Первые двигатели: Начало истории автомобильных двигателей

Содержание

Начало истории автомобильных двигателей

Современный автомобилист – в отличие от его «коллеги» еще полвека назад – зачастую весьма смутно представляет себе, как работает его автомобиль, что происходит под капотом и какие процессы при этом задействованы. Общие слова вроде и понятны – про рабочий объем, мощность и расход топлива. Но для многих это уже не столько технические показатели, сколько характеристика товара. Да, любой автовладелец знает, на бензине или на дизеле он ездит, но для подавляющего большинства эта информация исключительно про то, из какой колонки заправляться. Интерес к двигателю уступает вниманию к всяким мультимедийным фишкам и опциям, возможности подключить смартфон или услышать голосовые подсказки навигации. А порой и просто заменен вопросом «через какое приложение каршеринга здесь удобнее взять автомобиль?».

Теги:

История

Изобретения

Авиация

Двигатель

Остров

В рамках спецпроекта с брендом моторных масел G-Energy рассказываем об истории автомобильных двигателей. Первая часть — экскурс в историю двигателестроения. В будущих статьях мы поговорим о том, как появились современные двигатели, что из себя представляют гоночные агрегаты и какими будут двигатели будущего.

А ведь современный автомобильный двигатель – это одна из наиболее ярких иллюстраций технического прогресса за последние столетия, конкуренции успешных решений с гениальными, учета меняющегося мира и его требований. И вообще, как говорится, «во-первых, это просто красиво!» В этом цикле статей мы постараемся убедить вас, что это создание инженерной мысли действительно красивое в своем совершенстве, а история автомобильных двигателей – захватывающая и разносторонняя.

Мушкеты, скороварки и светильники

Многие будут удивлены, но одним из первых прообразов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) стала когда-то… средневековая пушка. Ну или какой-нибудь мушкет, если угодно. Ведь что такое по определению двигатель внутреннего сгорания? Это некое устройство, внутри которого происходит некое действие, преобразующее некую энергию в механическую работу. Собственно этим ДВС и отличается, к примеру, от паровой машины (всем известного паровоза). Ведь там пар образуется «снаружи» и подается к поршням, заставляя их двигаться. То есть подобную силовую установку можно назвать двигателем внешнего сгорания. И основной недостаток такой схемы – огромные потери энергии.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

А в стрелковом оружии порох взрывается, выделяется энергия, силой расширяющихся газов выталкивается «поршень», в качестве которого выступает ядро или пуля. И именно на порохе пытались создать свой двигатель голландский физик Христиан Гюйгенс (весьма небезызвестный в истории науки персонаж) и французский изобретатель Дени Папен. Была предпринята эта попытка еще в далеком 1690 году. Обеспечить стабильную и безопасную работу такого двигателя на практике не удалось: порох все-таки слишком опасен. Но позже Папен на основе этого изобретения сделал существенный шаг вперед – как раз в сторону паровой машины. И, кстати, скороварки – этот кухонный инструмент оставил человечеству именно он.

А вот что использовать в качестве безопасного и стабильного топлива – этот вопрос повис перед учеными, инженерами и изобретателями на несколько веков.

Достаточно популярной идеей было использование газа (например, угольного). Первый газовый поршневой двигатель предложил в 1799 году британец Джон Барбер. На светильном газе работал двигатель Филиппа Лебона – первый из запатентованных (в 1801 году). Что, кстати, немудрено, ведь именно Лебон считается изобретателем газового освещения. Вот только на практике реализовать свой патент двигателя француз не успел – ушел из жизни.

Другая ветка изобретений основывалась на использовании в качестве топлива угольной пыли. Именно на ней работал Pyreolophore – лодочный двигатель братьев Ньепс, Жозефа Нисифора и Клода Феликса. В 1806 году десятилетний патент на него им выдал лично Наполеон Бонапарт. Но конструкция этого механизма скорее была прообразом водометного, а то и реактивного двигателя. Зато именно братья Ньепс стали одними из первых, кто додумался заменить угольную пыль на нефть и оснастить двигатель простейшим, но впрыском топлива – он и стал прародителем современных систем впрыска.

В 1807 году Исаак де Риваз предложил идею двигателя, работавшего на водороде и имевшего ультрасовременное электрическое зажигание: тогда разработки Алессандро Вольты в области электричества и гальваники как раз были на пике инноваций. Конечно, с современными водородными топливными ячейками это не имело ничего общего: водород был просто еще одной попыткой найти наиболее подходящее топливо. Хотя именно четырехколесная повозка с этим двигателем де Риваза и считается многими первым автомобилем с двигателем внутреннего сгорания, это была только идея. Вторая итерация этого автомобиля смогла провезти груз (около 300 кг камней) и четырех человек аж целых 26 м со скоростью целых 3 км/ч, однако практически все в этом двигателе – от подачи топлива до прочистки цилиндра от выхлопных газов, да и сам поджиг рабочей смеси – оператор должен был делать вручную. Те самые 26 м были преодолены примерно за пять «рабочих циклов», обеспечиваемых человеком.

Эпоха первых патентов

Поиски продолжались еще более полувека. За это время британец Самюэль Браун подарил миру (1825 год) идею водяного охлаждения цилиндра, но работал в этом цилиндре все тот же водород. В 1826 году в Америке Самюэль Мори получил патент на ДВС, где в качестве топлива использовались спирт и скипидар. Америка, кстати, в эти годы сделала серьезный рывок в этой области. Чуть позже изобретатель Чарльз Дьюри впервые в Новом Свете использовал в качестве топлива бензин (который тогда бензином еще не назывался), а в 1833 году появился двигатель Райта. Нет, не того, который «один из братьев Райт» – до их авиационных экспериментов оставалось еще более 60 лет. Лемюэль Веллман Райт запатентовал двигатель, который работал на газе, но уже по двухтактному циклу, и имел систему водяного охлаждения.

Интересным шагом стали двигатели британца Уильяма Барретта. Именно двигатели – в 1838 году он разом запатентовал сразу три. Они были двухтактными (а один и вовсе использовал практически сохранившуюся до настоящего времени схему газообмена), но принципиальным здесь было то, что смесь не просто подавалась в камеру сгорания – она там сжималась перед воспламенением. До этого практически во всех конструкциях топливовоздушная смесь просто сгорала и расширялась. Предварительное ее сжатие позволяло значительно повысить как мощность, так и коэффициент полезного действия (КПД).

К 1863 году был построен рабочий прототип запатентованного пятью годами ранее двухцилиндрового ДВС итальянцев Еугенио Барзанти и Феличе Маттеуччи. Он был двухцилиндровым, развивал мощность 5 л. с. и обладал очень неплохим по тем временам КПД. Именно итальянские изобретатели могли стать первопроходцами в создании по-настоящему коммерчески успешного двигателя – заказы начали поступать весьма активно. Но не судьба. В ходе налаживания выпуска своего детища на заводе в Бельгии Барзанти заболел тифом и умер, а Маттеуччи в одиночку проект вытащить не смог. Хотя и не раз ворчал потом, что тот самый двигатель Николаса Августа Отто (собственно откуда и взялось название «цикл Отто») – фактически копия их разработки.

Двигатель Отто, который действительно стал основоположником серийных ДВС, появился на свет в 1862 году и был вынужден выдержать серьезную конкуренцию за место на рынке с еще одной передовой по тем временам конструкцией – двигателем Жана Жозефа Этьена Ленуара. Ленуар впервые представил свой двигатель чуть раньше, в 1860 году, но бельгийцу потребовалось несколько лет на доводку систем охлаждения и смазки. Тем не менее в итоге 12-сильный агрегат был доведен до ума, и его коммерческий тираж в Старом Свете составил почти полторы тысячи единиц – по тем-то временам! Автомобильная версия появилась на свет в 1862–1863 годах и тоже использовала для работы вместо угольного газа жидкое топливо – керосин.

Примерно в то же время был разработан и четырехтактный двигатель (один такт отвечает за впуск рабочей смеси, второй – за сжатие, третий – это собственно рабочий ход после воспламенения, а четвертый – прочистка цилиндра и выброс отработанных газов), однако у француза Альфонса Бо де Роша дело дальше патента (1861 год) не ушло. Точнее, ушло – но об этом чуть позже.

Борьба конструкций

Так что официальным предком всех сегодняшних четырехтактных ДВС стал все-таки появившийся в 1862–1863 году двигатель Отто и его партнера Карла Ойгена Лангена. За несколько лет он был усовершенствован настолько, что удостоился высшей награды Всемирной выставки в Париже (1867 год) и пошел в серию, даже несмотря на то, что Отто и Ланген успели в 1872-м пережить банкротство своей крохотной фирмы N. A. Otto & Cie. Впрочем, основанная уже после этого банкротства компания и по сей день не просто жива, но и великолепно себя чувствует. Это Deutz AG – крупный производитель, как нетрудно догадаться, газовых и дизельных двигателей. Стоит отметить, что в то время слово «дизельный» еще не существовало: Рудольфу Дизелю едва минуло тогда 12 лет.

Даже из патентного конфликта с французами, отстаивавшими первенство прав на четырехтактный двигатель за де Роша (да-да, упомянутое «дело ушло» проявилось именно на этой стадии), Отто со товарищи вышли потрепанными (частью прав пришлось поделиться, как и монополией на изобретение цикла Отто), но непобежденными. А более 40 тысяч (сравните со считавшимся успешным тиражом двигателя Ленуара!) этих двигателей, произведенных за три десятилетия, стали окончательным докозательством промышленного триумфа. Но слабое место у двигателей Отто было – топливо. В этом качестве снова выступал светильный газ. Дорогой и достаточно дефицитный, он производился к тому времени уже мало где.

Немудрено, что разработки продолжали идти и в первую очередь в направлении использования набиравшего все большую популярность и распространение жидкого топлива. Велись они в Новом Свете (Джордж Брайтон), Австро-Венгрии (Зигфрид Маркус), Британии (Дугальд Клерк), России (Огнеслав Костович). Здесь перечислены далеко не все, кто занимался этими исследованиями.

Кстати, бензиновый двигатель Костовича был очень интересной, весьма совершенной по тем временам и перспективной разработкой. 8 цилиндров по оппозитной схеме (горизонтальное расположение цилиндров друг напротив друга), перспективное и доступное топливо, электрическое зажигание, смазочные масленки, водяное охлаждение и целых 80 л. с. мощности при массе агрегата всего в 2,5 центнера – такое было бы, пожалуй, актуально и век спустя. Неудивительно, что после шести лет разработки (1879–1885) последовали шесть лет патентного триумфа: Костович получил патенты не только в России, но и в Британии и США. А похоронила проект изначально «неавтомобильная» постановка задачи: российский инженер работал в первую очередь для авиации – для проекта дирижабля «Россия». А проект оказался неудачным.

Имя Костовича, увы, известно ныне лишь специалистам и историкам. А вот его «виртуального оппонента» помнит весь мир. Это Карл Бенц, запатентовавший в 1879 году двухтактный бензиновый двигатель, а в последующие годы совместивший его с гениальным «комплектом» решений. Тут были и катушечное электрическое зажигание с искрой на свече, и карбюратор с дроссельной заслонкой. Было предусмотрено и основное внешнее оборудование: выносной радиатор охлаждения, коробка передач и сцепление. А к 1886 году Бенц запатентовал и четырехтактный двигатель по циклу Отто, но своей – естественно, тоже очень совершенной по тем временам – конструкции. Вот она – практически готовая основа автомобиля! Долго ждать не пришлось, Benz Patent-Motorwagen («Запатентованный автомобиль Бенца») появился на свет в том же 1886 году.

Одноцилиндровый двигатель имел рабочий объем всего 954 см³ и мощность аж 0,9 л. с. (вздохнем, вспомнив о 80 л. с. двигателя Костовича), но развивавший 16 км/ч «моторваген» навсегда остался «отцом всех автомобилей». Именно он, а не тоже вроде бы вполне себе умевшие двигаться самостоятельно конструкции Ленуара, Маркуса и других.

Но картина первооснов, на которые потом стали опираться (и опираются до сих пор) инженеры-мотористы, была бы неполна без еще нескольких фамилий.

Не Отто единым

В 1886 году англичанин Джеймс Аткинсон предложил усовершенствование для четырехтактного двигателя Отто – несколько иной рабочий цикл, с увеличенной за счет более сложного кривошипно-шатунного механизма длительностью рабочего хода. В свое время это более экономичное решение оказалось слишком конструктивно сложным для практической реализации. Однако к концу ХХ века, когда остро встали вопросы экономичности, а с другими недостатками цикла Аткинсона (например, малый крутящий момент на низких оборотах) справляться научились, идея была возрождена и ныне используется все чаще.

Еще одной разработкой конца XIX века (если точнее, 1891 года) стал двигатель Герберта Эйкройда Стюарта. Его идея была в том, что топливовоздушная смесь воспламенялась в смежной с цилиндром предварительной камере, а затем уже работала в основной камере сгорания. Такая схема обеспечивала лучшее наполнение цилиндров, снижала ударные нагрузки, делала работу двигателя плавней и экономичнее. Однако форкамерные бензиновые двигатели всё-таки остались экзотикой из-за сложности конструкции и частого отличия реальных показателей от расчетных. С такой конструкцией экспериментировали многие, например, мотористы ГАЗа для советских «Волг», однако мейнстримом она так и не стала. Форкамерные дизели более распространены (несмотря на то, что тоже имеют особенности вроде затрудненного холодного пуска), но это отдельная и более специализированная история, выходящая за границы данной статьи.

Интересной и конкурирующей с «моторвагеном» Бенца конструкцией мог бы стать автомобиль англичанина Эдварда Батлера. Он даже показан был двумя годами раньше немецкого. Но полноценных испытаний изобретатель провести не смог из-за нелепых по нынешним временам британских законов об ограничении скорости «безлошадных экипажей» («Закон красного флага»), в сердцах плюнул и уничтожил свое детище, отказавшись от дальнейшей программы. А двигатель передал для разработок силовых установок для малых лодок – но уже без своего участия. В истории Батлер остался в первую очередь человеком, который дал бензину именно такое название – бензин.

Ну и, конечно, Рудольф Дизель… В 1892–1893 годах он запатентовал идею двигателя, в котором необходимую для воспламенения топливной смеси температуру обеспечивало сжатие воздуха. Дело в том, что, хотя разные виды топлива (угольная пыль, газ, керосин, нефть, бензин) воспламенялись при разных температурах, в любом случае она была достаточно низка, чтобы обеспечить высокую эффективность – тот самый коэффициент полезного действия. Идея Дизеля была в том, что поршень сначала сжимал воздух, и тот нагревался при сжатии до температуры, существенно превышавшей температуру воспламенения топлива. А впрыск топлива осуществлялся уже в момент максимального сжатия – при значительно большей температуре, чем вытерпело бы просто сжимаемое топливо. Больше сжатие – сильнее и отдача. Кстати, с топливом немецкий инженер тоже наигрался вдоволь: изначально в его качестве выступала угольная пыль, затем керосин, а к началу ХХ века – нефть.

Конструкция Дизеля попутно делала ненужной электрическую систему зажигания: искра тут просто не требовалась. Зато этот двигатель требовал более прочных материалов (из-за более высокой степени сжатия) и системы подачи топлива под очень высоким давлением. Собственно, эти конструктивные особенности никуда не делись и поныне, порой делая дизельные двигатели сложнее и дороже бензиновых. Но зато КПД! Уже самый первый образец, построенный Дизелем (кстати, работа выполнялась на заводе компании, ныне известной под названием MAN), имел КПД минимум на четверть лучше, чем двигатели конструкции Отто – 26,2%. Такой показатель и сегодня для бензиновых двигателей, ставших более совершенными, был бы неплох! В среднем КПД современных бензиновых ДВС находится в пределах 30% (не будем углубляться в особо продвинутые примеры с КПД почти до 40% – таких единицы, и это технические шедевры даже по нынешним меркам). А современные дизели имеют этот показатель на уровне уже 35–40%.

Кстати, в России работы над двигателями, аналогичными разработанным Дизелем, шли поначалу весьма успешно. Разработка петербуржца Густава Тринклера («Тринклер-мотор») была представлена в 1898 году. Этот атмосферный двигатель с воспламенением от сжатия имел КПД целых 29% и вполне мог бы потеснить собственно «дизели», но вмешалась… нездоровая конкуренция. Нефтепромышленник и владелец завода «Людвиг Нобель» в Санкт-Петербурге Эммануил Нобель к этому моменту уже успел приобрести патент на производство двигателей Дизеля (собственно, и его завод-то потом был переименован в «Русский дизель») и фактически «задушил» опасного конкурента. Тринклер почти на десятилетие уехал продолжать разработки в Германию, а когда вернулся в Россию в 1907 году, занялся судовыми двигателями на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде. Работал там он успешно и долгие годы, создав уже в советское время великолепную школу двигателестроения и воспитав немало учеников. Но для автомобилестроения этот блестящий специалист был утерян навсегда.

