История двигателя внутреннего сгорания

Перейти к контенту

Главная » Темы » Автомобилестроение

Рубрика: Автомобилестроение

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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Поиск:

История создания двигателя внутреннего сгорания

Изобретение двигателя внутреннего сгорания.
На протяжении истории человечества люди пытались заменить ручную работу машинами. Уже в 18 веке в промышленности использовался паровой двигатель. Но это устройство было громоздким, имело низкий коэффициент полезного действия, требовало значительных сил по обслуживанию. Если в цилиндре парового двигателя пар заменить топливом и там сжигать, то получится выигрыш в мощности, уменьшатся размеры устройства, повысится КПД. Какое топливо использовать? Первоначально пытались использовать угольную пыль, смесь водорода с воздухом. Но первые устойчиво работающие двигатели получилось сделать при использовании газа, позже – нефтепродуктов.
Некоторые конструктивные элементы двигателя разработаны исследователями на основании открытий предыдущих веков. Еще в 6-ом веке нашей эры кривошипно-шатунный механизм использовался на лесопильных устройствах в Малой Азии и Сирии. Первое упоминание коленчатого вала датируется 1206 годом. Аль-Джазари применил его в двухцилиндровом насосе.
Инженер из Франции Филипп Лебон Д’Хумберстейн в 1801 г. запатентовал двухтактный двигатель, где использовалось сжатие топливной смеси. Двигатель работал на светильном газе, получаемом способом перегонки без доступа кислорода древесины или угля. Конструктор не построил действующую модель из-за гибели в 1804 г.
Французы Джозеф Никефор Ниепсе и его брат Клод в 1807 г. запустили двигатель, где топливом использовали угольную пыль. Этот образец применяли в качестве лодочного мотора. Еще один француз Франсуа Исаак де Риваз в то же время предложил модель двигателя на водороде. В нем имелись некоторые узлы, примененные впоследствии в последующих разработках: поршневая группа и устройство искрового зажигания топливной смеси.
Первый двигатель, в дальнейшем использовавшийся в промышленности, запатентовал и изготовил в 1823 г. английский инженер Сэмюэль Браун.
Итальянцы также работали над созданием нового мотора. Эудженио Барсанти вместе с Феличе Маттеуччи предложили свою модель двигателя внутреннего сгорания в 1853 г.
В 1860 г. изобретатель из Франции Жан Этьен Ленуар сделал устойчиво работающий двухтактный двигатель. Модель имела водяное охлаждение, систему смазки, появился кривошипно-шатунный механизм. Топливом служил светильный газ. Поджигание горючей смеси производилось с помощью искры от постороннего источника. Двигатель нашел практическое применение, выпускался массово.
Конструктор из Германии Николаус Аугуст Отто в 1860 г., взяв за основу модель Ленуара, придумал свой двигатель, но запатентовать его не получилось. В 1863 г. он создал еще один работающий образец двухтактного атмосферного двигателя. Двигатели Отто оказались лучше.
Прорыв в двигателестроении произошел с изобретением устройства для приготовления и подачи топливной смеси – карбюратора. Еще в 1838 г. Уильяму Бартнеру выдали патент на это устройство. В 1864 г. Зигфрид Маркус сконструировал одноцилиндровый карбюраторный двигатель, работающий от сгорания нефтепродуктов.
Делались попытки использовать в качестве топлива керосин. В 1872 г. такие опыты проводил американец Брайтон. Но впоследствии керосин, из-за плохого испарения, заменили бензином. В это же время Брайтон изобрел «испарительный» карбюратор, но он работал плохо.
В 1877 г. Отто получил еще патент на новый четырехтактный двигатель. Устройство имело один цилиндр. Теоретическое описание принципа действия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания сделал еще в 1861 г. французский инженер Эжен-Альфонс Бо де Роша. Во многих бензиновых двигателях до сегодняшнего дня применяется четырехтактный цикл. Производство моторов Отто началось в 1878 г.
В 1883 г. Готлиб Даймлер создал первый калильный двигатель. Зажигание бензина осуществлялось от специальной раскалённой трубочки.
В 1892 г. Рудольф Кристиан Карл Дизель запатентовал двигатель, работающий по новому принципу. Топливная смесь в нем загоралась от сжатия в цилиндре. В 1897 г. сделан первый работоспособный образец этого двигателя. Первоначально топливом в этих двигателях использовали растительные масла или лёгкие продукты переработки нефти. Дизельные двигатели нашли применения в промышленности и на транспорте.
Первые образцы испарительных карбюраторов работали плохо. Ускорилось производство двигателей только после изобретения карбюратора нового типа. Его создание принадлежит инженерам из Венгрии Донату Банки и Яношу Чонка, получившим в 1893 г. патент на распыливающий карбюратор с жиклёром. Принцип его работы используется в карбюраторах современных моторов. Конструкторы предложили испарение бензина заменить распылением. Благодаря чему топливо равномерно распределяется и испаряется уже камере сгорания. Через специальный дозирующий жиклер топливо всасывалось и распылялось. В карбюраторе имелось устройство, обеспечивающее постоянный уровень топлива, в нем поддерживался стабильный напор и состав горючей смеси, подачей воздуха регулировалось количество топлива, подаваемое в цилиндр. В 1898 г. Донат Банки разработал двигатель с высокой степенью сжатия и карбюратором с двумя диффузорами. В нем использован новый метод эмульсионного смесеобразования распылением, используемый и в наши дни.
С 19 века двигатели внутреннего сгорания стали неотъемлемой частью любого производства, применяются на транспорте, в быту. Работы по созданию двигателя параллельно велись в Европе, США, России. В одной краткой статье невозможно осветить всю историю. Здесь описаны только наиболее известные открытия в этой области.

