Светофор
ПЕРЕД НИМ ВСЕ РАВНЫ
Американский изобретатель Морган, запатентовавший в 1922 году светофор собственной конструкции, написал: "Назначение изделия состоит в том, чтобы сделать очередность проезда перекрестка независимым от персоны автовладельца"! Коротко и ясно.
Днем рождения светофора считают 10 декабря 1868 года. Автомобилей нигде в мире еще нет: г‑н Карл Бенц пока что занят постройкой своего первого… велосипеда! И даже Шерлок Холмс еще не познакомился с доктором Ватсоном. Но именно в это время в Лондоне, возле здания Британского Парламента, появилось необычное устройство, удивляющее как пешеходов, так и извозчиков. Первый светофор имел два семафорных крыла, которые поднимались или опускались, а в темное время суток вращающийся газовый фонарь подавал сигналы красного или зеленого цвета… Таким образом, депутаты Парламента стали первыми жителями Земли, которые могли переходить улицу на законных основаниях, не опасаясь попасть под лошадь.
Тот, первый светофор управлялся полицейским. И только спустя 42 года в Чикаго разработали и запатентовали автоматическую систему светофоров, способную переключаться самостоятельно. А еще через пару лет на свет появился первый электрический светофор с двумя круглыми сигналами красного и зеленого цвета. Прошло еще два года, и в американском Кливленде установили четыре электрических светофора, которые при переключении издавали звуковой сигнал. Любопытно, что переключались они вручную.
У нас первый светофор появился в Ленинграде (так тогда назывался Санкт-Петербург) 15 января 1930 года. Второй светофор появился в Москве, третий - в Ростове-на-Дону. Любопытно, что поначалу использовались светофоры в виде циферблата часов, по раскрашенным секторам которых двигалась стрелка! Стрелочные светофоры были удобны тем, что наглядно показывали, сколько времени осталось командовать тому или иному сигналу. Однако они были плохо видны и потому вскоре уступили место своим "коллегам", оснащенным лампочками вместо стрелок.
Светодиод - это современный электронный источник света. Светодиоды служат гораздо дольше лампочек, умеют мгновенно включаться и выключаться, обладают высокой яркостью и чистотой цвета. Вместо одной электрической лампы внутри каждой светофорной секции устанавливают набор светодиодов, поэтому даже в случае поломки часть из них все равно будет работать. Одним из первых городов мира, который полностью перешел на светодиодные светофоры, стала Москва.
Люди, страдающие дихромазией, различают цвета главным образом по их яркости - они способны отличать в спектре лишь теплые тона (красный, оранжевый, желтый) от холодных (зеленый, синий, фиолетовый). Именно поэтому была установлена строгая последовательность огней светофора по цвету: красный вверху, зеленый внизу и желтый посредине.
Свеча зажигания
ПОСТАВИТЬ СВЕЧКУ
Чтобы бензиновый двигатель внутреннего сгорания начал работать, необходимо подать в него смесь бензина с воздухом, затем сжать ее и в нужный момент поджечь. Во всех современных бензиновых моторах такую смесь поджигает искровой разряд - эдакая маленькая молния, которую создает катушка зажигания. А чтобы эта молния била именно туда, куда нужно, в двигатель как раз и устанавливают свечи зажигания.
Свеча выглядит очень просто. Основных элементов всего три: два электрода и изолятор. Когда свечу устанавливают на двигатель, ее электроды оказываются в так называемой камере сгорания, куда и подается смесь бензина с воздухом. В нужный момент искровой разряд проскакивает между электродами и поджигает эту смесь. Напряжение, которое необходимо, чтобы пробить промежуток между электродами, зависит от расстояния между ними и формы электродов, а также от давления в камере сгорания. Чем больше расстояние и чем выше давление, тем труднее создать искровой разряд.
ХОЛОДНЫЕ И ГОРЯЧИЕ
Все свечи имеют разную конструкцию - поэтому в одних и тех же условиях их температуры будут разными. Горячими свечами условно называют те, которые сильно нагреваются даже при малых потоках тепла - такие применялись на древних моторах. Холодные свечи нагреваются гораздо меньше - их конструкция и примененные материалы более современные. Если по ошибке поставить на двигатель слишком горячую свечу, то он не выдаст полную мощность. Слишком холодная, напротив, приведет к тому, что в пробках ее поверхность быстро загрязнится и мотор может заглохнуть.
