вот название и "приклеилось".
Сегодня без "дворников" ездить невозможно. Но на первых автомобилях их не было. Зачем дворники автомобилю, у которого и стекол-то нет? Да и крыши, в общем-то, тоже… В 1903 году американка Мэри Андерсон ехала в трамвае и заметила, что вожатому пришлось открыть переднее окно: налипающий снег сильно затруднял видимость. Предприимчивая девушка придумала простейшее устройство, позволяющее управлять щеткой-скребком из автомобиля, и даже получила на него патент. Курьез в том, что когда она попыталась продать изобретение одной канадской компании, ей отказали, заявив, что забавное устройство не будет коммерчески успешным. Однако уже через десяток лет стеклоочиститель стал стандартным оборудованием автомобиля.
Первые стеклоочистители имели ручной привод. Позднее их стали подсоединять непосредственно к двигателю автомобиля, но это оказалось неудобно: скорость дворников менялась в зависимости от режима езды. Поэтому очень скоро стеклоочистители получили персональный электропривод. Любопытно, если раньше один моторчик управлял движением обоих дворников, соединенных друг с другом механической тягой, то в современных авто каждый из дворников приводится в действие собственным мотором! Такая конструкция занимает меньше места, а работать синхронно моторчики заставляет электронный блок управления. Туда-сюда, туда-сюда…
После принятия горячего душа зеркало в ванной запотевает. Испанская дизайн-студия Causas Externas разработала прикольный способ быстро очистить зеркало - в его угол прикрепляется автомобильный дворник. В настоящий момент в продаже имеется два варианта зеркал: маленькое - 50х45 см с одним дворником и большое - 70х50 см с двумя дворниками. Все дворники хромированные.
В царском Петербурге дворники не просто подметали прилежащие территории. На них возлагали ответственность за поддержание порядка: дворникам выдавалась форма и свисток, они активно сотрудничали с городовым, имели право останавливать подозрительных лиц.
Зажигание
КАТУШКА ДА СВЕЧА
Чтобы бензиновый двигатель работал, смесь бензина с воздухом нужно периодически сжимать, а затем поджигать: образущийся при сгорании газ расширяется и совершает полезную работу.
Система зажигания принципиально не изменилась со времен первых автомобилей, оттого ее нередко именуют классической. Главным элементом по-прежнему служит катушка зажигания с двумя обмотками - первичной и вторичной. Первичная содержит гораздо меньше витков, чем вторичная, но намотана она более толстым проводом. Если подключить ее к аккумулятору, то при замыкании - размыкании цепи во вторичной обмотке появится высокое напряжение - примерно 30 тысяч вольт. Это напряжение подается на свечи зажигания, которые воспламеняют горючую смесь внутри цилиндров двигателя.
НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫЕ КОНТАКТЫ
Десятками лет первичную цепь катушки замыкал и размыкал механический контакт - прерыватель. Система была очень простой, но требовала периодического обслуживания: контакты загрязнялись и изнашивались. Кроме того, когда разработчикам новых моторов понадобилось увеличить энергию искрового разряда, выяснилось, что ни один механический прерыватель не выдерживает повышенного тока. Поэтому с появлением новых катушек зажигания на смену механике пришли так называемые электронные ключи. В нашей стране бесконтактные системы зажигания с повышенной энергией разряда впервые появились на автомобилях ВАЗ‑2108 и ГАЗ‑24–10.
В примитивных системах моментом подачи искры в двигатель управляли простейшие механические устройства, отслеживавшие только частоту вращения двигателя. Точность их работы была невысока. Кроме того, настойчивое желание сделать двигатель экономичнее, а его выхлоп - чище вынудило инженеров учитывать ряд других параметров: так называемую детонацию, температуру, нагрузку мотора и т. п. В результате управление зажиганием взял на себя компьютер, обрабатывающий сигналы от различных электронных датчиков. А отдельная система зажигания просто исчезла из-под капота.
"- А твоя машина тоже на газированной воде? - спросил Незнайка.
- Нет, моя на спирту. В цилиндр, понимаешь, засасываются пары спирта и поджигаются электрической искрой. Пары, сгорая, расширяются и толкают поршень, а поршень вертит колеса".
Н. Носов "Незнайка в Солнечном городе"
Источники света
ЛАМПЫ И ИХ РОДСТВЕННИКИ
Путь первым машинам освещали примитивные фонари с восковыми свечами или керосиновыми горелками внутри - как на конных экипажах. Затем появились газовые фонарики - более яркие, но неудобные в пользовании. А вот электрические лампочки поначалу никак не хотели приживаться на автомобилях: угольная нить быстро перегорала, аккумуляторы разряжались. И только когда машины оснастили генераторами, а угольную нить сменили на вольфрамовую, автомобили перешли на электрический свет.
Сегодня используют три основных источника света: лампы - так называемые галогенные и газоразрядные, а также светодиоды.
Галогенная лампа - это, в общем-то, привычная нам лампа накаливания с нитью из тугоплавкого металла - вольфрама, которая используется практически повсюду - и дома, и в учреждениях. Но внутри колбы находится газовая смесь, которая "ловит" испаряющийся вольфрам и возвращает его, тем самым восстанавливая лампу, продлевая срок ее службы. Современная галогенная лампочка в фаре служит примерно 500 часов.
Газоразрядная лампа (чаще ее называют "ксеноном") вообще не имеет нити накаливания! В ней светится электрическая дуга, возникающая между электродами под высоким напряжением. Световой поток "ксенона" выше, чем у галогенок. Срок службы - примерно 3000 часов. Но цена гораздо выше, чем у обычных лампочек. К тому же нельзя просто выкрутить из фары галогенную лампу и вставить вместо нее газоразрядную - ей нужны как специальные фары, так и внешний блок питания.
Светодиод - полупроводниковый прибор, который излучает свет при прохождении тока. Он срабатывает гораздо быстрее традиционной лампочки, потребляет меньше энергии, отличается фактически неограниченным сроком службы и минимальными размерами. Но пока светодиоды используют в фарах лишь нескольких моделей - например, "Ауди-R8" и "Ниссан-Лиф". Причина - огромная на сегодня цена. Кроме того, выяснилось, что светодиодные фары требуют обязательного охлаждения, а их стекла при этом… запотевают!
Еще появляются сообщения про лазерные фары. Их поверхность покрыта люминофором - веществом, преобразующим поглощаемую им энергию в световое излучение. Луч лазера будет с бешеной скоростью носиться по ней, заставляя светиться - трудно сказать, окажется ли такая фара лучше обыкновенной. Тем более, что серийных конструкций пока не существует.
"Закончив свою работу, Фергюссон стал посреди корзины и, взяв в каждую руку по проводнику с угольками, сблизил их концы.
И вдруг яркий, ослепительный, невыносимый для глаз свет вспыхнул между остриями угольков. Огромный сноп электрического света прорезал ночной мрак.
- Ах, сэр! - вырвалось у Джо.
- Ни слова! - прошептал доктор".
Жюль Верн "Пять недель на воздушном шаре"
Климат-контроль
НИ ХОЛОДНО, НИ ЖАРКО
Человек всегда пытался создать вокруг себя благоприятный климат. Но понизить температуру окружающего воздуха во все времена было гораздо труднее, чем повысить. Физик объяснит просто: для него нагрев - это наведение беспорядка в микрочастицах, а вот охлаждение - напротив, сродни генеральной уборке. А наводить порядок всегда гораздо тяжелее, чем нарушать его!
В Древнем Египте рабы обмахивали пористые кувшины с водой: та испарялась, охлаждая помещение. В Персии с той же целью шатры накрывали мокрым войлоком. Но только с развитием техники появились настоящие аппараты для охлаждения воздуха - кондиционеры.