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.

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.

В 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.

Как появились первые автомобили? Кто придумал первый двигатель? Как Леонардо Да Винчи придумал автомобиль? Когда и как произошло первое в мире ДТП?

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.

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

1801 год — двигатель внутреннего сгорания Лебона — История — EADaily

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 двигателя внутреннего сгорания

Двигатель – одно из основных составляющих автомобиля. Без изобретения двигателя автомобилестроение, скорее всего, остановилось в развитии сразу же после изобретения колеса.  Рывок в истории создания автомобилей, произошел благодаря изобретению двигателя внутреннего сгорания. Это устройство стало реальной движущей силой, дающей скорость.

Попытки создать устройство, подобное двигателю внутреннего сгорания, начались с 18 века. Созданием устройства, которое могло бы преобразовывать энергию топлива в механическую, занимались многие изобретатели.

Первыми в этой области были братья Ньепс из Франции. Они придумали прибор, который сами назвали «пирэолофор».  В качестве топлива для данного двигателя должна была использоваться угольная пыль. Однако, данное изобретение так и не получило научного признания, и существовала, по сути, только в чертежах.

Первым успешным двигателем, который начал продаваться, был двигатель внутреннего сгорания бельгийского инженера Ж.Ж. Этьена Ленуара. Год рождения этого изобретения  — 1858. Это был двухтактовый электрический двигатель с карбюратором и искровым зажиганием. Топливом для устройства служил каменноугольный газ. Однако изобретатель не учел потребность в смазке и охлаждении своего двигателя, поэтому он работал очень недолго. В 1863 году Ленуар переделал свой двигатель  — добавил недостающие системы и в качестве топлива ввел в использование керосин.
 

Ж.Ж.Этьен Ленуар
  Устройство было крайне несовершенным  — сильно нагревался, неэффективно использовал смазку и топливо. Однако с помощью него ездили трехколесные автомобили, которые так же были далеки от совершенства.

В 1864 году был изобретен одноцилиндровый карбюраторный двигатель, работающий от сгорания нефтепродуктов. Автором изобретения стал Зигфрид Маркус, он же представил общественности транспортное средство, развивающее скорость 10 миль в час.

В 1873 году еще один инженер  — Джордж Брайтон – смог сконструировать 2-х цилиндровый двигатель. Изначально он работал на керосине, а позже на бензине. Недостатком этого двигателя была излишняя массивность.

В 1876 году произошел рывок в индустрии создания двигателей внутреннего сгорания. Николас Отто впервые создал технически сложное устройство, которое эффективно преобразовывало энергию топлива в механическую энергию.
 

Николас Отто
  В 1883 году француз Эдуард Деламар разрабатывает чертеж двигателя, топливом для которого служит газ. Однако его изобретение существовало только на бумаге.

1185 году в истории автомобилестроения появляется громкое имя – Готтлиб Даймлер. Он смог не только изобрести, но и запустить в производство прототип современного газового двигателя – с вертикально расположенными цилиндрами и карбюратором.  Это был первый компактный двигатель, который к тому же способствовал развитию приличной скорости перемещения.

Параллельно с Даймлером над созданием двигателей и автомобилей работал Карл Бенц.

В 1903 году предприятия Даймлера и Бенца объединились, дав начало  полноценному предприятию автомобилестроения. Так началась новая эра, послужившая дальнейшему совершенствованию двигателя внутреннего сгорания.

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.

Виды автомобильных двигателей: описание, характеристики

Мало кто знает, что двигатель внутреннего сгорания был изобретён ещё 5 веков назад, легендарным инженером и конструктором Леонардо да Винчи. Но, после первого чертежа потребовалось ещё 300 лет, чтобы были созданы первые прототипы, которые могли полноценно работать.

Виды двигателей

Первый полноценный прототип двигателя внутреннего сгорания был сконструирован в далёком 1806 году, который принадлежал братьям Ньепсье. После этого важного исторического факта было недолгое затишье.

Но, в конце 19 века три легендарным немца положили старт автомобилестроению — Николас Отто, Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. После этого двигатели внутреннего сгорания получили много модификаций и вариантов, которые используются по сегодняшний день.

Рассмотрим, какие существуют виды автомобильных ДВС, а также укажем типы двигателей:

• Паровая машина
• Бензиновый двигатель
• Карбюраторная система впрыска
• Инжектор
• Дизельные двигатели
• Газовый двигатель
• Электрические моторы
• Роторно-поршневые ДВС

Паровая машина

Первым представителем полноценного двигателя внутреннего сгорания следует считать паровую машину, которая устанавливалась на все транспортные средства 19 века, до момента изобретения остальных видов моторов.

На то время паровыми движками оснащались паровозы, автомобили и даже примитивные трёхколёсные самоходные машины (напоминающие мотоциклы). Изобретение такого класса завоевало весь мир, но к концу 19 — начало 20 века стало неэффективное, поскольку транспортные средства на пару не могли развивать достаточно большую скорость.

Бензиновый двигатель

Бензиновый двигатель — это ДВС средством питания, которого является бензин. Горючее подаётся с топливного бака при помощи насоса (механического или электрического) на систему впрыска. Итак, рассмотрим, какие бывают типы бензиновых моторов:

• С карбюратором.
• Инжекторного типа.

Современный мир привык, что большинство автомобилей имеет электронную систему впрыска топлива (инжектор).

Карбюраторная система впрыска

Карбюратор — это тип впрыскового устройства горючего во впускной коллектор с дальнейшим распределением по цилиндрам. Первый примитивный карбюратор был разработан в Германии ещё в конце 19 века и имеет почти 100 летнюю историю развития.

Карбюраторы бывают — одно-, двух-, четырех- и шестикамерные. Кроме этого существует достаточно много прототипов.

Принцип работы карбюратора достаточно простой: бензонасос подаёт топливо в поплавковую камеру, где бензин проходит сквозь жиклёры механическим путём (количество впрыскиваемого топлива регулирует водитель при помощи педали акселератора), и подаётся во впускной коллектор. Недостатком карбюратора стало то, что он чувствительный к регулировкам, а также не соответствует экологическим международным нормам.

Инжектор

Инжекторный двигатель — это тип впрыскового устройства горючего в цилиндры двигателя. Инжекторный впрыск бывает моно и разделённым Данная система на сегодняшний день все больше совершенствуется, чтобы уменьшит выбросы СО2 в атмосферу. Для впрыска используются форсунки, которые ещё ранее начали использоваться на дизельных двигателях.

С переходом на данную систему транспортные средства стали оснащать электронными блоками управления двигателем, чтобы корректировать состав воздушно-топливной смеси, а также сигнализировать о неисправностях внутри системы.

Дизельные двигатели

Дизельный мотор — это вид двигателя, который расходует как горючее дизельное топливо. Основные системы и элементы движка идентичны бензиновому брату, различие состоит в системе впрыска и воспламенении смеси. В дизельном моторе отсутствуют свечи зажигания, поскольку воспламенение смеси от искры не нужно.

На моторах такого типа устанавливаются свечи накала, которые разогревают воздух в камере сгорания, который превышает температуру воспламенения. После этого через форсунки подаётся распылённое топливо, которое сгорает, чем создаёт достаточное давление для привода в движения поршня, который раскручивает коленчатый вал.

Дизель с турбонаддувом

Одним из подвидов дизельного ДВС считается турбодизель. На этом моторе установлена турбина, которая имеет вид улитки. При помощи турбины в мотор подаётся больше количество сжатого воздуха, который даёт больше детонационный эффект, за счёт чего движок можно быстрее разогнать.

Газовый двигатель

Газовые двигатели на сегодняшний день в автоиндустрии в чистом виде почти не используются, поскольку частые поломки моторов, стали причиной полного отказа от них. Вместо этого, газовые установки зачастую можно встретить на бензиновых автомобилях, что значительно экономит расход денег на горючее.

Газ с баллона подаётся на редуктор, который распределяет топливо по цилиндрам, а затем горючее попадает непосредственно в камеры сгорания. После этого с помощью свечей зажигания газ воспламеняется. Единственным недостатком использования газовой установки считается то, что мотор теряет 20% своего потенциального ресурса.

Электрические моторы

Николас Тесла впервые предложил использовать для автомобилей электроэнергию. Электрические моторы на сегодняшний день не распространены, поскольку заряда батареи хватает только до 200 км пути, а заправочных станций, которые могут предоставить услугу зарядки автомобиля — практически нет.

Известная мировая компания, производитель электрических автомобилей «Тесла» продолжает совершенствовать электродвигатели, и каждый год дарит потребителям новинки, которые имеют больший запас хода без дозарядки.

Гибриды

Наверное, самые желаемые двигатели на сегодняшний день. Это смесь бензинового двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Существует несколько вариантов работы такого движка.

1. Мотор может работать на попеременном питании. Сначала движение производится на бензине, пока генератор заряжает батарею, а затем водитель может переключиться на электропитание.
2. Двигатель и электромотор работают одновременно, что помогает сэкономить расход горючего на одно, и тоже расстояние с другими типами ДВС.

Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневой силовой агрегат в автомобилестроении не нашёл широкого распространения, хотя можно встретить модели автомобилей, которые используют такой тип ДВС. Предложил создание такого мотора — конструктор Ванкель.

Движение осуществляется за счёт вращения трёхзубчатого ротора, который позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Данный мотор активно использовался в 80-е годы 20 ст.

Водородный мотор

НОУ-ХАУ современного мира считается водородный двигатель. В автомобиль устанавливается установка водородного типа. Отличие от бензиновых моторов заключается в подаче топлива. Если у бензина топливо подаётся вовремя возврата поршня к ВТМ, то у водородного силового агрегата в момент, когда поршень возвращается к НТМ.

В будущем планируется создать водородный двигатель закрытого типа, когда не будет требоваться выброс отработанных газов, а также на 500 км автолюбитель сможет забить о заправке автомобиле.

Стоит понимать, что автомобили с таким мотором будут стоить весьма не дёшево, пока они полностью не вытеснят бензинового брата.

Вывод

Двигатели внутреннего сгорания имеют достаточно большое количество видов и типов, на любой вкус. Так, самыми популярными, по мировой статистике, считают бензиновые, дизельные и гибридные силовые агрегата. Но, все движется к тому, что человек хочет отойти от использования бензина и его аналогов и перейти полностью на электрику.

Двигатель внутреннего сгорания — Energy Education

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, так как они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах. Они названы так, потому что топливо зажигается, чтобы сделать работу в двигателе. ^[1] Та же смесь топлива и воздуха затем выбрасывается в качестве выхлопных газов. Это можно сделать с помощью поршня (называемого поршневым двигателем) или с помощью турбины.

Закон идеального газа

Тепловые двигатели внутреннего сгорания работают по принципу закона идеального газа: [math] pV = nRT [/ math].Повышение температуры газа увеличивает давление, которое заставляет газ хотеть расширяться. ^[1] Двигатель внутреннего сгорания имеет камеру, в которую добавлено топливо, которое воспламеняется, чтобы повысить температуру газа.

Когда в систему добавляется тепло, это заставляет газ внутри расширяться. В поршневом двигателе это вызывает подъем поршня (см. Рисунок 2), а в газовой турбине горячий воздух нагнетается в камеру турбины, поворачивая турбину (Рисунок 1). Прикрепляя поршень или турбину к распределительному валу, двигатель способен преобразовывать часть подводимой энергии в систему в полезную работу. ^[2] Для сжатия поршня в двигателе с прерывистым сгоранием двигатель выпускает газ. Затем используется радиатор, чтобы система работала при постоянной температуре. Газовая турбина, которая использует непрерывное сгорание, просто истощает свой газ непрерывно, а не в цикле.

Поршни против турбин

Рис. 1. Схема газотурбинного двигателя. ^[3]

Двигатель, в котором используется поршень , , называется двигателем сгорания с прерывистым циклом , а двигатель с турбиной называется двигателем сгорания с непрерывным движением .Разница в механике очевидна из-за названий, но разница в использовании менее очевидна.

Поршневой двигатель чрезвычайно чувствителен по сравнению с турбиной, а также более экономичен при низких выходах. Это делает их идеальными для использования в транспортных средствах, так как они также запускаются быстрее. Наоборот, турбина имеет превосходное отношение мощности к весу по сравнению с поршневым двигателем, и ее конструкция более надежна для непрерывной высокой производительности. Турбина также работает лучше, чем безнаддувный поршневой двигатель на больших высотах и ​​при низких температурах.Его легкий вес, надежность и высокая высотная способность делают турбины предпочтительным двигателем для самолетов. Турбины также широко используются на электростанциях для производства электроэнергии.

Четырехтактный двигатель

главная страница

Рисунок 2. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа выполнена), 4: выхлоп. ^[4]

Хотя существует много видов двигателей внутреннего сгорания, четырехтактный поршневой двигатель (рис. 2) является одним из наиболее распространенных.Он используется в различных автомобилях (которые специально используют бензин в качестве топлива), таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы. Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня. Справа анимация четырехтактного двигателя и дальнейшее объяснение процесса ниже.

1. Топливо впрыскивается в камеру.
2. Топливо воспламеняется (в дизельном двигателе это происходит иначе, чем в бензиновом двигателе).
3. Этот огонь толкает поршень, который является полезным движением.
4. Отходы химикатов, по объему (или массе) это в основном водяной пар и углекислый газ. Там могут быть загрязнители, а также угарный газ от неполного сгорания.

Двухтактный двигатель

главная страница

Рисунок 3. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания ^[5]

Как видно из названия, система требует только двух поршневых движений для генерации энергии. Основным дифференцирующим фактором, который позволяет двухтактному двигателю работать только с двумя поршневыми движениями, является то, что выпуск и впуск газа происходят одновременно, ^[6] , как видно на рисунке 3.Сам поршень используется в качестве клапана системы вместе с коленчатым валом для направления потока газов. Кроме того, из-за его частого контакта с движущимися компонентами, топливо смешивается с маслом для добавления смазки, что позволяет плавно перемещаться. В целом двухтактный двигатель содержит два процесса:

1. Добавляется топливовоздушная смесь и поршень движется вверх (сжатие). Впускной канал открывается из-за положения поршня, и топливовоздушная смесь поступает в камеру хранения.Свеча зажигания зажигает сжатое топливо и начинает рабочий ход.
2. Нагретый газ оказывает высокое давление на поршень, поршень движется вниз (расширение), отработанное тепло уходит.

Роторный (Ванкель) двигатель

главная страница

Рисунок 4. Цикл роторного двигателя. Он забирает воздух / топливо, сжимает его, зажигает, обеспечивая полезную работу, а затем истощает газ. ^[7]

В двигателе этого типа имеется ротор (внутренний круг, обозначенный буквой «B» на рис. 4), который содержится в корпусе овальной формы.Он выполняет общие четырехтактные этапы цикла (впуск, сжатие, зажигание, выпуск), однако эти этапы выполняются 3 раза за один оборот ротора , создавая три рабочих удара за оборот .

для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ ^{1,0 1,1} Р. Д. Найт, «Тепловые двигатели и холодильники» в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 3-е изд. Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, ch.19, с.2, с.530
2. ↑ Р. А. Хинрикс и М. Кляйнбах, «Тепло и работа», в Энергия: ее использование и окружающая среда , 5-е изд. Торонто, Онтарио Канада: Брукс / Коул, 2013, ч.4, с.93-122
3. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
4. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
5. File «Файл: Двухтактный двигатель.gif — Wikimedia Commons «, Commons.wikimedia.org, 2018.
6. ↑ C. Ву, Термодинамика и тепловые циклы. Нью-Йорк: Nova Science Publishers, 2007
7. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/Wankel_Cycle_anim_en.gif

,

Двигатель внутреннего сгорания | Статья о двигателе внутреннего сгорания от Free Dictionary

— тепловой двигатель, в котором химическая энергия горения топлива в камере сгорания превращается в механическую работу. Первый практичный и полезный газовый двигатель внутреннего сгорания был разработан французским инженером-механиком Э. Ленуаром в 1860 году. В 1876 году немецкий изобретатель Н. Отто построил усовершенствованный четырехтактный газовый двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания проще, чем паровой двигатель, поскольку исключается одна ступень преобразования энергии — система парового котла.Это улучшение привело к большей компактности двигателя внутреннего сгорания, меньшему весу на единицу мощности и более экономичной работе; однако для этого было необходимо топливо более высокого качества (газ или масло).

В 1880-х годах О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 году немецкий инженер Р. Дизель, работая над повышением эффективности двигателя внутреннего сгорания, предложил двигатель с воспламенением от сжатия. Усовершенствование этого двигателя внутреннего сгорания у Л.Нобелевский завод в Санкт-Петербурге (ныне завод «Русский дизель») в 1898–99 гг. Сделал возможным использование тяжелой нефти в качестве топлива. В результате двигатель внутреннего сгорания стал наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. Первый трактор с двигателем внутреннего сгорания был разработан в США в 1901 году. Дальнейшая разработка двигателей внутреннего сгорания для автотранспортных средств позволила братьям О. и В. Райту построить первый самолет с двигателем внутреннего сгорания, который начал свои полеты в 1903 году.В том же году российские инженеры установили двигатель внутреннего сгорания на судно Vandal , тем самым изготовив первый теплоход. Первый практичный тепловоз был разработан в Ленинграде в 1924 году на основе разработок И.А. М. Гаккель.

Двигатели внутреннего сгорания классифицируются как работающие на жидком или газообразном топливе, как четырехтактные или двухтактные в зависимости от способа наполнения цилиндра свежей топливной смесью. и как имеющее внутреннее или внешнее смешивание топлива.Двигатели с внешним перемешиванием топлива включают карбюраторные двигатели, в которых смесь жидкого топлива и воздуха образуется в карбюраторе, и газосмесительные двигатели, в которых топливная смесь газа и воздуха образуется в смесителе. В двигателях внутреннего сгорания с внешним перемешиванием рабочая топливная смесь зажигается в цилиндре электрической искрой. В двигателях с внутренним перемешиванием (dieseis) топливо самопроизвольно воспламеняется, когда его впрыскивают в сжатый воздух, нагретый до высокой температуры.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания осуществляется в четыре такта цилиндра, то есть.в два оборота коленчатого вала. Во время первого или впускного хода поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку. В то же время впускной клапан открывается, и топливная смесь поступает из карбюратора в цилиндр. Во время второго такта сжатия, когда цилиндр перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку, впускной и выпускной клапаны закрываются, и смесь сжимается до давления 0,8–2,0 меганьютона на кв. М (МН / м ² ), или 8–20 кгс / кв. см (кгс / см ² ).Температура смеси в конце сжатия составляет 200-400 ° C. В конце цикла сжатия смесь зажигается электрической искрой, и происходит сгорание топлива. Горение происходит, когда поршень находится вблизи верхней мертвой точки. В конце сгорания давление в цилиндре составляет 3–6 МН / м ² (30–60 кгс / см ² ), а температура составляет 1600–2200 ° C. Третий, или расширение, ход называется силовой ход. Во время этого хода тепло от сгорания топлива превращается в механическую работу.Четвертый или выпускной ход происходит, когда поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Отработанные газы вытесняются поршнем.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания происходит во время двух тактов цилиндра или одного оборота коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически совпадают с соответствующими процессами четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. При прочих равных условиях двухтактный двигатель должен быть в два раза мощнее четырехтактного, поскольку рабочий ход двухтактного двигателя происходит в два раза чаще, но на практике мощность внутреннего двухтактного карбюратора — Двигатель внутреннего сгорания часто не только не превосходит двигатель четырехтактного двигателя с таким же диаметром цилиндра и ходом поршня, но даже ниже.Причина этого заключается в том, что поршень выполняет значительную часть хода (20–35 процентов) с открытыми отверстиями, когда давление в цилиндре низкое и двигатель фактически не выполняет работу. Эвакуация цилиндра требует затрат энергии для сжатия воздуха в очистительном насосе; очистка цилиндра от продуктов сгорания газа и наполнение его новым зарядом значительно беднее, чем в четырехтактном двигателе.

Рабочий цикл карбюраторного двигателя внутреннего сгорания может происходить при очень высокой частоте вращения вала (3000–7000 об / мин).Моторы гоночных автомобилей и мотоциклов могут развивать 15 000 оборотов в минуту и ​​более. Обычная топливная смесь состоит из приблизительно 15 частей воздуха (по весу) на 1 часть паров бензина. Двигатель может работать на обедненной смеси (18: 1), обогащенной ораном (12: 1). Смесь, которая является слишком богатой или слишком бедной, вызывает значительное снижение скорости сгорания и не может обеспечить нормальное сгорание. Мощность двигателя внутреннего сгорания карбюратора регулируется путем изменения количества смеси, подаваемой в цилиндр (контроль количества).Высокая скорость вращения и благоприятное соотношение топлива и воздуха в смеси обеспечивают высокую мощность на единицу объема цилиндра карбюраторного двигателя; следовательно, эти двигатели имеют относительно небольшие габариты и вес (1–4 кг на киловатт [кг / кВт] или 0,75–3,0 кг / л.с.). Использование низких степеней сжатия означает умеренное давление в конце сгорания, так что детали могут быть сделаны менее массивными, чем, например, в dieseis. Когда диаметр цилиндра карбюраторного двигателя внутреннего сгорания увеличивается, увеличивается тенденция детонации двигателя; следовательно, карбюраторные двигатели внутреннего сгорания изготавливаются не с цилиндрами большого диаметра (как правило, не более 150 мм).

Волга ГАЗ-21 является примером карбюраторного двигателя внутреннего сгорания. Это четырехцилиндровый четырехтактный двигатель, который развивает мощность 55 кВт (75 л.с.) при 4000 об / мин и степень сжатия 6,7. Удельный расход топлива составляет 290 г / (кВт-час).

Самый мощный четырехтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания рассчитан на 600 кВт (800 л.с.). Двухтактные и четырехтактные двигатели для мотоциклов имеют мощность 3,5–45 кВт (5–60 л.с.). Авиационные поршневые двигатели с прямым впрыском бензина и искровым зажиганием развивают до 1100 кВт (1500 л.с.).

Карбюраторные двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложные узлы, которые включают в себя ряд узлов и систем.

Каркас двигателя представляет собой группу стационарных частей, которые являются основой для всех других механизмов и систем. Он включает в себя блок цилиндров, головку или головки цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, крышки переднего и заднего блоков, масляный поддон и ряд мелких деталей.

Движитель представляет собой группу движущихся частей, которые воспринимают давление газов в цилиндрах и преобразуют его в крутящий момент на коленчатом валу.Движитель включает поршневой узел (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик).

Механизм привода клапанов служит для своевременной подачи топливной смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняются распределительным валом, который приводится в движение коленчатым валом, а также толкателями клапанов, шатунами и коромыслами, которые открывают клапаны. Клапаны закрыты пружинами клапанов.

Система смазки представляет собой систему узлов и каналов, которые подают смазку на поверхности трения.Масло в масляном поддоне подается насосом в фильтр грубой очистки, из которого оно проходит под давлением через главную масляную магистраль в блоке цилиндров к подшипникам коленчатого вала и распределительного вала, а также к поршням и деталям газораспределительного механизма. передача. Цилиндры, клапанные толкатели и другие детали смазываются масляным паром, образующимся из разбрызгиваемого масла, выходящего из зазора в подшипниках вращающихся частей. Часть масла отводится по параллельным каналам в фильтр тонкой очистки, из которого оно стекает обратно в поддон.

Система охлаждения может быть жидкостной или воздушной. Система жидкостного охлаждения состоит из гильз цилиндров и головок, заполненных жидкостью (вода, антифриз и т. Д.), Насоса, радиатора, в котором жидкость охлаждается потоком воздуха, вызванным вентилятором, и устройств для регулирования температура воды. Воздушное охлаждение осуществляется продувкой воздуха в цилиндры с помощью вентилятора или потоком воздуха (в мотоциклах).

Топливная система готовит смесь топлива и воздуха в пропорции, соответствующей условиям эксплуатации и количественно зависящей от мощности двигателя.Система состоит из топливного бака, топливного насоса, топливного фильтра и топливопроводов, а также карбюратора, который является основным элементом системы.

Система зажигания служит для образования искры в камере сгорания для зажигания топливной смеси. Система зажигания включает в себя источник тока (генератор и аккумулятор), а также размыкатель контакта, который определяет момент выдачи искры. Система включает в себя распределитель тока высокого напряжения на соответствующие цилиндры. Конденсатор для улучшения работы выключателя контактов и катушка зажигания, из которой берется высокое напряжение (12–20 кВ), находятся в том же блоке, что и выключатель контактов.До того, как двигатели внутреннего сгорания имели электрическое зажигание, для зажигания использовались горячие лампы.

Пусковая система состоит из электростартера, зубчатых передач от стартера к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления. Система служит для вращения вала двигателя для запуска.

Впускная и выпускная система состоит из труб, воздушного фильтра и глушителя на выхлопе.

Газовые двигатели внутреннего сгорания работают в основном на природном газе и газах, полученных при производстве жидкого топлива.Кроме того, можно использовать газ, образующийся при неполном сгорании твердого топлива, металлургического газа и канализационного газа. Используются как четырехтактные, так и двухтактные двигатели. Газовые двигатели классифицируются по принципу образования и зажигания смеси как двигатели с внешним образованием смеси и искровым зажиганием, в которых процесс работы аналогичен процессу в карбюраторных двигателях; двигатели с образованием внешней смеси и воспламенением от струи жидкого топлива, которая воспламеняется при сжатии; и двигатели с образованием внутренней смеси и искровым зажиганием.Двигатели, работающие на природном газе, используются на стационарных электростанциях и компрессорных газоперекачивающих установках. Сжиженные бутан-пропановые смеси используются для автомобильной перевозки.

Экономия работы двигателей внутреннего сгорания характеризуется эффективностью, которая представляет собой отношение полезной работы к количеству тепла, выделяемого для выполнения работы с полным сгоранием топлива. Максимальная эффективность лучших двигателей внутреннего сгорания составляет около 44 процентов.

Основным преимуществом двигателей внутреннего сгорания, а также других тепловых двигателей (таких как реактивные двигатели) перед гидравлическими и электрическими двигателями является то, что они не зависят от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и и т. д.), что означает, что установки, оснащенные двигателями внутреннего сгорания, можно свободно перемещать и размещать где угодно. Это привело к широкому использованию двигателей внутреннего сгорания для транспорта (автомобили, сельскохозяйственная техника, дорожно-строительная техника и самоходная военная техника).

Усовершенствование двигателя внутреннего сгорания направлено на повышение его мощности, надежности и долговечности; уменьшение его веса и объема; и предоставление новых типов (например, роторный двигатель внутреннего сгорания Ванкеля). Другие тенденции в разработке двигателей внутреннего сгорания включают постепенную замену карбюраторных двигателей на dieseis при транспортировке автомобилей, использование многотопливных двигателей и увеличение скорости вращения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Двигатели внутреннего сгорания , вып.1-3. Москва, 1957–62.
Двигатели внулреннего сгорания . Москва, 1968.

Д. Н. В ЮРУБОВ и В. П. А ЛЕКСЕЕВ

.

Двигатель внутреннего сгорания | Статья о двигателе внутреннего сгорания от Free Dictionary

Двигатель внутреннего сгорания

Первичный двигатель, топливо для которого сгорает в двигателе, в отличие от парового двигателя, например, в котором топливо сжигается в отдельной печи. См. Двигатель

Наиболее многочисленными двигателями внутреннего сгорания являются бензиновые поршневые двигатели, используемые в пассажирских автомобилях, подвесные двигатели для моторных лодок, небольшие агрегаты для газонокосилок и другое подобное оборудование, а также дизельные двигатели, используемые в грузовиках, тракторах. , землеройная и аналогичная техника.Для других типов двигателей внутреннего сгорания См. Газовая турбина, Ракетный двигатель, Роторный двигатель, Турбинный двигатель

Поршневой двигатель самолета в основном такой же, как используемый в автомобилях, но сконструирован для легкого веса и обычно охлаждается воздухом. См. Поршневой авиационный двигатель

Характерные черты, характерные для всех коммерчески успешных двигателей внутреннего сгорания, включают (1) сжатие воздуха, (2) повышение температуры воздуха за счет сгорания топлива в этом воздухе при его повышенном давлении, (3 ) извлечение работы из нагретого воздуха путем расширения до начального давления и (4) выхлоп.В 1862 году Бо де Рош предложил цикл четырехтактных двигателей для выполнения этих условий в поршневом двигателе (см. Иллюстрацию). Двигателю требуется два оборота коленчатого вала, чтобы завершить один цикл сгорания. Первый двигатель, успешно использовавший этот цикл, был построен в 1876 году Н. А. Отто. См. Отто, цикл

Два года спустя сэр Дугальд Клерк разработал двухтактный цикл двигателя, при котором аналогичный цикл сгорания потребовал всего один оборот коленчатого вала.В 1891 году Джозеф Дей упростил двухтактный цикл двигателя, используя картер для перекачки необходимого воздуха. Двигатели, использующие этот двухтактный цикл сегодня, были еще более упрощены благодаря использованию третьего отверстия цилиндра, которое обходится без обратного клапана картера, используемого Day. Такие двигатели широко используются для небольших агрегатов, где экономия топлива не так важна, как механическая простота и легкий вес. Они не нуждаются в клапанах с механическим приводом и вырабатывают один цикл сгорания на оборот коленчатого вала.Тем не менее, они не развивают вдвое большую мощность четырехтактных двигателей с рабочими цилиндрами одинакового размера при одинаковом числе оборотов в минуту (об / мин). Основными причинами этого являются: (1) уменьшение эффективного объема цилиндра из-за перемещения поршня, необходимого для закрытия выпускных отверстий, (2) заметное смешивание сгоревших (выхлопных) газов с горючей смесью и (3) потеря какой-то горючей смеси с выхлопными газами.

Примерно через 20 лет после того, как Отто впервые запустил свой двигатель, Рудольф Дизель успешно продемонстрировал совершенно другой метод зажигания топлива.Воздух сжимается до давления, достаточно высокого для того, чтобы адиабатическая температура достигла или превысила температуру воспламенения топлива. Поскольку эта температура составляет 1000 ° F (538 ° C) или выше, коммерчески используются коэффициенты сжатия от 12: 1 до 23: 1 при давлениях сжатия от около 440 до 800 фунтов на квадратный дюйм (от 3 до 5,5 мегапаскалей). Топливо впрыскивается в цилиндры незадолго до окончания такта сжатия во время и скорости, подходящие для управления скоростью сгорания. См. Дизельный двигатель, впрыск топлива

Существует множество характеристик дизельного двигателя, которые прямо противоположны характеристикам двигателя Отто.Чем выше степень сжатия дизельного двигателя, тем меньше трудностей с задержкой зажигания. Слишком большая задержка зажигания приводит к внезапному и нежелательному повышению давления, которое вызывает слышимый стук. В отличие от двигателя Отто, детонация в дизельном двигателе может быть уменьшена путем использования топлива с более высоким цетановым числом, которое эквивалентно более низкому октановому числу.

Чем больше диаметр цилиндра дизельного двигателя, тем проще развитие хорошего сгорания. Напротив, чем меньше диаметр цилиндра двигателя Отто, тем меньше ограничение от детонации топлива.

Высокая температура и плотность всасываемого воздуха существенно способствуют сгоранию в дизельном двигателе, особенно топлива с низкой летучестью и высокой вязкостью. Некоторые двигатели не работали должным образом на тяжелом топливе, пока не были оснащены нагнетателем. Дополнительное сжатие нагнетателя повысило температуру и, что более важно, плотность воздуха для горения. Для двигателя Отто увеличение температуры или плотности воздуха увеличивает склонность двигателя к детонации и, следовательно, уменьшает допустимую степень сжатия.

Дизельные двигатели разрабатывают все более высокую указанную тепловую эффективность при сниженных нагрузках из-за меньшего соотношения топливо-воздух и более раннего отключения. Такие соотношения смеси могут быть меньше, чем в двигателе Отто. Кроме того, снижение нагрузки в двигат