БЕЗ ЭЛЕКТРОДОВ
Недавно стало известно, что фирмы AVL (Австрия) и CTR (Англия) разработали новейшую систему зажигания, где поджигать смесь в двигателе будут не катушка со свечой, а луч лазера. Это должно снизить вредные выбросы мотора, сделать его более экономичным и увеличить мощность. Возможно, что в таком двигателе исчезнут не только электроды свечи, но и сама свеча…
Первые образцы свечей были запатентованы в 1860 году Жаном Жозефом Ленуаром. Но никаких искр там не было: зажигание смеси происходило от контакта с раскаленной поверхностью платиновой трубки, через которую шел ток.
Стартер
А СЛАБО КРУТАНУТЬ!
Чтобы двигатель автомобиля (неважно, бензиновый или дизельный) заработал, недостаточно подать в него топливо - сначала его нужно как бы "подтолкнуть", помогая сделать первые обороты. Поэтому древние авто пускали специальной заводной рукояткой - у многих она постоянно торчала спереди. Ее нужно было крутить при каждом пуске мотора - ну очень неудобно. И лишь в 1912 году на "Кадиллаке" появился специальный электромотор, который по команде водителя раскручивал двигатель безо всяких рукояток. Его и назвали стартер. Впоследствии стартерами стали оснащать все автомобили без исключения.
Первоначально стартер пускали отдельной ножной педалью - далеко не каждый современный водитель справится с такой задачей… Современные стартеры управляются электричеством и не требуют никаких специальных умений. Сел за руль, нажал кнопку или повернул ключ - и все.
ЧТО ТАКОЕ КРИВОЙ СТАРТЕР?
Есть такая старая шоферская загадка-шутка: что у плохого водителя всегда блестит, а у хорошего ржавеет?
Современный водитель вряд ли ее разгадает: ведь речь снова идет о рукоятке, которая помогает "подтолкнуть" перед пуском двигатель. С появлением электрических стартеров эта рукоятка перекочевала в багажник автомобилей, где хранилась вместе с прочим инструментом. Вдруг стартер заупрямится или аккумулятор откажется его крутить - вот здесь-то и поможет старый способ пуска двигателей. Поэтому рукоятку и прозвали кривым стартером.
В нынешних автомобилях кривые стартеры уже не используются. Действительно: все узлы стали более надежными, инструмент из багажника исчез, да и металл надо экономить. К тому же, как вставить рукоятку в двигатель, который стоит поперек моторного отсека?
"Не было никаких признаков, указывавших на систему двигателя этой машины. Для всех было ясно одно: он не выделял ни дыма, ни пара, никакого запаха… Отсюда следовало, что эта машина приводилась в действие электричеством и аккумуляторы ее, неизвестного типа, заключали в себе, так сказать, неиссякаемые запасы энергии".
Жюль Верн "Властелин мира"
Незнайка повернул ключик на щитке приборов автомобиля и нажал ногой на педаль стартера. Стартер взвизгнул, словно заскреб по железу, и мотор застучал, работая на холостом ходу.
Н. Носов "Незнайка в Солнечном городе"
Топливо
ГОРИ ОНО ОГНЕМ!
Энергию, чтобы работать, все двигатели внутреннего сгорания получают от сжигания топлива - обычно это бензин, дизельное топливо или газ.
Основных недостатков у всех этих топлив два. Во‑первых, их сгорание очень сильно загрязняет вредными выбросами природу. А во‑вторых, и нефтепродукты, и газ мы постоянно забираем из недр Земли, да так быстро, что их запасы подходят к концу.
ТРОСТНИК, НАВОЗ И ВОДОРОД
Хорошо бы подобрать топливо, которое было бы и недорогим, и экологически чистым. Сегодня известны четыре более-менее подходящих варианта: биоэтанол, биодизель, биогаз и водород.
Биоэтанол изготавливают из кукурузы или из сахарного тростника - в основном этим занимаются в США и в Бразилии. Выбросы вредностей сокращаются, но сгорание биоэтанола дает втрое меньше энергии, чем бензин. Кроме того, для массового перехода на это топливо придется засеять кукурузой или тростником огромные площади - сегодня это нереально.
Биодизель - это смесь дизельного топлива с продуктами из растительного масла (рапс, соя или подсолнечник). Выбросов становится меньше, но мощность падает, а массовое производство почти невозможно. Кроме того, такое топливо не может храниться долго и начинает разлагаться.
Биогаз - это то, что получают при переработке различных видов отходов: сельскохозяйственных, пищевых, навоза и другого мусора. Состоит он из метана и углекислого газа. Такое топливо снижает выброс вредностей, но проигрывает бензину по энергоемкости. Кроме того, для использования в автомобилях такой газ потребует тяжелых баллонов.
Водород хорош тем, что при его сгорании должна выделяться только вода. И все бы хорошо, но… где его взять? В природе в чистом виде его нет, а производство получается очень дорогим и совсем не экологически чистым. А для хранения в автомобиле, опять-таки, потребуются либо баллоны, выдерживающие большое давление, либо баки, рассчитанные на температуру в минус 250 °C. Наконец, при сгорании водорода в выбросах появляются окислы азота, поскольку его слишком много в воздухе.
ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА
Идеальный источник энергии - Солнце. Более того, если задуматься, то именно Солнце. Но существующие сегодня солнечные батареи настолько слабые, что реально могут приводить в движение только легкие повозки, больше напоминающие велосипед. А любое облачко, закрывшее Солнце, сработает для них как красный сигнал светофора…
Тормоза
КОЛОДКИ С КОЖЕЙ
Тормоз - это устройство для снижения скорости или остановки автомобиля. Если просто выключить двигатель, то автомобиль, конечно же, рано или поздно остановится сам, но именно тормоз позволяет водителю сделать это в нужное время и в нужном месте.
Когда основным "мотором" была лошадь, то она лихо разгоняла повозку, но не всегда знала, как ее остановить: тяжелый груз по инерции "напирал" сзади, грозя аварией. Поэтому ей помогали несложные механизмы: деревянные колодки, иногда обитые кожей, давили на обод колеса, затормаживая его.
На первых автомобилях колеса также тормозились именно колодками, обитыми кожей. По мере того, как машины становились все более мощными и быстрыми, механизмы "умнели", но идея осталась прежней: когда водитель нажимает на педаль тормоза, то специальные тормозные колодки также "захватывают" колесо, замедляя его вращение. Точнее - не само колесо, а прикрепленный к нему барабан или диск.
ДИСКОВЫЕ ИЛИ БАРАБАННЫЕ?
Дисковые тормоза появились раньше, но их первые образцы ужасно скрипели и загрязнялись, а потому вскоре были вытеснены барабанными. Их колодки были спрятаны от грязи в барабанах и не скользили по их поверхности: словом - не капризничали. Именно это свойство позволило им дожить и до сегодняшних дней: барабанные тормоза используются по сей день в тех местах, где условия работы особенно тяжелые - например, там, где нормальных дорог до сих пор нет. Зато в остальных случаях дисковые тормоза смогли "отыграться": их механизм стал проще, дешевле и компактнее, при этом он хорошо охлаждается. На большинстве легковых автомобилей сегодня используют дисковые тормоза.
СПЕРЕДИ ИЛИ СЗАДИ?
Самые первые автомобили, как правило, имели только задние тормоза. Позже выяснилось, что передние тормоза не только не опасны, но даже более эффективны. В итоге, начиная с середины двадцатых годов ХХ века тормозами стали снабжать все колеса - и передние, и задние. И если поначалу передние тормоза могли управляться ножной педалью, а задние - ручным рычагом, то вскоре даже на дешевых моделях привод от одной педали стал нормой.
Стояночный тормоз еще часто называют ручным. Он не позволяет автомобилю, стоящему на крутой горке, пуститься в самостоятельное "путешествие". Раньше стояночный тормоз включали специальным рычагом, но уже появился и электромеханический - потому водителю для его включения достаточно нажать кнопку.
Керамические дисковые тормоза автомобиля Bugatti Veyron со спиральными каналами охлаждения могут выдерживать температуру 1800 °C. Их стоимость превышает цену автомобиля "Фольксваген-Гольф".
Фильтр
ОЧИСТИТЬ МАСЛО, ВОЗДУХ, БЕНЗИН
Задача любого фильтра - задерживать примеси, которые вредят работе машины или здоровью людей. Если бы технические жидкости, которые используются в автомобиле (тормозная, охлаждающая, моторное масло), а также окружающий нас воздух были идеально чистыми, то, наверное, никакие фильтры не потребовались бы. Но об этом даже не приходится мечтать, а потому обходиться без фильтров автомобиль не может.
Больше всего хлопот с очисткой моторного масла. При работе оно не только смазывает и охлаждает мотор, но и вымывает из него продукты износа и неполного сгорания топлива. Вся эта грязь скапливается в масляном фильтре. Очисткой воздуха, который засасывает двигатель, занимается воздушный фильтр. Наконец, топливный фильтр задерживает посторонние частицы, которые пытаются проникнуть в цилиндры двигателя вместе с бензином или дизельным топливом.
А КАК ЖЕ ЛЮДИ?
Любопытно, что почти столетие автомобильные фильтры заботились только о технике! Только когда машин на улицах стало так много, что люди начали задыхаться в пробках, инженеры поняли: воздух в салоне автомобиля тоже нужно очищать. Первым серийным автомобилем с таким "очистителем воздуха" стал "Мерседес" S-класса (Mercedes W140) в 1991 году. Фильтр улавливал разнообразный мусор - от пыльцы растений до остатков резины, оставляемых на дорогах шинами. Сегодня салонные фильтры - обычная принадлежность большинства автомобилей.
ВСЕ ЛИ УМЕЮТ ФИЛЬТРЫ?
Нет, пока не все. Например, салонные фильтры пока что не ставят заслон угарному газу (СО) - самому опасному в городском воздухе. К сожалению, красивого технического решения этой задачи пока нет: вот почему в большинстве стран постоянно ужесточают экологические требования к автомобилям.
Первый масляный фильтр появился в авиации: его роль играла металлическая сетка на маслозаборнике! Она хоть как-то защищала мотор от попадания внутрь твердых частиц.
Два угонщика из штата Луизиана попались довольно быстро: их нашли по следу, длиной 20 км. След состоял из… пончиков, которые на протяжении всего пути вываливались из кузова.
Шина
СТАРШЕ АВТОМОБИЛЯ
Шину изобрели в… 1845 году! На улицах еще нет автомобилей, а англичанин Роберт Томсон - первый создатель пневматической шины - получает патенты на родине, во Франции и в США. Понятно, что он искал способ повысить плавность хода конных повозок и тем облегчить работу лошадкам, но - увы: изобретение не вызвало восторга и вскоре забылось как ненужное…
А вот Джону Данлопу, получившему аналогичный патент через сорок с лишним лет, в 1888 году, повезло больше: его идеи получили признание, а имя Данлопа поныне носит старейшая в мире шинная компания. Дело в том, что он сумел организовать промышленное производство шин, и люди на практике оценили их преимущества перед жесткими колесами телеги!
Долгое время внутрь каждой шины вставляли резиновую камеру, которую и накачивали воздухом. Наружная же часть шины называлась покрышкой. В настоящее время практически все шины делают бескамерными, однако слово "покрышка" сохранилось - так часто называют любые шины.
ДИАГОНАЛЬНЫЕ, РАДИАЛЬНЫЕ, ШИПОВАННЫЕ
Основа шины - так называемый корд: очень прочный слой из упругих текстильных или металлических нитей. В радиальных шинах нити корда расположены вдоль радиуса колеса, а в диагональных крест-накрест под углом к нему. Радиальные шины долговечнее, легче катятся и потому обеспечивают меньший расход топлива; диагональные жестче и более выносливы к повреждениям.
Шипы в шинах понадобились для повышения безопасности езды по льду и плотному снегу. Однако на сухом или влажном асфальте такие шины скорее вредны, чем полезны: они хуже тормозят, шумят и портят дорожное покрытие. Поэтому там, где дороги регулярно чистят, в холодное время года лучше использовать зимние нешипованные покрышки.