内燃機関の簡単な歴史。最初の内燃機関: すべての始まり

15.07.2019

最初のエンジン内燃機関(ICE) は、1860 年にフランスのエンジニア、レノワールによって発明されました。このエンジンは、大部分が繰り返されました。蒸気機関、圧縮なしで2ストロークサイクルでガスを点火することに取り組みました。このようなエンジンの出力は約 8 馬力で、効率は約 5% でした。このレノアエンジンは非常にかさばるため、それ以上の用途はありませんでした。

7 年後、ドイツの技術者 N. オットー (1867 年) は、圧縮着火式の 4 ストロークエンジンを開発しました。このエンジンの出力は 2 hp、速度は 150 rpm で、すでに大量生産されていました。

10馬力のエンジン効率は 17%、質量は 4600 kg で、広く使用されていました。合計で、6000を超えるそのようなエンジンが製造されました。

1880 年までに、エンジン出力は 100 馬力に増加しました。

図 3. レノアエンジン: 1 - スプール。 2 - シリンダー冷却チャンバー: 3 - スパークプラグ: 4 - ピストン: 5 - ピストンロッド: 6 - コネクティングロッド: 7 - 点火接点プレート: 8 - スプールロッド: 9 - フライホイール付きクランクシャフト: 10 - スプールロッド偏心。

1885 年、ロシアでは、バルチック艦隊の船長である I.S. コストヴィッチが航空用の 80 馬力のエンジンを作成しました。質量240kg。同時に、ドイツでは、G.ダイムラーと、彼とは独立して、K.ベンツが自走式車両用の低出力エンジン、つまり車を作成しました。今年、自動車の時代が始まりました。

19世紀の終わりにドイツの技術者であるディーゼルはエンジンを開発し、特許を取得しました。このエンジンは後に、作者の名前でディーゼルエンジンとして知られるようになりました。ディーゼルエンジンの燃料がシリンダーに供給されました圧縮空気コンプレッサーから排出され、圧縮によって着火します。このようなエンジンの効率は約 30% でした。

興味深いことに、ディーゼルの数年前に、ロシアの技術者トリンクラーが原油で動くエンジンを開発した。混合サイクル- 現代のすべてのディーゼルエンジンが動作しますが、特許は取得されておらず、トリンクラーの名前を知っている人はほとんどいません。

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建設における内燃機関の役割と応用
内燃機関 (ICE) は、燃料の燃焼、熱の放出、および熱の変換のプロセスが行われる往復熱機関です。機械作業直接行われる

主なメカニズムとエンジンシステム
内燃機関は、クランク機構、ガス分配機構、および動力、点火、潤滑、冷却、始動の 5 つのシステムで構成されています。クランク機構遊ぶように設計された

理論サイクルと実際のサイクル
エンジンの作業プロセスの性質は異なる場合があります-熱供給（燃焼）は一定の量（TDCの近く、これらはキャブレターエンジンです）または一定の圧力で発生します

1.7.3. 圧縮プロセスは次の役割を果たします。 2 確実に最大限に活用するために

圧縮時の熱伝達
吸気バルブまたはパージおよび排気ポートを閉じた後の圧縮の初期期間では、シリンダーに充填されたチャージの温度は、壁、ヘッド、およびピストンクラウンの温度よりも低くなります。したがって、

エンジン設計の効率、経済性、完成度の指標
インジケータインジケータ: 図. 20. 指標図 4ストローク

排気ガスの毒性の指標と毒性を低減する方法
燃焼反応の初期物質は、約 85% の炭素、15% の水素、およびその他のガスを含む空気であり、炭化水素燃料、約 77% の窒素、23% の酸を含む

混合気の可燃限界
米。 24. 異なる組成のガソリンと空気の可燃性混合物の燃焼温度: T

キャブレター付きエンジンの燃焼
キャブレターエンジンでは、火花が現れるまでに、空気、蒸気または気体燃料、および残留ガスからなる作動混合物が圧縮容積を満たします。プロセス

爆発
爆発は複雑な化学熱プロセスです。爆発の外部兆候は有声音の出現です金属ノックエンジンのシリンダー内で、出力の低下とエンジンの過熱

ディーゼルエンジンの燃焼
燃焼プロセスの特徴、図。 28: - 燃料供給は、TDC に対して角度 θ だけ進んだ状態で開始します。 v.m.t. の後に終了します。 - からの圧力の変化

ディーゼル内燃機関の燃焼室の形状
分割されていない燃焼室。分割されていない燃焼室図29では、燃料を霧化し、空気と混合するプロセスの改善が達成されました

クランクとガス分配機構
3.1. クランク機構（図33）は、ガスの圧力を感知し、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するように設計されています。

加圧、加圧の目的と方法
エンジンシリンダーの過給は、動的に行うことも、特別な過給機（コンプレッサー）を使用して行うこともできます。過給機による加圧方式は 3 種類あります。

エンジンパワーシステム
4.1 ディーゼル動力システム。電源システムは、シリンダーに燃料を供給します。同時にハイパワー

キャブレターエンジン用電源システム
キャブレターエンジンのシリンダーの準備と供給可燃性混合物、その量と構成の調整は電力システムによって実行され、その作業は非常に優れています

接触トランジスタ点火システム
KTSZ は 60 年代に車に登場し始めました。圧縮比の増加、作動混合気の低下、およびクランクシャフト速度とシリンダー数の増加に伴い

非接触トランジスタ点火システム
BTSP は 80 年代から使用されています。 KSZでブレーカーが一次回路を直接開く場合、KSZ-制御回路では、BTSP（図61-63）にはブレーカーがなく、制御は非接触になります。

エンジンのマイクロプロセッサ制御システム
MSUDは、燃料噴射システムを搭載した車の80年代半ばから車に取り付けられ始めました。エンジンを制御するシステム最適なパフォーマンスそしてn

ディストリビューターキャップ
ディストリビューターキャップの外面とイグニッションコイルをきれいに保つ必要があります。高い「Zhiguli」カバーの場合、インパルスは外面に沿って分配ハウジングに排出されます。

スパークプラグ
スパークプラグは、エンジンシリンダー内の混合気に点火するために必要な電気火花を生成するために使用されます。

ブレーカ接点
信頼性古典的なシステムイグニッション (KC3) は、インタラプタに大きく依存します。ブレーカーについて（ちなみに、点火システムの他の要素についても）よく起こります

潤滑および冷却システムと始動
基本規定エンジン潤滑システムは、摩耗の増加、過熱、摩擦面の焼き付きを防ぎ、インジケーターのコストを削減するように設計されています。

冷却システム
のピストンエンジン作動混合物の燃焼中、エンジンシリンダー内の温度は2000〜28000 Kに上昇します。膨張プロセスの終わりまでに、温度は1000〜1に低下します

発射システム
ピストンエンジン始動タイプや設計に関係なく、外部エネルギー源からエンジンのクランクシャフトを回転させることによって実行されます。この場合、回転速度は

燃料
内燃機関の燃料は、原油精製の製品（ガソリン、ディーゼル燃料）であり、その主要部分は炭化水素です。ガソリンは、石油精製からの軽質留分の凝縮によって生成されます

エンジンオイル
7.3.1. エンジンオイルの要件ピストンエンジンでは、主に石油由来のオイルが部品の潤滑に使用されます。油の物理化学的性質

クーラント
全熱の 25 ～ 35% が冷却システムによって除去されます。冷却システムの効率と信頼性は、クーラントの品質に大きく依存します。冷却要件

内燃機関の誕生と発展の歴史

序章

内燃機関に関する一般情報

内燃機関の誕生と発展の歴史

結論

使用したソースのリスト

応用

序章

私たちは電気とコンピューター技術の時代に生きていますが、それは内燃機関の時代であると言えます。前世紀半ばまでに、道路輸送量は 200 億トンに達し、これはその 5 倍に達しました。鉄道輸送そして18倍 - 海軍によって行われた輸送量。現在、道路輸送のシェアは、わが国の貨物輸送量の79％以上を占めています。内燃機関が広く使用されていることは、内燃機関の総設置容量が世界のすべての定置型発電所の容量の 5 倍であるという事実によっても証明されています。現時点では、内燃エンジンを使用しても誰も驚かないでしょう。何百万もの自動車、ガス発生器、およびその他のデバイスが、内燃機関を駆動源として使用しています。の ICE燃料エンジン自体の内部のシリンダーで直接燃焼します。そのため、内燃機関と呼ばれています。 19世紀にこのタイプのエンジンが登場したのは、まず第一に、さまざまな産業用デバイスやメカニズム用の効率的で最新のドライブを作成する必要があったためです。当時はほとんど蒸気機関が使われていました。これには多くの欠点がありました。たとえば、効率が低く (つまり、蒸気の生成に費やされたエネルギーのほとんどが単純に消えてしまいました)、扱いにくく、資格のあるメンテナンスが必要でした。多数開始時間と停止時間。業界は新しいエンジンを必要としていました。それらは内燃機関になり、その歴史を研究することがこの研究の目的です。高効率、比較的小さな寸法と重量、信頼性と自律性により、自動車、鉄道、鉄道の発電所として広く使用されています。水運、V 農業そして建設。

作品は、序論、本編、結論、参考文献、および付録で構成されています。

1. 内燃機関に関する一般情報

現在最も普及している内燃機関 (ICE) - エンジンの一種、燃料 (通常は液体または気体の炭化水素燃料) の化学エネルギーが燃焼する熱機関作業領域、機械仕事に変換されます。

エンジンは、ピストンが動くシリンダーで構成されており、コネクティングロッドによってクランクシャフトに接続されています（図1）。

図1 - 内燃機関

シリンダーの上部には、エンジンが作動しているときに適切なタイミングで自動的に開閉する 2 つのバルブがあります。ろうそくで点火された最初のバルブ（入口）から可燃性混合物が入り、2番目のバルブ（排気）から排気ガスが放出されます。シリンダー内では、ガソリンと空気の蒸気からなる可燃性混合気の燃焼が定期的に発生します (温度は 16000 ～ 18000℃ に達します)。ピストンの圧力が急激に上昇します。膨張すると、ガスがピストンを押し、それとともにクランクシャフト機械作業をしながら。この場合、内部エネルギーの一部が機械的エネルギーに変換されるため、ガスは冷却されます。

シリンダー内のピストンの極端な位置は死点と呼ばれます。ある死点から別の死点までピストンが移動する距離は、ストロークとも呼ばれるピストンストロークと呼ばれます。内燃エンジンのサイクル: 吸気、圧縮、パワーストローク、排気なので、エンジンは 4 ストロークと呼ばれます。 4 ストロークエンジンの動作サイクル - 4 つの主要な段階 (ストローク) をさらに詳しく考えてみましょう。

このストロークの間、ピストンは上死点から下死点に移動します。同時に、カムシャフトのカムが開きますインレットバルブ、そしてこのバルブを通して、新鮮な燃料と空気の混合気がシリンダーに吸い込まれます。

ピストンは下から上に移動し、作動混合物を圧縮します。混合物の温度が上昇します。ここでは、下部のシリンダーの作業容積の比率も発生しますデッドセンター上部の燃焼室の容積 - いわゆる「圧縮比」。この値が大きいほど、エンジンの燃費が向上します。圧縮比の高いエンジンは、より多くの燃料を必要とします ́ 大きいオクタン価どちらがより高価です。

燃焼と膨張 (またはピストンストローク)。

圧縮サイクルの終了直前混合気スパークプラグからの火花で着火。からのピストンの移動中にトップポイント下部の燃料では燃え尽き、熱の影響下で作動混合物が膨張し、ピストンを押します。

作業サイクルの下死点が開いた後排気弁、そして上向きに動くピストンがエンジンシリンダーから排気ガスを押しのけます。ピストンが最高点に達すると、排気バルブが閉じ、サイクルが最初からやり直されます。

次のステップを開始するには、前のステップが終了するのを待つ必要はありません。実際には、エンジンの両方のバルブ (入口と出口) が開いています。これは、クランクシャフトの 1 回転中に全デューティサイクルが発生する 2 ストロークエンジンとの違いです。同じシリンダー容量の2ストロークエンジンがより強力になることは明らかです-平均で1.5倍。

ただし、より大きな出力も、扱いにくいバルブシステムとカムシャフトの欠如も、製造の安さも、4ストロークエンジンの利点を克服することはできません - より大きなリソース、ボー ́ 経済性の向上、排気のクリーン化、騒音の低減。

内燃機関（2ストロークおよび4ストローク）の動作スキームは、付録1に記載されています。

したがって、内燃機関の動作原理は単純で理解しやすく、1世紀以上変わっていません。内燃エンジンの主な利点は、恒久的なエネルギー源（水資源、発電所など）から独立していることです。したがって、内燃エンジンを搭載した設備は自由に移動でき、どこにでも配置できます。また、内燃機関は不完全なタイプの熱機関 (高騒音、有毒ガスの排出、資源の少なさ) であるという事実にもかかわらず、その自律性により、内燃機関は非常に普及しています。

内燃機関の改良は、その出力、信頼性、耐久性の向上、軽量化と寸法の縮小、新しい設計の作成という道をたどります。そのため、最初の内燃エンジンは単気筒であり、エンジンの出力を上げるために、通常はシリンダーの容積を増やしました。その後、シリンダーの数を増やすことでこれを達成し始めました。 19世紀末には2気筒エンジンが登場し、20世紀初頭からは4気筒エンジンが普及し始めました。

現代のハイテクエンジンは、100 年前のエンジンとは似ていません。パワー、効率、環境への優しさの点で非常に印象的なパフォーマンスを達成しました。最新の内燃エンジンは、最小限の注意を払う必要があり、数十万キロ、時には数百万キロのリソース用に設計されています。

2. 内燃機関の誕生と発展の歴史

約 120 年間、車のない生活は考えられませんでした。過去を見てみましょう-現代の自動車産業の基盤の基盤の出現まで。

内燃機関を作成する最初の試みは、17 世紀にさかのぼります。 E. Toricelli、B. Pascal、O. Guericke の実験により、発明者は気圧を駆動力として使用するようになりました。大気機械. このような機械を最初に提供したのは、Abbé Ottefel (1678-1682) と H. Huygens (1681) でした。シリンダー内のピストンを動かすために、彼らは火薬の爆発を使用することを提案しました。したがって、オッテフェルとホイヘンスは、内燃機関の分野におけるパイオニアと見なすことができます。

ホイヘンス火薬機械の発明者であるフランスの科学者ドニ・パパンも改良を重ねていました。遠心力ポンプ、蒸気ボイラー付安全弁、蒸気を動力とする最初のレシプロマシン。最初に実装しようとするもの ICEの原理、英国人のロバート・ストリートでした（特許番号1983、1794）。エンジンは、シリンダーと可動ピストンで構成されていました。ピストン運動の開始時に、揮発性液体（アルコール）と空気の混合物がシリンダーに入り、液体と液体蒸気が空気と混合されました。ピストンストロークの途中で、混合気が着火し、ピストンを吐き出しました。

1799 年、フランスのエンジニア、フィリップ・ルボンが着火ガスを発見し、木材や石炭の乾留による着火ガスの使用法と方法について特許を取得しました。この発見は、まず第一に、照明技術の開発にとって非常に重要であり、すぐに高価なキャンドルとの競争に成功しました。しかし、照明ガスは照明だけではありませんでした。 1801 年、ルボンはこのデザインの特許を取得しました。ガスエンジン. この機械の動作原理は、彼が発見したガスのよく知られた特性に基づいていました。空気との混合物は、点火すると爆発し、大量の熱を放出します。燃焼生成物は急速に膨張し、環境に強い圧力をかけました。適切な条件を作成することにより、解放されたエネルギーを人間の利益のために使用することができます。 Lebon エンジンには 2 つのコンプレッサーと混合チャンバーがありました。 1つのコンプレッサーは圧縮空気をチャンバーに送り込み、もう1つはガス発生器からの圧縮された軽いガスを送り込むことになっていました。次に、ガスと空気の混合物が作業シリンダーに入り、そこで点火しました。エンジンはダブルアクション、つまり、交互に作動する作動室がピストンの両側にありました。本質的に、ルボンは内燃機関のアイデアを育みましたが、R.ストリートとF.ルボンは彼らのアイデアを実装しようとはしませんでした。

その後 (1860 年まで)、内燃エンジンを作成するいくつかの試みも失敗に終わりました。内燃機関を作成する際の主な問題は、適切な燃料の不足、ガス交換、燃料供給、および燃料点火のプロセスを整理することの難しさによるものでした。 1816年から1840年に作成されたロバート・スターリングは、これらの困難を大幅に回避することができました。エンジン外部燃焼そして再生器。スターリングエンジンでは、ピストンの往復運動を菱形の機構で回転運動に変換し、作動流体として空気を使用していました。

内燃機関を作る本当の可能性に最初に注目を集めたのは、熱の理論、熱機関の理論を扱ったフランスのエンジニア、サディ・カルノー (1796-1832) でした。彼のエッセイ「火の原動力とこの力を発生させることができる機械についての考察」(1824 年) の中で、彼は次のように書いています。密閉炉、実装が容易な適応の助けを借りて、そこに燃料を少しずつ導入します。次に、ピストンを備えたシリンダーまたはその他の膨張容器で空気を動かし、最後に大気中に投入するか、蒸気ボイラーに送って残りの温度を使用します. この種の操作で直面する主な困難は、火室を十分な強度のある部屋に閉じ込め、同時に燃焼を適切な状態に維持すること、装置のさまざまな部分を適度な温度に維持すること、およびシリンダーへの急速な損傷を防ぐことです。ピストン; これらの困難が克服できないとは考えていません。」しかし、S. カルノーのアイデアは、同時代の人々には評価されませんでした。わずか 20 年後、有名な状態方程式の著者であるフランスのエンジニア E. クラペイロン (1799-1864) が最初にそれらに注目しました。カルノー法を使用したクラペイロンのおかげで、カルノーの人気は急速に高まり始めました。現在、サディ・カルノーは一般的に熱工学の創始者として認識されています。

レノアはすぐには成功しませんでした。すべての部品を作成して機械を組み立てることができた後、ピストンが加熱により膨張してシリンダー内で詰まったため、かなりの時間動作し、停止しました。レノアは、水冷システムを考えてエンジンを改良しました。しかし、2回目の打ち上げもピストンストロークが悪く失敗に終わった。レノアは、彼の設計に潤滑システムを追加しました。その時だけ、エンジンが動き始めました。最初の不完全な設計は、蒸気機関と比較して内燃機関の重要な利点をすでに示していました。エンジンの需要は急速に高まり、数年のうちに J. レノアは 300 基以上のエンジンを製造しました。彼は、内燃機関をさまざまな目的の発電所として使用した最初の人でした。ただし、このモデルは不完全で、効率は 4% を超えませんでした。

1862 年にフランスの技術者 A.Yu. Beau de Rochas は、フランス特許庁に特許出願を行い (優先日は 1862 年 1 月 1 日)、エンジンの設計とその作業プロセスに関して、Sadi Carnot が表明したアイデアを明らかにしました。 (この請願は、N. Otto の発明の優先権に関する特許紛争の間だけ記憶されていました)。 Beau de Rochaは、ピストンの最初のストローク中に可燃性混合物の吸入、混合物の圧縮-ピストンの2番目のストローク中、混合物の燃焼-極端に実行することを提案しましたトップポジションピストンと燃焼生成物の膨張 - ピストンの 3 回目のストローク中。燃焼生成物の放出 - ピストンの 4 回目のストローク中。しかし、資金不足のため実施できなかった。

18年後のこのサイクルは、ドイツの発明家オットー・ニコラウス・アウグストによって、吸気、圧縮、パワーストローク、排気ガスの4ストロークスキームに従って作動する内燃エンジンで実行されました。最も広く使用されているのは、このエンジンの変更です。正しく呼ばれる100年以上の間」自動車時代」、すべてが変更されました-フォーム、テクノロジー、ソリューション。一部のブランドは消滅し、他のブランドはそれらに取って代わりました。自動車ファッションは、いくつかの開発ラウンドを経てきました。変更されていないことが 1 つあります。それは、エンジンが動作するサイクル数です。そして、自動車産業の歴史において、この数字は独学で独学したドイツの発明家オットーの名前と永遠に結びついています。著名な実業家 Eugen Langen と共に、発明者は Otto & Co. をケルンに設立し、最善の解決策を見つけることに専念しました。 1876 年 4 月 21 日に、彼はエンジンの別のバージョンの特許を取得し、1 年後の 1867 年のパリ博覧会で発表され、ビッグゴールドメダルを受賞しました。 1875 年末、オットーは世界初の 4 ストロークエンジンの根本的に新しいプロジェクトの開発を完了しました。 4 ストロークエンジンの利点は明らかでした。1878 年 3 月 13 日、N. オットーは、 4ストロークエンジン内燃機関 (付録 3). 最初の 20 年間で、N. Otto 工場は 6000 台のエンジンを製造しました。

このようなユニットを作成するための実験は以前に行われましたが、著者はまず第一に、シリンダー内の可燃性混合物のフラッシュが予期しないシーケンスで発生したため、スムーズでスムーズな燃焼を保証することが不可能であったという事実で、多くの問題に遭遇しました。一定の電力転送。しかし、唯一の正しい解決策を見つけたのは彼でした。経験的に、彼は以前のすべての試みの失敗が、混合物の間違った組成 (燃料と酸化剤の割合) と、燃料噴射システムとその燃焼を同期させるための誤ったアルゴリズムの両方に関連していることを発見しました。

内燃機関の開発に大きく貢献したのは、一定の燃焼圧力を持つコンプレッサーエンジンであるキャブレターを提案したアメリカ人エンジニア、ブライトンです。

したがって、J. レノアと N. オットーが最初の効率的な内燃機関を作成することを優先したことは疑いの余地がありません。

内燃機関の生産は着実に増加しており、その設計は改善されています。 1878年から1880年。 2 ストロークエンジンの製造が開始され、ドイツの発明者 Wittig と Hess、英国の起業家でエンジニアの D. Klerk によって提案され、1890 年以降、クランクチャンバーパージを備えた 2 ストロークエンジン (英国特許第 6410、1890 年) が開発されました。クランク室を掃気ポンプとして使用することは、ドイツの発明家で起業家の G. ダイムラーによって少し前に提案されました。 1878年カール・ベンツ三輪車に 3 馬力のエンジンを搭載し、時速 11 km 以上の速度を発揮しました。彼はまた、1 気筒エンジンと 2 気筒エンジンを搭載した最初の自動車も作成しました。シリンダーは水平に配置され、トルクはベルトドライブを使用してホイールに伝達されました。 1886 年、K. ベンツは 1886 年 1 月 29 日付けの優先権を持つ自動車 No. 37435 のドイツ特許を取得しました。1889 年のパリ万博では、ベンツの自動車は唯一のものでした。この車で、自動車産業の集中的な開発が始まります。

内燃機関の歴史におけるもう 1 つのマイルストーンは、圧縮点火内燃機関の開発でした。 1892 年、ドイツの技術者ルドルフディーゼル (1858-1913) が特許を取得し、1893 年にパンフレット The Theory and Construction of Rational に記載されました。熱機関蒸気機関や現在知られている熱機関に取って代わる「カルノーサイクルで動作するエンジン」。 1892 年 2 月 28 日付けの優先権を持つドイツ特許第 67207 号では、「単気筒および多気筒エンジン» エンジンの動作原理は次のように述べられています。

内燃エンジンの作業プロセスは、シリンダー内のピストンが空気または一部の無関心ガス（蒸気）を空気で非常に強く圧縮するため、結果として生じる圧縮温度が燃料の発火温度よりも大幅に高くなるという事実によって特徴付けられます。この場合、死点後に徐々に導入された燃料の燃焼は、エンジンシリンダー内の圧力と温度が大幅に上昇しないように実行されます。これに続いて、燃料供給が遮断された後、混合気のさらなる膨張がシリンダー内で発生します。

パラグラフ1で説明したワークフローを実装するために、レシーバーを備えた多段コンプレッサーが作動シリンダーに取り付けられています。いくつかの作業シリンダーを相互に接続することも、事前圧縮とその後の膨張のためにシリンダーに接続することもできます。

R. Diesel は 1893 年 7 月までに最初のエンジンを製造しました。圧縮は 3 MPa の圧力まで行われ、圧縮終了時の空気温度は 800 C に達し、燃料 (石炭粉) は直接噴射されると想定されていました。シリンダーに。最初のエンジンを始動すると、爆発が発生しました（ガソリンが燃料として使用されました）。 1893 年に 3 基のエンジンが製造されました。最初のエンジンの故障により、R. Diesel は等温燃焼を放棄し、一定圧力で燃焼するサイクルに切り替えることを余儀なくされました。

1895 年の初めに、最初の液体燃料 (ケロシン) 圧縮着火圧縮機エンジンのテストに成功し、1897 年に新しいエンジンの大規模なテスト期間が始まりました。エンジンの有効効率は 0.25、機械効率は 0.75 でした。産業用の圧縮着火を備えた最初の内燃機関は、1897 年にアウグスブルクの機械製造工場で製造されました。 1899 年にミュンヘンで開催された展示会では、5 つの R. ディーゼルエンジンがすでにオットードイツ、クルップ、アウグスブルクの機械製造工場から発表されていました。 R. Diesel のエンジンは、1900 年にパリで開催された世界博覧会でも成功裏に展示されました。将来、それらは幅広い用途を見出し、発明者の名前にちなんで「ディーゼルエンジン」または単に「ディーゼル」と呼ばれました。

ロシアでは、最初の灯油エンジンが 1890 年に E.Ya. で製造され始めました。ブロムリー (4 ストロークカロライザー)、および 1892 年以来、E. ノーベルの機械工場で。 1899 年、ノーベルは R. ディーゼルエンジンを製造する権利を取得し、同年、工場はそれらの製造を開始しました。エンジンの設計は、プラントの専門家によって開発されました。エンジンは20〜26馬力のパワーを発揮し、原油、太陽油、灯油を処理しました。工場の専門家は、圧縮着火エンジンも開発しました。彼らは最初のクロスヘッドエンジンを製造しました。 V配置シリンダー、 2ストロークエンジンダイレクトフローバルブとループパージスキームを備えた 2 ストロークエンジン。排気チャネル内のガス力学現象によってパージが実行されます。圧縮点火エンジンの生産は 1903 年から 1911 年に始まりました。コロムナ、ソルモヴォ、ハリコフの蒸気機関車工場、リガのフェルツァー工場、サンクトペテルブルクのノーベル工場、ニコラエフ造船所。 1903年から1908年。ロシアの発明家で起業家のYa.V. マミンは、シリンダーへの機械的燃料噴射と圧縮点火を備えた実行可能な高速エンジンをいくつか作成しました。その出力は1911年にはすでに25馬力でした。燃料噴射は、銅のインサートを備えた鋳鉄製のプレチャンバーで行われました。高温プレチャンバーの表面と信頼性の高い自己着火。これは世界初の非圧縮ディーゼルエンジンで、1906 年に V.I. Grinevetskyは、二重の圧縮と膨張を備えたエンジンの設計を提案しました-プロトタイプ複合エンジン. 彼はまた、作業プロセスの熱計算方法を開発しました。これはその後、N.R. Briling と E.K. 迷路と今日その重要性を失っていません。専門家はご覧の通り革命前のロシア圧縮点火エンジンの分野で、間違いなく主要な独立した開発を行いました。ロシアにおけるディーゼル産業の発展の成功は、ロシアには独自の石油があり、ディーゼルエンジンは小規模企業のニーズを最もよく満たしていたため、ロシアでのディーゼルエンジンの生産は西ヨーロッパの国々とほぼ同時に始まったという事実によって説明されます。

革命後の時代には、国内のエンジン製造も成功裏に発展しました。 1928 年までに、総容量が約 11 万 kW の 45 種類以上のエンジンがすでに国内で生産されていました。最初の5年間の計画の年の間に、最大1500 kWの出力を持つ自動車およびトラクターエンジン、船舶用および定置用エンジンの生産が習得され、航空機用ディーゼルエンジン、V-2タンクディーゼルエンジンが作成されました。国の装甲車両の高い戦術的および技術的特性を大部分事前に決定しました。国内のエンジン製造の発展に多大な貢献をしたのは、優れたソビエトの科学者たちでした: N.R. ブリング、E.K. マイジング、V.T. Tsvetkov、A.S. Orlin, V.A. Vanscheidt, N.M. グラゴレフ、M.G. クルグロフなど。

20 世紀の最後の数十年間における熱機関の分野における発展のうち、3 つの最も重要なものに注意する必要があります。それは、ドイツの技術者フェリックス・ヴァンケルによる、ロータリーピストンエンジン、複合型高圧エンジンの実行可能な設計の作成です。高速ディーゼルエンジンに匹敵する外燃エンジン設計。ヴァンケルエンジンの登場は熱狂的に迎えられました。小さな比重と寸法を持ち、高信頼性、RAPは主に急速に普及しました乗用車、航空、船舶、および固定設備。 F. ヴァンケルエンジンの製造ライセンスは、ゼネラルモーターズ、フォードなどを含む 20 以上の企業によって取得されました。 2000 年までに、RPD を搭載した 200 万台以上の車両が製造されました。

のここ数年ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの性能を改善し、改善するプロセスは続いています。ガソリンエンジンの開発は、シリンダー内へのガソリン噴射システムの普及と改善により、環境性能、効率、動力性能を向上させる方向に進んでいます。電子噴射制御システムの使用、部分負荷での希薄混合気による燃焼室内のチャージ成層化。点火時の電気火花のエネルギーの増加など。その結果、ガソリンエンジンの運転サイクルの効率はディーゼルエンジンの効率に近くなります。

ディーゼルエンジンの技術的および経済的性能を向上させるために、燃料噴射圧力の増加が使用され、制御されたインジェクターが使用され、給気をブーストおよび冷却することによって平均有効圧力を高め、排気ガスの毒性を低減するための手段が使用されます。

このように、内燃機関の継続的な改善により、それらは支配的な地位を獲得し、航空でのみ内燃機関がその地位を失いました。ガスタービンエンジン. 国民経済の他の部門のための代替エネルギー設備低電力、内燃エンジンと同じくらい汎用性があり経済的ですが、まだ提案されていません。したがって、長期的には、内燃機関は、輸送および経済の他の部門のための中および低出力の主要なタイプの発電所と見なされます。

結論

内燃エンジン

使用したソースのリスト

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応用

附属書 1

2ストロークエンジンの動作スキーム

4ストロークエンジンの動作スキーム

附属書 2

レノアエンジン（断面図）

附属書 3

オットーエンジン

人々は 1 世紀以上にわたり自動車を製造しており、ほとんどすべてのボンネットの下に内燃機関があります。最後に、その動作原理は変わりませんでした。酸素と燃料がエンジンシリンダーに入り、そこで爆発（点火）が発生し、その結果、パワーユニット内で力が形成され、車が前進します。しかし、内燃機関 (ICE) が初めて登場して以来、エンジニアは毎年、より速く、より信頼性が高く、より経済的で、より効率的なエンジンを完成させてきました。

おかげさまで今日は現代の車よりパワフルに、より経済的に。いくつかの普通車今日、彼らはそのような力を持っていますが、それは最近まで強力で高価なスーパーカーにしかありませんでした。しかし、大きなブレークスルーがなければ、今日でも低電力を所有していたでしょう貪欲な車、ガソリンスタンドから遠く離れることはありません。幸いなことに、そのような画期的な技術はすでに複数回発見されています。新しいステージ内燃機関の開発に。進化の最も重要な日付を思い出すことにしました ICE開発. どうぞ。

1955年：燃料噴射

噴射システムが登場する前は、エンジンの燃焼室に燃料を入れるプロセスは不正確であり、調整が不十分でした。これは、燃料がキャブレターによって供給されていたため、常に清掃と定期的な困難が必要でした。機械的調整. 残念ながら、キャブレターの効率は影響を受けました天気、温度、大気中の気圧、さらには車が海抜どの高さにあるか。降臨とともに電子注射燃料（インジェクター）、燃料供給プロセスはより制御されています。また、インジェクターの出現により、車の所有者はエンジンのウォームアッププロセスを調整して手動で制御する必要がなくなりました。スロットルバルブ吸引の助けを借りて。吸引とは何かを知らない人のために：

チョークは、キャブレタースターターのコントロールノブです。キャブレター機酸素による燃料の濃縮を調整する必要がありました。だからあなたが走るなら冷たいエンジン、次にキャブレターマシンでは「チョーク」を開く必要があり、暖かいエンジンでは必要以上に燃料を酸素で濃縮します。エンジンが温まったら、調整ノブを徐々に閉じます。起動装置キャブレター、燃料の酸素濃縮度を通常の値に戻します。

もちろん、今日、そのようなテクノロジーは時代遅れに見えます。しかし、最近まで、世界のほとんどの車に装備されていたキャブレターシステム燃料供給。これは、インジェクターを使用した燃料噴射技術が世界に登場したのは、インジェクターが最初に自動車に使用された 1955 年であるにもかかわらずです (以前は、この燃料供給システムは航空機で使用されていました)。

今年、メルセデス・ベンツ 300SLR スポーツカーでインジェクターがテストされ、壊れることなくほぼ 1600 km を走行できました。車はこの距離を 10 時間 7 分 48 秒で走りました。テストは、次の自動車レース「サウザンドマイル」の一環として行われました。この車は世界記録を打ち立てました。

ところで、メルセデス・ベンツ 300SLR は、インジェクションインジェクションボッシュが開発した燃料だけでなく、速い車当時の世界で。

二年後シボレー社燃料噴射 (ロチェスターラムジェットシステム) を備えたコルベットスポーツカーを発表しました。その結果、この車は先駆的なメルセデス・ベンツ 300SLR よりも速くなりました。

しかし、成功したにもかかわらず、ユニークなシステム Rochester Ramjet燃料噴射システム、具体的にはBosch電子噴射システム（電子制御）は世界中で攻撃を開始しました。その結果、短期間で、ボッシュが開発した燃料噴射が多くの人に現れ始めました欧州車. 1980年代に電子システム燃料噴射（インジェクター）は全世界を席巻しました。

1962年：ターボチャージ

ターボチャージャーは、内燃機関で最も貴重な宝石の 1 つです。事実は、エンジンシリンダーにより多くの空気を供給するタービンが、かつて許可されていた

第二次世界大戦中の 12 気筒戦闘機は、より高く、より速く、より遠くまで飛行し、より安価な燃料を使用します。

その結果、多くの技術と同様に、航空機のタービンシステムが自動車業界に登場しました。そのため、1962年に、ターボチャージャーを搭載した最初の量産車が世界で発表されました。彼らは、またはサーブ99になりました。

それから会社概要 Motors は、乗用車の内燃エンジンを過給するこの技術をさらに開発しようと試みました。そのため、オールズモビルのジェットファイア車には、タービンに加えてガスタンクと蒸留水を使用してエンジン出力を高める「ターボロケット流体」技術が登場しました。まさにファンタジーでした。しかしその後、GM はこの複雑で高価で危険な技術を放棄しました。実際、1970 年代の終わりまでに、MW、サーブ、ポルシェなどの企業は、多くの世界の自動車レースで優勝し、モータースポーツにおけるタービンの価値を証明しました。今日、タービンは普通の車に搭載されており、近い将来には普通の車に送られます大気エンジン引退する。

1964年：ロータリーエンジン

従来の内燃エンジンの型を真に打ち破ることができた唯一のエンジンは、エンジニアのフェリックス・ヴァンケルのロータリー・ワンダー・エンジンでした。その内燃エンジンの形状は、私たちが慣れ親しんだエンジンとは何の関係もありませんでした。楕円の中の三角形で、悪魔のような力で回転します。設計上、ロータリーエンジンは、従来型エンジン内燃ピストンとバルブ。

最初のロータリーエンジンシリアルカー使い始めたマツダ株式会社そして今は亡きドイツの自動車メーカーNSU。

ヴァンケルロータリーエンジンを搭載した最初の量産車は、1964 年に生産を開始した NSU スパイダーでした。

その後、マツダはロータリーエンジンを搭載した車の生産を開始しました。しかし、2012年に彼女は使用をやめましたロータリーエンジン. ロータリーエンジンを搭載した最後のモデルは.

しかし最近、2015年の東京モーターショーで、マツダはロータリーエンジンを使用したRX-Vision-2016コンセプトカーを発表しました。その結果、日本人が今後数年間でロータリーカーを復活させることを計画しているという噂が世界に現れ始めました。現時点では、広島のどこかにマツダのエンジニアの専門グループが座っていると想定されています密室でそして新しい世代を作るロータリーモーター、これは将来のすべての新しいメインエンジンになるはずですマツダ車、企業ルネッサンスの新時代を迎えます。

1981年：エンジン気筒休止技術

考え方は単純です。エンジンのシリンダーが少ないほど、少なくなります。当然、V8 エンジンは 4 気筒エンジンよりもはるかに貪欲です。また、車を運転する場合、ほとんどの場合、都市で車を使用することが知られています。車に 8 気筒または 6 気筒エンジンが搭載されている場合、市内を走行する場合、原則としてエンジン内のすべてのシリンダーは必要ありません。しかし、動力源としてすべてのシリンダーを使用する必要がない場合、どうすれば 8 シリンダーエンジンを 4 シリンダーに変えることができるでしょうか? キャデラックは 1981 年にこの質問に答えることに決め、8-6-4 気筒休止システムを備えたエンジンを導入しました。このモーターは電磁作動ソレノイドを使用して、エンジンの 2 つまたは 4 つのシリンダーのバルブを閉じました。

この技術は、たとえば、エンジンの効率を高めることになっていました。しかし、その後のシリンダー停止システムを備えたこのエンジンの信頼性の低さと不器用さは、20年間このシステムをエンジンに使用することを恐れていたすべての自動車メーカーを怖がらせました。

しかし今、このシステムは再び自動車の世界を征服し始めています. 今日、いくつかの自動車メーカーは、すでにこのシステムを自社の生産車両に使用しています。さらに、このテクノロジーは非常に優れていることが証明されています。最も興味深いのは、このシステムが発展し続けていることです。たとえば、この技術はまもなく 4 気筒エンジンや 3 気筒エンジンにも採用される可能性があります。これは素晴らしい！

2012 高圧縮エンジン - ガソリン圧縮点火

科学は静止していません。もし科学が発達していなかったら、今日でも私たちは中世に住んでいて、魔術師や占い師、そして地球は平らだと信じていたでしょう（今日でもそのようなナンセンスを信じている人はまだたくさんいますが）.

自動車産業の科学は止まらない。そのため、2012 年に別の画期的な技術が世界に登場しました。これはおそらく、まもなく全世界をひっくり返すでしょう。

これらはエンジンです高度な圧縮。

内燃エンジン内の空気と燃料の圧縮が少なければ少ないほど、その瞬間に得られるエネルギーが少なくなることがわかっています。混合燃料発火（爆発）します。したがって、自動車メーカーは常にかなり大きな圧縮比を持つエンジンを作ろうとしてきました。

しかし、問題があります。圧縮率が高いほど、より多くのリスク燃料混合気の自己着火。

したがって、原則として、内燃機関の圧縮度には一定の制限があり、自動車産業の歴史を通じて変化していません。はい、各エンジンには独自の圧縮比があります。でも彼女は変わらない。

1970 年代には無鉛ガソリンが世界中に流通しましたが、これを燃やすと大量のスモッグが発生します。ひどい環境への優しさにどうにか対処するために、自動車メーカーは低圧縮比の V8 エンジンを使用し始めました。これにより、燃料の自己着火のリスクが軽減されました。低品質エンジンの信頼性を向上させるだけでなく、事実、燃料が自然発火すると、エンジンは取り返しのつかない損傷を受ける可能性があります。

内燃エンジン

(MiASの学部)

序章。内燃エンジン

建設における内燃機関の役割と応用

内燃機関 (ICE) は、燃料の燃焼、熱の放出、およびその機械的仕事への変換のプロセスがエンジンシリンダー内で直接発生する往復熱機関です。

図 1。一般形ディーゼル内燃機関

内燃エンジン、特にディーゼルエンジンは、さまざまな建設や建設の動力機器として最も幅広い用途を見出してきました。ロードカー外部エネルギー源からの独立を必要とします。これらは、まず第一に、輸送（一般および特別な目的, トラックトラクター、トラクター)、ハンドリングマシン (フォークおよびバケットローダー、バケットローダー)、ブーム移動式クレーン、機械土工等建設機械や道路機械では、2〜900 kWの出力を持つエンジンが使用されています。

それらの操作の特徴は、これらのマシンが公称に近いモードで長時間操作されることです。

外部負荷の公称および継続的な変化、空気中の粉塵含有量の増加、大幅に異なる気候条件多くの場合、ガレージ保管はありません。

図 2。寸法さまざまなタイプのエンジン：a - オートバイ。

b - 乗用車; Ⅴ - トラック中負荷容量; g - ディーゼル機関車; e - マリンディーゼル; e - 航空ターボジェットエンジン。

ICE開発の簡単な歴史

最初の内燃機関 (ICE) は、1860 年にフランスのエンジニア、レノアによって発明されました。このようなエンジンの出力は約 8 馬力で、効率は約 5% でした。このレノアエンジンは非常にかさばるため、それ以上の用途はありませんでした。

7 年後、ドイツの技術者 N. オットー (1867 年) は、圧縮着火式の 4 ストロークエンジンを開発しました。このエンジンの出力は 2 馬力、速度は 150 rpm でした。 10馬力のエンジン 17％の効率があり、4600 kgの質量が広く使用されていました。合計で 6,000 台以上のエンジンが製造され、1880 年にはエンジン出力が 100 馬力に引き上げられました。

19世紀の終わりにドイツの技術者であるディーゼルはエンジンを開発し、特許を取得しました。このエンジンは後に、作者の名前でディーゼルエンジンとして知られるようになりました。ディーゼルエンジンの燃料は、コンプレッサーからの圧縮空気によってシリンダーに供給され、圧縮によって点火されました。このようなエンジンの効率は約 30% でした。

興味深いことに、ディーゼルの数年前に、ロシアの技術者トリンクラーが、原油を燃料とする複合サイクルエンジンを開発しました。これは、現在のすべてのディーゼルエンジンで動作しますが、特許を取得しておらず、現在トリンクラーの名前を知っている人はほとんどいません。

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✪ ダミーのための最新のテクノロジー。講義 8. 内燃機関

字幕

フィリップ・ルボン

ニコラウス・オットー

新しい燃料の探索

したがって、内燃機関用の新しい燃料の検索は止まりませんでした。一部の発明者は、液体燃料蒸気をガスとして使用しようと試みました。 1872 年に、アメリカのブライトンは、この容量で灯油を使用しようとしました。しかし、灯油はうまく蒸発せず、ブライトンはより軽い石油製品であるガソリンに切り替えました。しかし、液体燃料エンジンがガスエンジンとうまく競争するためには、特殊装置ガソリンを蒸発させ、ガソリンと空気との可燃性混合物を得る。

ブライトンは同じ 1872 年に、最初のいわゆる「蒸発」気化器の 1 つを思いつきましたが、満足のいく結果は得られませんでした。

ガスエンジン

実用的なガソリンエンジンは10年後まで登場しませんでした。おそらく、Kostovich O.S. が最初の発明者と言えるでしょう。誰が実用的なプロトタイプを提供したかガソリンエンジン 1880年。しかし、彼の発見はまだ不十分なままです。ヨーロッパでは、ドイツのエンジニアであるゴットリープ・ダイムラーがガソリンエンジンの開発に最大の貢献をしました。彼は長年オットー社で働き、その取締役会のメンバーでした。 1980 年代初頭、彼は上司に輸送用の小型ガソリンエンジンのプロジェクトを提案しました。オットーはダイムラーの提案に冷たく反応した。その後、ダイムラーは友人のヴィルヘルムマイバッハと共に大胆な決断を下しました。

ダイムラーとマイバッハが直面した問題は簡単なものではありませんでした。彼らは、ガス発生器を必要とせず、非常に軽量でコンパクトでありながら、同時に乗組員を動かすのに十分強力なエンジンを作成することを決定しました。ダイムラーは、シャフト速度を上げることで出力を上げることを期待していましたが、そのためには混合気の必要な点火頻度を確保する必要がありました。 1883 年、最初の白熱ガソリンエンジンが作成され、空気中で細かくスプレーすることで点火されました。これにより、シリンダー全体に均一に分布することが保証され、蒸発自体は圧縮熱の作用下でシリンダー内ですでに発生していました。微粒化を確実にするために、計量ジェットを通る空気流によってガソリンが吸い込まれ、キャブレター内のガソリンのレベルを一定に保つことによって、混合気の一定性が達成されました。ジェットは、空気の流れに対して垂直に配置された、チューブ内の1つまたは複数の穴の形で作成されました。圧力を維持するために、フロート付きの小さなタンクが提供され、所定の高さでレベルを維持し、吸入されるガソリンの量が流入する空気の量に比例するようにしました。

初期の内燃機関は単気筒で、エンジン出力を上げるために通常気筒の容積を増やしていました。その後、シリンダーの数を増やすことでこれを達成し始めました。

19世紀末には2気筒エンジンが登場し、世紀に入ると4気筒エンジンが普及し始めました。