Він отримав патент на використання та спосіб отримання світильного газу шляхом сухої перегонки деревини або вугілля. Це відкриття мало велике значення, насамперед у розвиток техніки освітлення. Незабаром у Франції, а потім і в інших країнах Європи газові лампи стали успішно конкурувати з дорогими свічками. Проте світильний газ годився як для освітлення.
Патент на конструкцію газового двигуна
Ленуар не відразу досяг успіху. Після того, як вдалося виготовити всі деталі і зібрати машину, вона пропрацювала зовсім небагато і зупинилася, тому що через нагрівання поршень розширився і заклинив у циліндрі. Ленуар удосконалив свій двигун, продумавши систему водяного охолодження. Однак друга спроба запуску також закінчилася невдачею через поганий перебіг поршня. Ленуар доповнив свою конструкцію системою мастила. Тільки тоді двигун почав працювати.
Серпень Отто
Пошуки нового пального
Тому не припинялися пошуки нового пального для двигуна. внутрішнього згоряння. Деякі винахідники намагалися застосувати як газ пари рідкого палива. Ще в 1872 році американець Брайтон намагався використовувати в цій якості гас. Однак гас погано випаровувався, і Брайтон перейшов до легшого нафтопродукту - бензину. Але для того, щоб двигун на рідкому паливі міг успішно конкурувати із газовим, необхідно було створити спеціальний пристрійдля випаровування бензину та отримання горючої сумішійого з повітрям.
Брайтон того ж 1872 року вигадав один із перших так званих «випарних» карбюраторів, але він діяв незадовільно.
Бензиновий двигун
Працездатний бензі новий двигунз'явився лише десятьма роками пізніше. Винахідником його був німецький інженер Готліб Даймлер. Багато років він працював у фірмі Отто і був членом її правління. На початку 80-х він запропонував своєму шефу проект компактного бензинового двигуна, який можна було б використовувати на транспорті. Отто поставився до пропозиції Даймлер холодно. Тоді Даймлер разом зі своїм другом Вільгельмом Майбахом прийняв сміливе рішення – у 1882 році вони пішли з фірми Отто, придбали невелику майстерню поблизу Штутгарта та почали працювати над своїм проектом.
Проблема, що стояла перед Даймлером і Майбахом була нелегкою: вони вирішили створити двигун, який не вимагав би газогенератора, був би дуже легким і компактним, але при цьому досить потужним, щоб рухати екіпаж. Збільшення потужності Даймлер розраховував отримати рахунок збільшення частоти обертання валу, але цього необхідно було забезпечити необхідну частоту займання суміші. У 1883 році було створено перший бензиновий двигуніз запаленням від розпеченої порожнистої трубочки, відкритої в циліндр.
Перша модель бензинового двигуна призначалася для промислової стаціонарної установки.
Процес випаровування рідкого палива в перших бензинових двигунах залишав бажати кращого. Тому справжню революцію в двигунобудуванні зробив винахід карбюратора. Творцем його вважається угорський інженер Донат Банки. У 1893 році він узяв патент на карбюратор з жиклером, який був прообразом усіх сучасних карбюраторів. На відміну від своїх попередників Банки пропонував не випаровувати бензин, а дрібно розпорошувати його у повітрі. Це забезпечувало його рівномірний розподіл циліндром, а саме випаровування відбувалося вже в циліндрі під дією тепла стиснення. Для забезпечення розпилення всмоктування бензину відбувалося потоком повітря через дозуючий жиклёр, а сталість складу суміші досягалося рахунок підтримки постійного рівнябензину в карбюраторі. Жиклер виконувався у вигляді одного або декількох отворів у трубці, що розташовувалась перпендикулярно потоку повітря. Для підтримки напору був передбачений маленький бачок з поплавком, який підтримував рівень на заданій висоті, так що кількість бензину, що всмоктується, було пропорційно кількості повітря, що надходить.
Перші двигуни внутрішнього згоряння були одноциліндровими, і, щоб збільшити потужність двигуна, зазвичай збільшували об'єм циліндра. Після цього стали домагатися збільшенням числа циліндрів.
Наприкінці ХІХ століття з'явилися двоциліндрові двигуни, і з початку століття почали поширюватися чотирициліндрові.
Див. також
Посилання
Wikimedia Foundation. 2010 .
Дивитись що таке "Історія створення двигунів внутрішнього згоряння" в інших словниках:
Схема: Двотактний двигун внутрішнього згоряння з глушником … Вікіпедія
Дельтоподібний двигун у Національному залізничному музеї, Йорк, Великобританія
Історія автомобіля почалася ще в 1768 році разом зі створенням паросилових машин, здатних перевозити людей.
Перевірити інформацію. Необхідно перевірити точність фактів та достовірність відомостей, викладених у цій статті. На сторінці обговорення мають бути пояснення … Вікіпедія
Зміст 1 Винахід мотоцикла 2 Мотоцикл у XX столітті та на початку XXI століття … Вікіпедія
Запуск космічного корабляАполлон 11 з Космічного центру Кеннеді на Місяць в 1969 р. Технологічна та індустріальна історія США описує формування найпотужнішої і технічної … Вікіпедія
Головний пристрій будь-якого транспортного засобу, у тому числі наземного, є силова установка - двигун, що перетворює різні різновиди енергії в механічну роботу.
В ході історичного розвитку транспортних двигунівмеханічна робота руху здійснювалася за рахунок застосування:
1) м'язової сили людини та тварин;
2) сили вітру та потоків води;
3) теплової енергії пари та різних видівгазоподібного, рідкого та твердого палива;
4) електричної та хімічної енергії;
5) сонячної та ядерної енергії.
Записи про спроби збудувати самохідні засобипередбачення були вже в XV - XVI ст. Щоправда, силовими установками цих «коштів» була м'язова сила людини. Однією з перших досить добре відомою самохідною установкою з «м'язовим двигуном» є коляска з ручним приводом безногого годинникаря з Нюрнберга Стефана Фарфлера, яку він спорудив у 1655 р.
Найбільшу популярність у Росії здобула «самобігла коляска», побудована в Петербурзі селянином Л. Л. Шамшуренковим у 1752 р.
Ця коляска, цілком містка для перевезення кількох людей, наводилася в рух м'язової силою двох людей. Перший педальний металевий велосипед, близький за конструкцією до сучасних, був виготовлений селянським кріпаком Верхотрусського повіту Пермської губернії Артамоновим на рубежі XVIII і XIX ст.
Найдавнішими силовими установками, щоправда, не транспортними, є гідравлічні двигуни- Водяні колеса, що наводяться в рух потоком (вагою) падаючої води, а також вітряні двигуни. Сила вітрів з давніх-давен використовувалася для руху вітрильних суден, а значно пізніше і роторних. Використання вітру в роторних суднах здійснювалося за допомогою вертикальних обертових колон, що замінили вітрила.
Поява XVII в. водяних двигунів, а пізніше і парових зіграло важливу рольу зародженні та розвитку мануфактурного виробництва, а потім і промислової революції. .Однак великі надії винахідників самохідних екіпажівпо застосуванню перших парових двигунівдля транспортних засобів не виправдалися. Перший паровий самохід вантажопідйомністю 2,5 т, побудований в 1769 р. французьким інженером Жозефом Каньо, вийшов дуже громіздким, тихохідним і вимагає обов'язкових зупинок через кожні 15 хвилин руху.
Лише наприкінці ХІХ ст. у Франції були створені дуже вдалі зразки самохідних екіпажів з паровими двигунами. Починаючи з 1873 р. французький конструктор Адемі Боле побудував кілька вдалих парових двигунів. 1882 р. з'явилися парові автомобіліДіон-Бутона,
а 1887 — автомобілі Леона Серполе, якого називали «апостолом пари». Створений Серполе котел з плоскими трубками представляв дуже досконалий парогенератор з майже миттєвим випаром води.
Парові автомобілі Серполі конкурували з бензиновими автомобілямина багатьох гонках і швидкісних змаганнях аж до 1907 р. Разом з тим удосконалення парових двигунів як транспортні двигуни продовжується і сьогодні в напрямку зниження їх масогабаритних показників і підвищення коефіцієнта корисної дії.
Вдосконалення парових машинта розвиток двигунів внутрішнього згоряння у другій половині XIX ст. супроводжувалося спробами ряду винахідників використовувати електричну енергію для транспортних двигунів. Напередодні третього тисячоліття Росія відзначила сторіччя з дня використання міського наземного електричного транспорту- Трамвая. Дещо більше ста років тому, в 80-ті роки XIX ст., з'явилися і перші електричні автомобілі. Їхня поява пов'язана зі створенням у 1860-ті роки свинцевих акумуляторів. Однак занадто велика питома маса і недостатня ємність не дозволили електромобілям взяти участь у конкуренції з паровими машинами та газобензиновими двигунами. Електромобілі з легшими та енергоємнішими срібно-цинковими акумуляторами також не знайшли широкого застосування. У Росії талановитий конструктор І. У. Романов створив кінці XIX в. кілька типів електромобілів із досить легкими акумуляторами.
Електромобілі мають досить високі переваги. Насамперед вони екологічно чисті, тому що взагалі не мають вихлопних газів, мають дуже хорошу тягову характеристику і великі прискорення за рахунок зростаючого крутного моменту при зниженні числа оборотів; використовують дешеву електроенергію, прості в управлінь, надійні в експлуатації» і т. д. Сьогодні електромобілі і тролейбуси мають серйозні перспективи їх розвитку та застосування на міському та приміському транспортіу зв'язку з необхідністю докорінного вирішення проблем щодо зниження забруднення навколишнього середовища.
Спроби створення поршневих двигуніввнутрішнього згоряння робилися ще наприкінці XVIII ст. Так, у 1799 р. англієць Д. Барбер запропонував двигун, який працював на суміші повітря з газом, отриманим шляхом перегонки деревини. Інший винахідник газового двигуна Етьєн Ленуар використовував як паливо світильний газ.
Ще в 1801 р. француз Філіп де Бонне запропонував проект газового двигуна, в якому повітря і газ стискалися самостійними насосами, подавалися в змішувальну камеру і звідти в циліндр двигуна, де суміш загорялася від електричної іскри. Поява цього проекту вважається датою народження ідеї електричного займання паливовоздушної суміші.
Перший стаціонарний двигун нового типу, що працює за чотиритактним циклом з попереднім стиском суміші, був спроектований і побудований в 1862 р. кельнським механіком Н. Отто.
Практично всі сучасні бензинові та газові двигуни до теперішнього часу працюють за циклом Отто (цикл із підведенням теплоти при постійному обсязі).
Практичне застосування двигунів внутрішнього згоряння транспортних екіпажівпочалося в 70 - 80 р.р. ХІХ ст. на основі використання в якості палива газових та бензоповітряних сумішей та попереднього стиску в циліндрах. Офіційно винахідниками транспортних двигунів, що працюють на рідких фракціях перегонки нафти, визнані три німецькі конструктори: Готліб Даймлер, який побудував за патентом від 29 серпня 1885 р. мотоцикл з бензиновим двигуном;
Карл Бенц, що збудував за патентом від 25 березня 1886 р. триколісний екіпаж з бензиновим двигуном;
Рудольф Дизель, який отримав у 1892 р. патент на двигун із самозайманням суміші повітря з рідким паливом за рахунок теплоти, що виділяється при стисканні.
Тут слід зазначити, що перші двигуни внутрішньої згоряння, що працюють на легких фракціях перегонки нафти, були створені в Росії. Так, в 1879 р. російським моряком І. С. Костовичем був спроектований і в 1885 р. успішно пройшов випробування 8-ціліндровий бензиновий двигун малої маси і великої потужності. Цей двигун призначався для повітроплавних апаратів.
У 1899 р. у Петербурзі створено перший світі економічний і працездатний двигун із займанням від стиску. Протекание робочого циклу у цьому двигуні відрізнялося від двигуна, запропонованого німецьким інженером Р. Дизелем, який передбачав здійснити цикл Карно зі згорянням по ізотермі. У Росії протягом короткого часу була вдосконалена конструкція нового двигуна - безкомпресорного дизеля, і вже в 1901 р. в Росії були побудовані безкомпресорні дизелі конструкції Г. В. Трінклера, а конструкції Я. В. Мамина - в 1910 р.
Російський конструктор Є. А. Яковлєв спроектував і побудував моторний екіпаж з гасовим двигуном.
Успішно працювали над створенням екіпажів та двигунів російські винахідники та конст-руктори: Ф. А. Блінов, Хайданов, Гур'єв, Махчанський та багато хтоІнші.
Основними критеріями при конструюванні та виробництві двигунів аж до 70-х років XX ст. залишалося прагнення до підвищення літрової потужності, а отже, і до отримання найбільш компактного двигуна. Після нафтової кризи 70 - 80 гг. основною вимогою стало отримання максимальної економічності. Останні 10 - 15 років XX ст. Головними критеріями для будь-якого двигуна стали постійно зростаючі вимоги і норми з екологічної чистоти двигунів і насамперед по корінному зниженню токсичності газів, що відпрацювали при забезпеченні хорошої економічності і високої потужності.
Карбюраторні двигуни, які довгі роки не мали конкурентів за компактністю та літровою потужністю, не відповідають сьогодні екологічним вимогам. Навіть карбюратори з електронним управлінням не можуть забезпечити виконання сучасних вимог щодо токсичності відпрацьованих газів на більшості робочих режимів двигуна. Ці вимоги та жорсткі умови конкуренції на світовому ринку досить швидко змінили типаж силових установок для транспортних засобів та насамперед для легкового транспорту. Сьогодні різні системиупорскування палива з різними системами управління, включаючи електронні, практично повністю витіснили використання карбюраторів на двигунах легкових автомобілів.
Корінна перебудова двигунобудування найбільшими автомобільними компаніями світу в останнє десятиліття XX ст. збіглася з третім періодом гальмування російського двигунобудування. Через кризових явищ в економіці країни вітчизняна промисловість не змогла забезпечити своєчасний переведення двигуна-телебудування на випуск нових типів двигунів. Разом з тим Росія має гарний науково-дослідний заділ по створенню перспективних двигунівта кваліфіковані кадри спеціалістів, здатних досить швидко реалізувати наявний науковий та конструкторський заділ у виробництві. За останні 8 - 10 років розроблені і виготовлені принципово нові досвідчені зразки двигунів з регульованим робочим об'ємом, а також з регульованим ступенем стиснення. У 1995 р. розроблено та впроваджено на Заволзькому моторний заводта на Нижньо-Новгородському авто-заводі мікропроцесорна системауправлінням паливоподачею та запалюванням, що забезпечує виконання екологічних нормЄВРО-1. Розроблено та виготовлено зразки двигунів з мікро-процесорною системою управління паливоподачею та нейтралізаторами, що задовольняють екологічні вимогиЄВРО-2. У цей період вченими та фахівцями НАМІ розроблено та створено: перспективний турбокомпаундний дизель, серія дизель-них та бензинових екологічно чистих двигунівтрадиційного компонування, двигуни, що працюють на водневому паливі, плаваючі транспортні засоби високої прохідностііз щадним впливом на грунт тощо.
Сучасні наземні видитранспорту зобов'язані своїм розвитком головним чином застосуванню як силових установок поршневих двигунів внутрішнього згоряння. Саме поршневі ДВС до теперішнього часу є основним видом силових установок, переважно використовуваних на автомобілях, тракторах, сільськогосподарських, дорожньо-транспортних та будівельних машинах. Ця тенденція зберігається сьогодні і ще зберігатиметься в найближчій перспективі. Основні конкуренти по-ршневих двигунів - газотурбінні та електричні, сонячні та реактивні силові установки— поки що не вийшли з етапу створення експериментальних зразків і невеликих досвідчених партій, хоча роботи з їх доведення та вдосконалення як автотракторні двигуни продовжуються в багатьох компаніях і фірмах усього світу.
Розробка першого двигуна внутрішнього згоряння тривала майже два століття, доки автомобілісти зможуть дізнатися прототипи. сучасних моторів. Все починалося з газу, а не бензину. До числа людей, які доклали свою руку до історії створення, є Отто, Бенц, Майбах, Форд та інші. Але останні наукові відкриття перевернули весь автосвіт, оскільки батьком першого прототипу вважалася зовсім не та людина.
Леонардо і тут руку приклав
До 2016 засновником першого двигуна внутрішнього згоряння вважався Франсуа Ісаак де Ріваз. Але історична знахідка, зроблена англійськими вченими, перевернула весь світ. Під час розкопок поблизу одного з французьких монастирів було знайдено креслення, які належали Леонардо да Вінчі. Серед них було креслення двигуна внутрішнього згоряння.
Звичайно, якщо дивитися на перші двигуни, які створювали Отто та Даймлер, то можна знайти конструктивні подібності, а ось із сучасними силовими агрегатами їх вже немає.
Легендарний да Вінчі випередив свій час майже на 500 років, але оскільки був скутий технологіями свого часу, а також фінансовими можливостями, так і не зміг сконструювати двигун.
Детально дослідивши креслення, сучасні історики, інженери та автоконструктори зі світовим ім'ям, дійшли висновку, що даний силовий агрегатміг працювати і досить продуктивно. Так, компанія Ford зайнялася розробкою прототипу двигуна внутрішнього згоряння, грунтуючись на кресленнях да Вінчі. Проте експеримент вдався лише наполовину. Двигун завести не вдалося.
Але деякі сучасні доробки дозволили все-таки дати життя силовому агрегату. Він так і залишився експериментальним прототипом, але дещо компанія Ford все-таки почерпнула для себе – це розмір камер згоряння для легкових автомобілів В-класу, який складає 83,7 мм. Як виявилося – це ідеальний розмірдля згоряння повітряно-паливної сумішідля такого класу двигунів.
Інженерія та теорія
Згідно історичним фактам, у XVII столітті голландський вчений та фізик Крістіан Хагенс розробив перший теоретичний двигун внутрішнього згоряння на пороховій основі. Але, як і Леонардо, був скований технологіями свого часу і втілити свою мрію в реальність так і не зміг.
Франція. 19 століття. Починається епоха масових механізацій та індустріалізацій. У цей час якраз і можна створити щось неймовірне. Першим, хто зумів зібрати двигун внутрішнього згоряння, був француз Нісефор Ньєпс, який він назвав - Піреолофор. Він працював з братом Клодом, і вони разом до створення ДВСпрезентували кілька механізмів, які не знайшли своїх замовників.
1806 року в національній французькій академії пройшла презентація першого мотора. Він працював на вугільному пилу і мав низку конструктивних недоробок. Незважаючи на всі недоліки, двигун отримав позитивні відгукита рекомендації. Внаслідок цього брати Ньєпсе отримали фінансову допомогу та інвестора.
Перший двигун продовжував розвиватись. Більш досконалий прототип було встановлено на човни та невеликі кораблі. Але, Клоду і Нісефору цього було мало, вони хотіли здивувати весь світ, тому вивчали різні точні науки, щоб удосконалювати свій силовий агрегат.
Так, їхні старання увінчалися успіхами, і в 1815 Нісефор знаходить праці хіміка Лавуазьє, який пише, що «летючі масла», які є частиною нафтопродуктів, при взаємодії з повітрям можуть вибухати.
1817 рік. Клод їде до Англії, щоб одержати нового патенту на двигун, оскільки у Франції термін дії добігав кінця. На цьому етапі брати розлучаються. Клод починає працювати над двигуном самостійно, не повідомивши про це брата, і вимагає з нього грошей.
Розробки Клода знайшли підтвердження лише у теорії. Винайдений двигун не знайшов широкого виробництва, тому став частиною інженерної історії Франції, а Ньєпса увічнили пам'ятником.
Син відомого фізика та винахідник Саді Карно видав трактат, який зробив його легендою автомобілебудівної індустрії та робить його знаменитим на весь світ. Робота налічувала 200 екземплярів і називалася «Роздуми про рушійну силу вогню та про машини, здатні розвивати цю силу» видана в 1824 році. Саме з цього моменту розпочинається історія термодинаміки.
1858 рік. Бельгійський учений та інженер Жан Жосефа Етьєн Ленуара збирає двотактний двигун. Відмінними елементами було те, що він мав карбюратор та першу систему запалювання. Паливом служив кам'яновугільний газ. Але перший прототип працював лише кілька секунд, а потім назавжди вийшов з ладу.
Сталося це тому, що мотор не мав систем мастила та охолодження. При цій невдачі Ленуар не здався і продовжив роботу над прототипом і вже в 1863 мотор, встановлений на 3-х колісний прототип автомобіля, проїхав історичні перші 50 миль.
Всі ці розробки започаткували епоху автомобілебудування. Перші двигуни внутрішнього згоряння продовжували розроблятися, та його творці увічнили свої імена історія. Серед таких були – австрійський інженер Зігфрід Маркус, Джордж Брайтон та інші.
Кермо приймають легендарні німці
1876 року естафету починають приймати німецькі розробники, чиї імена в наші дні гримлять голосно. Першим, кого слід зазначити, став Ніколас Отто та його легендарний цикл Отто. Він перший розробив та сконструював прототип двигун на 4-х циліндрах. Після цього вже в 1877 він патентує новий двигун, який лежить в основі більшості сучасних моторів і літаків початку 20 століття.
Ще одне ім'я в історії автомобілебудування, яке багато хто знає і сьогодні - Готліб Даймлер. Він зі своїм другом і братом з інженерії Вільгельм Майбах розробили мотор на газовій основі.
1886 став переломним, оскільки саме Даймлер і Майбах створили перший автомобіль з двигуном внутрішнього згоряння. Силовий агрегат отримав назву "Reitwagen". Цей двигун раніше встановлювався на двоколісні транспортні засоби. Майбах розробив перший карбюратор із жиклерами, який також експлуатувався досить довго.
Для створення працездатного двигуна внутрішнього згоряння великим інженерам довелося поєднати свої сили та уми. Так, група вчених, до якої увійшли Даймлер, Майбах і Отто, почали збирати мотори по дві штуки на день, що на той момент було. великою швидкістю. Але, як і завжди буває, позиції вчених у вдосконаленні силових агрегатів розійшлися і Даймлер йде з команди, щоби заснувати свою компанію. Внаслідок цих подій Майбах слідує своєму другові.
1889 Даймлер засновує першу автомобілебудівну фірму «Daimler Motoren Gesellschaft». У 1901 році Майбах збирає перший Мерседес, який започаткував легендарний німецький бренд.
Ще одним не менш легендарним німецьким винахідником стає Карл Бенц. Його перший прототип двигуна світ побачив у 1886 році. Але, до моменту створення першого свого двигуна, він встиг заснувати фірму Benz & Company. Подальша історіяпросто приголомшлива. Вражений розробками Даймлера та Майбаха, Бенц вирішив злити всі компанії докупи.
Так, спочатку Benz & Company зливається з Daimler Motoren Gesellschaft, і ставати Daimler-Benz». Згодом з'єднання торкнулося Майбаха і компанія стала називатися «Mersedes-Benz».
Ще одна знаменна подія в автомобілебудуванні відбулася у 1889 році, коли Даймлер запропонував розробку V-подібного силового агрегату. Його ідею підхопив Майбах і Бенц, і вже 1902 року V-подібні двигунипочали випускатись на літаки, а пізніше на автомобілі.
Батько засновник автоіндустрії
Але, як не крути, найбільший внесок у розвиток автомобілебудування та авторухових розробок зробив американський конструктор, інженер і просто легенда - Генрі Форд. Його гасло: «Автомобіль для всіх» знайшло визнання у простих людей, що й привабило їх. Заснувавши в 1903 році компанію «Форд», він не тільки взявся за розробку нового покоління двигунів для свого автомобіля Ford A, але й дав нові робочі місця простим інженерам та людям.
В 1903 проти Форда виступив Селден, який стверджував, що перший використовує його розробку двигуна. Судовий процес тривав цілих 8 років, але при цьому жоден із учасників так і не зміг виграти процес, оскільки суд вирішив, що права Селдена не порушені, а Форд використовує свій тип і конструкцію мотора.
У 1917 році, коли США вступила до першої світову війну, компанія Форд починає розробку першого важкого двигунадля вантажних автомобілів з підвищеною потужністю. Так, до кінця 1917 року Генрі представляє перших бензиновий 4-х тактний 8-циліндровий силовий агрегат Форд М, який почала встановлюватися на вантажні автомобілі, а згодом і під час 2-ї світової на деякі вантажні літаки.
Коли інші автомобілебудівники переживали не самі найкращі часи, то компанія Генрі Форда процвітала і мала можливість розробляти нові варіанти двигунів, які знайшли застосування серед широкого автомобільного рядуавтомобілів Форд.
Висновок
По суті, перший двигун внутрішнього згоряння винайшов Леонардо да Вінчі, але це було лише теоретично, оскільки він був скований технологіями свого часу. А ось перший прототип поставив на ноги голландець Крістіан Хаґенс. Потім були розробки французьких братів Ньєпс.
Але все ж таки масової популярності та розробки двигуни внутрішнього згоряння отримали з розробками таких великих німецьких інженерів, як Отто, Даймлер і Майбах. Окремо варто відзначити заслуги у розробках моторів батька-засновника автоіндустрії - Генрі Форда.
Перший по-справжньому працездатний Двигун Внутрішнього Згоряння (ДВС) з'явився в Німеччині в 1878 році. Але історія створення ДВС сягає своїм корінням до Франції. У 1860 році французький винахідник Етвен Ленуарвинайшов перший двигун внутрішнього згоряння. Але цей агрегат був недосконалий, з низьким ККД і не міг бути застосований на практиці. На допомогу прийшов інший французький винахідник Бо де Роша, який у 1862 році запропонував використовувати в цьому двигуні чотиритактний цикл:
1. всмоктування
2. стиск
3. горіння та розширення
4. вихлоп
Саме ця схема і була використана німецьким винахідником Ніколаусом Отто, який збудував у 1878 р. перший чотиритактний двигун внутрішнього згоряння,ККД якого досягав 22%, що значно перевищувало значення, отримані під час використання двигунів всіх попередніх типів.
Першим автомобілем із чотиритактним ДВС був триколісний екіпаж Карла Бенца, побудований у 1885 році. Роком пізніше (1886 р) з'явився варіант
Хоч як намагалися інженери XVIII- XIX ст. підвищити ККД парового двигуна, він все одно залишався надто низьким. Двигун , що випускає пару в навколишнє середовище, у принципі було мати ККД більше 8-10 % (наприклад, в парової машини Уатта він становив лише 3-4 %). І хоча згодом були створені потужніші парові установки, що з успіхом застосовуються в промисловості, на залізничному та водному транспортіїх неможливо було використовувати для автомобілів .
Рекордсмени наших днів
Найпотужнішим сучасним двигуномвнутрішнього згоряння вважається Wartsila-Sulzer RTA96-C. Він має розміри 27 на 17 м та розвиває потужність близько 109 тис. л. с. Працює цей агрегат на мазуті та використовується в суднобудуванні. На звання найпотужнішого автомобільного двигуна претендує двигун, встановлений на американському суперкарі Vector WX-8. Його потужність 1200 л. с. (хоча у пресі зустрічається цифра 1850 к.с.).
Низький вихід потужності парових двигунів пояснюється ступінчастістю процесу: нагріта при згорянні палива вода перетворюється на пару, енергія якої перетворюється на механічну роботу. Тому парові машини відносять до двигунів. зовнішнього згоряння. А що станеться, якщо використати безпосередньо внутрішню енергію палива?
Першим, хто розпочав досліди з двигуном внутрішнього згоряння, був голландський фізик XVII ст. Християн Гюйгенс. Серед його численних відкриттів та винаходів так і не здійснений проект двигуна, що працює на димному пороху, зовсім загубився. У 1688 р. француз Дені Папен використовував ідеї Гюйгенса і сконструював пристрій як циліндра, у якому вільно переміщався поршень. Поршень був пов'язаний перекинутим через блок тросом з вантажем, який також піднімався і опускався за поршнем. У нижню частину циліндра насипали порох і підпалювали. Гази, що утворилися, розширюючись, штовхали поршень вгору. Після цього циліндр і поршень із зовнішнього боку обливали водою, гази в циліндрі охолоджувалися, і їхній тиск на поршень зменшувався. Поршень під дією власної вагита атмосферного тиску опускався, піднімаючи при цьому вантаж. На жаль, для практичних цілей подібний двигунне годився: надто складний був технологічний цикл його роботи, та й у використанні він був досить небезпечний.
В результаті Папен відмовився від своєї витівки і зайнявся паровими машинами, а наступну більш менш успішну спробу сконструювати двигун внутрішнього згоряння зробив через 18 років француз Жозе Нісефор Ньепс, який прославився як винахідник фотографії. Разом із братом Клодом Ньєпс винайшов човновий двигун, що використовує як паливо вугільний пил. Названий винахідниками «піреолофор» (у перекладі з грецької «несомий вогненним вітром») двигун був запатентований, проте впровадити його у виробництво не вдалося.
Через рік швейцарський винахідник Франсуа Ісаак де Ріваз отримав у Франції патент на екіпаж, який рухається двигуном внутрішнього згоряння. Двигун був циліндр, в якому підпалювався водень, одержуваний за допомогою електролізу. При вибуху та розширенні газу поршень переміщався вгору, а під час руху вниз приводив у дію ремінний шків. Війна де Ріваз був офіцером наполеонівської армії завадила закінчити роботу над винаходом, що надалі дало життя цілій родині водневих двигунів.
Декількома роками раніше французький інженер Філіп Лебон підійшов дуже близько до створення досить ефективного двигунавнутрішнього згоряння, що працює на світильному газі суміші горючих газів, головним чином метану та водню, що отримується при термічній переробці вугілля.
Невідомий митець. Портрет Дені Папена. 1689 р.
Американські автомобілі 1930-х років.
Ще в 1799 р. Лебон отримав патент на спосіб отримання світильного газу за допомогою сухої перегонки деревини, а через кілька років розробив проект двигуна, в якому були передбачені два компресори та камера змішування. Один компресор мав накачувати в камеру стиснене повітря, інший стиснутий світильник з газогенератора. Газоповітряна суміш надходила до робочого циліндра, де спалахувала. Двигун був подвійної дії, Т. е. робочі камери, що поперемінно діяли, знаходилися по обидва боки поршня. У 1804 р. винахідник помер, не встигнувши втілити свою ідею у життя.
У наступні роки від думки Лебона відштовхувалися багато винахідників, деякі навіть отримали на свої двигуни патенти, наприклад, англійці Браун і Райт, які використовували як паливо суміш повітря зі світильним газом. Двигуни ці були досить громіздкими та небезпечними в експлуатації. Фундамент для створення легкогоі компактного двигуна було закладено лише 1841 р. італійцем Луїджі Крісто-форісом, який побудував двигун, що працює на принципі «стиснення-займання». Такий двигун мав насос, що подав як паливо займисту рідину гас. Його співвітчизники Барзанті та Матточчі розвинули цю ідею і в 1854 р. представили перший справжній двигунвнутрішнього згоряння. Він працював на суміші повітря зі світильником і мав Водяне охолодження. З 1858 року його почала випускати малими партіями швейцарська компанія «Ешер-Віс».
Одночасно бельгійський інженер Жан Етьєн Ленуар, відштовхуючись від розробок Лебона, після кількох невдалих спроб створив свою модель двигуна. Дуже важливим нововведенням стала ідея займання паливоповітряної сумішіза допомогою електричної іскри. Ленуар також запропонував систему водяного охолодження та систему змащення для кращого ходупоршня. ККД цього двигуна не перевищував 5%, він неефективно витрачав паливо і дуже сильно нагрівався, але це був перший комерційно успішний проект двигуна внутрішнього згоряння для потреб промисловості. У 1863 р. його намагалися встановити автомобіль, але потужності 1,5 л. с. було недостатньо для пересування. Отримавши неабиякий дохід від випуску свого двигуна, Ленуар перестав працювати над його удосконаленням, і незабаром він був витіснений з ринку більш вдалими моделями.
Двигун внутрішнього згоряння Ж. Е. Ленуара.
У 1862 р. французький винахідник Альфонс Бо де Роша запатентував принципово новий пристрій перший у світі двигун внутрішнього згоряння, в якому робочий процес у кожному з циліндрів відбувався за два обороти колінчастого валу, Т. е. за чотири ходи (такту) поршня. Однак до комерційного виробництва чотиритактного двигуна так і не дійшло. На Паризькій всесвітній виставці 1867 р. представники заводу газових двигунів Deutz, заснованого інженером Ніколасом Отто та промисловцем Еженом Лан-геном, продемонстрували двигун, сконструйований з використанням принципу Барзанті Матточчі. Цей агрегат створював менше вібрацій, був легшим і тому незабаром витіснив двигун Ленуара.
Циліндр нового двигуна був вертикальним, обертовий вал містився над ним збоку. Уздовж осі поршня до нього кріпилася рейка, пов'язана з валом. Вал піднімав поршень, під ним утворювалося розрідження та відбувалося всмоктування суміші повітря та газу. Потім суміш спалахувала відкритим полум'ям через трубку (Отто і Ланген не були фахівцями в галузі електротехніки і відмовилися від електричного запалення). Під час вибуху тиск під поршнем зростав, поршень піднімався, обсяг газу збільшувався, і тиск падало. Поршень спочатку під тиском газу, а потім за інерцією піднімався доти, доки під ним знову не створювалося розрідження. Таким чином, енергія згорілого палива використовувалася в двигуні з максимальною повнотою, ККД цього двигуна досягав 15%, тобто перевершував ККД найкращих парових машин того часу.
Робочий цикл чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння.
А. Впуск робочої суміші. Поршень (4) переміщається вниз; через впускний клапан(1) в циліндр надходить горюча суміш. Б. Стиснення. Поршень (4) переміщається нагору; впускний (1) та випускний (3) клапани закриті; тиск у циліндрі та температура робочої суміші підвищуються. 6. Робочий хід (горіння та розширення). В результаті іскрового розряду свічки запалювання (2) відбувається швидке згоряння суміші у циліндрі; тиск газів при згорянні впливає на поршень (4); рух поршня передається через поршневий палець(5) та шатун (6) на колінчастий вал(7), змушуючи вал обертатися. Р. Випуск газів. Поршень (4) рухається нагору; випускний клапан(3) відкритий; гази, що відпрацювали, з циліндра надходять у випускний трубопровід і далі в атмосферу.
Отто на відміну Ленуара на досягнутому не зупинився і вперто розвивав успіх, продовжуючи працювати над своїм винаходом. У 1877 р. йому було видано патент на чотиритактний двигун з іскровим займанням. Цей чотиритактний цикл і зараз використовується в основі роботи більшості бензинових і газових двигунів. Вже через рік новинка була запущена у виробництво, проте вибухнув скандал. Виявилося, що Отто порушив авторські права Бо де Роша, і після судового розгляду монопольне право Отто на чотиритактний двигун було анульовано.
Використання як паливо світильного газу сильно звужувало область застосування перших двигунів внутрішнього згоряння. Газових заводів було трохи навіть у Європі, а в Росії і зовсім лише два у Москві та Петербурзі. Ще в 1872 р. американець Брайтон, як раніше Крістофоріс, намагався використовувати як паливо гас, але потім перейшов до легшого нафтопродукту бензину.
У 1883 р. з'явився бензиновий двигун із запаленням від відкритої в циліндр розпеченої порожнистої трубки, винайдений німецькими інженерами Готлібом Даймлером і Вільгельмом Майбахом, колишніми співробітниками фірми Отто. Однак двигун на рідкому паливі не міг конкурувати з газовим, поки не було створено пристрій для випаровування бензину та отримання паливної суміші з повітрям. Карбюратор із жиклером, прообраз усіх сучасних карбюраторів, був винайдений угорським інженером Донатом Банки, який у 1893 р. отримав на свій пристрій патент. Банки запропонував, замість випаровувати бензин, дрібно розпорошувати його в повітрі. Цим забезпечувалося рівномірне розподілення бензину по циліндру, а випаровування відбувалося під дією тепла стиснення вже в циліндрі.
Спочатку двигуни внутрішнього згоряння мали лише один циліндр, і збільшення потужності двигуна доводилося збільшувати його обсяг. Однак це не могло продовжуватися нескінченно, і в результаті довелося вдатися до збільшення числа циліндрів. Наприкінці ХІХ ст. з'явилися перші двоциліндрові двигуни, з початку XX століття стали поширюватися чотирициліндрові, а зараз нікого не здивуєш і дванадцятициліндровим. Удосконалення двигунів йде в основному у бік посилення потужності, проте принципова схемазалишається незмінною.
Двоциліндровий двигун Г. Даймлера, вид у двох проекціях.
Коли Рудольф Дизель більше століття тому розробляв двигун власної конструкції, він і уявити не міг, що дизельні двигуниможуть бути настільки чутливими до якості палива. Адже перевагу свого мотора Дизель бачив саме в тому, що він може працювати на будь-чому, від вугільного пилу до переробленої кукурудзяної макухи. Сучасні турбодизелі з упорскуванням палива вимагають лише добре очищеного дизельного паливаз низьким вмістом сірки. Саме тому багато закордонних автовиробників не наважувалися до недавнього моменту продавати свої дизельні моделів Росії.
Р. Дизель.
Двигун Р. Дизеля.
