Вход

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

0 продукта | 0 лв.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

auto motor und sport Bulgaria logo

Съвременни технологии: Бензинът ЧАСТ 1

29.12.2006 17:01 1
1
2571810776
Туит

Представете си грамаден конвой от влекачи, фучащ с висока скорост по магистралата. Въздухът сякаш нажежен свисти около могъщите машини. Патрулни автомобили с тежко въоръжена охрана и мигащи светлини отдалеч известяват идването на конвоя и му проправят път сред колоните от обикновени автомобили.

Това не е сцена от мафиотски или пък научнофантастичен филм. Това е нормалната гледка при движението на десетките камиони, пренасящи струващото милиони долари оборудване на тимовете за поредното състезание от Формула 1. В тази сцена няма нищо необикновено, а върху част  от профучаващите камиони биха могли да се забележат имената на компании като Shell, Esso или Petronas, съпроводени от дискретните, но значими надписи “High Performance fuels”. Няма нищо чудно и във въоръжената охрана, защото цистерните превозват горива, чиито формули се пазат в дълбока тайна със степен на секретност, на която биха могли да завидят дори разузнавателни организации от ранга на ЦРУ, Мосад и MI-6.

Твърденията, че тези горива са аналогични на предлаганите по бензиностанциите на фирмите-производители, са верни на около 95%. Значението на скритите от погледа на простолюдието 5% обаче е огромно. Технологиите за синтез на горивата за болидите в "кралицата на моторните спортове" са в пълен унисон със същността на автомобилите, за които са предназаначени. И в двата случая става въпрос за обвития в булото на строгата секретност връх на технологичния каймак. И в двата случая става дума за космически цени...

В това отношение нещата в американския еквивавалент на Формула 1 – сериите CART, бяха простички, банални и ясни като кристална капка вода или ако трябва да сме още по-точни - като капка чист метилов алкохол. Като изключим мерките за безопасност, неизбежни при работата с отровното за човешкия организъм гориво, превозът на метанол  не изисква никакви по-специални мерки. Същото в голяма степен се отнася и за горивата в NASCAR, в която се състезават създадени по евтин “ексензивен” подход болиди, използващи за гориво натъпкан с тетраетил олово високолегиран бензин.

Неправилно е да се твърди, че двигателят с вътрешено горене и принудително запалване е плод на труда на един-единствен изобретател – германецът Николаус Ото, чието име носи четиритактовият принцип на работа на бензиновия двигател. Трябва да отдадем дължимото и на десетките други учени и ентусиасти, чиито идеи са доразвили първоначалната. Всеки един от тях е оставил свой своебразен отпечатък върху бензиновия мотор, а обстоятелството, че приносът на някои е малък, а на други – значителен, няма никакво принципно значение. Изобретението на Ото всъщност също е само развитие на идеята на французина Етиен Льоноар, но германецът я претворява в практически полезна машина, създавайки първия работещ четиритактов мотор. В двигателя на Даймлер сместа се пали от нажежена тръбичка и този метод  продължава да се използува до 1903 г., когато Роберт Бош получава своя патент за магнетно запалване и запалителна свещ. Четиритактовият принцип остава единственото по рода си високотехнологично творение на своето време чак до края на XIX век, когато Рудолф Дизел претворява в реалност и патентова значително по-ефективната машина, при която сместа се самовъзпламенява вслествие на умишлено търсената голяма компресия.  

Междувременно изобретателите са опитали почти всички течни и газообразни горими материали с цел да намерят най-подходящата "гозба" за новосъздадените двигатели с вътрешно горене и принудително запалване.  Първите констуктори експериментирали с всичко, което им попадне под ръка и притежава склонност към горене - спирт от аптеките, светилен газ получен от въглища, керосин, смес от водород и кислород. През 1863 г. американският химик Джошуа Мерил успял да получи по-леката фракция на бензина в опитите си да дестилира керосин и десет години по-късно създаденият от Ото двигател заработил именно с това гориво. То се оказало най-подходящото от използваните дотогава, а изходната суровина за производството му се добивала от земните недра в практически неизчерпаеми на фона на потреблението количества. Преди да бъде оценен и автомобилите да започнат да го използват за гориво, бензинът се изхвърлял или изгарял принудително като непотребен и излишен страничен продукт от преработката на петрола. Към края на XIX век бензинът започнал да заема трайно полагащото му се място, а през 1893 г. френският вестник “Le Petit Journal” организирал и първото автомобилно състезание от Париж до Руан.

В началото на XX век автомобилният бензин се продавал основно в смесените магазини и бил предлаган в бидони и тенекиени кутии. В повечето случаи продуктът имал неясен произход и съдържание, а шмекерите-магазинери нерядко "го кръщавали" с по-евтиния керосин и дори със суров петрол. Имало и ентусиасти, които пробвали късмета си в бизнеса за превоз на бензин с камиони и доставка по домовете, но след многобройните взривове на импровизираните цистерни скоро се отказали от рискованото начинание.

Впоследствие на някого му хрумнала доста по-разумната идея да накара Мохамед да дойде при планината и така се родила първата станция за зареждане с бензин. Ако може да се вярва на твърденията на тогавашния вестник “Национални горивни новини”, първата бензинова колонка в САЩ е построена от “Автомобилната бензинова компания” през 1907 г. В малка статия се разказва как “автомобилната компания” е намерила нов революционен начин за зареждане на гориво - на високи подпори били поставени две цистерни с висящи от тях маркучи, по които горивото се изсипвало в автомобилните резервоари под влияние на собствената си тежест.

През 20-те години на XX век търговията с бензин изцяло се променила, превръщайки се в първообраз на съвременната система за пласмент на горива. Рожденото място на съвременните бензиностанции е Калифорния, и по-точно Лос Анджелис, където Shell построили цели комплекси с отделни стаи за почивка, продажба на масла, акумулатори и всякакви други принадлежности. По това време били създадени и първите колонки с помпи, а бензинът преминавал първо през стъклен съд, благодарение на който всеки клиент можел да се увери в чистотата му.

Първонаално бензинът се получавал така, както и керосина – чрез нагряване на суровия нефт и отделяне на отделните му компоненти или другояче казано, посредством "атмосферна дистилация". През 1913 г. бил изобретен метода, познат днес като "термокрекинг", при които молекулите на по-тежките фракции (като мазут и битум) се “разцепват” на по-малките бензинови, при което количеството на извличания от петрола бензин значително се  увеличавало. Но независимо по кой способ било получено бензиновото гориво, кострукторите на автомобилни двигатели се сблъскавали с един същи проблем...

В началото на XX век двигателите ползвали степен на сгъстяване от порядъка на едва 2,5:1 до 3,0:1 и за да повишат мощността им, конструкторите прибягвали до все по-големи и големи работни обеми. Естествено те вече били достигнали до извода, че същия ефект би могъл да се постигне и чрез увеличаване на оборотите и повишаване на компресията, защото тези способи спомагат за нарастване на термодинамичната ефективност на моторите. Те си давали сметка, че по-сгъстената смес ще бъде по-добре подготвена физически и химически за горенето и би спомогнала за конструирането на по-малки, по-леки, по-мощни и по-икономични двигатели. Постигането на по-висока компресия обаче била сложна инженерна задача, която изисквала време. През 1910 г. състезателния Benz например трябвало да плаща за “огромната” си мощност от  150 к. с. безумна от днешна гледна точка цена - работният му обем бил ни повече, ни по-малко от 21 000 (!) куб.см...

При опитите си да разкъсат екстензивния омагьосан кръг "увеличаване на мощността-увеличаване на работния обем" с помощта на увеличаване степента на сгъстяване, учените се сблъскали с едно неочаквано явление. От цилиндрите на моторите с по-висока от обичайното компресия започвало да се чува невъобразимо хлопане, сякаш някой удрял с чук по буталата, двигаталите работели зле, бързо прегрявали и се износвали необратимо за броени часове. Неприятното явление, наречено впослествие “детонация”, поставило в шах конструкторите, които нямали и капка представа за неговия произход. След зрели размишления, повечето участници в тези първи опити се обединили около тезата, че горивото се възпламенява самоволно от отделни по-силно нагряти  негови части преди самата свещ да свърши това.

През първите месеци на Първата Световна война германската армия настъпвала в пълно съответстие с предварителните планове на генералите - в началото на септември 1914 г. едната от линните на фронта се разточила  до цели 200 км от североизточната част на Париж чак до Вердюн, където се съединила с другата, идваща от Алпите. По това време от двете страни на фронта се сражавали  около два милиона човека... На 6 септември французите успели  да се мобилизират и да контраатакуват, прекратявайки за първи път щателно планираното германско настъпление. Германците отстъпили  и скоро войските били принудени да се заровят в окопите от двете страни на фронтовата линия. Започнала ужасната окопна война, която се проточила с продължение на цели две години. Войниците  живеели в мръсните и студени дупки обвити в пушечен дим, обсипвани от куршуми и шрапнели и обгазявани с ужасния иприт. Много от тях намерели  смъртта си в този статичен ад, а значителна част от оцелелите полудели  впоследствие. Както твърди известният историк Бейзил Харт, в този момент от войната било нужно “особено лекарство за особена болест”...

Подобно изобретение скоро се родило в главата на британския полковник Ернест Суинтън, на когото хрумнала “налудничавата” идея да се построи бронирана машина, която да се движи с помощта на вериги. Според плановете на Суинтън машината трябвало да се задвижва от  двигател с вътрешно горене, да има картечница и дори малко оръдие. Английските чиновници приели идеята с насмешка, но пък идеята допаднала на Уинстън Чърчил, заемащ по това време поста на първи лорд на адмиралтейството.

Така се родил танкът. Бойната машина била използвана още през 1916 и 1917 г., но истинските си възможности показала на 8 август 1918 г. при Амен, когато лавина от 456 танка успяла да  пробие германския фронт. Траншейната война приключила , а ужасените германци сложили оръжие и признали , че победата над тях се дължи главно на новото оръжие. Но да се върнем мъничко назад... През 1917 г. Shell поръчала на  блестящия английски учен Хари Рикардо (който впоследствие ще получи рицарско звание от английската  кралица) да се  заеме със сложната задача по изясняване на причините, предизвикващи проблемите в двигателите и съответно да създаде по-добро гориво за танкове и самолети. По това време самолетите не само присъствали в бойните действия, но били  и основен фактор в тях. Усъвършенстването им вървяло с бесни темпове по време на войната, появявили  се и първите самолетни асове. Танковете и най-вече самолетите не могли  да бъдат задоволени с какви да е горива, защото предявените към тях изисквания били  големи и често противоречиви. Танковете трябвало да са достачъчно здрави, за да протовостоят на вражеския огън, но и достатъчно леки и маневрени, за да преодоляват различни по вид терени и наклони. За да създаде подходящи за целта мотори, Рикардо се концентрирал именно върху споменатото по-горе взривно явление - “чукането” при работа на двигател с висока компресия. Днес произходът на детонациите е известен на всички, но тогава на никого и през ум не му минавало за какво всъщност става дума.

Рикардо обаче се досетил, че причинителят на вредното явление може би трябва да се търси в естеството на самите бензини и разбира се, бил на прав път. По това време най-добрите бензини се изпращали в авиацията, тези с малко по-ниско качество била предназначени за  автомобилите, а накрая следвали тези за тракторите и другите тежки возила. Танковите двигатели трябвало да се задоволяват с това, което "остане на дъното на казаните”. След множество опити Рикардо установил , че детонациите значително намаляват, ако се използва за гориво или пък се прибавя бензол - органично съединение със стабилна структура , което по онова време се получавало при преработката на бензоена киселина. Бензолът се “взривявал” много по-трудно и бил по-стабилен при горене  от базираните на керосин горива. Освен това Рикардо изследвал бензини, произведени от нефт от различни находища на Shell и установил, че добиваният от остров Борнео петрол сам по себе си може да осигури на моторите най-малко 20%  повече мощност. Оказало се, че поради голямата му плътност и тежест, до този момент рафинериите на Shell не го използвали, а го изгаряли като отпадък. След откритието на Рикардо ръководството на компанията незабавно спряло това прахосничество, а нефтопреработващите й предприятия започнали веднага производството на авиационно гориво на негова база. Паралено с това Shell поръчали на Рикардо да създаде специално гориво за състезателни автомобили и мотоциклети. На учения вече му било добре известно, че алкохолите,като  метанол и етанол имат много висока детонационна устойчивост и че могат да се смесват с бензин – получавало се гориво със значително по-добро качество. Оказало се, че освен с високата си детонационна устойчивост алкохолите оптимизират горивния процес поради съдържащия се в състава на молекулите им кислород. Етиловият алкохол обаче все още не можел да се използва в промишлени количества, защото все още бил продукт основно на селското стопанство и служел главно за производство на спиртни напитки. Количеството му не достигало и една хилядна от необходимото за автомобилите.

За да реши проблема с недостига на алкохол, Рикардо забъркал смес, която в най-различни пропорци и с най-различни добавки от бензини щяла да се използва дълги години в моторните спортове. Става дума за комбинацията от бензол, ацетон, етилов алкохол (етанол), вода и 2% мас от бобър... Сместа се държала в в строга тайна от Shell, които се страхували формулата да не  попадне в ръцете на конкуренцията. От друга страна обаче, компанията искала да я превърне в  печеливш пазарен продукт. Основният проблем дошъл от патентоването, защото всяка добре оборудвана лаборатория на конкурентите можела да си купи гориво, да го анализира, да промени леко пропорциите и без да нарушава патентния закон да го продава като свое. В даден момент на Джеймс Коули (по това време шеф-химик на Shell) му хрумнало да  добави към сместа някаква по-особена добавка, която едновременно да затрудни и обърка анализите на "врага" и да придаде на горивото характерна миризма. В крайна сметка  решили а за целта да бъдат използвани няколко грама фино смляно костно брашно - оказало се, че с негова помощ се постига изумителен ефект. Миризмата която излизала  от ауспусите на колите била кошмарна и накарала конкурентите на Shell да си мислят, че компанията използува специално разработена по време на войната тайна смес. Говорело се дори, че става въпрос за някакъв вид експлозив... Още по-интересно станало, когато Shell разрешила на своя приятелска фирма да произвежда  сместа под друго име. “Disсol R” осигурявал 30% повече мощност от най-добрите тогавашни горива на конкурентите, но за съжаление съдържал прекалено скъпия синтетичен бензол.

Разбира се, опитите на учените да постигнат неподатливо на детонации гориво не спрели дотук...

По същото време (1918-1919 г.) и по същата тема отвъд океана работел един американски учен. Фактът, че изледванията му били поръчани и платени от автомобилният концерн General Motors, нефтеният гигант Standard Oil of New Jersey и химическият концерн Du Pont (трите най-значими предприятия в САЩ по това време) говори сам за себе си, но за съжаление продуктът, който се родил вследствие на поръчката на “триумвирата” щял да се превърне в причина за смъртта на много хора в много дълъг период от време...

Историята на създаването на тетраетилоловото и т.н. "оловни" бензини, които доскоро се продаваха и у нас, е особено противоречива и една от големите научни мистерии на XX век,която освен това значително забавила разработването  на по-сложни инжинерни методи за създавена на вискооктанови горива.  През 1917 г. Чарлз Кетеринг (големият изобретател, създал запалителната система с прекъсвач и запалителна бобина и заел впоследствие поста вицепрезидент на отдела за изследвания на GM), искал да докаже, че не конструираните от него електрически системи са причина за чукането в четиритактовите двигатели и че проблемът има връзка с качествата на използваните за гориво бензин и керосин. Чарлз Кетеринг поръчал на главния си инжинер-химик Томас Миджлей да разработи присадки, които да се прибавят към бензините и да променят качествата им по подходящ начин. Поставеният от Миджлей специален манометър за измерване на налягането в цилиндрите ясно показал, че детонациите започват не в резултат от предварително запалване в прекалено нагряти точки както се смятало дотагава, а възникват чак след началото на горенето. Кетеринг от своя страна имал ясна визия за разплитането на критичния възел. “Смятам”, твърдял той, ”че решението на проблема ще дойде, ако към бензините се прибавят два вида субстанции. Първите трябва да са горива сами по себе си и да издържат на детонации. Те ще се използват в по-големи количества, а ролята им спокойно може да бъде поета от алкохолите”.  Доста по-неясна била идеята за “втората  субстанция”. Кетеринг вярвал, че може да се открие или синтезира съединение, което по магически начин да промени кардинално качествата на бензините...

Докато търсели “вълшебното лекарство за бензини” се явил още един проблем . Геолозите в САЩ публично заявили, че някъде през 40-те години запасите на петрол в страната драстично ще намалеят и ще трябва да се използва нефт от чужди находища. По това време обаче никой не знаел къде и колко такъв има в света. Нефтът с добро качество вече бил на  изчерпване и конструкторите се принуждавали да създават нови автомобили, пригодни за по-нискокачествени бензини. Те на свой ред били по-неефктивни и изразходвали значително повече гориво, с което опасността от бързо изчерпване и на некачествените ресурси нараснала още повече. Всичко това се превърнало в зловещ порочен кръг...

 

Коментари

rebel
Да дадем шанс на алтернативните горива! Водород, окси-водород, пароводород, орто-водород :) Както се вижда, BMW 7-ма серия вече представи такъв, щял да бъде в масова употреба чак след 2020-та година... защо ли? Linde - gas имат промишлено решение за течен водород, реактор, резервоар и колонка... директно на станцията за зареждане... Мерцедес - А класата от 2010 ще ни предостави водороден автомобил със така наречената Ф-клетка.. Как така тези три компании са все немски? :) Разбира се и Хонда не са по назад, и те имат водороден прототип :) Трудно ли се добива водород от дестилирана вода? А реактора може ли да бъде разположен в двигателния отсек или в багажника и докато пътуваме да произвеждаме гориво от вода? Отговор : http://www.beinsa.info

comments powered by Disqus