Как появился первый автомобиль
Как появился первый автомобиль.
История началась более 120 лет назад. Был создан немецкими исследователями Готлибом Даймлером и Карлом Бенц первый двигатель внутреннего сгорания. Это был прорыв в создании первого агрегата. С этого времени началась эпоха машиностроения.
Первые изобретения устройств на паровом двигателе начали появляться еще в 17 веке. Они были наподобие экипажей. Двигались они, так скажем не быстро, издавали сильный шум, а также выпускали много дыма.
Например, есть данные, что бельгийский священник-изобретатель Фердинанд Фебрист в 1672 году создал модель на паровом ходу, как игрушку для китайского императора. Экземпляр был небольших размеров, и не мог перевозить даже водителя, но мог развить скорость до25 километровв час. Возможно, это и была первая модель транспорта для перевозки людей в будущем.
«паровые телеги»
Первые паровые кареты начали изобретать уже в 18 веке.
В 1769 году француз Николя-Жозеф Кюньо представил свое изобретение, как его назвали в журнале «Астрономия Европы» — «паровой телеги». Размер «телеги» был60 сантиметров, работала на пару, скорость максимальную развивала3,6 километрав час, запас топлива был всего на 15 минут передвижения. Предполагалось использовать это устройство в виде тягача орудий, но изобретение не прижилось.
В 1791 году в России Иван Кулибин представил публике свою разработку карету, у которой был паровой двигатель и педали, а также автомобиль имел коробку передач, подшипники, тормоза, маховик, три колеса. Но его энтузиазм и разработки правительство не поддержало, поэтому дальнейшие разработки не получили продолжения в то время.
В конце 90-х годов 18 века американский исследователь Эванc построил паровую повозку, она получила название «Орактур Амфибилоc». Позволяла путешествовать и по земле и по воде. Этому изобретателю был выдан первый патент на автомобиль.
В начале уже 19 века в Лондоне появился первый экипаж, способный перевозить 10 человек
Уже в 1832 году появился первый паровой самоход на 50 человек, перевозящий пассажиров из Бирмингема в Лондон и обратно. Скорость передвижения была16 километровв час.
В 1854 году итальянский военный изобретатель собрал три дилижанса работающих на пару.
В России снова появились разработки паромашин уже в 19 веке. Так в 1860 году Амоc Черепанов, который являлся племянником одного из конструкторов паровоза, создал тягач. Это самоходное устройство прозвали «паровой слон» и оно проработало несколько лет.
электромобили
Поняв, что на паровых двигателях развитие автомобиля будет не возможно, ученые перешли на развитие двигателей работающих на электроэнергии.
В 1828 году Йедлик Аньош из Венгрии изобрел первый электромотор для своей миниатюрной модели автомобиля.
Также в 1834 году в США изобретатель Вермонт Томас Дэвенпорт создал первый электрический мотор, работающего от постоянного тока. Опять же электродвигатель был предназначен для небольшой модели автомобиля. Скорость модели была3 километрав час.
В 1837 году в Англии Роберт Дэвидсон запустил первый электрический экипаж, его скорость была6 километровв час. Источник тока в этом техническом устройстве был гальванический аккумулятор.
В 1840 году в Англии был выдан патент на использование рельсов в качестве проводника тока. В Америке подобные патенты были выданы чуть позже в 1847 году.
Англичанин Андерсон в 1839 году создал карету, работающую на электродвигателе, гальванические элементы были одноразового типа.
автомобили современного вида
Принято считать – 1885 год, годом создания первого бензинного двигателя. Название тогда он получил «Моторваген». Изобрели его два немецких инженера Бенц и Даймлер. Их автомобиль был трехколесным, его вес был230 килограмми мог разогнаться до16 километровв час. Двигатель был с одним цилиндром, мощность его составляла 0,85 лошадиные силы. На этот изобретение под названием «экипаж с приводом от газового двигателя», Бенцом получен патент в Германии в 1886 году. А другой немецкий инженер Даймлер добавил в конный экипаж двигатель внутреннего сгорания. Эти два конструктора и считаются основателями создания двигателя внутреннего сгорания.
