Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Первый двигатель внутреннего сгорания: с чего все началось

Первый двигатель внутреннего сгорания: с чего все началось

Разработка первого двигателя внутреннего сгорания длилась почти два века, пока автомобилисты смогут узнать прототипы современных моторов. Все начиналось с газа, а не с бензина. В число людей, которые приложили свою руку к истории создания, являются — Отто, Бенц, Майбах, Форд и другие. Но, последние научные открытия перевернули весь автомир, поскольку отцом первого прототипа считался совсем не тот человек.

Леонардо и здесь руку приложил

До 2016 года основателем первого двигателя внутреннего сгорания считался Франсуа Исаак де Риваз. Но, историческая находка, сделанная английскими учеными, перевернула весь мир. При раскопках вблизи одного из французских монастырей, были найдены чертежи, которые принадлежали Леонардо да Винчи. Среди них был чертеж двигателя внутреннего сгорания.

Конечно, если смотреть на первые двигатели, которые создавали Отто и Даймлер, то можно найти конструктивные сходства, а вот с современными силовыми агрегатами их уже нет.

Легендарный да Винчи опередил свое время почти на 500 лет, но поскольку был скован технологиями своего времени, а также финансовыми возможностями, так и не смог сконструировать мотор.

Детально исследовав чертеж, современные историки, инженеры и автоконструкторы с мировым именем, пришли к выводу, что данный силовой агрегат мог работать и довольно продуктивно. Так, компания Форд занялась разработкой прототипа двигателя внутреннего сгорания, основываясь на чертежах да Винчи. Но, эксперимент удался только наполовину. Двигатель завести не удалось.

Но, некоторые современные доработки позволили, все-таки дать жизнь силовому агрегату. Он так и остался экспериментальным прототипом, но кое-что компания Форд, все-таки почерпнула для себя — это размер камер сгорания для легковых автомобилей В-класса, который составляет 83,7 мм. Как оказалось — это идеальный размер для сгорания воздушно-топливной смеси для такого класса моторов.

Инженерия и теория

Согласно историческим фактам, в XVII веке голландский ученый и физик Кристиан Хагенс разработал первый теоретический двигатель внутреннего сгорания на пороховой основе. Но, как и Леонардо был скован технологиями своего времени и воплотить свою мечту в реальность так и не смог.

Франция. 19 век. Начинается эпоха массовых механизаций и индустриализаций. В это время, как раз и можно создать, что-то невероятное. Первый, кто сумел собрать двигатель внутреннего сгорания, был француз Нисефор Ньепс, который он назвал — Пирэолофор. Он работал с братом Клодом, и они вместе до создания ДВС презентовали несколько механизмов, которые не нашли своих заказчиков.

В 1806 году в национальной французской академии прошла презентация первого мотора. Он работал на угольной пыли и имел ряд конструктивных недоработок. Несмотря на все недостатки, мотор получил положительные отзывы и рекомендации. Вследствие этого братья Ньепсе получили финансовую помощь и инвестора.

Первый двигатель продолжал развиваться. Более совершенный прототип был установлен на лодки и небольшие корабли. Но, Клоду и Нисефору этого было не достаточно, они хотели удивить весь мир, поэтому изучали разные точные науки, чтобы совершенствовать свой силовой агрегат.

Так, их старания увенчались успехами, и в 1815 году Нисефор находит труды химика Лавуазье, который пишет, что «летучие масла», которые являются частью нефтепродуктов, при взаимодействии с воздухов могут взрываться.

1817 год. Клод едет в Англию, с целью получения нового патента на двигатель, так как во Франции срок действия подходил к концу. На этом этапе братья расстаются. Клод начинает работать над мотором самостоятельно, не уведомив об этом брата, и требует с него денег.

Разработки Клода нашли подтверждение только в теории. Изобретенный двигатель не нашел широкого производства, поэтому стал частью инженерной истории Франции, а Ньепса увековечили памятником.

Сын известного физика и изобретатель Сади Карно издал трактат, который сделал его легендой автомобилестроительной индустрии и делает его знаменитым на весь мир. Работа насчитывала 200 экземпляров и называлась «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» изданная в 1824 году. Именно с этого момента начинается история термодинамики.

1858 год. Бельгийский ученый и инженер Жан Жосефа Этьен Ленуара собирает двухтактный двигатель. Отличительными элементами было то, что он имел карбюратор и первую систему зажигания. Топливом служил каменноугольный газ. Но, первый прототип работал всего несколько секунд, а потом навсегда вышел со строя.

Случилось это потому, что мотор не имел систем смазки и охлаждения. При этой неудачи Ленуар не сдался и продолжил работу над прототипом и уже в 1863 году мотор, установленный на 3-х колесный прототип автомобиля, проехал исторические первые 50 миль.

Все эти разработки положили начало эре автомобилестроения. Первые двигатели внутреннего сгорания продолжали разрабатываться, и их создатели увековечили свои имена в истории. Среди таких были — австрийский инженер Зигфрид Маркус, Джордж Брайтон и другие.

Руль принимают легендарные немцы

В 1876 году эстафету начинают принимать немецкие разработчики, чьи имена в наши дни гремят громко. Первый, кого следует отметить, стал Николас Отто и его легендарный «цикл Отто». Он первый разработал и сконструировал прототип двигатель на 4-х цилиндрах. После этого уже в 1877 году он патентует новый двигатель, который лежит в основе большинства современных моторов и самолетов начала 20 века.

Еще одно имя в истории автомобилестроения, которое многие знают и сегодня — Готлиб Даймлер. Он со своим другом и братом по инженерии Вильгельмом Майбахом разработали мотор на газовой основе.

1886 год стал переломным, поскольку именно Даймлер и Майбах создали первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Силовой агрегат получил название «Reitwagen». Этот движок ранее устанавливался на двухколесные транспортные средства. Майбах разработал первый карбюратор с жиклерами, который также эксплуатировался достаточно долго.

Читать еще:  Что происходит в двигателе во время пуска

Для создания работоспособного двигателя внутреннего сгорания великим инженерам пришлось объединить свои силы и умы. Так, группа ученых, в которую вошли Даймлер, Майбах и Отто начали собирать моторы по две штуки в день, что на тот момент было большой скоростью. Но, как и всегда бывает, позиции ученых в совершенствовании силовых агрегатов разошлись и Даймлер уходит с команды, чтобы основать свою компанию. Вследствие этих событий Майбах следует своему другу.

1889 год Даймлер основывает первую автомобилестроительную фирму «Daimler Motoren Gesellschaft». В 1901 году Майбах собирает первый Мерседес, который положил начало легендарному немецкому бренду.

Еще одним не менее легендарным немецким изобретателем становится Карл Бенц. Его первый прототип двигателя мир увидел в 1886 году. Но, до момента создания первого своего мотора, он успел основать фирму «Benz & Company». Дальнейшая история просто потрясающая. Впечатленный разработками Даймлера и Майбаха, Бенц решил слить все компании воедино.

Так, сначала «Benz & Company» сливается с «Daimler Motoren Gesellschaft», и становиться «Daimler- Benz». Впоследствии соединение коснулось и Майбаха и компания стала называться «Mersedes- Benz».

Еще одно знаменательное событие в автомобилестроение случилось в 1889 году, когда Даймлер предложил разработку V-образного силового агрегата. Его идею подхватил Майбах и Бенц, и уже в 1902 году V-образные двигатели начали выпускаться на самолеты, а позже на автомобили.

Отец основатель автоиндустрии

Но, как не крути, самый большой взнос в развитие автомобилестроения и автодвигательных разработок внес американский конструктор, инженер и просто легенда — Генри Форд. Его лозунг: «Автомобиль для всех» нашел признание у простых людей, что и привлекло их. Основав в 1903 году компанию «Форд», он не только принялся за разработку нового поколения двигателей для своего автомобиля Форд А, но и дал новые рабочие места простых инженерам и людям.

В 1903 году против Форда выступил Селден, который утверждал, что первый использует его разработку двигателя. Судебный процесс длился целых 8 лет, но при этом, ни один из участников, так и не смог выиграть процесс, поскольку суд решил, что права Селдена не нарушены, а Форд использует свой тип и конструкцию мотора.

В 1917 году, когда США вступила в первую мировую войну, компания Форд начинает разработку первого тяжелого двигателя для грузовых автомобилей с повышенной мощностью. Так, к концу 1917 года Генри представляет первых бензиновый 4-х тактный 8-ми цилиндровый силовой агрегат Форд М, который начала устанавливаться на грузовые автомобили, а в последствие и во время 2-й мировой на некоторые грузовые самолеты.

Когда другие автомобилестроители переживали не самые лучшие времена, то компания Генри Форда процветала и имела возможность разрабатывать все новые варианты двигателей, которые нашли применение среди широкого автомобильного ряда автомобилей Форд.

Вывод

По сути, первый двигатель внутреннего сгорания изобрел Леонардо да Винчи, но это было только в теории, поскольку он был скован технологиями своего времени. А вот первый прототип поставил на ноги голландец Кристиан Хагенс. Потом были разработки французских братьев Ньепс.

Но, все же массовой популярности и разработки двигатели внутреннего сгорания получили с разработками таких великих немецких инженеров, как Отто, Даймлер и Майбах. Отдельно стоит отметить заслуги в разработках моторов отца основателя автоиндустрии — Генри Форда.

Расчет и выбор двигателей для различных режимов работы

Надежная продолжительная работа двигателя возможна только в том случае, когда он правильно рассчитан и выбран по тепловому и динамическому режимам и соответствует условиям окружающей среды. Надежность электропривода связана с конструкцией двигателя.

Применение двигателя любого типа прежде всего связано с подбором его по мощности. Необходимую мощность двигателя при заданном графике статической нагрузки Рст(t) определяют таким образом, чтобы можно было воспользоваться номинальными (паспортными) данными двигателя.

Продолжительная неизменная нагрузка(режим S1). При такой нагрузке номинальная мощность двигателя (Pном) должна удовлетворять условию:

Угловая скорость должна отвечать необходимой угловой скорости производственного механизма. При соблюдении такого условия выбора двигателя потери в двигателе при пуске и в режиме нагрузки не превышают допустимых, а превышение температуры является установившимся и не превышает допустимого значения.

Кратковременная нагрузка (режим S2). Выбор мощности двигателя для такой нагрузки основан на предположении, что за время работы двигателя τ≤ τдоп (τ-превышение температуры двигателя, τдоп – допустимое превышение температуры). При этом двигатель полностью используется по перегрузочной способности.

Читать еще:  Что установить на зиму на дизельный двигатель

Нагрузочная диаграмма при этом может быть не только одноступенчатой (рис. 1.б), но и двух- трехступенчатой.

Использование для кратковременной работы двигателей общего назначения нецелесообразно, так как во всех случаях из-за невысокой перегрузочной способности (2 – 2,5 раза) они оказываются недоиспользованными по допустимому превышению температуры. Поэтому для кратковременной работы создана специальная серия двигателей.

При кратковременном режиме работы специальных двигателей, отвечающих режиму S2, необходимо, чтобы действительное время кратковременной работы tраб было равно одному из значений времени tраб.ном, для которого выполнен двигатель (10, 30, 60 и 90 мин). Тогда двигатель выбирается из условия:

где Ррасч и Мрасч – расчетная мощность и момент при одноступенчатом графике нагрузки.

Если tрабtраб.ном, то предварительно выбирается двигатель, имеющий по каталогу tраб.ном и Pном, ближайшие к заданным значениям tраб и Ррасч. Затем двигатель обязательно проверяется по перегрузочной способности, с тем, чтобы максимальный момент нагрузки не оказался больше максимального момента двигателя.

Повторно-кратковременная нагрузка (режим S3). Нагрузочная диаграмма показана на рис.2 . Мощность двигателей при этом режиме работы выбирается, исходя из эквивалентных значений тока, момента или мощности и сравнения их с номинальными.

Рис. 2. Нагрузочная диаграмма двигателя в повторно-кратковременном режиме

Продолжительность цикла (ТЦ), т.е. суммарное время работы и пауз в повторно-кратковременном режиме, не должна превышать 10 мин, в противном случае двигатель должен выбираться как для продолжительного режима.

Для улучшения экономических показателей электроприводов, работающих в повторно-кратковременном режиме, также выпускается специальная серия двигателей с повышенным пусковым и максимальным моментами. Для двигателей этой серии в паспорте данных кроме основных величин указывается продолжительность включения (ПВ%).

В специальных каталогах для двигателей повторно-кратковременного режима указывается мощность, которую он может развивать при каждом из нормируемых значениях ПВст = (15, 25, 40, 60 и 100)%.

Если при повторно-кратковременном режиме статическая нагрузка двигателя, время работы и пауз от цикла а циклу не меняется и ПВ, подсчитанная по нагрузочной диаграмме (ПВрасч), равна одному из указанных стандартных значений ПВ, то двигатель выбирается путем сравнения расчетной мощности с номинальной ПВ:

где Рном — номинальная мощность двигателя при стандартной продолжительности включения.

Если действительная ПВ, рассчитанная по (2), отличается от стандартной, то двигатель выбирается по ближайшему стандартному ее значению , но при этом мощность двигателя пересчитывается по выражению:

, (6)

где Рном –мощность двигателя, соответствующая стандартной ПВст,

Ррасч – мощность двигателя, рассчитанная для действительной ПВрасч.

Как долго автомобиль может работать на холостом ходу?

Давайте посмотрим правде в глаза. Мы все спрашивали себя: как долго моя машина может простаивать на холостом ходу? Обычно этот вопрос приходит нам в голову, когда мы стоим в пробке.

Что такое холостой ход и почему он иногда необходим? Если ваш автомобиль не находится в движении, а двигатель активен, то автомобиль работает на холостом ходу. Существует несколько причин холостого хода, и их часто невозможно избежать. Например, вы ничего не можете сделать с вашим автомобилем, пока вы застряли в пробке. Кроме того, вы не можете позволить себе глушить двигатель на каждом светофоре или знаке остановки. Если вы не заядлый водитель, и ваш автомобиль не используется в течение нескольких дней подряд, желательно дать возможность холостого хода хотя бы один раз в неделю. Это займет около минуты, но поможет поддерживать двигатель в хорошем состоянии.

Как долго вы можете позволить своему автомобилю работать на холостых? Ответ на этот вопрос — технически, бесконечно. Мы говорим технически, потому что у вашего автомобиля в конечном итоге закончится бензин, и он попросту не сможет работать без бензина. Однако, если вы дадите машине поработать на холостом ходу, пока в баке есть топливо, вы можете быть уверены, что двигатель будет работать до тех пор, пока не износится расходник, например, пока не перетрется ремень. Если все ваши системы функционируют правильно, двигатель нагреется до рабочей температуры и продолжит работу до тех пор, пока вы не выключите его. Большинство автомобилей в настоящее время содержат системы водяного охлаждения. Следовательно, Ваш автомобиль не будет перегреваться, если останется на холостом ходу.

Много ли тратится бензина, если машина работает на холостом ходу? Вы не особо много потратите топливо. Если вы не нажимаете на педаль газа, то ваш автомобиль потребляет от 14% до 20% всего запаса. Это означает, что даже если ваш автомобиль простаивает в течение 24 часов, у вас все равно останется как минимум половина бака. В среднем автомобили будут сжигать 0,5 — 0,7 литра бензина в час на холостом ходу. Большинство автомобилей могут вместить 50-55 литров. Некоторые автомобили имеют малый расход топлива, как Honda Accord почти 4.7 л/100км. В то время как Land Rover, например, расходует около 12 л/100км.

Читать еще:  Бмв х5 объем двигателя 3 расход топлива

Как долго должен простаивать автомобиль? Опыт показал, что достаточно позволить вашему автомобилю простаивать от 30 секунд до минуты. Так что, если по вашим расчетам ожидание займет больше времени, подумайте о том, чтобы заглушить двигатель.

Если оставить его работать дольше, это приведет к дополнительному загрязнению воздуха, которым мы все дышим. Более того, в некоторых случаях оставлять двигатель включенным, когда автомобиль не двигается, может быть опасно для пассажиров. Например, если включен кондиционер, а ваш автомобиль простаивает, есть вероятность отравиться угарным газом.

Когда автомобиль не должен простаивать? Наверняка вас предупреждали, чтобы вы не оставляли свой автомобиль на холостых во время заправки бака. Хотя это может звучать как мелкая просьба, она не является необоснованной. Из-за высоких температур выделяемые пары, могут легко воспламеняться. Поэтому, лучше заглушите двигатель.

Итак, оптимальное время для работы автомобиля на холостом ходу от 30 секунд до минуты. Если машина исправна, то работа дольше этого времени тоже не причинит большого вреда. Однако имейте в виду и другие аспекты этого процесса. Пуск двигателя в работу без всякой причины представляет опасность для окружающей среды. Кроме того, это представляет небольшой, но риск для вашего здоровья. Спросите себя — а нужно ли, чтобы двигатель сейчас работал? Может быть, стоит его заглушить.

Как работает двигатель автомобиля – «сердечные» дела вашей машины

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля, необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится поршень с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение коленчатого вала.

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

Много моделей используют конструкцию V-образного двигателя. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Во многих конструкциях количество цилиндров составляет от 6 до 12 и более. Это позволяет значительно сократить линейный размер двигателя и уменьшить его длину.

Таким образом, разнообразие двигателей позволяет успешно их использовать в автомобилях самого разного назначения. Это могут быть стандартные легковые и грузовые машины, а также спортивные авто и внедорожники. В зависимости от типа двигателя вытекают и определенные технические характеристики всей машины.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector