Історія двигуна внутрішнього згоряння. Перший двигун внутрішнього згоряння: з чого все почалося Коли був винайдений перший двигун внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згоряння - двигун, в якому паливо згоряє безпосередньо в робочій камері (всередині) двигуна. ДВС перетворює теплову енергію від згоряння палива в механічну роботу.

В порівнянні з двигунами зовнішнього згоряння ДВЗ:

не має додаткових елементів теплопередачі – паливо, згоряючи, саме утворює робоче тіло;

компактніше, тому що не має цілого ряду додаткових агрегатів;

економічніше;

споживає газоподібне або рідке паливо, що володіє вельми жорстко заданими параметрами (випарюваністю, температурою спалаху парів, щільністю, теплотою згоряння, октановим чи цетановим числом), оскільки від цих властивостей залежить сама працездатність ДВЗ.

Історія створення

У 1807 р. французько-швейцарський винахідник Франсуа Ісаак де Ріваз (François Isaac de Rivaz) побудував перший поршневий двигун, який часто називають двигуном де Ріваса. Двигун працював на газоподібному водні, маючи елементи конструкції, що з тих пір увійшли в наступні прототипи ДВС: шатунно-поршневу групу та іскрове запалювання. Перший практично придатний двотактний газовий ДВС був сконструйований французьким механіком Етьєном Ленуаром (1822-1900) у 1860 році. Потужність складала 8,8 кВт (11,97 л. с.). Двигун являв собою одноциліндрову горизонтальну машину подвійної дії, що працювала на суміші повітря та світильного газу з іскровим електричним запалюванням від стороннього джерела. ККД двигунане перевищував 4,65%. Незважаючи на недоліки, двигун Ленуара набув деякого поширення. Використовувався як човновий двигун.

Познайомившись із двигуном Ленуара, видатний німецький конструктор Ніколаус Аугуст Отто (1832-1891) створив у 1863 двотактний атмосферний двигун внутрішнього згоряння. Двигун мав вертикальне розташування циліндра, запалення відкритим полум'ям та ККД до 15%. Витіснив двигун Ленуара.

У 1876 р. Ніколаус Аугуст Отто побудував досконаліший чотиритактний газовий двигун внутрішнього згоряння.

У 1880-х роках Огнеслав Степанович Костович у Росії побудував перший бензиновий карбюраторний двигун.

У 1885 році німецькі інженери Готтліб Даймлер та Вільгельм Майбах розробили легкий бензиновий карбюраторний двигун. Даймлер і Майбах використовували його для створення першого мотоцикла в 1885, а в 1886 - на першому автомобілі.

Німецький інженер Рудольф Дизель прагнув підвищити ефективність двигуна внутрішнього згоряння й у 1897 запропонував двигун із запаленням від стискування. На заводі «Людвіг Нобель» Еммануїла Людвіговича Нобеля в Петербурзі в 1898-1899 Густав Васильович Трінклер удосконалив цей двигун, використавши безкомпресорне розпилювання палива, що дозволило застосувати як паливо нафту. В результаті безкомпресорний двигун внутрішнього згоряння високого стиснення із самозайманням став найбільш економічним стаціонарним тепловим двигуном. У 1899 році на заводі «Людвіг Нобель» побудували перший дизель у Росії і розгорнули масове виробництво дизелів. Цей перший дизель мав потужність 20 к. с. с., один циліндр діаметром 260 мм, хід поршня 410 мм та частоту обертання 180 об/хв. У Європі дизельний двигун, удосконалений Густавом Васильовичем Трінклером, отримав назву "російський дизель" або "Трінклер-мотор". На всесвітній виставці в Парижі в 1900 році двигун Дизеля отримав головний приз. У 1902 р. Коломенський завод купив у Еммануїла Людвіговича Нобеля ліцензію на виробництво дизелів і незабаром налагодив масове виробництво.

У 1908 році головний інженер Коломенського заводу Р. А. Корейво будує і патентує у Франції двотактний дизель з поршнями, що протилежно рухаються, і двома колінвалами. Дизелі Корейво почали широко використовуватись на теплоходах Коломенського заводу. Випускалися вони і заводах Нобелів.

У 1896 році Чарльз В. Харт та Чарльз Парр розробили двоциліндровий бензиновий двигун. У 1903 році їхня фірма побудувала 15 тракторів. Їх шеститонний #3 є найстарішим трактором із двигуном внутрішнього згоряння у Сполучених Штатах і зберігається у Смітсонівському Національному музеї американської історії у Вашингтоні, округ Колумбія. Бензиновий двоциліндровий двигун мав зовсім ненадійну систему запалення та потужність 30 л. с. на холостому ходу та 18 л. с. під навантаженням

Першим практично придатним трактором із двигуном внутрішнього згоряння був американський триколісний трактор lvel Дена Елборна 1902 року. Було побудовано близько 500 таких легких та потужних машин.

У 1903 році відбувся політ першого літака братів Орвіла та Вілбура Райт. Двигун виготовив механік Чарлі Тейлор. Основні частини двигуна виготовили з алюмінію. Двигун Райт-Тейлора був примітивним варіантом інжекторного бензинового двигуна.

На першому у світі теплоході - нафтоналивній баржі «Вандал», побудованій у 1903 році в Росії на Сормівському заводі для «Товариства Братів Нобель», були встановлені три чотиритактні двигуни Дизеля потужністю по 120 л. с. кожен. У 1904 році було збудовано теплохід «Сармат».

У 1924 році за проектом Якова Модестовича Гаккеля на Балтійському суднобудівному заводі в Ленінграді було створено тепловоз ЮЕ2 (ЩЕЛ1).

Практично одночасно в Німеччині на замовлення СРСР і за проектом професора Ю. В. Ломоносова за особистою вказівкою В. І. Леніна в 1924 на німецькому заводі Есслінген (колишній Кесслер) поблизу Штутгарта побудований тепловоз Еэл2 (спочатку Юэ001).

Типи двигунів внутрішнього згоряння

Поршневі двигуни - камера згоряння міститься в циліндрі, теплова енергія перетворюється на механічну за допомогою кривошипно-шатунного механізму.

Газова турбіна - перетворення енергії здійснюється ротором з клиноподібними лопатками.

Рідинний ракетний двигуні повітряно-реактивний двигун перетворять енергію палива, що згоряє, безпосередньо в енергію реактивного газового струменя.

Роторно- поршневі двигуни- у яких перетворення енергії здійснюється рахунок обертання робочими газами ротора спеціального профілю (двигун Ванкеля).

ДВЗ класифікують:

за призначенням - на транспортні, стаціонарні та спеціальні.

за родом палива - легкі рідкі (бензин, газ), важкі рідкі (дизельне паливо, суднові мазути).

за способом утворення горючої суміші - зовнішнє (карбюратор) та внутрішнє (в циліндрі ДВЗ).

за обсягом робочих порожнин та вагогабаритних характеристик - легкі, середні, важкі, спеціальні.

за кількістю та розташування циліндрів.

Крім наведених вище загальних всім ДВС критеріїв класифікації існують критерії, якими класифікуються окремі типи двигунів. Так, поршневі двигуни можна класифікувати за кількістю та розташуванням колінчастих і розподільних валів, за типом охолодження, наявністю або відсутністю крейцкопфа, наддуву (і за типом наддуву), за способом сумішоутворення і за типом запалювання, за кількістю карбюраторів, за типом газорозподільного механізму.

Понад два століття прогрес людства нерозривно пов'язані з різними машинами, особливо з транспортними засобами. Які допомагали швидко переміщати товари від постачальників до споживачів. Ті, хто вигадав двигун внутрішнього згоряння (ДВС), зробили вагомий внесок у розвиток людської цивілізації. Оскільки автомобілі, кораблі та літаки досі залишаються головним двигуном в історії людства. Першим комерційно успішним ДВС вважається двигун французького винахідника з Бельгії Жана

Перший крок

Наприкінці 18 століття французький механік Філіп Лебон уперше отримав світильний газ та запатентував спосіб його отримання при піролізі деревини чи вугілля. Суміш метану, водню та чадного газу стала широко використовуватися для освітлення вулиць європейських міст. Винахідники багатьох країн світу взялися за конструювання двигуна, який використовує це відносно недороге та ефективне паливо.

Тоді багато інженерів розуміли, що ефективність двигуна підвищиться, якщо паливо не спалювати в топці, як у паровому двигуні. А безпосередньо у циліндрі.

Проте тим, хто придумав перший став той самий Філіп Лебон. В 1801, через два роки після відкриття світильного газу, Лебон отримав патент на двигун, що працює на суміші стисненого газу і повітря. Вони накачувалися в робочий циліндр і там спалахували. Однак винахід залишився тільки на папері, в 1804 Лебон був убитий. Він залишився одним із багатьох інженерів в історії створення двигуна внутрішнього згоряння, хто вигадав, але не реалізував на практиці свій винахід.

Перший комерційний успіх

У наступний період механіки багатьох європейських країн намагалися створити зразок ДВС, що нормально працює, на світильному газі. Однак усі ці зусилля тривалий час не призводили до появи двигуна, який міг би конкурувати за ефективністю з паровою машиною.

Тим, хто вигадав двигун внутрішнього згоряння, що досяг комерційного успіху, став бельгійський механік французького походження Жан Етьєн Ленуар. Він першим вирішив спалахувати газоповітряну суміш за допомогою електричної іскри. Можливо, така ідея прийшла до нього, бо інженер працював на гальванічному заводі. Однак успіх прийшов до нього не одразу. Перша модель пропрацювала зовсім небагато і зупинилася, тому що через велику температуру поршень розширився, і його заклинило в циліндрі. Ленуар доповнив свій ДВЗ водяною системою охолодження. А після другого невдалого запуску і сконструював систему змащення. До 1864 він продав більше 1400 своїх двигунів і розбагатів.

Перший двигун у масовому виробництві

Серед тих, хто вигадав двигун внутрішнього згоряння – німецький інженер Ніколас Отто. Він удосконалив машину, що працює на світильному газі, і в 1864 отримав патент на свою модель ДВС. Яка була продана у кількості понад 5000 штук.

У 1877 році Отто отримав патент на двигун із чотиритактним циклом. Цей принцип лежить і зараз в основі роботи великої частини газових та бензинових двигунів. Протягом наступних двадцяти років було випущено понад 42 тисячі таких ДВС. Однак використання світильного газу сильно звужувало можливості їхнього використання.

Винахід Дизеля

На початку 19 століття було сформульовано опис процесу Карно. Воно стверджувало, що у тепловій машині швидка зміна обсягу газу ( швидкий стиск) дозволить розігріти робоче тіло до температури горіння.

У 1890 Рудольф Дизель винайшов спосіб практичного використання циклу Карно. Він став першим, хто вигадав дизельний двигун внутрішнього згоряння. Упродовж кількох років німецький інженер запатентував кілька варіантів конструкції. Перша модель, що практично працює, була зібрана в 1897 році і названа дизель-мотором. З 1889 розпочато масове виробництво дизельних двигунів.

У пошуках нового палива

Одночасно з удосконаленням ДВЗ йшов активний пошук найефективнішого палива. Вже були випробувані двигуни, що використовували як паливо вугільний пил, водень, суміш скипидару та спирту, нафту. Деякі з них працювали, але не набули широкого поширення через високу ціну. Однак найбільш перспективним напрямом для інженерів бачилося використання замість газу парів рідкого пального, що випаровується.

У 1872 році американець Брайтон намагався працювати з гасом. Однак той випаровувався не дуже інтенсивно, і він перейшов на бензин легшої фракції. Для роботи на новому паливі необхідно було розробити додатковий пристрій, який переводив нове пальне в газоподібний стан. Після цього пари бензину потрібно було змішати з повітрям. Брайтон винайшов і перший випарний карбюратор, який вийшов не дуже вдалим. Але саме він поставив тренд у використанні паливно-мастильних матеріалівяк паливо.

Бензиновий двигун

Коли найефективніший вид пального для ДВС було визначено, багато інженерів почали працювати над машиною, що працює на бензині. Серед тих, хто придумав бензиновий двигун внутрішнього згоряння, найбільший внесок зробив разом зі своїм партнером Вільгельмом Майбахом він створив майстерні в Штутгарті. Там почали виробляти гартильні бензинові двигуни.

Угорський інженер Донат Банки теж належить до тих, хто вигадав двигун внутрішнього згоряння. В 1893 йому видали патент на карбюратор з жиклером, принцип роботи якого досі використовується в сучасних машинах. Перші ДВС були з одним циліндром, наприкінці 19 століття з'явилися двоциліндрові, а з початком 20 століття – чотирициліндрові.

Це вступна частина циклу статей присвячених Двигуну Внутрішнього Згоряння, що є коротким екскурсом в історію, розповідає про еволюцію ДВЗ Також у статті будуть порушені перші автомобілі.

У наступних частинах будуть докладно описані різні ДВЗ:

Шатунно-поршневі
Роторні
Турбореактивні
Реактивні

Двигун був встановлений на човен, який зміг піднятися вгору за течією річки Сона. Через рік після випробувань брати отримали патент на свій винахід, підписаний Наполеоном Бонопартом, терміном на 10 років.

Найправильніше було б назвати цей двигун реактивним, оскільки його робота полягала у виштовхуванні води з труби човна, що знаходиться під днищем.

Двигун складався з камери запалювання та камери згоряння, сильфону для нагнітання повітря, паливо-роздавального пристрою та пристрою запалювання. Паливом для двигуна служив вугільний пил.

Сильфон впорскував струмінь повітря змішаний з вугільним пилом в камеру підпалювання де тліючий гніт запалював суміш. Після цього, частково підпалена суміш (вугільний пил горить відносно повільно) потрапляла в камеру згоряння, де повністю прогорала і відбувалося розширення.
Далі тиск газів виштовхував воду з вихлопної труби, Що змушувало човен рухатися, після цього цикл повторювався.
Двигун працював у імпульсному режимі з частотою ~12 та/хвилину.

Через деякий час, брати вдосконалили паливо, додавши в нього смолу, а потім замінили його нафтою і сконструювали просту систему упорскування.
Протягом наступних десяти років проект не набув жодного розвитку. Клод поїхав до Англії з метою просування ідеї двигуна, але розтратив усі гроші і нічого не досяг, а Джозеф зайнявся фотографією і став автором першої у світі фотографії «Вигляд з вікна».

У Франції, у будинку-музеї Ньєпсів, виставлено репліку «Pyreolophore».

Трохи пізніше, де Ріва поставив свій двигун на чотириколісний віз, який, на думку істориків, став першим автомобілем з ДВС.

Про Алессандро Вольта

Вольта вперше помістив пластини з цинку та міді в кислоту, щоб отримати безперервний електричний струм, створивши перше у світі хімічне джерело струму. («Вольтовий стовп»).

У 1776 р. Вольта винайшов газовий пістолет - пістолет Вольти, в якому газ вибухав від електричної іскри.

У 1800 році збудував хімічну батареющо дозволило отримувати електрику за допомогою хімічних реакцій.

Іменем Вольти названа одиниця виміру електричної напруги – Вольт.

A- Циліндр, B- "Свіча запалювання, C- поршень, D- «повітряна» куля з воднем, E- хроповик, F- клапан скидання відпрацьованих газів, G- рукоятка для керування клапаном.

Водень зберігався в «повітряній» кулі з'єднаною трубою з циліндром. Подача палива та повітря, а також підпал суміші та викид відпрацьованих газів здійснювалися вручну, за допомогою важелів.

Принцип роботи:

Через клапан скидання відпрацьованих газів у камеру згоряння надходило повітря.
Клапан зачинявся.
Відкривався кран подачі водню із кулі.
Кран закривався.
Натисканням на кнопку подавався електричний розряд на свічку.
Суміш спалахувала і піднімала поршень нагору.
Відкривався клапан скидання відпрацьованих газів.
Поршень падав під власною вагою (він був важкий) і тягнув мотузку, яка через блок повертала колеса.

Після цього цикл повторювався.

1813 року де Ріва побудував ще один автомобіль. Це був віз довжиною близько шести метрів, з колесами двометрового діаметра і важив майже тонну.
Машина змогла проїхати 26 метрів із вантажем каменів (близько 700 фунтів)та чотирма чоловіками, зі швидкістю 3 км/год.
З кожним циклом машина переміщалася на 4-6 метрів.

Мало хто з його сучасників серйозно ставився до цього винаходу, а Французька Академія Наук стверджувала, що двигун внутрішнього згоряння ніколи не конкуруватиме за продуктивністю з паровою машиною.

У 1833 році, американський винахідник Лемюель Веллман Райт зареєстрував патент на двотактний газовий двигун внутрішнього згоряння з водяним охолодженням.
(див. нижче)у своїй книзі "Gas and Oil Engines" написав про двигун Райта наступне:

«Креслення двигуна дуже функціональне, а деталі ретельно опрацьовані. Вибух суміші діє безпосередньо на поршень, який через шатун обертає кривошипний вал. за зовнішньому виглядудвигун нагадує парову машину високого тиску, в якій газ та повітря подаються за допомогою насосів з окремих резервуарів. Суміш, що знаходиться в сферичних ємностях, підпалювалася під час підйому поршня в ВМТ (верхня мертва точка) і штовхала його вниз/вгору. Наприкінці такту відкривався клапан і викидав вихлопні гази в атмосферу.

Невідомо, чи був колись цей двигун збудований, однак є його креслення:

У 1838 році, англійський інженер Вільям Барнетт отримав патент на три двигуни внутрішнього згоряння.

Перший двигун - двотактний односторонньої дії (паливо горіло лише з одного боку поршня)з окремими насосами для газу та повітря. Підпал суміші відбувався в окремому циліндрі, а потім палаюча суміш перетікала в робочий циліндр. Впуск та випуск здійснювався через механічні клапани.

Другий двигун повторював перший, але був подвійної дії, тобто горіння відбувалося поперемінно з обох боків поршня.

Третій двигун, так само був подвійної дії, але мав впускні та випускні вікна в стінках циліндра, що відкривається в момент досягнення поршнем крайньої точки (як у сучасних двотактниках). Це дозволяло автоматично випускати вихлопні гази та впускати новий заряд суміші.

Відмінною особливістю двигуна Барнетта було те, що свіжа суміш стискалася поршнем перед займанням.

Креслення одного з двигунів Барнетта:

У 1853-57 роках, італійські винахідники Єугеніо Барзанті та Феліче Маттеуччі розробили та запатентували двоциліндровий двигун внутрішнього згоряння потужність 5 л/с.
Патент був виданий Лондонським бюро, оскільки італійське законодавство не могло гарантувати достатній захист.

Будівництво прототипу було доручено компанії Bauer & Co. of Milan» (Helvetica), і завершено на початку 1863 року. Успіх двигуна, який був набагато ефективнішим, ніж парова машина, виявився настільки великим, що компанія стала отримувати замовлення з усього світу.

Ранній, одноциліндровий двигун Барзанті-Маттеучі:

Модель двоциліндрового двигуна Барзанті-Маттеучі:

Маттеуччі та Барзанті уклали угоду на виробництво двигуна з однією з бельгійських компаній. Барзанті відбув до Бельгії для спостереження за роботою особисто та раптово помер від тифу. Зі смертю Барзанті всі роботи з двигуна були припинені, а Маттеуччі повернувся до своєї колишньої роботи як інженер-гідравлік.

У 1877 році, Маттеучі стверджував, що він з Барзанті були головними творцями двигуна внутрішнього згоряння, а двигун побудований Августом Отто дуже схожий на двигун Барзанті-Маттеучі.

Документи щодо патентів Барзанті та Маттеучі зберігаються в архіві бібліотеки Museo Galileo у Флоренції.

Найголовнішим винаходом Ніколауса Отто був двигун з чотиритактним циклом- циклом Отто. Цей цикл досі лежить в основі роботи більшості газових та бензинових двигунів.

Чотирьохтактний цикл був найбільшим технічним досягненням Отто, але незабаром виявилося, що за кілька років до його винаходу такий самий принцип роботи двигуна був описаний французьким інженером Бо де Роша (див. вище). Група французьких промисловців заперечила патент Отто в суді, суд вважав їхні докази переконливими. Права Отто, які з його патенту, було значно скорочено, зокрема було анульовано його монопольне декларація про чотиритактний цикл.

Незважаючи на те, що конкуренти налагодили випуск чотиритактних двигунів, відпрацьована багаторічним досвідом модель Отто все одно була найкращою, і попит на неї не припинявся. До 1897 року було випущено близько 42 тисяч таких двигунів різної потужності. Однак та обставина, що як паливо використовувався світильний газ, сильно звужувала область їх застосування.
Кількість світильногазових заводів було трохи навіть у Європі, а Росії їх взагалі було лише два - у Москві Петербурзі.

У 1865 році, французький винахідник П'єр Хьюго отримав патент на машину, що представляла собою вертикальний одноциліндровий двигун подвійної дії, в якому для подачі суміші використовувалися два гумові насоси, що приводяться в дію від колінчастого валу.

Пізніше Х'юго сконструював горизонтальний двигунсхожий з двигуном Ленуара.

Science Museum, London.

У 1870 році, австро-угорський винахідник Семюель Маркус Зігфрід сконструював двигун внутрішнього згоряння, що працює на рідкому паливі і встановив його на чотириколісний візок.

Сьогодні цей автомобіль добре відомий як The First Marcus Car.

У 1887 році, у співпраці з компанією "Bromovsky & Schulz", Маркус побудував другий автомобіль - "Second Marcus Car".

У 1872 році, американський винахідник запатентував двоциліндровий двигун внутрішнього згоряння постійного тиску, що працює на гасі.
Брайтон назвав свій двигун "Ready Motor".

Перший циліндр виконував функцію компресора, що нагнітав повітря в камеру згоряння, в яку безперервно надходив і гас. У камері згоряння суміш підпалювалася і через золотниковий механізм надходило до другого - робочого циліндра. Істотною відмінністю від інших двигунів було те, що паливоповітряна суміш згоряла поступово і при постійному тиску.

Цікаві термодинамічні аспекти двигуна, можуть почитати про «Цикл Брайтона».

У 1878 році, шотландський інженер Сер (у 1917 році посвячений у лицарі)розробив перший двотактний двигуніз запаленням стиснутої суміші. Він запатентував його в Англії у 1881 році.

Двигун працював цікавим чином: у правий циліндр подавалося повітря та паливо, там воно змішувалося і ця суміш виштовхувалася у лівий циліндр, де й відбувалося підпалювання суміші від свічки. Відбувалося розширення, обидва поршні опускалися, з лівого циліндра (через лівий патрубок)викидалися вихлопні гази, а правий циліндр всмоктувалась нова порція повітря і палива. Наслідуючи інерцію поршні піднімалися і цикл повторювався.

У 1879 році, побудував цілком надійний бензиновий двотактнийдвигун та отримав на нього патент.

Однак справжній геній Бенца виявився в тому, що в наступних проектах він зумів поєднати різні пристрої. (дросель, запалення за допомогою іскри з батареї, свічка запалювання, карбюратор, зчеплення, КПП та радіатор)на своїх виробах, що, у свою чергу, стало стандартом для всього машинобудування.

У 1883 році Бенц заснував компанію «Benz & Cie» з виробництва газових двигунів і в 1886 році запатентував чотиритактнийдвигун, який він використав на своїх автомобілях.

Завдяки успіху компанії Benz & Cie, Бенц зміг зайнятися проектуванням безкіньових екіпажів. Поєднавши досвід виготовлення двигунів і давнє хобі - конструювання велосипедів, до 1886 року він побудував свій перший автомобіль і назвав його "Benz Patent Motorwagen".

Конструкція дуже нагадує триколісний велосипед.

Одноциліндровий чотиритактний двигун внутрішнього згоряння робочим об'ємом 954 см3. Benz Patent Motorwagen".

Двигун був оснащений великим маховиком (використовувався не тільки для рівномірного обертання, але і для запуску), бензобаком на 4,5 л. Запалення вироблялося свічкою запалювання власної конструкції Бенца, напруга яку подавалося від котушки Румкорфа .

Охолодження було водяним, але не замкненого циклу, а випарним. Пара йшла в атмосферу, так що заправляти автомобіль доводилося не тільки бензином, а й водою.

Двигун розвивав потужність 0,9 л. при 400 об/хв і розганяв автомобіль до 16 км/год.

Карл Бенц за "кермом" свого авто.

Трохи пізніше, 1896 року, Карл Бенц винайшов опозитний двигун (або плоский двигун), в якому поршні досягають верхньої мертвої точкиодночасно, тим самим врівноважуючи один одного.

Музей «Mercedes-Benz» у Штутгарті.

У 1882 році, англійський інженер Джеймс Аткінсон придумав цикл Аткінсона та двигун Аткінсона.

Двигун Аткінсона - це по суті двигун, що працює за чотиритактним. циклу Отто, але зі зміненим кривошипно-шатунним механізмом. Відмінність полягала в тому, що в двигуні Аткінсона всі чотири такти відбувалися за один оберт колінчастого валу.

Використання циклу Аткінсона у двигуні дозволяло зменшити споживання палива та знизити рівень шуму при роботі за рахунок меншого тиску при випуску. Крім того, в цьому двигуні не потрібно редуктора для приводу газорозподільного механізму, так як відкриття клапанів приводив у рух колінчастий вал.

Не дивлячись на низку переваг (включаючи обхід патентів Отто)двигун не набув широкого поширення через складність виготовлення та деяких інших недоліків.
Цикл Аткінсона дозволяє отримати найкращі екологічні показники та економічність, але вимагає високих оборотів. На малих оборотах видає порівняно малий і може заглухнути.

Зараз двигун Аткінсона застосовується на гібридних автомобілях « Toyota Prius» та «Lexus HS 250h».

У 1884 році, британський інженер Едвард Батлер , на лондонській виставці велосипедів "Stanley Cycle Show" продемонстрував креслення триколісного автомобіля з бензиновим двигуном внутрішнього згоряння, а в 1885 побудував його і показав на тій же виставці, назвавши «Velocycle». Так само, Батлер був першим, хто використовував слово бензин.

Патент на "Velocycle" був виданий у 1887 році.

На «Velocycle» було встановлено одноциліндровий, чотиритактний. бензиновий ДВСоснащений котушкою запалювання, карбюратором, дроселем та рідинним охолодженням. Двигун розвивав потужність близько 5 л. при об'ємі 600 см3 і розганяв автомобіль до 16 км/год.

Протягом багатьох років Батлер покращував характеристики свого транспортного засобу, але був позбавлений можливості його тестувати через "Закон Червоного Прапора" (виданий 1865 року), згідно якому транспортні засобине повинні були перевищувати швидкість понад 3 км/год. Крім того, в автомобілі мали бути присутніми троє людей, одна з яких повинна була йти перед автомобілем з червоним прапором. (Такі ось заходи безпеки) .

У журналі "Англійський Механік" від 1890 року, Батлер написав - "Влада забороняє використання автомобіля на дорогах, внаслідок чого я відмовляюся від подальшого розвитку."

Через відсутність суспільного інтересу до автомобіля, Батлер розібрав його на металобрухт, і продав патентні права Гаррі Дж. Лоусону (виробнику велосипедів)який продовжив виробництво двигуна для використання на катерах.

Сам же Батлер перейшов до створення стаціонарних та суднових двигунів.

У 1891 році, Герберт Ейкройд Стюарт у співпраці з компанією "Richard Hornsby and Sons" побудував двигун «Hornsby-Akroyd», в якому паливо (гас) під тиском впорскувалося в додаткову камеру (через форму її називали «гаряча кулька»), встановлену на головці блоку циліндрів та з'єднану з камерою згоряння вузьким проходом. Паливо спалахнуло від гарячих стін додаткової камери і спрямовувалося в камеру згоряння.

1. Додаткова камера (гаряча кулька).
2. Циліндр.
3. Поршень.
4. Картер.

Для запуску двигуна використовувалася паяльна лампа, якою нагрівали додаткову камеру. (після запуску вона підігрівалася вихлопними газами). Через це двигун «Hornsby-Akroyd», який був попередником дизельного двигуна, сконструйованого Рудольфом Дизелем, часто називали «напівдизелем». Однак через рік Ейкройд удосконалив свій двигун, додавши до нього «водяну сорочку» (патент від 1892 р.), що дозволило підвищити температуру в камері згоряння за рахунок збільшення ступеня стиснення, і тепер уже не було необхідності додаткового джерела нагріву.

У 1893 році, Рудольф Дизель отримав патенти на тепловий двигун і модифікований "цикл Карно" під назвою "Метод та апарат для перетворення високої температури в роботу".

У 1897 році, на "Аугсбурзькому машинобудівному заводі" (З 1904 року MAN), за фінансової участі компаній Фрідріха Круппа та братів Зульцер, було створено перший функціонуючий дизель Рудольфа Дизеля
Потужність двигуна складала 20 кінських силпри 172 оборотах за хвилину, ККД 26,2 % при вазі п'ять тонн.
Це набагато перевищувало існуючі двигуни Отто з ККД 20% і суднові парові турбіни з ККД 12%, що викликало найжвавіший інтерес промисловості у різних країнах.

Двигун Дизеля був чотиритактним. Винахідник встановив, що ККД двигуна внутрішнього згоряння підвищується збільшення ступеня стиснення горючої суміші. Але сильно стискати горючу суміш не можна, тому що тоді підвищуються тиск і температура, і вона самозаймається раніше часу. Тому Дизель вирішив стискати не горючу суміш, а чисте повітря і кінець стиснення впорскувати паливо в циліндр під сильним тиском.
Так як температура стисненого повітря досягала 600-650 ° C, паливо самозаймило, і гази, розширюючись, рухали поршень. Таким чином Дизелю вдалося значно підвищити ККД двигуна, позбавитися системи запалювання, а замість карбюратора використовувати паливний насосвисокого тиску
У 1933 році Елінг пророчо писав: "Коли я почав працювати над газовою турбіною в 1882 році, я був твердо впевнений у тому, що мій винахід буде затребуваний в авіабудуванні."

На жаль, Елінг помер у 1949 році, так і не доживши до настання ери турбореактивної авіації.

Єдине фото, яке удалося знайти.

Можливо, хтось знайде щось про цю людину в "Норвезькому музеї техніки".

1903 року, Костянтин Едуардович Ціолковський, у журналі «Науковий огляд» опублікував статтю «Дослідження світових просторів реактивними приладами», де вперше довів, що апаратом, здатним здійснити космічний політ, є ракета. У статті було запропоновано перший проект ракети дальньої дії. Корпус її являв собою довгасту металеву камеру, забезпечену рідинним реактивним двигуном (який також є двигуном внутрішнього згоряння). Як паливо та окислювач він пропонував використовувати відповідно рідкі водень та кисень.

Напевно, на цій ракетно-космічній ноті і варто закінчити історичну частину, оскільки настало 20-те століття і Двигуни Внутрішнього Згоряння стали вироблятися повсюдно.

Філософська післямова…

К.Е. Ціолковський вважав, що в найближчому майбутньому люди навчаться жити якщо не вічно, то принаймні дуже довго. У зв'язку з цим на Землі буде мало місця (ресурсів) і будуть потрібні кораблі для переселення на інші планети. На жаль, щось у цьому світі пішло не так, і за допомогою перших ракет люди вирішили просто знищувати собі таких...

Дякую всім хто прочитав.

Усі права захищені © 2016
Будь-яке використання матеріалів допускається лише із зазначенням активного посилання джерело.

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, які з успіхом застосовувалися в промисловості, на залізничному та водному транспорті, їх 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 двигунівпояснюється ступінчастістю процесу: нагріта при згорянні палива вода перетворюється на пару, енергія якого 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 впливом власної ваги та 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 з братом Клодом Ньєпс винайшов човновий двигун, який 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 подвійного 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 у 1854 р. представили перший справжній двигун внутрішнього згоряння. Він працював на суміші повітря зі світильним газом та 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 машинтого 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) і шатун (6) на колінчастий вал (7), змушуючи обертатися вал. Р. Випуск газів. Поршень (4) рухається нагору; випускний клапан (3) відкрито; 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 переважно у бік посилення потужності, проте принципова схема залишається 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.