В России по сведениям историков первая машина с двигателем внутреннего сгорания построена в 1896 году Яковлевым и Фрезе. Этот автомобиль был представлен на промышленной выставке в Нижнем Новгороде. Выглядел он, в виде двухместного фаэтона, двигатель располагался сзади, мощность его была 2 лошадиные силы. Максимальная скорость была31 километрв час, бака хватало, чтоб проехать около200 километровпути.
Так же есть исторические данные, что уже в 1882 году был построен первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания Путиловым и Хлобовым в Санкт-Петербурге. Автомобиль был четырехколесным, для двух пассажиров с открытым верхом.
В 1891 году в России появился первый иностранный автомобиль. Его привез из Марселя Навроцкий, владелец газеты «Одесский листок». Марка автомобиля по различным историческим записям упоминается и «Панар-Левассор», и «Бенц-Вело», точной информации нет.
В 1894 году в Москве появился первый иностранный автомобиль, это был «Бенц-Вело», мощность двигателя которого 1,5 лошадиные силы. Владелец был богатый купец. При первом же появлении автомобиля на улицах столицы, при неумелом управлении водителя, случилась неприятная ситуация. Лошади, запряженные в коляски, испугались и опрокинули повозки. После этого инцидента, хозяину было запрещено ездить по дорогам города.
В 1895 году появился первый иностранный автомобиль и в Санкт-Петербурге. Владельцем его был архитектор Жиргалев. Обошелся ему этот автомобиль в 4 тысячи рублей. Автомобиль марки «МоторВаген» был четырехместный, весил850 килограмм, максимальная скорость его была27 километровв час. Полного бака хватало на шести часовую поездку.
Самым первым в 1769 году был француз Кюньо, назвавшим словом «Автомобиль» свое изобретение — паровой повозки.
В Париже в национальном музее искусств и ремесел с 1800 года храниться модель первого экипажа.
Понятие «автомобиль» в мире закрепилось после 1894 года после прохождения во Франции первых международных автомобильных гонок. До этого времени, было принято использовалось такое понятие, как «вуатюр отомобиль», что в переводе дословно означает «повозка самодвижущаяся».
Автомобильная история за небольшой промежуток времени, всего около 100 лет показала, что она очень яркая и быстротечная, и нам остается только воображать, как будет выглядеть автомобиль через 100 лет.
С днем рождения, мотоцикл!
Первый мотоцикл с двигателем внутреннего сгорания изобрели два человека. У одного из них была фамилия Даймлер, у второго – Майбах. Тогда они не знали, что спустя некоторое время навсегда подарят свои фамилии маркам премиальных автомобилей, а вспоминать про них самих будут лишь историки автомобильной промышленности, отдельные ценители марок и мы с вами сегодня, дорогие читатели.
Не подозревали Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах и о том, что изобрели именно мотоцикл. Патент на изобретение был выдан на технический аппарат под названием «Petroleum Reitwagen». Приблизительный перевод этих двух немецких слов в русском языке укладывается аж в семь: «повозка для верховой езды на керосиновом двигателе». Эта повозка была деревянной, с сиденьем, изготовленным из верхового седла и… на 4-х колесах. Два колеса, как у известных на то время велосипедов и будущих мотоциклов, и два колесика-ролика, как у детских, для равновесия, чтобы не упасть, когда аппарат стоит.
Да и не мотоцикл эти знаменитые в будущем немцы изобретали вовсе, а новый двигатель внутреннего сгорания. За несколько лет до этого Даймлер и Майбах ушли с предприятия, где выпускали четырехтактные двигатели, разработанные еще одним немецким конструктором Отто. Основали собственную мастерскую и стали работать над двигателем собственной конструкции, который должен был быть лучше, чем у конкурентов. Собственно, «повозка для верховой езды» была испытательным стендом для изобретенного двигателя. К слову, объем камеры сгорания был немногим больше 250 кубов, его мощность – в половину лошадиной силы, а система шкивов и ременной передачи самой повозки – двухступенчатой.
Так или иначе, день выдачи патента – 29 августа 1885 года – считается днем рождения мотоцикла. Сегодня ему исполнилось 136 лет.
К этой дате мы решили не ограничиваться кратким пересказом истории изобретения мотоцикла, которую легко можно «загуглить». И не умничать: мол, первым еще раньше был мотоцикл с паровым двигателем, или не является ли первым мотоциклом все же тот, что был запущен в серийное производство, или уйдет ли эра настоящих мотоциклов с переходом на электротягу…
Мы решили не умничать, а собрать своими руками собственный (вернее, собственную) reitwagen. И попытаться почувствовать то, что чувствовали все изобретатели век с лишним назад, когда «оно» начинало тарахтеть, пахнуть выхлопом, дрожать мелкой (и крупной) дрожью, а главное – ехать!
Мы решили собрать велосипед с моторчиком. По-простому – «дырчик». Для того чтобы сделать «велосипед с моторчиком», в начале прошлого века нужно было быть гением уровня Уильяма Харлея и Артура Дэвидсона. Лет 40-50 назад – квалифицированным слесарем с «золотыми руками», который умел изготовить то, чего не купишь в магазинах.
Сегодня для того, чтобы почувствовать себя «изобретателем», точнее, «конструктором» мотоцикла, достаточно иметь минимальный набор инструментов и пункт выдачи интернет-магазина где-нибудь поблизости.
Всего-то и нужно: сам велосипед и к нему «набор с моторчиком». При этом велосипед должен быть недорогим, максимально простым, прочным и обязательно отечественным. Две минуты в «Яндексе» – вот, пожалуйста, «Десна Вояж» за 9 тысяч рублей. Односкоростной, с багажником, с хромированными крыльями и… с приятной ностальгией по советскому прошлому, когда такие велосипеды были самыми распространенными.
С моторчиком дело чуть сложнее. Отечественных в продаже давно нет, зато китайских полным-полно: разной кубатуры, с центробежным или классическим сцеплением, с ручным стартером и без, двух- и четырехтактные.
Выбор остановился на китайском клоне отечественного двигателя Д-6, который был модифицирован: увеличен объем, получено новое зажигание и название F80. Посылка с ним и полным комплектом установки обошлась в стоимость велосипеда-донора.
Рассказывать про процесс сборки особенно нечего. Времени с учетом отсутствия опыта (и загадочности инструкции с маленькими темными фотографиями) понадобилось около двух часов. Большая звезда на заднее колесо, прикрепляемая к втулке болтами через два резиновых кольца и металлические скобы, натяжитель цепи, установка самого двигателя, глушителя и катушки зажигания, бака. В самом конце – установка органов управления – ручки газа с тросиком, кнопкой «стоп» и сцепления. Самым сложным оказалось добиться соосности ведомой и ведущей звезды, чтобы цепь не «щелкала» по зубьям и не собиралась слететь.
И вот, наш Petroleum Reitwagen готов. В бак – литр бензина и совсем чуть-чуть масла (двигатель двухтактный, смазывается топливной смесью). Прыгаешь в седло, раскручиваешь педали – крутить, кстати, тяжелей, чем обычный «велик». Разгоняешься до скорости, которую развил первый в истории мотоциклист, сын Даймлера Пауль (12 км/ч), бросаешь сцепление…
Он чихает, фыркает и – Ура! Ура! Ура! – едет! Сам! Это вам не какой-нибудь электросамокат бездушный. Живой, с шлейфом двухтактного выхлопа из прошлого, с приятными вибрациями на раме и руле.
Конечно, практической пользы от такого «дырчика», может, и маловато – ездить разве что в деревне можно, да и то не столько по надобности, сколько для удовольствия два-три раза за лето. Зато можно заниматься кастомайзингом (или просто улучшайзингом) – поставить ручной стартер, чтобы можно было заводить двигатель на месте, светотехнику, тормоза. Да много чего можно. Помимо того, чтобы отвечать на глупые вопросы «зачем?».
С днем рождения, мотоцикл!
И, кстати, раз уж мы удивлялись переводу «Petroleum Reitwagen», то пусть и немцы попробуют перевести на немецкий слово «дырчик».
История развития двигателя внутреннего сгорания
Даймлеровский двигатель , был специфически транспортным. Он питался смесью жидкого топлива с воздухом, притом экономно. Частота вращения вала была в 4—5 раз больше, чем у газовых двигателей, а литровая мощность (л. с/л) — вдвое. На единицу мощности приходилась меньшая масса.
Первые двигатели Бенца имели скорость вращения вала, не превышающую 400 об/мин; и эту тихоходность Бенц оправдывал долговечностью и бесшумностью двигателя. Кривошипный механизм оставался открытым, как у стационарных двигателей. Наиболее интересно в двигателе Бенца электрическое зажигание смеси, в принципе такое же, как у теперешних двигателей. Увы, оно работало очень неустойчиво.
Увеличение мощности двигателя
Увеличить мощность двигателя и тем самым скорость автомобиля было не так-то легко. Если увеличивать диаметр цилиндра, то возрастают силы, действующие на его стенки, на детали кривошипного механизма. Если же увеличивать длину хода поршня, то цилиндр трудно разместить на автомобиле, растут размеры частей кривошипа. В обоих случаях двигатель становится тяжелее. Эти обстоятельства привели конструкторов к мысли — умножить число цилиндров. Даймлер выполнял двухцилиндровыми (У-образными) уже свои самые ранние двигатели, а в 1891 году построил первый четырехцилиндровый.
Увеличение числа цилиндров давало не только компактность двигателя при росте его мощности, но и плавность хода. В четырехцилиндровом двигателе каждый рабочий ход приходится на пол-оборота коленчатого вала, тогда как у одноцилиндрового двигателя — на два оборота. Вместе с тем конструкция и сборка двигателя при нескольких цилиндрах более сложные, возникают перекосы и прогиб вала. Пришлось ввести на нем противовесы, увеличивать число его опор, установить рядом вспомогательный уравновешивающий вал.
К концу века многие фирмы выпускали одновременно двигатели одно-, двух- и четырехцилиндровые. Старались применить на всех двигателях фирмы одинаковые цилиндры, чтобы наладить массовое производство и упростить их замену в случае повреждения. Пытались выполнять и головку цилиндра съемной (как это делается теперь), чтобы облегчить сборку двигателя и обслуживание клапанов, но не смогли добиться плотности зазора между головкой и цилиндром; нагрев вызывал деформацию головки, герметичность нарушалась. Тогда стали отливать цилиндр заодно с головкой, а для доступа к клапанам делали люки с нарезными пробками. Отливка получалась замысловатой. Поэтому рубашка водяного охлаждения была съемной (отсюда и ее название), выполненной из латуни или меди. Крепили ее на винтах.
Важное место занимала система распределения, т. е. наполнения цилиндров горючей смесью и их очистки от газов. У всех ранних двигателей впуск смеси в цилиндр осуществлялся автоматическим тарельчатым клапаном — «тарелочкой» на стержне вроде опрокинутого гриба. По форме клапан похож на нынешний, открывался благодаря разрежению в цилиндре при такте впуска, а в остальное время удерживался в закрытом положении пружиной и давлением в цилиндре. Несмотря на частые заедания, простота конструкции такого клапана привлекала специалистов до первых годов XX века. А затем с увеличением частоты вращения вала перешли на управляемый клапан.
Выпускным же клапаном с самого начала управляли, как золотником у паровой машины, при помощи эксцентрика и тяги. С отказом от автоматического клапана и увеличением числа цилиндров множилось и число эксцентриков. Это натолкнуло конструкторов на мысль о едином вале с кулачками вместо эксцентриков, с приводом его от коленчатого вала. Кулачки установили так, что их выступы в нужный момент приподнимали стержни клапанов. При дальнейшем движении кулачка пружина удерживала клапан закрытым. Устройство распределительного механизма приобрело схему, сохранившуюся до наших дней. Чтобы возместить несовершенство тогдашних карбюраторов, этому механизму придавали еще одну функцию: водитель мог особым (еще одним!) рычагом – отключателем сместить распределительный вал и вывести кулачки из-под клапанов, временно прекратить их действие.
Хотя, казалось бы, автомобильный двигатель в отличие от стационарного можно было охлаждать потоком встречного воздуха, конструкторы очень скоро пришли к выводу о большей эффективности водяного охлаждения. Оно прошло ряд стадий развития, пока не распространились змеевиковые радиаторы, иногда опоясывавшие весь капот двигателя. Змеевики, несмотря на их громоздкость, большую массу и возможные отказы, просуществовали около 15 лет. На модели «Мерседес» (1901) впервые применен знакомый ныне трубчатый или сотовый радиатор с большой поверхностью охлаждения, изменивший облик автомобиля. В конце XIX века появились водяные насосы, вращаемые коленчатым валом. Для продувки воздуха через радиатор, особенно при медленной езде, применили вентилятор, расположенный позади радиатора или объединенный с маховиком двигателя (в этом случае ставили под двигателем кожух для герметизации подкапотного пространства).
К началу XX века утвердилась система смазки двигателя разбрызгиванием. Черпачки на нижних головках шатунов взбалтывали заполнявшее картер масло, его капли смазывали цилиндры и подшипники. Для смазки прочих механизмов автомобиля предназначалась целая батарея «капельниц», красовавшаяся на переднем щитке или сбоку кузова. Время от времени водитель или его помощник нажимали кнопки капельниц.
В разработке приборов, предназначенных для подачи смеси в цилиндры и ее воспламенения, пришлось соприкоснуться со сравнительно новыми научными дисциплинами: электротехникой, газо- и гидродинамикой.
Задолго до появления автомобилей был известен пульверизатор. Стоило поставить его на пути бензина из бака к двигателю, и разрежение в цилиндрах при такте впуска создавало бы тягу воздуха и распыляло бензин. Смешиваясь с воздухом, он образовывал горючую смесь. Однако конструкторы считали, что такая «парикмахерская» схема слишком деликатна для грубых двигателей того времени.
Появление карбюраторов
Изобретали различные замысловатые карбюраторы. Работа карбюратора Маркуса напоминает процесс разбрызгивания краски со щетки (отсюда название — щеточный карбюратор). В «барботажном» (взбалтывающем) карбюраторе Бенца воздух проходил через толщу бензина в баке. Слой бензина по мере его расхода становился тоньше, а смесь — менее насыщенной; прибор работал нормально лишь в начале поездки. От фитильного карбюратора отказались, так как из-за разрежения в цилиндре порой засасывало… сами фитили и двигатель останавливался. При использовании поверхностного карбюратора водителю приходилось постоянно наблюдать за уровнем бензина.
Не добившись желаемого результата, конструкторы обратились к отвергнутому пульверизатору. Пульверизационный карбюратор Даймлера и Майбаха состоял из поплавковой и смесительной камер. В поплавковой камере автоматически поддерживался постоянный уровень топлива. Благодаря разрежению бензин выходил из жиклера смесительной камеры, как из пульверизатора, распыленной струей. Эта схема в принципе сохранилась до наших дней.
Системы зажигания
Разнообразие конструктивных решений характерно и для ранних систем зажигания. Об их «эффективности» свидетельствуют слова «Доброго зажигания!», которыми когда-то приветствовали друг друга автомобилисты. И ныне среди водителей сохранился термин «на длинном зажигании» (буксировка отказавшего автомобиля).
Ленуаровские электрические приборы были настолько не-совершенны, что снабженный ими первый автомобиль Бенца мог работать только на очень ровной дороге, в сухую погоду и вблизи от зарядной станции или имея «на борту» запас сухих бунзеновских элементов. Попробовали заменить их динамо-машиной, но она не работала при малых оборотах; для пуска двигателя нужно было вручную очень энергично раскрутить его вал или каким-либо способом разогнать автомобиль. Кислотный аккумулятор был еще очень тяжел, энергетически слаб, портился от тряски.
Многих автостроителей привлекало изобретенное в 1895 году немецким инженером-электриком Робертом Бошем (1861 —1942) «Магнитное зажигание на отрыв». Эта система вырабатывала ток благодаря движению якоря в электрическом поле между полюсами магнита. В момент наибольшей силы тока электрическую цепь разрывала тяга, приводившаяся от якоря. Разрыв происходил в камере сгорания. Возникала искра, воспламенявшая смесь. Система работала надежно, если частота вращения двигателя не превышала 300 об/мин.
Г. Даймлера и В. Майбаха, добивавшихся больших оборотов двигателя, ни одна из тогдашних электрических систем зажигания не удовлетворяла. Поэтому до самого конца XIX века на автомобилях «Даймлер» применялась платиновая калильная трубка, несмотря на ее дороговизну, пожарную опасность и на то, что она нередко вызывала преждевременное воспламенение смеси. В Германии был даже подготовлен законопроект о запрете калильного зажигания. Даймлер первым применил на серийном автомобиле предложенную Р. Бошем магнитоэлектрическую машину с двумя обмотками якоря. Ее назвали «магнето высокого напряжения». Она позволила достичь надежного зажигания и не зависела от числа оборотов двигателя. Автомобили с магнето просуществовали до 1930-х годов.
Так шаг за шагом создавался автомобильный двигатель. Его мощность возросла к началу XX века в десятки раз, а удельная мощность — в 7 раз, расход топлива на 1 л. с. сократился вдвое. Черты сходства со стационарными двигателями почти утратили, кроме самых общих.
История развития ДВС
2. История автомобилестроения в России…………………………7
3. Поршневые двигатели внутреннего сгорания……………………8
3.1 Классификация ДВС ………………………………………….8
3.2 Основы устройства поршневых ДВС ………………………9
3.4 Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя………………………………………………………………10
3.5 Принцип действия четырехтактного дизеля……………11
3.6 Принцип действия двухтактного двигателя…………….12
3.7 Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей………………………………………….…………….13
3.8 Рабочий цикл четырехтактного двигателя………. ……14
3.9 Рабочие циклы двухтактных двигателей………………. 15
XX век — это мир техники. Могучие машины добывают из недр земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и заводов изготавливают одежду, радиоприемники, телевизоры, велосипеды, автомобили, часы и другую необходимую продукцию. Телеграф, телефон и радио соединяет нас со всем миром. Поезда, теплоходы, самолеты с большой скоростью переносят нас через материки и океаны. А высоко над нами, за пределами земной атмосферы, летают ракеты и искусственные Спутники Земли. Все это действует не без помощи электричества.
Человек начал свое развитие с присвоения готовых продуктов природы. Уже на первом этапе развития он стал применять искусственные орудия труда.
С развитием производства начинают складываться условия для возникновения и развития машин. Сначала машины, как и орудия труда лишь помогали человеку в его труде. Затем они стали постепенно заменять его.
В феодальный период истории впервые в качестве источника энергии была использована сила водяного потока. Движение воды вращало водяное колесо, которое в свою очередь приводило в действие различные механизмы. В этот период появилось множество разнообразных технологических машин. Однако широкое распространение этих машин часто тормозилось из-за отсутствия рядом водяного потока. Нужно было искать новые источники энергии, чтобы приводить в действие машины в любой точке земной поверхности. Пробовали энергию ветра, но это оказалось малоэффективным.
Стали искать другой источник энергии. Долго трудились изобретатели, много машин испытали — и вот, наконец , новый двигатель был построен . Это был паровой двигатель. Он приводил в движение многочисленные машины и станки на фабриках и заводах.В начале XIX века были изобретены первые сухопутные паровые транспортные средства -паровозы.
Но паровые машины были сложными, громоздкими и дорогими установками. Бурно развивающемуся механическому транспорту нужен был другой двигатель — небольшой и дешевый. В 1860 г. француз Ленуар, использовав конструктивные элементы паровой машины, газовое топливо и электрическую искру для зажигания, сконструировал первый нашедший практическое применение двигатель внутреннего сгорания .
1. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ
Использовать внутреннюю энергию – это значит совершить за счет нее полезную работу, то есть превращать внутреннюю энергию в механическую. В простейшем опыте, который заключается в том, что в пробирку наливают немного воды и доводят ее до кипения (причем пробирка изначально закрыта пробкой), пробка под давлением образовавшегося пара поднимается вверх и выскакивает.
Другими словами, энергия топлива переходит во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершает работу, выбивая пробку. Так внутренняя энергия пара превращается в кинетическую энергию пробки.
Если пробирку заменить прочным металлическим цилиндром, а пробку поршнем, который плотно прилегает к стенкам цилиндра и способен свободно перемещаться вдоль них, то получится простейший тепловой двигатель.
Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.
История тепловых машин уходит в далекое прошлое говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке до нашей эры, великий греческий механик и математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого итальянского ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи.
Как же стреляла эта пушка? Один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Для нас интересно здесь то, что ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому как поршень скользило ядро.
