Эволюция автомобильных двигателей: 6 этапных новаций
Апологеты электропривода предсказывают близкий конец двигателям внутреннего сгорания. Жестоко сомневаясь в этом, «Авто24» вспомнил, как развивались традиционные автомобильные двигатели на протяжении своей длительной истории.
Типичным автомобильным мотором сегодня все еще считается двигатель внутреннего сгорания – то есть тот, что имеет как минимум один цилиндр с поршнем. В этом цилиндре сгорает топливо, а газы сгорания толкают поршень, который через нехитрый кривошипно-шатунный механизм вращает коленчатый вал.
Как ни странно, основные детали современного ДВС придумали более двухсот лет назад
Вокруг этого цилиндра с поршнем, как говорится, все и закрутилось, и крутится по сей день. Между тем, идее с поршнем уже почти три с половиной века. Итак, обо всем по порядку.
Поршень, 1678 – 1680 гг.
Европейские ученые Х. Гюйгенс и Д. Папен изобрели цилиндр с поршнем, в котором сжигали порох, чтобы цилиндр толкал рычаг и выполнял полезную работу. Тогда не все понимали, какое значение будет иметь со временем это изобретение для всего человечества.
Цилиндр с поршнем, на котором базируются все автомобильные двигатели, изобрели 340 лет назад
Цикл Отто, 1877 г.
Немец Н. Отто собрал вместе несколько изобретений, и, добавив немного своих, “составил” из них четырехтактный двигатель со всеми признаками нынешнего ДВС – с поршнем, шатуном, системами зажигания и подачи топлива. Мотор имел все шансы стать автомобильным, но автомобиля на то время еще не было – не изобрели. Это сделали через 9 лет К. Бенц и Г. Даймлер (независимо друг от друга, между прочим!). Причем именно они превратили мотор Николауса Отто в автомобильный, добавив ему компактности. Бензиновый ДВС зашагал по планете, дальше совершенствовались лишь его отдельные системы, в первую очередь – топливная и зажигание.
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, который скрывается сегодня под капотом большинства авто, изначально был стационарным
Дизель, 1893 г.
Еще один выдающийся немец, Р. Дизель изобрел двигатель, у которого топливо в цилиндре загоралось от сжатия во время движения поршня вверх. С тех пор все ДВС разделились на два типа – бензиновые и дизельные. У дизеля есть собственные преимущества, но в последнее время бензиновый мотор из-за многочисленных усовершенствований приблизился к дизелю по главному показателю – экономичности.
Одним из важнейших усовершенствований бензинового двигателя стало изобретение впрыска топлива – инжектора
Инжектор, 1916 г.
Двое российских конструкторов, А. Микулин и Б. Стечкин, спроектировали и испытали двигатель с впрыском бензина под давлением (вместо засасывания карбюратором). Это открывало новые широкие возможности для улучшения характеристик бензиновых двигателей. Особенно пригодились эти свойства инжектора после 1980-1990-х годов, когда началась борьба экологов с токсичностью отработанных газов.
Первый в мире инжектор работал на авиационном двигателе
Кроме того, отказ от карбюратора повысил надежность автомобиля и удобство пользования им. А еще в 1995 инжектор позволил Mitsubishi создать двигатель с так называемым послойным смесеобразованием – знаменитый GDI. Сегодня двигатели этого типа с индексами FSI, HPi, SIDI, Ecoboost и тому подобное считаются наиболее передовыми.
Наддув, 1921 г.
Вообще-то идея подачи воздуха в цилиндры под давлением была запатентована еще в 1885-м, но использование в автомобиле (между прочим, Mercedes!) началось лишь в 1921-м. Первый наддув был с механическим приводом, позже придумали турбину, которая работала, раскручиваясь в потоке выхлопных газов. Важность этого действенного способа повысить отдачу двигателя мотористы по-настоящему оценили лишь в наши дни, но об этом чуть ниже.
Первый наддув на автомобильных двигателях был не турбо, а с механическим приводом – так называемым компрессором
Даунсайзинг
Извините за иностранное слово, но подобрать точный аналог непросто. Даунсайзинг означает уменьшение размера. Уже в 2010-е годы у мировых автопроизводителей появилась тенденция строить двигатели уменьшенного литража при сохранении или даже увеличении мощности. Это достигается за счет уменьшения количества цилиндров до трех и даже двух, применения турбонаддува, уменьшения физического размера деталей и меньшего запаса прочности. Таким образом, двигатель начал превращаться из главного агрегата, вокруг которого строился весь автомобиль, почти в одноразовую деталь, которую полностью заменяют после износа или серьезной поломки – например, как это делают в мастерской рембыттехники с мотором пылесоса. Возможно, это и правильно.
