Мир автомобилей Мир автомобилей
Поршневой двигатель — это двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который использует один или несколько поршней для преобразования давления во вращательное движение. Они являются наиболее распространенным типом двигателей, используемых сегодня в автомобилях. И они не единственные. Рециркуляционные двигатели используются в авиации, судоходстве и промышленности.
Первый поршневой двигатель
В конце 18 века в мире уже существовали паровые двигатели. Локомотивные бригады были разработаны в Англии и Франции. Однако эти машины были громоздкими и медленными в обработке. В конце концов, Джеймс Уатт, создатель самых совершенных паровых машин того времени, считал, что для создания быстрого парового автомобиля потребуется паровая машина с высоким давлением в котле, что было небезопасно.
Франсуа Исаак де Риваз, французский инженер и артиллерийский офицер, также понимал это. Знакомый с принципами работы пороховой артиллерии, он задался вопросом, почему энергия пороховых газов может быть использована для приведения в движение поршня вместо пара. В 1804 году он построил первый экспериментальный стационарный двигатель. Смесь водорода и воздуха подается в цилиндр и поджигается электрическим разрядом. Фактически, Риваз разработал первый поршневой двигатель внутреннего сгорания.
В 1807 году он собрал первую карету, приводимую в движение двигателем собственной конструкции. Четырехколесное шасси имело однопоршневой двигатель внутреннего сгорания без газораспределительного механизма, а подача топлива регулировалась вручную. Это примитивное транспортное средство могло проехать всего 100 метров. Шесть лет спустя компания Rivaz выпустила новый, гораздо более крупный автомобиль. Его длина составляла шесть метров, диаметр колес — два метра, а вес — около одной тонны. На этот раз двигатель работал на смеси сжиженного газа и воздуха. Автомобиль, перевозивший камни, проехал расстояние 26 метров со скоростью 3 км/ч. За одно движение крана автомобиль перемещается на 4-6 метров. Конечно, такие характеристики делали коммерческую эксплуатацию таких двигателей невозможной, но это было только начало.
Дальнейшее развитие
Несмотря на то, что в начале 19 века паровые двигатели считались более перспективными, это не остановило развитие поршневых двигателей. В 1860 году бельгийский инженер Этьен Ленуар создал первый двухтактный поршневой двигатель, пригодный для массового производства. Его новаторский двигатель по сути повторял принципы паровой машины Уатта и некоторые элементы ее конструкции, но работал на сжиженном газе. В зависимости от рабочего объема одного цилиндра, мощность двигателя Lenoir изменялась от 2 л.с. до 20 л.с. Тепловой КПД 8-сильного двигателя составлял всего 4,68%. Для сравнения, КПД современных двигателей внутреннего сгорания колеблется между 20 и 45%. Тем не менее, двигатели Lenoir были выгодны в коммерческой эксплуатации и работали на промышленных предприятиях, в типографиях и судоходных компаниях.
Низкая производительность двигателя была результатом несовершенной конструкции. Однопоршневой двигатель имел огромный рабочий объем, поршни двойного действия, неэффективный впускной и выпускной поворотный механизм и нулевой цикл сжатия. После изучения двигателя Ленуара, его копия была сделана немецким инженером Николаусом Отто в 1861 году.
В 1863 году немцы изготовили двухтактный поршневой двигатель собственной конструкции с КПД 15%. Он имел один цилиндр, установленный вертикально, и работал на сжиженном газе. Первый собственный двигатель Отто был широко принят публикой и имел коммерческий успех.
Deutz AG
В 1864 году Николаус Отто и Ойген Ланге основали собственную компанию N.A. A. Otto & Cie. Все началось в небольшом производственном помещении, где партнеры своими руками собирали первые двигатели. Позже к компании присоединились такие выдающиеся деятели автомобилестроения, как Вильгельм Майбах, Этторе Бугатти и Готлиб Даймлер. Последний занимал должность технического директора с 1872 года. В том же году компания изменила свое название на Gasmotoren-Fabrik Deutz AG.
В 1875 году произошло важное событие, которое навсегда изменило эту отрасль. Николаус Отто создал первый успешный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. В отличие от двигателя Ленуара, новый двигатель был гораздо более эффективным. Его тепловая эффективность составляла более 15%. Кроме того, он был более мощным и экономичным. Фактически, новый двигатель Отто стал началом конца для локомотивов.
Интересно рассмотреть характеристики этого двигателя. 6,1-литровый одноцилиндровый двигатель выдавал 3 л.с. при 180 об/мин. Например, 18-литровый агрегат Lenoir производил всего 2 л.с. Кроме того, двигатель Отто был почти в пять раз экономичнее. В результате новые, более эффективные двигатели вскоре вытеснили двигатели Lenoir с рынка.
Первый поршневой бензиновый двигатель
Николаус Отто, напротив, рассматривал свой двигатель только как стационарный. Однако его соперник, Готлиб Даймлер, вел агрессивную кампанию, чтобы убедить свое начальство применить двигатель внутреннего сгорания на транспорте. Отто не согласился, и в 1880 году Даймлер покинул компанию Deutz AG, забрав с собой Майбаха.
Два инженера сосредоточились на одной задаче: создать легкий, достаточно мощный поршневой двигатель, пригодный для установки на колесное шасси. Проблема заключалась в том, что двигатель Отто работал на газе и требовал газового генератора. Daimler и Maybach решили разработать двигатель для жидкого топлива, чтобы устранить необходимость в огромном конвертере. Это было непростой задачей, поскольку в то время не существовало способа создать оптимальную топливно-воздушную смесь, которая позволила бы двигателю работать стабильно. Решением стал испарительный испаритель, разработанный Майбахом в 1885 году. Этот испаритель позволил создать бензиновый двигатель объемом 100 см3 (Standuhr) мощностью 1 л.с., который работал очень надежно. В том же году на деревянный велосипед был установлен чуть меньший по размерам 0,5 л.с. Standuhr, таким образом, был создан первый в мире мотоцикл. Через год — автомобиль.
С тех пор поршневые двигатели внутреннего сгорания прошли долгий путь. Однако его четырехлетний принцип остался неизменным: первый мотоцикл был построен с поршневым двигателем внутреннего сгорания. Сегодня в мире насчитывается более 1,2 миллиарда автомобилей, большинство из которых работают на двигателях внутреннего сгорания.
