Статья: Мотор автомобиля и окружающая среда

изохорный отвод тепла.

КПД двигателя определяется как отношение результирующей работы к затраченному количеству теплоты, т.е. количеству теплоты, выделенному при сгорании топлива.

Отношение объема цилиндра в тот момент, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к объему при верхнем положении поршня известно как степень сжатия.

Расчет показывает, что КПД двигателя, работающего на основе цикла Отто, с ростом степени сжатия увеличивается.

Однако, повышать степень сжатия все же не так просто. Малая масса, компактность, сравнительно высокий КПД (25-30%) обусловили широкое применение в автомобилях, мотоциклах, моторных лодках, применяются двигатели в бензопилах.

В это время ученик - оператор демонстрирует кадры из диафильма “Применение ДВС”.

Но есть и недостатки: работают на дорогом высококачественном топливе, довольно сложны по конструкции, имеют большую скорость вращения вала двигателя, их выхлопные газы загрязняют атмосферу.

Предоставляется слово второму инженеру-конструктору.

Почти двадцать пять лет спустя после того, как Отто построил первый удачный образец двигателя с искровым воспламенением, его соотечественник Рудольф Дизель получил патент на двигатель, основанный на цикле сжатия–воспламенения. Р. Дизель задался целью построить двигатель , способный сжигать угольную пыль. Хотя в этом он не преуспел, его двигатель значительно менее разборчив по отношению к сорту горючего, чем двигатель Отто. Двигатель Дизеля может сжигать низкосортную нефть, имеющую высокую температуру кипения, и совершать большую работу на единицу израсходованного горючего . Хотя сегодня некоторые легковые автомобили и оснащены двигателями Дизеля, большинству людей они знакомы лишь как шумные и дымные моторы грузовиков, автобусов и железнодорожных локомотивов. Основное функциональное различие двигателей Дизеля и Отто состоит в том, каким образом происходит воспламенение.

В двигателе Отто смесь бензина с воздухом сжимается, а затем воспламеняется искрой.

В двигателе Дизеля адиабатно сжимается чистый воздух, причем степень сжатия здесь примерно в 2 раза больше, чем в двигателе Отто. Температура сжатого воздуха к исходу такта настолько велика, что при впрыскивании топливная смесь загорается самопроизвольно. При одинаковой степени сжатия двигатель Отто имеет больший КПД, чем двигатель Дизеля. Тогда почему же двигатели Дизеля все-таки привлекают внимание ? Дело в том, что в них достигаются большие степени сжатия, а значит и больше рабочий КПД. Самым привлекательным в двигателе Дизеля является пониженный расход горючего.

Несмотря на относительную массивность и медлительность, двигатели Дизеля постепенно вытесняют двигатели Отто, даже в легковых автомобилях. Дизельные двигатели устанавливают на речных и морских теплоходах, на дизель электроходах, на тепловозах, на электростанциях небольшой мощности.

Химик-технолог – подчеркнем, что КПД двигателя, работающего на основе цикла Отто, с ростом степени сжатия увеличивается, однако большие степени сжатия неизбежно сопровождаются высокими температурными, а последние независимо от способа их получения дают нежелательный побочный эффект. При высоких температурах в выхлопных газах повышается концентрация оксида азота.

Смешиваясь с окружающим воздухом NO окисляется до NO2. Это едкий газ, который и придает смогу коричневый оттенок. Загрязнение оксидом азота становится все серьезней в результате попыток снизить количество другого поллютанта (загрязняющего воздух компонента автомобильного выхлопа).

Дело в том, что выхлопные углеводороды окисляются и образуют вредные раздражители. Чтобы уменьшить примесь углеводородов в выхлопе, двигатели приспособили к использованию обедненных смесей топлива. Избыток кислорода при этом гарантировал полное сгорание бензина. Однако тогда лишний кислород оказывается способным к реакции с азотом, составляющим 80% атмосферного воздуха, впускаемого в двигатель. В результате по мере уменьшения углеводородной компоненты выхлопа автомобилей росла концентрация оксидов азота.

Производители автомобилей пытаются найти компромиссное решение: понизить степень сжатия в своих двигателях и ввести вторичное использование некоторого количества выхлопных газов в качестве добавки к поступающей воздушно-топливной смеси. Достигнуты снижение пиковых температур и ослабление потока оксидов азота.

Химик-технолог

Работа двигателей зависит от видов топлива, которые получают из нефти (схема переработки нефти).

****

Карбюраторные двигатели работают на ее легкой фракции–бензине. Смеси углеводородов состава С5 – С12. Смесь некоторых углеводородов бензина с воздухом воспламеняется от сотрясения. Удар взрывной волны о поршень происходит преждевременно.

Такое взрывное сгорание бензина называют детонацией, оно приводит к перегреву и преждевременному износу двигателя. Детонационную стойкость бензина определяют октановым числом. Чем больше октановое число, тем выше стойкость бензина к детонации. Этим определяются его марки – А-72; А-76; А-96; АИ-93 и т.д.

Демонстрируются виды топлива. Если октановое число бензина равно 96, то это означает, что он допускает такое же сжатие своих паров в цилиндре без детонации, как смесь из 96% изооктана ( CH3–CH(CH3)–CH2–C(CH3)2–CH3) и 4% иптона (H3C–(CH3)4–CH3). Бензин прямой перегонки нефти представляет собой смесь углеводородов в основном нормального строения, поэтому у него невысокое октановое число (50-65). Такой бензин непригоден для непосредственного использования. Его детонационную стойкость повышают при процессах изомеризации, реформинга или добавлением антидетонатора, например, тетраэтилсвинца. Pb(C2H5)4 при горении этилированного бензина образуются частицы свинца и оксида свинца, которые замедляют определенные стадии горения бензина и поэтому препятствуют детонации.

Эколог - ученик.

Большой вред окружающей среде наносят вещества, содержащиеся в выхлопных газах (СО, СО2, SO2, NОx, Сх,, Ну и др.). Некоторые специалисты считают , что один автомобиль выделяет 1000-1200 вредных компонентов, большая часть из них – очень таксичны.

Состав отработанных газов бензиновых двигателей

Коварным газом является монооксид углерода, или угарный газ (СО). Отравление им происходит через дыхательные пути. В легких угарный газ соединяется с гемоглобином в крови в 200-300 раз быстрее, чем кислород. При сильном отравлении человек может погибнуть от кислородного голодания. Зарегистрированы случаи, когда, попадая в район интенсивного автомобильного движения, люди теряли сознание в следствие локального отравления угарным газом. Он снижает также активность ферментов печени, сердца, мозга, повышает уровень сахара в крови.

Большие количества выбрасываемого углекислого газа ведут к образованию парникового эффекта, т.к. он задерживает тепловое (инфракрасное) излучение Земли. Это может привести к повышению температуры земной поверхности, которая вызовет таяние льдов и поднятие уровня Мирового океана на 50 метров.

Выбросы сернистого газа (SO2) и оксидов азота способствует возникновению заболеваний дыхательных путей. Кроме того, соединение азота неблагоприятно действует на кровь и кровеносные сосуды. Считается, что оксиды азота в 10 раз опаснее, чем оксид углерода. Они являются причиной возникновения в воздухе нитрозоаминов – сильных канцерогенов.

Содержащиеся в выбросах автомобилей углекислый и сернистый газы и оксиды азота, растворяясь в дождевой воде, образуют кислоты:

CO2+ H2O« H2CO3,