Добавить комментарий

История двигателя внутреннего сгорания

Автомобильная промышленность в настоящее время претерпевает довольно большие изменения. Альтернативные источники энергии, такие как электричество и водород, приобретают все большую популярность в отрасли как средство питания современных автомобилей, и многие производители планируют сделать все свои автомобили полностью электрическими в течение следующих нескольких десятилетий.

При этом старый двигатель внутреннего сгорания по-прежнему безраздельно правит. В то время как популярность электромобилей растет, бензиновые и дизельные автомобили по-прежнему доминируют на рынке; около 80% всех автомобилей, проданных в прошлом году, использовали двигатели внутреннего сгорания. Даже несмотря на то, что они могут быть на исходе, ясно, что двигатели внутреннего сгорания будут существовать, по крайней мере, еще некоторое время.

Сегодня мы поговорим об истории двигателя внутреннего сгорания и поговорим о первых днях этой технологии, а также о том, что именно сделало эти двигатели такими популярными.

Как работает внутреннее сгорание?

Во-первых, давайте на секунду объясним, как работает внутреннее сгорание. Мы предполагаем, что вы, вероятно, уже знаете, но в случае, если вы этого не сделаете, надеюсь, вы найдете это полезным.

Частями двигателя внутреннего сгорания, непосредственно ответственными за создание мощности, являются поршни и коленчатый вал. Топливо и воздух попадают в камеру сгорания, где сжимаются и воспламеняются. Сила зажигания давит на поршни, прикрепленные к коленчатому валу.

Когда поршни двигаются вперед и назад, это заставляет коленчатый вал вращаться, что обеспечивает вращательное усилие, необходимое для вращения колес. Когда воздушно-топливная смесь сгорает, поршень вытесняет ее из камеры сгорания через выпускные клапаны.

Дизельный двигатель работает точно так же, как бензиновый двигатель, за исключением того, что вместо использования свечей зажигания для воспламенения топливно-воздушной смеси он воспламеняет смесь, используя только сжатие.

Ранняя история двигателя внутреннего сгорания

Прежде чем кому-либо пришла в голову мысль установить двигатель внутреннего сгорания в движущееся транспортное средство, инженеры на протяжении всей истории уже экспериментировали с двигателем внутреннего сгорания для других целей. До того, как двигатели внутреннего сгорания стали использоваться в колесных транспортных средствах, большинство этих двигателей использовались в качестве стационарных генераторов.

Первым двигателем внутреннего сгорания, который когда-либо использовался в движущемся транспортном средстве, был двигатель Ленуара, изобретенный бельгийско-французским инженером Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром в 1860 году. По сути, этот двигатель был просто паровым двигателем, переделанным для работы на горючем газе.

