Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гидравлический пресс изобрели раньше чем двигатель внутреннего сгорания

«Эволюция ДВС достигла пика?»

В основе всего многообразия сложных механизмов, которыми мы пользуемся сегодня, лежат достижения технической революции конца XIX – начала XX веков. На протяжении всего прошлого столетия изобретения этого периода лишь оттачивались. Совершенствовались технологические процессы, уменьшались допуски, происходила автоматизация, внедрялись второстепенные инновации, направленные на улучшение характеристик той или иной продукции. Это касается и автомобильной промышленности, в особенности в части двигателестроения.

Дело в том, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, ставший чуть менее ста лет назад основой автоиндустрии, имеет целый ряд недостатков, не позволяющих получать высокие показатели его общего КПД.

Так считается, что КПД классического автомобильного бензинового двигателя с принудительным искровым зажиганием составляет от 20 до 30%, дизельный двигатель может обеспечить 35-40%. В первой половине XX века это были выдающиеся характеристики на фоне пресловутого «КПД паровоза», который, как все мы помним из школьного курса физики, составлял 5-10%.

Впрочем, уже тогда инженерам было понятно, что необходимо добиваться лучших показателей, и уже в 1920 – 1940 годы для этого были разработаны практически все основные принципы, как то турбонаддув, прямой впрыск и т.д. К 1970 годам началась настоящая погоня за повышением эффективности, продолжающаяся по сей день. Были разработаны такие элементы как охлаждение рабочей смеси, изменение фаз газораспределения, поэтапный впрыск… Сегодня некоторые автопроизводители утверждают, что в современном бензиновом ДВС удается добиться общего КПД в 35-38%. Однако вопрос об эффективности усовершенствования старых технологий остается открытым.

Вся история ДВС – сплошная борьба инженеров с основополагающими особенностями конструкции. Если перечислять их вкратце, то это низкая топливная эффективность за счет слишком короткого цикла сгорания, 25-30% топлива в прямом смысле вылетает в трубу. Низкая механическая эффективность – большие потери на перемещение тяжелых деталей шатунно-поршневой группы, на трение, а так же на работу значительного количества навесного оборудования. Не следует забывать и о том, что в автомобиле ДВС, обладающий очень низким крутящим моментом на малых оборотах, нуждается в коробке передач, а это агрегат, в котором тоже теряется часть полученной энергии. Низкая термодинамическая эффективность – большая часть выделяемого тепла не переводится в полезную работу, ведь на это отведено лишь 0,25 всего цикла. Желающим более подробно ознакомиться с проблемой повышения КПД двигателя внутреннего сгорания могу порекомендовать следующую статью Игоря Исаева, разработчика одной из альтернативных конструкций двигателя.

Как правило, усилия конструкторов приводят к достижению выдающихся результатов в области распределения крутящего момента, повышения мощности и «эластичности» двигателя, снижения вибронагруженности…, но собственно КПД увеличивается не столь существенно, а значит затраты топлива на единицу полученной работы остаются относительно высокими.

Часто приходится сталкиваться с несоответствием реального и декларируемого производителем расхода бензина чуть ли не вдвое. Автомобиль с современными системами турбонаддува оказывается экономичным, только если очень бережно относится к педали газа и лишний раз ее не беспокоить.

Бывает и так, что новая модель автомобиля с двигателем, развивающим 150 л.с., ведет себя словно под капотом на пару десятков «лошадей» меньше, хотя в предыдущем поколении этой же модели ничего подобного не наблюдалось. Объясняется это, как правило, всего лишь новыми экологическими стандартами, ради достижения которых двигатель «душат» перенастройкой блока управления двигателем под использование в основном диапазоне оборотов обедненной смеси, а так же более эффективным каталитическим дожигателем.

Словом, складывается впечатление, что эволюция ДВС достигла своего пика, и в будущем нас ждет лишь увядание этой технологии. В последние годы это ощущение подкрепляется бурным развитием таких направлений, как гибриды и электромобили.

И все же уверенности в скором завершении эпохи ДВС у меня нет!

Не секрет, что параллельно с развитием двигателей Отто и Дизеля были попытки внедрения альтернативных конструкций – Аткинсона, Миллера, Стирлинга, Ванкеля. Есть и более экзотические, в том числе и отечественные, например двигатели Баландина и Фролова. Однако большого распространения они не получили. Пожалуй, только «роторы» Ванкеля применялись на немногочисленных моделях автомобилей вплоть до наших дней, но сейчас и они ушли в прошлое.

Победа силовым агрегатам Отто и Дизеля досталась по причине простоты конструкции, а значит и большей экономической эффективности в производстве. Но сейчас, когда стало возможным добиться гораздо большей механической точности, востребованными оказываются и некоторые, казалось бы, давно забытые идеи. Так для многих современных «гибридов» наиболее удачным оказался двигатель Аткинсона, изобретенный еще в конце XIX века. Его использует корпорация Toyota.

Предпринимаются и попытки внедрения принципиальных инноваций. Например, ученые из Университета Висконсин-Мэдисон в США разработали технологию, позволяющую одновременно использовать преимущества обоих видов топлива, бензина и дизеля, для двигателей внутреннего сгорания. Они предложили осуществлять впрыск дизельного топлива и бензина в цилиндр последовательно в ходе каждого цикла. Это необходимо для самовоспламенения топливной смеси, — вместо свечей зажигания работают капельки солярки, воспламеняющиеся под давлением. Пока эта технология не внедрена в производство, но вполне вероятно у нее есть перспективы.

В России компания «Ё-авто» занимается разработкой роторно-лопастного двигателя, в котором к минимуму сведены потери на трение. Разработчики этой конструкции уже заявляли, что КПД нового двигателя должен составить 42-45%, что весьма неплохо для бензинового агрегата.

Некоторые производители идут по пути дальнейшего увеличения степени сжатия, вплоть до почти «дизельных» значений, для достижения более полного сгорания бензиновой смеси. Не так давно компания Mazda начала производство бензиновых двигателей Skyaktiv-G, в которых степень сжатия составляет 14:1.

Если учесть, что двигатель внутреннего сгорания – это еще и обеспечение постоянного спроса на нефтепродукты, вряд ли в ближайшем будущем мир сможет отказаться от столь «ценной» технологии. Автопроизводители просто обречены заниматься ее дальнейшим совершенствованием. Впрочем, направления этой работы могут быть различны. Надеюсь, в рамках очередной дискуссии на нашем портале представители ведущих автомобильных марок расскажут о своих наиболее перспективных разработках в области повышения эффективности ДВС.

Читать еще:  В двигатели с большим пробегом рекомендуется заливать масло

Кто изобретал двигатели внутреннего сгорания

Отличие двигателя внутреннего от двигателя внешнего сгорания

Двигателей внешнего сгорания не так много как двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Все дело в том, что коэффициент полезного действия двигателей с внешним сгоранием топлива гораздо ниже, чем у двигателей со сгоранием топлива внутри цилиндра. Так, например, у паровозов (а у них двигатель внешнего сгорания), КПД всего 5…7%. Топливо нагревает воду (как в скороварке), и она превращается в пар. Этот пар подается в рабочий цилиндр и там он совершает работу. В данном случае – вращает колеса паровоза. А отработанный пар просто выбрасывается в атмосферу.

Более современные двигатели с внешним сгоранием, это, скорее всего, модификации двигателя Стирлинга. Стирлинг предложил не выбрасывать рабочее тело (для паровоза это пар), а нагревать его внутри цилиндра. Это рабочее тело разогреется, увеличится в объеме, или если объем замкнут, увеличится давление. Это давление и произведет работу. Затем этот самый цилиндр нужно охладить. Воздух, или другой газ, уменьшится в объеме и поршень опуститься вниз. Это теоретически, на практике нагревается и остывает сам газ, перемещаясь по специальным каналам. Но принцип остается тот же, газ не покидает пределы замкнутого пространства, а тепло подводится и отводится через стенки цилиндра.

Самые современные двигатели Стирлинга, работающие на солнечной энергии, дают КПД в 31,25%. Однако, они пока не устанавливаются на автомобили из-за сложности конструкции и малой надежности.

Двигатель внутреннего сгорания, потому так и называется, что нагрев рабочего тела (не важно, газ это или пар) происходит внутри замкнутого объема (чаще всего цилиндра). Первым таким двигателем, как не странно это будет звучать, была пушка.

Пороховой заряд, воспламеняясь, нагревал воздух и продукты сгорания пороха внутри канала ствола, и ядро выбрасывалось «пущалось». Отсюда и пушка, от «пущать».

Во всех современных двигателях внутреннего сгорания происходит почти то-же самое – внутри замкнутого объема зажигается некая горючая смесь. Этот «пожар» или «взрыв» нагревает воздух, а он (горячий воздух) производит необходимую работу. Просто поршень в двигателе не выбрасывается наружу, а совершает движения вперед и назад внутри цилиндра.

Изобретатели двигателя, который сейчас установлен на автомобиле

Итак, в связи с тем, что первым двигателем внутреннего сгорания была пушка, необходимо было бы узнать имя изобретателя, но оно, к сожалению, потерялось в веках. Известно, только,что в Европе пушка появилась в 14-м веке, а в восточных странах еще в 13-м.

Христиан Гюйгенс (портрет слева) в начале 17-го века предложил внутрь цилиндра с поршнем насыпать немного пороха. Если этот порох поджечь, то поршень поднимется вверх и шток прикрепленный к поршеню может совершить некоторую работу. Затем аппарат необходимо было разобрать, засыпать новую порцию пороха и продолжить. Шток останавливался в верхнем положении при помощи специального фиксатора.

Конечно, на это сейчас мы смотрим с удивлением, но для 17-го века это был прорыв.

В 1690 году (конец 17-го века) Дени Папен (портрет справа) усовершенствовал эту конструкцию предложив вместо пороха залить на дно цилиндра воду. Если нагреть цилиндр вода испарится превратившись в пар и этот пар совершит работу подняв поршень. Затем поршень можно остудить пар внутри превратится в воду и процесс можно повторить.

Через 15 лет, в 1705 году английский кузнец Томас Ньюкомен предложил машину для откачки воды из шахт. Его аппарат состоял из котла, который производил пар. Пар подавался в цилиндр и там совершал работу. Для быстрого охлаждения цилиндра он применил форсунку, которая впрыскивала холодную воду в этот цилиндр, тем самым охлаждая его. Конечно, периодически приходилось скопившуюся в цилиндре воду выливать, но машина его работала эффективно. Назвать такую машину двигателем внутреннего сгорания сложно, ведь нагрев воды происходит вне цилиндра, но такова история. Весь 18-й век посвящен изобретению конструкций работающих на использовании энергии пара.

Только в 1801 году французский изобретатель Филип Лебон придумал подавать в цилиндр светильный газ в смеси с воздухом и поджигать его там. Он даже получил патент на этот газовый двигатель. Но в связи с тем, что Лебон рано умер (в 1804 году в возрасте 35 лет), довести свое детище до практической модели не успел.

Этьен Ленуар (француз с бельгийскими корнями), придумывал различные механические конструкции, работая на гальваническом заводе. Именно он считается изобретателем первого работающего двигателя внутреннего сгорания.

Доработав идею Лебона, в 1860 году он взял за основу двухходовой поршень, который совершал работу двигаясь как вправо, так и влево. А смесь светильного газа и воздуха он поджигал в отдельной камере при помощи электрической искры. Направляя продукты сгорания (в зависимости от положения поршня) либо в правую, либо в левую полость, как пар у паровоза.

Как видим это опять не совсем похож на современный двигатель в нашем его понимании, но прародитель его это уж точно. Выпустив более 300 таких двигателей, он разбогател и перестал заниматься изобретательством. Изобретенный Августом Николаусом Отто двигатель вытеснил с рынка двигатели Ленуара. Именно Отто предложил и построил четырехтактный двигатель. КПД его двигателя достигал 15%, это почти в 3 раза выше чем у двигателей Ленуара. Кстати сказать современные бензиновые двигатели имеют КПД не выше 36%, это все чего мы достигли за 150 лет работы над двигателями внутреннего сгорания. На этом четырехтактном цикле работают сейчас большинство двигателей.

Читать еще:  Что за датчик на ваз 21099 на двигателе

Только после изобретения двигателей работающих на жидком топливе (керосине и бензине), их вполне уже можно было устанавливать на повозки, что и сделал Карл Бенс в 1886 году.

В компании у Отто работали Готлиб Даймлер (слева) и Вильгельм Майбах ( на фото слева). И хотя предприятие работало прибыльно (двигателей Отто было продано более 42 тысяч штук), применение светильного газа резко сужало сферу применения. Даймлер и Майбах впоследствии организовали производство автомобилей постоянно их совершенствуя. Их имена знают практически все. Ведь именно они придумали автомобиль «Мерседес». Сын Вильгельма Майбаха – Карл (на фото справа), занимался авиационными двигателями, а затем и выпуском знаменитых автомобилей «Майбах».

Вильгельм и его сын Карл Майбах

В 1893 году Рудольф Дизель запатентовал двигатель работающий на отходах производства бензина – солярке.В его двигателе смесь не нужно было воспламенять, она загоралась сама от высокой температуры в цилиндре. Но и смесь воздуха с топливом готовилась несколько по-другому. В его двигателе топливо (солярка) подавалась в цилиндр в конце цикла сжатия специальным насосом. Это было революционным прорывом. Многие современные бензиновые двигатели используют этот метод образования воздушно-топливной смеси. Дизельный же двигатель не претерпел особых изменений.

Теперь на вопрос кто изобретал двигатели внутреннего сгорания Вы точно знаете ответ.

Узнаем кто придумал двигатель внутреннего сгорания? Ключевые фигуры

Более двух веков прогресс человечества неразрывно связан с различными машинами, особенно с транспортными средствами. Которые помогали быстро перемещать товары от поставщиков к потребителям. Те, кто придумал двигатель внутреннего сгорания (ДВС), внесли весомый вклад в развитие человеческой цивилизации. Поскольку автомобили, корабли и самолеты до сих пор остаются главным двигателем в истории человечества. Первым коммерчески успешным ДВС считается двигатель французского изобретателя из Бельгии Жана Этьена Ленуара.

Первый шаг

В конце 18 века французский механик Филипп Лебон впервые получил светильный газ и запатентовал способ его получения при пиролизе древесины или угля. Смесь метана, водорода и угарного газа стала широко использоваться для освещения улиц европейских городов. Изобретатели многих стран мира взялись за конструирования двигателя, использующего это относительно недорогое и эффективное топливо.

Тогда многие инженеры понимали, что эффективность двигателя повысится, если топливо не сжигать в топке, как в паровом двигателе. А непосредственно в цилиндре.

Однако тем, кто придумал первый двигатель внутреннего сгорания, стал все тот же Филипп Лебон. В 1801 году, через два года после открытия светильного газа, Лебон получил патент на двигатель, работающий на смеси сжатого газа и воздуха. Они накачивались в рабочий цилиндр и там воспламенялись. Однако изобретение осталось только на бумаге, в 1804 году Лебон был убит. Он остался одним из многих инженеров в истории создания двигателя внутреннего сгорания, кто придумал, но не реализовал на практике свое изобретение.

Первый коммерческий успех

В последующий период механики многих европейских стран пытались создать нормально работающий образец ДВС на светильном газе. Однако все эти усилия долгое время не приводили к появлению двигателя, который мог бы конкурировать по эффективности с паровой машиной.

Тем, кто придумал двигатель внутреннего сгорания, добившегося коммерческого успеха, стал бельгийский механик французского происхождения Жан Этьен Ленуар. Он первым решил воспламенять газовоздушную смесь посредством электрической искры. Возможно, такая идея пришла к нему, потому что инженер работал на гальваническом заводе. Однако успех пришел к нему не сразу. Первая модель проработала совсем немного и остановилась, потому что из-за большой температуры поршень расширился, и его заклинило в цилиндре. Ленуар дополнил свой ДВС водяной системой охлаждения. А после второго неудачного запуска и сконструировал систему смазки. К 1864 году он продал больше 1400 своих двигателей и разбогател.

Первый двигатель в массовом производстве

Среди тех, кто придумал двигатель внутреннего сгорания — немецкий инженер Николас Отто. Он усовершенствовал машину, работающую на светильном газе, и в 1864 году получил патент на свою модель ДВС. Которая была продана в количестве более 5000 штук.

В 1877 году Отто получил патент на двигатель с четырехтактным циклом. Этот принцип лежит и сейчас в основе работы большой части газовых и бензиновых двигателей. В течение следующих двадцати лет было выпущено более 42 000 таких ДВС. Однако использование светильного газа сильно сужало возможности их использования.

Изобретение Дизеля

В начале 19 века было сформулировано описание процесса Карно. Оно утверждало, что в тепловой машине быстрое изменение объема газа (быстрое сжатие) позволит разогреть рабочее тело до температуры горения.

В 1890 году Рудольф Дизель изобрел способ практического использования цикла Карно. Он стал первым, кто придумал дизельный двигатель внутреннего сгорания. В течение нескольких лет немецкий инженер запатентовал несколько вариантов конструкции. Первая, практически работающая модель, была собрана в 1897 году и названа дизель-мотором. С 1889 года начато массовое производство дизельных двигателей.

В поисках нового топлива

Одновременно с совершенствованием ДВС шел активный поиск наиболее эффективного топлива. Уже были опробованы двигатели, использовавшие в качестве горючего угольную пыль, водород, смесь скипидара и спирта, нефть. Некоторые из них работали, но не получили широкого распространения из-за высокой цены. Однако наиболее перспективным направлением для инженеров виделось использование вместо газа паров испаряемого жидкого горючего.

В 1872 году американец Брайтон пытался работать с керосином. Однако тот испарялся не очень интенсивно, и он перешел на бензин более легкой фракции. Для работы на новом топливе необходимо было разработать дополнительное устройство, переводившее новое горючее в газообразное состояние. После чего пары бензина необходимо было смешать с воздухом. Брайтон изобрел и первый испарительный карбюратор, который однако получился не очень удачным. Но именно он задал тренд в использовании горюче-смазочных материалов в качестве топлива.

Читать еще:  Как установить зажигание на мерседесе 601 двигатель

Бензиновый двигатель

Когда наиболее эффективный вид горючего для ДВС был определен, многие инженеры начали работать над машиной, работающей на бензине. Среди тех, кто придумал бензиновый двигатель внутреннего сгорания, наибольший вклад внес Готлиб Даймлер. Вместе со своим партнером Вильгельмом Майбахом он создал мастерские в Штутгарте. Там начали производить калильные бензиновые двигатели.

Венгерский инженер Донат Банки тоже относится к тем, кто придумал двигатель внутреннего сгорания. В 1893 году ему выдали патент на карбюратор с жиклером, принцип работы которого до сих пор используется в современных машинах. Первые ДВС были с одним цилиндром, в конце 19 века появились двухцилиндровые, а с началом 20 века — четырехцилиндровые.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания. Создание самолета

Принцип четырехтактного двигателя, в котором горючая смесь перед воспламенением подвергалась предварительному сжатию, был высказан еще в 1862 г. французским инженером А. Б. Рошем, но практически использован немецким конструктором Н. Отто в 1876 г.

В 80-х гг. XX в. О.С. Костевич предложил проект легкого бензинового двигателя внутреннего сгорания с карбюратором. По этому проекту был построен 8-цилиндровый двигатель, предназначавшийся для установки на дирижабле. В 1885 г. Г. Даймлер получил патент на свой двигатель, установленный на автомобиле, моторной лодке и мотоцикле.

Второе направление в развитии двигателя внутреннего сгорания связано с изобретением двигателя, работавшего на тяжелом топливе. Р. Дизель выдвинул идею создания «рационального теплового двигателя». В 1897 г. он построил двигатель с самовоспламенением от сжатия. В 1899 г. Г.В. Триклер разработал бескомпрессорный двигатель высокого сжатия с самовоспламенением.

Первый гусеничный трактор с паровыми двигателями был построен в 1888 г. в России Ф.А. Блиновым.

История сохранила много свидетельств о попытках человека решить проблему полета. Л. да Винчи, наблюдая полет птиц, высказал первые научные соображения «о подъемной силе крыла птицы». В записях русского боярина Желябского рассказывается о мужике, бившем челом государю Алексею Михайловичу и просившем 18 руб. на государевой казны на постройку слюдяных крыльев, на которых он обещал полететь, «аки журавль». После неудачи им было испрошено еще 5 руб. на изготовление «игшенных» (замшевых) крыльев. Но полет опять был неудачным, за что изобретателя били батогами, а деньги вернули в казну, продав его имущество.

В Китае с давних пор были известны «летающие драконы», которые наполнялись горячим воздухом или дымом, сообщавшим им способность подниматься. В 1731 г. неизвестный изобретатель-самоучка в Рязани наполнил горячим дымом матерчатый шар и пытался подняться на нем в воздух. В июне 1783 г. состоялся полет воздушного шара-аэростата, изобретенного братьями Ж. и Э. Монгольфе, который был наполнен нагретым воздухом. В 1793 г. по предложению французского ученого Шарля был совершен полет на шаре, наполненном водородом. Полет длился 2,5 час.

С начала XIX в. аэростаты нашли применение в военном деле. Во второй половине XIX в. разрабатываются вопросы использования аэростатов с двигателями. В 1852 г. француз Жиффар первым осуществил полет на дирижабле с паровым двигателем. В 1893-1894 гг. в Петербурге был построен и наполнен газом опытный цельнометаллический дирижабль по проекту инженера Д. Шварца.

Первый аэроплан был создан замечательным русским изобретателем А.Ф. Можайским. В 1860 г. Можайский приступил к исследованию возможности создания летательной машины тяжелее воздуха. Он изучал строение крыльев птиц, определял соотношения между площадью крыльев и весом у птиц, устанавливал скорости парящего полета. Затем он стал исследовать полеты воздушных змеев. Одновременно А. Ф. Можайский изучал работу воздушных винтов.

Изобретатель встал на путь создания летательной машины с неподвижным относительно корпуса крылом. Самолет А. Ф. Можайского состоял из пяти основных частей, которые имеются и в современных самолетах: крылья, корпус, силовую установку, хвостовое оперение и шасси. Назначение и взаимное расположение основных частей в самолете А. Ф. Можайского были те же, что и в современных самолетах – монопланах. На своем самолете А. Ф. Можайский предлагал поставить двигатель внутреннего сгорания. Однако вследствие его несовершенства был вынужден применить в качестве двигателя паровую машину. Осенью 1884 г. на военном поле в Красном Селе под С.-Петербургом самолет А. Ф. Можайского оторвался от земли и пролетел небольшое пространство.

В 1898 г. был осуществлен полет на машине Хирама Максима. После разбега самолет поднялся, но тут же накренился на бок и упал, т. к. не обладал устойчивостью в воздухе. В 1897 г. самолет Адера, пилотируемый человеком, осуществил полет на расстоянии 300 м.

О. Лилиенталь сосредоточил свои усилия на изучении способов скользящих планирующих полетов, аналогичных парящему полету птиц. В 1891 г. им были проведены первые опыты скользящего полета против ветра на крыльях. При этом изобретателю удалось пролететь расстояние в 35 м. В 1896 г. во время полета в сильный ветер планер О. Лилиенталя потерял устойчивость в воздухе и разбился. Изобретатель погиб.

В 1903 г. Братья У. и О. Райт на опытном планере поставили двигатель внутреннего сгорания и осуществили несколько полетов. При довольно сильном ветре аэроплан развивал самостоятельную скорость в 4-5 м в секунду.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector