2. Перспективы и проблемы развития автомобилей и двигателей в 21 веке.

Первым подобием автомобиля была паровая телега француза Кюньо (1769г). Автомобиль имел котел, топку, бак с водой, паровую машину, механическую передачу и рулевое управление. Водителя автомобиля называли "шофером", что в переводе с французского означает "кочегар". Официальными изобретателями автомобиля признаны Бенц и Даймлер (1886 г. Германия). Рождение автомобиля связано с изобретением двигателей внешнего и внутреннего сгорания. Первым двигателем внешнего сгорания была паровая машина, созданная в 1765 г. в России Позуновым И.И. Первый двухтактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был построен французом Ленуаром в 1860 г. В 1877 г. Отто (Германия) построил 4-х тактный двигатель с предварительным сжатием газа. В 1879 г. Костович (Россия) построил первый бензиновый двигатель. В 1885 г. Даймлер (Германия) создал быстроходный бензиновый двигатель для автомобиля.

Без автомобиля в настоящее время немыслимо существование человечества. К 2010 году общее количество автомобилей в мире достигнет 1 млрд. штук при росте численности населения планеты до 7,6 млрд. человек. В 2000 году годовой объем выпуска автомобилей достиг 37 млн. штук. Япония выпустила 7,6 млн., США 7,15 млн., Германия 4,67 млн., Франция 2,2 млн., Россия 0,82 млн. В развитых странах каждая семья имеет в среднем по одному автомобилю.

Конкуренция на рынках сбыта, заставила фирмы внедрять в производство автомобилей и двигателей все лучшее, что было создано учеными. Автомобили, работающие на бензине, уже не называют карбюраторными, так как новые модели двигателей имеют систему впрыска бензина с электронным управлением. Данная система значительно снижает расход топлива и токсичность отработавших газов (ОГ).

Существенно изменилась и трансмиссия. Вместо механических коробок передач на многих автомобилях устанавливаются автоматические. Последней интересной разработкой фирмы Ауди (Германия) является коробка с вариатором, передающим крутящий момент при помощи металлической многозвенной цепи. Вариатор с цепной передачей прошел испытания и по прогнозам специалистов его ресурс превысит срок службы автомобиля.

Благодаря применению гидроусилителей управление автомобиля стало удобным, а шарнирные рулевые колонки и надувные подушки обеспечивают безопасность водителя и пассажиров при лобовом ударе.

Для обеспечения надежности и долговечности систем зажигания вместо классической с контактным прерывателем применяют зажигание с бесконтактным управлением. Распределитель не имеет обычных контактов, а его функции выполняет магнитоэлектрический датчик или датчик на эффекте Холла. В последнее время внедряется в производство цифровая система зажигания, которая не имеет прерывателя-распределителя.

Что ждет автомобили и двигатели в 21веке? Если 19 - 20 век был периодом рождения и становления, то 21 век их совершенствованием. Накопленный инженерный опыт, применение ПЭВМ, работа в сети «Интернет» позволяет специалистам создать новые виды топлива и способы перемещения. Применение автоматики, электроники, микропроцессорной техники позволит автомобилю в полной мере оправдать свое название – «сам движущийся». Пришло время, когда управление двигателем и автомобилем взял на себя компьютер. Автомобиль должен стать безопасным для водителя и пассажиров, легко управляемым, бесшумным, высокоэкономичным, без вредных выбросов отработавших газов, надежным, долговечным, красивым и доступной для населения стоимостью. В городах не должно быть перекрестков, переходы улиц должны стать подземными. Города будут соединены закрытыми автомагистралями, на которых скорость движения может достигать 200 км/ч. Скорость современных гоночных автомобилей превысила 1000 км/ч и ее величина ограничивается только безопасностью движения.

Двигателем для автомобиля останется усовершенствованный поршневой с многоклапанной головкой, гидравлическими толкателями, переменными фазами газораспределения, турбонаддувом и электронной системой впрыска топлива. Возможно найдут применение роторно-поршневые (двигатель Ванкеля), газотурбинные и двигатели внешнего сгорания (двигатель Стирлинга).

Из топлив в основном будут использоваться углеводородные (бензин, дизельное топливо). К концу 21 века запасы нефти будут исчерпаны и нужен поиск новых видов топлива. Возможно применение

водорода, если будет найден простой путь его получения из воды.

В настоящее время на автомобилях стали использовать топливные элементы, которые позволяют получить электрическую энергию непосредственно из химической без промежуточного преобразования теплоты. Топливом является водород, получаемый из газа, например, метана, окислителем кислород (воздух). Вырабатываемая энергия подводится к электродвигателям, которые приводят в действие колеса автомобиля.

Реальным является применение газа как природного, так и полученного путем газификации твердых топлив. В ближайшее время возможно применение топлив растительного происхождения (рапсовое, подсолнечное масло).

Возможно открытие нового вида топлива и нового способа преобразования его энергии в механическую. Заслуживает внимание и применение электрической энергии (электромобили). Для этого нужно ускорить проведение работ по совершенствованию аккумулятора. Аккумулятор должен иметь большую электрическую емкость, с приемлемой ценой, малыми размерами и массой, с запасом хода электромобиля не менее 500 км.

В 21 век мы вошли с известным нам автомобилем, приводимым в движение двигателем внутреннего сгорания, однако изменяются его традиционные форм и конструкция. Большинство деталей и узлов изготавливаются с использованием современных полимеров, легких высокопрочных металлов. Детали типа вал выполняются пустотелыми. Автомобиль станет более обтекаемым, оптимальных размеров и меньшей массой, безопасным для человека и окружающей среды. Вырабатывая новые формы, дизайнеры проектируют зоны, в которых человек чувствует себя ориентированным и в безопасности. Словом они ищут того, чего добивались итальянские художники эпохи возрождения в изображении человека- гармонии внешнего спокойствия и глубокого внутреннего движения и энергии.

При интенсивном росте городов и населения автомобильный транспорт стал самым неблагоприятным экологическим фактором в охране здоровья человека и природной среды в городе. При возрастании мегаполисов до 15 - 25 млн.человек (Нью-Йорк, Токио, Москва, Мехико) они будут иметь до 8 - 10 млн. автомобилей. Сейчас количество автомобилей на 1000 жителей составляет в США - 600, Европе 300. Автомобиль становится конкурентом человека за жизненное пространство и безопасность.

При огромном положительном влиянии автомобилизации на человечество возникают экологические проблемы, решение которых не терпит отсрочки. В частности, загрязнение атмосферы отработавшими газами (ОГ), создание шумового дискомфорта, огромное количество отходов и выбросов автотранспортных предприятий.

Легковой автомобиль с бензиновым двигателем и годовым пробегом 15 тыс.км потребляет примерно 1500 кг бензина и выбрасывает в атмосферу до 50 кг окиси углерода, до 10 кг углеводородов, до 3 кг окиси азота, до 1 кг сажи. В крупных городах на 1 жителя выбрасывается до 100 кг вредных веществ в год.

На изменение конструкции двигателей автомобилей и их систем главное влияние оказывает ужесточение норм выброса вредных компонентов ОГ. Согласно требований Стандарта ЕВРО-4 (2005 г.) удельные выбросы основных четырех компонентов в г./(кВт.ч) не должны превышать: углеводороды – 0,46; окиси азота – 3,50; окиси углерода – 1,50; сажа – 0,02. У двигателей, находящихся в эксплуатации, токсичность ОГ превышает в 5-10 раз допустимые нормы.

Автомобиль - красота, радость движения, но и множество проблем, связанных с повышением цен на топливо, безопасностью дорожного движения, выбросом отравляющих веществ, защитой окружающей среды и человека.

Каковы же пути снижения экологического урона, причиняемого жителям города автомобилями? Путей много, рассмотрим некоторые:

1. Совершенствование конструкции двигателей и автомобилей.

2. Улучшение градостроительной застройки (отсутствие перекрестков).

3. Оптимизация движения городского транспорта.

4. Создание транспорта, альтернативного автомобилю (электромобили). 5. Развитие общественного транспорта, электротранспорта, разумная достаточность личного транспорта.

Совершенствование конструкции автомобилей и двигателей возможно путем оптимизации размеров и массы автомобиля, совершенствованием агрегатов и систем, управлением процессом сгорания в двигателях, созданием нейтрализаторов ОГ.

Улучшение градостроительства и оптимизация городского движения транспорта взаимно увязаны и нацелены на лучшую планировку дорог и улиц, застройку жилых массивов, расположенных рядом с местом работы специалистов, создание транспортных развязок, улучшение дорожного покрытия, контроль скоростного движения.

Возможно, в новом тысячелетии будет разгадана тайна "летающих

тарелок", мы научимся использовать гравитацию для движения автомобилей и другой техники без традиционного топлива. Исследователи убедительно доказали что автомобилю с двигателем внутреннего сгорания предстоит еще долгое существование. Трансформация автомобиля возможна из-за ограниченных ресурсов нефти, необходимости защиты окружающей среды и обеспечения безопасности движения. Перед инженерами по специальности «Двигатели внутреннего сгорания», «Автомобили и автомобильное хозяйство», «Автомобиле и тракторостроение» поставлено много интересных проблем и решать их нужно в ближайшее время.