Транспортным средством, в котором использовался этот двигатель, был «Гиппомобиль» Ленуара, трехколесная повозка, которая представляла собой не что иное, как повозку, стоящую на трехколесном велосипеде. Сам двигатель объемом 2,5 литра развивал мощность 1,5 л.с. при 100 об/мин. В результате Гиппомобиль был невероятно медленным, его максимальная скорость составляла всего 6 км/ч.

Однако, несмотря на то, насколько медленным был гиппомобиль, он доказал, что внутреннее сгорание может быть жизнеспособным методом приведения в действие наземных транспортных средств. Следующий большой шаг в развитии двигателя внутреннего сгорания был сделан, когда Николаус Отто, немецкий инженер, сконструировал первый четырехтактный двигатель в 1875 году.0003

Четырехтактный двигатель был очень важен для автомобильной промышленности, потому что по сравнению с двухтактными двигателями четырехтактные двигатели были намного экономичнее, намного чище и, как правило, дольше работали. В наши дни каждый газовый автомобиль имеет четырехтактный двигатель.

Конечно, как вы, наверное, догадались, большой момент для двигателя внутреннего сгорания в автомобиле наступил с патентом Benz Motorwagen, построенным в 1885 году немецким инженером Карлом Бенцем. В Motorwagen использовался 1-литровый одноцилиндровый четырехтактный двигатель собственной конструкции Бенца, мощность которого составляла 2/3 лошадиных сил при 400 об/мин.

Однако более поздние версии Motorwagen были более мощными; Окончательная версия Motorwagen производила 2 лошадиные силы, что позволяло развивать максимальную скорость 16 км/ч. Несмотря на то, что это означало, что Motorwagen все еще был довольно плохой альтернативой лошади, это доказывало, что технология внутреннего сгорания однажды может оказаться очень пригодной для транспортных целей.

Влияние двигателя внутреннего сгорания

Трудно переоценить влияние двигателя внутреннего сгорания на мир в целом. Фактически, можно утверждать, что двигатель внутреннего сгорания был одним из самых значительных (если не самым значительным) изобретений с точки зрения создания действительно связанного мира.

До изобретения двигателя внутреннего сгорания люди не могли легко путешествовать. Конечно, у вас были лошади и парусные корабли, но они были медленными и могли доставить вас только в очень многие места.

Однако с изобретением двигателя внутреннего сгорания все изменилось. В то время как двигатель внутреннего сгорания был невероятно важен для автомобильной промышленности, он был еще более важен для авиационной промышленности. Технология внутреннего сгорания помогла двигателям производить большую мощность, оставаясь при этом достаточно легкими, что, очевидно, было необходимо для авиации.

Тракторы на паровой тяге уже существовали какое-то время, но благодаря внутреннему сгоранию тракторы оставались мощными, но при этом ими было еще проще управлять. Это означало, что фермеры могли выполнять больше работы за то же время, что позволяло им легче выращивать больше продуктов питания.

В результате это означало, что стоимость продуктов питания в развитых странах значительно снизилась, а изобилие продуктов питания означало, что странам было легче экспортировать свои собственные продукты питания в другие страны, где такие продукты пользовались большим спросом. Мощные и эффективные двигатели облегчили транспортировку еды и других ресурсов в другие места.

Конечно, влияние двигателей внутреннего сгорания на наш мир не было полностью положительным. Во многом благодаря выбросам, создаваемым двигателями внутреннего сгорания, наша планета в настоящее время претерпевает довольно значительные изменения климата, большинство из которых неблагоприятны.

Кроме того, нефть, которую мы используем для производства бензина и дизельного топлива, становится все более дефицитной, что в конечном итоге может привести к усилению конкуренции между странами мира за контроль над любыми невостребованными источниками. Поскольку топливные ресурсы истощаются, кажется логичным и вероятным, что в результате возникнет какой-то конфликт.

Почему двигатели внутреннего сгорания так популярны?

В наши дни вы много слышите о том, насколько грязной является технология внутреннего сгорания и что нам нужно начать думать о переходе на другие, более чистые методы производства энергии. Гибриды и электромобили занимают довольно солидную долю рынка, и новые технологии, такие как водородная энергетика, также начинают набирать популярность.

Даже на заре двигателей внутреннего сгорания у вас были альтернативы, такие как паровая энергия, которые можно было использовать для личного транспорта. Нам нравится думать об электромобиле как о современном изобретении, но даже в начале 20-го века все еще было несколько коммерчески доступных электромобилей.

Так почему двигатели внутреннего сгорания доминировали в отрасли? Что ж, ответ был почти таким же с тех пор, как двигатель внутреннего сгорания впервые стал королем; они, безусловно, являются наиболее эффективным средством выработки электроэнергии для движущихся транспортных средств. Бензин и дизельное топливо гораздо более энергоемкие, чем аккумуляторы.

По сравнению с электромобилями прошлого и даже с современными, двигатели внутреннего сгорания намного лучше подходят для поездок на большие расстояния. У электромобилей никогда не было такого запаса хода, как у автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, и они также требуют гораздо больше времени для перезарядки, чем обычный автомобиль.

Пар почти так же эффективен, как газ или дизель, но основная проблема старых паровых двигателей заключалась в том, что их было очень сложно эксплуатировать. Ранние газовые двигатели были намного проще, чем старые паровые силовые установки, а также лучше обеспечивали мощность для высокоскоростных приложений.

Будущее двигателей внутреннего сгорания

Мы долго говорили о прошлом двигателей внутреннего сгорания, но что ждет эту технологию в будущем? Вполне вероятно, что после определенного момента двигатель внутреннего сгорания исчезнет навсегда, но до тех пор производители продолжают внедрять инновации.

В последние несколько лет турбонаддув становится все более популярным и, вероятно, станет еще более популярным в ближайшем будущем. Помимо того, что турбонаддув помогает двигателям производить больше мощности, он также может помочь двигателю работать более эффективно. За счет турбонаддува небольшого двигателя вы можете получить от него такое же количество энергии, как и от более крупного безнаддувного двигателя, используя при этом меньше топлива.

Другим примером технологии, которую вы можете увидеть в двигателях внутреннего сгорания в ближайшее время, является воспламенение от сжатия гомогенного заряда (HCCI). Эта технология берет лучшее из обоих миров от бензина и дизельного топлива; он использует бензин, который чище дизельного топлива, но зажигает его только от сжатия, что более эффективно, чем зажигание от свечи зажигания.

Возможно, вскоре на рынке появятся бескулачковые двигатели. В обычном двигателе внутреннего сгорания впускные и выпускные клапаны приводятся в действие распределительным валом, который использует кулачки для открытия или закрытия клапанов в нужное время. Распределительные валы просты, но они не обеспечивают большого контроля над продолжительностью подъема клапанов.

Однако в бескулачковом двигателе каждый клапан приводится в действие индивидуально с помощью гидравлического или электронного привода. Это помогает компьютеру двигателя иметь гораздо больший контроль над процессом сгорания, что может помочь сделать двигатель более мощным и более эффективным.

Путешествие во времени: как родился двигатель внутреннего сгорания

В этой первой из серии статей, посвященных истории двигателя внутреннего сгорания, мы совершим короткое и неисчерпывающее путешествие через тысячелетия и около мир, чтобы показать происхождение очень важных частей текущих и будущих технологий.

Опубликовано 15 сентября 2020 г., Жан-Франсуа Тиссо

История двигателей часто рассматривается как начинающаяся с эпохи Просвещения на Западе с линейным и логическим развитием. Хотя отчасти это правда, многие части этой невероятной головоломки на самом деле можно найти намного раньше, а идеи и концепции распространились гораздо дальше, чем обычно обсуждается.

Это огромная тема, но в этой первой из серии статей, посвященных истории двигателя внутреннего сгорания, мы совершим короткое и неисчерпывающее путешествие через тысячелетия и по всему миру, чтобы показать происхождение очень важных частей текущих и будущих технологий.

Например, как австронезийцы до 100 г. н.э. могли обнаружить ценное недостающее звено между теорией Сади Карно и не менее гениальным изобретением Рудольфа Дизеля? И почему эти гениальные изобретения никогда не служили отправной точкой для более ранней промышленной революции? На это мы постараемся ответить в наших разных статьях…

Начало чего-то большого

Китай — хорошее место для начала, где, как считается, в древности были изобретены воздушные меха, дающие возможность увеличить тепловую мощность в плавильных печах. По сути, родился наддув.

Окружающий воздух, подаваемый мехами в печь, работающую на древесном угле, позволял развивать более высокие температуры, необходимые для плавки железной руды, и затем один человек мог генерировать тепло примерно в 70 раз быстрее, чем это было возможно с помощью паяльной трубки (паяльная трубка против мехов в Древней Греции). Металлургия – Дж. Э. Редер, Торонто, Канада 1994).

Сотни лет спустя, в конце XVIII века, физик А. Л. де Лавуазье обнаружил, что горение невозможно без кислорода.

Другая часть головоломки, огненный поршень, была изобретена в Юго-Восточной Азии, скорее всего, австронезийцами до 100 г. н.э. Пожарные поршни использовались для зажигания огня путем быстрого сжатия воздуха с помощью ручного поршня внутри небольшого цилиндра, сделанного из различных материалов, включая бамбук, дерево или рога животных.

Небольшая загрузка трута помещается в материал, и благодаря его адиабатичности температура быстрого сжатия рукой может достигать 260°C, чего достаточно для воспламенения трута и возгорания. Именно это открытие позже заложило основу концепции дизельного двигателя.

В то время как некоторые из наших предков были заняты изучением воспламенения от сжатия, другие искали более взрывные методы. Самое раннее подтвержденное упоминание о порохе произошло в Китае в 9 веке нашей эры, во времена династии Тан. Эта концепция сыграет большую роль в двигателе Гюйгенса, пороховом двигателе, который впервые был исследован в 1678 году и послужил источником вдохновения для современных бензиновых двигателей внутреннего сгорания.

Соединяем части вместе

Однако современные двигатели представляют собой сложные механизмы, и открытие процесса сгорания — это еще одна часть головоломки. Другие части двигателя внутреннего сгорания уходят корнями в столь же глубокую историю.

Первым известным кривошипом, например, была система шатунов, использовавшаяся римлянами в 3 веке нашей эры. Система преобразовывала мощность вращающейся водяной мельницы в альтернативную линейную мощность, что позволяло управлять двумя пилами по камню.

Даже сегодня, после испытаний многих других систем, шатун остается предпочтительным решением для преобразования альтернативного движения поршня в полезное вращательное движение во всех двигателях внутреннего сгорания.

Изучение силы пара

Пар также играет большую роль в истории двигателя внутреннего сгорания, являясь одним из первых известных способов преобразования силы огня в движение.

Первая зарегистрированная паровая машина была описана Героем Александрийским в римском Египте в I веке нашей эры.

Эолипил представляет собой вращающийся сосуд, в который подается пар из котла, а затем выбрасывается через два тангенциальных сопла, создавая вращающий момент. Полученной механической мощности вращения было достаточно только для компенсации потерь на трение и сопротивление, однако дополнительной мощности не производилось. И, похоже, древние греки рассматривали эолипил не как изобретение, способное изменить мир, а просто как диковинку.

Энергия пара будет продолжать играть роль на протяжении следующих столетий, хотя и с широким применением. Согласно Уильяму Малмсберийскому, например, в 1125 году в Реймсе находился церковный орган, приводимый в действие воздухом, выходящим из сжатия «нагретой водой», по-видимому, спроектированный и построенный профессором Гербертом.

А в 1543 году Бласко де Гарай, ученый и капитан испанского флота, возможно, предложил систему, основанную на эолипиле, для приведения в движение больших кораблей с помощью гребных колес без использования энергии ветра. Человек, опередивший свое время?

Следы паровой турбины были заложены в 1551 году в Египте, когда Таки ад-Дин описал самовращающийся вертел, который заложил основу для будущих идей.

Джованни Бранка, итальянский инженер, в 1629 году продемонстрировал концепцию паровой турбины для вращения цилиндрического спускового устройства, которое попеременно поднимало и опускало пару пестов, работающих в ступах. Однако поток пара этих первых паровых турбин не был сконцентрирован, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях.