Двигатель внутреннего сгорания — история создания / Техника / stD
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.
Двигатель работал в импульсном режиме с частотой ~12 и/минуту.
Спустя некоторое время, братья усовершенствовали топливо добавив в него смолу, а позже заменили его нефтью и сконструировали простую систему впрыска.
В течении следующих десяти лет проект не получил никакого развития. Клод уехал в Англию с целью продвижения идеи двигателя, но растратил все деньги и ничего не добился, а Джозеф занялся фотографией и стал автором первой в мире фотографии «Вид из окна».
Принято считать, что братья Ньепс были авторами первой в мире системы впрыска.
Во Франции, в доме-музее Ньепсов, выставлена реплика «Pyreolophore».
Справа стоит самокат (дрезина — лат. быстроя нога), который Джозеф Ньепс построил в 1817 году.
В том же 1807 году, швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Рива сконструировал двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием. Топливом для двигателя служил водород, а идею электрического поджига, де Рива позаимствовал у Алессандро Вольта.
Чуть позже, де Рива водрузил свой двигатель на четырёхколёсную повозку, которая, по мнению историков, стала первым автомобилем с ДВС.
..»>Про Алессандро ВольтаВольта впервые поместил пластины из цинка и меди в кислоту, чтобы получить непрерывный электрический ток, создав первый в мире химический источник тока («Вольтов столб»).В 1776 г. Вольта изобрел газовый пистолет — «пистолет Вольты», в котором газ взрывался от электрической искры.
В 1800 году построил химическую батарею, что позволило получать электричество с помощью химических реакций.
Именем Вольты названа единица измерения электрического напряжения — Вольт.
A — цилиндр, B — «свеча» зажигания, C — поршень, D — «воздушный» шар с водородом, E — храповик, F — клапан сброса отработанных газов, G — рукоятка для управления клапаном.
Водород хранился в «воздушном» шаре соединённым трубой с цилиндром. Подача топлива и воздуха, а так же поджиг смеси и выброс отработанных газов осуществлялись вручную, с помощью рычагов.
Принцип работы:
• Через клапан сброса отработанных газов в камеру сгорания поступал воздух.
• Клапан закрывался.
• Открывался кран подачи водорода из шара.
• Кран закрывался.
• Смесь вспыхивала и поднимала поршень вверх.
• Открывался клапан сброса отработанных газов.
• Поршень падал под собственным весом (он был тяжёлый) и тянул верёвку, которая через блок поворачивала колёса.
После этого цикл повторялся.
В 1813 году де Рива построил ещё один автомобиль. Это была повозка длиной около шести метров, с колесами двухметрового диаметра и весившея почти тонну.
Машина смогла проехать 26 метров с грузом камней (около 700 фунтов) и четырьмя мужчинами, со скоростью 3 км/ч.
С каждым циклом, машина перемещалась на 4-6 метров.
Мало кто из его современников серьезно относился к этому изобретению, а Французская Академия Наук утверждала, что двигатель внутреннего сгорания никогда не будет конкурировать по производительности с паровой машиной.
В Парижском «Музее искусств и ремёсел» экспонируется модель автомобиля Франсуа де Рива.
В 1825 году, английский инженер и изобретатель Сэмюэль Браун, создал двигатель работающий на газе (водород).
Принцип работы двигателя основывался на сжигании воздуха в цилиндре, что приводило к созданию вакуума и втягивании поршня, а для более эффективного охлаждения, цилиндр окружала водяная рубашка.
Двигатель использовался для перекачки воды и для приведения в движение речных судов. Браун создал компанию по производству двигателей для лодок и барж, некоторые из которых достигали скорости 14 км/ч. Тем не менее, предприятие оказалось неудачным из-за перебоев с поставками топлива и высокой стоимости.
В 1826 году, Сэмюэль Мори, пионер американского «паростроения», запатентовал двигатель внутреннего сгорания работающий на скипидаре и спирте.
Двигатель имел много общего с современными, он состоял из двух цилиндров с водяной рубашкой, карбюратора и выпускных клапанов.
Информации очень мало, поэтому пишу что есть:
Мори продемонстрировал свой двигатель в Нью-Йорке и Филадельфии, о чём есть свидетельства очевидцев. Двигатели были установлены на лодку и на телегу. Во время демонстрации «автомобиля», Мори не справился с управлением и съехал в канаву. Это была первая в США поездка на автомобиле. Несмотря на успех, Мори не смог найти покупателя.
Популяризатором идеи Мори был Чарльз Дьюри, изобретатель, сконструировавший первый бензиновый двигатель в Америке. Он профинансировал создание двух рабочих реплик двигателя Мори, одна из которых находится в распоряжении Смитсоновского института, а другая принадлежит Дин Камен.
В 1833 году, американский изобретатель Лемюэль Веллман Райт, зарегистрировал патент на двухтактный газовый двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением.
Дугалд Клерк (см. ниже) в своей книге «Gas and Oil Engines» написал о двигателе Райта следующее:
«Чертеж двигателя весьма функционален, а детали тщательно проработаны.
Взрыв смеси действует непосредственно на поршень, который через шатун вращает кривошипный вал. По внешнему виду двигатель напоминает паровую машину высокого давления, в которой газ и воздух подаются с помощью насосов из отдельных резервуаров. Смесь, находящаяся в сферических ёмкостях поджигалась во время подъёма поршня в ВМТ (верхняя мёртвая точка) и толкала его вниз/вверх. В конце такта открывался клапан и выбрасывал выхлопные газы в атмосферу.»
Неизвестно, был ли когда-либо этот двигатель построен, однако есть его чертёж:
В 1838 году, английский инженер Уильям Барнетт получил патент на три двигателя внутреннего сгорания.
Первый двигатель — двухтактный одностороннего действия (топливо горело только с одной стороны поршня) с отдельными насосами для газа и воздуха. Поджиг смеси происходил в отдельном цилиндре, а потом горящая смесь перетекала в рабочий цилиндр. Впуск и выпуск осуществлялся через механические клапана.
Второй двигатель повторял первый, но был двойного действия, то есть горение происходило попеременно с обоих сторон поршня.
Третий двигатель, так же был двойного действия, но имел впускные и выпускные окна в стенках цилиндра открывающееся в момент достижения поршнем крайней точки (как в современных двухтактниках). Это позволяло автоматически выпускать выхлопные газы и впускать новый заряд смеси.
Отличительной особенностью двигателя Барнетта было то, что свежая смесь сжималась поршнем перед воспламенением.
Чертёж одного из двигателей Барнетта:
В 1853-57 годах, итальянские изобретатели Еугенио Барзанти и Феличе Маттеуччи разработали и запатентовали двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания мощность 5 л/с.
Патент был выдан Лондонским бюро так как итальянское законодательство не могло гарантировать достаточную защиту.
Строительство прототипа было поручено компании «Bauer & Co. of Milan» (Helvetica), и завершено в начале 1863 года. Успех двигателя, который был гораздо более эффективным чем паровая машина, оказался настолько велик, что компания стала получать заказы со всего света.
Ранний, одноцилиндровый двигатель Барзанти-Маттеуччи:
Модель двухцилиндрового двигателя Барзанти-Маттеуччи:
Маттеуччи и Барзанти заключили соглашение на производство двигателя с одной из бельгийских компаний. Барзанти отбыл в Бельгию для наблюдения за работой лично и внезапно умер от тифа. Со смертью Барзанти все работы по двигателю были прекращены, а Маттеуччи вернулся к своей прежней работе в качестве инженера-гидравлика.
В 1877 году, Маттеуччи утверждал, что он с Барзанти были главными создателями двигателя внутреннего сгорания, а двигатель построенный Августом Отто очень походил на двигатель Барзанти-Маттеуччи.
Документы касающиеся патентов Барзанти и Маттеуччи хранятся в архиве библиотеки Museo Galileo во Флоренции.
Национальный музей науки и техники Леонардо да Винчи в Милане.
В 1860 году, бельгийский инженер Жан Жозеф Этьен Ленуар построил двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением, представлявший собой переделанную одноцилиндровую горизонтальную паровую машину двойного действия, работавший на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием.
Мощность двигателя составляла 12 л/с.
Двигатели Ленуара использовались как стационарные, судовые, на локомотивах и на дорожных экипажах.
Современная модель:
Принцип работы прост: смесь, с помощью одного золотникового устройства, попеременно подавалась в полости цилиндра и поджигалась от «свечи», а через другой золотник выбрасывались отработанные газы.
ЗолотникВ зависимости от положения золотника, окна (4) и (5) сообщаются с замкнутым пространством (6) окружающим золотник и заполненным паром, или с полостью 7, соединённой с атмосферой или конденсатором.
Это был первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания. К 1865 году более 400 единиц использовались во Франции и около 1000 в Великобритании.
Двигатель Ленуара. «Музей искусств и ремёсел». Париж.
В 1862 году Ленуар построил первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, адаптировав свой двигатель для работы на жидком топливе.
Даже капот есть
После появления четырёхтактного двигателя конструкции Николауса Отто, двигатель Ленуара быстро потерял свои позиции на рынке.
В 1861 году, французский инженер Альфонс Эжен Бо де Роша получил патент на четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания. Проект был реализован только на бумаге.
Картинок я не нашёл.
В 1863 году, Николаус Август Отто и Карл Ойген Ланген сконструировали атмосферный двигатель внутреннего сгорания и основали завод по его производству «N. A. Otto & Cie».
В 1867 году на «Парижской Всемирной Выставке» их двигатель был удостоен золотой медали.
После банкротства в 1872 году, Ланген и Отто основали новую компанию, которая сегодня известна как «Deutz AG». На должность топ-менеджера был принят Готлиб Даймлер, который в свою очередь, взял на должность главного конструктора своего друга Вильгельма Майбаха.
Самым главным изобретением Николауса Отто был двигатель с четырёхтактным циклом — циклом Отто. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.
Четырёхтактный цикл был самым большим техническим достижением Отто, но вскоре обнаружилось, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя был описан французским инженером Бо де Роша (см. выше). Группа французских промышленников оспорила патент Отто в суде, суд счёл их доводы убедительными. Права Отто, вытекавшие из его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его монопольное право на четырёхтактный цикл.
Не смотря на то, что конкуренты наладили выпуск четырёхтактных двигателей, отработанная многолетним опытом модель Отто всё равно была лучшей, и спрос на неё не прекращался. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался светильный газ, сильно суживало область их применения.
Количество светильногазовых заводов было незначительно даже в Европе, а в России их вообще было только два — в Москве и Петербурге.
В 1865 году, французкий изобретатель Пьер Хьюго получил патент на машину представлявшую собой вертикальный одноцилиндровый двигатель двойного действия, в котором для подачи смеси использовались два резиновых насоса, приводимых в действие от коленчатого вала.
Позже Хьюго сконструировал горизонтальный двигатель схожий с двигателем Ленуара.
Science Museum, London.
В 1870 году, австро-венгерский изобретатель Сэмюэль Маркус Зигфрид сконструировал двигатель внутреннего сгорания работающий на жидком топливе и установил его на четырёхколёсную тележку.
Сегодня этот автомобиль хорошо известен как «The first Marcus Car».
В 1887 году, в сотрудничестве с компанией «Bromovsky & Schulz», Маркус построил второй автомобиль — «Second Marcus Car».
Technisches Museum Wien
В 1872 году, американский изобретатель Джордж Брайтон запатентовал двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания постоянного давления, работающий на керосине.
Брайтон назвал свой двигатель «Ready Motor».
Первый цилиндр выполнял функцию компрессора, нагнетавшего воздух в камеру сгорания, в которую непрерывно поступал и керосин. В камере сгорания смесь поджигалась и через золотниковый механизм поступало во второй — рабочий цилиндр. Существенным отличием от других двигателей, было то, что топливовоздушная смесь сгорала постепенно и при постоянном давлении.
Интересующиеся термодинамическими аспектами двигателя, могут почитать про «Цикл Брайтона».
В 1878 году, шотландский инженер Сэр (в 1917 году посвящён в рыцари)Дугалд Клерк разработал первый двухтактный двигатель с воспламенением сжатой смеси. Он запатентовал его в Англии в 1881 году.
