Это вступительная часть цикла статей посвящённых Двигателю Внутреннего Сгорания, являющаяся кратким экскурсом в историю, повествующая об эволюции ДВС. Так же, в статье будут затронуты первые автомобили.
В следующих частях будут подробно описаны различные ДВС:
• Шатунно-поршневые
• Роторные
• Турбореактивные
• Реактивные
Паровая машина, послужившая прародителем ДВС, по своей сути являлась двигателем внешнего сгорания, так как горение топлива происходило в отдельно стоявшем котле, а рабочее тело (пар) подавалось в цилиндр по трубам.
Такая конструкция приводила к большим потерям тепла (энергии) и черезмерному расходу топлива.
Для преодоления этих недостатков необходимо было сделать так, чтоб топливо сгорало непосредственно в самом цилиндре. Реализацией этой идеи и стал Двигатель Внутреннего Сгорания.
Четырёхтактный ДВС — на первом такте происходит впуск, на втором сжатие, на третьем расширение, на четвёртом выпуск.
Звёздообразный, или радиальный ДВС — имеет небольшую длину и позволяет компактно размещать большое количество цилиндров.
Ротативный ДВС — двигатель вращается вокруг неподвижного коленчатого вала.
Роторный ДВС — за один оборот двигатель выполняет один рабочий цикл.
Слово «Детонация» здесь неуместно, правильно будет — расширение. Детонация же, это разрушительное следствие неправильной работы двигателя.
Турбореактивный ДВС — в основном используются на самолётах.
Реактивный ДВС — используется в ракетах.
К первым попыткам создать ДВС (если не брать в расчёт артиллерийские орудия) можно отнести проект порохового двигателя в виде цилиндра с поршнем, предложенный Христианом Гюйгенсом и Дени Папеном, в 17 веке.
Идея заключалась в том, что насыпанный внутрь цилиндра и подожжённый порох, выталкивал поршень вверх.
Конечно, назвать эту конструкцию двигателем можно лишь с большой натяжкой, однако нужно помнить что на дворе был 1690 год.
Чуть позже, Папен, вместо пороха залил в цилиндр воду, которая доводилась до кипения костром, разожженным под цилиндром, а образующийся пар толкал поршень.
Тогда эта идея, отчасти, поспособствовала созданию паровой машины, а сейчас поршень и цилиндр используется в современных шатунно-поршневых ДВС.
Существовали и другие изобретатели 17-18 веков пытавшиеся создавать ДВС, но им не удалось добиться сколько-нибудь значимых результатов, да и информации о них крайне мало.
В 1801 году, Филипп Лебон — французский инженер и изобретатель газового освещения, зарегистрировал патент на двигатель внутреннего сгорания работающий на смеси газа и воздуха.
В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый «светильный газ» из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала в рабочий цилиндр, где и воспламенялась.
В связи со смертью Лебона, в 1804 году, двигатель так и остался проектом на бумаге.
К сожалению, не нашёл никаких картинок.
В 1806 году, французский изобретатель Джозеф Ньепс вместе со своим братом Клодом, сконструировали прототип двигателя внутреннего сгорания и назвали его «Pyreolophore».
Двигатель был установлен на лодку, которая смогла подняться вверх по течению реки Сона. Спустя год, после испытаний, братья получили патент на своё изобретение, подписаный Наполеоном Бонопартом, сроком на 10 лет.
Правильнее всего, было бы назвать этот двигатель реактивным, так как его работа заключалась в выталкивании воды из трубы находящейся под днищем лодки…
Двигатель состоял из камеры поджигания и камеры сгорания, сильфона для нагнетания воздуха, топливо-раздаточного устройства и устройства зажигания. Топливом для двигателя служила угольная пыль.
Сильфон впрыскивал струю воздуха смешанную с угольной пылью в камеру поджигания где тлеющий фитиль зажигал смесь. После этого, частично подожжённая смесь (угольная пыль горит относительно медленно) попадала в камеру сгорания где полностью прогорала и происходило расширение.
Далее давление газов выталкивало воду из выхлопной трубы, что заставляло лодку двигаться, после этого цикл повторялся.
Двигатель работал в импульсном режиме с частотой ~12 и/минуту.
Спустя некоторое время, братья усовершенствовали топливо добавив в него смолу, а позже заменили его нефтью и сконструировали простую систему впрыска.
В течении следующих десяти лет проект не получил никакого развития. Клод уехал в Англию с целью продвижения идеи двигателя, но растратил все деньги и ничего не добился, а Джозеф занялся фотографией и стал автором первой в мире фотографии «Вид из окна».
Принято считать, что братья Ньепс были авторами первой в мире системы впрыска.
Во Франции, в доме-музее Ньепсов, выставлена реплика «Pyreolophore».
Справа стоит самокат (дрезина — лат. быстроя нога), который Джозеф Ньепс построил в 1817 году.
В том же 1807 году, швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Рива сконструировал двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием. Топливом для двигателя служил водород, а идею электрического поджига, де Рива позаимствовал у Алессандро Вольта.
Чуть позже, де Рива водрузил свой двигатель на четырёхколёсную повозку, которая, по мнению историков, стала первым автомобилем с ДВС.
Про Алессандро ВольтаВольта впервые поместил пластины из цинка и меди в кислоту, чтобы получить непрерывный электрический ток, создав первый в мире химический источник тока («Вольтов столб»).В 1776 г. Вольта изобрел газовый пистолет — «пистолет Вольты», в котором газ взрывался от электрической искры.
В 1800 году построил химическую батарею, что позволило получать электричество с помощью химических реакций.
Именем Вольты названа единица измерения электрического напряжения — Вольт.
A — цилиндр, B — «свеча» зажигания, C — поршень, D — «воздушный» шар с водородом, E — храповик, F — клапан сброса отработанных газов, G — рукоятка для управления клапаном.
Водород хранился в «воздушном» шаре соединённым трубой с цилиндром. Подача топлива и воздуха, а так же поджиг смеси и выброс отработанных газов осуществлялись вручную, с помощью рычагов.
Принцип работы:
• Через клапан сброса отработанных газов в камеру сгорания поступал воздух.
• Клапан закрывался.
• Открывался кран подачи водорода из шара.
• Кран закрывался.
• Нажатием на кнопку подавался электрический разряд на «свечу».
• Смесь вспыхивала и поднимала поршень вверх.
• Открывался клапан сброса отработанных газов.
• Поршень падал под собственным весом (он был тяжёлый) и тянул верёвку, которая через блок поворачивала колёса.
После этого цикл повторялся.
В 1813 году де Рива построил ещё один автомобиль. Это была повозка длиной около шести метров, с колесами двухметрового диаметра и весившея почти тонну.
Машина смогла проехать 26 метров с грузом камней (около 700 фунтов) и четырьмя мужчинами, со скоростью 3 км/ч.
С каждым циклом, машина перемещалась на 4-6 метров.
Мало кто из его современников серьезно относился к этому изобретению, а Французская Академия Наук утверждала, что двигатель внутреннего сгорания никогда не будет конкурировать по производительности с паровой машиной.
В Парижском «Музее искусств и ремёсел» экспонируется модель автомобиля Франсуа де Рива.
В 1825 году, английский инженер и изобретатель Сэмюэль Браун, создал двигатель работающий на газе (водород).
Принцип работы двигателя основывался на сжигании воздуха в цилиндре, что приводило к созданию вакуума и втягивании поршня, а для более эффективного охлаждения, цилиндр окружала водяная рубашка.
Двигатель использовался для перекачки воды и для приведения в движение речных судов. Браун создал компанию по производству двигателей для лодок и барж, некоторые из которых достигали скорости 14 км/ч. Тем не менее, предприятие оказалось неудачным из-за перебоев с поставками топлива и высокой стоимости.
В 1826 году, Сэмюэль Мори, пионер американского «паростроения», запатентовал двигатель внутреннего сгорания работающий на скипидаре и спирте.
Двигатель имел много общего с современными, он состоял из двух цилиндров с водяной рубашкой, карбюратора и выпускных клапанов.
Информации очень мало, поэтому пишу что есть:
Мори продемонстрировал свой двигатель в Нью-Йорке и Филадельфии, о чём есть свидетельства очевидцев. Двигатели были установлены на лодку и на телегу. Во время демонстрации «автомобиля», Мори не справился с управлением и съехал в канаву. Это была первая в США поездка на автомобиле. Несмотря на успех, Мори не смог найти покупателя.
Популяризатором идеи Мори был Чарльз Дьюри, изобретатель, сконструировавший первый бензиновый двигатель в Америке. Он профинансировал создание двух рабочих реплик двигателя Мори, одна из которых находится в распоряжении Смитсоновского института, а другая принадлежит Дин Камен.
В 1833 году, американский изобретатель Лемюэль Веллман Райт, зарегистрировал патент на двухтактный газовый двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением.
Дугалд Клерк (см. ниже) в своей книге «Gas and Oil Engines» написал о двигателе Райта следующее:
«Чертеж двигателя весьма функционален, а детали тщательно проработаны. Взрыв смеси действует непосредственно на поршень, который через шатун вращает кривошипный вал. По внешнему виду двигатель напоминает паровую машину высокого давления, в которой газ и воздух подаются с помощью насосов из отдельных резервуаров. Смесь, находящаяся в сферических ёмкостях поджигалась во время подъёма поршня в ВМТ (верхняя мёртвая точка) и толкала его вниз/вверх. В конце такта открывался клапан и выбрасывал выхлопные газы в атмосферу.»
Неизвестно, был ли когда-либо этот двигатель построен, однако есть его чертёж:
В 1838 году, английский инженер Уильям Барнетт получил патент на три двигателя внутреннего сгорания.
Первый двигатель — двухтактный одностороннего действия (топливо горело только с одной стороны поршня) с отдельными насосами для газа и воздуха. Поджиг смеси происходил в отдельном цилиндре, а потом горящая смесь перетекала в рабочий цилиндр. Впуск и выпуск осуществлялся через механические клапана.
Второй двигатель повторял первый, но был двойного действия, то есть горение происходило попеременно с обоих сторон поршня.
Третий двигатель, так же был двойного действия, но имел впускные и выпускные окна в стенках цилиндра открывающееся в момент достижения поршнем крайней точки (как в современных двухтактниках). Это позволяло автоматически выпускать выхлопные газы и впускать новый заряд смеси.
Отличительной особенностью двигателя Барнетта было то, что свежая смесь сжималась поршнем перед воспламенением.
Чертёж одного из двигателей Барнетта:
В 1853-57 годах, итальянские изобретатели Еугенио Барзанти и Феличе Маттеуччи разработали и запатентовали двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания мощность 5 л/с.
Патент был выдан Лондонским бюро так как итальянское законодательство не могло гарантировать достаточную защиту.
Строительство прототипа было поручено компании «Bauer & Co. of Milan» (Helvetica), и завершено в начале 1863 года. Успех двигателя, который был гораздо более эффективным чем паровая машина, оказался настолько велик, что компания стала получать заказы со всего света.
Ранний, одноцилиндровый двигатель Барзанти-Маттеуччи:
Модель двухцилиндрового двигателя Барзанти-Маттеуччи:
Маттеуччи и Барзанти заключили соглашение на производство двигателя с одной из бельгийских компаний. Барзанти отбыл в Бельгию для наблюдения за работой лично и внезапно умер от тифа. Со смертью Барзанти все работы по двигателю были прекращены, а Маттеуччи вернулся к своей прежней работе в качестве инженера-гидравлика.
В 1877 году, Маттеуччи утверждал, что он с Барзанти были главными создателями двигателя внутреннего сгорания, а двигатель построенный Августом Отто очень походил на двигатель Барзанти-Маттеуччи.
Документы касающиеся патентов Барзанти и Маттеуччи хранятся в архиве библиотеки Museo Galileo во Флоренции.
Национальный музей науки и техники Леонардо да Винчи в Милане.
В 1860 году, бельгийский инженер Жан Жозеф Этьен Ленуар построил двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением, представлявший собой переделанную одноцилиндровую горизонтальную паровую машину двойного действия, работавший на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием. Мощность двигателя составляла 12 л/с.
Двигатели Ленуара использовались как стационарные, судовые, на локомотивах и на дорожных экипажах.
Современная модель:
Принцип работы прост: смесь, с помощью одного золотникового устройства, попеременно подавалась в полости цилиндра и поджигалась от «свечи», а через другой золотник выбрасывались отработанные газы.
ЗолотникВ зависимости от положения золотника, окна (4) и (5) сообщаются с замкнутым пространством (6) окружающим золотник и заполненным паром, или с полостью 7, соединённой с атмосферой или конденсатором.
Это был первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания. К 1865 году более 400 единиц использовались во Франции и около 1000 в Великобритании.
Двигатель Ленуара. «Музей искусств и ремёсел». Париж.
В 1862 году Ленуар построил первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, адаптировав свой двигатель для работы на жидком топливе.
Даже капот есть
После появления четырёхтактного двигателя конструкции Николауса Отто, двигатель Ленуара быстро потерял свои позиции на рынке.
В 1861 году, французский инженер Альфонс Эжен Бо де Роша получил патент на четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания. Проект был реализован только на бумаге.
Картинок я не нашёл.
В 1863 году, Николаус Август Отто и Карл Ойген Ланген сконструировали атмосферный двигатель внутреннего сгорания и основали завод по его производству «N. A. Otto & Cie».
В 1867 году на «Парижской Всемирной Выставке» их двигатель был удостоен золотой медали.
После банкротства в 1872 году, Ланген и Отто основали новую компанию, которая сегодня известна как «Deutz AG». На должность топ-менеджера был принят Готлиб Даймлер, который в свою очередь, взял на должность главного конструктора своего друга Вильгельма Майбаха.
Самым главным изобретением Николауса Отто был двигатель с четырёхтактным циклом — циклом Отто. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.
Четырёхтактный цикл был самым большим техническим достижением Отто, но вскоре обнаружилось, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя был описан французским инженером Бо де Роша (см. выше). Группа французских промышленников оспорила патент Отто в суде, суд счёл их доводы убедительными. Права Отто, вытекавшие из его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его монопольное право на четырёхтактный цикл.
Не смотря на то, что конкуренты наладили выпуск четырёхтактных двигателей, отработанная многолетним опытом модель Отто всё равно была лучшей, и спрос на неё не прекращался. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался светильный газ, сильно суживало область их применения.
Количество светильногазовых заводов было незначительно даже в Европе, а в России их вообще было только два — в Москве и Петербурге.
В 1865 году, французкий изобретатель Пьер Хьюго получил патент на машину представлявшую собой вертикальный одноцилиндровый двигатель двойного действия, в котором для подачи смеси использовались два резиновых насоса, приводимых в действие от коленчатого вала.
Позже Хьюго сконструировал горизонтальный двигатель схожий с двигателем Ленуара.
Science Museum, London.
В 1870 году, австро-венгерский изобретатель Сэмюэль Маркус Зигфрид сконструировал двигатель внутреннего сгорания работающий на жидком топливе и установил его на четырёхколёсную тележку.
Сегодня этот автомобиль хорошо известен как «The first Marcus Car».
В 1887 году, в сотрудничестве с компанией «Bromovsky & Schulz», Маркус построил второй автомобиль — «Second Marcus Car».
Technisches Museum Wien
В 1872 году, американский изобретатель Джордж Брайтон запатентовал двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания постоянного давления, работающий на керосине.
Брайтон назвал свой двигатель «Ready Motor».
Первый цилиндр выполнял функцию компрессора, нагнетавшего воздух в камеру сгорания, в которую непрерывно поступал и керосин. В камере сгорания смесь поджигалась и через золотниковый механизм поступало во второй — рабочий цилиндр. Существенным отличием от других двигателей, было то, что топливовоздушная смесь сгорала постепенно и при постоянном давлении.
Интересующиеся термодинамическими аспектами двигателя, могут почитать про «Цикл Брайтона».
В 1878 году, шотландский инженер Сэр (в 1917 году посвящён в рыцари) Дугалд Клерк разработал первый двухтактный двигатель с воспламенением сжатой смеси. Он запатентовал его в Англии в 1881 году.
Двигатель работал любопытным образом: в правый цилиндр подавался воздух и топливо, там оно смешивалось и эта смесь выталкивалась в левый цилиндр, где и происходило поджигание смеси от свечи. Происходило расширение, оба поршня опускались, из левого цилиндра (через левый патрубок) выбрасывались выхлопные газы, а в правый цилиндр всасывалась новая порция воздуха и топлива. Следуя по инерции поршни поднимались и цикл повторялся.
В 1879 году, Карл Бенц, построил вполне надежный бензиновый двухтактный двигатель и получил на него патент.
Однако настоящий гений Бенца проявился в том, что в последующих проектах он сумел совместить различные устройства (дроссель, зажигание с помощью искры с батареи, свеча зажигания, карбюратор, сцепление, КПП и радиатор) на своих изделиях, что в свою очередь стало стандартом для всего машиностроения.
В 1883 году, Бенц основал компанию «Benz & Cie» по производству газовых двигателей и в 1886 году запатентовал четырехтактный двигатель, который он использован на своих автомобилях.
Благодаря успеху компании «Benz & Cie», Бенц смог заняться проектированием безлошадных экипажей. Совместив опыт изготовления двигателей и давнишнее хобби — конструирование велосипедов, к 1886-му году он построил свой первый автомобиль и назвал его «Benz Patent Motorwagen».
Конструкция сильно напоминает трехколёсный велосипед.
Одноцилиндровый четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания рабочим объёмом 954 см3., установленный на «Benz Patent Motorwagen«.
Двигатель был оснащён большим маховиком (использовался не только для равномерного вращения, но и для запуска), бензобаком на 4,5 л., карбюратором испарительного типа и золотниковым клапаном, через который топливо поступало в камеру сгорания. Воспламенение производилось свечой зажигания собственной конструкции Бенца, напряжение на которую подавалось от катушки Румкорфа.
Охлаждение было водяным, но не замкнутого цикла, а испарительным. Пар уходил в атмосферу, так что заправлять автомобиль приходилось не только бензином, но и водой.
Двигатель развивал мощность 0,9 л.с. при 400 об/мин и разгонял автомобиль до 16 км/ч.
Карл Бенц за «рулём» своего авто.
Чуть позже, в 1896 году, Карл Бенц изобрел оппозитный двигатель (или плоский двигатель), в котором поршни достигают верхней мертвой точки в одно и то же время, тем самым уравновешивая друг друга.
Музей «Mercedes-Benz» в Штутгарте.
В 1882 году, английский инженер Джеймс Аткинсон придумал цикл Аткинсона и двигатель Аткинсона.
Двигатель Аткинсона — это по существу двигатель, работающий по четырёхтактному циклу Отто, но с измененным кривошипно-шатунным механизмом. Отличие заключалось в том, что в двигателе Аткинсона все четыре такта происходили за один оборот коленчатого вала.
Использование цикла Аткинсона в двигателе позволяло уменьшить потребление топлива и снизить уровень шума при работе за счёт меньшего давления при выпуске. Кроме того, в этом двигателе не требовалось редуктора для привода газораспределительного механизма, так как открытие клапанов приводил в движение коленчатый вал.
Не смотря на ряд преимуществ (включая обход патентов Отто) двигатель не получил широкого распространения из-за сложности изготовления и некоторых других недостатков.
Цикл Аткинсона позволяет получить лучшие экологические показатели и экономичность, но требует высоких оборотов. На малых оборотах выдаёт сравнительно малый момент и может заглохнуть.
Сейчас двигатель Аткинсона применяется на гибридных автомобилях «Toyota Prius» и «Lexus HS 250h».
В 1884 году, британский инженер Эдвард Батлер, на лондонской выставке велосипедов «Stanley Cycle Show» продемонстрировал чертежи трёхколёсного автомобиля с бензиновым двигателем внутреннего сгорания, а в 1885 году построил его и показал на той же выставке, назвав «Velocycle». Так же, Батлер был первым кто использовал слово бензин.
Патент на «Velocycle» был выдан в 1887 году.
На «Velocycle» был установлен одноцилиндровый, четырёхтактный бензиновый ДВС оснащенный катушкой зажигания, карбюратором, дросселем и жидкостным охлаждением. Двигатель развивал мощность около 5 л.с. при объёме 600 см3, и разгонял автомобиль до 16 км/ч.
На протяжении многих лет Батлер улучшал характеристики своего транспортного средства, но был лишен возможности его тестировать из-за «Закона Красного Флага» (издан в 1865 году), согласно которому транспортные средства не должны были превышать скорость свыше 3 км/ч. Кроме того, в автомобиле должны были присутствовать три человека, один из которых должен был идти перед автомобилем с красным флагом (такие вот меры безопасности).
В журнале «Английский Механик» от 1890 года, Батлер написал — «Власти запрещают использование автомобиля на дорогах, в следствии чего я отказываюсь от дальнейшего развития.»
Из-за отсутствия общественного интереса к автомобилю, Батлер разобрал его на металлолом, и продал патентные права Гарри Дж. Лоусону (производителю велосипедов), который продолжил производство двигателя для использования на катерах.
Сам же Батлер перешёл к созданию стационарных и судовых двигателей.
В 1900 году, в журнале «Autocar», Батлер опубликовал статью следующего содержания:
«Теперь, когда внимание общественности приковано к немецким изобретателям — Бенцу и Даймлеру, я надеюсь, что вы найдёте место в вашем журнале для иллюстрации небольшого бензинового автомобиля, который я считаю, был сделан абсолютно первым в этой стране.
Я не могу утверждать, что сделал очень много, однако я проводил свои эксперименты в то время, когда прогресс тормозился из-за предрассудков людей и отсутствия интереса. Тем не менее, часть моих идей до сих пор используется во многих типах двигателей.»
В 1889 году, на Всемирной выставке в Париже, французский инженер Феликс Милле представил и запатентовал 5-цилиндровый ротационный (не роторный) двигатель, встроенный в колесо велосипеда.
Мотоцикл Феликса Милле, 1897 год.
Ротационный двигатель основан на стандартном цикле Отто, но вместо вращения коленчатого вала вращается весь двигатель выступая в роли маховика, а коленчатый вал стоит на месте.
Подобные двигатели широко использовались в авиации во времена Первой мировой войны.
Достоинства и недостатки этих двигателей будут описаны в отдельной статье, однако интересующиеся могут почитать википедию.
В 1891 году, Герберт Эйкройд Стюарт в сотрудничестве с компанией «Richard Hornsby and Sons» построил двигатель «Hornsby-Akroyd», в котором топливо (керосин) под давлением впрыскивалось в дополнительную камеру (из-за формы её называли «горячий шарик»), установленную на головке блока цилиндров и соединённую с камерой сгорания узким проходом. Топливо воспламенялось от горячих стенок дополнительной камеры и устремлялось в камеру сгорания.
1. Дополнительная камера (горячий шарик).
2. Цилиндр.
3. Поршень.
4. Картер.
Для запуска двигателя использовалась паяльная лампа, которой нагревали дополнительную камеру (после запуска она подогревалась выхлопными газами). Из-за этого двигатель «Hornsby-Akroyd», который был предшественником дизельного двигателя сконструированного Рудольфом Дизелем, часто называли «полу-дизелем». Однако спустя год Эйкройд усовершенствовал свой двигатель добавив к нему «водяную рубашку» (патент от 1892 г.), что позволило повысить температуру в камере сгорания за счёт увеличения степени сжатия, и теперь уже не было необходимости в дополнительном источнике нагрева.
В 1893 году, Рудольф Дизель получил патенты на тепловой двигатель и модифицированный «цикл Карно» под названием «Метод и аппарат для преобразования высокой температуры в работу».
В 1897 году, на «Аугсбургском машиностроительном заводе» (с 1904 года MAN), при финансовом участии компаний Фридриха Круппа и братьев Зульцер, был создан первый функционирующий дизель Рудольфа Дизеля
Мощность двигателя составляла 20 лошадиных сил при 172 оборотах в минуту, КПД 26,2 % при весе пять тонн.
Это намного превосходило существующие двигатели Отто с КПД 20 % и судовые паровые турбины с КПД 12 %, что вызвало живейший интерес промышленности в разных странах.
Двигатель Дизеля был четырёхтактным. Изобретатель установил, что КПД двигателя внутреннего сгорания повышается от увеличения степени сжатия горючей смеси. Но сильно сжимать горючую смесь нельзя, потому что тогда повышаются давление и температура и она самовоспламеняется раньше времени. Поэтому Дизель решил сжимать не горючую смесь, а чистый воздух и концу сжатия впрыскивать топливо в цилиндр под сильным давлением.
Так как температура сжатого воздуха достигала 600—650 °C, топливо самовоспламенялось, и газы, расширяясь, двигали поршень. Таким образом Дизелю удалось значительно повысить КПД двигателя, избавиться от системы зажигания, а вместо карбюратора использовать топливный насос высокого давления (ТНВД).
Позднее, в 1900 году, на «Всемирной выставке», Рудольф Дизель продемонстрировал двигатель работающий на арахисовом масле (биодизель).
В 1903 году, норвежский изобретатель Эгидий Эллинг построил первую газовую турбину, развивавшую мощность в 11 лошадиных сил. Патент на это изобретение он получил ещё в 1884 году.
К 1904-му году мощность турбины была увеличена до 44 лошадиных сил, а к 1932-му году турбина уже развивала мощность около 75 лошадиных сил.
В 1933 году Эллинг пророчески писал: «Когда я начал работать над газовой турбиной в 1882 году, я был твёрдо уверен в том, что моё изобретение будет востребовано в авиастроении.»
К сожалению, Эллинг умер в 1949 году, так и не дожив до наступления эры турбореактивной авиации.
Единственное фото, которое удалось найти.
Возможно кто-то найдёт что-либо об этом человеке в «Норвежском музее техники».
В 1903 году, Константин Эдуардович Циолковский, в журнале «Научное обозрение» опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где впервые доказал, что аппаратом, способным совершить космический полёт, является ракета. В статье был предложен и первый проект ракеты дальнего действия. Корпус её представлял собой продолговатую металлическую камеру, снабжённую жидкостным реактивным двигателем (который тоже является двигателем внутреннего сгорания). В качестве горючего и окислителя он предлагал использовать соответственно жидкие водород и кислород.
Наверное на этой ракетно-космической ноте и стоит закончить историческую часть, так как наступил 20-ый век и Двигатели Внутреннего Сгорания стали производиться повсеместно.
Философское послесловие…
К.Э. Циолковский полагал, что в обозримом будущем люди научатся жить если не вечно, то по крайней мере очень долго. В связи с этим на Земле будет мало места (ресурсов) и потребуются корабли для переселения на другие планеты. К сожалению, что-то в этом мире пошло не так, и с помощью первых ракет люди решили просто уничтожать себе подобных…
Спасибо всем кто прочитал.
Все права защищены © 2016 istarik.ru
Любое использование материалов допускается только с указанием активной ссылки на источник.
Разработка первого двигателя внутреннего сгорания длилась почти два века, пока автомобилисты смогут узнать прототипы современных моторов. Все начиналось с газа, а не с бензина. В число людей, которые приложили свою руку к истории создания, являются — Отто, Бенц, Майбах, Форд и другие. Но, последние научные открытия перевернули весь автомир, поскольку отцом первого прототипа считался совсем не тот человек.
Леонардо и здесь руку приложил
До 2016 года основателем первого двигателя внутреннего сгорания считался Франсуа Исаак де Риваз. Но, историческая находка, сделанная английскими учеными, перевернула весь мир. При раскопках вблизи одного из французских монастырей, были найдены чертежи, которые принадлежали Леонардо да Винчи. Среди них был чертеж двигателя внутреннего сгорания.
Конечно, если смотреть на первые двигатели, которые создавали Отто и Даймлер, то можно найти конструктивные сходства, а вот с современными силовыми агрегатами их уже нет.
Легендарный да Винчи опередил свое время почти на 500 лет, но поскольку был скован технологиями своего времени, а также финансовыми возможностями, так и не смог сконструировать мотор.
Детально исследовав чертеж, современные историки, инженеры и автоконструкторы с мировым именем, пришли к выводу, что данный силовой агрегат мог работать и довольно продуктивно. Так, компания Форд занялась разработкой прототипа двигателя внутреннего сгорания, основываясь на чертежах да Винчи. Но, эксперимент удался только наполовину. Двигатель завести не удалось.
Но, некоторые современные доработки позволили, все-таки дать жизнь силовому агрегату. Он так и остался экспериментальным прототипом, но кое-что компания Форд, все-таки почерпнула для себя — это размер камер сгорания для легковых автомобилей В-класса, который составляет 83,7 мм. Как оказалось — это идеальный размер для сгорания воздушно-топливной смеси для такого класса моторов.
Инженерия и теория
Согласно историческим фактам, в XVII веке голландский ученый и физик Кристиан Хагенс разработал первый теоретический двигатель внутреннего сгорания на пороховой основе. Но, как и Леонардо был скован технологиями своего времени и воплотить свою мечту в реальность так и не смог.
Франция. 19 век. Начинается эпоха массовых механизаций и индустриализаций. В это время, как раз и можно создать, что-то невероятное. Первый, кто сумел собрать двигатель внутреннего сгорания, был француз Нисефор Ньепс, который он назвал — Пирэолофор. Он работал с братом Клодом, и они вместе до создания ДВС презентовали несколько механизмов, которые не нашли своих заказчиков.
В 1806 году в национальной французской академии прошла презентация первого мотора. Он работал на угольной пыли и имел ряд конструктивных недоработок. Несмотря на все недостатки, мотор получил положительные отзывы и рекомендации. Вследствие этого братья Ньепсе получили финансовую помощь и инвестора.
Первый двигатель продолжал развиваться. Более совершенный прототип был установлен на лодки и небольшие корабли. Но, Клоду и Нисефору этого было не достаточно, они хотели удивить весь мир, поэтому изучали разные точные науки, чтобы совершенствовать свой силовой агрегат.
Так, их старания увенчались успехами, и в 1815 году Нисефор находит труды химика Лавуазье, который пишет, что «летучие масла», которые являются частью нефтепродуктов, при взаимодействии с воздухов могут взрываться.
1817 год. Клод едет в Англию, с целью получения нового патента на двигатель, так как во Франции срок действия подходил к концу. На этом этапе братья расстаются. Клод начинает работать над мотором самостоятельно, не уведомив об этом брата, и требует с него денег.
Разработки Клода нашли подтверждение только в теории. Изобретенный двигатель не нашел широкого производства, поэтому стал частью инженерной истории Франции, а Ньепса увековечили памятником.
Сын известного физика и изобретатель Сади Карно издал трактат, который сделал его легендой автомобилестроительной индустрии и делает его знаменитым на весь мир. Работа насчитывала 200 экземпляров и называлась «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» изданная в 1824 году. Именно с этого момента начинается история термодинамики.
1858 год. Бельгийский ученый и инженер Жан Жосефа Этьен Ленуара собирает двухтактный двигатель. Отличительными элементами было то, что он имел карбюратор и первую систему зажигания. Топливом служил каменноугольный газ. Но, первый прототип работал всего несколько секунд, а потом навсегда вышел со строя.
Случилось это потому, что мотор не имел систем смазки и охлаждения. При этой неудачи Ленуар не сдался и продолжил работу над прототипом и уже в 1863 году мотор, установленный на 3-х колесный прототип автомобиля, проехал исторические первые 50 миль.
Все эти разработки положили начало эре автомобилестроения. Первые двигатели внутреннего сгорания продолжали разрабатываться, и их создатели увековечили свои имена в истории. Среди таких были — австрийский инженер Зигфрид Маркус, Джордж Брайтон и другие.
Руль принимают легендарные немцы
В 1876 году эстафету начинают принимать немецкие разработчики, чьи имена в наши дни гремят громко. Первый, кого следует отметить, стал Николас Отто и его легендарный «цикл Отто». Он первый разработал и сконструировал прототип двигатель на 4-х цилиндрах. После этого уже в 1877 году он патентует новый двигатель, который лежит в основе большинства современных моторов и самолетов начала 20 века.
Еще одно имя в истории автомобилестроения, которое многие знают и сегодня — Готлиб Даймлер. Он со своим другом и братом по инженерии Вильгельмом Майбахом разработали мотор на газовой основе.
1886 год стал переломным, поскольку именно Даймлер и Майбах создали первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Силовой агрегат получил название «Reitwagen». Этот движок ранее устанавливался на двухколесные транспортные средства. Майбах разработал первый карбюратор с жиклерами, который также эксплуатировался достаточно долго.
Для создания работоспособного двигателя внутреннего сгорания великим инженерам пришлось объединить свои силы и умы. Так, группа ученых, в которую вошли Даймлер, Майбах и Отто начали собирать моторы по две штуки в день, что на тот момент было большой скоростью. Но, как и всегда бывает, позиции ученых в совершенствовании силовых агрегатов разошлись и Даймлер уходит с команды, чтобы основать свою компанию. Вследствие этих событий Майбах следует своему другу.
1889 год Даймлер основывает первую автомобилестроительную фирму «Daimler Motoren Gesellschaft». В 1901 году Майбах собирает первый Мерседес, который положил начало легендарному немецкому бренду.
Еще одним не менее легендарным немецким изобретателем становится Карл Бенц. Его первый прототип двигателя мир увидел в 1886 году. Но, до момента создания первого своего мотора, он успел основать фирму «Benz & Company». Дальнейшая история просто потрясающая. Впечатленный разработками Даймлера и Майбаха, Бенц решил слить все компании воедино.
Так, сначала «Benz & Company» сливается с «Daimler Motoren Gesellschaft», и становиться «Daimler- Benz». Впоследствии соединение коснулось и Майбаха и компания стала называться «Mersedes- Benz».
Еще одно знаменательное событие в автомобилестроение случилось в 1889 году, когда Даймлер предложил разработку V-образного силового агрегата. Его идею подхватил Майбах и Бенц, и уже в 1902 году V-образные двигатели начали выпускаться на самолеты, а позже на автомобили.
Отец основатель автоиндустрии
Но, как не крути, самый большой взнос в развитие автомобилестроения и автодвигательных разработок внес американский конструктор, инженер и просто легенда — Генри Форд. Его лозунг: «Автомобиль для всех» нашел признание у простых людей, что и привлекло их. Основав в 1903 году компанию «Форд», он не только принялся за разработку нового поколения двигателей для своего автомобиля Форд А, но и дал новые рабочие места простых инженерам и людям.
В 1903 году против Форда выступил Селден, который утверждал, что первый использует его разработку двигателя. Судебный процесс длился целых 8 лет, но при этом, ни один из участников, так и не смог выиграть процесс, поскольку суд решил, что права Селдена не нарушены, а Форд использует свой тип и конструкцию мотора.
В 1917 году, когда США вступила в первую мировую войну, компания Форд начинает разработку первого тяжелого двигателя для грузовых автомобилей с повышенной мощностью. Так, к концу 1917 года Генри представляет первых бензиновый 4-х тактный 8-ми цилиндровый силовой агрегат Форд М, который начала устанавливаться на грузовые автомобили, а в последствие и во время 2-й мировой на некоторые грузовые самолеты.
Когда другие автомобилестроители переживали не самые лучшие времена, то компания Генри Форда процветала и имела возможность разрабатывать все новые варианты двигателей, которые нашли применение среди широкого автомобильного ряда автомобилей Форд.
Вывод
По сути, первый двигатель внутреннего сгорания изобрел Леонардо да Винчи, но это было только в теории, поскольку он был скован технологиями своего времени. А вот первый прототип поставил на ноги голландец Кристиан Хагенс. Потом были разработки французских братьев Ньепс.
Но, все же массовой популярности и разработки двигатели внутреннего сгорания получили с разработками таких великих немецких инженеров, как Отто, Даймлер и Майбах. Отдельно стоит отметить заслуги в разработках моторов отца основателя автоиндустрии — Генри Форда.
Кто изобретал двигатели внутреннего сгорания
Отличие двигателя внутреннего от двигателя внешнего сгорания
Содержание статьи
Двигателей внешнего сгорания не так много как двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Все дело в том, что коэффициент полезного действия двигателей с внешним сгоранием топлива гораздо ниже, чем у двигателей со сгоранием топлива внутри цилиндра. Так, например, у паровозов (а у них двигатель внешнего сгорания), КПД всего 5…7%. Топливо нагревает воду (как в скороварке), и она превращается в пар. Этот пар подается в рабочий цилиндр и там он совершает работу. В данном случае – вращает колеса паровоза. А отработанный пар просто выбрасывается в атмосферу.
Более современные двигатели с внешним сгоранием, это, скорее всего, модификации двигателя Стирлинга. Стирлинг предложил не выбрасывать рабочее тело (для паровоза это пар), а нагревать его внутри цилиндра. Это рабочее тело разогреется, увеличится в объеме, или если объем замкнут, увеличится давление. Это давление и произведет работу. Затем этот самый цилиндр нужно охладить. Воздух, или другой газ, уменьшится в объеме и поршень опуститься вниз. Это теоретически, на практике нагревается и остывает сам газ, перемещаясь по специальным каналам. Но принцип остается тот же, газ не покидает пределы замкнутого пространства, а тепло подводится и отводится через стенки цилиндра.
Самые современные двигатели Стирлинга, работающие на солнечной энергии, дают КПД в 31,25%. Однако, они пока не устанавливаются на автомобили из-за сложности конструкции и малой надежности.
Двигатель внутреннего сгорания, потому так и называется, что нагрев рабочего тела (не важно, газ это или пар) происходит внутри замкнутого объема (чаще всего цилиндра). Первым таким двигателем, как не странно это будет звучать, была пушка.
Пороховой заряд, воспламеняясь, нагревал воздух и продукты сгорания пороха внутри канала ствола, и ядро выбрасывалось «пущалось». Отсюда и пушка, от «пущать».
Во всех современных двигателях внутреннего сгорания происходит почти то-же самое – внутри замкнутого объема зажигается некая горючая смесь. Этот «пожар» или «взрыв» нагревает воздух, а он (горячий воздух) производит необходимую работу. Просто поршень в двигателе не выбрасывается наружу, а совершает движения вперед и назад внутри цилиндра.
Изобретатели двигателя, который сейчас установлен на автомобиле
Итак, в связи с тем, что первым двигателем внутреннего сгорания была пушка, необходимо было бы узнать имя изобретателя, но оно, к сожалению, потерялось в веках. Известно, только,что в Европе пушка появилась в 14-м веке, а в восточных странах еще в 13-м.
Христиан Гюйгенс
Христиан Гюйгенс (портрет слева) в начале 17-го века предложил внутрь цилиндра с поршнем насыпать немного пороха. Если этот порох поджечь, то поршень поднимется вверх и шток прикрепленный к поршеню может совершить некоторую работу. Затем аппарат необходимо было разобрать, засыпать новую порцию пороха и продолжить. Шток останавливался в верхнем положении при помощи специального фиксатора.
Конечно, на это сейчас мы смотрим с удивлением, но для 17-го века это был прорыв.
Дени Папен
В 1690 году (конец 17-го века) Дени Папен (портрет справа) усовершенствовал эту конструкцию предложив вместо пороха залить на дно цилиндра воду. Если нагреть цилиндр вода испарится превратившись в пар и этот пар совершит работу подняв поршень. Затем поршень можно остудить пар внутри превратится в воду и процесс можно повторить.
Через 15 лет, в 1705 году английский кузнец Томас Ньюкомен предложил машину для откачки воды из шахт. Его аппарат состоял из котла, который производил пар. Пар подавался в цилиндр и там совершал работу. Для быстрого охлаждения цилиндра он применил форсунку, которая впрыскивала холодную воду в этот цилиндр, тем самым охлаждая его. Конечно, периодически приходилось скопившуюся в цилиндре воду выливать, но машина его работала эффективно. Назвать такую машину двигателем внутреннего сгорания сложно, ведь нагрев воды происходит вне цилиндра, но такова история. Весь 18-й век посвящен изобретению конструкций работающих на использовании энергии пара.
Только в 1801 году французский изобретатель Филип Лебон придумал подавать в цилиндр светильный газ в смеси с воздухом и поджигать его там. Он даже получил патент на этот газовый двигатель. Но в связи с тем, что Лебон рано умер (в 1804 году в возрасте 35 лет), довести свое детище до практической модели не успел.
Этьен Ленуар
Этьен Ленуар (француз с бельгийскими корнями), придумывал различные механические конструкции, работая на гальваническом заводе. Именно он считается изобретателем первого работающего двигателя внутреннего сгорания.
Доработав идею Лебона, в 1860 году он взял за основу двухходовой поршень, который совершал работу двигаясь как вправо, так и влево. А смесь светильного газа и воздуха он поджигал в отдельной камере при помощи электрической искры. Направляя продукты сгорания (в зависимости от положения поршня) либо в правую, либо в левую полость, как пар у паровоза.
Николаус Отто
Как видим это опять не совсем похож на современный двигатель в нашем его понимании, но прародитель его это уж точно. Выпустив более 300 таких двигателей, он разбогател и перестал заниматься изобретательством. Изобретенный Августом Николаусом Отто двигатель вытеснил с рынка двигатели Ленуара. Именно Отто предложил и построил четырехтактный двигатель. КПД его двигателя достигал 15%, это почти в 3 раза выше чем у двигателей Ленуара. Кстати сказать современные бензиновые двигатели имеют КПД не выше 36%, это все чего мы достигли за 150 лет работы над двигателями внутреннего сгорания. На этом четырехтактном цикле работают сейчас большинство двигателей.
Только после изобретения двигателей работающих на жидком топливе (керосине и бензине), их вполне уже можно было устанавливать на повозки, что и сделал Карл Бенс в 1886 году.
Готлиб Даймлер
В компании у Отто работали Готлиб Даймлер (слева) и Вильгельм Майбах ( на фото слева). И хотя предприятие работало прибыльно (двигателей Отто было продано более 42 тысяч штук), применение светильного газа резко сужало сферу применения. Даймлер и Майбах впоследствии организовали производство автомобилей постоянно их совершенствуя. Их имена знают практически все. Ведь именно они придумали автомобиль «Мерседес». Сын Вильгельма Майбаха – Карл (на фото справа), занимался авиационными двигателями, а затем и выпуском знаменитых автомобилей «Майбах».
Вильгельм и его сын Карл Майбах
Рудольф Дизель
В 1893 году Рудольф Дизель запатентовал двигатель работающий на отходах производства бензина – солярке.В его двигателе смесь не нужно было воспламенять, она загоралась сама от высокой температуры в цилиндре. Но и смесь воздуха с топливом готовилась несколько по-другому. В его двигателе топливо (солярка) подавалась в цилиндр в конце цикла сжатия специальным насосом. Это было революционным прорывом. Многие современные бензиновые двигатели используют этот метод образования воздушно-топливной смеси. Дизельный же двигатель не претерпел особых изменений.
Теперь на вопрос кто изобретал двигатели внутреннего сгорания Вы точно знаете ответ.
В первом тепловом двигателе — паровой машине — тепло производилось в топке и в паровом котле, вне цилиндра — рабочего органа машины. Топка и котёл делали двигатель громоздким и тяжёлым, годным только для стационарного использования или для установки на большие пароходы и паровозы. В поисках идеи компактного и лёгкого двигателя конструкторы пришли к мысли сжигать топливо внутри рабочего цилиндра — так появились прототипы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Первый ДВС, схожий с современным, создал в 1876 г. немецкий конструктор Николаус Отто.
Двигатель де Риваса на самодвижущейся тележке. Сдавливая баллон (1), в рабочий цилиндр (2) впрыскивали сжатый водород. Одновременно через открывавшийся рычагом (3) клапан (4) в цилиндр впускали воздух. Водородно — воздушную смесь (5) поджигала электрическая искра от батареи Вольта (6). Взорванная смесь расширялась, и её давление поднимало поршень (7). Обратным движением рычага открывался клапан отработанного газа, и тяжёлый поршень падал. Движения поршня через цепь (9) передавались валу (10), но лишь при обратном ходе поршня трещотка (11) на кривозубой шестерёнке (12) позволяла крутиться валу, который через ременную передачу (13) раскручивал ось передних колёс (14) тележки.
Пробный вариант
Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) создал французский изобретатель Ф.И. де Ривас в 1807 г. Смесь воздуха и водорода в рабочем цилиндре зажигалась электрической искрой от батареи Вольта, после подрыва смесь расширялась, создавая высокое давление в цилиндре и подбрасывая поршень. Отработанные газы выпускались, образуя под поршнем вакуум. Под воздействием давления атмосферы и своего веса поршень падал, возвращаясь в исходное положение, чтобы повторить цикл. Де Ривас использовал свой ДВС как привод передних колёс повозки. Но из-за низкой эффективности его двигатель не нашёл спроса. Впоследствии идеи де Риваса легли в основу дальнейших разработок ДВС.
Двигатель Ленуара
В 1860 г. другой француз, механик Э. Ленуар, сделал ДВС, похожий на горизонтальную паровую машину, но работающий на смеси воздуха со светильным газом (содержащим углеводороды). ДВС Ленуара был двойного действия — рабочий ход поршень совершал при движении в обе стороны. Это обеспечивалось тем, что смесь поджигалась искрой от двух электрических свечей по обе стороны от поршня, и впуск и выпуск газов проводился также с двух концов цилиндра с помощью золотников (таких же, как в паровых машинах).
Цикл работы ДВС Ленуара состоял из двух тактов (из двух ходов поршня — вперёд и назад). Оба хода обеспечивались расширением газовой смеси при сжигании, что требовало большого расхода топлива. Работа ДВС Ленуара обходилась в 7 раз дороже работы паровой машины той же мощности. Зато из-за отсутствия котла и топки ДВС был компактнее, и его, например, ставили на лодки, где не было места для паровой машины.
Цикл двухтактного ДВС Ленуара. 1864 г. Первый такт. Поршень (1) двигается вперёд. Тяга (2) впускного золотника (3), связанная через эксцентрик (4) вала (5), открывает заднее отверстие (6) в цилиндре (7) для впуска смеси светильного газа и воздуха. Поршень немного продвигается, впускной золотник перекрывает задний впуск, а выпускной золотник (8) открывает переднее отверстие выпуска (9), через которое поршень выталкивает газы, отработанные в прошлом такте. На заднюю свечу зажигания (10) подаётся высоковольтный разряд от электрической батареи (11). Смесь зажигается, расширяется и толкает поршень дальше вперёд до крайнего положения. Шток (12) поршня через кривошипно — шатунный механизм (13) раскручивает вал и маховик (14). Второй такт. Инерция крутящегося маховика тянет поршень назад. Впускной золотник открывает переднее отверстие впуска газов (15), поршень продолжает двигаться, впуск закрывается, смесь в цилиндре поджигается передней свечой зажигания (16), давление газов толкает поршень назад, золотник выпуска открывает заднее отверстие (17), и отработанные в первом такте газы выходят. Поршень занимает исходное крайне заднее положение. Цикл повторяется.
Первая победа Отто
Недостатки ДВС Ленуара учёл немецкий конструктор Н.А. Отто при создании своего двухтактного двигателя. Сделанный им в 1864 г. ДВС тоже работал на смеси воздуха со светильным газом. Отто поджигал смесь не электрической искрой, а пламенем газовой горелки, что было надёжнее при тогдашнем уровне развития электротехники. ДВС Отто совершал один рабочий ход. Сделав цилиндр вертикальным, Отто заставил поршень двигаться вниз без помощи давления газов, только под воздействием своего веса и давления атмосферы. Это позволило его ДВС при вдвое меньшем расходе топлива развивать мощность как у ДВС двойного действия. ДВС Отто оказался в 4-5 раз экономичнее двигателя Ленуара. Первые ДВС Отто широко использовались как приводы для типографских машин, грузовых лифтов-подъёмников, токарных и ткацких станков, прядильных машин и прочего оборудования.
Двухтактные ДВС, работающие по принципу ДВС Отто 1864 г., и сейчас используются как приводы сенокосилок и бензопил, в лодочных и мотоциклетных моторах.
Николаус Аугуст Отто
Четыре такта успеха
Настоящий прорыв в создании ДВС Отто совершил в 1876 г. В новом двигателе Отто вернулся к горизонтальной конструкции. Для увеличения мощности ДВС Отто решил перед воспламенением сжать топливную смесь, а для этого цикл работы ДВС пришлось увеличить до 4 тактов — 4 ходов поршня, и этот двигатель стал называться четырёхтактным ДВС.
Мощный четырёхтактный ДВС Отто вытеснил все предыдущие модели ДВС — его схема стала образцом для создания всех последующих ДВС вплоть до нашего времени и открыла возможность применения ДВС на транспорте.
Четырёхтактный цикл работы ДВС Отто 1876 г. I такт. Впуск топлива: поршень (1) идёт вперёд (первый ход), создавая низкое давление в цилиндре. Вращение главного вала (2) через червячную передачу (3) передаётся вспомогательному валу (4), управляющему газораспределительными клапанами. В I такте вал открывает впускной клапан (5), и горючая смесь из топливного бака (6) поступает в цилиндр (7). Клапан закрывается. II такт. Сжатие смеси: поршень идёт назад (второй ход) и сжимает топливную смесь. При запуске ДВС первый и второй ходы поршня осуществлялись вручную, затем это происходило автоматически — инерция маховика (8) поддерживала вращение главного вала. III такт. Расширение смеси (рабочий ход): вспомогательный вал кратковременно открывает клапан (9), подающий порцию смеси в газовую горелку (10), где она воспламеняется (11) и, поступая в цилиндр, воспламеняет в нём основную порцию горючего. Газы в цилиндре расширяются и выталкивают поршень вперёд (третий ход). На этом такте поршень производит полезную работу: через шток (12) передаёт толчок кривошипно — шатунному механизму (13), раскручивающему маховик. IV такт. Выпуск отработанных газов: через выпускной клапан (14) отработавшие газы, быстро сжимающиеся благодаря рубашке охлаждения (15) в корпусе цилиндра, удаляются из цилиндра. Создаётся разряжение (низкое давление), и поршень идёт назад (четвёртый ход).
Развитие идеи
Производством всех ДВС Отто занималась компания «Ланген, Отто и Розен», созданная в 1869 г. Отто совместно с немецкими предпринимателями Э. Лангеном и Л. Розеном. Современные четырёхтактные ДВС сохранили принципиальную схему Отто, но топливо в них поджигается искрой от электрической свечи. Для увеличения мощности ДВС повышали объём его цилиндра, чтобы большим объёмом топлива усилить мощь его расширения. Но увеличение цилиндра не могло быть бесконечным, и тогда придумали усиливать двигатель путём увеличения числа цилиндров, поршни которых крутили один рабочий вал двигателя. Первые двухцилиндровые ДВС появились в конце XIX в., а четырёхцилиндровые — в начале XX в. Сейчас встречаются шести — , восьми — и 20 — цилиндровые ДВС. Светильный газ был довольно дорогим топливом, и в Европе, и в России его производили не так много. В поисках нового вида топлива для ДВС обратили внимание на другие вещества, содержащие углеводороды — продукты нефтепереработки.
Сотрудники компании Отто Г. Даймлер и В. Майбах в 1883 г. создали первый бензиновый ДВС, который в 1885 г. установили на первом мотоцикле, а в 1886 г. — на первом автомобиле.
Четырёхтактный цикл работы современного одноцилиндрового ДВС. Такт — это один ход поршня (1), т. е. прохождение поршня от крайнего верхнего положения, верхней мёртвой точки (ВМТ), до крайнего нижнего положения, нижней мёртвой точки (НМТ). I такт. Впуск. Поршень идёт вниз, создавая в цилиндре (2) разряжение. Открывается впускной клапан (3), и под воздействием атмосферного давления из впускного трубопровода (4) в цилиндр засасывается горючая смесь — распылённый в воздухе бензин (5). II такт. Сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень идёт вверх, сжимая горючую смесь (6). III такт. Рабочий ход (расширение). Между электродами свечи зажигания (7) проскакивает электрическая искра, поджигающая смесь. Газы расширяются (8), под их давлением поршень идёт вниз и передаёт усилие через кривошипно — шатунный механизм (9) на коленчатый вал (10), проворачивая его. IV такт. Выпуск. Поршень по инерции идёт вверх. Открывается выпускной клапан (11), и под давлением поршня отработанные газы (12) вытесняются в атмосферу.
Однако бензин при испарении плохо смешивался с воздухом, реакция при возгорании протекала неравномерно, и бензиновые ДВС, работая ненадёжно, не могли вытеснить газовые ДВС. Выход нашёл венгерский инженер Д. Банки — в 1893 г. он придумал устройство для распыления бензина в воздухе — карбюратор с жиклёром. Бензиновая взвесь, равномерно смешанная с воздухом, поступала в цилиндр, где при зажигании быстро превращалась в газовую смесь, обеспечивая хорошее протекание реакции и мощное расширение при взрыве. В России первый бензиновый двигатель с карбюратором сконструировал в 1880-х гг. О. С. Костович. В 1897 г. немецкий инженер Р Дизель придумал дизельный двигатель, в котором топливо воспламенялось не от огня или электрической искры, а от высокой температуры, которая возникает при сильном сжатии воздуха. В России производство дизельных двигателей, усовершенствованных российским инженером Г. В. Тринклером, началось в 1899 г. Эти дизели устанавливали на стационарных машинах (станках и пр.).
Поделиться ссылкой
История создания двигателей внутреннего сгорания
В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ. В 1799 году он получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля. Это открытие имело огромное значение, прежде всего для развития техники освещения. Очень скоро во Франции, а потом и в других странах Европы газовые лампы стали успешно конкурировать с дорогостоящими свечами. Однако светильный газ годился не только для освещения.
Патент на конструкцию газового двигателя
В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Создав соответствующие условия, можно использовать выделяющуюся энергию в интересах человека. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он погиб, не успев воплотить в жизнь своё изобретение.
Жан Этьен Ленуар
В последующие годы несколько изобретателей из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной. Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи.
Ленуар не сразу добился успеха. После того как удалось изготовить все детали и собрать машину, она проработала совсем немного и остановилась, так как из-за нагрева поршень расширился и заклинил в цилиндре. Ленуар усовершенствовал свой двигатель, продумав систему водяного охлаждения. Однако вторая попытка запуска также закончилась неудачей из-за плохого хода поршня. Ленуар дополнил свою конструкцию системой смазки. Только тогда двигатель начал работать.
Август Отто
В 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто.
В 1864 году тот получил патент на свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана фирма «Отто и Компания».
На первый взгляд, двигатель Отто представлял собой шаг назад по сравнению с двигателем Ленуара. Цилиндр был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Вдоль оси поршня к нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Двигатель работал следующим образом. Вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разрежённое пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. При подъёме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разряжение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени.
Поскольку двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре зубчатую рейку заменила кривошипно-шатунная передача. Но самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто взял патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей. В следующем году новые двигатели уже были запущены в производство.
Четырёхтактный цикл был самым большим техническим достижением Отто. Но вскоре обнаружилось, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя был описан французским инженером Бо де Роша[de]. Группа французских промышленников оспорила в суде патент Отто. Суд счёл их доводы убедительными. Права Отто, вытекавшие из его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его монопольное право на четырёхтактный цикл.
Хотя конкуренты наладили выпуск четырёхтактных двигателей, отработанная многолетним производством модель Отто всё равно была лучшей, и спрос на неё не прекращался. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался светильный газ, сильно суживало область применения первых двигателей внутреннего сгорания. Количество светильногазовых заводов было незначительно даже в Европе, а в России их вообще было только два- в Москве и Петербурге.
Поиски нового горючего
Поэтому не прекращались поиски нового горючего для двигателя внутреннего сгорания. Некоторые изобретатели пытались применить в качестве газа пары жидкого топлива. Ещё в 1872 году американец Брайтон пытался использовать в этом качестве керосин. Однако керосин плохо испарялся, и Брайтон перешёл к более лёгкому нефтепродукту — бензину. Но для того, чтобы двигатель на жидком топливе мог успешно конкурировать с газовым, необходимо было создать специальное устройство для испарения бензина и получения горючей смеси его с воздухом.
Брайтон в том же 1872 году придумал один из первых так называемых «испарительных» карбюраторов, но он действовал неудовлетворительно.
Бензиновый двигатель
Работоспособный бензиновый двигатель появился только десятью годами позже. Изобретателем его был немецкий инженер Готлиб Даймлер. Много лет он работал в фирме Отто и был членом её правления. В начале 80-х годов он предложил своему шефу проект компактного бензинового двигателя, который можно было бы использовать на транспорте. Отто отнёсся к предложению Даймлера холодно. Тогда Даймлер вместе со своим другом Вильгельмом Майбахом принял смелое решение — в 1882 году они ушли из фирмы Отто, приобрели небольшую мастерскую близ Штутгарта и начали работать над своим проектом.
Проблема, стоявшая перед Даймлером и Майбахом была не из лёгких: они решили создать двигатель, который не требовал бы газогенератора, был бы очень лёгким и компактным, но при этом достаточно мощным, чтобы двигать экипаж. Увеличение мощности Даймлер рассчитывал получить за счёт увеличения частоты вращения вала, но для этого необходимо было обеспечить требуемую частоту воспламенения смеси. В 1883 году был создан первый бензиновый двигатель с зажиганием от раскалённой полой трубочки, открытой в цилиндр.
Первая модель бензинового двигателя предназначалась для промышленной стационарной установки.
Процесс испарения жидкого топлива в первых бензиновых двигателях оставлял желать лучшего. Поэтому настоящую революцию в двигателестроении произвело изобретение карбюратора. Создателем его считается венгерский инженер Донат Банки. В 1893 году он взял патент на карбюратор с жиклёром, который был прообразом всех современных карбюраторов. В отличие от своих предшественников Банки предлагал не испарять бензин, а мелко распылять его в воздухе. Это обеспечивало его равномерное распределение по цилиндру, а само испарение происходило уже в цилиндре под действием тепла сжатия. Для обеспечения распыления всасывание бензина происходило потоком воздуха через дозирующий жиклёр, а постоянство состава смеси достигалось за счёт поддержания постоянного уровня бензина в карбюраторе. Жиклёр выполнялся в виде одного или нескольких отверстий в трубке, располагавшейся перпендикулярно потоку воздуха. Для поддержания напора был предусмотрен маленький бачок с поплавком, который поддерживал уровень на заданной высоте, так что количество всасываемого бензина было пропорционально количеству поступающего воздуха.
Первые двигатели внутреннего сгорания были одноцилиндровыми, и, для того чтобы увеличить мощность двигателя, обычно увеличивали объём цилиндра. Потом этого стали добиваться увеличением числа цилиндров.
В конце XIX века появились двухцилиндровые двигатели, а с начала XX столетия стали распространяться четырёхцилиндровые.
См. также
Ссылки
26 августа 1801 года французский инженер профессор механики в Школе мостов и дорог в Париже Филипп Лебон оформил патент на конструкцию газового двигателя. Движущая сила возникала после взрыва газовоздушной смеси внутри рабочего цилиндра — у человечества появился двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
Поиск альтернативы тепловым (паровым) машинам начался фактически сразу после их появления. К этому подталкивала сама их несовершенная конструкция. С одной стороны, они обладали большими габаритами и массой из-за применения внешнего оборудования для обеспечения сгорания топлива и поддержания давления пара.
А с другой — функциональная часть паровой машины (поршень и цилиндр) сравнительно невелика. Данное противоречие постоянно побуждало мысль изобретателей к поиску возможности совмещения процесса сгорания топлива с рабочим телом двигателя. Всех перспектив такого прорыва разум человека конца XVIII века представить не мог, но было ясно, что решение проблемы позволит значительно уменьшить габариты и вес двигателя и интенсифицировать процессы впуска и выпуска рабочего тела.
Однако, чтобы такое стало осуществимым, сначала нужно было решить вопрос с подходящим топливом. Без этого любой прогресс в области ДВС просто невозможен. Именно топливо определяет устройство двигателя, его габариты и характеристики, да и саму возможность его создания. И первым таким топливом стал светильный газ.
Он был открыт французским инженером Филиппом Лебоном (1769−1804), который в 1799 году получил патент на использование и способ получения этого газа путём сухой перегонки древесины или угля. Данное открытие имело огромное значение, прежде всего для развития техники освещения. Очень скоро во Франции, а потом и в других странах Европы газовые лампы стали успешно конкурировать с дорогостоящими свечами.
Однако вскоре Лебон понял, что его светильный газ можно использовать не только для освещения. Изобретателю пришла в голову мысль взяться за конструирование двигателя, способного заменить паровую машину. Основным требованием к конструкции такого агрегата было сгорание топлива не во внешней топке, а непосредственно в цилиндре двигателя.
Через два года работа Лебона, который к тому времени получил звание профессора механики в парижской Школе мостов и дорог, дала результат. 26 августа 1801 года он оформил патент на конструкцию своего газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на уже известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты.
Продукты горения стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Для полезного использования этого явления в двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора.
Газовоздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. Таким образом, в руках 32-летнего французского профессора оказалась хоть и несовершенная, но вполне действующая первая в истории модель двухтактного ДВС.
Если бы провидение подарило этому талантливому изобретательному французскому инженеру долгую жизнь, то вполне вероятно, что человечество значительно раньше пересело бы из конных экипажей в автомобили и поднялось в воздух на первых аэропланах. Однако Лебону было не суждено продолжить работы по усовершенствованию своего творения — в 1804 году он был убит.
Работы над двигателем, работающим на светильном газе, продолжил бельгийский механик Жан Этьен Ленуар. Он значительно усовершенствовал конструкцию и первым применил электрическую искру для воспламенения газовоздушной смеси внутри рабочего цилиндра. Также он первым снабдил свой двигатель водяной системой охлаждения и применил систему смазки. Двигатель Ленуара, который окончательно был сконструирован в 1860 году, имел мощность около 12 л. с. с КПД около 3,3%.
Первый работоспособный бензиновый двигатель появился только через двадцать лет. Вероятно, первым его изобретателем можно считать русского конструктора Огнеслава Костовича, предоставившего работающий прототип бензинового двигателя в 1880 году. Однако его открытие до сих пор остается слабо освещенным.
В Европе в создание бензиновых двигателей наибольший вклад внес немецкий инженер Готлиб Даймлер. В 1882 году он и его друг Вильгельм Майбах приобрели небольшую мастерскую близ Штутгарта и начали работать над своим проектом. В 1883 году ими был создан первый калильный бензиновый двигатель с зажиганием от раскалённой трубочки, вставляемой в цилиндр.
Первая модель бензинового двигателя предназначалась для промышленной стационарной установки. А в 1885 году Даймлер и Майбах разработали лёгкий бензиновый карбюраторный двигатель. Они использовали его для создания первого мотоцикла в 1885-м, а в 1886 году — на первом автомобиле. Человечество вступило в новую эру.
Также в этот день:
1789 год — Декларация прав человека и гражданина
1382 год — хан Тохтамыш сжег Москву
1346 год — битва при Креси (Столетняя война)
История тюнинга и автомобилей.
Автомобиль, как мы знаем, был придуман не в один день и не одним изобретателем. История автомобилестроения отражает эволюцию науки и техники. Подсчитано, что на данный момент в мире действует более 100 000 патентов, посвященных современному автомобилю. Тем не менее, мы укажем первые, самые важные шаги в автомобилестроении.
Автомобиль настолько глубоко внедрился в жизнь современного человека за последние 100 лет, что мало кто может представить себе день без авто транспорта. Люди еще много сотен лет назад мечтали о самоходной повозке. Сказки про Емелю на печи и т.д. существовали задолго до первых экспериментов и работ изобретателей. Но благодаря историческим летописям мы попробуем коротко проследить за развитием современного автомобиля.Первые замыслы и теоретические рассуждения были заложены Леонардо Да Винчи и Исааком Ньютоном.Представьте себе, изобретения Да Винчи действительно работают. Совсем недавно современные ученые энтузиасты, по сохранившимся эскизам и чертежам воссоздали действующий прототип самоходного средства придуманного великим художником и изобретателем (см. видео). Если немного включить фантазию и предположить, что Да Винчи творил бы в наше время — мы по всей вероятности уже летали бы на межгалактических звездолетах.
ВЕЛИКАЯ ИСТОРИЯ АВТО.
В 1769 году, первым, самоходно-дорожно-транспортным средством стал военный трактор. Его изобрел французский инженер и механик, Николя Иосиф Кугно Cugnot (1725 — 1804). Мсье Кюгно использовал паровой двигатель для движения своего автомобиля, построенного под его руководством в Париже на фабрике»Арсенал». Первые паровые автомобили — История автомобилей и тюнинга.
Прототип автомобиля — Велосипед на паровой тяге! Уникальный трактор был использован Французской армией для перевозки артиллерии с огромной по тем временам скоростью 2.5 мили в час на трех колесах. Автомобиль приходилось останавливать каждые десять, пятнадцать минут, чтобы накопить паровой энергии и подбросить угля. Паровой двигатель и котел были отделены от остальной части «автомобиля» и были расположены спереди (см. гравюра ниже).
На следующий год (1770), мсье Cugnot построил паровой трехколесный велосипед, на котором умещались уже четверо пассажиров.
Принцип работы парового двигателя: Во время сжигания топлива происходит подогрев воды в котле и создание пара. Пар в свою очередь толкает поршни. Поршни вращают коленвал напрямую связанный с колесами по принципу паровозной пары.
Любопытно! Первое ДТП произошло в 1771 году. Мсье Кюгно на одном из своих творений въезжает в каменную стену, став первым в истории участником в дорожно-транспортном происшествии с участием автомобиля. Этот случай послужил началом череды неудач незадачливого изобретателя. Неожиданно для Николя Кюгно один из его инвесторов умирает,второго отправляют в ссылку. Деньги для производства и на эксперименты очень быстро закончились.В тот момент направление паровых машин развивалось очень бурно. Железнодорожный транспорт (видео — Приход Поезда. Братья Люмьер.) и судостроение оставили вклад в паровую эру в значительно более мощных масштабах.
Но не будем забывать, что именно Николя Кюгно – стал первым кто смог построить максимально успешный прообраз автомобиля, пусть даже так сильно похожим на паровоз.
Забавно, но факт — термины «водитель» и «шофер» означали совсем не одно и то же. Водитель — тот кто управляет машиной, а «шофер» — тот кто поддерживает огонь в топке и следит за паром.
Однако у паровых машин была масса проблем.
Огромный вес котла и ужасающий дизайн делали первые автомобили похожими на дьявольские колесницы. Дым, сажа, шипение наводили ужас на мирных жителей. Кроме того, лошади завидев извергающий пары и грохочущий на всю улицу аппарат лишались рассудка и становились неуправляемыми. Мостовые не выдерживали огромного веса громоздких машин и так далее.
Эти факты стали преградой на пути прогресса, но не смогли остановить его.
Водитель подобной колесницы, проехав пару километров, больше походил на кочегара и сегодня вызывает жалость и улыбку.
- Автомобиль Николя Кюгно был усовершенствован французом Onesiphore Pecqueur, который также изобрел первый дифференциал.
- В 1789 году, первый в США патент на паровые автомобили был зарегистрирован Оливером Эвансом.
- В 1801 Году, в Великобритании Ричард Тревитчик построил дорогу, для перевозки по ней грузов в транспорте на паровой тяге.
-
Первый российский паровоз был построен отцом и сыном Черепановыми на Нижнетагильском заводе. Паровоз Черепановых использовали для транспортировки руды общим весом 3,5 тонны со скоростью около 13 км. в час.
-
- В Великобритании, с 1820 по 1840, появились паровые дилижансы почтовой срочной службы. Которые позже были запрещены на автомобильных дорогах общего пользования. Этот запрет послужил толчком к организации первой железной дороги в Великобритании.
- Паровоз в 1850 году (построенный Карлом Дейтцом) впервые перевез несколько пассажирских вагонов вокруг Парижа и Бордо
- В Соединенных Штатах, многочисленные паровозы были построены с 1860 по 1880 г. Изобретатели: Харрисон Дайер, Джозеф Диксон, Руфус Портер и Уильям Т. Джеймс.
- Амадей Болли – старший строил модернизированные паровые машины с 1873 по 1883 г. «La Mancelle» , построенный в 1878 году, с передним размещением двигателя, с дифференциалом, цепным приводом на задние колеса, вертикальной рулевой колонкой, сиденьем водителя за двигателем. Котел располагался за спиной водителя.
- В 1871 г., Д-р Д. В. Чархард, профессор физики Университета Штата Висконсин и Д. И. Касе Компания сконструировали паровой автомобиль, который выиграл 200-мильной гонке.
Зарождение электрических машин:
- В первых автомобилях использовались не только паровые двигатели.
- Умы изобретателей будоражило электричество. Между 1832 и 1839 (точный год не известен), Роберт Андерсон из Шотландии изобрел первую электрическую коляску. Электрические автомобили использовали аккумуляторные батареи, питающие небольшой электродвигатель. Автомобили были тяжелые, медленные, дорогие и требовали частой остановки для зарядки батарей.
- Электрическая тяга добилась большего успеха в использовании трамваев и троллейбусов. Электрические транспортные средства по сей день используют на дорогах, где постоянная подача электроэнергии возможна, в угоду экологии и экономической выгоде. В остальном как паровые, так и электрические дорожно-транспортные средства на тот момент были неудобны. Это послужило скачком в конструировании двигателей автомобилей на основе бензинового топлива.
В 1769 году – по официальному признанию Британского Королевского Автомобильного Клуба, и Автомобильного Клуба Франции Николя Иосиф Кюгно построил самый первый автомобиль. Так почему же так много в книгах по истории говорится, что автомобиль был изобретен Готлибом Даймлером и Карлом Бенцем?
Действительно, Daimler и Benz изобрели и производили в промышленных масштабах прообраз современного автомобиля с двигателем, работающим на бензине. Даймлер и Бенц изобрели машины, которые выглядели и работали, как автомобили, которые мы используем сегодня. Началась эра автомобилей!
ПЕРВЫЕ ГОДЫ СОВРЕМЕННОГО АВТОМОБИЛЯ
Фантастические возможности подарил людям бензиновый двигатель и прочно вытеснил из умов паровую тягу и электромоторы. В сравнении с предшественниками он обладал целым букетом преимуществ: легкий, мощный, безопасный, не требующий постоянных остановок и значительно меньший по размерам бензиновый мотор надолго занял пьедестал среди двигателей, но это в будущем…
.
История Внутреннего Сгорания, Двигатель — Сердце Автомобиля
Двигатель внутреннего сгорания — это любой двигатель, который использует принципы взрывного сгорания топлива, чтобы толкать поршень в цилиндре поршень движения оборотов коленчатого вала, затем поворачивает колеса машин через полуось или коленчатым валом. Виды топлива для двигателей внутреннего сгорания – бензин, керосин (солярка).
Краткий очерк истории двигателя внутреннего сгорания включает в себя следующие события:
- 1680 — Голландский физик, Христиан Гюйгенс разработал теорию (но так никогда и не построил) двигателя внутреннего сгорания, который должен был работать за счет горения пороха.
- 1807 — Франсуа Исаак де Риваз из Швейцарии изобрел двигатель внутреннего сгорания, который использует смесь водорода и кислорода для топлива. Разработал двигатель, первый многоклапанный мотор внутреннего сгорания. К несчастью он был крайне неудачным и его идея была надолго забыта.
- 1858 – Уроженец Бельгии, Жан Жозеф Этьен Ленуа изобрел и запатентовал (1860) зажигание двойного действия электрически искрового типа для двигателей внутреннего сгорания. В 1863 г., Ленуа создает улучшенный движок работающий на нефти и примитивном карбюраторе.
- Его трехколесная повозка смогла проехать исторические пятьдесят миль по дороге. (См. фото) Это великое событие вошло в историю.
- 1862 — Альфонс Би Де Роч, французский инженер-строитель запатентовал, но так и не построил четырехтактный двигатель (Французский патент№52,593, 16 января, 1862).
- 1864 — Австрийский инженер, Зигфрид Маркус, построил моно-цилиндровый двигатель с простым карбюратором. Несколько лет спустя, Маркус разработал автомобиль, который поехал со скоростью 10 миль/ч, что некоторые историки требуют считать предтечей современного автомобильного ДВС, будучи первым в мире бензиновым двигателем транспортного средства с точки их зрения.
- 1873 — Джордж Брайтон, американский инженер, разработал довольно неудачный двухтактный двигатель на керосине. Однако, именно этот мотор считается первым надежным и практичным двигателем с использованием горюче-смазочных видов топлива.
- 1866 — Немецкие инженеры, Юджин Ланген и Николаус Август Отто улучшили системы Ленуа и Де Роч и разработали более эффективный бензиновый двигатель.
- 1876 — Николаус Август Отто изобрел и позже запатентовал успешный четырех-тактный двигатель, известный как «Отто цикл».
- 1876 — Первый успешный двухтактный двигатель был изобретен Сэр Даугалд Клерк.
- 1883 — Французский инженер, Эдуард Деламар-Дебювилль, построил одноцилиндровый четырехтактный двигатель. Его передовые по тем временам идеи, по крайней мере, на бумаге далеко опережали решения его cовременников, таких как Даймлер и Бенц.
- 1885 — Готтлиб Даймлер придумал прототип бензинового двигателя с вертикальным расположением цилиндров и карбюраторной системой подачи топлива запатентованным им же в системой в 1887 году. Даймлер строит с этим двигателем первое двухколесное транспортное средство — «Reitwagen» или Айншпур (пер. ред. — Одноколейный), а год спустя построен первый в мире четырех колесный автомобиль — «Моторваген».
- 1886 — 29 Января, Карл Бенц получил первый патент (DRP№37435) для автомобилей с бензиновыми двигателями.
- 1889 — Даймлер построил усовершенствованный четырехтактный двигатель с тарельчатыми клапанами и V-образным двухцилиндровым блоком.
- 1890 — Вильгельм Майбах построен первый четыре-цилиндровый, четырехтактный двигатель.
Это были удивительные годы творчества борьбы успехов и поражений. Никогда больше история автомобилестроения не развивалась столь стремительно и никогда больше не приносила столько эмоций простым обывателям ставших невольными свидетелями грандиозного шоу «появления первых автомобилей» и для самих инженеров, механиков-изобретателей.
Персона — Николаус Отто.
Персона — Николаус Отто.Основателем одной из самых важных вех в конструкции двигателя мы по праву считаем Николауса Августа Отто, который в 1876 году изобрел наиболее эффективный на тот момент бензиновый двигатель.
Отто разработал и создал первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Вначале он установил его на мотоцикле. Система изобретателя Николауса Отто была названа в его честь и по сей день именуется — «Отто-Цикл». Вклад Николауса Отто в историю двигателестроения неоценим, его четырехцилиндровый двигатель стал на много лет эталоном и отправной точкой в современных моторах. Рекордные в конце 19-ого столетия 5 или 10 лошадиных сил в моторе, буквально через 30 лет стали достигать двухсот и более.
Первый бензиновый двигатель Отто был мощностью 0.75 лошадиных сил.
Персона — Карл Бенц
В 1885 году немецкий инженер-механик, Карл Бенц разработал и построил первый в мире автомобиль работающий с двигателем внутреннего сгорания. 29 Января 1886 года, Бенц получил первый патент (DRP№37435) для бензиновых автомобилей.
Это был трехколесный авто; 1891 году Бенц построил свои первые четырехколесные машины. 1900 «Benz & Cie, стал крупнейшим в мире производителем автомобилей в мире. Бенц был первым изобретателем и проектировщиком интегрировавшим ДВС на оригинальное шасси собственного изобретения.
Персона – Готлиб Даймлер (справа) и Вильгельм Майбах (слева).
Не менее знаковая фигура в автомобилестроении — г-н Готлиб Даймлер, ранее технический директор фирмы Deutz Gasmotorenfabrik, принадлежащей Николаусу Отто, так стремительно не творил. Но самозабвенно шел к поставленной цели и совместно с г-ном Майбахом.
В 1885 году они, основав лабораторию, запустили выпуск своих первых двигателей.
В 1887 году Даймлер и Майбах увлеклись изготовлением лодочных моторов и в течении нескольких лет успешно занимались их продажей.
В 1889 году, Даймлер и Майбах построили свой первый автомобиль «с нуля», они впервые не адаптировали части другого транспортного средства, как большинство их соотечественников. Новый
Daimler автомобиль имел четыре скорости и развивал скорость 10 миль в час.
В 1890 году Готлиб Даймлер похоронив первую жену, основал компанию — Daimler Motoren Gesellschaft (DMG). Тогда же появился ее логотип – трехконечная звезда. Легенда торговой марки гласит – мощные моторы на земле, воде и воздухе. 1891 году из компании выходит Майбах.
В 1893 году Даймлер снова женится и в этом же году оставляет молодой жене все патенты и компанию DMG. Далее история компании DMG двигается в направлении Англии, новые заказы от британской королевской семьи делают фирму англо-ориентированной и впоследствии она соединяется с компанией Jaguar.
В 1899 году выпускается первый Мерседес. Он назван одним из членов правления компании Даймлера Эмилем Еллинеком в честь собственной дочери Адрианы Мануэлы Рамоны Елинек, которую в семье все называли Mercedes (гармония, грация – исп). В последствии, это имя стало товарным знаком компании.
Первые Массовые Производители Автомобилей –
В начале 1900-х годов, бензиновые автомобили превысили по продажам все другие виды автотранспортных средств. Рынок растет. Люди покупают малобюджетные автомобили. Очевидна необходимость промышленного производства. Первыми коммерческими производителями автомобилей в мире были Французы:Panhard & Levassor (1889) и Peugeot (1891).
Персона — Рене Панар (прав.) и Эмиль Левассор (лев.)
Рене Panhard и Эмиль Левассор были партнерами в деревообрабатывающем бизнесе, когда они решили стать производителями автомобилей. Они построили свой первый автомобиль в 1890 году.
За основу был взят двигатель Даймлера по лицензионному соглашению с Даймлером компания стала оснащать его моторами свои кузова. Эдуардом Саразином достигается договоренность и в действие вступает монопольное право компании Панар и Левассор эксклюзивно использовать эти двигатели на всей территории Франции.
Партнеры не только в создании кузовов автомобилей, бизнесмены внесли улучшения в техническое оснащение и конструкцию своих авто: Panhard-Levassor совершает прорыв в автомобилестроении. Его транспортные средства оснащаются: педальным узлом сцепления, полноценным дифференциалом, многоступенчатой коробкой передач, передним радиатором.
Левассор был первым конструктором, переместившим двигатель в переднюю часть автомобиля и использовавший заднеприводную систему. Разработки Panhard в области управляемости автомобилей, навсегда увековечили его имя в термине –«Тяга Панара».
Подвеска Панара быстро стала образцом и стандартом для всех автомобилей. Управляемость, баланс и легкость их системы вывела автомобилестроение на новый уровень. Панару и Левассору также приписывают изобретение прототипа современной коробки передач, устанавливаемого в их 1895 Panhard.
Позднее Панар и Левассор разделяет права и лицензию на использование двигателей Daimler с фирмой Armand Peugeot.
Peugeot настроены на победу и успешно участвуют в первых автомобильных гонках, во Франции. С победами Peugeot получает народную славу и рост продаж собственных автомобилей.
По иронии судьбы, в гонке «от Парижа до Марселя» в 1897 году происходит фатальная автокатастрофа, погиб Эмиль Левассор.
На ранней стадии развития промышленного автомобилестроения, французских производителей каждая машина отличается от последующей.
Первый стандартизированный автомобиль
Cоздан в 1894 году, это — Benz Velo, произведенный Карлом Бенцем.
Сто тридцать четыре одинаковых Velo были изготовлены в 1895 году.С этих незамысловатых событий началась автомобильная история и продолжается по сегодняшний день. Сегодня стандартизация к которой так стремились наши прапрадеды вышла на ужасающий уровень. Мы простые смертные ездим на одинаковых автомобилях, мы тешим себя мыслями о разных цветах и ограничены в выборе комплектацией своего авто. Весь тюнинг, который принято позволить себе в современном обществе – необычный освежитель воздуха в салоне и собачки-игрушки, ритмично качающие головой под лобовым стеклом. Тюнинг автомобилей – один из немногих оставшихся сегодня инструментов для индивидуализации личности и возможности вырваться из порочного круга стандартов и ограничений и всеобщей глобализации. Только тюнинг автомобиля сможет сделать ваш автомобиль неповторимым, более быстрым, чем другие в этом же классе, красивым именно с вашей точки зрения, а не отдела маркетинга завода производителя.
Именно тюнинг способен дать вам то, что не даст ни один концерн мира – индивидуальность!
(C) 2011 Top-Tuning.ru
автор: Петровский Виктор
Двигатель внутреннего сгорания (Изобретения)
Изобретение: Наиболее распространенный тип двигателя в автомобилях и многих других транспортных средствах, двигатель внутреннего сгорания характеризуется тем, что он сжигает свою жидкость изнутри — в отличие от двигателей, таких как паровой двигатель, которые сжигают топливо во внешних печах.
Люди, стоящие за изобретением:
сэр Гарри Ральф Рикардо (1885-1974), английский инженер Оливер Торникрофт (1885-1956), инженер и руководитель работ сэр Дэвид Рэндалл Пай (1886-1960), инженер и администратор
сэр Роберт Уэйли Коэн (1877-1952) ), ученый и промышленник
Двигатель внутреннего сгорания: 1900-1916
К началу двадцатого века двигатели внутреннего сгорания были практически везде.Городские улицы в Берлине, Лондоне и Нью-Йорке были заполнены автомобильным и грузовым движением; лодочные двигатели с бензиновым и дизельным двигателем заменяли паруса; стационарные паровые двигатели для выработки электроэнергии вытеснялись двигателями внутреннего сгорания. Даже использование самолетов было под рукой: для перехода от первого пилотируемого полета братьев Райт в 1903 году к боевым самолетам Первой мировой войны потребовалось чуть больше десятилетия.
Двигатели внутреннего сгорания того времени, однако, были примитивными по дизайну.Они были тяжелыми (от 10 до 15 фунтов на выходную мощность, в отличие от 1–2 фунтов в настоящее время), медленными (обычно 1000 или менее оборотов в минуту или меньше, в отличие от 2000–5000 сегодня) и крайне неэффективными для извлечения энергии. содержание их топлива. Это не было серьезными недостатками для стационарных применений или даже для дорожного движения, которое редко проходило со скоростью более 30 или 40 миль в час, но появление военных самолетов и танков требовало повышения эффективности двигателей.
Конструкция двигателя и топлива
Гарри Рикардо, сын архитектора и внука (со стороны его матери) инженера, был центральной фигурой в необходимой модернизации двигателей внутреннего сгорания.Будучи школьником, он построил паровой двигатель, работающий на угле, для своего велосипеда, а в Кембриджском университете он выпустил одноцилиндровый бензиновый мотоцикл, вобравший в себя многие свои идеи, который выиграл соревнование по экономии топлива, когда он проехал почти 40 миль. литр бензина. Он также начал разработку двухтактного двигателя под названием «Дельфин», который впоследствии был изготовлен для использования на рыболовных судах и в автомобилях. На самом деле, в 1911 году Рикардо взял свою новую невесту в свадебное путешествие на автомобиле с дельфинами.
Импульс, который привел к серьезным исследованиям двигателей, пришел в 1916 году, когда Рикардо был инженером в фирме своей семьи. Британское правительство запросило недавно разработанные танковые двигатели, которые должны были работать в грязи и битве при наклоне до 35 градусов и не могли испускать контрольные облака голубого нефтяного дыма. Рикардо решил проблему с помощью специальной конструкции поршня и с циркуляцией воздуха вокруг карбюратора и внутри двигателя, чтобы масло оставалось холодным.
Проектные работы над танковыми двигателями превратили Рикардо в полноценного исследователя.В 1917 году он основал собственную компанию, и вскоре последовала замечательная серия открытий. Он исследовал проблему детонации топливовоздушной смеси в цилиндре внутреннего сгорания. Предполагается, что смесь воспламеняется свечой зажигания в верхней части такта сжатия, при этом контролируемый фронт пламени распространяется со скоростью, приблизительно равной скорости головки поршня, когда она движется вниз в рабочем такте. Однако некоторые виды топлива детонируют (самовозгораются по всей топливовоздушной смеси) в результате самого сжатия, что приводит к потере эффективности использования топлива и повреждению двигателя.
При содействии Роберта Уэйли Коэна из Shell Petroleum Рикардо провел оценку химических смесей топлива и обнаружил, что парафины (такие как н-гептан, текущий стандарт с низким октановым числом) легко детонируют, но ароматические соединения, такие как толуол, почти не подвержены детонации. Он установил рейтинг «число толуола», чтобы описать склонность различных видов топлива детонировать; это число было заменено в
Четыре цикла стандартного двигателя внутреннего сгорания (слева направо): (1) впуск, когда воздух поступает в цилиндр и смешивается с парами бензина; (2) сжатие, когда цилиндр герметичен и поршень движется вверх, чтобы сжать топливовоздушную смесь; (3) мощность, когда свеча зажигания зажигает смесь, создавая большее давление, которое продвигает поршень вниз; и (4) выхлоп, когда сгоревшие газы выходят из цилиндра через выпускное отверстие.
1920-х годов с помощью «октанового числа», разработанного Томасом Мидгли в лабораториях Delco в Дейтоне, штат Огайо.
Топливные работы выполнялись на экспериментальном двигателе, разработанном Рикардо, который позволял непосредственно наблюдать за фронтом пламени по мере его распространения и позволял изменять степень сжатия во время работы двигателя. В результате исследования были выявлены три принципа: топливно-воздушная смесь должна поступать с максимально возможной турбулентностью для тщательного перемешивания и эффективного сгорания; свеча зажигания должна быть расположена в центре, чтобы предотвратить детонацию далеких карманов смеси до того, как фронт пламени достигнет их; и смесь должна быть максимально холодной, чтобы предотвратить детонацию.
Эти принципы были затем применены в первом действительно эффективном двигателе с боковым клапаном («L-образная головка»), то есть в двигателе с клапанами в камере сбоку цилиндра, в блоке двигателя, а не над головой, в головке двигателя. Рикардо запатентовал эту конструкцию, и после победы в патентном споре в 1932 году он получил гонорар или консультационные сборы за него от производителей двигателей по всему миру.
Воздействие
Двигатель с боковым клапаном был рабочей лошадкой для автомобильных и морских двигателей до Второй мировой войны.С его клапанами, приводимыми в действие непосредственно распределительным валом в картере, это просто, бурно, и легко изготовить. Верхние клапаны с верхними распределительными валами являются сегодня стандартом в автомобильных двигателях, но двигатель с боковым клапаном все еще встречается в морских применениях и в небольших двигателях для газонокосилок, систем домашнего генератора и тому подобного. Благодаря широкому применению и десятилетиям использования двигатель с боковым клапаном представляет собой научно-технический прорыв в двадцатом веке.
Рикардо и его коллеги Оливер Торникрофт и Д.Р. Пай продолжал создавать другие конструкции двигателей, в частности авиационный двигатель с гильзой, который был основной моделью для большинства великих британских самолетов Второй мировой войны и ранних версий реактивного двигателя самолета. За технические достижения и службу правительству Рикардо был избран членом Королевского общества в 1929 году, а в 1948 году он был посвящен в рыцари.
См. Также щелочная аккумуляторная батарея; Сборочная линия; Тепловоз; Дирижабль; Газоэлектрическая машина; Сменные части; Процесс термического крекинга.
Наша современная индустрия автомобилестроения не существовала бы без изобретения двигателя внутреннего сгорания . Возможно, немногие из вас знают, кто является ответственным за одно из величайших изобретений нашей современной технологической истории.
Узнайте, кто был изобретателем двигателя внутреннего сгорания. Как это работает и какие разные типы двигателей используют люди.
Как работает двигатель внутреннего сгорания?
Стандартный двигатель внутреннего сгорания вырабатывает энергию, впрыскивая смесь воздуха и топлива. Звучит просто, да? В своей камере сгорания и цилиндре двигатель сжимает топливно-воздушную жидкость, которая сгорает от искры.
Мой любимый V8 только на Amazon
Концентрированные газы увеличиваются, создавая высокое давление. Они прикладывают напряжение к поршню или ротору.Этот компонент, движимый химической энергией, далее передает его посредством движения к механической энергии.e
Вариации и прототипы
Самым распространенным топливным двигателем является четырехтактный двигатель. Он также называется четырехтактным двигателем, потому что из четырех циклов поршень делает внутри цилиндра для производства механической энергии. Этот тип двигателя считается первым двигателем с полной функциональностью для быстрого перемещения, не будучи слишком тяжелым.
Другие варианты топливного двигателя были проверены и использовались в течение многих лет, таких как двухтактный двигатель. Двухтактные двигатели были легче и меньше из-за меньшего количества механических частей. Двухтактные двигатели все еще используются для мотоциклов, мотороллеров и двигателей для инструментов, но больше не являются частью автомобильной промышленности.
Существуют также шеститактные двигатели со многими вариациями количества поршней внутри.Некоторые из их преимуществ могут заключаться в повышении эффективности использования топлива, снижении механической сложности и снижении выбросов.
Кто был первым?
«Официальным» изобретателем атмосферного газового двигателя считается немец Николаус Отто, который запатентовал свой двухтактный двигатель в 1863 году. Однако, несмотря на его патент, многие ученые внесли свой вклад в изобретение современной системы двигателя.
До Отто в 1794 году на улице Роберт-стрит был создан первый двигатель внутреннего сгорания, в котором использовалось жидкое топливо, а в 1807 году швейцарский изобретатель Франсуа де Риваз разработал двигатель, освещаемый электрической искрой.Хотя все эти изобретения проложили путь для будущего атмосферного двигателя, ни один из этих двигателей не использовался в автомобилестроении.
По сравнению с этим двигателем, это один из лучших технологий
За несколько лет до того, как Отто сделал свое открытие, бельгийский инженер Жан Дж. Ленуар запатентовал двигатель, в котором использовался угольный газ и воздушно-паровой двигатель. Его двигатель был прототипом современных двигателей внутреннего сгорания, но, несмотря на то, что построенные им автомобили были способны двигаться, его двигатели были громоздкими и неэффективными.
Отто продолжил работу Ленуара, применяя свою долгосрочную идею создания четырехтактного двигателя.
Он разработал изобретение газового двигателя Ленуара для создания нового с использованием жидкого топлива, но все же это был двухтактный двигатель. Только в 1874 году Отто удалось построить правильную систему зажигания, чтобы привести его в действие двигатель. В последующие несколько лет его успех был огромен, было продано более 30 000 произведений, и вскоре любые более ранние открытия были преданы забвению.
Эти примеры взяты из Кембриджского английского корпуса и из источников в Интернете. Любые мнения в примерах не соответствуют мнению редакторов Cambridge Dictionary или издательства Cambridge University Press или его лицензиаров.
Больше примеров Меньше примеров
Мировая автомобильная промышленность очень конкурентоспособна, и наши конкуренты являются очень компетентными производителями внутреннего сгорания сгорания .Затем мы увидели неумолимый рост внутреннего сгорания двигателя . Любой, кто пытается расстроить или запретить использование двигателя с внутренним сгоранием сгорания , на мой взгляд, разочаровывает прогресс.,