Без чего не обойтись

Итак, на рубеже XIX–XX веков сложилась уже не теоретическая, а вполне практическая база для прорывного – на промышленном, массовом уровне – развития двигателестроения и автомобилестроения в целом. Были созданы базовые концепции и конструкции, в качестве топлива «застолбили место» бензин и другие нефтепродукты. Чего-то в этой схеме все-таки не хватает? Да… И это «что-то» – смазочные материалы. На самом деле специализированные моторные масла к этому времени уже имели свою историю: впервые такой продукт был запатентован еще в 1866 году. Причем не инженером и не химиком, а врачом. Американец Джон Эллис вообще-то изучал свойства нефти в медицинских целях. Но заметил, что продукты на нефтяной основе обладают весьма высокими смазывающими качествами. Проверив наблюдение на практике – починив при помощи такой смазки заклинившую паровую машину – доктор подал заявку на патент и фактически стал основоположником целой будущей индустрии.

Конечно, смазки существовали и ранее, и чего только в их качестве не выступало, начиная от животных и растительных жиров. Увы, даже первые смазки на нефтяной основе – тяжелые и густые «остаточные» составляющие – вполне бы устроили доктора для «расклинивания» своей паровой машины, но абсолютно не подходили для двигателей внутреннего сгорания. И скорость перемещения деталей относительно друг друга, и температурный режим, и нагрузки – все здесь требовало совсем иных качеств. Даже первые примитивные машинные масла конца XIX века не справлялись с отложениями продуктов сгорания в цилиндрах и требовали слишком частой замены.

Кстати, мы только что озвучили требования, которые остались актуальны для моторных масел и по сей день (конечно, список колоссально расширился и отрасль стала технологичной и наукоемкой), но всё-таки…

Это моющие свойства, устойчивость характеристик в требуемых температурных диапазонах, способность противостоять нагрузкам и защищать от них детали двигателя, способность учитывать качество различных видов топлива и даже колебания этих качеств. Как и двигатели, современные масла прошли колоссальный путь в развитии. Речь уже очень давно идет не о примитивной «касторке» или «машинном масле» – в дело все активнее вступает синтетика, а химики создают самые точные по своему действию присадки. Великолепной иллюстрацией может послужить одна из новейших разработок отечественного производителя – линейка масел Synthetic бренда G-Energy. В нее входит сразу несколько продуктов, и каждый из них обладает своим уникальным набором качеств. Если водитель использует автомобиль в городе, пробеги невелики, а двигатель порой не успевает даже толком прогреться, разумнее использовать масло Super Start. Любителям «покрутить» двигатель и апологетам спортивного стиля больше подойдет масло Active. Масло Long Life готово позаботиться об уже не новых и, соответственно, имеющих определенный износ двигателях – его рецептура подобрана именно для такого применения. А масло Far East (Дальний Восток) учитывает даже региональные особенности двигателей японских и корейских производителей. Впрочем, о региональных особенностях и о том, как конструкции двигателей развивались в ХХ веке и как при всей схожести они различались, о том, как совершенствовались вместе с ними системы смазки, нам еще предстоит поговорить.

Эра моторов. Почему первые двигатели уступали по популярности конной тяге | Об автомобилях | Авто

12.01.2017 17:04

Владимир Гаврилов

Примерное время чтения: 6 минут

4816

Парад старых автомобилей. / Долягин / РИА Новости

Несмотря на то что двигатели внутреннего сгорания получили массовое распространение, в прежние времена к ним относились скептически. Полтора века назад на фоне технического рывка ДВС безнадёжно проигрывали паровикам и электромоторам.

12 января 1822 года в семье бельгийского промышленника на свет появился мальчик, которому впоследствии было суждено совершить техническую революцию в мире лёгких моторов. Когда Этьену исполнилось восемь лет, его отец умер, и семья стала испытывать трудности. После школы юноша мечтал поступить в самое престижное техническое училище Франции Ecole Polytechnique, однако для реализации мечты ему пришлось перебраться в Париж и содержать себя самому, подрабатывая в ресторанчике «Холостой парижанин». Как это нередко бывает с великими людьми, Этьен провалил экзамены в Ecole Polytechnique и устроился в мастерскую итальянца Маринони, где взялся за эксперименты с гальванопластикой для покрытия серебряных столовых приборов золотом. Разработанные им технологии превратились в доходный бизнес, и молодой Этьен Ленуар стал реализовываться как инженер и изобретатель через практическую деятельность и эксперименты. Фирма Маринони процветала, и нашлись средства на экспериментальные исследования.

Этьен Ленуар. Фото: Commons.wikimedia.org

В первой половине XIX века паровые машины уже активно внедрялись в Европе. Пароходы не только курсировали на торговых речных маршрутах, но и даже вышли в океанские дали. Паровые установки качественно изменили промышленность. Стали возводиться фабрики-автоматы, где вся механика задействовалась от двух-трёх центральных установок. Произошел рывок и в металлообработке. Однако для мелких хозяйств паровая установка оставалась слишком громоздкой. А спрос на бытовые двигатели для насосов и других стационарных механизмов был колоссальный. К примеру, Этьену Ленуару для гальванических работ потребовался мотор для динамо-машины. Такой агрегат он решил сделать самостоятельно и принялся изучать опыт другого французского изобретателя: Филиппа Лебона, который ещё в 1801 описал принципы действия двигателя внутреннего сгорания. В качестве топлива предлагалось брать светильный газ из опилок, в обильном количестве используемый для освещения домов. Керосин в те времена был дорог и продавался в аптеках как средство для наружного применения.

Двигатель Ленуара (музейный экспонат). Фото: Commons.wikimedia.org

Мотор Этьена Ленуара повторял принципы паровой машины. Станина, цилиндр с маховиком и все детали за малым исключением были взяты им от действующих паровиков. Новшеством лишь был отказ от пара в качестве рабочего тела. Поршень толкал не пар, а расширяющиеся при взрыве продукты распада светильного газа. Этьен Ленуар придумал способ их подачи и подрыва. Мотор оказался настолько компактным, что умещался на прочном дубовом столе.

Двигатель в торговле: винтажная реклама автомобилей

«Благодаря боковым шторам и ливневому тенту в этом автомобиле также сухо и комфортно, как в закрытой карете». Реклама автомобиля Waverly Electric, 1900 год.
© Public Domain

«Очарование машины «Франклин» это огромная мощность и легкость при управлении». Реклама автомобиля «Франклин», 1905 год.
© Public Domain

«Не экспериментируйте – просто купите «Форд». Это реклама одного из первых в истории автомобилей компании – Model F. 1905 год.
© Public Domain

«Простой в управлении – безопасный при езде». Реклама автомобиля Rambler с новым рулевым управлением, 1905 год.
© Public Domain

«Автомобилями «Франклин» пользоваться очень просто вместе с шинами из нашего сервиса. Мы ведём официальную отчётность шиномонтажа, составленную по отзывам многих владельцев, и мы вышлем её по почте по Вашему запросу». Реклама автомобильной компании «Франклин», 1907 год.
© Public Domain

Реклама автомобиля «Рамблер», 1908 год.
© Public Domain

Реклама Locomobile 40, 1908 год.
© Public Domain

Реклама Baker Electric Cars, 1910 год.
© Public Domain

Реклама автомобиля Milburn Light Electric, 1917 год.
© Public Domain

Реклама Peerless Roadster, Motor Car, 1919 год.
© Public Domain

Двигатель в торговле: винтажная реклама автомобилей

Реклама автомобиля «Рамблер», 1908 год.
© Public Domain

Реклама Locomobile 40, 1908 год.
© Public Domain

Реклама Baker Electric Cars, 1910 год.
© Public Domain

Реклама автомобиля Milburn Light Electric, 1917 год.
© Public Domain

Реклама Peerless Roadster, Motor Car, 1919 год.
© Public Domain

При первых запусках двигатель внутреннего сгорания заклинило. Пришлось дорабатывать конструкцию шатуна и вводить систему смазки. Только тогда мотор Ленуара запыхтел и выдал мощность в 4 лошадиные силы. Для динамо-машины этого вполне хватало, тем более что двигатель поражал окружающих своей бесшумностью, так как выпуск газов из камеры сгорания производился при атмосферном давлении. Правда, агрегат сильно грелся, и инженер переработал систему водяного охлаждения.

В общем, в 1860 году Этьен Ленуар запатентовал двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и показал в Париже первый образец для продажи мощностью 12 лошадиных сил. Предназначались моторы для сельхозтехники, лодочных катеров, стационарных динамо-машин, насосов и т. д. Двигатель взялись изготавливать механические фабрики «Маринони», «Лефевр» и «Готье». Всего было изготовлено около 500 штук. Проводились эксперименты с установкой мотора на самодвижущийся экипаж, но они провалились. В те времена инженеры не понимали, зачем городить огород, если лошади оказывались намного дешевле, быстрее, надёжнее, неприхотливее и не требовали квалифицированных специалистов в обслуживании. Общественный же транспорт взял на вооружение более мощную паровую тягу.

Двигатель Ленуара в двух проекциях. Фото: Commons.wikimedia.org

В 1860 году с первым ДВС познакомился молодой инженер Николаус Отто, который тут же подметил его недостатки. Из-за двухтактного действия КПД составлял всего 4%. Николаус Отто усовершенствовал конструкцию и уже через четыре года представил свой мотор с КПД 15%. Тот имел вертикальный цилиндр и маховик сбоку. Новые моторы оказались в пять раз экономичнее, в 1,5 раза мощнее и вскоре вытеснили двигатель Ленуара с рынка.

Этьен Ленуар особо не старался удержать позиции ведущего конструктора, так как был занят разработкой стратегически важного пишущего телеграфа и избегал вступать в конкурентную борьбу с фирмой Отто. В 1877 году Николаус Отто запатентовал двигатель с четырёхтактным циклом и наладил его производство. Такие моторы громко трещали, но показывали вдвое большую мощность. Использовались они в основном на речных катерах, на насосных станциях или в качестве стационарных электрогенераторов на мелких фабриках. В качестве топлива в них по-прежнему жгли дешёвый светильный газ. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч четырёхтактных двигателей Отто разной мощности.

Поехали в народ. 10 самых массовых автомобилей всех времен

Volkswagen Passat 1974 года выпуска. Компания Volkswagen с 1973 года выпускает модель Passat, получившую название по имени ветра, дующего между тропиками круглый год. За 40 лет этот автомобиль выпускался в трёх типах кузова в шести разных поколениях. В об
© Фото с сайта wikimedia.org

Nissan Datsun Sunny (B10) 1966 года. В сентябре 1966 года Nissan в двух модификациях — двухдверные седан и универсал — выпустил автомобиль Datsun 1000, но в связи с тем, что первоначально он не пользовался спросом, позже компания перевыпустила его под наз
© Фото с сайта wikimedia. org

Ford Model T 1910 года. 1 октября 1908 года Генри Форд представил автомобиль Model T, известный также как «Жестянка Лиззи». Этот автомобиль выпускался с 1908 по 1927 года и стал первой машиной, выпускавшейся миллионными сериями. Именно Model T, доступный
© Фото с сайта wikimedia.org

В июле 1972 года Honda представила модель Civic, компактный автомобиль с поперечно расположенным двигателем. Civic стал первой японской машиной, запущенной в массовое производство, и при этом способного конкурировать на европейском рынке. Именно за счёт м
© Фото с сайта wikimedia.org

В 1982 году компания General Motors представила компактный автомобиль Opel Corsa. Он сразу стал популярным за счёт малого расхода топлива и своих компактных размеров. В итоге Corsa стал самым продаваемым автомобилем марки Opel. Эта машина также выпускаетс
© Фото с сайта wikimedia.org

На пятом месте в рейтинге самых продаваемых автомобилей в истории располагается Ford Escort, представленный в 1967 году, чтобы сменить Anglia во главе модельного ряда американской марки. Escort был представлен в виде заднеприводного двух- и четырёхдверног
© Фото с сайта wikimedia.org

Volkswagen Beetle 1938 года. Этот автомобиль стал первым бестселлером немецкого автопрома — изначально он создавался как надёжный, простой и дешёвый автомобиль для граждан со средним достатком — его цена не должна была превышать 1000 рейхсмарок. В последс
© Фото с сайта wikimedia.org

Volkswagen Golf 1974 года. Производство машины по дизайну итальянца Джорджетто Джуджаро началось в 1974 года, с тех пор автомобиль претерпел несколько модификаций, а в 2013 году был представлен Golf седьмого поколения. Этот автомобиль стал родоначальником
© Фото с сайта wikimedia.org

Самыми продаваемыми машинами в США и Северной Америке стали полноразмерные пикапы Ford F-Series. Первый пикап этой серии вышел в 1948 году, и с тех пор популярность автомобилей этой серии не снижается — ежегодно в США продаётся свыше полумиллиона машин, а
© Фото с сайта wikimedia. org

Рекордсменом по количеству продаж в мире является японская машина Toyota Corolla, которая также внесена в Книгу рекордов Гиннесса. Первый автомобиль этой модели появился в 1966 году — помимо круглых фар его отличали задний привод и продольное расположение
© Фото с сайта wikimedia.org

Поехали в народ. 10 самых массовых автомобилей всех времен

Идею использовать ДВС для личного транспорта предложил один из членов правления фирмы Отто по имени Готлиб Даймлер. Но Николаус Отто раскритиковал его «утопические мечты», и пришлось Даймлеру вместе с коллегой Вильгельмом Майбахом в 1882 году самостоятельно искать финансирование и разрабатывать мотор на бензине. А в 1886 году Карл Бенц показал первый в мире трёхколесный серийный автомобиль. К 1888 году поспел более мощный и надежный четырёхколесный автомобиль Майбаха-Даймлера. С тех пор началась эпоха автомобилизации планеты.

история автомобилестроенияФранция

Следующий материал

Самое интересное в соцсетях

Новости СМИ2

Хронология двигателя: история и изобретение

Содержание

Переключатель

Это хронология двигателя — развитие его истории. Двигатели сжигают топливо для производства горячего газа. Этот газ, в свою очередь, сильно расширяется, создавая силу, которая заставляет детали двигаться. Двигатели развивались на протяжении веков, принимая разные формы, от паровых двигателей до роторных двигателей и газовых турбин. Роль двигателя в развитии промышленной революции и создании современного мира неразрывно связана с развитием человеческого общества.

Изобретение и эволюция двигателя

Древнегреческие мыслители 2400 лет назад поняли, что тепло может перемещать объекты. В I веке нашей эры они изобрели эолипил. С помощью этого устройства пар выбрасывался из металлической сферы, заставляя ее вращаться на валу. Прошло еще 1600 лет, прежде чем был изобретен еще один пригодный для использования паровой двигатель. Большой прорыв произошел в 1670-х годах с открытием энергии вакуума.

Французский изобретатель Дени Папен понял, что пар конденсируется и сжимается в объеме, когда он заключен в цилиндр, и что это сжатие создает частичный вакуум, достаточный для перемещения объектов. В 1698 английский изобретатель Томас Савери построил первую полноразмерную паровую машину, используя этот принцип.

Реплика эолипила, первого двигателя в истории.

В течение 150 лет двигатели работали на паровой тяге. Эти двигатели привели к промышленной революции, приводя в действие все, от машин до кораблей и локомотивов. Инженеры создали двигатель внутреннего сгорания примерно в середине 19 века. Они сделали это, используя внезапный взрыв горящих газов в цилиндре. Эти двигатели были более компактными и использовали в качестве топлива нефть, а не уголь.

В отличие от угля, который подавался вручную, нефть была более концентрированным топливом, которое доставлялось автоматически. Двигатель внутреннего сгорания позволил создать автомобиль, совершивший революцию в транспорте 20 века. Реактивные и ракетные двигатели позволяли самолетам летать со скоростью, о которой раньше и не думали. Это позволило отправлять космические аппараты на Луну и дальше.

1 век нашей эры – Эолипил

Эолипил – это первый двигатель в истории.

Александрийский ученый Герой сконструировал устройство, в котором шар вращался под действием струй пара. Он назвал его эолипилом, и это первый двигатель в истории. Его конструкция не имела никакой практической цели, кроме научного любопытства, но могла непрерывно вращаться, используя энергию пара.

В первом веке нашей эры термин «эолипил» использовался греческим математиком и изобретателем Героем Александрийским для обозначения старейшего известного двигателя в истории. Когда Герой изобрел эолипил, он описал это изобретение в «Пневматике».

В его «воздушном шаре», или эолипиле, вода поддерживалась горячей в герметичном котле, состоящем из полой сферы, которую затем помещали на источник тепла. Сфера приводилась во вращение, когда пар выбрасывался из ее экватора через изогнутые трубы. Машина преобразовывала пар в механическую энергию для вращения шарика. Эолипил — первый известный пример преобразователя тепловой энергии в механическую.

Из-за своей высокой стоимости и отсутствия дополнительных технологий эолипил не смог вызвать промышленную революцию в первом веке нашей эры.

1679 – Паровой варочный котел Папена

Схема варочного котла Папена 1679 года.

Французский изобретатель Дени Папен изобрел паровой котел, в котором пар удерживался внутри цилиндра. В котле Папена сосуд с плотно закрывающейся крышкой препятствовал выходу пара и резко повышал температуру кипения воды. По мере того как пар конденсировался, охлаждался и уменьшался в размерах, этот паровой варочный котел создавал сильный вакуум.

Изобретение Папена, паровое устройство высокого давления для извлечения жира из костей, придания им ломкости и превращения их в костную муку, заложило основу для современного автоклава, отсюда и другое название изобретения — «варщик костей».

Дени Папен также изобрел предохранительный клапан, который выпускал пар во избежание взрыва. Папен представил поршневой и цилиндровый двигатель, наблюдая за движением клапана вверх и вниз, но не стал развивать эту конструкцию. Позже Томас Савери независимо создал первый паровой двигатель в 1697 году, а Томас Ньюкомен усовершенствовал конструкцию с концепцией Папена в 1712 году. », или «Двигатель для подъема воды с помощью огня».

Томас Савери построил первую паровую машину. Этот двигатель использовался для откачки воды из шахт. Но устройство могло запросто взорваться. Двигатель Savery был первым широко используемым паровым устройством, насосом, который сделал общественное водоснабжение более доступным. Это было новое изобретение для подъема воды и приведения в действие мельниц с помощью силы огня. Пар от кипящей воды собирался в резервуаре, а вакуум создавался путем удаления резервуара от источника пара и возможности конденсации пара. Так работал насос Савери. Этот вакуум засосет только мелководье.

В процессе работы вода нагревалась в котле для создания пара, который затем направлялся в рабочий сосуд. Пар выбрасывался по водосточной трубе, поднимая воду из шахты. Кран между котлом и сосудом был закрыт и охлажден, чтобы сконденсировать пар и создать вакуум, позволяющий атмосферному давлению заполнить сосуд водой.

Затем был открыт кран между сосудом и верхней трубой, и было введено больше пара, подталкивая воду к вершине шахты. У насоса было четыре основных проблемы: тепло терялось впустую в процессе перекачки, соединения насоса не выдерживали пара высокого давления и нуждались в частом ремонте, он мог перекачивать воду только на ограниченную высоту, и его нужно было размещать глубоко в мой.

В отличие от более поздней паровой машины Ньюкомена, насос Савери не имел движущихся частей и был более доступным, его стоимость составляла от 150 до 200 фунтов стерлингов за насос мощностью от 2 до 4 лошадиных сил. Несмотря на достижения и большие размеры поршневых паровых машин, насосы типа Савери все еще производились в конце 18 века из-за их практичности.

1712 — Первый двигатель с поршнем и цилиндром — двигатель Ньюкомена

Двигатель Ньюкомена, построенный в 1712 году, был первым двигателем, в котором использовались поршень и цилиндр.

Двигатель Ньюкомена был первым двигателем, в котором использовались поршень и цилиндр. Томас Ньюкомен, британский изобретатель, в 1712 году изобрел паровую машину, взрыв которой он предотвратил кипячением воды в отдельной части машины. Затем он использовал полученный пар для питания поршневого цилиндра при низком давлении. Двигатель Ньюкомена — первый в истории атмосферный двигатель.

Конструкция паровой машины Томаса Ньюкомена включала подвижный поршень, помещенный в открытый цилиндр. Поршневые цепи вели к качающейся балке, которая, в свою очередь, шла к штоку, приводившему в действие водяной насос шахты. Двигатель работал за счет подачи в цилиндр сначала пара из котла, который конденсировался под воздействием холодной воды. Плунжер водяного насоса был поднят, потому что качающаяся балка всасывалась в образовавшийся вакуум, образованный опускающимся поршнем. Вакуум создается, когда вода, превратившаяся в пар, снова конденсируется в воду, поскольку ее объем уменьшается в 1500 раз, создавая пустой вакуум внутри области.

Несмотря на худшую топливную экономичность по сравнению с более новым двигателем Уатта, двигатели типа Ньюкомена все еще использовались в 19 веке, вплоть до 1923 года. Возможные факторы, влияющие на это, включают доступность топлива и удобство изготовления куска — сумма платежа Newcomen, а не регулярный платеж за двигатель Watt для получения лицензии и использования их технологии. Единственный двигатель Ньюкомена 1811 года был высотой 31 фут (9,5 м), длиной 31 фут (9,5 м), шириной 148 футов (45 м) и весил 20 тонн. Он был построен из чугуна и дерева.

1777 – Двигатель Ватта

Паровой двигатель Джеймса Ватта был в два раза быстрее своих предшественников.

Шотландский инженер Джеймс Уатт построил усовершенствованный паровой двигатель. Этот двигатель имел отдельную конденсационную камеру и был более экономичным. Таким образом, процессы конденсации были изолированы в постоянно холодной области. В результате быстрая конденсация пара поддерживала в цилиндре постоянную высокую температуру. По сравнению с двигателем Ньюкомена и его предшественниками двигатель Уатта был в два раза быстрее.

В 1763 году англичанин поручил Ватту отремонтировать модель паровой машины. Он был основан на двигателе Томаса Ньюкомена, который впервые построил его в 1712 году. Предназначенный для удаления воды из шахт, он был слишком неэффективен для этой цели. Ватт сразу понял проблему: пар охлаждался в цилиндре, что приводило к большим потерям энергии. Уатт представил себе более эффективную машину, которая потребляла бы меньше угля и производила больше энергии.

Между 1786 и 1885 годами Джеймс Уатт построил много паровых двигателей Уатта из 20 тонн дерева в Саутварке, Лондон, Англия. Сегодня мощность измеряется в ваттах, которые были названы в честь Джеймса Ватта. Первый двигатель Boulton & Watt был изобретен в 1786 году для перекачки воды. К 1796, он был модифицирован так, чтобы не только перекачивать воду, но и одновременно измельчать ячмень. Это делало его уникальным, так как ни один другой паровой двигатель того времени не мог выполнять обе функции.

1791 – Газовая турбина Барбера

Газовая турбина Джона Барбера на эскизе из его патента.

Английский изобретатель Джон Барбер запатентовал газовую турбину. Целью этой газовой турбины было создание «безлошадной повозки». В этом устройстве топливо смешивается с воздухом и воспламеняется, образуя горячий газ, приводящий в движение турбину.

Между 1766 и 1792 годами Джон Барбер получил множество патентов, один из которых был на первую действующую газовую турбину. В конце концов, был построен функциональный прототип, основанный на концепции Барбера. Барбер был первым, кто полностью описал идею газовой турбины, и его нововведение предшествовало современным газовым турбинам на многие десятилетия. Предложение Барбера проложило путь к современной газовой турбине, даже несмотря на то, что существующие в то время технологии не позволяли ей производить достаточную мощность.

Газ сначала нагревали, а затем охлаждали в ресивере перед использованием в турбине Барбера; газ мог поступать из любого количества различных источников, включая древесину, уголь или нефть. Затем смесь сжатого воздуха и газа подавалась в камеру сгорания, называемую «детонатор», и поджигалась. Затем лопасти гребного колеса подвергались воздействию обжигающего газа. Камера охлаждалась водой, а для движения заряда использовался пар.

Аналогичная идея реактивного движения была предложена сэром Фрэнком Уиттлом в 1930 году, а ее первое практическое применение состоялось в 1937 году. Как и другие первопроходцы в этой области, он основывался на фундаменте, заложенном такими людьми, как Джон Барбер.

1799 – Первый паровой двигатель высокого давления – двигатель Тревитика

Ричард Тревитик изобрел паровой двигатель высокого давления и работающий паровоз.

Первоначально названный «медленным», Ричард Тревитик (1771–1833) стал известен своей способностью решать сложные механические задачи и начал работать инженером на рудниках в 179 г.0, в возрасте 19 лет. Вакуумные двигатели низкого давления были большими и тяжелыми. Так, британский инженер создал компактную и мощную паровую машину высокого давления. К началу 19 века Ричард Тревитик изобрел как паровую машину высокого давления, так и работающий паровоз.

В то время широко использовался паровой двигатель низкого давления Джеймса Уатта, но Тревитик считал, что сможет создать меньший и более эффективный двигатель, используя пар высокого давления и позволяя ему расширяться внутри цилиндра. Тревитик добился этого в 179 г. 9 со своим «двигателем Тревитика».

Он строил действующие копии стационарных и локомотивных машин высокого давления, а в 1801 году даже построил и привел в движение первое паровое транспортное средство. В 1803 году Тревитик сконструировал первый в мире паровоз, а в 1808 году он продемонстрировал свой знаменитый локомотив «Поймай-меня-кто-может» с максимальной скоростью 20 миль в час (32 км/ч) и запасом хода 240 миль (390 км).

Впоследствии он использовал свой двигатель высокого давления по-разному, в том числе для приведения в движение баржи с гребными колесами и работы на прокатном стане. Его прорывы в проектировании и строительстве котлов позволили создать хорошо известный котел корнуоллского типа, который использовался в сочетании с не менее известным и эффективным насосным двигателем корнуолльского типа.

1816 — Первый двигатель с закрытой системой — двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга был первым двигателем с закрытой системой без воздухозаборника и отвода выхлопных газов.

В 1816 году шотландский инженер Роберт Стирлинг изобрел паровую машину, в которой газ оставался внутри системы. Двигатель Стирлинга представляет собой тип тепловой машины, которая преобразует тепловую энергию в механическую работу за счет многократного сжатия и расширения рабочей жидкости, часто воздуха или другого газа. Отсутствие воздухозаборника и отвода выхлопных газов означало, что газ не выбрасывался и было меньше шума от взрывов. Итак, это была паровая машина без пара.

Регенератор в этом двигателе с замкнутым циклом мгновенно накапливает тепло, повышая эффективность двигателя. В двигателе Стирлинга газ нагревается и расширяется за счет внешнего источника энергии, а затем толкается поршнем. Сначала газ переносится в положение, где его можно охладить и сжать, а затем поршень перемещает его обратно в область, где он будет нагреваться. Естественная склонность газа к колебаниям температуры и давления используется для выработки механической энергии.

Первоначальной целью Роберта Стирлинга было создание альтернативы паровому двигателю, но его практическое применение ограничивалось маломощными жилыми помещениями. По сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания, такими как бензиновые или дизельные, двигатель Стирлинга может быть гораздо более эффективным. В наши дни он в основном используется на подводных лодках или лодках со вспомогательными генераторами энергии.

1860 — Первый газовый двигатель — Газовый двигатель Ленуара

Газовый двигатель Этьена Ленуара.

Бельгийско-французский инженер Жан Жозеф Этьен Ленуар изобрел первый успешный двигатель внутреннего сгорания, газовый двигатель. Газовый двигатель вырабатывает энергию за счет сжигания газа и воздуха в цилиндре. Весь двигатель был около 6,9 футов или 2,1 метра в длину. В 1860 году Этьен Ленуар получил патент на газовый двигатель с одним цилиндром, который мог совершать два такта одновременно.

При каждом такте двигатель всасывал топливо и воздух с помощью золотниковых клапанов и поджигал их электрической искрой, подобно паровой машине двойного действия. На ходу вверх выпускался выпуск отработавших газов. 18-литровый двигатель Ленуара едва мог выдать 2 лошадиные силы.

Эти двигатели продавались сотнями. Паровая машина потребляла 4% топлива, но работала плавно и долговечно. К 1865 году он широко использовался для задач с низким энергопотреблением, таких как перекачка и печать, сотни из них использовались во Франции и 1000 в Великобритании, а в некоторых случаях даже длились два десятилетия.

1876 – Первый четырехтактный двигатель – двигатель Отто

9 мая 1876 года немецкий изобретатель Николаус Отто после более чем десятилетнего труда сконструировал первый двигатель внутреннего сгорания со сжатым воздухом. Двигатель Отто имел один цилиндр, четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, и он запускал каждый второй такт.

Мощный четырехтактный двигатель немецкого инженера Николауса Отто (1832–1891) запускал цилиндр четыре раза за цикл, так что топливо воспламенялось внутри каждого из них и толкало поршень каждые четыре такта. Смесь выдавливали в горизонтальный цилиндр с помощью поршня, а затем воспламеняли непосредственно перед тем, как поршень достигал вершины.

Благодаря использованию слоев топливной смеси и предотвращению взрывов Отто удалось добиться управляемого сгорания и увеличить давление поршня в цилиндре. Чтобы двигатель не взорвался, Отто разработал метод наслоения топливной смеси в цилиндр, в результате чего топливо сгорает постепенно, а не со взрывом.

Максимальная мощность двигателя никогда не превышала 3 до изобретения двигателя Отто в 1876 году. И только в 1920 году мощность двигателя увеличилась до 1000 лошадиных сил с помощью авиадвигателя Napier Cub. В то время как двигатель Отто по-прежнему ограничивался более легким топливом, последующие инновации, такие как дизельный двигатель, могли сжигать более тяжелые виды топлива и смазочных материалов.

1897 – Первый высокоэффективный двигатель – дизельный двигатель

Рудольф Дизель разработал первый дизельный двигатель в 1897.

Первый дизельный двигатель был построен франко-немецким инженером Рудольфом Дизелем (1858–1913) в 1897 году. Несмотря на то, что изобретение было тяжелее бензиновых двигателей, оно было более эффективным, а топливо воспламенялось за счет тепла сжатого газа. горячий воздух вместо электрической искры, как в бензиновых двигателях Отто. Его двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия должен был стать лучшей альтернативой обычным паровым двигателям.

Паровые двигатели были стандартом в конце 1800-х годов, несмотря на то, что они были дорогими и неэффективными. Дизель, благодаря своим исследованиям в области термодинамики, нашел способ создать двигатель внутреннего сгорания, который бы использовал все производимое тепло.

После некоторых первых трудностей его двигатель был наконец показан в 1897 году после усовершенствования и испытаний до КПД около 26%. По сравнению с лучшим паровым двигателем того времени, он был почти в три раза эффективнее. После более чем десяти лет исследований и испытаний 9 августа 1898 года Рудольфу Дизелю был выдан патент США № 608 845A на «Двигатель внутреннего сгорания». Дизельный двигатель стал огромным скачком вперед на временной шкале эволюции двигателей. .

Дизельные двигатели со временем стали популярны в вооруженных силах, особенно на подводных лодках, поскольку дизельное топливо менее взрывоопасно, чем обычный бензин. Однако у Дизеля по-прежнему были проблемы с деньгами из-за жалоб клиентов на низкую надежность его двигателей. Считается, что он был убит, когда путешествовал на борту корабля, чтобы договориться о сделке с британским флотом.

1926 – Первая ракета на жидком топливе

Роберт Годдард во время первого полета ракеты 16 марта 1926 года.

Когда 16 марта 1926 года произошел первый в истории полет ракеты, она пролетела за 2 секунды со средней скоростью около 60 миль. в час и достигла высоты 41 фут.

Американский инженер Роберт Годдард (1882–1945) изобрел ракетный двигатель. В этом двигателе необходимая для полета тяга создается за счет сжигания жидкого топлива. Годдард экспериментировал с ракетой, работающей на порохе, будучи студентом Вустерского политехнического института в Массачусетсе в 1919 году.07. Производимые им клубы дыма привлекли внимание инструкторов, которые решили поддержать его работу, а не пинать.

Ракетные двигатели сегодня являются областью исследований, в которой ученый из Университета Кларка и профессор Роберт Годдард внесли первый существенный вклад. Годдард определил потенциальную энергию и тягу различных видов топлива, впервые установив возможность использования ракет в условиях невесомости.

Он получил патенты за свои новаторские идеи о многоступенчатых ракетах и ракетах на жидком топливе. В 1926 декабря он успешно запустил первую ракету на жидком топливе, опираясь на наработки, созданные им в 1920-х годах. Некоторые ученые сомневались и высмеивали Годдарда, несмотря на его новаторские исследования.

1937 – Первый реактивный двигатель

1937 реактивный двигатель Whittle W.1X Engine. (Национальный музей авиации и космонавтики)

Британский инженер Фрэнк Уиттл (1907–1996) и немецкий инженер Ганс фон Охайн (1911–1998) независимо друг от друга изобрели и испытали реактивный двигатель. Это устройство сжигало топливо, чтобы продвигать самолет вперед, и непрерывно выпускало горячий воздух через вентилятор.

Хотя первый патент на газовую турбину для двигателя самолета был представлен в 1921 году французом Максимом Гийомом, проект так и не был реализован. Сэр Фрэнк Уиттл, британский инженер, получил патент на свой новаторский реактивный двигатель в 1932 году. Реактивный двигатель Уиттла впервые был запущен 12 апреля 1937 года и, таким образом, это был первый реактивный двигатель, работающий на жидком топливе.

Тем временем реактивный двигатель с осевой конструкцией был изобретен в 1935 году немецким изобретателем Гансом фон Охайном. Первый реактивный самолет, немецкий турбированный Heinkel He 178, поднялся в небо в августе 1919 г.39. В 1950-х годах реактивные двигатели с осевым потоком получили широкое распространение в обрабатывающей промышленности.

1956 – Первый роторный двигатель – двигатель Ванкеля

Немецкий инженер Феликс Ванкель (1902–1988) создал роторный двигатель. Этот двигатель отличался прямоугольным цилиндром вместо треугольного ротора и поршня. В 1954 году Ванкель закончил проектирование роторно-поршневого двигателя, а к 1957 году прошел испытания первый прототип. Его роторный двигатель чаще всего используется в гоночных автомобилях. В спортивном автомобиле Mazda RX-8 использовался двигатель Ванкеля, пока автомобиль не был снят с производства в 2012 году.0003

В 1924 году Ванкель основал лабораторию для исследования и создания усовершенствованного бензинового двигателя внутреннего сгорания, который он придумал еще подростком. Поршни в стандартных двигателях внутреннего сгорания двигаются вверх и вниз в цилиндрах, но двигатель Ванкеля имеет совершенно другую архитектуру.

Двигатель Ванкеля имеет треугольный ротор, который вращается внутри герметичной камеры и выполняет четыре действия двигателя внутреннего сгорания — впуск, сжатие, расширение и выпуск — за один цикл. У этой компоновки есть много плюсов, таких как простота перемещения, дешевизна, необходимость минимального обслуживания, легкость и небольшая занимаемая площадь.

Двигатель — Энциклопедия Нового Света

Школьная модель двигателя.

Двигатель — это машина, которая может преобразовывать некоторую форму энергии (полученной из топлива) в полезную механическую энергию или движение. Если двигатель производит кинетическую энергию (энергию движения) из источника топлива, он называется первичным двигателем; если он производит кинетическую энергию из предварительно обработанного «топлива» (например, электричества, потока гидравлической жидкости или сжатого воздуха), он называется двигателем. Таким образом, основное устройство, приводящее в движение автомобиль, называется двигателем. Локомотив также часто называют двигателем.

Содержание

1 Использование термина «двигатель»
2 Двигатели в древности
3 Средневековые двигатели
4 Современные двигатели
5 Воздушно-реактивные двигатели
6 Воздействие на окружающую среду
7 См. также
8 Примечания
9 Каталожные номера
10 Внешние ссылки
11 кредитов

Использование термина «двигатель»

Первоначально двигатель представлял собой механическое устройство, преобразующее силу в движение. Военные устройства, такие как катапульты, требушеты и тараны, назывались «осадными машинами». Термин «джин», как и в хлопковом джине, распознается как краткая форма старофранцузского слова 9.0185 engin, в свою очередь от латинского ingenium, связанного с гениальным . Большинство устройств, использовавшихся во время промышленной революции, назывались двигателями, и именно поэтому паровой двигатель получил свое название.

В более современном использовании термин «двигатель» используется для описания устройств, выполняющих механическую работу, являющихся продолжением исходного парового двигателя. В большинстве случаев работа обеспечивается крутящим моментом, который используется для работы других механизмов, выработки электроэнергии, перекачки воды или сжатого газа. В контексте двигательных установок воздушно-реактивный двигатель — это двигатель, который использует атмосферный воздух для окисления перевозимого топлива, а не несет окислитель, как в ракете.

Этот термин используется в компьютерных науках в терминах «поисковая система», «движок для трехмерной графики», «движок рендеринга» и «движок преобразования текста в речь». Хотя эти «двигатели» не являются механическими и не выполняют никаких механических действий, они производят полезную продукцию.

Двигатели в древности

Простые механизмы, такие как дубинка и весло (примеры рычага), являются доисторическими. Более сложные двигатели, использующие силу человека, животных, воды, ветра и даже пара, относятся к древности.

Человеческая сила была связана с использованием простых двигателей, таких как кабестан, брашпиль или беговая дорожка, а с помощью канатов, шкивов и блоков и талей эта сила передавалась и умножалась. Они использовались в кранах и на кораблях в Древней Греции, а также в шахтах, водяных насосах и осадных машинах в Древнем Риме. Писатели того времени, в том числе Витрувий, Фронтин и Плиний Старший, относятся к этим двигателям как к обыденным, поэтому их изобретение может быть гораздо более древним. К первому веку CE , различные породы крупного рогатого скота и лошадей использовались для мельниц с машинами, подобными тем, которые приводились в движение людьми в прежние времена.

Согласно Страбону, водяная мельница была построена в Каберии в царстве Митридата в I веке г. до н.э. Использование водяных колес на мельницах распространилось по всей Римской империи в течение следующих нескольких столетий. Некоторые из них были довольно сложными, с акведуками, плотинами и шлюзами для поддержания и направления воды, а также с системами шестерен или зубчатых колес из дерева с металлом, используемых для регулирования скорости вращения. В поэме четвертого века Авзоний упоминает камнерезную пилу, работающую от воды. Герой Александрийский продемонстрировал как ветряные, так и паровые машины в первом веке, хотя неизвестно, нашли ли они какое-либо применение.

Средневековые двигатели

Во время мусульманской сельскохозяйственной революции с седьмого по тринадцатый века мусульманские инженеры разработали многочисленные инновационные промышленные способы использования гидроэнергетики, раннее промышленное использование энергии приливов, энергии ветра и ископаемого топлива (например, нефти), а также самые ранние крупные заводские комплексы ( тираз по-арабски). ^[1] Промышленное использование водяных мельниц в исламском мире восходит к седьмому веку, а водяные мельницы с горизонтальными и вертикальными колесами широко использовались, по крайней мере, с девятого века.

В исламском мире были изобретены различные промышленные мельницы, в том числе валяльные мельницы, зернодробилки, шелушильные, бумажные, лесопильные, корабельные, штамповочные, сталелитейные, сахарные заводы, приливные мельницы и ветряные мельницы. К XI веку в каждой провинции исламского мира, от Ближнего Востока и Средней Азии до Аль-Андалуса и Северной Африки, работали эти промышленные предприятия. ^[2]

Инженеры-мусульмане также изобрели коленчатые валы и водяные турбины, использовали шестерни в мельницах и водоподъемных машинах, а также впервые использовали плотины в качестве источника энергии воды для обеспечения дополнительной энергией водяных мельниц и водоподъемных машин. ^[3] Такие достижения сделали возможным механизировать многие промышленные задачи, которые раньше выполнялись ручным трудом в древние времена, и до некоторой степени выполнять их с помощью машин в средневековом исламском мире. Перенос этих технологий в средневековую Европу позже заложил основы промышленной революции в Европе восемнадцатого века. ^[2]

В 1206 году аль-Джазари изобрел коленчатый вал и шатун и использовал их в системе кривошип-шатун для двух своих водоподъемных машин. Его изобретение коленчатого вала считается одним из самых важных механических изобретений после колеса, поскольку оно преобразует непрерывное вращательное движение в линейное возвратно-поступательное движение и занимает центральное место в современных машинах, таких как паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания. ^[4] В 1551 году Таки ад-Дин изобрел удобную паровую турбину в качестве первичного двигателя для вращения косы. Спустя столетие аналогичная паровая турбина появилась в Европе, что в конечном итоге привело к паровому двигателю и промышленной революции в Европе. ^[5]

Современные двигатели

Анимация, показывающая четыре стадии цикла двигателя внутреннего сгорания

Английский изобретатель сэр Сэмюэл Морланд предположительно использовал порох для привода водяных насосов в семнадцатом веке. Для более традиционных поршневых двигателей внутреннего сгорания фундаментальная теория двухтактных двигателей была создана Сади Карно во Франции в 1824 г., а американец Сэмюэл Мори получил патент 1 апреля 1826 г. Сэр Дугальд Кларк (1854–1819 гг.).32) сконструировал первый двухтактный двигатель в 1878 году и запатентовал его в Англии в 1881 году.

В автомобилестроении используется целый ряд систем преобразования энергии. К ним относятся электрические, паровые, солнечные, турбинные, роторные и поршневые двигатели внутреннего сгорания. Бензиновый (бензиновый) двигатель внутреннего сгорания, работающий по четырехтактному циклу Отто, оказался наиболее удачным для автомобилей, тогда как дизельные двигатели применяются для грузовых автомобилей и автобусов.

Карл Бенц был одним из лидеров в разработке новых двигателей. В 1878 году он начал работать над новыми проектами. Он сосредоточил свои усилия на создании надежного газового двухтактного двигателя, который был бы более мощным, на основе конструкции четырехтактного двигателя Николауса Отто. Однако Карл Бенц продемонстрировал свою истинную гениальность благодаря своим последовательным изобретениям, зарегистрированным при разработке того, что стало производственным стандартом для его двухтактного двигателя. Бенц получил на него патент в 1879 году..

В 1896 году Карл Бенц получил патент на свою конструкцию первого двигателя с горизонтально расположенными поршнями. Многие мотоциклы BMW используют этот тип двигателя. Его конструкция создала двигатель, в котором соответствующие поршни движутся в горизонтальных цилиндрах и одновременно достигают верхней мертвой точки, таким образом, автоматически уравновешивая друг друга по отношению к их индивидуальным импульсам. Двигатели этой конструкции часто называют плоскими двигателями из-за их формы и более низкого профиля. У них должно быть четное количество цилиндров, и все шести-, четырех- или двухцилиндровые плоские двигатели были обычным явлением. Самый известный двигатель этого типа, вероятно, двигатель Volkswagen Beetle. Двигатели этого типа по-прежнему являются общим принципом проектирования высокопроизводительных авиационных двигателей (для винтовых самолетов) и двигателей, используемых производителями автомобилей, такими как Porsche и Subaru.

Дальнейшее использование двигателя внутреннего сгорания в автомобилях отчасти связано с улучшением систем управления двигателем (бортовые компьютеры, обеспечивающие процессы управления двигателем, и электронный впрыск топлива). Принудительная подача воздуха за счет турбонаддува и наддува позволила увеличить выходную мощность и эффективность. Аналогичные изменения были применены к дизельным двигателям меньшего размера, что дало им почти те же характеристики мощности, что и бензиновые двигатели. Это особенно очевидно в связи с популярностью в Европе автомобилей с дизельным двигателем меньшего размера. Дизельные двигатели большего размера по-прежнему часто используются в грузовиках и тяжелой технике. Они не так чисто горят, как бензиновые двигатели, но имеют гораздо больший крутящий момент.

Двигатель внутреннего сгорания изначально был выбран для автомобиля из-за его гибкости в широком диапазоне скоростей. Кроме того, мощность, развиваемая для двигателя данного веса, была разумной; его можно производить экономичными методами массового производства; и он использовал бензин, легкодоступное топливо по умеренной цене.

Двигатель Mercedes V6 1996 года выпуска.

Все большее внимание уделяется характеристикам автомобильных энергетических систем, вызывающим загрязнение окружающей среды. Это вызвало новый интерес к альтернативным источникам энергии и усовершенствованиям двигателей внутреннего сгорания. Хотя появилось несколько электромобилей с батарейным питанием, выпущенных ограниченным тиражом, они оказались неконкурентоспособными из-за стоимости и эксплуатационных характеристик. В двадцать первом веке дизельный двигатель становится все более популярным среди автовладельцев. Тем не менее, бензиновый двигатель с его новыми устройствами контроля выбросов для улучшения характеристик выбросов еще не подвергался серьезным испытаниям.

В первой половине двадцатого века наблюдается тенденция к увеличению мощности двигателя, особенно в американских моделях. Конструктивные изменения включали в себя все известные методы повышения мощности двигателя, в том числе увеличение давления в цилиндрах для повышения эффективности, увеличение размера двигателя и увеличение скорости выработки мощности. Более высокие силы и давления, создаваемые этими изменениями, создавали проблемы с вибрацией и размерами двигателя, что привело к созданию более жестких и компактных двигателей с V-образным и оппозитным расположением цилиндров, заменяющих более длинные прямолинейные конструкции. В легковых автомобилях компоновка V-8 была принята для всех поршней с рабочим объемом более 250 кубических дюймов (4 литра).

В Европе из-за экономических и других ограничений (таких как более узкие и извилистые дороги) принципы проектирования склонялись к меньшим автомобилям с более высокой эффективностью сгорания по сравнению с меньшими двигателями. Это привело к созданию более экономичных двигателей с более ранними четырехцилиндровыми двигателями мощностью 40 лошадиных сил (30 кВт) и шестицилиндровыми двигателями мощностью всего 80 лошадиных сил (60 кВт) по сравнению с американскими двигателями V-8 большого объема с номинальной мощностью от от 250 до 350 л.с. (от 190 до 260 кВт).

Ранние разработки автомобильных двигателей производили гораздо более широкий ассортимент двигателей, чем широко используемые сегодня. Двигатели имеют конструкцию от 1 до 16 цилиндров с соответствующими различиями в габаритных размерах, весе, смещении поршня и диаметре цилиндров. Четыре цилиндра и номинальная мощность от 19до 120 л.с. (от 14 до 90 кВт) следовали в большинстве моделей. Было построено несколько трехцилиндровых двухтактных моделей, в то время как большинство двигателей имели прямые или рядные цилиндры. Было несколько моделей V-образного типа, а также горизонтально расположенные двух- и четырехцилиндровые модели. Часто использовались верхние распределительные валы. Двигатели меньшего размера обычно имели воздушное охлаждение и располагались в задней части автомобиля; степень сжатия была относительно низкой.

В 1970-х и 1980-х годах возрос интерес к экономии топлива, что привело к возврату к меньшим двигателям V-6 и четырехцилиндровым компоновкам с пятью клапанами на цилиндр для повышения эффективности. Bugatti Veyron 16.4 работает с двигателем W16, а это означает, что два расположения цилиндров V8 расположены рядом друг с другом, создавая форму буквы W. Таким образом, у Veyron самое большое количество цилиндров среди серийных автомобилей.

Самый большой из когда-либо созданных двигателей внутреннего сгорания — Wärtsilä-Sulzer RTA96-C. Это 14-цилиндровый двухтактный дизельный двигатель с турбонаддувом, который был разработан для Emma Maersk, самого большого контейнеровоза в мире. Этот двигатель весит 2300 метрических тонн и при работе со скоростью 102 об / мин развивает мощность 109 000 л.с. (80 080 кВт), потребляя около 13,7 метрических тонн топлива в час.

Воздушно-реактивные двигатели

Воздушно-реактивные двигатели используют атмосферный воздух для окисления перевозимого топлива, а не несут окислитель, как ракета. Теоретически это должно обеспечить лучший удельный импульс, чем ракетные двигатели.

Воздушно-реактивные двигатели включают:

Двигатель внутреннего сгорания
Реактивный двигатель
ПВРД
ГПВРД
Двигатель диафрагмы
Импульсный детонационный двигатель
Импульсная струя
Двигатель жидкостно-воздушного цикла/SABRE

Воздействие на окружающую среду

Эксплуатация двигателей обычно отрицательно влияет на качество воздуха и уровень окружающего шума. Хотя выхлоп содержит в основном безвредный азот, водяной пар и углекислый газ; нежелательные газы, такие как окись углерода, углеводороды и оксиды азота, составляют лишь небольшую часть выхлопных газов двигателя. Что касается уровней звука, то работа двигателя оказывает наибольшее влияние на мобильные источники, такие как автомобили и грузовики. Шум двигателя является особенно значительным компонентом шума от мобильных источников для транспортных средств, работающих на более низких скоростях, где аэродинамический шум и шум шин менее значимы. ^[6]

См. также

Станок
Мотор
Турбина
Тепловая машина
Паровой двигатель
Двигатель внутреннего сгорания
Ракета

Примечания

↑ Майя Шацмиллер, Труд в средневековом исламском мире (Нью-Йорк: EJ Brill, 1994, ISBN
98968).
↑ ^2.0 ^2.1 Адам Роберт Лукас, «Промышленное измельчение в древнем и средневековом мире: обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе», Технология и культура 46 (1): 1–30.
↑ Ахмад Ю. Хассан, Передача исламских технологий на Запад, Часть II: Передача исламской инженерии. Проверено 23 июля 2008 г.
↑ Ахмад Ю. Хассан, Система кривошип-шатун в машине с непрерывным вращением. Проверено 23 июля 2008 г.
↑ Ахмад Ю. Хассан, Таки ад-Дин и арабское машиностроение (Институт истории арабских наук, Университет Алеппо, 1976).
↑ К. Майкл Хоган, Анализ дорожного шума, Journal of Water, Air, and Soil Pollution 2 (3): 387-392. Проверено 23 июля 2008 г.

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

Gunston, Bill. Разработка реактивных и турбинных авиационных двигателей, 4-е изд. Спаркфорд, Великобритания: паб Haynes, 2006. ISBN 978-1852606183.
Кирби, Ричард С. и др. Инженерное дело в истории. Нью-Йорк: Dover Publications, 1990. ISBN 0486264122.
Ландельс, Дж.Г. Инженерное дело в Древнем мире . Беркли, Калифорния: University of California Press, 1981. ISBN 0520041275.
Ламли, Джон Л. Двигатели : введение. Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 1999. ISBN 0521644895.
Склейтер, Нил и Николас П. Хиронис. Справочник по механизмам и механическим устройствам. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2007. ISBN 0071467610.
Стоун, Ричард. Введение в двигатели внутреннего сгорания, 3-е изд. Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров, 1999. ISBN 0768004950 .

Внешние ссылки

Все ссылки получены 6 сентября 2017 г.

Как работают автомобильные двигатели. Как это работает.

Авторы

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии
в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Кредит должен соответствовать условиям этой лицензии, которая может ссылаться как на Энциклопедия Нового Света участников и самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа.

Posted inДвигатель