Двигатель работал любопытным образом: в правый цилиндр подавался воздух и топливо, там оно смешивалось и эта смесь выталкивалась в левый цилиндр, где и происходило поджигание смеси от свечи.
Происходило расширение, оба поршня опускались, из левого цилиндра (через левый патрубок) выбрасывались выхлопные газы, а в правый цилиндр всасывалась новая порция воздуха и топлива. Следуя по инерции поршни поднимались и цикл повторялся.
В 1879 году, Карл Бенц, построил вполне надежный бензиновый двухтактный двигатель и получил на него патент.
Однако настоящий гений Бенца проявился в том, что в последующих проектах он сумел совместить различные устройства (дроссель, зажигание с помощью искры с батареи, свеча зажигания, карбюратор, сцепление, КПП и радиатор) на своих изделиях, что в свою очередь стало стандартом для всего машиностроения.
В 1883 году, Бенц основал компанию «Benz & Cie» по производству газовых двигателей и в 1886 году запатентовал четырехтактный двигатель, который он использован на своих автомобилях.
Благодаря успеху компании «Benz & Cie», Бенц смог заняться проектированием безлошадных экипажей.
Совместив опыт изготовления двигателей и давнишнее хобби — конструирование велосипедов, к 1886-му году он построил свой первый автомобиль и назвал его «Benz Patent Motorwagen».
Конструкция сильно напоминает трехколёсный велосипед.
Одноцилиндровый четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания рабочим объёмом 954 см3., установленный на «Benz Patent Motorwagen«.
Двигатель был оснащён большим маховиком (использовался не только для равномерного вращения, но и для запуска), бензобаком на 4,5 л., карбюратором испарительного типа и золотниковым клапаном, через который топливо поступало в камеру сгорания. Воспламенение производилось свечой зажигания собственной конструкции Бенца, напряжение на которую подавалось от катушки Румкорфа.
Охлаждение было водяным, но не замкнутого цикла, а испарительным. Пар уходил в атмосферу, так что заправлять автомобиль приходилось не только бензином, но и водой.
Двигатель развивал мощность 0,9 л.
с. при 400 об/мин и разгонял автомобиль до 16 км/ч.
Карл Бенц за «рулём» своего авто.
Чуть позже, в 1896 году, Карл Бенц изобрел оппозитный двигатель (или плоский двигатель), в котором поршни достигают верхней мертвой точки в одно и то же время, тем самым уравновешивая друг друга.
Музей «Mercedes-Benz» в Штутгарте.
В 1882 году, английский инженер Джеймс Аткинсон придумал цикл Аткинсона и двигатель Аткинсона.
Двигатель Аткинсона — это по существу двигатель, работающий по четырёхтактному циклу Отто, но с измененным кривошипно-шатунным механизмом. Отличие заключалось в том, что в двигателе Аткинсона все четыре такта происходили за один оборот коленчатого вала.
Использование цикла Аткинсона в двигателе позволяло уменьшить потребление топлива и снизить уровень шума при работе за счёт меньшего давления при выпуске. Кроме того, в этом двигателе не требовалось редуктора для привода газораспределительного механизма, так как открытие клапанов приводил в движение коленчатый вал.
Не смотря на ряд преимуществ (включая обход патентов Отто) двигатель не получил широкого распространения из-за сложности изготовления и некоторых других недостатков.
Цикл Аткинсона позволяет получить лучшие экологические показатели и экономичность, но требует высоких оборотов. На малых оборотах выдаёт сравнительно малый момент и может заглохнуть.
Сейчас двигатель Аткинсона применяется на гибридных автомобилях «Toyota Prius» и «Lexus HS 250h».
В 1884 году, британский инженер Эдвард Батлер, на лондонской выставке велосипедов «Stanley Cycle Show» продемонстрировал чертежи трёхколёсного автомобиля с бензиновым двигателем внутреннего сгорания, а в 1885 году построил его и показал на той же выставке, назвав «Velocycle». Так же, Батлер был первым кто использовал слово бензин.
Патент на «Velocycle» был выдан в 1887 году.
На «Velocycle» был установлен одноцилиндровый, четырёхтактный бензиновый ДВС оснащенный катушкой зажигания, карбюратором, дросселем и жидкостным охлаждением.
Двигатель развивал мощность около 5 л.с. при объёме 600 см3, и разгонял автомобиль до 16 км/ч.
На протяжении многих лет Батлер улучшал характеристики своего транспортного средства, но был лишен возможности его тестировать из-за «Закона Красного Флага» (издан в 1865 году), согласно которому транспортные средства не должны были превышать скорость свыше 3 км/ч. Кроме того, в автомобиле должны были присутствовать три человека, один из которых должен был идти перед автомобилем с красным флагом (такие вот меры безопасности).
В журнале «Английский Механик» от 1890 года, Батлер написал — «Власти запрещают использование автомобиля на дорогах, в следствии чего я отказываюсь от дальнейшего развития.»
Из-за отсутствия общественного интереса к автомобилю, Батлер разобрал его на металлолом, и продал патентные права Гарри Дж. Лоусону (производителю велосипедов), который продолжил производство двигателя для использования на катерах.
Сам же Батлер перешёл к созданию стационарных и судовых двигателей.
В 1900 году, в журнале «Autocar», Батлер опубликовал статью следующего содержания:
«Теперь, когда внимание общественности приковано к немецким изобретателям — Бенцу и Даймлеру, я надеюсь, что вы найдёте место в вашем журнале для иллюстрации небольшого бензинового автомобиля, который я считаю, был сделан абсолютно первым в этой стране.
Я не могу утверждать, что сделал очень много, однако я проводил свои эксперименты в то время, когда прогресс тормозился из-за предрассудков людей и отсутствия интереса. Тем не менее, часть моих идей до сих пор используется во многих типах двигателей.»
В 1889 году, на Всемирной выставке в Париже, французский инженер Феликс Милле представил и запатентовал 5-цилиндровый ротационный (не роторный) двигатель, встроенный в колесо велосипеда.
Мотоцикл Феликса Милле, 1897 год.
Ротационный двигатель основан на стандартном цикле Отто, но вместо вращения коленчатого вала вращается весь двигатель выступая в роли маховика, а коленчатый вал стоит на месте.
Подобные двигатели широко использовались в авиации во времена Первой мировой войны.
Достоинства и недостатки этих двигателей будут описаны в отдельной статье, однако интересующиеся могут почитать википедию.
В 1891 году, Герберт Эйкройд Стюарт в сотрудничестве с компанией «Richard Hornsby and Sons» построил двигатель «Hornsby-Akroyd», в котором топливо (керосин) под давлением впрыскивалось в дополнительную камеру (из-за формы её называли «горячий шарик»), установленную на головке блока цилиндров и соединённую с камерой сгорания узким проходом. Топливо воспламенялось от горячих стенок дополнительной камеры и устремлялось в камеру сгорания.
1. Дополнительная камера (горячий шарик).
2. Цилиндр.
3. Поршень.
4. Картер.
Для запуска двигателя использовалась паяльная лампа, которой нагревали дополнительную камеру (после запуска она подогревалась выхлопными газами). Из-за этого двигатель «Hornsby-Akroyd», который был предшественником дизельного двигателя сконструированного Рудольфом Дизелем, часто называли «полу-дизелем». Однако спустя год Эйкройд усовершенствовал свой двигатель добавив к нему «водяную рубашку» (патент от 1892 г.), что позволило повысить температуру в камере сгорания за счёт увеличения степени сжатия, и теперь уже не было необходимости в дополнительном источнике нагрева.
В 1893 году, Рудольф Дизель получил патенты на тепловой двигатель и модифицированный «цикл Карно» под названием «Метод и аппарат для преобразования высокой температуры в работу».
В 1897 году, на «Аугсбургском машиностроительном заводе» (с 1904 года MAN), при финансовом участии компаний Фридриха Круппа и братьев Зульцер, был создан первый функционирующий дизель Рудольфа Дизеля
Мощность двигателя составляла 20 лошадиных сил при 172 оборотах в минуту, КПД 26,2 % при весе пять тонн.
Это намного превосходило существующие двигатели Отто с КПД 20 % и судовые паровые турбины с КПД 12 %, что вызвало живейший интерес промышленности в разных странах.
Двигатель Дизеля был четырёхтактным. Изобретатель установил, что КПД двигателя внутреннего сгорания повышается от увеличения степени сжатия горючей смеси. Но сильно сжимать горючую смесь нельзя, потому что тогда повышаются давление и температура и она самовоспламеняется раньше времени. Поэтому Дизель решил сжимать не горючую смесь, а чистый воздух и концу сжатия впрыскивать топливо в цилиндр под сильным давлением.
Так как температура сжатого воздуха достигала 600—650 °C, топливо самовоспламенялось, и газы, расширяясь, двигали поршень. Таким образом Дизелю удалось значительно повысить КПД двигателя, избавиться от системы зажигания, а вместо карбюратора использовать топливный насос высокого давления (ТНВД).
Позднее, в 1900 году, на «Всемирной выставке», Рудольф Дизель продемонстрировал двигатель работающий на арахисовом масле (биодизель).
В 1903 году, норвежский изобретатель Эгидий Эллинг построил первую газовую турбину, развивавшую мощность в 11 лошадиных сил. Патент на это изобретение он получил ещё в 1884 году.
К 1904-му году мощность турбины была увеличена до 44 лошадиных сил, а к 1932-му году турбина уже развивала мощность около 75 лошадиных сил.
В 1933 году Эллинг пророчески писал: «Когда я начал работать над газовой турбиной в 1882 году, я был твёрдо уверен в том, что моё изобретение будет востребовано в авиастроении.»
К сожалению, Эллинг умер в 1949 году, так и не дожив до наступления эры турбореактивной авиации.
Единственное фото, которое удалось найти.
Возможно кто-то найдёт что-либо об этом человеке в «Норвежском музее техники».
В 1903 году, Константин Эдуардович Циолковский, в журнале «Научное обозрение» опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где впервые доказал, что аппаратом, способным совершить космический полёт, является ракета. В статье был предложен и первый проект ракеты дальнего действия. Корпус её представлял собой продолговатую металлическую камеру, снабжённую жидкостным реактивным двигателем (который тоже является двигателем внутреннего сгорания). В качестве горючего и окислителя он предлагал использовать соответственно жидкие водород и кислород.
Наверное на этой ракетно-космической ноте и стоит закончить историческую часть, так как наступил 20-ый век и Двигатели Внутреннего Сгорания стали производиться повсеместно.
Философское послесловие…
К.Э. Циолковский полагал, что в обозримом будущем люди научатся жить если не вечно, то по крайней мере очень долго. В связи с этим на Земле будет мало места (ресурсов) и потребуются корабли для переселения на другие планеты. К сожалению, что-то в этом мире пошло не так, и с помощью первых ракет люди решили просто уничтожать себе подобных…
Спасибо всем кто прочитал.
Все права защищены © 2016 istarik.ru
Любое использование материалов допускается только с указанием активной ссылки на источник.
Первый двигатель внутреннего сгорания: история, факты
Разработка первого двигателя внутреннего сгорания длилась почти два века, пока автомобилисты смогут узнать прототипы современных моторов. Все начиналось с газа, а не с бензина. В число людей, которые приложили свою руку к истории создания, являются — Отто, Бенц, Майбах, Форд и другие. Но, последние научные открытия перевернули весь автомир, поскольку отцом первого прототипа считался совсем не тот человек.
Леонардо и здесь руку приложил
До 2016 года основателем первого двигателя внутреннего сгорания считался Франсуа Исаак де Риваз. Но, историческая находка, сделанная английскими учеными, перевернула весь мир. При раскопках вблизи одного из французских монастырей, были найдены чертежи, которые принадлежали Леонардо да Винчи. Среди них был чертеж двигателя внутреннего сгорания.
Конечно, если смотреть на первые двигатели, которые создавали Отто и Даймлер, то можно найти конструктивные сходства, а вот с современными силовыми агрегатами их уже нет.
Легендарный да Винчи опередил свое время почти на 500 лет, но поскольку был скован технологиями своего времени, а также финансовыми возможностями, так и не смог сконструировать мотор.
