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 двигуном внутрішнього згоряннявважається 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 двигун не 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 двигуна внутрішнього згоряння, що працює на світильному газі суміші горючих газів, головним чином метану і 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 легкого та компактного двигуна було закладено лише у 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 запалення паливоповітряної суміші за допомогою електричної іскри. Ленуар також запропонував систему водяного охолодження та систему змащення для кращого ходу поршня. 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, тобто 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 забезпечувався рівномірний розподіл бензину по циліндру, а випаровування відбувалося під впливом тепла стискування вже у 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.
Двох циліндровий двигунГ. Даймлера, вид у двох проекціях.
Коли Рудольф Дизель більше століття тому розробляв двигун власної конструкції, він і уявити не міг, що дизельні двигуни можуть 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 донедавна продавати свої дизельні моделі в Росії.
Р. Дизель.
Двигун Р. Дизеля.
Люди виробляють автомобілі вже понад століття, і майже під кожним капотом стоїть двигун внутрішнього згоряння. Протягом останніх принцип його роботи залишався незмінним: кисень і паливо надходять у циліндри двигуна, де відбувається вибух (займання), внаслідок чого всередині силового агрегатуутворюється сила, яка рухає автомобіль вперед. Але з моменту першої появи двигуна внутрішнього згоряння (ДВС) щороку інженери відточують його, щоб зробити швидше, надійніше, економічніше, ефективніше.
Завдяки цьому сьогодні все сучасні автомобілістали потужнішими та економічнішими. Деякі звичайні автомобілісьогодні мають таку потужність, яка ще нещодавно була лише у потужних дорогих суперкарах. Але без величезних проривів ми сьогодні б досі володіли малопотужними ненажерливими автомобілями, на яких не поїдеш далеко від заправки. На щастя, іноді подібні проривні технології вже неодноразово відкривали новий етапу розвитку двигунів внутрішнього згоряння. Ми вирішили згадати самі важливі датив еволюції розвитку ДВЗ. Ось вони.
1955: упорскування палива
До появи системи упорскування процес попадання палива в камеру згоряння двигуна був неточним і погано регульованим, оскільки подавався за допомогою карбюратора, який постійно потребував очищення та періодичної складної. механічного регулювання. На жаль, ефективність роботи карбюраторів впливали погодні умови, температура, тиск повітря в атмосфері і навіть на якій висоті над рівнем моря знаходиться автомобіль. З появою ж електронного упорскуванняпалива (інжектора) процес подачі палива став більш контрольованим. Також з появою інжектора власники автомобілів позбавилися необхідності вручну контролювати процес прогріву двигуна, регулюючи дросельну заслінкуза допомогою "підсмоктування". Для тих, хто не знає, що таке підсмоктування:
Підсмоктування - це ручка управління пусковим пристроєм карбюратора, за допомогою якої на карбюраторних машинах необхідно було регулювати збагачення палива киснем. Так, якщо ви запускаєте холодний двигун, то на карбюраторних машинах необхідно відкрити "підсмоктування", збагативши паливо киснем більше, ніж необхідно на прогрітому моторі. У міру прогрівання двигуна потрібно поступово закривати ручку регулювання пускового пристрою карбюратора, повертаючи збагачення палива киснем до нормальних значень.
Сьогодні подібна технологія, звісно, виглядає допотопно. Але ще зовсім недавно більшість автомобілів у світі оснащувалися карбюраторними системамиподачі палива. І це незважаючи на те, що технологія упорскування палива за допомогою інжектора прийшла у світ у 1955 році, коли інжектор вперше був застосований на автомобілі (раніше ця система подачі палива використовувалася у літаках).
Цього року було проведено випробування інжектора на спорткарі Mercedes-Benz 300SLR, який зміг проїхати, не зламавшись, майже 1600 км. Цю відстань автомобіль подолав за 10 годин 7 хвилин та 48 секунд. Випробування проходило у рамках чергової автоперегонів "Тисяча миль". Ця машина встановила світовий рекорд.
До речі, Mercedes-Benz 300SLR став не тільки першим серійним автомобілем з інжекторним упорскуваннямпалива, розробленим компанією Bosch, але й швидким автомобілему світі у роки.
Через два роки компанія Chevrolet представила спорткар Corvette з упорскуванням палива (система Rochester Ramjet). У результаті цей автомобіль став швидше за першовідкривач Mercedes-Benz 300SLR.
Але, незважаючи на успіх з унікальною системоюупорскування палива Rochester Ramjet, саме електронні інжекторні системи Bosch (з електронним управлінням) розпочали свій наступ у світі. В результаті за короткий час упорскування палива, розроблене компанією Bosch, почало з'являтися на багатьох європейських автомобілях. У 1980-х роках електронні системи впорскування палива (інжектор) охопили весь світ.
1962 рік: турбонаддув
Турбокомпресор є одним із найдорожчих каменів у двигунах внутрішнього згоряння. Справа в тому, що турбіна, яка подає більше повітря в циліндри двигуна, колись дозволяла
12-циліндровим винищувачам під час Другої світової війни злітати вище, летіти швидше, далі і менше витрачати дороге паливо.
У результаті, як і багато технологій, система турбін з авіатехніки прийшла в автопромисловість. Так, у 1962 році у світі були представлені перші серійні автомобілі з турбокомпресором. Ними стали, або Saab 99.
Після чого компанія General Motors спробувала розвинути цю технологію турбування двигунів внутрішнього згоряння на легкових автомобілях. Так, на автомобілі Oldsmobile Jetfire з'явилася технологія Turbo Rocket Fluid, яка крім турбіни використовувала резервуар з газом і дистильовану воду для збільшення потужності двигуна. То була справжня фантастика. Але потім компанія GM відмовилася від цієї складної та дорогої, а також небезпечної технології. Справа в тому, що вже до кінця 1970-х років такі компанії, як MW, Saab і Porsche, зайнявши перші місця в багатьох світових автоперегонах, довели цінність турбін в автоспорті. Сьогодні ж турбіни прийшли на звичайні автомобілі та найближчим часом відправлять звичайні автомобілі. атмосферні моторина пенсію.
1964: роторний двигун
Єдиним двигуном, котрий по-справжньому зміг зламати форму звичайного двигуна внутрішнього згоряння, став роторний диво-мотор інженера Фелікса Ванкеля. Форма його ДВС нічого спільного не мала зі звичним нам двигуном. є трикутником усередині овалу, що обертається з диявольською силою. За своєю конструкцією роторний двигун легший, менш складний і крутіший, ніж звичайний двигунвнутрішнього згоряння з поршнями та клапанами.
Першими роторні двигуни на серійних авто почали використовувати компанія Mazda і німецький автовиробник NSU, що нині вже не існує.
Найпершим же серійним автомобілем з роторним двигуном Ванкеля став NSU Spider, який почав випускатися в 1964 році.
Потім компанія Mazda налагодила виробництво своїх автомобілів, оснащених роторним двигуном. Але у 2012 році вона відмовилася від використання роторних двигунів. Останньою з роторним мотором стала модель.
Але нещодавно, у 2015 році, Mazda на Токійському автосалоніпредставила концепт-кар RX-Vision-2016, який використовує роторний двигун. У результаті в світі почали з'являтися чутки, що японці планують найближчими роками відродити роторні автомобілі. Передбачається, що зараз спеціалізована група інженерів Mazda десь у Хіросімі сидить за зачиненими дверимата створює нове покоління роторних моторів, які мають стати основними двигунами у всіх майбутніх нових моделях Mazdaвідкривши нову еру відродження компанії.
1981: технологія дезактивації циліндрів двигуна
Ідея проста. Чим менше циліндрівпрацює у двигуні, тим менше . Природно, що двигун V8 набагато ненажерливіший, ніж чотирициліндровий. Також відомо, що при експлуатації автомобіля більшу частину часу люди використовують машину у місті. Логічно, що якщо автомобіль оснащений 8 або 6-циліндровими моторами, то при поїздках в місті всі циліндри в двигуні в принципі не потрібні. Але як можна просто перетворити 8-циліндровий мотор на чотирициліндровий, коли вам не потрібно задіяти для потужності всі циліндри? На це питання у 1981 році вирішила відповісти компанія Cadillac, яка представила двигун із системою дезактивації циліндрів 8-6-4. Цей двигун використовував електромагнітні керовані соленоїди для закриття клапанів на двох або чотирьох циліндрах двигуна.
Ця технологія мала підвищити ефективність двигуна, наприклад, . Але наступна ненадійність і незграбність цього двигуна із системою дезактивації циліндрів налякала всіх автовиробників, які протягом 20 років боялися використовувати цю систему у своїх моторах.
Але тепер ця система знову починає завойовувати автосвіт. Сьогодні вже кілька автовиробників використовують цю систему на своїх серійних автомобілів. Причому технологія зарекомендувала себе дуже добре. Найцікавіше те, що ця система продовжує розвиватися. Наприклад, вже скоро ця технологія може з'явитися на чотирициліндрових і навіть трициліндрових моторах. Це фантастика!
2012 рік: двигун з високим ступенем стиснення - запалення бензину від стиснення
Наука не стоїть дома. Якби наука не розвивалася, то сьогодні ми досі жили б у Середньовіччі і вірили в чаклунів, ворожок і що земля плоска (хоча сьогодні все одно є чимало людей, які вірять у подібну нісенітницю).
Не стоїть на місці наука та в автопромисловості. Так, у 2012 році у світі з'явилася чергова проривна технологія, яка, можливо, незабаром переверне все.
Йдеться про двигуни з високим ступенемстиснення.
Ми знаємо, що чим менше стискати повітря та паливо всередині двигуна внутрішнього згоряння, тим менше ми отримаємо енергії у той момент, коли паливна сумішзаймається (вибухає). Тому автовиробники завжди намагалися робити двигуни з неабияким ступенем стиснення.
Але є проблема: чим вищий ступінь стиснення, тим більше ризикусамозаймання паливної суміші
Тому, як правило, ДВС мають певні рамки в мірі стиснення, яка протягом всієї історії автопромисловості була незмінною. Так, кожен двигун має свій ступінь стиснення. Але вона не змінюється.
У 1970-х роках у світі було поширено неетильований бензин, який при згорянні дає величезну кількість смогу. Щоб якось подолати жахливу екологічність, автовиробники почали використовувати V8 мотори з низьким коефіцієнтом стиснення. Це дозволило знизити ризик самозаймання палива. низької якостіу двигунах, а також підвищити їхню надійність. Справа в тому, що при самозайманні палива двигун може отримати непоправну шкоду.
Історія створення та розвитку двигунів внутрішнього згоряння
Вступ
Загальні відомості про двигун внутрішнього згоряння
Історія створення та розвитку двигунів внутрішнього згоряння
Висновок
Список використаних джерел
додаток
Вступ
Ми живемо у вік електрики та комп'ютерної техніки, але можна стверджувати, що й у вік ДВС. Об `єм автомобільних перевезеньвже до середини минулого століття досяг 20 млрд. тонн, що вп'ятеро перевищувало обсяг залізничних перевезеньта у 18 разів - обсяг перевезень, що виконувались морським флотом. Нині частку автомобільного транспорту припадає понад 79 % обсягу перевезень вантажів нашій країні. Про широку поширеність ДВС свідчить і те що, що сумарна встановлена потужність двигунів внутрішнього згоряння вп'ятеро перевищує потужність всіх стаціонарних електростанцій світу. Нині нікого не здивуєш використанням двигуна внутрішнього згоряння. Мільйони автомобілів, бензогенераторів та інших пристроїв використовують як привод двигуни внутрішнього згоряння. У ДВЗ паливозгоряє прямо в циліндрі, усередині самого двигуна. Тому він і називається двигуном внутрішнього згоряння. Поява цього типу двигуна в 19 столітті обумовлена, в першу чергу, необхідністю створення ефективного та сучасного приводудля різних промислових пристроїв та механізмів. У той час, в основному, використовувався паровий двигун. Він мав масу недоліків, наприклад, низький ККД (тобто більшість енергії витрачається на виробництво пари просто пропадало), був громіздким, вимагав кваліфікованого обслуговування та великої кількостічасу на запуск та зупинку. Промисловості був потрібен новий двигун. Ним став двигун внутрішнього згоряння, вивчення історії створення якого метою даної роботи. Висока економічність, відносно невеликі габарити і маса, надійність і автономність забезпечили їх широке застосування як енергетична установка на автомобільному, залізничному та водному транспорті, сільському господарствіта будівництві.
Робота складається з вступу, основної частини, висновків, списку літератури та додатку.
1.Загальні відомості про двигун внутрішнього згоряння
В даний час найбільшого поширенняотримали двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) - тип двигуна, теплова машина, в якій хімічна енергія палива (зазвичай застосовується рідке або газоподібне вуглеводневе паливо), що згоряє в робочій зоні, перетворюється на механічну роботу.
Двигун складається з циліндра, в якому переміщається поршень, з'єднаний за допомогою шатуна з колінчастим валом (рис. 1).
Малюнок 1 - Двигун внутрішнього згоряння
У верхній частині циліндра є два клапани, які при роботі двигуна автоматично відкриваються і закриваються в потрібні моменти. Через перший клапан (впускний) надходить горюча суміш, яка займається за допомогою свічки, а через другий клапан (випускний) випускаються відпрацьовані гази. У циліндрі періодично відбувається згоряння горючої суміші, що складається з парів бензину та повітря (температура досягає 16000 - 18000С). Тиск на поршень різко зростає. Розширюючись, гази штовхають поршень, а разом з ним і колінчастий вал, роблячи при цьому механічну роботу. При цьому гази охолоджуються, оскільки частина їхньої внутрішньої енергії перетворюється на механічну.
Останні положення поршня в циліндрі називають мертвими точками. Відстань, що проходить поршнем від однієї мертвої точки до іншої, називають ходом поршня, який ще називають тактом. Такти двигуна внутрішнього згоряння: впуск, стискування, робочий хід, випуск, тому двигун називають чотиритактним. Розглянемо докладніше робочий цикл чотиритактного двигуна - чотири основні етапи (такту):
Протягом цього такту поршень опускається з верхньої точки мертвої в нижню мертву точку. При цьому кулачки розподільного валу відкривають впускний клапан, і через цей клапан в циліндр засмоктується свіжа паливно-повітряна суміш.
Поршень йде з нижньої точки у верхню, стискаючи робочу суміш. Температура суміші зростає. Тут же виникає відношення робочого об'єму циліндра в нижній мертвої точкита об'єму камери згоряння у верхній - так звана «ступінь стиснення». Що більша ця величина, то більша паливна економічність двигуна. Для двигуна з більшим ступенем стиснення потрібне паливо ́ льшим октановим числом, що дорожче. Згоряння та розширення (або робочий хід поршня). Незадовго до кінця циклу стиснення паливоповітряна суміш підпалюється іскрою від свічки запалювання. Під час шляху поршня з верхньої точкиу нижнє паливо згоряє, і під дією тепла робоча сумішрозширюється, штовхаючи поршень. Після нижньої мертвої точки робочого циклу відкривається випускний клапан, і поршень, що рухається вгору, витісняє відпрацьовані гази з циліндра двигуна. Коли поршень досягає верхньої точки, випускний клапан закривається і цикл починається спочатку. Для старту наступного кроку не потрібно чекати закінчення попереднього - насправді у двигуна відкриті обидва клапани (впускний і випускний). У цьому полягає відмінність від двухтактного двигуна, де робочий цикл повністю відбувається протягом одного обороту колінчастого вала. Зрозуміло, що двотактний двигун при тому ж об'ємі циліндра буде потужнішим – у середньому, у півтора рази. Однак не велика потужність, ні відсутність громіздкої системи клапанів та розподільчого валу, ні дешевизна при виготовленні не здатна перекрити переваги чотиритактних двигунів. більший ресурс, бо ́ більшу економічність, чистіший вихлоп і менший шум. Схема роботи ДВС(двотактного та чотиритактного) наведено у Додатку 1. Отже, принцип роботи ДВЗ простий, зрозумілий і не змінився за більш як сторічний термін. Основним перевагою ДВСє незалежність від постійних джерел енергії (водних ресурсів, електростанцій і т. п.), у зв'язку з чим установки, обладнані ДВС, можуть вільно переміщатися і розташовуватися в будь-якому місці. І, незважаючи на те, що ДВС є недосконалим типом теплових машин ( сильний шум, токсичні викиди, менший ресурс), завдяки своїй автономності ДВЗ знайшли дуже широке поширення. Удосконалення ДВЗ йде шляхом підвищення їх потужності, надійності та довговічності, зменшення маси та габаритів, створення нових конструкцій. Так, 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 ХХ століття стали поширюватися чотирициліндрові. Сучасні високотехнологічні двигуни вже зовсім не схожі на своїх сторічних побратимів. Досягнуто дуже вражаючі показники за потужністю, економічністю та екологічністю. Сучасний ДВС вимагає до себе мінімум уваги та розрахований на ресурси у сотні тисяч, а часом і мільйони кілометрів. 2. Історія створення та розвитку двигунів внутрішнього згоряння Ось уже близько 120 років людина не може уявити життя без автомобіля. Спробуємо зазирнути у минуле, - до появи основи основ сучасного автомобілебудування. Перші спроби створення двигуна внутрішнього згоряння стосуються XVII століття. Досліди Е. Торічеллі, Б. Паскаля та О. Геріке спонукали винахідників використовувати тиск повітря як рушійну силу атмосферних машинах. Одні з перших запропонували подібні машини абат Оттефель (1678-1682) та Х.Гюйгенс (1681). Для переміщення поршня у циліндрі вони пропонували використовувати вибухи пороху. Тому Оттефель та Гюйгенс можуть розглядатися як піонери у галузі двигунів внутрішнього згоряння. Удосконаленням порохової машини Гюйгенса займався і французький вчений Дені Папен - винахідник відцентрового насоса, парового котла із запобіжним клапаном, першої поршневої машини, що працює на водяній парі. Першим, хто спробував реалізувати принцип ДВС, був англієць Роберт Стріт (пат. № 1983,1794 р.). Двигун складався з циліндра та рухомого поршня. У циліндр на початку переміщення поршня надходила суміш леткої рідини (спирт) та повітря, рідина та пари рідини змішувалися з повітрям. На середині ходу поршня суміш спалахувала і підкидала поршень. У 1799 році французький інженер Філіп Лебон відкрив світильний газ та отримав патент на використання та спосіб отримання світильного газу шляхом сухої перегонки деревини або вугілля. Це відкриття мало велике значення, передусім, у розвиток техніки освітлення, які дуже скоро стали успішно конкурувати з дорогими свічками. Проте світильний газ годився як для освітлення. 1801 року Лебон узяв патент на конструкцію газового двигуна. Принцип дії цієї машини ґрунтувався на відомій властивості відкритого ним газу: його суміш із повітрям вибухала при запаленні з виділенням великої кількості теплоти. Продукти горіння стрімко розширювалися, чинячи сильний тиск на довкілля. Створивши відповідні умови, можна використовувати енергію, що виділяється, в інтересах людини. У двигуні Лебона були передбачені два компресори та камера змішування. Один компресор мав накачувати в камеру стиснене повітря, а інший – стиснутий світильний газ із газогенератора. Газоповітряна суміш надходила потім у робочий циліндр, де спалахувала. Двигун був подвійної дії, тобто робочі камери, що поперемінно діяли, знаходилися по обидва боки поршня. Фактично, Лебон виношував думку про двигуні внутрішнього згоряння, проте Р. Стріт і Ф. Лебон не робили спроб реалізувати свої ідеї. У наступні роки (до 1860 р.) нечисленні спроби створення двигуна внутрішнього згоряння також не увінчалися успіхом. Основні труднощі створення двигуна внутрішнього згоряння зумовлювалися відсутністю відповідного палива, труднощами організації процесів газообміну, паливоподачі, займання палива. Обійти ці труднощі значною мірою вдалося Роберту Стірлінгу, який у 1816-1840 рр. створив. двигун із зовнішнім згорянням та регенератором. У двигуні Стірлінга перетворення зворотно-поступального руху поршня у обертальний рух здійснювалося за допомогою ромбічного механізму, а як робоче тіло використовувалося повітря. Одним із перших звернув увагу на реальну можливість створення двигуна внутрішнього згоряння французький інженер Саді Карно (1796-1832), який займався питаннями теорії теплоти, теорії теплових машин. У творі «Роздум про рушійну силу вогню і про машинах, здатних розвивати цю силу» (1824) він писав: «Нам здавалося б вигіднішим спершу стиснути повітря насосом, потім пропустити його через цілком замкнуту топку, вводячи туди маленькими порціями паливо, за допомогою пристосування; потім змусити повітря виконати роботу в циліндрі з поршнем або в будь-якій іншій посудині, що розширюється, і, нарешті, викинути його в атмосферу або змусити піти до парового котла для використання температури, що залишилася. Головні труднощі, що зустрічаються в таких операціях: укласти топку в приміщення достатньої фортеці і підтримувати при цьому горіння в належному стані, підтримувати різні частини апарату при помірній температурі і заважати швидкому псуванню циліндра і поршня; ми не думаємо, щоб ці труднощі були б непереборними». Проте ідеї С. Карно були оцінені його сучасниками. Лише через 20 років уперше звернув на них увагу французький інженер Е. Клапейрон (1799–1864), автор відомого рівняння стану. Завдяки Клапейрону, який використовував метод Карно, популярність Карно починає швидко зростати. В даний час Саді Карно загальновизнаний як основоположник теплотехніки. 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. Вже перші недосконалі конструкції продемонстрували суттєві переваги двигуна внутрішнього згоряння порівняно з паровою машиною. Попит на двигуни швидко зростав, і протягом кількох років Ж. Ленуар збудував понад 300 двигунів. Він першим використовував двигун внутрішнього згоряння як силову установку різного призначення. Однак ця модель була недосконала, ККД не перевищував 4%. У 1862 р. французький інженер А.Ю. Бо де Роша подав у патентне відомство Франції прохання видачу патенту (дата пріоритету - 1 січня 1862 р.), у якому уточнив ідею, висловлену Саді Карно з погляду конструкції двигуна та її робочих процесів. (Про це прохання згадали лише при патентних суперечках щодо пріоритету винаходу Н. Отто). Бо де Роша пропонував здійснювати впуск горючої суміші протягом першого ходу поршня, стиснення суміші – протягом другого ходу поршня, згоряння суміші – при крайньому верхньому положенніпоршня та розширення продуктів згоряння - протягом третього ходу поршня; випуск продуктів згоряння – протягом четвертого ходу поршня. Однак через відсутність коштів не зміг здійснити. Цей цикл, через 18 років, було здійснено німецьким винахідником Отто Ніколауса Августа у двигуні внутрішнього згоряння, який працював за чотиритактною схемою: впуск, стиснення, робочий хід, випуск відпрацьованих газів. Саме модифікації цього двигуна і набули найбільшого поширення. За більш ніж столітній період, який справедливо називають «автомобільною ерою», змінювалося все - форми, технології, рішення. Зникали одні марки і натомість приходили інші. Декілька витків розвитку пройшла автомобільна мода. Незмінним залишилося одне - число тактів, якими працює двигун. І в історії автомобілебудування це число назавжди пов'язане з ім'ям німецького винахідника-самоука Отто. Спільно з видним промисловцем Ойгеном Лангеном винахідник заснував у Кельні фірму "Отто і Ко" - і зосередився на пошуку найкращого рішення. 21 квітня 1876 він отримав патент на чергову версію двигуна, який роком пізніше був представлений на Паризькій виставці 1867, де і був відзначений Великою золотою медаллю. Наприкінці 1875 р. Отто закінчив розробку проекту нового першого у світі 4-тактного двигуна. Переваги чотиритактного двигуна були очевидні, і 13 березня 1878 Н. Отто був виданий патент Німеччини № 532 на чотиритактний двигун внутрішнього згоряння (Додаток 3). Протягом перших 20 років завод Н. Отто побудував 6000 двигунів. Експерименти зі створення такого агрегату проводилися й раніше, але автори стикалися з низкою проблем, насамперед із тим, що спалахи горючої суміші в циліндрах відбувалися настільки несподіваних послідовностях, що забезпечити рівну і постійну передачу потужності було неможливо. Але саме йому вдалося знайти єдине правильне рішення. Досвідченим шляхом він встановив, що невдачі всіх колишніх спроб були пов'язані як з неправильним складом суміші (пропорції пального та окислювача), так і з помилковим алгоритмом синхронізації системи упорскування палива та його згоряння. Значний внесок у розвиток двигунів внутрішнього згоряння було зроблено також американським інженером Брайтоном, який запропонував компресорний двигун із постійним тиском згоряння, карбюратор. Отже, пріоритет Ж. Ленуара та Н. Отто у створенні перших працездатних двигунів внутрішнього згоряння безперечний. Виробництво двигунів внутрішнього згоряння неухильно зростало, удосконалювалася їх конструкція. У 1878-1880 pp. починається виробництво двотактних двигунів, запропонованих німецькими винахідниками Віттігом і Гессом, англійським підприємцем та інженером Д. Клерком, а з 1890 р. - двотактних двигунів з кривошипно-камерною продувкою (патент Англії № 6410, 1890). Використання кривошипної камери як продувного насоса дещо раніше було запропоновано німецьким винахідником та підприємцем Г. Даймлером. У 1878 р. Карл Бенцоснастив триколісний велосипеддвигуном потужністю 3 л.с., який розвивав швидкість понад 11 км/год. Їм же створені перші автомобілі з одно- та двоциліндровими двигунами. Циліндри розташовувалися горизонтально, момент, що крутить, на колеса передавався за допомогою ремінної передачі. У 1886 р. К. Бенцу було видано автомобіль патент Німеччини №37435 з пріоритетом від 29 січня 1886 р. На Паризької всесвітньої виставці в 1889 р. автомобіль Бенца був єдиним. З цього автомобіля починається інтенсивний розвиток автомобілебудування. Іншим видатним подією історія двигунів внутрішнього згоряння було створення двигуна внутрішнього згоряння із запаленням палива від стискування. У 1892 р. німецький інженер Рудольф Дизель (1858-1913) запатентував, а 1893 р. описав у брошурі «Теорія та конструкція раціонального теплового двигунадля заміни парових машин та відомих в даний час теплових двигунів» двигун, що працює за циклом Карно. У патенті Німеччини №67207 з пріоритетом від 28 лютого 1892 р. «Робочий процес та спосіб виконання одноциліндрового та багатоциліндрового двигуна» принцип роботи двигуна викладався так: Робочий процес в двигунах внутрішнього згоряння характеризується тим, що поршень в циліндрі настільки сильно стискає повітря або який-небудь індиферентний газ (пар) з повітрям, що температура стиснення, що виходить при цьому, знаходиться значно вище температури займання палива. При цьому згоряння палива, що поступово вводиться після мертвої точки відбувається так, що в циліндрі двигуна не відбувається істотного підвищення тиску і температури. Після цього, після припинення подачі палива, в циліндрі відбувається подальше розширення газової суміші. Для здійснення робочого процесу, описаного п.1, до робочого циліндра приєднується багатоступінчастий компресор з ресивером. Також можливе з'єднання декількох робочих циліндрів між собою або з циліндрами для попереднього стиснення і подальшого розширення. Перший двигун Р.Дизель побудував вже до липня 1893 р. Передбачалося, що стиск здійснюватиметься до тиску 3 МПа, температура повітря наприкінці стиснення сягатиме 800 З, а паливо (вугільний порошок) - вводитися у циліндр. Під час запуску першого двигуна стався вибух (як паливо використали бензин). Протягом 1893 р. було збудовано три двигуни. Невдачі з першими двигунами змусили Р.Дізеля відмовитися від ізотермічного згоряння та перейти до циклу зі згорянням за постійного тиску. На початку 1895 був успішно випробуваний перший компресорний двигун з запаленням від стиснення, що працює на рідкому паливі (гасі), а в 1897 почався період широких випробувань нового двигуна. Ефективний ККД двигуна становив 0,25, механічний ККД – 0,75. Перший двигун внутрішнього згоряння із запаленням від стиску для промислових цілей було побудовано 1897 р. Аугсбурзьким машинобудівним заводом. На виставці в Мюнхені 1899 р. вже було представлено 5 двигунів Р.Дізеля заводами Отто-Дейтц, Круппа та Аугсбурзького машинобудівного. Успішно демонструвалися двигуни Р. Дизеля та на Всесвітній виставці у Парижі (1900). Надалі вони знайшли широке застосування і на ім'я винахідника отримали назву «дизельні двигуни» або просто «дизелі». У Росії її перші гасові двигуни почали будуватися в 1890 р. на заводі Е.Я. Бромлія (чотиритактні калоризаторні), а з 1892 р. і на механічному заводі Е. Нобеля. У 1899 р. Нобель отримав декларація про виробництво двигунів Р. Дизеля й у тому року завод розпочав та його випуску. Конструкцію двигуна розробили спеціалісти заводу. Двигун розвивав потужність 20-26 к.с., працював на сирій нафті, соляровій олії, гасі. Фахівці заводу виконали також розробки двигунів із запаленням від стиснення. Вони побудували перші безкрейцкопфні двигуни, перші двигуни з V-подібним розташуванням циліндрів, двотактні двигуниз прямоточно-клапанною та петльовою схемами продування, двотактні двигуни, в яких продування здійснювалося за рахунок газодинамічних явищ у випускному каналі. Виробництво двигунів із запаленням палива від стиснення було розпочато У 1903-1911 рр. . на Коломенському, Сормівському, Харківському паровозобудівному заводах, на заводах Фельзера у Ризі та Нобеля у Петербурзі, на Миколаївському суднобудівному заводі. У 1903-1908 pp. російський винахідник та підприємець Я.В. Мамин створив кілька працездатних швидкохідних двигунів з механічним упорскуванням палива в циліндр і займанням від стиснення, потужність якого 1911 р., становила вже 25 к.с. Упорскування палива вироблялося в передкамеру, виконану з чавуну з мідною вставкою, що дозволяло отримати високу температуру поверхні передкамери та надійне самозаймання. Це був перший у світі безкомпресорний дизель. У 1906 р. професор МВТУ В.І. Гриневецький запропонував конструкцію двигуна з подвійним стисненням та розширенням – прототипу комбінованого двигуна. Ним розроблено метод теплового розрахунку робочих процесів, який згодом був розвинений Н.Р. Брилінгом та Є.К. Мазинг і не втратив свого значення і сьогодні. Як бачимо, фахівці дореволюційної Росії виконали безперечно великі самостійні розробки в галузі двигунів із запаленням палива від стиснення. Успішний розвиток дизелебудування в Росії пояснюється тим, що Росія мала свою нафту, а двигуни Дизеля найбільше відповідали потребам невеликих підприємств, тому виробництво дизельних двигуніву Росії почалося практично одночасно з країнами Західної Європи. Успішно розвивалося вітчизняне двигунобудування й у післяреволюційний період. До 1928 р. країни вже випускалося понад 45 типів двигунів сумарною потужністю близько 110 тис. кВт. У роки перших п'ятирічок було освоєно випуск автомобільних і тракторних двигунів, суднових та стаціонарних двигунів потужністю до 1500 кВт, створено авіадизель, танковий дизель В-2, який значною мірою визначив високі тактико-технічні характеристики бронетанкової техніки країни. Значний внесок у розвиток вітчизняного двигунобудування зробили видатні радянські вчені: Н.Р. Брилінг, Є.К. Мазинг, В.Т. Цвєтков, А.С. Орлін, В.А. Ваншейдт, Н.М. Глаголєв, М.Г. Круглов та ін. З розробок у галузі теплових двигунів останніх десятиліть ХХ століття слід зазначити три найважливіші: створення німецьким інженером Феліксом Ванкелем працездатної конструкції роторно-поршневого двигуна, комбінованого двигуна з високим наддувом та конструкції двигуна із зовнішнім згорянням, конкурентоспроможного із швидкохідним дизелем. Поява двигуна Ванкеля була зустрінута з натхненням. Маючи малу питому масу та габарити, високу надійність, РПД досить швидко набули широкого поширення головним чином на легковий автотранспорт, в авіації, на судах та стаціонарних установках. Ліцензію на виробництво двигуна Ф. Ванкеля придбало більш ніж 20 фірм, серед них і такі як «Дженерал Моторс», «Форд. До 2000 р. було виготовлено понад два мільйони автомобілів із РПД. У Останніми рокамитриває процес удосконалення та покращення показників бензинових двигунівта дизелів. Розвиток бензинових двигунів йде шляхом поліпшення їх екологічних характеристик, економічності та потужних показників шляхом більш широкого застосуваннята вдосконалення системи упорскування бензину в циліндри; застосування електронних системуправління упорскуванням, розшарування заряду в камері згоряння зі збідненням суміші на часткових навантаженнях; збільшення енергії електричної іскри під час запалювання і т. д. В результаті економічність робочого циклу бензинових двигунів стає близькою до економічності дизелів. Для підвищення техніко-економічних показників дизелів використовують підвищення тиску впорскування палива, застосовують керовані форсунки, форсування по середньому ефективному тиску шляхом наддуву та охолодження наддувного повітря, використовують заходи щодо зниження токсичності газів, що відпрацювали. Таким чином, безперервне вдосконалення двигунів внутрішнього згоряння забезпечило їм панівне становище, і лише в авіації двигун внутрішнього згоряння поступився своїми позиціями. газотурбінному двигуну. Для інших галузей народного господарства альтернативних енергетичних установок малої потужності, настільки ж універсальних та економічних, як двигун внутрішнього згоряння, ще не запропоновано. Тому і на віддалену перспективу двигун внутрішнього згоряння розглядається як основний тип енергетичної установки середньої та малої потужності для транспорту та інших галузей народного господарства. Висновок двигун внутрішнього згоряння Список використаних джерел 1.Дяченко В.Г. Теорія двигунів внутрішнього згоряння/В.Г. Дяченка. – Харків: ХНАДУ, 2009. – 500 с. .Дятчин Н.І. Історія розвитку техніки: Навчальний посібник/ Н.І. Дятчин. – Ростов н/Д.: Фенікс, 2001. – 320 с. .Райков І.Я. Двигуни внутрішнього згоряння/І.Я. Райков, Г.М. Ритвинський. – М.: Вища школа, 1971. – 431 с. .Шароглазов Б.А. Двигуни внутрішнього згоряння: теорія, моделювання та розрахунок процесів: Підручник/Б.А. Шароглазов, М.Ф. Фарафонтов, В.В. Клементьєв. - Челябінськ: Вид. ЮУрГУ, 2004. – 344 с. додаток Додаток 1 Схема роботи двотактного двигуна Схема роботи чотиритактного двигуна Додаток 2 Двигун Ленуара (у розрізі) Додаток 3 Двигун Отто
з отримання
Введение…………………………………………………………………….2
1. Історія створення……………………………………………….…..3
2. Історія автомобілебудування в Росії…………………………7
3. Поршневі двигунивнутрішнього згоряння……………………8
3.1 Класифікація ДВС ………………………………………….8
3.2 Основи влаштування поршневих ДВС ………………………9
3.3 Принцип роботи……………………………………………..10
3.4 Принцип дії чотиритактного карбюраторного двигуна………………………………………………………………10
3.5 Принцип дії чотиритактного дизеля……………11
3.6 Принцип дії двотактного двигуна…………….12
3.7 Робочий цикл чотиритактних карбюраторних і дизельних двигунів………………………………………….…………….13
3.8 Робочий цикл чотиритактного двигуна………...……14
3.9 Робочі цикли двотактних двигунів………………...15
Заключение………………………………………………………………..16
Вступ.
XX століття – це світ техніки. Могутні машини видобувають із надр землі мільйони тонн вугілля, руди, нафти. Потужні електростанції виробляють мільярди кіловат-годин електроенергії. Тисячі фабрик та заводів виготовляють одяг, радіоприймачі, телевізори, велосипеди, автомобілі, годинники та іншу необхідну продукцію. Телеграф, телефон та радіо з'єднує нас з усім світом. Поїзди, теплоходи, літаки з великою швидкістюпереносять нас через материки та океани. А високо над нами, за межами земної атмосфери, літають ракети та штучні Супутники Землі. Все це діє не без допомоги електрики.
Людина розпочала свій розвиток із присвоєння готових продуктів природи. Вже першому етапі розвитку він став застосовувати штучні знаряддя праці.
З розвитком виробництва починають складатися умови для виникнення та розвитку машин. Спочатку машини, як і знаряддя праці лише допомагали людині його праці. Потім вони почали поступово замінювати його.
У феодальний період історії вперше як джерело енергії була використана сила водяного потоку. Рух води обертав водяне колесо, яке у свою чергу наводило на дію різні механізми. У цей час з'явилося безліч різноманітних технологічних машин. Однак широке поширення цих машин часто гальмувалося через відсутність водяного потоку. Потрібно було шукати нові джерела енергії, щоби приводити в дію машини в будь-якій точці земної поверхні. Пробували енергію вітру, але це малоефективним.
Почали шукати інше джерело енергії. Довго працювали винахідники, багато машин випробували – і ось нарешті новий двигун був побудований. То був паровий двигун. Він наводив у рух численні машини і верстати на фабриках і заводах. На початку ХІХ століття винайшли перші сухопутні парові транспортні засоби - паровози.
Але парові машини були складними, громіздкими та дорогими установками. Механічному транспорту, що бурхливо розвивається, потрібен був інший двигун - невеликий і дешевий. У 1860 р. француз Ленуар, використавши конструктивні елементи парової машини, газове паливоі електричну іскру для запалювання, сконструював перший двигун внутрішнього згоряння, що знайшов практичне застосування.
1. ІСТОРІЯ СТВОРЕННЯ
Використовувати внутрішню енергію – це зробити за рахунок її корисну роботу, тобто перетворювати внутрішню енергію на механічну. У найпростішому досвіді, який полягає в тому, що в пробірку наливають трохи води і доводять її до кипіння (причому пробірка спочатку закрита пробкою), пробка під тиском пари, що утворилася, піднімається вгору і вискакує.
Інакше кажучи, енергія палива перетворюється на внутрішню енергію пари, а пара, розширюючись, робить роботу, вибиваючи пробку. Так внутрішня енергія пари перетворюється на кінетичну енергію пробки.
Якщо пробірку замінити міцним металевим циліндрома пробку поршнем, який щільно прилягає до стінок циліндра і здатний вільно переміщатися вздовж них, то вийде найпростіший тепловий двигун.
Тепловими двигунами називають машини, в яких внутрішня енергія палива перетворюється на механічну енергію.
Історія теплових машин сягає далекого минулого кажуть, ще дві з лишком тисячі років тому, в III столітті до нашої ери, великий грецький механік і математик Архімед побудував гармату, яка стріляла за допомогою пари. Малюнок гармати Архімеда та її опис було знайдено через 18 століть у рукописах великого італійського вченого, інженера та художника Леонардо да Вінчі.
Як же стріляла ця гармата? Один кінець ствола сильно нагрівали на вогні. Потім нагріту частину стовбура наливали воду. Вода миттєво випаровувалась і перетворювалася на пару. Пара, розширюючись, з силою та гуркотом викидала ядро. Для нас цікаво тут те, що стовбур гармати був циліндром, яким як поршень ковзало ядро.
Приблизно трьома століттями пізніше в Олександрії - культурному та багатому місті на африканському узбережжі Середземного моря - жив і працював видатний вчений Герон, якого історики називають Героном Олександрійським. Герон залишив кілька творів, які дійшли до нас, у яких він описав різні машини, прилади, механізми, відомі на той час.
У творах Герона є опис цікавого приладу, який зараз називають кулькою Герона. Він являє собою порожнисту залізну кулю, закріплену так, що може обертатися навколо горизонтальної осі. З закритого котла з окропом пар по трубці надходить у кулю, з кулі він виривається назовні через вигнуті трубки, при цьому куля приходить у обертання. Внутрішня енергія пари перетворюється на механічну енергію обертання кулі. Геронова куля - це прообраз сучасних реактивних двигунів.
На той час винахід Герона не знайшов застосування і залишився лише забавою. Минуло 15 сторіч. За часів нового розквіту науки і техніки, що настав після періоду середньовіччя, про використання внутрішньої енергії пари думає Леонардо да Вінчі. У його рукописах є кілька малюнків із зображенням циліндра та поршня. Під поршнем у циліндрі знаходиться вода, а сам циліндр підігрівається. Леонардо да Вінчі припускав, що пара, що утворилася в результаті нагрівання води, розширюючись і збільшуючись в обсязі, шукатиме вихід і штовхатиме поршень вгору. Під час свого руху вгору поршень міг би робити корисну роботу.
Дещо інакше уявляв собі двигун, що використовує енергію пари, Джованні Бранка, який жив на вік ршсе великого Леонардо. Це було колесо з
лопатками, друге з силою вдаряла струмінь пари, завдяки чому колесо починало обертатися. Фактично, це була перша парова турбіна.
У XVII-XVIII століттях над винаходом парової машини працювали англійці Томас Севері (1650-1715) і Томас Ньюкомен (1663-1729), француз Дені Папен (1647-1714), російський учений Іван Іванович Ползунов (1728-1766) та інші.
Папен побудував циліндр, у якому вгору і вниз вільно переміщався поршень. Поршень був пов'язаний тросом, перекинутим через блок, з вантажем, який слідом за поршнем також піднімався та опускався. На думку Папена, поршень можна було зв'язати з якоюсь машиною, наприклад водяним насосом, який став би качати воду. У нижню частину циліндра, що відкидається, насипали поpox, який потім підпалювали. Гази, що утворилися, прагнучи розширитися, штовхали поршень вгору. Після цього циліндр і поршень із зовнішнього боку обливали діодною водою. Гази в циліндрі охолоджувалися, і їхній тиск на поршень зменшувався. Поршень під впливом власної ваги та зовнішнього атмосферного тиску опустився вниз, піднімаючи при цьому вантаж. Двигун виконував корисну роботу. Для практичних цілей він обходився: надто вже складний був технологічний цикл його роботи (засипання та підпалювання пороху, обливання водою, І це протягом усієї роботи двигуна!). Крім того, застосування такого двигуна було далеко не безпечним.
Однак не можна не побачити в першій машині Палена риси сучасного двигунавнутрішнього згоряння.
У своєму новому двигуні Папен замість пороху використав воду. Її наливали в циліндр під поршень, а сам циліндр розігрівали знизу. Пар, що утворився, піднімав поршень. Потім циліндр охолоджували, і пар, що знаходиться в ньому, конденсувався - знову перетворювався у воду. Поршень, як і у випадку порохового двигуна, під дією своєї ваги та атмосферного тиску опускався вниз. Цей двигун працював краще, ніж пороховий, але для серйозного практичного використаннябув також малопридатний: треба було підводити та відводити вогонь, подавати охолоджену воду, чекати, доки пара сконденсується, перекривати воду тощо.
Всі ці недоліки були пов'язані з тим, що приготування пари, необхідної для роботи двигуна, відбувалося в самому циліндрі. А що якщо в циліндр впускати вже готову пару, отриману, наприклад, в окремому казані? Тоді досить було б поперемінно впускати в циліндр то пару, то охолоджену воду, і двигун працював би більшою швидкістюта меншим споживанням палива.
Про це здогадався сучасник Дені Палена англієць Томас Севері, який збудував паровий насос для відкачування води з шахти. У його машині приготування пари відбувалося поза циліндром - у казані.
Після Півночі парову машину (також пристосовану для відкачування води з шахти) сконструював англійський коваль Томас Ньюкомен. Він вміло використав багато з того, що було вигадано до нього. Ньюкомен узяв циліндр із поршнем Папена, але пара для підйому поршня отримувала, як і Півночі, в окремому казані.
Машина Ньюкомена, як і всі її попередниці, працювала уривчасто - між двома робочими ходами поршня була пауза. Висотою вона була з чотири-п'ятиповерховий будинок і, отже, виключно<прожорлива>: п'ятдесят коней ледве встигали підвозити їй паливо Обслуговуючий персонал складався з двох осіб: кочегар безперервно підкидав вугілля<ненасытную пасть>топки, а механік керував кранами, що впускали пару та холодну воду в циліндр.
Двигун – одна з основних складових автомобіля. Без винаходу двигуна автомобілебудування, швидше за все, зупинилося у розвитку відразу після винаходу колеса. Ривок в історії створення автомобілів відбувся завдяки винаходу двигуна внутрішнього згоряння. Цей пристрій став реальною рушійною силою, що дає швидкість.
Спроби створити пристрій, подібне до двигунавнутрішнього згоряння почалися з 18 століття. Створенням пристрою, який міг би перетворювати енергію палива на механічну, займалися багато винахідників.
Першими в цій галузі були брати Ньєпс із Франції. Вони вигадали прилад, який самі назвали «піреолофор». Як паливо для даного двигуна повинен був використовуватися вугільний пил. Однак, цей винахід так і не набув наукового визнання, і існував, по суті, тільки в кресленнях.
Першим успішним двигуном, що почав продаватися, був двигун внутрішнього згоряння бельгійського інженера Ж.Ж. Етьєна Ленуара. Рік народження цього винаходу – 1858. Це був двотактовий. електричний двигунз карбюратором та іскровим запалюванням. Паливом для влаштування служив кам'яновугільний газ. Однак винахідник не врахував потребу в змащуванні та охолодженні свого двигуна, тому він працював дуже недовго. У 1863 році Ленуар переробив свій двигун - додав відсутні системи і в якості палива ввів у використання гас.
Ж.Ж.Етьєн Ленуар
Пристрій був вкрай недосконалим - сильно нагрівався, неефективно використовував мастило та паливо. Проте за допомогою нього їздили триколісні автомобілі, які так само були далекі від досконалості.
В 1864 був винайдений одноциліндровий карбюраторний двигун, що працює від згоряння нафтопродуктів. Автором винаходу став Зігфрід Маркус, він же представив громадськості транспортний засіб, що розвиває швидкість 10 миль на годину.
В 1873 ще один інженер - Джордж Брайтон - зміг сконструювати 2-х циліндровий двигун. Спочатку він працював на гасі, а згодом на бензині. Недоліком цього двигуна була надмірна масивність.
У 1876 року стався ривок у промисловості створення двигунів внутрішнього згоряння. Ніколас Отто вперше створив технічно складний пристрій, який ефективно перетворював енергію палива на механічну енергію.
Ніколас Отто
У 1883 році француз Едуард Деламар розробляє креслення двигуна, паливом для якого служить газ. Однак його винахід існував тільки на папері.
1185 в історії автомобілебудування з'являється гучне ім'я - . Він зміг не тільки винайти, а й запустити у виробництво прототип сучасного газового двигуна – з вертикально розташованими циліндрами та карбюратором. Це був перший компактний двигун, який сприяв розвитку пристойної швидкості переміщення.
Паралельно з Даймлер над створенням двигунів і автомобілів працював.
У 1903 році підприємства Даймлера та Бенца об'єдналися, давши початок повноцінному підприємству автомобілебудування. Так почалася Нова ера, що послужила подальшому вдосконаленню двигуна внутрішнього згоряння
