Automobilis (gr. Autos – pats + lot. mobilis – judamas), variklio varoma ratinė mašina keleiviams ir kroviniams vežti. Automobilius pradėta kurti
XVIII a., ratiniam akliniam vežimui pritaikius mechaninį variklį. Garo mašiną savaeigiams vežimams 1769 m. Pritaikė Ž. Kunjo ( J. Cugnot,
Prancūzija); toks garo automobilis vežė 2,5 t krovinį 2-4 km/h greičiu.
Garinį automobilį konstravo V. Merdokas (W Murdoc), Dž. Vatas (J. Watt, abu iš D. Britanijos), O. E. Evansas (JAV) K. Henšelis (Henschel). 1831 m.
Britanijoje tarp miestų pradėta vežioti keleivius gariniais automobiliais (omnibusais) su priekabomis, jų greitis ~30km/h.
[pic]
Pirmaisiais automobilių išradėjais laikomi vokiečių inžinieriai Karlas
Bencas (Karl Benz) ir Gotlybas Daimleris (Gottlieb Daimler), kurie niekada nebuvo susitikę ir net nebuvo pažįstami, sukonstravo pirmuosius savaeigius ekipažus su vidaus degimo varikliais. K. Benco automobilis buvo triratis su
0.55 kW varikliu, G. Daimlerio – dviem ratais – šiuolaikinio motociklo (pasižiūrėkite) prototipas. 1886 m. G. Daimleris paties sukonstruotą vidaus degimo variklį pritaikė keturratei karietai. Jie abu laikomi automobilio išradėjais, o automobilio tėvyne – Vokietija.
[pic]
Šiandien pirmieji Benco ir Daimlerio automobiliai mus gerokai stebina:
dideli siauri ratai, virbalų storio stipinai, vairas – plieninis iš grindų styrantis strypas su rankena, variklis įtaisytas po vairuotojo sėdyne…
Tačiau automobilio išvaizda greitai keitėsi: panašumas į karietą vis mažėjos, variklis buvo perkeltas į priekį, padarytas apvalus vairas.
Automobilio tėvynė – Vokietija, tačiau vokiečiai nepripažino šio naujojo išradimo ir nė nemanė naujojo „technikos stebuklo“ pirkti. Bandyti automobilius buvo leidžiama tik naktį, toli už miesto, gatvėse mašinų greitis ribojamas iki 10 km/h Tačiau kitose šalyse, ypač Prancūzijoje, automobiliai plito. Prancūzai ne tik pirko Benco automobilius, bet įsigiję licenziją Daimlerio varikliui sukūrė pirmuosius savo automobilius ir net suorganizavo pirmąsias automobilių lenktynes Paryžius – Ruanas. 1898 m.
Įvyko pirmoji automobilių paroda Paryžiuje.
Nuo mažens K. Bencas (1844-1929) labai domėjosi varikliais ir galima sakyti, visą gyvenimą atidavė automobiliui. Pirmasis Benco triratis automobilis buvo sukonstruotas iš plieninių vamzdžių, svėrė 263 kg ir turėjo užpakalyje įtaisytą keturtaktį vieno cilindro vandeniu aušinamą benzininį variklį, kuris per diržinę pavarą, diferencialą ir grandines suko ratus. Užpakaliniai ratai buvo labai dideli, priekinis – mažesnis ir tik vienas, kad automobilį būtų lengviau vairuoti. Be to, po grindimis buvo įtaisytas labai didelis smagratis, kuris turėjo saugoti ekipažą nuo vibracijos važiuojant.
Dėl aistros automobiliams K. Bencui ne kartą teko patirti finansinių sunkumų, rizikuoti visu savo turtu, kuris, kol jo automobiliai neturėjo paklausos, ir taip buvo nedidelis. 1894 m. Jis pradėjo serijomis gaminti prieš metus sukurtą „Viktoriją“, o 1897 m. sukonstravo dviejų cilindrų
„Kontramotorą“.
Inžinierius išradėjas G. Daimleris, sulaukęs 48 metų staiga nusprendė visiškai pakeisti savo gyvenimo būdą. Nusipirko Bankanštate namą su sodu, o sodo daržinę pavertė dirbtuve – garažu. Į naująją sodybą Daimleris pasikviečia seną savo draugą ir buvusį bendradarbį Vilhelmą Maibachą
(Wilhelm Maybach). Abu draugai užsidarę nuo pašalinių akių dienų dienas kažką dirbdavo. Prasidėjo apkalbos, kad Daimleris savo sode įsirengęs nedidelį fabrikėlį ir kala netikras monetas. Vietinė policija surengė pasalą ir nusprendė nusikaltėlius sučiupti. Vėlyvą naktį, kuomet suburzgia
Daimlerio variklis, policininkai įsibrauna į dirbtuvę, tačiau išvysta visai ne tai, kas buvo kuriama jų vaizduotėje: du rimti, iš pažiūros visai padorūs žmonės, palinkę prie nematyto griausmingai tratančio aparato. Nors ir kaip stengėsi Daimleris su Maibachu išaiškinti neprašytiems svečiams savo variklio paskirtį ir būsimą panaudojimą, jie nieko nesuprato ir neradę padirbtų pinigų išėjo labai nusivylę. Vėliau tas vidaus degimo variklis
Daimlerį iš tikrųjų padarė labai turtingu.
Po keliolikos sunkaus darbo mėnesių abu draugai daržinėje pagamina variklį su gulsčiu horizontaliu cilindru. Jis galėjo daryti 250 sūkių per minutę. 1883 m. gauna už jį patentą. Daimleris šiuo varikliu dar nebuvo patenkintas ir ėmėsi vėl ieškoti. Nusprendžiama variklio cilindrą įtaisyti vertikaliai, patobulinama kuro padavimo bei uždegimo sistema. Naujas variklis jau gavosi mažesnis, lengvesnis ir 1885 m. Daimleris įmontuoja savo variklį į dviratį ekipažą, panašų į šiandieninį motociklą. Lapkričio
10 konstruktoriaus sūnus Paulius nuvažiuoja juo 3 km. Pavyko!
1886 m. Daimleris įmontuoja savo variklį į paprastą keturratį arklių vežimą, kurio užpakalinius ratus variklis suka diržine pavara.
Norėdamas įsitikinti didelėmis vidaus degimo variklio pritaikymo galimybėmis, Daimleris jį įrengia ir kitose transporto priemonėse:
motorinėje valtyje (1886 m.), lunaparko geležinkelyje ir tramvajuje (1888
m.), gaisrininkų vežime (1892 m.) ir kt.
Daimleris variklius visą laiką tobulino,kad jie galėtų padaryti daugiau sūkių: nuo 250 sūkių/min jų skaičius padidėjo iki 900. 1889 m. Daimleris gavo dviejų cilindrų 3.75 arklio jėgos galios variklio patentą.
Daimlerio varikliai labai išgarsėjo. 1890 m. įkuriama Daimlerio automobilių bendrovė (Daimler Motoren-Gesellschaft), gaminanti automobilius su Daimler varikliais.
Daimlerio padėjėjo ir bendraminčio Maibacho indėlis i automobilio sukūrimą ir plėtojimą taip pat yra nemažas. Daimlerio garsas šiek tiek užgožė šio iš prigimties kuklaus žmogaus vardą ir darbus. Tačiau Maibacho techninės pažiūros, konstrukciniai sprendimai buvo tokie tobuli, kad galima drąsiai tvirtinti: jeigu nebūtų buvę Maibacho ir jo darbų, nebūtų ir
Daimlerio variklio, nei Daimlerio automobilių. Maibachas dirbo konstruktoriumi. Darbą dirbtuvėse abu išradėjai buvo pasidalinę: Daimleris projektavo ir kūrė viso variklio ar atomobilio apmatus, o Maibachas, pasižymėjęs nepaprastu kruopštumu, ieškojo atskirų detalių ir mazgų konstrukcinių sprendimų. Išradimų patentų Maibachas su daimleriu turi beveik po lygiai, tik Daimleris daugiausia pasiimdavo užbaigtų automobilių ar jų variklių patentus, o Maibachas – atskirų automobilio ar variklio detalių elementų, pavyzdžiui, pavarų dėžės, važiuoklės pakabos, pasiskirstymo mechanizmo ir kt.
Daimlerio bendrovė turėjo savo skyrius įvairiose valstybėse. Šios firmos prekybos atstovas Prancūzijoje buvo Emilis Jelinekas (Jellinek) didelis automobilių ir automobilių sporto entuziastas. 1900 m. kai buvo pagamintas
Maibacho sukonstruotas naujas Daimlerio automobilio modelis, Jelinekas reklamos sumetimais pasiūlė jį pavadinti „Mercedes“ (vietoje jau šiek tiek atsibodusio „Daimler“). Tai buvo gražuolės Jelineko dukters vardas. Nuo to laiko pagaminta tiek daug mersedesų, kad net pamiršta, jog tai iš tikųjų gyvenusios merginos vardas!
1926 m. Daimlerio automobilių firma susijungė su tokia pat garsia Benco firma ir iki šiol gyvuoja ir gamina mersedesus.
Modernesnius automobilius imta gaminti nuo XX a. 7-8 dešimtmečio, juose buvo įtaisyta nepriklausoma priekinių ratų pakaba, automatinė sankaba, šildomas kėbulas, hidrauliniai stabdžiai (be stiprintuvo), antiblokavimo sistema, šviesos signalizacija, radijo ryšys. Didžiausias greitis 100-120
km/h. 9-tame dešimtmetyje ėmė plisti automobiliai su dyzeliniu ir dujiniu varikliu, turintys oro kondicionierių, vairo, stabdžių stiprintuvus, naudojantys bešvinį benziną, atsirado patogių automobilinių traukinių su šaldytuvu, televizoriumi.
Nuo 1990-ųjų kito automobilio išvaizda, įtaisomi reguliuojamo įtempimo saugos diržai, oro pagalvės, magnetofonai, pritaikomas kompiuteris benzino įpurškimui į automobilio variklį valdyti, imta naudotis palydoviniu ryšiu.
Lietuvoje pirmasis automobilis užregistruotas 1896 m. Daugiau jų imta importuoti nuo 1920 –tųjų metų.
[pic] Klausimas – ar iš tikro Karlas Benzas ir Gotliebas Daimleris išrado automobilį, daug kam gali pasirodyti netikėtas. Bet atsakymas gali būti dar mažiau lauktas. Jie nebuvo nei pirmieji, nei vieninteliai savaeigių ekipažų, kuriuos vėliau pavadino automobiliais, išradėjai.
Prisiminus ankstesnių konstrukcijų ekipažus, judėjusius vidaus degimo variklio pagalba, tektų paminėti Isako de Rivazo (1807), Žano Lenuaro
(1864), Zigfrido Markuso (1887), Eduardo Delamar-Debutevilio (1884) vardus, nes jų kūriniai pasirodė anksčiau, bet neginčijamas vokiečių išradėjų nuopelnas yra tas, kad jie sukūrė pirmuosius automobilius. Ir 1886 metų sausio 29 diena, kada K.Benzas gavo patentą DRP-37435 motoriniam vežimėliui, laikoma automobilio gimimo diena. Tų pačių metų vasarą
Gotliebas Daimleris ir su juo dirbęs kitas talentingas inžinierius
Wilhelmas Maybachas organizavo pirmąją kelionę savos konstrukcijos savaeigiu vežimėliu. Prasidėjo automobilių era! Tai, kad beveik vienu metu atsirado dvi skirtingos tos pačios paskirties konstrukcijos, negali pavadinti atsitiktinumu. Vidaus degimo variklių vystymasis paskatino išradėjus panaudoti juos transporto priemonėse.
K.Benzas, sukūręs vieno cilindro keturtakčio benzininio variklio konstrukciją, toliau mastė apie motorinę transporto priemonę. Kad neužtruktų, spręsdamas keturračio ekipažo vairo mechanizmo problemą, savo pirmąjį automobilį jis padarė triratį, kurio specialiai sukonstruota važiuoklė harmoningai sujungta su varikliu.
Daimleriui ir Maybachui svarbiausias uždavinys buvo įrodyti universalią jų variklio paskirtį. Jie paeiliui pritaikė variklį motorinei valčiai, tramvajaus vagonui, pirmajam motociklui ir, pagaliau, Daimlerio žmonai nupirktam lengvam žirgo traukiamam vežimėliui.
Šitos improvizuotos konstrukcijos sėkmė paskatino juos sekti Benzo pavyzdžiu: sukurti specialias važiuoklės, transmisijos, kėbulo konstrukcijas. Techninis progresas toje srityje – variklio galingumo didinimas, dviejų ar daugiau cilindrų variklio, keleto vairo mechanizmo tipų sukūrimas, susijęs su Benzo, Daimlerio ir Maybacho vardais.
Klasikinės automobilio konstrukcijos – su varikliu priekyje ir užpakaliniais varančiaisiais ratais – sukūrimo garbė tenka prancūzams Renė
Panhardui ir Emiliui Levassorui. Beje, prancūzai pirmieji įvertino naujoves iš Vokietijos. Pamačius Daimlerio automobilį, netrukus atsirado jo pasekėjų
– Armanas Peugeot, Emilis Levassoras, Renė Panhardas.
1891 metais pasirodo automobilis su „Daimler” varikliu priekyje ir užpakaliniais varančiaisiais ratais – garsus „Panhard-Levassor 4CV”, kurio konstrukcija tokia sėkminga, kad be didesnių pakeitimų automobilis gaminamas iki 1896 metų, o firma „Panhard-Levassor” tampa pasaulio lydere.
Ir tik po to Daimleris ir Benzas taip pat sukuria klasikinės komponuotės automobilius.
Vokiečių ir prancūzų konstruktorių darbai „stumtelėjo” inžinerinę mintį į priekį ir kitose šalyse. 1891 metais savo automobilį kuria šveicarai broliai Hanriot, o 1893 metais – amerikietis Charlesas Diurea. Anglas
F.Lanchesteris savo automobilį sukūrė 1895, o 1896 metais visos Rusijos pramonės parodoje buvo eksponuojamas pirmasis rusų automobilis, sukurtas
Jakovlevo ir Frezės.
Amžių sandūroje, 1900 metais, W.Maybachas, Emilio Ellineko paskatintas, kartu su Pauliumi Daimleriu (Gotliebo Daimlerio sūnumi) konstruoja pirmąjį klasikinio tipo automobilį, pavadintą Ellineko dukters Mercedes vardu, kuris buvo naujas žingsnis automobilių vystymesi. Tuo metu pasaulyje veikė jau 300 automobilių firmų.
Na o Pabaltijis? Lietuva? Koks čia buvo požiūris į transporto priemones?
Prancūzų automobilių gamintoja „Panhard-Levassor” tuomet pirmavo automobilių kūrime, todėl nenuostabu, kad 1896 metais Lietuvoje pasirodęs pirmasis mums žinomas automobilis buvo būtent šios prancūzų markės. Įdomu tai, kad šis automobilis priklausė ne kokiam nors turtingam technikos naujovių mėgėjui, bet buvo carinės Rusijos Susisiekimo ministerijos
Antrosios kelių distancijos, aptarnavusios plentą Ryga-Šiauliai-Tauragė nuosavybė.
Iš rastų dokumentų galima spręsti, kad jis buvo tarnybinis kelių distancijos viršininko Maževskio automobilis, todėl didelė tikimybė, kad būtent šis inžinierius ir buvo pirmasis Lietuvos keliais važinėjęs vairuotojas. Iždui automobilis kainavo 2417 carinės Rusijos rublių, bet
„Panhard-Levassor” buvo to vertas – juk 1895 metais būtent toks automobilis laimėjo lenktynes Paryžius-Bordo-Paryžius, 1150km įveikęs per 48h 17min.
Nuo daugelio savo amžininkų mašina skyrėsi savo konstrukcija – Renė
Panhardas ir Emilis Levassoras, susipažinę su vokiškų automobilių konstrukcija ir įsigiję licenziją Daimlerio konstrukcijos dviejų cilindrų varikliui, automobilį sukonstravo patys – su varikliu priekyje, o ne po sėdyne, konusine sankaba, keturių laipsnių pavarų dėže su perstumiamais krumpliaračių blokais, kojiniu ir rankiniu stabdžiais – žodžiu, automobilis jau turėjo visus klasikinio automobilio bruožus.
Tai buvo antrasis istorijoje (po „Benz Victoria”) didesne serija gamintas automobilis. Jo važiuoklė dar buvo pagaminta pagal arklinės karietos tipo –
medinis rėmas iš stačiakampių tašelių, apkaustytas metaline juosta, elipsinės visų keturių ratų lingės, mediniai ratai su lietos gumos padangomis. Priekyje įrengtas dviejų cilindrų 2400cm3 darbinio tūrio variklis išvystydavo 4,5AG galią.
Sukimo momentas nuo pagrindinės pavaros pusašių grandinėmis buvo perduodamas į užpakalinius ratus. Vairo konstrukcija buvo įprasta tiems laikams – vairuotojas valdė automobilį ne vairaračiu, o rumpeliu, kaip jūrininkas! Toks vairo mechanizmas buvo tikslus, bet reikalavo iš vairuotojo didelio dėmesio ir nemažos jėgos, nes visi kelio nelygumai, smūgiai būdavo perduodami vairuotojo rankai (rumpelį laikydavo kairiąja ranka, o dešiniąja vairuotojas perjunginėdavo pavaras, stabdydavo), ir ją greitai nuvargindavo. Automobilis neturėjo nei durelių, nei priekinio stiklo, bet jau turėjo sparnus, atlenkiamą odinį stogą, acetileno žibintus.
Jis svėrė 750kg ir buvo 3m ilgio.
Šis automobilis buvo labai patikimas – rasti dokumentai pasakoja, kad
„Panhard-Levassor 4CV” valstybinėje tarnyboje išbuvo dvylika metų, kol 1908
metais nutarta parduoti jį aukcione. Kaip nurodo savo ataskaitoje Vilniaus kelių apygardos viršininkas, automobilis nebegalėjo įveikti pakilimų kelio ruože tarp Šiaulių ir Tauragės. Remontui reikėjo daug pinigų, todėl buvo pasiūlyta šį valdišką automobilį parduoti ir pirkti naują. Tolesnio pirmojo
Lietuvoje važinėjusio automobilio likimo išsiaiškinti nepavyko.
Bet grįžkime į XIX amžių. Tais pačiais, 1896 metais, pirmasis „Benz-Velo”
tipo automobilis pasirodo Taline, o 1898 metais Rygoje jau važinėja net keli automobiliai. Laikraščiuose ir žurnaluose pasirodo pirmosios automobilių reklamos. Automobiliai tada kainavo nuo 1400 iki 2600 rublių.
Rusijos imperijoje atsiradus pirmiesiems automobiliams, prireikė ir kelių eismo taisyklių. Archyviniai dokumentai patikslino jų atsiradimo laiką –
1896 metai.
Carinės Rusijos, kurios dalimi buvo ir Lietuva, automobilizacijos vystymesi
1903 metais įvyko lūžis – tada prasidėjo masinis automobilių įvežimas iš užsienio. Daugiausia importavo Prancūzijos, Vokietijos ir Italijos firmų automobilius. Jų padangos šnarėjo Vilniaus, Kauno gubernijų miestų grindiniu. Netrukus bandoma organizuoti komercinius pervežimus. 1903 metais lietuvių verslininkai bando atidaryti tarpmiestinį autobusų maršrutą tarp
Liepojos ir Klaipėdos. Tačiau šiam sumanymui trukdė blogi keliai, o nuo
Liepojos iki Bernatų kelio išvis nebuvo – autobusas važiavo pajūrio paplūdimiu.
Vėl sujungti Latvijos ir Lietuvos gubernijas bandyta 1908 metais, tačiau autobusas tarp Jelgavos ir Šiaulių kursavo neilgai.
Automobilio su vidaus degimo varikliu idėjos privalumus įvertino ir Rygos pramonininkai. Aleksandras Leitneris, gaminęs dviračius, 1898 metais susipažino su triciklo „De Dion Bouton” konstrukcija ir sekančiais metais pritaiko šios prancūzų firmos variklį triračiui, o po to pradeda leisti tikrus motociklus „Rosija”.
Leitneris organizuoja ir automobilių surinkimą. Automobilių kėbulai buvo gaminami Rygoje, o jiems montuodavo iš Europos importuotus „De Dion
Bouton”, „Fafnir”, „Kudel” firmų variklius ir kitus agregatus. Kaip ir motociklai, tie automobiliai vadinami „Rosija”. 1901 metais Rygos 700 metų jubiliejaus parodoje eksponuotas Leitnerio fabrike surinktas automobilis
„Rosija” buvo apdovanotas Didžiuoju prizu. Tai buvo pirmasis bandymas organizuoti automobilių gamybą Pabaltijyje.
Alternatyvieji degalai vidaus degimo varikliuose
Pasaulyje kasmet didėja energijos poreikiai, tačiau kuro ir kiti energijos ššaltiniai vis senka, todėl būtina racionaliai bei taupiai naudoti turimas atsargas, taip pat ieškoti galimybių naujiems energijos ištekliams panaudoti.
Keičiantis techninėms ir ekonominėms sąlygoms transporto energetikoje, pamažu didės gamtinių dujų, sunkiųjų naftų ir bitumų, anglių, degiųjų klinčių, biomasės ir kitų netradicinių žaliavų šaltinių vaidmuo vidaus degimo variklių degalų gamyboje.
Manoma, kad daugiausia naftos produktų pasaulyje bus sunaudojama 2005 metais. Paskui naftos produktų naudojimas ims staigiai mažėti, nes padidės alternatyviųjų degalų naudojimas. Tikimasi, kad alternatyvieji degalai įvairiose transporto rūšyse pasiskirstys taip: automobilių transporte – sintetiniai degalai, alkoholiai, vandenilis, dujos ir elektros energija; geležinkelio transporte
– elektros energija; vandens transporte – akmens anglys ir atominis kuras;
oro transporte – sintetiniai degalai, vandenilis ir atominis kuras.
Pagrindinis energijos išteklių taupymo mūsų šalies transporte tikslas –
žymiai sumažinti naftos produktų sunaudojimą, nes kone visa nafta importuojama. Mažėjant naftos degalų sunaudojimui transporte proporcingai gerėtų ir ekologinė padėtis, ypač didžiuosiuose Lietuvos miestuose.
Perspektyvus automobilių transporte skystųjų naftos produktų sąnaudų mažinimo būdas yra alternatyviųjų degalų naudojimas vidaus degimo varikliuose. Alternatyvieji degalai – tai ne iš tradicinių išteklių gaunami skystieji ir dujiniai degalai.
Pagal fizines ir chemines savybes bei saugojimo sąlygas transporto priemonių variklių alternatyvieji degalai gali būti skirstomi į 3 grupes:
1. Naftiniai degalai su nenaftinės kilmės priedais. Šie priedai – tai deguonies turintys junginiai: spiritai ir esteriai, vandens bei degalų emulsijos. Pagal eksploatacines savybes šie degalai yra artimi iš naftos distiliuotiems degalams.
2. Sintetiniai (dirbtiniai) skystieji degalai savo savybėmis artimi tradiciniams naftos degalams. Jie gaunami perdirbant skystąją, dujinę arba kietąją žaliavą. Šiai grupei galima priskirti benzininius, reaktyvinius, dyzelinius ir dujų degalus, gaunamus iš sunkiųjų naftos produktų, gamtinių bitumų, anglių, degiųjų klinčių, metanolio, taip pat degalus, gaunamus tiesiogine CO ir H2 sinteze.
3. Nenaftiniai degalai, kurie fizinėmis ir cheminėmis eksploatacinėmis savybėmis, o kartais ir agregatine būsena visiškai skiriasi nuo tradicinių degalų. Šiai grupei priskiriami spiritai, kai naudojami gryni (metanolis, etanolis), ir jų mišiniai su aukštesniaisiais spiritais (eteriais), taip pat dujiniai degalai – gamtinės suslėgtosios arba skystosios dujos, skystosios naftos dujos (propanas, butanas), amoniakas, vandenilis, generatorinės ir dirbtinės dujos.
Daugelis alternatyviųjų degalų savo fizinėmis, cheminėmis ir eksploatacinėmis savybėmis labai skiriasi nuo tradicinių benzininių ir dyzelinių degalų, todėl norint juos praktiškai pritaikyti reikės keisti variklių technines charakteristikas ir pačios transporto priemonės eksploatavimą.
Kadangi Lietuva beveik visiškai priklauso nuo naftos importo, taupant jos sąnaudas, tikslinga naftinės kilmės degalus pakeisti kitais, iš vietinių atsinaujinančių išteklių išgaunamais degalais. Vienas tinkamiausių mūsų gamtinėms ir ekonominėms sąlygoms alternatyviųjų degalų yra iš biomasės išgaunamas etilo spiritas.
Vilniaus Gedimino technikos universitete Automobilių transporto katedroje pagal Panevėžio spirito gamyklos akcinės bendrovės “SEMA” užsakymą buvo atlikti spirito gamybos atliekų pritaikymo vidaus degimo variklių degalams teoriniai ir eksperimentiniai (laboratoriniai) tyrimai. Šių tyrimų tikslas
– teoriškai ir eksperimentiškai ištirti spiritinių degalų naudojimo vidaus degimo varikliuose galimybes, nustatyti optimalią benzino ir etanolio mišinio sudėtį ir įvertinti galingumo, ekonomiškumo bei ekologinius rodiklius.
Buvo išnagrinėti spiritinių degalų (alkoholių) panaudojimo vidaus degimo varikliuose trūkumai ir pranašumai palyginti su degalais, pagamintais iš naftos. Alkoholių privalumai šie:
– didelis oktaninis skaičius (110–115 tiriamuoju metodu);
– plačios užsiliepsnojimo ribos;
– didelis liepsnos greitis;
– didelė garavimo šiluma, didinanti tūrinį kaitringumą;
– mažesnis išmetamų deginių toksiškumas;
– suodžių nuosėdų nesusidarymas cilindruose;
– tirpumas vandenyje.
Didžiausi trūkumai tokie:
– mažas cetaninis skaičius (3–8);
– didelis sočiųjų garų slėgis (nors tai gali būti kaip privalumas mažinant garavimo nuostolius);
– didelė garavimo šiluma, apsunkinanti variklio paleidimą;
– padidėjęs formaldehidų kiekis deginiuose;
– grynų alkoholių garų uždarose patalpose sprogimo galimybė.
Alkoholių molekulių deguonies atomai yra kur kas mažesnės molekulinės masės, todėl geriau sudega ir mažiau tarpinių medžiagų išskiria.
Etilo ir metilo spiritų tūrio vienetas energijos išskiria daugiau už kitų rūšių alternatyviuosius degalus.
Kadangi spiritiniai degalai yra didelio oktaninio skaičiaus, tikslingiau juos naudoti kibirkštinio uždegimo varikliuose. Naudojant spiritinius degalus galima padidinti oro ir degalų mišinio slėgį prieš uždegimą, oro ir degalų santykį bei liepsnos plitimo greitį. Dėl to gerėja variklių efektyvumas. Norint kuo geriau išnaudoti antidetonacines spiritų savybes ir pritaikyti variklį grynam spiritui, reikia padidinti variklio suspaudimo laipsnį iki 12–14. Pagrindinis alkoholių trūkumas – didelė garavimo šiluma ir mažas sočiųjų garų slėgis, apsunkinantis variklio paleidimą. Etanolio šios eksploatacinės savybės yra geresnės nei metanolio. Kad variklio paleidimas palengvėtų, į spiritus įmaišoma 6–8 proc. dimetilo eterio, kuris užtikrina normalų variklio paleidimą esant –250C temperatūrai.
Naudojant alkoholius kaip variklio degalus, sumažėja kenksmingų medžiagų kiekis išmetamuose deginiuose. Dėl žemesnės degimo temperatūros variklio cilindre susidaro iki 10 proc. mažiau azoto oksidų.
Kadangi alkoholiuose yra degimo procese dalyvaujančio deguonies, vyksta tobulesnė degimo reakcija ir susidaro mažiau negalutinio degimo deginių –
anglies monoksido CO ir angliavandenilių CH. Tačiau išmetamuosiuose deginiuose padidėja aldehidų kiekis, ir jis didėja didėjant spirito koncentracijai mišinyje. Veikiant grynu spiritu varomam varikliui aldehidų išmetama 2–4 kartus daugiau nei varant variklį benzinu.
Nuo grynų spiritų smarkiau šyla variklių cilindro ir stūmoklio grupės detalės, nes ant cilindro sienelių patenka nemažai neišgaravusių degalų, kurie nuplauna nuo sienelių alyvą, ir ant besitrinančių paviršių susidaro spirito ir alyvos emulsija. Alkoholis veikia alyvos priedus ir sumažina jų efektyvumą.
Benzino ir spirito mišinys išsisluoksniuoja patekus į jį nors ir nedideliems drėgmės kiekiams (vandens priemaišų yra pradinėse medžiagose –
benzine, spirite arba atsiranda kaupiantis hidroskopinei drėgmei), todėl varikliui tinka skaidrūs, stabilūs benzino ir spirito mišiniai, gaminami su įvairiais stabilizatoriais.
Parenkant benzino, eterių ir aldehidų frakcijos bei fuzelio santykius, gaunama skaidri, stabili, tinkanti varikliui be konstrukcinių pakeitimų vandens, benzino bei etanolio kompozicija, kuri apiforminta kaip išradimas.
Kadangi etanolio oktaninis skaičius yra didelis (108), t.y. 10–25 vienetais didesnis už benzino oktaninį skaičių, todėl mažo oktaninio skaičiaus benziną (pvz., A-76) maiššant su etanoliu galima gauti didelio oktaninio skaičiaus degalus. Tačiau atlikus eksperimentinius tyrimus paaišškėjo, kad didėjant etanolio tūrio daliai mišinyje su benzinu, mišinio oktaninis skaičius didėja ne pagal tiesinę priklausomybę. Todėl buvo sudaryta tikslesnė benzino ir etanolio mišinių oktaninio skaičiaus nustatymo formulė:
OSm=OSb+0,00220·E3-0,00222·E2 +0,24731·E-0,08665;
čia OSm – benzino ir etanolio miššinio oktaninis skaičius;
OSb – benzino oktaninis skaičius;
E – etanolio dalis, tūrio procentas.
Variklio bandymai parodė, kad karbiuratorinis variklis be specialių konstrukcijos pakeitimų, varomas benzino ir spiritiniais mišiniais, veikia stabiliai, kai etanolio kiekis mišinyje ne didesnis kaip 14 procentų.
Iš variklių, varomų benzinu ir benzino bei etanolio mišiniais, šiluminio skaičiavimo rezultatų analizės galima daryti šias išvadas:
1. Įmaišius į benziną 14 proc. tūrio etanolio, variklio lyginamosios degalų sąnaudos be padidėja apie 6 proc., o įmaišius 25 proc. tūrio etanolio – be padidėja apie 10 proc., kadangi etanolio kaitringumas 1,6 karto mažesnis už benzino kaitringumą.
2. Variklio, varomo benzino ir etanolio mišiniais, vidutinis indikatorinis slėgis padidėja 4 proc., o efektyvusis naudingumo koeficientas padidėja 5
proc. palyginti su benzinu. Dėl to pasiekiama variklio efektyvioji galia ir sukimo momentas padidėja 3– 5 procentais.
3. Veikiant varikliui, varomam benzinu ir benzino etanolio mišiniais, lyginamosios energijos sąnaudos yra apylygios.
Toliau, mūsų nuomone, reikia atlikti automobilių, varomų spirito ir benzino mišiniais, eksploatacinius bandymus, kurių metu būtų parinkta mišinio pagaminimo, transportavimo ir laikymo technologija.
Naudojant spiritinius priedus degaluose būtų galima išspręsti žemdirbių išaugintos produkcijos supirkimo problemą, atgaivinti merdinčias spirito gamyklas, kurios veikia maždaug tik 20 proc. pajėgumu, sukurti papildomų darbo vietų, sumažinti naftos importo poreikius bei aplinkos teršimą. Tam turi būti sukurta teisinė bazė bei numatytas ekonominis skatinimas naudoti spiritinius degalus. Be to, tai padėtų išspręsti konfiskuoto kontrabandinio alkoholio problemą.
[pic] Mokslas ir automobilis
Ratas atsirado prieš 6000 metų, vėjo varomas automobilis – prieš 400 metų, garo mašinos varomas prancūzų konstruktoriaus N.Ž.Kiunjo automobilis –
prieš 230 metų, idealaus variklio teoriją prancūzų profesorius S.Karno sukūrė prieš 177 metus, o pagal ją vokiečių išradėjai N.Otas, K.Bencas,
G.Daimleris, V.Maibachas ir R.Dyzelis paskutiniais XIX a. dešimtmečiais sukūrė veikiančius šiluminius vidaus degimo variklius ir jiems pritaikytus dviračius, triračius ir keturračius automobilius. Paskutiniaisiais XIX a.
metais S.Peterburgo inžinierius G.Trinkleris patobulino R.Dyzelio variklį dyzelino įpurškimui vietoj oro kompresoriaus įrengęs didelio slėgio kuro siurblį. Tokie slėginio suspaudimo varikliai automobiliuose naudoti visą XX
amžių.
Pirmoji S.Karno vidaus degimo variklių 1824 m. teorija nusakė svarbiausią teiginį, kad variklis gali veikti tik esant aukštos temperatūros degimo procesui ir žemos temperatūros šaltiniams (duslintuvui, radiatoriui), todėl naudingumo koeficientas niekada negali būti lygus vienetui. Įvertinus variklio nuostolius dėl siurblių, ventiliatoriaus naudojimo, trinties transmisijoje galutinis automobilio naudingumo koeficientas tėra apie 33
procentus. Taigi įpylus į baką 100 litrų benzino, tik 33 litrai suka ratus, kiti išsisklaido į aplinką kaip teršalai ir šilumos nuostoliai. Todėl per paskutinį XX a. dešimtmetį visų mokslininkų pastangos buvo sutelktos naudingumui padidinti ir išmetamų į atmosferą teršalų kiekiui sumažinti.
Nors dabartinis 33 proc. naudingumo koeficientas yra ne toks mažas palyginti su pirmą kartą 1860 m. išbandytu garo mašinos pavidalo vidaus degimo varikliu, kai vietoj garo įleidžiant ir uždegant gamtines dujas bandytojui prancūzui Ž.E.Lenuarui dėl ne vietoje pastatytos mišinio uždegimo žvakės viduryje cilindro, o ne gale, pavyko pasiekti tik 0,4 proc.
naudingumo koeficientą. Taigi mokslo ir eksperimentų dėka per 100 metų naudingumo koeficientas padidėjo beveik 100 kartų.
Vyresnio amžiaus vairuotojai prisimena XX a. vidurio automobilį “Pobieda”
su 2 litrų 50 AG varikliu, sunaudojančiu iki 15 litrų benzino 100 km, o
2000 m. aplink pasaulį keliavęs serijinis automobilis VW Lupo su 1,1 litro
61 AG varikliu sunaudodavo vidutiniškai 2,5 litro dyzelino 100 km, t.y. per pastaruosius 50 metų mokslo laimėjimai padėjo sumažinti kuro sunaudojimą daugiau kaip 5 kartus esant panašiai variklio galiai. Nereikia pamiršti, kad atitinkamai sumažėja ir degimui reikalingas oro kiekis bei į atmosferą išmetamų teršalų. Gal ir mažai kas pagalvoja, kad dūmai su suodžiais padengia Centrinės Europos kalnų snieguotas viršūnes, jas greičiau tirpdo saulė ir sukelia anksčiau neregėtus potvynius Vokietijoje, Lenkijoje,
Čekijoje.
Didžiuliai mokslo laimėjimai elektronikos, medžiagotyros, prietaisų pramonės srityse tuoj pat buvo pritaikyti automobiliuose. Tai ir elektroninio įpurškimo ESM valdomos sistemos, ir elektromagnetiniai uždegimo sistemų davikliai, ir siurbliai, reguliatoriai, plastmasinės lingės, ir t.t. Mokslas pakeitė net tokias nusistovėjusias sistemas, kaip akumuliatoriai: juose įrengiami ESM valdomi pašildytuvai ir maišytuvai šaltam variklio paleidimui, rengiamasi naudoti kondensatorius, o starterius ir generatorius – montuoti ant smagračių šitaip padidinant sukimo momentą ir apsaugant elektrines grandines nuo drėgmės važiuojant drėgnu keliu.
Tokia elektrinė variklio paleidimo sistema įgalina pradėti važiuoti galinga kondensatorių baterija maitinamu iki 10 AG starteriu. Vadinasi, sumažės variklių triukšmas ir tarša prie šviesoforų.
Didžiulis mokslinis darbas atliekamas tobulinant degimo procesą cilindre virš stūmoklio. Ruošiant optimalų turbulentinį priešpriešinį kuro ir oro susimaišymą, įrengiant 3 įleidimo ir 2 išleidimo vožtuvus, įpurškiant benziną tiesiai į cilindrą už įleidimo vožtuvo (GDI – Gasoline Direct
Injection), naudojant 2 žvakes arba uždegant kibirkštį tarp žvakės ir judančio stūmoklio pasiekiamas tobulas kuro sudegimas ir minimalus kenksmingų oksidų susidarymas kibirkštinio uždegimo varikliuose.
Dar įdomesni mokslo laimėjimai slėginio uždegimo varikliuose (neteisingai vadinamuose dyzeliniuose). Kad būtų gauti kuo mažesni rūko pavidalo dyzelino lašeliai, jie išpurškiami 200 MPa (2000 atmosferų)
elektromagnetiniais siurbliais, atidarant kompiuteriu valdomu elektromagnetu kuro purkštuvą dviem etapais: iš pradžių per 0,001 sekundės be triukšmo uždegama 12,5 proc. dyzelino, paskui per kitas 0,007 sekundės į degančią aplinką suleidžiamas ir visiškai sudeginamas likusis kuro kiekis.
Dyzelis veikia taupiai, be dūmų ir triukšmo. Tokie TDI pavadinimo varikliai jau įstatomi Volksvagen, Škoda, Seat ir kai kuriuose kitų vokiečių bei amerikiečių firmų automobiliuose, jų pavyzdžiu paseks ir kitos firmos.
Iš esmės nauji mokslo laimėjimai bus diegiami automobiliuose ir ypač jų jėgainėse XXI amžiuje. Vaizdumo dėlei realiausi pasikeitimai pateikiami lentelėje.
Mažėjančios naftos ir dujų atsargos (užteks 50 metų!) bei didėjantys ekologiniai reikalavimai ir kainos privers daugiausia dėmesio skirti elektromobiliams. Jų visų maitinimui Lietuvoje reikės 10 kartų daugiau elektros energijos nei šiuo metu pagamintų visu galingumu veikiančios (kol kas politikų neuždarytos) atominė ir šiluminės elektrinės. Juk po 10-20
metų 1-2 milijonus Lietuvoje esančių automobilių pervedus į elektros trauką (po 20 kW galios kiekvienam) bus reikalinga elektrinių galia 40 000 000 kW.
O iš kur juos paimsi, kai arabai naftos jau neturės? Net pakeitus uždaromą
IAE trigubai galingesne, susidarytų 2 kartus mažesnė galia negu reikia.
Taigi jauniems Lietuvos politikams dabar pats laikas mokytis aritmetikos, nes teks šimteriopai atstatyti dabartinių nemokančių skaičiuoti politikų griuvėsius, priešingu atveju visiems teks važinėti oranžiniais dviračiais, ką pranašingai numatė jaunieji Vilniaus miesto vadovai.
Lentelės viršuje parodyta, kad XXI a. Lietuva neapsieis be nepavojingos valdomos termobranduolinės elektrinės, o jos veikimui reikalingo sunkiojo vandens (deuterio) atsargos pasaulyje neribotos (lentelės paskutinė eilutė). 1 litras deuterio tolygus 300 litrų benzino, o pasaulinių atsargų užteks 10 milijardų metų!
Kaip matyti iš lentelės, šiuo pereinamuoju laikotarpiu didžiausias mokslininkų dėmesys krypsta į vandenilį naudojančius vidaus degimo variklius ir tobulesnius kuro elementus, tiesiogiai chemiškai be degimo gaminančius elektros energiją 60 proc. naudingumu. Vandenilis bus laikomas kuro bakuose esančiose intermetalidų (75 proc. FeTiH ir 25 proc. Mg3NiHx)
kapsulėse, sugeriančiose jo iki 1000 kartų didesnį tūrį (mokslas!).
Panaudojus moderniausius elektrinius akumuliatorius mieste galima bus visiškai likviduoti taršą, o tarpmiestiniams pasivažinėjimams naudoti hibridinius variklius. Juose, be akumuliatoriaus ir elektros variklio, įrengiamas nedidelis, užmiestyje automatiškai pasileidžiantis, ekonomiškas vidaus degimo variklis. Tarša minimali.
Tokie automobiliai jau keleri metai gaminami Japonijoje, Amerikoje,
Prancūzijoje. Vienas iš jų – Toyota Prius buvo demonstruotas 2001 m. rudenį įvykusioje automobilių parodoje Kaune. Tokiam hibridiniam automobiliui gali būti naudojamas ir Lietuvoje gaminamas rapsų ar grūdų kuras, juolab kad jo reikia tik 1-2 l/100km.
Lentelėje, be elektrinių akumuliatorių, pateikti mechaniniai akumuliatoriai. Tai labai perspektyvus mokslo laimėjimas visuomeniniams miesto, priemiesčių ir tarpmiestiniam transportui, taip pat priemiestinėms automatricoms.
Šiuo metu Vilniuje svarstomi prieš kelis šimtus metų atrasto ir Kaune naudoto “Konkės” pavadinimu tramvajaus įrengimo projektai. Dėl jo metalinių ratų sukeliamų vibracijų neigiamo poveikio pastatams, siaurų gatvių užgriozdinimo, laidų kibirkščiavimo ir kitų neigiamų savybių galima tik kritiškai juos vertinti.
Reikia vėl susidomėti naujausiais šios srities mokslo laimėjimais –
mechaniniais akumuliatoriais – iš plonų vielų ar folgos susuktais, avarijų atvejais nepavojingais smagračiais. Lietuvos mokslininkai ir konstruktoriai visiškai pajėgūs tokius įrengimus sukurti ir panaudoti vietoj dabartinių nepaslankių ir netobulų troleibusų.
Kaip tokie elektra pakraunami mechaniniai akumuliatoriai gali būti naudojami troleibusuose, automatricose, priemiesčio transporte, gerai matyti iš 1 paveikslėlio.
Sustojus stotelėje smagratis įsukamas nuo kintamosios 380 V elektros srovės transformuojamu elektros varikliu, kuris atsijungęs nuo tinklo tampa generatoriumi ir smagračio energiją perduoda ratams veždamas keleivius iki 10 km atstumu, pvz., per visą Laisvės prospektą Vilniuje.
Esant atstumui tarp stotelių 1-2 km kiekvieną kartą, kol keleiviai išlipa ir įlipa, smagratis papildomai įsukamas ir šitaip gali važiuoti neribotą atstumą.
Nereikia brangių nuolatinės srovės pastočių su aptarnaujančiuoju personalu, storo vario trolėjų su nutrūkstančiu ir stabdančiu visus troleibusus ryšiu (arba pavogtais laidais). Už jų judantis paprastas transportas su veikiančiais vidaus degimo varikliais kamščių metu daugiau teršia nei troleibusai grynina, o jei sustos siauroje gatvėje 10
tramvajų nutrūkus nuolatinei srovei? Mokslininkai tokiai atgyvenai niekuo nepadės. O girobusas su mechaniniu akumuliatoriumi gali puikiausiai apvažiuoti aplinkine gatve 10 km iki kito turinčio kintamąją elektros srovę stovo. Naudojant mechaninę jėgainę (1c pav.) siūlomoje priekaboje, šiai sugedus pakanka per kelias minutes prikabinti kitą, atsarginę, su įsuktu smagračiu ir važiuoti toliau. Viskas labai paprasta ir viską galima sukonstruoti, pagaminti Lietuvoje buvusioje “Pergalės” ir Tankų remonto gamykloje Kaune. Tik padangas tektų įsivežti.
Plečiantis pasaulinei automobilių pramonei (metinė gamyba siekia 40
milijonų), padidėjo rinkos konkurencija ir daugelio originalių mokslo laimėjimų nebuvo galima įgyvendinti. Atsirado gamybą supaprastinantys ir atpiginantys, tačiau nepatogūs ir brangūs vairuotojams technologiniai sprendimai, įmantrūs išorinio dizaino atributai bei elektroniniai efektai.
Tai ypač būdinga naujai atsirandančioms ir greit bankrutuojančioms firmoms, kurios stengiasi pateisinti savo produkciją didelėmis išlaidomis reklamai.
Tai akivaizdu stebint subjektyvius metų automobilio rinkimus. Jų gaminami automobiliai kasmet keičia išorę, variklio konstrukcijas ir, žinoma, negali būti ilgaamžiai. Jie atitinka trumpalaikio naudojimo “šratinuko” įvaizdį, tuo tarpu solidūs žmonės mėgsta naudotis “amžinuoju parkeriu” (mercedesais, rolsroisais, audėmis ir pan.).
Tokiais pavyzdžiais galima laikyti technologijai naudingą, bet valdymui pavojingą skersinį variklio pastatymą priekyje su priekiniais varančiaisiais ratais ir “saugos sistemas” su nuo mažiausio prisilietimo subyrančiais brangiais plastmasiniais buferiais, ir aptakias užpakalines kėbulo dalis, kai keleiviams ne tik sunku įlipti, bet ir sėdint galvą reikia pataikyti į viršuje padarytą įdubimą (pvz., naujajame Audi-6).
Rimtos firmos dažniausiai išvengia šių brangių reklaminių triukų, naudojasi mokslo laimėjimais, todėl jų automobiliai net po kelerių metų eksploatacijos išlaiko savo vertę, o po 30-40 metų jų kaina padidėja dešimteriopai. Autoriui žinomas atvejis, kai po pusės metų eksploatacijos
Lietuvoje niekaip nesisekė parduoti vieno Rytų šalies automobilio, nors garantija galiojo metams……
Mokslo laimėjimų įtaka transporto technologijų plėtrai nesustos niekada. Be transporto neįmanoma jokia civilizacija, jokios katastrofų, taip pat ir karų likvidavimo priemonės, neįmanoma nei aviacija, nei susisiekimas jūromis. O šiose srityse, mažėjant ir brangstant organinio kuro atsargoms pasaulyje, mokslo laimėjimų naudojimas gyvenimo reikmėms neišvengiamas.