Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Двигатели автомобилей, грузовиков, тепловозов, судов, винто­вых самолетов и других транспортных средств, «сжигающих» бен­зин в двигателях с искровым зажиганием, называют двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

ЧТО ТАКОЕ БЕНЗИН?

Бензин — это горючее вещество с характерным запахом, которое состоит в основном из соединений, называемых углеводородами. Мы уже приводили несколько примеров таких соединений: метан, пропан и горючие масла (солярка). Бензин является их «химическим род­ственником». В теоретически идеальных машинах один литр бензина мог бы произвести примерно 3,48 х 107 Дж тепловой (кинетической) энергии. При полном сгорании одного галлона бензина выделяется примерно 1,25 х 105 БТЕ теплоты.

Бензин — чрезвычайно летучее вещество; он легко переходит из жидкого состояния в газообразное уже при комнатной температуре, а с ростом температуры это происходит еще быстрее. Учитывая это свойство бензина, для различных географических регионов и для разных сезонов производят различные его сорта. Обычно более ле — ц5

тучий бензин используется зимой и в холодных местностях, а менее летучий — летом и в теплых регионах.

Бензин получают на нефтяных очистительных установках, где из нефти, помимо бензина, выделяются также и другие нефтепродукты. Составные части бензина — алканы, алкены и циклалкены, они со­держатся в пропорциях, которые зависят от состава сырой нефти и степени ее очистки. В случае самой высокой степени очистки в бен­зине содержится максимальное количество октана — углеводорода, который благодаря хорошим антидетонационным свойствам помогает предотвратить стук в двигателе. Эта проблема может возникнуть, если бензин в ДВС слишком быстро воспламеняется.

Некоторые из марок бензина содержат около 10% добавленного этанола (или этилового спирта), который получают из кукурузы или других видов зерна. Такой бензин называют газоходом. Это не то же самое, что Е85, который содержит 85% этанола и только 15% бензина.

Кроме углеводородов, в бензине содержатся присадки, пред­назначенные для повышения эффективности горения. В середине XX века наиболее распространенной присадкой был тетраэтилсви­нец. Когда стало известно, что он токсичен для человека и животных и имеет свойство накапливаться в окружающей среде, были предпри­няты меры для запрета использования тетраэтилсвинца. В наши дни «топливо со свинцом» выходит из употребления. Другие присадки меняются от страны к стране, а также с эволюцией технологий и вво­димого государственного регулирования.

КАК РАБОТАЕТ БЕНЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Преимущества бензинового двигателя связаны с тем, что бензин является легковоспламеняющимся веществом, и это его свойство ис­пользуется для того, чтобы обеспечить генерацию механической энер­гии. Основной принцип работы бензинового двигателя очень упро­щенно иллюстрируется функциональной схемой, представленной на рис. 6.1. Бензин смешивается с воздухом в карбюраторе так, чтобы образовался бензино-воздушный «туман» (смесь). Эта смесь впры­скивается в закрытый цилиндр, в котором находится подвижный пор­шень. Электрическая искра от свечи зажигания воспламеняет смесь, вызывая мини-взрыв, что приводит к сильному расширению продук­тов сгорания в цилиндре, вследствие чего поршень опускается. Искра и вызванный ею мини-взрыв называются зажиганием. Поршень сое­динен с вращающимся коленчатым валом с помощью шатуна и под­шипников. Конец шатуна, соединенный с поршнем, движется вниз

в результате опускания поршня, а другой конец шатуна, соединенный с коленчатым валом, заставляет его начать вращение. Узел шатун — коленчатый вал обладает крутящим моментом, поэтому даже после того, как цилиндр и шатун достигли нижней точки, вал продолжает вращение, увлекая за собой соединенный с ним конец шатуна, кото­рый в результате описывает полный оборот. При этом конец шатуна, соединенный с поршнем, толкает его вверх, в результате чего пор­шень поднимается в цилиндре обратно в верхнее положение. Каждое движение поршня вверх или вниз называется тактом.

Когда поршень находится возле верхнего положения в каждом ци­кле возвратно-поступательного движения, снова бензино-воздушная

смесь впрыскиваются в цилиндр, и в этот самый момент очередная искра поджигает их. В двухтактном двигателе зажигание происхо­дит каждый раз, когда поршень поднимается в верхнее положение, поэтому двум ходам поршня (вниз-вверх) соответствует одно зажи­гание. В четырехтактном двигателе зажигание происходит через раз, так что одно зажигание соответствует четырем ходам поршня (вниз-вверх и снова вниз-вверх).

Если впрыск бензино-воздушной смеси и ее воспламенение про­исходят ритмично и если во времени повторяются согласованно все описанные действия, то коленчатый вал вращается с достаточным крутящим моментом для того, чтобы с помощью редуктора или ременной передачи заставить вращаться колесо, пропеллер, вал электрического генератора или другое вращающееся устройство. Со­гласованный временной цикл важен для того, чтобы двигатель рабо­тал с оптимальным коэффициентом полезного действия. В двига­телях коэффициент полезного действия — это отношение реальной механической энергии на выходе к полной потенциальной энергии, полученной от сжигания топлива. Нарушение временного цикла уменьшает коэффициент полезного действия и может привести к возрастанию механического напряжения в деталях двигателя. А это, в конечном счете, может стать причиной его поломки.

Большинство двигателей внутреннего сгорания имеют более одного цилиндра. Такты чередуются друг за другом со сдвигом во времени, чтобы обеспечить более плавную работу двигателя, чем это происходит при использовании одного цилиндра. Поэтому созда­ны двухцилиндровые, четырехцилиндровые, шестицилиндровые и восьмицилиндровые двигатели. Вы можете услышать и о двигателях с более чем восемью цилиндрами. Вообще говоря, с увеличением числа цилиндров растет и механическая энергия, которую может вы­рабатывать двигатель внутреннего сгорания.

ПРЕИМУЩЕСТВА БЕНЗИНА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

• Бензин имеет высокую энергетическую плотность (отноше­ние энергии к массе). Другими словами, с помощью данного количества топлива можно получить много полезной работы. Мало других видов топлива, которые могут соперничать в этом отношении с бензином, вот почему он до сих пор широко ис­пользуется.

• Бензиновые двигатели обладают большой мощностью в отноше­нии к их объему и весу.

• Качественно изготовленные бензиновые двигатели мощны и на­дежны. Если за ними хорошо ухаживать, то они проработают десятилетия.

• Хорошо отлаженные и обслуживаемые бензиновые двигате­ли могут работать в широком диапазоне температур, уровней влажности и атмосферного давления, удовлетворяя почти всем климатическим условиям, встречающимся на нашей планете.

НЕДОСТАТКИ БЕНЗИНА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

• При сгорании бензина, даже полном, выделяется двуокись углерода (С02) — известный парниковый газ.

• Если бензин не сгорает полностью (как это и происходит при работе реальных двигателей), выделяется некоторое количе­ство окиси углерода (СО). Этот газ смертельно опасен, если происходит его утечка в транспортное средство или бензиновый двигатель работает в закрытом помещении.

• Бензин пожароопасен, если он небрежно хранится или проис­ходит его утечка.

• Бензиновые двигатели, которые используются, например, в ло­пастных вентиляторах или газонокосилках, могут производить раздражающий шум.

• Некоторые соединения, входящие в состав бензина, вызывают риск возникновения рака у людей и животных при непосредствен­ном воздействии на них в течение длительного периода времени.

• Бензин получается путем переработки сырой нефти, цена кото­рой может внезапно существенно измениться.

• Бензин получается из сырой нефти, которая относится к нево­зобновляемым источникам энергии.

Задача 6.1

Не исключает ли проблему загрязнения, вызванного бензиновы­ми двигателями, использование устройств контроля и регулировки выделения вредных газов?

Решение 6.1

Достигнутое благодаря новым технологиям и ограничительным законам снижение выделения вредных газов в значительной степени скомпенсировалось из-за увеличения количества бензиновых двига­телей, особенно в быстроразвивающихся странах. Технология сни­жения вредных выбросов несовершенна; она не позволяет устранить все загрязняющие вещества, выделяемые бензиновыми двигателями.

Проблема с выделением С02 на самом деле стала еще хуже за по­следние годы, и прогнозы на будущее неблагоприятны. Этот газ не токсичен, но он вносит вклад в глобальное потепление климата.

Комментарии запрещены.