Детально исследовав чертеж, современные историки, инженеры и автоконструкторы с мировым именем, пришли к выводу, что данный силовой агрегат мог работать и довольно продуктивно. Так, компания Форд занялась разработкой прототипа двигателя внутреннего сгорания, основываясь на чертежах да Винчи. Но, эксперимент удался только наполовину. Двигатель завести не удалось.
Но, некоторые современные доработки позволили, все-таки дать жизнь силовому агрегату. Он так и остался экспериментальным прототипом, но кое-что компания Форд, все-таки почерпнула для себя — это размер камер сгорания для легковых автомобилей В-класса, который составляет 83,7 мм. Как оказалось — это идеальный размер для сгорания воздушно-топливной смеси для такого класса моторов.
Инженерия и теория
Согласно историческим фактам, в XVII веке голландский ученый и физик Кристиан Хагенс разработал первый теоретический двигатель внутреннего сгорания на пороховой основе. Но, как и Леонардо был скован технологиями своего времени и воплотить свою мечту в реальность так и не смог.
Франция. 19 век. Начинается эпоха массовых механизаций и индустриализаций. В это время, как раз и можно создать, что-то невероятное. Первый, кто сумел собрать двигатель внутреннего сгорания, был француз Нисефор Ньепс, который он назвал — Пирэолофор. Он работал с братом Клодом, и они вместе до создания ДВС презентовали несколько механизмов, которые не нашли своих заказчиков.
В 1806 году в национальной французской академии прошла презентация первого мотора. Он работал на угольной пыли и имел ряд конструктивных недоработок. Несмотря на все недостатки, мотор получил положительные отзывы и рекомендации. Вследствие этого братья Ньепсе получили финансовую помощь и инвестора.
Первый двигатель продолжал развиваться. Более совершенный прототип был установлен на лодки и небольшие корабли. Но, Клоду и Нисефору этого было не достаточно, они хотели удивить весь мир, поэтому изучали разные точные науки, чтобы совершенствовать свой силовой агрегат.
Так, их старания увенчались успехами, и в 1815 году Нисефор находит труды химика Лавуазье, который пишет, что «летучие масла», которые являются частью нефтепродуктов, при взаимодействии с воздухов могут взрываться.
1817 год. Клод едет в Англию, с целью получения нового патента на двигатель, так как во Франции срок действия подходил к концу. На этом этапе братья расстаются. Клод начинает работать над мотором самостоятельно, не уведомив об этом брата, и требует с него денег.
Разработки Клода нашли подтверждение только в теории. Изобретенный двигатель не нашел широкого производства, поэтому стал частью инженерной истории Франции, а Ньепса увековечили памятником.
Сын известного физика и изобретатель Сади Карно издал трактат, который сделал его легендой автомобилестроительной индустрии и делает его знаменитым на весь мир. Работа насчитывала 200 экземпляров и называлась «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» изданная в 1824 году. Именно с этого момента начинается история термодинамики.
1858 год. Бельгийский ученый и инженер Жан Жосефа Этьен Ленуара собирает двухтактный двигатель. Отличительными элементами было то, что он имел карбюратор и первую систему зажигания. Топливом служил каменноугольный газ. Но, первый прототип работал всего несколько секунд, а потом навсегда вышел со строя.
Случилось это потому, что мотор не имел систем смазки и охлаждения. При этой неудачи Ленуар не сдался и продолжил работу над прототипом и уже в 1863 году мотор, установленный на 3-х колесный прототип автомобиля, проехал исторические первые 50 миль.
Все эти разработки положили начало эре автомобилестроения. Первые двигатели внутреннего сгорания продолжали разрабатываться, и их создатели увековечили свои имена в истории. Среди таких были — австрийский инженер Зигфрид Маркус, Джордж Брайтон и другие.
Руль принимают легендарные немцы
В 1876 году эстафету начинают принимать немецкие разработчики, чьи имена в наши дни гремят громко. Первый, кого следует отметить, стал Николас Отто и его легендарный «цикл Отто». Он первый разработал и сконструировал прототип двигатель на 4-х цилиндрах. После этого уже в 1877 году он патентует новый двигатель, который лежит в основе большинства современных моторов и самолетов начала 20 века.
Еще одно имя в истории автомобилестроения, которое многие знают и сегодня — Готлиб Даймлер. Он со своим другом и братом по инженерии Вильгельмом Майбахом разработали мотор на газовой основе.
1886 год стал переломным, поскольку именно Даймлер и Майбах создали первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Силовой агрегат получил название «Reitwagen». Этот движок ранее устанавливался на двухколесные транспортные средства. Майбах разработал первый карбюратор с жиклерами, который также эксплуатировался достаточно долго.
Для создания работоспособного двигателя внутреннего сгорания великим инженерам пришлось объединить свои силы и умы. Так, группа ученых, в которую вошли Даймлер, Майбах и Отто начали собирать моторы по две штуки в день, что на тот момент было большой скоростью. Но, как и всегда бывает, позиции ученых в совершенствовании силовых агрегатов разошлись и Даймлер уходит с команды, чтобы основать свою компанию. Вследствие этих событий Майбах следует своему другу.
1889 год Даймлер основывает первую автомобилестроительную фирму «Daimler Motoren Gesellschaft». В 1901 году Майбах собирает первый Мерседес, который положил начало легендарному немецкому бренду.
Еще одним не менее легендарным немецким изобретателем становится Карл Бенц. Его первый прототип двигателя мир увидел в 1886 году. Но, до момента создания первого своего мотора, он успел основать фирму «Benz & Company». Дальнейшая история просто потрясающая. Впечатленный разработками Даймлера и Майбаха, Бенц решил слить все компании воедино.
Так, сначала «Benz & Company» сливается с «Daimler Motoren Gesellschaft», и становиться «Daimler- Benz». Впоследствии соединение коснулось и Майбаха и компания стала называться «Mersedes- Benz».
Еще одно знаменательное событие в автомобилестроение случилось в 1889 году, когда Даймлер предложил разработку V-образного силового агрегата. Его идею подхватил Майбах и Бенц, и уже в 1902 году V-образные двигатели начали выпускаться на самолеты, а позже на автомобили.
Отец основатель автоиндустрии
Но, как не крути, самый большой взнос в развитие автомобилестроения и автодвигательных разработок внес американский конструктор, инженер и просто легенда — Генри Форд. Его лозунг: «Автомобиль для всех» нашел признание у простых людей, что и привлекло их. Основав в 1903 году компанию «Форд», он не только принялся за разработку нового поколения двигателей для своего автомобиля Форд А, но и дал новые рабочие места простых инженерам и людям.
В 1903 году против Форда выступил Селден, который утверждал, что первый использует его разработку двигателя. Судебный процесс длился целых 8 лет, но при этом, ни один из участников, так и не смог выиграть процесс, поскольку суд решил, что права Селдена не нарушены, а Форд использует свой тип и конструкцию мотора.
В 1917 году, когда США вступила в первую мировую войну, компания Форд начинает разработку первого тяжелого двигателя для грузовых автомобилей с повышенной мощностью. Так, к концу 1917 года Генри представляет первых бензиновый 4-х тактный 8-ми цилиндровый силовой агрегат Форд М, который начала устанавливаться на грузовые автомобили, а в последствие и во время 2-й мировой на некоторые грузовые самолеты.
Когда другие автомобилестроители переживали не самые лучшие времена, то компания Генри Форда процветала и имела возможность разрабатывать все новые варианты двигателей, которые нашли применение среди широкого автомобильного ряда автомобилей Форд.
Вывод
По сути, первый двигатель внутреннего сгорания изобрел Леонардо да Винчи, но это было только в теории, поскольку он был скован технологиями своего времени. А вот первый прототип поставил на ноги голландец Кристиан Хагенс. Потом были разработки французских братьев Ньепс.
Но, все же массовой популярности и разработки двигатели внутреннего сгорания получили с разработками таких великих немецких инженеров, как Отто, Даймлер и Майбах. Отдельно стоит отметить заслуги в разработках моторов отца основателя автоиндустрии — Генри Форда.
История двигателя внутреннего сгорания — в подробностях
История появления двигателя внутреннего сгорания начинает свою историю с 1799 года, когда Филиппом Лебоном был открыт светильный газ. Именно он послужил основой для возникновения идеи по созданию двигателя, в котором топливо будет сгорать непосредственно в цилиндре.
Первые попытки создания двигателя
Итак, первым кто задумался над созданием двигателя внутреннего сгорания, был изобретатель Лебон. Воспользовавшись свойствами светильного газа, который при смешивании с воздухом взрывался и выделял огромное количество тепла, он создал двигатель способный конвертировать эту энергию на нужды человека. Его двигатель представлял собой механизм из камеры и двух компрессоров. В одном компрессоре находился светильный газ, а в другом – воздух. При их смешивании возникало воспламенение, которое и позволяло двигателю работать. Однако изобретателю так и не удалось реализовать свою задумку, так как в 1804 году он погиб.
Следующие годы были безуспешными для других исследователей старавшихся создать двигатель, однако бельгийский механик Ленуар решил попытать счастья и создать механизм, в котором смесь топлива и воздуха будет воспламеняться при помощи искры.
Прошли годы, однако, несмотря на затруднения и неудачи ему все-таки удалось воплотить задуманное в жизнь и к 1864 году мир увидели более трехсот двигателей различной мощности. Однако существенно заработав, Ленуар прекратил усовершенствование изобретения, чем и поплатился, ведь другому изобретателю удалось создать двигатель лучше предыдущего.
Новая ступень в создании двигателя
Итак, в 1865 году патент на создание газового двигателя получил немецкий изобретатель Август Отто, который сделал небольшой шаг назад и создал менее прогрессивный, но более экономичный аналог двигателя Ленуара, что позволило ему захватить рынок и существенно заработать.
Однако в отличие от предшественника он не остановился на этом и, получив в 1877 году патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом – создал его. Но выяснилась, что такую же модель ранние разработал французский инженер Бо деРоша, который отсудил права на изобретение у Отто.
Несмотря на это налаженное производство двигателей Отто позволило ему удержаться на ринке и даже захватить его существенную долю. Спрос возрастал, а вот потребность в светличном газе оказывалась все менее обеспеченной, что привело к необходимости поиска нового вида горючего, которое можно было бы распылить и воспламенить. И таким, в ходе исследований американца Брайтона изначально стал керосин, однако из-за высокой массы затрудняющей испарение он был заменен на бензин.
Прорыв в создании двигателя
С использованием бензина была достигнута необходимая конкурентоспособность двигателя, однако одним из немаловажных моментов оставалось обеспечение испарения этого самого бензина в воздушной смеси для достижения эффекта возгорания.
Брайтоном было достигнуто такого эффекта благодаря использованию так званого «испарительного» карбюратора, однако работа его была неудовлетворительной. И исследования продолжались дальше.
В 1880 году изобретателем Костовичем был создан первый работоспособный прототип бензинового двигателя, однако о его разработке мало кому известно.
В это же время в Европе разработкой бензинового двигателя занимался сотрудник компании Отто по имени Готлиб Даймлер. Однако представленная им разработка не была по достоинству оценена его руководством, и прототип бензинового двигателя так и дальше остался бы лишь прототипом, если бы Готлиб не был так уверен в его дееспособности на транспорте.
Решившись на отчаянный шаг, Даймлер вместе с напарником из фирмы Отто Майбахом оставляют компанию и, купив небольшую мастерскую неподалеку от Штутгарта, начинают работу над проектом.
Основной задачей для них становится создание легкого, и компактного двигателя способного перемещать экипаж. Увеличение мощности разработчиками планировалось за счет более частого вращения вала, однако чтобы достигнуть этого, им необходимо было обеспечить постоянный источник воспламенения. И им это удалось, в 1883 году они создают первый калильный бензиновый двигатель, в котором вещество воспламеняется благодаря раскаленной трубочке, вставленной в цилиндр.
Настоящим прорывом для использования бензиновых двигателей стало изобретение карбюратора, создателем которого был венгерский инженер Донат Банки. Именно он придумал не испарять бензин, а лишь распылять его в воздухе, благодаря чему он равномерно распределялся по цилиндру, а его испарение было обусловлено действием сжатого тепла.
Распыление бензина обеспечивалось проходящим потоком воздуха, через дозирующий жиклер, который представлял собой трубку с несколькими отверстиями расположенной перпендикулярно. Равномерность достигалась благодаря поддержанию постоянного уровня бензина внутри карбюратора.
Именно эти двигатели стали первыми, и их мощность достигалась благодаря увеличению цилиндра, однако в конце девятнадцатого века для увеличения мощности начали просто увеличивать количество цилиндров.
Желаем Вам успехов во всех делах!
Как двигатель Рудольфа Дизеля изменил мир
- Тим Харфорд
- Би-би-си
Автор фото, Shutterstock
Инженер Рудольф Дизель погиб при загадочных обстоятельств прежде, чем успел разбогатеть на своем гениальном изобретении.
В 10 часов вечера 29 сентября 1913 года Рудольф Дизель отправился в свою каюту на пароходе «Дрезден», шедшем из бельгийского Антверпена через Ла-Манш в Лондон. Его пижама была разложена на кровати, но он так в нее и не переоделся.
Изобретатель двигателя, названного его именем, размышлял о своих больших долгах и процентах по ним, которые он уже не мог выплачивать. В его дневнике этот день — 29 сентября — был помечен зловещим крестом: «X».
Перед тем, как отправиться на пароход, 55-летний Дизель собрал все наличные деньги и сложил их в сумку вместе с документами, из которых было ясно, насколько отчаянным оказалось его финансовое положение. Он отдал сумку ничего не подозревавшей жене и велел открыть ее не раньше, чем через неделю.
Дизель вышел на палубу. Снял плащ и шляпу. Аккуратно сложил их на палубе. Посмотрел на воду. И прыгнул за борт.
Или не прыгнул? Любители конспирологии считают, что ему «помогли».
Но кто мог быть заинтересован в смерти бедного изобретателя? Есть две версии.
Для того, чтобы понять контекст, вернемся на тридцать лет назад, в 1872 год. Паровые двигатели уже широко применяются в промышленности, по железным дорогам бегают все более многочисленные паровозы, но в городах весь транспорт — по-прежнему на гужевой тяге.
Спрос на замену лошади
Осенью того года эпизоотия конского гриппа парализовала города Соединенных Штатов. Не на чем было подвозить товары в лавки, не на чем вывозить мусор.
В полумиллионном городе в те времена могло быть около ста тысяч лошадей. Каждая из них ежедневно орошала улицы 15 килограммами навоза и 4 литрами мочи.
Города остро нуждались в недорогом, надежном и небольшом двигателе, который заменил бы конную тягу.
Одним из кандидатов на эту роль был паровой двигатель: автомобили на паровой тяге конструировались один за другим.
Вторым был двигатель внутреннего сгорания. Первые его модели работали на газе, на бензине, даже на порохе. Но в семидесятых годах XIX века, когда Рудольф Дизель был студентом, оба этих типа двигателей были ужасно неэффективны, с КПД всего лишь около 10%.
Поворотным пунктом в жизни молодого Дизеля стала лекция о термодинамике в Королевском Баварском политехническом институте в Мюнхене, на которой он услышал, что двигатель внутреннего сгорания, преобразующий всю энергию тепла в полезную работу, теоретически возможен.
Автор фото, Alamy
Подпись к фото,Схема-рисунок двигателя внутреннего сгорания, изобретенного Рудольфом Дизелем в 1887 году
Дизель взялся за претворение теории в жизнь. И потерпел неудачу. КПД его первого двигателя составлял всего лишь 25%. КПД лучших из современных дизелей — более 50%.
Но даже 25% — это было в два с лишним раза лучше, чем у конкурентов.
В бензиновых двигателях внутреннего сгорания в цилиндре сжимается смесь воздуха и паров бензина, которая затем поджигается электрической искрой. В двигателе Дизеля сжимается только воздух, при этом его температура повышается настолько, что ее достаточно для воспламенения впрыскиваемого топлива.
При этом в дизеле чем сильнее сжатие, тем меньше нужно топлива, тогда как в двигателе с зажиганием слишком сильное сжатие приводит к сбою в работе.
Ненадежные моторы
Все автомобилисты знают о главном свойстве машин с дизельным мотором: они обычно дороже стоят, зато дешевле в эксплуатации.
К несчастью для Рудольфа Дизеля, его первые модели при всем их высоком КПД отличались ненадежностью. Недовольные покупатели завалили его требованиями о возврате денег. Это и загнало изобретателя в финансовую яму, из которой он не смог выбраться.
Но он продолжал работать над своим двигателем и постепенно совершенствовал его.
Выявились другие преимущества двигателя Дизеля. Он может работать на более тяжелом, чем бензин, топливе — солярке, или, как сейчас его чаще называют, дизтопливе. Оно дешевле бензина и к тому же менее интенсивно испаряется, поэтому менее взрывоопасно.
В силу этого дизели стали особенно популярны у военных. Уже в 1904 году двигатели Рудольфа Дизеля были поставлены на французских подводных лодках.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Машины с дизельным двигателем дороже при покупке, но дешевле в эксплуатации
Здесь лежат корни первой конспирологической версии смерти Рудольфа Дизеля.
Европа, 1913 год, большая война все ближе и все неотвратимее — а тут немец, изобретатель нового двигателя, преследуемый финансовыми проблемами, отправляется в Британию. Одна газета так и написала в заголовке: «Изобретателя сбросили в море, чтобы предотвратить продажу патентов британскому правительству».
Коммерческий потенциал изобретения Дизеля, однако, стал раскрываться только после Первой мировой. Первые дизельные грузовики появились в 1920-х годах, железнодорожные локомотивы — в 1930-х. К 1939 году уже четверть морских грузов в мире перевозили суда с дизельными установками.
После Второй мировой войны были созданы еще более мощные дизельные моторы, которые позволили строить суда все большего водоизмещения и все более экономно перевозить грузы. На топливо приходится около 70% себестоимости морских перевозок.
Пар или дизель?
Чешско-канадский ученый Вацлав Смил, например, считает, что если бы международная торговля оставалась привязана к паровым двигателям и не перешла на дизель, то она росла бы гораздо медленнее.
Британско-американский экономист Брайан Артур так не считает. Он называет переход на двигатели внутреннего сгорания в течение последнего века проявлением «попадания в колею»: уже сделанные инвестиции и построенная инфраструктура заставляют человечество действовать в определенном коридоре, а если б с самого начала был выбран другой путь, то и на нем нашлись бы эффективные решения.
По мнению Брайана Артура, еще в 1914 году у паровых автомобильных двигателей перспективы были не хуже, чем у двигателей внутреннего сгорания — но растущее влияние нефтяной промышленности привело к тому, что в развитие ДВС стали вкладывать гораздо больше денег.
Если бы инвестиций было поровну, то, предполагает доктор Артур, мы бы сейчас вполне могли ездить на машинах с паровыми двигателями какого-нибудь очередного поколения.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Экспертименты Дизеля с арахисовым маслом предвосхитили современное развитие производства биотоплива
А если бы мировая экономика прислушалась к Рудольфу Дизелю, то, может быть, сейчас двигатели работали бы на арахисе.
Имя Дизеля сейчас ассоциируется с топливом из нефтепродуктов, но вообще-то он приспосабливал свой двигатель для работы с разными видами топлива, от угольной пыли до растительного масла. В 1900 году на Всемирной выставке в Париже он продемонстрировал модель, работающую на арахисовом масле.
А за год до смерти, в 1912 году, Рудольф Дизель предсказывал, что растительное масло станет таким же важным видом топлива, как и нефтепродукты.
Владельцам арахисовых плантаций это предсказание наверняка понравилось, а владельцам нефтяных месторождений — не очень.
Отсюда — вторая конспирологическая версия смерти Дизеля. Другая газета по ее поводу написала: «Убит агентами нефтяных трестов».
Арахис против нефти
В последнее время в мире возрождается интерес к дизельному биотопливу. Оно меньше загрязняет атмосферу, но есть и проблема: оно занимает сельскохозяйственные угодья, а это ведет к повышению цен на продовольствие.
Во времена Рудольфа Дизеля это не выглядело большой проблемой: население Земли тогда было гораздо меньше, а климатические изменения не сильно беспокоили людей. Поэтому Рудольф Дизель, наоборот, мечтал, что его двигатель поможет развиваться бедным, аграрным странам.
Насколько иначе сейчас выглядел бы мир, если бы самыми ценными землями считались не те, где качают нефть, а те, где хорошо растет арахис? Мы можем только гадать.
Точно так же, как мы можем только гадать, что же в точности случилось с Рудольфом Дизелем.
Его тело было найдено в море рыбаками через десять дней. К тому времени оно настолько разложилось, что рыбаки не стали брать его на борт, но забрали личные вещи — кошелек, перочинный нож, футляр для очков.
Когда рыбаки добрались до берега, эти вещи опознал младший сын Дизеля. А тело изобретателя навсегда осталось в морских глубинах.
История создания двигателя внутреннего сгорания.
Моторы внутреннего сгорания, работающие на основании законов термодинамики, являются на данный момент одними из самых популярных среди остальных аналогов. Такие двигатели имеются как в самолетах, так и в автомобилях, бензопилах и т.д. На данный момент, никакие альтернативные варианты не могут исправить ситуацию с моторами. В нашей статье мы расскажем об истории создания такого чудесного аппарата как двигатель внутреннего сгорания.
Данный прибор изобрели в начале девятнадцатого столетия. Именно тогда в 1807 году французский ученый Исаак да Риваз построил первый аналог ДВС, который был поршневым и работал на водороде. Хотя данный аппарат был совсем непригодным практически, но это была первая ласточка перед настоящей промышленной революцией.
Через 53 года еще одним французским изобретателем Этеном Ленуром был создан первый пригодный ДВС. Она был двухтактным, а также обладал мощностью почти в 12 лошадиных сил. Работала данный агрегат на смеси воздуха и светильного газа, а также имел электрическое искровое зажигание. Внешне такой двигатель выглядел как одноцилиндровая горизонтальная машина. Несмотря на то, что его КПД составлял всего 4,65 процентов, он использовался на некоторых европейских лодках.
На основе изобретения Ленуара немецкий изобретатель Николаус Отто через три года создал двухтактных более совершенный ДВС. Работал он на атмосферном газе, а также имел зажигание открытым огнем. У этого прибора имелся уже примерно 15-процентный коэффициент полезного действия. Свое изобретение Отто усовершенствовал в далеком 1876 году, построив уже четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.
А вот первый бензиновый двигатель изобрели в Российской империи в 1880-ых годах. Его автором является Огнеслав Костович.
На основе этого изобретения Вильгель Майбах вместе Готлибой Даймлером создали свой ДВС, но более легкий, нежели изобретение Костовича. Это помогло данным изобретателям в 1885 году дать миру первый мотоцикл, а в 1886 – первый автомобиль.
Нужны выдвижные маркизы? Компания «Трилогия» предлагает изделия на заказ по доступным ценам.
1801 год — двигатель внутреннего сгорания Лебона — EADaily, 26 августа 2019 — История
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 развития двигателей внутреннего сгорания
Просмотр содержимого документа
«История развития двигателей внутреннего сгорания»
История развития двигателей внутреннего сгорания
Выполнил :ученик 10 класса,
Точенов Денис
2017 Год
Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.
П о роду топлива двигатели внутреннего сгорания разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые. П о способу заполнения цилиндра свежим зарядом — на 4-тактные и 2-тактные. П о способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха — на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. Мощность, экономичность и другие характеристики двигателей постоянно улучшаются, но основной принцип действия остаётся неизменным. В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндров и тепловая энергия, выделяющаяся при этом, преобразуется в механическую работу.
П ервый двигатель, изобрёл в 1860 году французский механик Этьен Ленуар (1822-1900). Рабочим топливом в его двигателе служила смесь светильного газа (горючие газы в основном метан и водород) и воздуха. Конструкция имела все основные черты будущих автомобильных двигателей: две свечи зажигания, цилиндром с поршнем двустороннего действия, двухтактный рабочий цикл. Её коэффициент полезного действия составлял всего 4 % т.е. лишь 4% теплоты сгоревшего газа тратилось на полезную работу, а остальные 96% уходили с отработанными газами .
Двигатель Этьена Ленуара
Французский инженер Альфонс Бо Де Роша (1815-1891) предложил идею четырёхтактного двигателя. Однако осуществить свою идею не сумел. Такой двигатель создал в 1878 г. Николаус Август Отто.
Дизельный двигатель Рудольфа Дизеля
Над его конструкцией изобретатель напряженно трудился и добился более высокого КПД, чем у существовавших тогда паровых машин.
Двигатель Николауса Августа Отто.
Схема работы четырехтактного двигателя
Карбюраторный двигатель .Этот двигатель – одна из разновидностей двигателей внутреннего сгорания. Сгорание топлива происходит внутри двигателя и существенной его деталью является карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях. Создателем этого двигателя был Готлиб Даймлер.
Двигатель Готлиба Даймлера
Одним из видов ДВС является дизельный двигатель. В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля1893. Хотя Дизель и был первым, который запатентовал такой двигатель с воспламенением от сжатия, инженер по имени Экройд Стюарт высказывал ранее похожие идеи. Но он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность.
Основные этапы развития ДВС 1860 год Э.Ленуар первый ДВС; 1878 год Н. Отто первый 4х тактный двигатель; 1886 год В.Даймлер первый карбюраторный двигатель; 1890 год Р. Дизель создал дизельный двигатель; 70-е годы 20 века создание инжекторного двигателя.
Спасибо за внимание !
Подробная история двигателя внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания — это сердце почти всех транспортных средств, встречающихся на дорогах, от автомобилей и мотоциклов на дорогах до самолетов в небе и кораблей в море. Этот двигатель является преемником устаревших паровых двигателей или двигателей внешнего сгорания. Однако этот двигатель, несомненно, намного эффективнее своего предшественника.
Принципиальное различие между паровыми двигателями и двигателями внутреннего сгорания состоит в том, что в последних топливо сгорает изнутри за счет периодического воспламенения, и образующиеся газы приводят в движение поршни.В то время как при внешнем сгорании топливо сгорает снаружи, и возникающее тепло испаряет рабочую жидкость (воду), которая, расширяясь и воздействуя на механизм двигателя, создает движение и полезную работу.
Разработка двигателей внутреннего сгорания имеет долгую историю, насчитывающую более 150 лет, и несколько великих умов внесли свой вклад в ее эволюцию до сегодняшнего положения. Вот крошечный проблеск его развития.
СВЯЗАННЫЙ: Богатая история двигателя Alfa Romeo Busso V6
Изобретения до 1860 г.
Via GracesGuide.co.uk1860 год стал контрольным годом в истории двигателей внутреннего сгорания, потому что в этом году Этьен Ленуар разработал первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания. Однако до этого многие достойные инженеры и ученые предприняли несколько многообещающих попыток.
Почти за пятьдесят лет до Ленуара французские инженеры Нисефор Ньепс и Клод Ньепс построили двигатель внутреннего сгорания, работающий на смеси мха, угольной пыли и смолы, который работал при контролируемых взрывах. Они назвали его «Пиреолофор», и этот двигатель получил патент от Наполеона Бонапарта. Вскоре за этим двигателем последовал двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде и кислороде, изобретенный Франсуа Иссаком де Ривазом, в котором он использовал электрическую искру в качестве механизма зажигания.Риваз пошел дальше и установил свой двигатель в вагоне, который стал первым в мире автомобилем с двигателем внутреннего сгорания.
Несколько лет спустя, в 1823 году, Сэмюэл Браун запатентовал первый двигатель внутреннего сгорания, который можно было применять в промышленности. Также известный как «Газо-вакуумный двигатель», он использовал атмосферное давление для работы. Он продемонстрировал свою эффективность при управлении повозкой и лодкой, и в 1930 году этот двигатель успешно перекачал воду на верхний уровень канала Кройдон в Англии.
Эти изобретения привлекли внимание нескольких новаторов, и в последующие годы появился ряд уникальных разработок. В 1826 году Сэмюэл Мори из Америки разработал газовый или паровой двигатель без сжатия с карбюратором. Снова в 1833 году Лемюэль Веллман Райт из Соединенного Королевства создал настольный газовый двигатель двустороннего действия с цилиндром с водяной рубашкой. Двигатель Уильяма Барнетта, разработанный в 1838 году, считается первым двигателем, в котором реализовано сжатие в цилиндрах.
1860 г. и далее: от двухтактных двигателей до четырехтактных
Через MotorBiscuit.comВ ближайшие годы произошло еще несколько событий, но великий прорыв произошел в 1860 году благодаря Жану Жозефу Этьену Ленуару. Он изобрел газовый двигатель внутреннего сгорания, который считается первым работающим двигателем внутреннего сгорания. Функциональные, потому что довольно много из них были фактически произведены и использовались по всему Парижу в нескольких печатных станках и ткацких станках.
В 1863 году Ленуар установил этот двигатель на автомобиле и назвал его «Гиппомобиль». Он проехал на этой машине девять километров от Парижа до Жуанвиль-ле-Пон и обратно. В качестве топлива он использовал производное скипидара; таким образом, это был первый автомобиль, оснащенный двигателем внутреннего сгорания, работающим на жидком топливе. Однако гиппомобиль Ленуара не мог удовлетворить потребность в скорости. Его двухтактный двигатель был способен развивать только 100 оборотов в минуту и имел среднюю скорость 6 километров в час.
Хотя двигатель Ленуара не пользовался большим успехом в автомобильной промышленности, его уменьшенный размер и вес впечатлили многих. После этого Николай Август Отто, немецкий инженер, взял на себя задачу сделать этот двигатель более эффективным. Он начал изучать возможности этилового спирта в качестве топлива и устанавливать четырехтактные двигатели для повышения эффективности двигателя.
После двенадцати лет тщательных экспериментов и ряда неудач в 1872 году ему удалось разработать функциональный четырехтактный двигатель, основанный на принципах Альфонса Бо де Роша и установивший принципы впуска, сжатия, сгорания и выхлопа.На сегодняшний день все двигатели внутреннего сгорания в автомобилях и мотоциклах работают по принципам, изложенным Отто.
СВЯЗАННЫЙ: Вот почему четырехтактные двигатели заменили мотокросс
1880-е: двигатель, идеально подходящий для автомобиля
Через MercedesBenz.comДвигатель Отто и его разработки, несомненно, были более мощными, чем у Ленуара; однако его вес стал предметом беспокойства для автомобилей.Они неплохо работали для заводов, но не подходили для автомобилей. Затем Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах взялись за оптимизацию этого двигателя. Однажды сотрудники Отто начали проводить свои эксперименты с 1881 года по разработке двигателей, которые были небольшими, быстрыми и могли приводить в движение транспортные средства на суше и на воде.
Их первый успех пришел в 1883 году, когда они разработали бензиновый газовый двигатель с зажиганием от горячей трубы, который мог генерировать одну л.с. при 650 оборотах в минуту.Он был небольшим и относительно легким, что делало его идеальным для использования в транспортных средствах. Дуэт пошел дальше, чтобы расширить свои возможности, что привело к разработке предшественника мотоциклов, которые они назвали Retiwagen.
В 1886 году они установили двигатель под названием «Дедушкины часы» на четырехколесный вагон, а в 1889 году создали первую полностью самоходную машину с двигателем мощностью 1,5 л.с. К 1900 году Daimler и Maybach увеличили мощность автомобильных двигателей до 35 л.с., которые были способны развивать максимальную скорость 90 км / ч.
Следуя этим революционным изобретениям, двигатель внутреннего сгорания за годы претерпел несколько усовершенствований. Немаловажную роль в этом сыграло создание ряда автомобильных компаний. Когда мир пережил две разрушительные войны, требования к характеристикам транспортных средств полностью изменились. Это во многом способствовало потребности в изобретениях и разработках двигателей на суше, на воде и в небе. После этого восприятие автомобилей изменилось, и люди начали покупать больше автомобилей, что привело к нескольким инновациям, которые сделали двигатель внутреннего сгорания тем, чем он является сегодня.
СЛЕДУЮЩИЙ: Краткая история динасферы
Вот все, что вам нужно знать о двигателях Rolls-RoyceRolls-Royce — ведущая инжиниринговая компания, которая проектирует и разрабатывает высокотехнологичные решения в области энергетики на основе очень эффективных двигателей.
Читать далее
Об авторе Парам Дэвис (134 опубликованных статей) Более От Парама ДэвисаКраткая история двигателя внутреннего сгорания
Колеса держатся на повороте
Первый — или был?
Сколько других преуспели, но потерпели неудачу? Кажется, что в истории больше дырок, чем в колесе швейцарского сыра.Я обнаружил бензиновый цикл на первой странице журнала Scientific American от 14 февраля 1891 года. Этот трехколесный передний автомобиль, изобретенный Эдвардом Батлером из Гринвича, Англия, имел элегантный двухцилиндровый четырехтактный двигатель объемом 650 куб. См с водяным охлаждением и электрическим искровым зажиганием. За годы до ДеДиона и Бултона бензиновый цикл сделал Reitwagen Готтлиба Даймлера чем-то из средневековья. Тем не менее, возьмите любой справочник по истории мотоциклов, и вы не найдете его упоминания.
Построенный в 1888 году компанией Merryweather Fire Engine Company в Гринвиче, Англия, Petrol-Cycle имел двигатель мощностью 5/8 л.с. с зажиганием от магнето (позже замененный катушкой и батареей) и мог развивать скорость до 10 миль в час. У него было рулевое управление Ackermann, поворотные клапаны и карбюратор с поплавковым питанием — за пять лет до того, как Вильгельм Майбах изобрел свой распылительный карбюратор в 1893 году. Двигатель с жидкостным охлаждением имел резервуар для воды, который служил задним крылом (идея была принята Hilderbrand & Wolfmuller. в 1894 г.), и двигатель был запущен на сжатом воздухе.
Опережать время — не всегда хорошо. Проблема с созданием Бултера была не механической, а политической. Английский Закон о красных флагах (Закон о локомотивах на автомагистралях) 1865 г. ограничил скорость всех самоходных транспортных средств до 2 миль в час в городах и 4 миль в час в сельской местности. Кроме того, для обслуживания транспортного средства требовалось три человека, один из которых должен был идти впереди транспортного средства, размахивая красным флагом, чтобы предупредить людей о его приближении. В выпуске «English Mechanic» за 1890 год он писал: «Власти не одобряют его использование на дорогах, и, как следствие, я отказался от его дальнейшего развития.В 1896 году он разобрал бензиновый цикл на металлолом и продал свои патенты Гарри Лоусону, который изготовил двигатель для морского применения. По иронии судьбы в том же году был отменен Закон о красном флаге.
За исключением паровых велосиподов Сильвестра Ропера, история мотоциклов началась не раньше, чем появился двигатель внутреннего сгорания. Граф Альберт ДеДион и Джордж Бултон производили паровые машины с 1883 года, но когда они разработали свои экспериментальные двигатели внутреннего сгорания, все изменилось.Четырехтактный 138-кубовый двигатель DeDion мощностью 1/2 л.
Сильвестр Ропер был известным изобретателем, у которого были финансы, доступ к современным производственным мощностям и обширные маркетинговые связи, чтобы развить его страсть к мотоциклетному спорту. По крайней мере, двое из его деловых партнеров строили и ездили на паровозах, как это делал Ропер до 1867 года, и он активно продвигал свои паровые велосипеды вплоть до самой смерти.Однако, прежде чем мотоциклы стали жизнеспособными, необходимо было разработать ряд разнообразных элементов. Одним из них был двигатель внутреннего сгорания.
История подтверждает, что Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах построили первый мотоцикл с двигателем внутреннего сгорания (IC) в 1885 году, а Карл Бенц построил свой двухтактный двигатель в 1879 году, чтобы приводить в движение свой трехколесный Motowagen. И Даймлер, и Майбах работали с Николаусом Отто, который разработал первый успешный газовый двигатель. На самом деле Н.A. Otto & Cie все еще работает. История двигателя внутреннего сгорания началась не в 1876 году, когда Николаус Отто разработал свой четырехтактный газовый двигатель, а сэр Дугальд Клерк построил первый успешный двухтактный двигатель. Зигфрид Маркус построил четыре действующих автомобиля — Strassenwagen — между 1868 и 1873 годами, но именно Этьен Ленуар разработал первый практический газовый двигатель в 1860 году. Работая на бензине и используя электрическое искровое зажигание, двигатель Ленуара приводил в движение автомобиль, на котором он ездил из Парижа. в Жоинвиль в 1862 году.
Чарльз и Фрэнк Дурье известны за производство первых автомобилей с бензиновым двигателем в Америке (1893 г.). Чарльз благодарит Сэмюэля Мори за изобретение двигателя внутреннего сгорания, а в 1930-х годах он профинансировал строительство двух двигателей на основе патента Мори. Один находится в Смитсоновском институте, а другой принадлежит Дину Камену.
Реклама
Как и Эдвард Батлер, капитан Сэмюэл Мори опередил свое время. Он построил и успешно управлял пароходами за много лет до Роберта Фултона и был первым, кто использовал бортовые лопасти для движения.Он запатентовал роторный паровой двигатель, разработал новый метод производства «лампового газа», запатентовал успешный водонагреватель, использующий тот же принцип, что и современные, а затем обратил свое внимание на горючие газы. Он не только построил «паровой двигатель», но и установил его на лодке и фургоне в 1829 году. Мало что известно об успешной демонстрации лодки на реке Шуйлкилл в сентябре, но он вошел в историю на Маркет-стрит в Филадельфии, будучи первым из них. первый человек в Соединенных Штатах, который управлял газовым транспортным средством, и второй в мире, кто попал в автомобильную аварию.
К сожалению, патент Сэмюэля Мори был утерян в результате большого пожара в Патентном доме 1836 года, и хотя Чарльз Дурье, очевидно, имел доступ к этим документам, они снова были «утеряны», пока не были повторно обнаружены в архивах Дартмутского колледжа в 2004 году. Использование клапанов, кулачков , карбюратор и два цилиндра — он удивительно похож на двигатели внутреннего сгорания, появившиеся полвека спустя. Он работал на легковоспламеняющихся спиртах скипидара и даже имел проволочную сетку для предотвращения попадания искр в камере сгорания на карбюратор — деталь, которая была независимо изобретена заново в 1872 году.Сэмюэл Мори был широко известен своими достижениями при жизни, но он не смог продать один из своих самых передовых патентов, и он не один раз, а дважды терялся для истории!
Двигатель Сэмюэля Мори предшествовал первому коммерческому паровозу в Америке, но он не был первым, кто экспериментировал с внутренним сгоранием. За несколько месяцев до того, как Мори начал разрабатывать свой паровой двигатель, Сэмюэл Браун 4 декабря 1823 года запатентовал двигатель внутреннего сгорания и построил два рабочих образца, которые были продемонстрированы в его доме в Игл-Лодж в Бромптоне, Англия.В 1826 году он разработал еще один двигатель, работавший на водороде и кислороде. Подобно паровому двигателю Ньюкомена, он имел отдельные цилиндры сгорания и рабочие цилиндры, но вода циркулировала вокруг цилиндра с помощью насоса, и эта вода охлаждалась за счет контакта с внешним воздухом, как в современном двигателе с водяным охлаждением. Этот массивный двигатель имел рабочий объем 8 800 куб. Другой источник утверждает, что три цилиндра имели диаметр 12 дюймов и ход 24 дюйма, но выдавали всего 4 л.с. Он установил его на четырехколесном транспортном средстве и утром 27 мая 1826 года перед небольшой толпой поехал на Шутерс-Хилл в Гринвиче.
Двигатель Сэмюэля Мори был намного меньше и сложнее, чем двигатель Брауна, но оба они, как и атмосферный паровой двигатель Ньюкомена, были предназначены для создания вакуума в качестве движущей силы. Тем не менее, ни один из этих людей не был первым, кто построил работающие двигатели внутреннего сгорания, и они не были первыми, кто управлял транспортным средством с такими двигателями.
На основании статьи, прочитанной в Кембриджском философском обществе в 1820 году, очевидно, что преподобный У. Сесил построил экспериментальный двигатель внутреннего сгорания. Название этой статьи «О применении газообразного водорода для создания движущей силы в машинном оборудовании с описанием двигателя, который приводится в движение давлением атмосферы в вакууме, вызванном взрывами газообразного водорода и атмосферного воздуха». кажется, все сказано.Преподобный Сесил утверждал, что его двигатель работал с постоянной скоростью 60 об / мин и потреблял 17,6 кубических футов водорода в час. Взрыв произошел в цилиндре, и двигатель, по-видимому, был довольно шумным, поскольку он заявляет: «Чтобы уменьшить шум, вызванный взрывом, нижний конец цилиндра A, B, C, D может быть закопан в колодце или он может быть заключен в большой герметичный сосуд ». Он также упомянул двигатель, который продемонстрировал профессор Фариш, преподаватель механики в Кембридже. Двигатель Фариша работал на газе и воздухе, которые смешивались в цилиндре и взрывались под действием атмосферного давления, но он, по-видимому, построил более ранний двигатель, который работал на порохе.Это самые ранние двигатели внутреннего сгорания — или они были?
Просматривая названия патентов США, поданных до пожара 1836 года в патентном бюро, я заметил несколько перечисленных атмосферных двигателей. К сожалению, невозможно определить, были ли это паровые или газовые двигатели, если в них нет слова «взрывной». Также невозможно определить, были ли построены работающие двигатели по этим патентам.
Один из таких экземпляров в 1811 году был подарен Августу Дей из Бордентауна, штат Нью-Джерси, за его двигатель внутреннего сгорания и взрыва.Он внес улучшения и 8 апреля 1812 года подал еще один патент, названный «Двигатель взрывной силы». Имеются опубликованные отчеты о том, что этот двигатель действительно был построен. Конечно, не все изобретения были запатентованы, и не все разработки были опубликованы. Утверждалось, что Джон Салливан приказал Марку Брунелю построить газовый двигатель, который использовался для приведения в движение лодки в Хобокене, штат Нью-Джерси, в 1798 или 1799 году. Учитывая достижения обоих мужчин, это утверждение правдоподобно и может быть одним из те забытые события в истории моторизованного транспорта.
Эксперименты с внутренним сгоранием проводились в Европе даже тогда, когда новая паровая машина Джеймса Ватта начинала поступать в продажу. Патент Джона Барбера 1791 года касался двигателя, работающего на сгорании углеводородов и воздуха. Углеводороды создавались бы путем внешнего сжигания древесины, угля, нефти или других горючих материалов, а затем смешивались с воздухом во втором контейнере, который он назвал «взрыватель». Вспышка воспламененного газа поворачивала крыльчатку или вентилятор. Роберт Стрит сконструировал поршневой двигатель без сжатия в 1794 году.В его предложении каменноугольная смола, спирт или скипидар превращались в газ, а затем воспламенялись пламенем, горящим снаружи цилиндра. Сгорание заставило поршень подняться и сдвинуть груз. Филипп Лебон д’Омберсен запатентовал, но так и не построил машину, приводимую в действие освещающим (угольным) газом в 1801 году. Два насоса раздельно сжимали воздух и газ, и они были выпущены в сосуд, где смесь должна была воспламениться. Расширение этих газов перетекло в цилиндр двойного действия и обеспечило рабочую мощность на обоих концах цилиндра.Он даже предложил использовать электричество для зажигания, и чтобы выработка этого электричества и два компрессионных насоса управлялись самим двигателем.
Франсуа Иссак де Риваз, швейцарский изобретатель, запатентовал двигатель внутреннего сгорания в 1807 году. Двигатель работал на водороде и кислороде, хранящемся в воздушном шаре, который зажигался электрически с помощью ручного спускового крючка. Первый 100-метровый тест-драйв, установленный на примитивном четырехколесном фургоне, состоялся в 1813 году, что вошло в историю как первое транспортное средство, оснащенное двигателем внутреннего сгорания.
Подобно слоям лука, история внутреннего сгорания постоянно снимается слой за слоем. Уильям МакГрегор в своей работе 1885 года о газовых двигателях отдает должное за их изобретение знаменитому изобретателю и философу Аббе Отфёйлю в 1678 году. Большинство историков сходятся во мнении, что в 1673 году Христиан Хюйгенс был первым, кто описал цилиндр и поршень в «пороховой» машине. , но нет никаких свидетельств того, что эта машина была чем-то большим, чем концепт на бумаге. 16 января 1206 года известный художник / ученый / астроном / инженер-механик аль-Джазири опубликовал свою Книгу знаний об изобретательных устройствах.Среди 50 проиллюстрированных механических устройств он представляет оригинальный водяной насос. Схема выглядит как винтажный рядный шестицилиндровый двигатель 1950-х годов и на самом деле является самой ранней известной документацией о распределительном валу, возвратно-поступательных поршнях и системе клапанов с последовательным управлением. Хотя водяной насос аль-Джазири не имел ничего общего с внутренним сгоранием, это была форма, которой в конечном итоге следовало функционировать семь веков спустя.
Как это:
Нравится Загрузка …
Долговечность двигателя внутреннего сгорания — Блог юриста по нефти и газу — 17 февраля 2014 г.
В более поздних главах The Quest Дэниел Ергин обобщает историю двигателя внутреннего сгорания.Он начинает с рассказа о встрече Генри Форда и Томаса Эдисона на съезде в августе 1896 года, на котором они сидели вместе. Форд только что построил свой первый «квадрицикл» с бензиновым двигателем. Он набросал свой дизайн Эдисону. Эдисон сказал ему, что проблема электромобилей в том, что они «должны находиться рядом с электростанцией». Эдисон сказал Форду придерживаться двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания был изобретен Николаусом Отто. Его двигатель «цикла Отто», разработанный в 1876 году, до сих пор узнаваем в наших двигателях: клапаны, коленчатый вал, свечи зажигания и одноцилиндровый двигатель.Отто объединился с Карлом Бенцем для производства автомобилей, и Готлиб Даймлер составлял конкуренцию. (В двадцатом веке две компании объединились, хотя Бенц и Даймлер никогда не встречались.) К 1890-м годам Даймлер начал продавать свои автомобили в Америке.
Германия соревновалась с Францией — с французскими инженерами Арманом Пежо и Луи Рено — за превосходство в разработке автомобиля. Изначально Великобритания была оставлена позади, потому что ее железнодорожная отрасль, опасаясь конкуренции, заставила парламент принять законы о Красном флаге, которые ограничивали «автомобильные локомотивы» до четырех миль в час в стране и двух миль в час в городах, а также требовали, чтобы мужчина нес красный флаг, чтобы идти перед дорожными транспортными средствами, везущими несколько вагонов.
На рубеже прошлого века двигатель внутреннего сгорания значительно отставал от других технологий, включая пар и электричество, в автомобильной промышленности. В 1900 году большинство из 2 370 автомобилей в Нью-Йорке, Бостоне и Чикаго были либо вагонами-пластинами, как Stanley Steamer, либо электрическими. Но электрики, как и сегодня, столкнулись с проблемой продолжительности автономной работы. Эдисон работал над улучшением аккумуляторов, но в 1908 году Форд представил свой первый мотель Т по цене всего 825 долларов. Спустя несколько лет Форд представил конвейер, а остальное, как говорится, уже история.К 1910 году гонка между электричеством и бензином закончилась.
Автомобиль спас нефтяную промышленность. Пока американцы не полюбили свою машину, бензин был в основном побочным продуктом процесса очистки, в результате которого производился керосин для освещения. Когда электричество положило конец керосиновой лампе, автомобиль спас положение, открыв новый рынок для нефтяной промышленности. Первая бензозаправочная станция, или «заправка для автомобилистов», открылась в Сент-Луисе в 1907 году. К концу 1920-х годов насчитывались сотни тысяч заправочных станций.Американцы выезжали на дороги.
Двигатель внутреннего сгорания доминирует в транспортной отрасли, потому что, как говорит Ергин, «оказалось, что бензин является очень эффективным энергетическим пакетом, когда его заливают в двигатель внутреннего сгорания». Десять галлонов этого материала могут нести 2000 фунтов на 100 или даже 200 миль.
Чтобы понять силу бензина, необходимо немного химии. (Очень немного — как юрист я здесь катаюсь близко к краю.)
Бензин состоит из различных смесей углеводородов.Углеводороды — это молекулы, содержащие атомы углерода и водорода. Упрощенная молекула углеводорода — это метан (природный газ, который вы сжигаете в своей печи), который содержит одну углеродную и четыре молекулы водорода — Ch5. Этан, тоже газ, содержит два атома углерода и шесть атомов водорода — C2H6. Пропан содержит три атома углерода и восемь атомов водорода — C3H8. Бутан содержит четыре атома углерода и десять атомов водорода — C4h20. Метан, этан, пропан и бутан — все это газы при атмосферном давлении.Но по мере удлинения углеводородной цепи эти газы легче сжимать в жидкость. Бутан и пропан продаются галлонами под давлением. Для превращения метана в жидкость требуется гораздо более высокое давление, что затрудняет его использование в качестве транспортного топлива.
Пентаны, гексаны, гептаны и октаны — это углеводороды с пятью, шестью, семью и восемью атомами углерода. Эти углеводороды имеют тенденцию быть жидкими при атмосферных температурах и давлениях. Они входят в состав бензина.
Когда углеводороды воспламеняются, в результате химической реакции образуется углекислый газ, вода и энергия. Формула сжигания метана: CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O. Молекула метана реагирует с двумя молекулами кислорода с образованием молекулы диоксида углерода и двух молекул воды. В процессе высвобождается энергия. Тот же самый базовый химический состав возникает при сжигании бензина в двигателе внутреннего сгорания.
Конкурирующие технологии, пытающиеся прорваться в экономию топлива на транспорте — электрические, гибридные, водородные, биотопливо, природный газ — все имеют трудности с сопоставлением эффективности и удобства двигателя внутреннего сгорания из-за высокой энергоемкости и удобства бензина.Несмотря на огромные инвестиции и стимулы со стороны автомобильной промышленности и правительства, четкой альтернативы бензину пока не появилось. Но Ергин считает, что доминирование бензина может скоро ослабнуть:
Так или иначе, почти полное господство нефти над транспортировкой будет либо сведено на нет, либо более радикально уменьшено. …
[Еще одна почти уверенность в том, что сегодняшняя транспортная система значительно эволюционирует в ближайшие десятилетия. Энергоэффективность и снижение выбросов останутся главными проблемами.Если удастся решить проблемы стоимости, сложности и масштаба, аккумулятор начнет вытеснять нефть как движущую силу для некоторых видов автомобильного транспорта в мире. Но двигатель внутреннего сгорания вряд ли удастся легко отвести в сторону. Новое соревнование может в течение некоторого времени быть менее решающим, чем когда Генри Форд использовал свою модель Т, чтобы спроектировать победу двигателя внутреннего сгорания над электромобилем.
Но гонка, безусловно, началась. Результат во многом определит наш энергетический мир на десятилетия вперед с точки зрения того, где мы берем энергию, как мы ее используем и кто будет победителем.Но для кого-то еще слишком рано делать победный круг.
Кто изобрел автомобиль? | Библиотека Конгресса
«Вернуться на страницу« Тайны повседневности »
Ответ
На этот вопрос нет однозначного ответа. История автомобиля очень богата и восходит к 15 веку, когда Леонардо да Винчи создавал конструкции и модели для транспортных средств.
Das erste praktisch brauchbare automobil der welt, das Benz-Dreirad von 1885. На фотографии изображен трехколесный автомобиль Benz, изготовленный в 1885 году. Отдел эстампов и фотографий Библиотеки Конгресса.Есть много разных типов автомобилей — паровые, электрические и бензиновые, а также бесчисленное множество стилей. Кто именно изобрел автомобиль — это вопрос мнения. Ранее сообщалось, что Карл Бенц из Германии создал первый настоящий автомобиль в 1885/1886 году.Однако наши знания об изобретении настоящего автомобиля продолжают развиваться. История изобретения автомобиля пополнилась другими фигурами, которые сыграли свою роль в его истории.
Старый безлошадный экипаж на автозаправочной станции возле Лост-Ривер, Нью-Гэмпшир. Фотограф Карла Миданса. 1936. Отдел эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса.Ниже представлена подборка основных моментов в истории автомобилестроения, составленная на основе информации из книги Леонарда Бруно Science and Technology Firsts (Detroit, c1997) и ThoughtCo. История автомобиля .
Основные характеристики автомобилей
| Изобретатель | Дата | Тип / Описание | Страна |
|---|---|---|---|
| Николя-Жозеф Куньо (1725-1804) | 1769 | STEAM / Построен первый самоходный дорожный автомобиль (военный тягач) для французской армии: трехколесный, 2,5 миль в час. | Франция |
| Роберт Андерсон | 1832-1839 | ЭЛЕКТРИКА / Электроколяска. | Шотландия |
| Карл Фридрих Бенц (1844-1929) | 1885/86 | БЕНЗИН / Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания: трехколесный, четырехтактный, двигатель и шасси составляют единое целое. | Патент Германии DRP № 37435 |
| Готлиб Вильгельм Даймлер (1834-1900) и Вильгельм Майбах (1846-1929) | 1886 | БЕНЗИН / Первый четырехколесный четырехтактный двигатель, известный как Cannstatt-Daimler.” | Германия |
| Джордж Болдуин Селден (1846-1922) | 1876/95 | БЕНЗИН / Комбинированный двигатель внутреннего сгорания с тележкой: патент № 549,160 (1895). Никогда не производился — Селден собирал гонорары. | США |
| Чарльз Эдгар Дурья (1862-1938) и его брат Франк (1870-1967) | 1893 | БЕНЗИН / Первый успешный бензиновый автомобиль: двухтактный двигатель мощностью 4 л.с.Братья Дурье основали первую американскую компанию по производству автомобилей. | США |
Опубликовано: 19.11.2019. Обновлено: 09.02.2020. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса
Сайты по теме
Дополнительная литература
- Бруно, Леонард. Транспорт.В Наука и техника первыми . Детройт, Гейл, c1997: 499-534.
- Бернесс, Тэд. Ultimate auto album: иллюстрированная история автомобиля . Иола, Висконсин, Публикации Краузе, c2001. 503 с.
- Коффи, Фрэнк. Америка на колесах: первые 100 лет: 1896-1996 гг. . Лос-Анджелес, General Publishing Group, c1998. 304 с.
- Эккерманн, Эрик. Всемирная история автомобиля . Варрендейл, Пенсильвания, Общество автомобильных инженеров, c2001. 371 с.
- Георгано, Г.Н., и Торкил Ри Андерсен, редакторы. Новая энциклопедия легковых автомобилей с 1885 г. по настоящее время . Нью-Йорк, Даттон, 1982. 688 с.
- Лафферти, Питер. Высшая передача: история автомобилей . Нью-Йорк, Ф. Уоттс, c1990. 32 п.
Поисковые запросы
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгоранияБлейк Кроу
11 декабря 2012 г.
Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2012 г.
| Фиг.1: Иллюстрация оригинала Ленуара двигатель. [3] (Общественное достояние.) |
Проблема Америки
Америка любит двигатель внутреннего сгорания как сердце ее автомобилей привело нас по дороге с односторонним движением к иностранная нефтяная зависимость. Америка — один из крупнейших производителей сырой нефти в мир, но мы по-прежнему импортируем огромное количество ископаемого топлива. [1] С огромные инвестиции в инфраструктуру для поддержки этих транспортных средств мы должны найти способ не только подпитывать их, но и развивать их.Электромобиль может сыграть свою роль в будущем, но это далек от того, чтобы быть автомобилем, которым может владеть обычный мужчина. В среднем раз у нас есть двигатель с низким КПД, который горит больше всего часть невозобновляемых видов топлива. [2] Имея это в виду, я смотрю на внутренние двигатель внутреннего сгорания по мере необходимости в течение следующих нескольких лет и посмотрите, чтобы увидеть как и где можно сделать улучшения.
Процесс
Современный двигатель внутреннего сгорания производит мощность с использованием четырехтактного двигателя, отсюда и название четырехтактного двигателя.В первый такт — это впуск, в который попадает топливно-воздушная смесь. впрыскивается в цилиндр через впускное отверстие, управляемое таймером кулачок.
Далее вход закрывается и смесь подвергается увеличению давления и температуры, поскольку цилиндр сжимает объем.
На T max и P max смесь воспламеняется мощной искрой, создающей и взрыв и силовой удар.
Поршень захватывает часть взрывчатого вещества. усилие и передает его на коленчатый вал.
Наконец выхлоп выходит через другой синхронизированная камера. Как только выпускное отверстие закрывается, впускное отверстие открывается. и цикл начинается заново. [2]
История
Современный двигатель внутреннего сгорания очень похож на двигатель внутреннего сгорания 100-летней давности как по материалу, так и по функциям.В первый патент, выданный на то, что очень похоже на современный двигатель внутреннего сгорания был для некоего Жана Жозефа Этьена Ленуара бельгийским инженером. [3] Его дизайн вызвал повышенное внимание к внутреннему сгоранию двигатель. Катализатор вскоре был добавлен в начале добычи нефти. в конце 19 века. [4] Реакция была взрывной с мотором. управляемые тележки и, в конечном итоге, автомобили, меняющие образ людей перевезли сами.
Заключение
Поскольку мы увеличиваем добычу нефти и используем весь мир закончатся легкодоступные жидкие топлива.[1] Это легче всего транспортировать, например по трубопроводу, и из-за отсутствия кислород и другие тяжелые молекулы больше всего энергии на килограмм. Есть много альтернативных видов топлива, но независимо от того, какие они есть, больше экономичные двигатели будут иметь жизненно важное значение для эффективного использования наших Ресурсы. Самые основные улучшения были сделаны за столетие. в результате появились более надежные, стабильные и мощные двигатели. Исследования в материалы и более точные машины были одними из областей внимания в прошлом, но теперь мы можем проводить гораздо более впечатляющие исследования.Благодаря новому топливу E85 они смогли лучше оптимизировать двигатели. Благодаря большему количеству энергии, высвобождаемой из-за более высокой теплоты испарения, он способен работать в двигателе на относительно бедных смесях и избегать детонации. [5] Другими преимуществами являются более высокая степень сжатия, которая может привести к меньшие и более легкие двигатели. [6] Другие способы увеличения сжатия передаточные числа — турбо-зарядка и супер-зарядка. Оба эти метода работают за счет получения мощности либо от выхлопных газов, либо от приводного вала и использования они увеличивают давление в ваших цилиндрах.Турбо раздражение существует уже некоторое время как способ повысить мощность любого в в сочетании с более легкими двигателями меньшего размера сокращает срок службы двигателя разработка, похоже, сосредоточена на этих разработках.
© Блейк Кроу. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.
Список литературы
[1] Р. Хирш, Р. Бездек и Р. Вендлинг, «Пик мировой добычи нефти: воздействия», Смягчение последствий и управление рисками »(Nova Science, 2006).
[2] Дж. Б. Хейвуд, Двигатель внутреннего сгорания. Основы (McGraw-Hill, 1988).
[3] Э. Дж. Дж. Ленуар, «Газовый двигатель», Патент США. 345596, 13 июля 1886 г.
[4] А.С. Лефон, Дж. Д. Хусар и Р. Б.Гусар, «Оценка исторических антропогенных моделей глобальных выбросов серы для период 1850–1990, «Атмос. ок. 33 , 3435 (1999).
»[5] Р. А. Штейн, К. Дж. Хаус и Т. Г. Леоне, «Оптимальное использование E85 в двигателе с прямым впрыском с турбонаддувом», SAE Int. J. Fuels Lubr. 2 , 670 (2009).
[6] J. Yi et al. , «Развитие и Оптимизация системы сгорания Ford 3.5 L V6 EcoBoost, SAE Int.Дж. Двигатели 2 , 1388 (2009).
автомобилей | Национальное географическое общество
Автомобиль — это самоходное транспортное средство, предназначенное для перевозки пассажиров по суше. Обычно он имеет четыре колеса и двигатель внутреннего сгорания, работающий чаще всего на бензине, жидком нефтепродукте. Известный чаще как автомобиль, ранее как легковой автомобиль, он представляет собой одну из самых универсальных современных технологий, производимых одной из крупнейших мировых отраслей промышленности.В 2017 году во всем мире было произведено более 73 миллионов новых автомобилей.
Научно-технические строительные блоки автомобиля насчитывают несколько сотен лет. Например, в конце 1600-х годов голландский ученый Кристиан Гюйгенс изобрел двигатель внутреннего сгорания, работающий от пороха. «Безлошадный экипаж» в его современном виде был разработан к концу 19, -го, века. В то время было неясно, какой из трех источников топлива станет наиболее коммерчески успешным: пар, электроэнергия или бензин.Машины, управляемые паровыми двигателями, могли двигаться с высокой скоростью, но имели небольшой запас хода и были неудобны для запуска. В 1900 году электромобили с батарейным питанием занимали 38 процентов автомобильного рынка Соединенных Штатов, но они также имели ограниченный запас хода, и станции подзарядки было трудно найти.
Победил в конкурсе автомобиль с бензиновым двигателем. К 1920 году он охватил улицы и переулки Европы и Соединенных Штатов. Методы производства, введенные американским автопроизводителем Генри Фордом, произвели революцию в промышленном производстве.Форд первым установил на своем заводе сборочные линии, чтобы ускорить производство. Такие методы снижали цену Ford Model T до тех пор, пока она не стала доступной для большинства семей среднего класса. По мере продвижения 20 -го -го века современная жизнь стала казаться все более немыслимой или, по крайней мере, очень неудобной без доступа к машине. В настоящее время население США проезжает в среднем более 4,8 триллиона километров (три триллиона миль) в год.
Но этот фундаментальный компонент индустриального и потребительского общества сыграл важную роль в дестабилизации атмосферы Земли, от которой зависят все живые существа.Средний автомобиль выбрасывает от четырех до девяти тонн (от 3629 до 8165 килограммов; от 8000 до 18000 фунтов) углекислого газа и других парниковых газов в год. Каждый галлон бензина, сжигаемый при эксплуатации автомобиля, выделяет чуть менее 9,1 кг (20 фунтов) углекислого газа. Транспортный сектор в целом, включая автомобили, грузовики, поезда и самолеты, стал крупнейшим источником выбросов парниковых газов в США в 2017 году. Загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей также является серьезной проблемой, как и автомобильные аварии, в результате которых погибло более 100 человек. человек в день в США в 2016 году, по данным Национальной администрации безопасности дорожного движения.
Краткая история двигателя внутреннего сгорания
& nbsp & nbsp & nbsp Аббат Отфёй в 1678 году описал двигатель для подъема воды, в котором движущая сила была получена путем сжигания пороха в цилиндре и охлаждения оставшихся газов водой. Идея была похожа на ту, что выражалась в ранних формах парового двигателя, но, похоже, Отфёй не проводил каких-либо реальных экспериментов. Та же идея была предложена Гюйгенсом в 1680 году, но эксперименты, проведенные им, а затем и Денисом Папином, не увенчались успехом и были прекращены, хотя они интересны как представляющие первые реальные попытки создания двигателей внутреннего сгорания.& nbsp & nbsp & nbsp Последовал длительный период бездействия. Открытие процесса перегонки газа из угля и демонстрация Мердоком в 1792 году применения угольного газа для освещения вызвали новый интерес к этой теме. Внедрение паровой машины в коммерческих целях примерно в это время также было мощным стимулом, хотя в течение многих десятилетий паровая машина была слишком прочной и слишком хорошо соответствовала существующим условиям, чтобы предоставлять большие возможности для конкуренции.Около 1791 года Джон Барбер объяснил в патенте, как колесо с лопастями может приводиться в движение за счет сброса давления отверстия, расположенного рядом с лопастями. За столетие с четвертью, прошедшее с того дня, не было построено ни одной экономичной газовой турбины.
Газовакуумный двигатель Брауна |
& nbsp & nbsp & nbsp Первым двигателем внутреннего сгорания, в соответствии с нашими современными идеями, был двигатель Роберта Стрит, запатентованный в Англии в 1794 году.При этом дно цилиндра нагревается огнем, и небольшое количество смолы или скипидара выбрасывается в горячую часть цилиндра, образуя пар. Подъем поршня засасывает некоторое количество воздуха для образования взрывоопасной смеси, а также пламени для воспламенения. Этот цикл был использован позже Ленуаром в первом коммерчески успешном двигателе. Около 1800 г. Филипп Лебон запатентовал во Франции двигатель, использующий сжатый воздух, сжатый газ и электричество для зажигания. Некоторые авторитеты считают, что его ранняя смерть задержала развитие двигателя внутреннего сгорания на полвека, поскольку все упомянутые особенности необходимы для высокоэффективных двигателей сегодня, хотя они не использовались в течение трех четвертей века. после его смерти.
Двигатель внутреннего сгорания Райта |
& nbsp & nbsp & nbsp Следующим двигателем, получившим заметную известность, был двигатель Сэмюэля Брауна, который получил несколько патентов в Англии примерно в 1825 году. идеи Гюйгенса были использованы вместо передовых идей Стрит. Вероятно, этим объясняется успех атмосферных паровых двигателей. Двигатель Брауна состоял из ряда больших камер, в которых горячие газы, производимые пламенем, охлаждались впрыском воды, таким образом создавая частичный вакуум.Рабочие поршни в цилиндрах, примыкающих к большим камерам, приводились в действие атмосферным давлением, причем все поршни были подключены к одному и тому же коленчатому валу, как показано на рис. 1. Поскольку горение не происходило в рабочем цилиндре, двигатель вряд ли может быть называется двигателем внутреннего сгорания в общепринятом смысле этого слова. Изобретатель, по-видимому, был человеком значительной силы, и ряд его двигателей был построен для перекачивания и управления экипажами и лодками. В 1833 году У. Л. Райт запатентовал в Англии двигатель, показанный на рис.2. Газ и воздух подавались в рабочий цилиндр отдельными насосами. Заряд находился в сферических лампах около концов цилиндра, воспламенение происходило, когда поршень находился в конце хода. Двигатель был двойного действия, с водяной рубашкой, с тарельчатыми выпускными клапанами и регулятором с шаровой головкой. Он представлял собой большой шаг вперед в дизайне и, вероятно, был построен, хотя сведений о его характеристиках не существует.
Двухтактный двигатель Барнетта |
& nbsp & nbsp & nbsp В 1838 году Уильям Барнетт запатентовал в Англии двигатель, который был усовершенствован по сравнению с предыдущими типами в этой стране.Он сжимал газ и воздух по отдельности, воспламеняя смесь, когда поршень был в конце своего хода. Третий двигатель, описанный этим изобретателем, показан на рис. 3 и интересен тем, что он воплощает в себе некоторые особенности современного двухтактного двигателя. На рисунке предполагается, что поршень движется вверх, сжимая смесь газа и воздуха. Зажигание происходит, когда поршень достигает своего наивысшего положения и поршень опускается, расширение происходит до тех пор, пока поршень не пройдет выпускное отверстие в середине цилиндра.Во второй половине хода насосы нагнетают газ и воздух в пространство под поршнем, Сжатие завершается рабочим поршнем, и происходит взрыв, когда поршень достигает своего нижнего положения. Одной из интересных особенностей этого двигателя было использование губчатой платины для зажигания, хотя Барнетт также изобрел чрезвычайно изобретательный запальный кран для горящих газовых струй.
Двигатель Барсанти и Маттеуччи |
& nbsp & nbsp & nbsp Хорошо известный метод зажигания с использованием горячей трубки, который позже стал популярным и только сравнительно недавно был вытеснен электрическим зажиганием, был запатентован в Америке Дрейком. а позже, в 1855 году, Ньютоном в Англии.Двигатель Barsanti-Matteucci Engine, запатентованный в 1857 году, интересен тем, что он иллюстрирует тип машины, которая первой добилась реального коммерческого успеха, хотя итальянским изобретателям не повезло. Это проиллюстрировано на рис. 4. Газ и воздух взорвались под поршнем, который двигался вверх, и, наконец, остановился, когда вся работа взрыва была сделана. Поршень, опускающийся под атмосферным давлением, делал свое дело. Ленуар из Франции запатентовал в 1860 году первый двигатель, получивший широкое распространение.В целом он напоминал паровой двигатель двойного действия с золотниковым клапаном для впуска и другим для выпуска. Этот двигатель был хорошо разрекламирован и получил широкое распространение, хотя его экономичность была не очень хорошей. Тем не менее, его сочли достаточным, чтобы получить награды на Лондонской выставке 1862 года, в Париже в 1867 году и в Вене в 1873 году. Улучшение двигателя Ленуара Гюгоном принесло его изобретателю известность, но его успех был недолгим. , как новый свободно-поршневой двигатель Отто-Лангена, который был показан на Парижской выставке в 1867 году, выдержал все до этого и удерживал лидерство на рынке в течение многих лет, за это время было построено большое количество.
Карточка двигателя Ленуара |
& nbsp & nbsp & nbsp Двигатель Ленуара пропускал газ и воздух в течение части хода, после чего произошел взрыв, а затем расширение. Контрольная карта для этого двигателя показана на рис. 5. Следует отметить, что все эти двигатели были двигателями без сжатия. В 1860 году Бо де Роша сформулировал условия, необходимые для эффективности двигателя внутреннего сгорания, следующим образом:
- 1) Наибольший объем цилиндра, имеющий заданную поверхность периферии.
- 2) Максимально возможная скорость движения.
- 3) Максимально возможное расширение.
- 4) Максимально возможное давление в начале расширения.
Бо де Роша также описал четыре такта, которые составляют цикл так называемого четырехтактного двигателя.
Brayton Oil Engine |
& NBSP & NBSP & NBSPЭтот двигатель показан на рис. 5. Двигатель Брайтона был до некоторой степени предшественником нынешнего дизельного двигателя. Смесь газа и воздуха горела при постоянном давлении и давала карту, чем-то напоминающую паровой двигатель. Некоторое время этот двигатель производился, но по экономичности не мог конкурировать со свободнопоршневым двигателем Отто-Лангена. Он был адаптирован как для газа, так и для нефти.
Ранний двигатель Отто |
Известный двигатель Отто был изобретен доктором Дж.Николас Отто из Германии и был запатентован в этой стране в 1877 году. Он следует циклу, описанному Бо де Роша, теперь известному как четырехцикловый, а иногда и как цикл Отто. Двигатель был сначала известен как Otto-Silent, чтобы отличать его от двигателя со свободным поршнем, который был довольно шумным. Он сразу же поставил двигатель внутреннего сгорания на прочную основу, и двигатели четырехтактного типа, продаваемые сегодня, демонстрируют лишь незначительные улучшения. Золотниковый клапан в 1876 году был заменен тарельчатыми клапанами, а зажигание пламени было заменено электрической искрой.В остальном цикл Отто 1876 года сохранился, и в настоящее время производятся тысячи из них.
& nbsp & nbsp & nbsp Разработка дизельного двигателя для масел началась примерно в 1894 году. Как уже было сказано, этот двигатель похож на Brayton. Воздух сжимается до давления около 500 фунтов, и в этот сильно сжатый воздух распыляется масло. Он самопроизвольно сгорает при почти постоянном давлении, за которым следует длительное расширение. Чрезвычайно высокая температура воздуха перед впрыском топлива и высокая температура, поддерживаемая во время этого впрыска, вместе с длительным расширением обеспечивают самый высокий КПД среди всех тепловых двигателей.Дизельный двигатель был разработан настолько недавно, что нет необходимости подробно останавливаться на нем. В настоящее время он производится во всех европейских странах и в Америке, и многие американские производители, выпускающие новые двигатели, имеют тенденцию перенимать черты дизельного двигателя. Газовая турбина пока находится на стадии экспериментов. Ряд построили и, конечно, очень интересны. Успех паровой турбины воодушевил многих поверить в то, что газовая турбина добьется такого же успеха.Ничего из недавних событий не может поддержать эту точку зрения.