1. История создания парового двигателя
Принцип работы парового двигателя был изобретён в 18 столетии. О движущей силе пара люди знали за век до того, как Джеймс Уатт изобрёл надёжный и дешёвый источник энергии - универсальный поршневой двигатель. Со временем менялось топливо, но принцип силы пара был неизменен. Одним из первых попытался воспользоваться этой силой французский физик Дени Папен. Он пришёл к идее паро-атмосферного двигателя, представлявшего собой цилиндр с поршнем, поднимающимся под давлением пара и опускающимся при его конденсации. Однако создать работоспособное устройство у Папена не удалось. В 1696 году английский инженер Томас Севери изобрёл паровой насос для подъёма воды (в 1707 г. насос Севери был установлен в Петербурге в Летнем саду). В 1705 году его соотечественник Томас Ньюкомен создал паровую машину для откачки воды из шахт. Ньюкомен в 1712 году усовершенствовал свою паровую машину, используя идеи Севери и Папена.
Но уже в 1765 году Джеймс Уатт сконструировал паровой двигатель, способный приводить в движение составы, корабли и станки. К 1784 году создание универсального поршневого двигателя было фактически завершено, и он стал основным средством получения энергии в промышленном производстве. В 1770 году французский изобретатель Никола Жозеф Кюньо сконструировал паровую повозку, «самодвижущийся экипаж» - предшественницу автомобиля.
Джеймс Уатт долго не мог улучшить свой универсальный паровой двигатель: не было станка, чтобы с точностью изготовить главные детали - цилиндр и поршень. Однако в этом ему помог другой изобретатель, Генри Модсли. Его механический суппорт: устройство для очень жёсткого и подвижного крепления резца, которым обрабатывают металлические заготовки на станке - помог Уатту в решении этой проблемы. Так же Генри Модсли сделал первую станочную линию для производства корабельных блоков, тем самым основав поточное производство. Это означало возникновение в XIX веке машиностроения - новой отрасли, быстро ставшей ведущей отраслью.
На звание изобретателя автомобиля могли в XIX веке претендовать 411 человек. Ныне можно утверждать, что честь изобретения и создания принадлежит двум немецким инженерам - Готлибу Даймлеру и Карлу Бенцу. Самое интересное, что они никогда не встречались, хоть и жили в 100 км друг от друга. Каждый из них в 1885 году независимо друг от друга сконструировал паровую машину и получил на неё патент.
Создали двигатель внутреннего сгорания в середине XIX века, когда на транспорте безраздельно господствовала паровая машина. В 1862 году французский инженер Альфонс Бо де Роша предложил идею четырёхтактного двигателя: обязательным моментом работы ДВС было предварительное сжатие рабочей смеси газа с воздухом. Осуществить его проект получилось только служащему из Кёльна - Николаусу Августу Отто в 1876 году. Он работал над созданием такого двигателя 15 лет, и ему удалось повысить КПД паровых машин, который в то время был ничтожно мал.
В течение нескольких лет Бенцу и Даймлеру пришлось заниматься усовершенствованием двигателя и повышением КПД. В результате Карл Бенц даже построил небольшой завод по производству газовых двигателей. В поисках более дешёвого и эффективного, чем светильный газ, топлива Готлиб Даймлер совершил поездку в Россию, где ознакомился с процессами переработки нефти. Один из её продуктов - лёгкий бензин, как раз подошёл условиям инженера: быстро и практически полностью сгорал, был удобен для транспортировки в отличие от газа или угля. Переход от газа к бензину в несколько раз увеличил число оборотов двигателя (до 900 об/мин)
Принцип работы поршневого двигателя в автомобиле заключается в следующем: сначала цилиндр заполняется горючей смесью (при подъёме поршня), затем поршень сдавливает жидкость, смесь воспламеняется от свечи, а затем поршень поднимается силой пара и цилиндр освобождается от продуктов сгорания. Такие двигатели называются четырёхтактными двигателями внутреннего сгорания. Есть двухтактные ДВС, но они из-за неполного сгорания топлива используются только на мотоциклах и моторных лодках - слишком много вредных примесей содержат выхлопные газы.
Разберёмся, в чём же заключается загрязнение окружающей среды. Во время четвёртого хода (такта) поршня из цилиндра высвобождаются продукты горения - выхлопные газы, заставившие поршень подняться и выпустить их. В основе своей эти выхлопы - не что иное, как пар. А пар вреда природе приносить не может. Но чистый пар может образоваться лишь при полном сгорании чистого бензина. Когда мы заправляем бак автомобиля, мы замечаем несколько разновидностей бензина - 76 (сейчас уже редко встречаемый), 92, 95 и 98. Эти цифры, так называемое «октановое число», есть процентный показатель бензина в смеси. Это значит, что от 2 до 10% выхлопные газы состоят из вредных примесей, которые, как раз, и загрязняют воздух. Есть ещё дизельное топливо, используемое грузовиками, автобусами и машинами с большим пробегом. Топливо состоит из солярового масла и газойля, которые сильнее бензина загрязняют воздух.
На выхлопные газы автомобилей приходится в городах до 80% всех вредных для природы выбросов. Чтобы снизить их количество, последнее время в автомобилях используют двигатели, в которых топливо сгорает гораздо полнее и эффективнее.
В нашей семье есть машина Hyundai Santa Fe. Это внедорожник, используемый для поездок на дачу, в соседние города (по работе) или в магазины, которые находятся сравнительно далеко от нашего дома. Внедорожник сам по себе расходует больше топлива, т.к. более мощный мотор, чем у легковых машин, требует больше бензина. Мотор нашего Hyundai использует 92 марку бензина.
В среднем наша машина потребляет 10л на 100км, поэтому за одну поездку тратится до 11 литров (на дорогу и обратный путь). В неделю расходуется по 40-60 литров, следовательно, за месяц около 200 л., а в год от 2400 до 3000 литров бензина. Эти цифры я привел, не подсчитывая дальние незапланированные поездки, или же, наоборот, не использование автомобиля неопределённый период времени по каким-либо причинам. Сравнивая расход топлива нашей машины и нескольких машин других марок, мы можем увидеть, что наш внедорожник является не самым большим загрязнителем среди машин (таблица 1).
Наша машина нуждается в мойке один-два раза в месяц. Если автомобиль загрязняется не постепенно, а за одну поездку (при передвижении по сельским дорогам или бездорожью), то, как правило, мы сами в состоянии отмыть её, используя вёдра и чистящее средство. Когда я мыл Hyundai, то у меня на это уходило до 50 литров воды. При несильном загрязнении можно заметно сэкономить на воде.
Самым загрязнённым транспортным шоссе в Ново-Переделкино является Боровское шоссе. В зависимости от времени суток и сезона по нему проезжает различное количество автомобилей. Загруженность дорог обычно определяют по плотности потока - количество автомобилей, приходящихся на единицу длины однородного по транспортно-эксплуатационным качествам участка дороги, обычно протяжением 1 км. Эту зависимость (от дня недели, сезона) можно увидеть на моей рисунке (№1 и 2) плотности потока автотранспорта на Боровском шоссе и Новоорловской улице:
Итак, становится понятно, что даже при наименьшей плотности потока транспорта по Боровскому шоссе количество машин немалое. Нередко образуются «пробки» на дорогах, связанные с большим количеством светофоров, или же с авариями. В нашем районе есть два места, где с наибольшей вероятностью образовываются пробки: участок дороги от въезда в район со стороны деревни Рассказовка до перекрёстка у рынка Ново-Переделкино и въезд в посёлок Западный с Новоорловской улицы. Пробки на этих двух участках заметно усложняют движение, иногда до такой степени, что участок в 500 метров было бы быстрее преодолеть пешком.
Рисунок 1
Рисунок 2
Кроме того, что пробки создают большие помехи для движения, машины выбрасывают выхлопные газы, находясь на одном месте. Это является одним из основных факторов загрязнения нашего района, хотя оба участка находятся в отдалении от жилой части района.