Примерно тремя столетиями позже в Александрии — культурном и богатом городе на африканском побережье Средиземного моря — жил и работал выдающийся ученый Герон, которого историки называют Героном Александрийским. Герон оставил несколько сочинений, дошедших до нас, в которых он описал различные машины, приборы, механизмы, известные в те времена.
В сочинениях Герона есть описание интересного прибора, который сейчас называют Героновым шаром. Он представляет собой полый железный шар, закрепленный так, что может вращаться вокруг горизонтальной оси. Из закрытого котла с кипящей водой пар по трубке поступает в шар, из шара он вырывается наружу через изогнутые трубки, при этом шар приходит во вращение. Внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию вращения шара. Геронов шар — это прообраз современных реактивных двигателей.
В то время изобретение Герона не нашло применения и осталось только забавой. Прошло 15 столетий. Во времена нового расцвета науки и техники, наступившего после периода средневековья, об использовании внутренней энергии пара задумывается Леонардо да Винчи. В его рукописях есть несколько рисунков с изображением цилиндра и поршня. Под поршнем в цилиндре находится вода, а сам цилиндр подогревается. Леонардо да Винчи предполагал, что образовавшийся в результате нагрева воды пар, расширяясь и увеличиваясь в объеме, будет искать выход и толкать поршень вверх. Во время своего движения вверх поршень мог бы совершать полезную работу.
Несколько иначе представлял себе двигатель, использующий энергию пара, Джованни Бранка, живший на век ршсе великого Леонардо. Это было колесо с
лопатками, в второе с силой ударяла струя пара, благодаря чему колесо начинало вращаться. По существу, это была первая паровая турбина.
В XVII-XVIII веках над изобретением паровой машитрудились англичане Томас Севери (1650-1715) и Томас Ньюкомен (1663-1729), француз Дени Папен (1647-1714), русский ученый Иван Иванович Ползунов (1728-1766) и Дрогие другие.
Папен построил цилиндр, в котором вверх и вниз свободно перемещался поршень. Поршень был связан тросом, перекинутым через блок, с грузом, который вслед за поршнем также поднимался и опускался. По мысли Папена, поршень можно было связать с какой-либо машиной, Например водяным насосом, который стал бы качать воду. В нижнюю откидывающуюся часть цилиндра насыпали поpox, который затем поджигали. Образовавшиеся газы, стремясь расшириться, толкали поршень вверх. После отого цилиндр и поршень с наружной стороны обливали диодной водой. Газы в цилиндре охлаждались, и их давление на поршень уменьшалось. Поршень под действием собственного веса и наружного атмосферного давления опусускался вниз, поднимая при этом груз. Двигатель совершал полезную работу. Для практических целей он негодился: слишком уж сложен был технологический цикл его работы (засыпка и поджигание пороха, обливание водой, И это на протяжении всей работы двигателя!). Кроме того, применение подобного двигателя было далеко не безопасным.
Однако нельзя не усмотреть в первой машине Палена черты современного двигателя внутреннего сгорания.
В своем новом двигателе Папен вместо пороха использовал воду. Ее наливали в цилиндр под поршень, а сам цилиндр разогревали снизу. Образующийся пар поднимал поршень. Затем цилиндр охлаждали, и находящийся в нем пар конденсировался – снова превращался в воду. Поршень, как и в случае порохового двигателя, под действием своего веса и атмосферного давления опускался вниз. Этот двигатель работал лучше, чем пороховой, но для серьезного практического использования был также малопригоден: нужно было подводить и отводить огонь, подавать охлажденную воду, ждать, пока пар сконденсируется, перекрывать воду и т.п.
Все эти недостатки были связаны с тем, что приготовление пара, необходимого для работы двигателя, происходило в самом цилиндре. А что если в цилиндр впускать уже готовый пар, полученный, например, в отдельном котле? Тогда достаточно было бы попеременно впускать в цилиндр то пар, то охлажденную воду, и двигатель работал бы с большей скоростью и меньшим потреблением топлива.
Об этом догадался современник Дени Палена англичанин Томас Севери, построивший паровой насос для откачки воды из шахты. В его машине приготовление пара происходило вне цилиндра — в котле.
Вслед за Севери паровую машину (также приспособленную для откачивания воды из шахты) сконструировал английский кузнец Томас Ньюкомен. Он умело использовал многое из того, что было придумано до него. Ньюкомен взял цилиндр с поршнем Папена, но пар для подъема поршня получал, как и Севери, в отдельном котле.
Машина Ньюкомена, как и все ее предшественницы, работала прерывисто — между двумя рабочими ходами поршня была пауза. Высотой она была с четырех-пятиэтажный дом и, следовательно, исключительно : пятьдесят лошадей еле-еле успевали подвозить ей топливо. Обслуживающий персонал состоял из двух человек: кочегар непрерывно подбрасывал уголь в топки, а механик управлял кранами, впускающими пар и холодную воду в цилиндр.
Понадобилось еще 50 лет, прежде чем был построен универсальный паровой двигатель. Это произошло в России, на одной из отдаленных ее окраин — Алтае, где в то время работал гениальный русский изобретатель, солдатский сын Иван Ползунов.
Ползунов построил свою на одном из барнаульских заводов. Это изобретение было делом его жизни и, можно сказать, стоило ему жизни, В апреле 1763 года Ползунов заканчивает расчеты и подает проект на рассмотрение. В отличие от паровых насосов Севери и Ньюкомена, о которых Ползунов знал и недостатки которых ясно осознавал, это был проект универсальной машины непрерывного действия. Машина предназначалась для воздуходувных мехов, нагнетающих воздух в плавильные печи. Главной ее особенностью было то, что рабочий вал качался непрерывно, без холостых пауз. Это достигалось тем, что Ползунов предусмотрел вместо одного Цилиндра, как это было в машине Ньюкомена, два попеременно работающих. Пока в одном цилиндре поршень под действием пара поднимался вверх, в другом пар конденсировался, и поршень шел вниз. Оба поршня были связаны одним рабочим валом, который они поочередно поворачивали то в одну, то в другую стороны. Рабочий ход машины осуществлялся не за счет атмосферного давления, как у Ньюкомена, а благодаря работе пара в цилиндрах.
Весной 1766-года ученики Ползунова, спустя неделю после его смерти (он умер в 38 лет), испытали машину. Она работала в течение 43 суток и приводила в движение мехи трех плавильных печей. Потом котел дал течь; кожа, которой были обтянуты поршни (чтобы уменьшить зазор между стеннкой цилиндра и поршнем), истерлась, и машина остановилась навсегда. Больше ею никто не занимался.
Создателем другого универсального парового двигателя, который получил широкое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт (1736-1819). Работая над усовершенствованием машины Ньюкомена, он в 1784 году построил двигатель, который годился для любых нужд. Изобретение Уатта было принято на ура. В наиболее развитых странах Европы ручной труд на фабриках и заводах все больше и больше заменялся работой машин. Универсальный двигатель стал необходим производству, и он был создан.
В двигателе Уатта применен так называемый кривошипно-шатунный механизм, преобразовывающий возвратно-поступательное движение поршня во
вращательное движение колеса.
Уже потом было придумано машины: направляя поочередно пар то под поршень, то сверху поршня, Уатт превратил оба его хода (вверх и вниз) в рабочие. Машина стала мощнее. Пар в верхнюю и нижнюю части цилиндра направлялся специальным парораспределительным механизмом, который впоследствии был усовершенствован и назван .
Затем Уатт пришел к выводу, что вовсе не обязательно все время, пока поршень движется, подавать в цилиндр пар. Достаточно впустить в цилиндр какую-то порцию пара и сообщить поршню движение, а дальше этот пар начнет расширяться и перемещать поршень в крайнее положение. Это сделало машину экономичней: меньше требовалось пара, меньше расходовалось топлива.
Сегодня один из самых распространенных тепловых двигателей — двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные лодки и т.д., во всем мире насчитываются сотни миллионов таких двигателей.
Для оценки теплового двигателя важно знать, какую часть энергии, выделяемую топливом, он превращает в полезную работу. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.
Для характеристики экономичности вводится понятие коэффициента полезного действия (КПД).
КПД теплового двигателя — это отношение той части энергии, которая пошла на совершение полезной работы двигателя, ко всей энергии, выделившейся при сгорании топлива.
Первый дизель (1897 г.) имел КПД 22%. Паровая машина Уатта (1768 г.) — 3-4%, современный стационарный дизель имеет КПД 34-44%.