Несмотря на громкое наступление электропривода, перспективы двигателей внутреннего сгорания довольно четкие на несколько десятилетий
Несмотря на наступление электропривода (целесообразность которого, между прочим, под большим вопросом), конструкторы большинства автопроизводителей не прекращают совершенствование традиционных силовых агрегатов. Это объясняется отчасти тем, что на части крупных рынков электромобилям не будет что делать минимум еще полстолетия. Но привычным ДВС явно есть куда развиваться, и основные тенденции понятны: наддув, оптимизация каждой отдельной системы, новые конструкционные материалы, совершенствование электроники управления. Собственно, большинство из нас этот прогресс сможет увидеть собственными глазами.
Кто и когда изобрел первый ДВС
Однозначного ответа на вопрос, кто изобрел двигатель внутреннего сгорания нет. В его создание внесли вклад многие изобретатели и инженеры. Постепенно ДВС вытеснили громоздкие паровые машины, появилась автомобильная промышленность и авиация. В этой статье мы узнаем историю создания двигателя и первого автомобиля.
Первые разработки
В начале XVIII века был изобретен паровой двигатель, который затем усовершенствовался и широко применялся. Главными недостатками парового двигателя были большой вес, низкий КПД и большие габариты. Поэтому ученые того времени стали искать пути уменьшения его габаритов и веса, сделав процесс сгорания топлива внутренним.
Так или иначе, многие инженеры, изобретатели и ученые внесли свой вклад в будущую разработку ДВС. Ещё до появления кривошипно-шатунного механизма были разработаны и запатентованы газовый двигатель, газовая турбина, двигатель внутреннего сгорания на газообразном водороде, первое искровое зажигание. Все эти наработки затем вошли в конструкцию ДВС.
Большую роль сыграл светильный газ, который был получен Филипом Лебоном в 1799 году. Его смесь с воздухом легко воспламенялась с выделением теплоты. На этом эффекте Лебон разработал свой двигатель с подачей из компрессоров воздуха и газа в камеру сгорания. Камеры были с двух сторон цилиндра, а поршень перемещался вперед-назад.
Первый ДВС
Паровые двигатели все еще господствовали в индустрии машиностроения того времени и разработка Лебона не была востребована. Создать конкуренцию паровой машине удалось Жану Ленуару, который сделал двигатель с кривошипно-шатунным механизмом, работающий также на светильном газе, но смесь в нем поджигалась от электрической искры. Мощность двухтактного двигателя Ленуара была 12 л.с. Также он впервые применил систему охлаждения и систему смазки. Всего было выпущено около 300 двигателей Ленуара, но вскоре они были вытеснены более совершенными моделями.
Николас Отто и его легендарный «цикл Отто»
В 1860 году работу над своей разработкой ДВС начал знаменитый немецкий конструктор Николас Отто. За основу была взята разработка Ленуара, но также были применены и инновационные решения. Изначально рабочий ход поршня осуществлялся за счет давления и всасывания смеси. Позже Отто разработал четырехтактный цикл, который стал самым важным его достижением. Этот принцип применяется в ДВС до сих пор. К сожалению, разработка не была до конца оценена при его жизни и патент аннулировали. Николас Отто умер в 1891 году, так и не получив признания.
В одно и то же время с ним патент на четырехтактный цикл получил француз Бо де Роша. Минусом было то, что все эти двигатели работали на светильном газе. Это сужало область их применения, так как была необходимость в наличии громоздких емкостях под газ и сложная технология заправки. Поиски альтернативного топлива продолжались.
Первый автомобиль
В 1883 году появился первый бензиновый мотор. Его изобретателем стал немец Готлиб Даймлер. Он какое-то время работал в фирме Отто, но инженерные взгляды Даймлера не разделяли, поэтому он ушел и начал работать над своим проектом вместе с другом Вильгельмом Майбахом.
Они решили отказаться от газогенератора и сделать компактный, легкий и в то же время достаточно мощный ДВС за счет увеличения частоты вращения вала. Для этого нужно было частое и стабильное зажигание и сгорание смеси. Бензин с воздухом подавался капельным способом и зажигался раскаленной трубочкой в цилиндре. Бензин испарялся медленно, что стало главной проблемой.
Настоящим прорывом стало изобретение карбюратора с жиклером Донатом Банки в 1883 году. Бензин не испарялся, а распылялся в камере сгорания и сжимался поршнем, что давало стабильное воспламенение.
Первый успешный бензиновый ДВС был с одним цилиндром и для увеличения мощности увеличивали его объем. Позже появились двухцилиндровые, а затем и четырехцилиндровые бензиновые моторы.
Примечательно, но первый успешный автомобиль Бенца, изобретенный в 1885 году, был трехколесным. Роль шасси выполняла велосипедная коляска. Использовался одноцилиндровый ДВС с гальваническим зажиганием от катушки, водяное охлаждение и карбюратор. Объем двигателя составил 954 см3. Топливный бак – 4,5 литра.
Бенц не смог решить проблему с рулевым управлением, поэтому выбрал конструкцию трицикла. Вместо руля использовалась специальная ручка. Автомобиль носил название Benz Patent-Motorwagen. Прохожие с опаской и осторожностью смотрели на этот шумный агрегат, который то и дело распугивал лошадей. Известность автомобиль Бенца получил после неожиданного автопробега его жены. Она смогла преодолеть расстояние более ста километров.
Интересен тот факт, что бензин как топливо не был распространен в то время. Его продавали в аптеках как антисептическое и чистящее средство.
В 1884 году в России был изобретен первый бензиновый карбюраторный двигатель. Его конструктором был Огнеслав Костович. Четыре цилиндра располагались горизонтально и оппозитно друг другу. Появилось первое электрическое зажигание. Мощность составила 80 л.с. при массе в 240 кг., что превосходило по параметрам двигатель Даймлера и Майбаха, созданного годом позже. Но патент получили именно они, так как Костович слишком поздно подал заявку.
Первый легковой автомобиль с дизельным двигателем
Германия стала центром автомобильной индустрии, но на её территории было мало нефтяных месторождений. Поэтому в 1897 году немецкий инженер Рудольф Дизель предложил двигатель, работающий на угольной пыли с воспламенением от сжатия. Агрегат получился неудачным, но имя Дизеля с тех пор стало нарицательным для всех моторов с воспламенением от сжатия.
В последующие годы удалось усовершенствовать этот двигатель с использованием бескомпрессорной подачи топлива. Получился экономичный и достаточно мощный двигатель, но громоздкий. В дальнейшем «дизеля» применялись только на морских судах и локомотивах.
Приспособить дизельные моторы для грузовых автомобилей удалось немецкому инженеру Роберту Бошу после разработки топливного насоса высокого давления (ТНВД). Он отвечал за подачу топлива. С 1924 году началось серийное производство грузовых автомобилей с дизельными агрегатами.
Только в начале 30-х годов инженеры компании Bosch смогли разработать мотор, который был интересен производителям легковых автомобилей. Первым серийным автомобилем с этим видом мотора стал Mercedes-Benz 260D. Главным его преимуществом стала экономичность, но эта характеристика не была так важна в то время. Автомобили не были так распространены, как сейчас. Ими могли владеть только обеспеченные люди. Уже после войны этот параметр стали учитывать, и дизельные моторы распространились в легковом классе повсеместно.
Основание автоиндустрии
Автомобилестроение берет свое начало с конца XIX – начала XX века. Эта отрасль стала толчком для развития металлургии и металлообработки, а также нефтедобычи. Большую роль сыграли две мировых войны. Ещё в 1920 году стояла проблема топлива. Страны наращивали производство бензина и другого горючего.
В середине XX века машиностроение было уже зрелой индустрией с монопольным влиянием. Были несколько крупных мировых компаний, которые контролировали рынок. В это же время машиностроение бурно развивается в Японии. Известная компания Toyota внедряет так называемый Метод Тойоты, постепенно захватывая рынки США и Европы.
С середины 70-х годов повсеместно распространилось конвейерное производство и применение станков с автоматическим управлением (ЧПУ).
Сейчас современный мир невозможно представить без двигателей. Появились газотурбинные, роторные, турбореактивные конструкции, которые применяются на земле, в воде и в воздухе. За этим прорывом стоит почти двухвековая разработка двигателя внутреннего сгорания.
Брат средневековой пушки: начало истории автомобильных двигателей
Современный автомобилист – в отличие от его «коллеги» еще полвека назад – зачастую весьма смутно представляет себе, как работает его автомобиль, что происходит под капотом и какие процессы при этом задействованы. Общие слова вроде и понятны – про рабочий объем, мощность и расход топлива. Но для многих это уже не столько технические показатели, сколько характеристика товара. Да, любой автовладелец знает, на бензине или на дизеле он ездит, но для подавляющего большинства эта информация исключительно про то, из какой колонки заправляться. Интерес к двигателю уступает вниманию к всяким мультимедийным фишкам и опциям, возможности подключить смартфон или услышать голосовые подсказки навигации. А порой и просто заменен вопросом «через какое приложение каршеринга здесь удобнее взять автомобиль?».
Антон Борисенко
В рамках спецпроекта с брендом моторных масел G-Energy рассказываем об истории автомобильных двигателей. Первая часть — экскурс в историю двигателестроения. В будущих статьях мы поговорим о том, как появились современные двигатели, что из себя представляют гоночные агрегаты и какими будут двигатели будущего.
Нажми и смотри
А ведь современный автомобильный двигатель – это одна из наиболее ярких иллюстраций технического прогресса за последние столетия, конкуренции успешных решений с гениальными, учета меняющегося мира и его требований. И вообще, как говорится, «во-первых, это просто красиво!» В этом цикле статей мы постараемся убедить вас, что это создание инженерной мысли действительно красивое в своем совершенстве, а история автомобильных двигателей – захватывающая и разносторонняя.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Мушкеты, скороварки и светильники
Многие будут удивлены, но одним из первых прообразов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) стала когда-то. средневековая пушка. Ну или какой-нибудь мушкет, если угодно. Ведь что такое по определению двигатель внутреннего сгорания? Это некое устройство, внутри которого происходит некое действие, преобразующее некую энергию в механическую работу. Собственно этим ДВС и отличается, к примеру, от паровой машины (всем известного паровоза). Ведь там пар образуется «снаружи» и подается к поршням, заставляя их двигаться. То есть подобную силовую установку можно назвать двигателем внешнего сгорания. И основной недостаток такой схемы – огромные потери энергии.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
wikimedia.org
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
А в стрелковом оружии порох взрывается, выделяется энергия, силой расширяющихся газов выталкивается «поршень», в качестве которого выступает ядро или пуля. И именно на порохе пытались создать свой двигатель голландский физик Христиан Гюйгенс (весьма небезызвестный в истории науки персонаж) и французский изобретатель Дени Папен. Была предпринята эта попытка еще в далеком 1690 году. Обеспечить стабильную и безопасную работу такого двигателя на практике не удалось: порох все-таки слишком опасен. Но позже Папен на основе этого изобретения сделал существенный шаг вперед – как раз в сторону паровой машины. И, кстати, скороварки – этот кухонный инструмент оставил человечеству именно он. А вот что использовать в качестве безопасного и стабильного топлива – этот вопрос повис перед учеными, инженерами и изобретателями на несколько веков.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Достаточно популярной идеей было использование газа (например, угольного). Первый газовый поршневой двигатель предложил в 1799 году британец Джон Барбер. На светильном газе работал двигатель Филиппа Лебона – первый из запатентованных (в 1801 году). Что, кстати, немудрено, ведь именно Лебон считается изобретателем газового освещения. Вот только на практике реализовать свой патент двигателя француз не успел – ушел из жизни. Другая ветка изобретений основывалась на использовании в качестве топлива угольной пыли. Именно на ней работал Pyreolophore – лодочный двигатель братьев Ньепс, Жозефа Нисифора и Клода Феликса. В 1806 году десятилетний патент на него им выдал лично Наполеон Бонапарт. Но конструкция этого механизма скорее была прообразом водометного, а то и реактивного двигателя. Зато именно братья Ньепс стали одними из первых, кто додумался заменить угольную пыль на нефть и оснастить двигатель простейшим, но впрыском топлива – он и стал прародителем современных систем впрыска.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Vostockphoto
Pyreolophore – лодочный двигатель братьев Ньепс
В 1807 году Исаак де Риваз предложил идею двигателя, работавшего на водороде и имевшего ультрасовременное электрическое зажигание: тогда разработки Алессандро Вольты в области электричества и гальваники как раз были на пике инноваций. Конечно, с современными водородными топливными ячейками это не имело ничего общего: водород был просто еще одной попыткой найти наиболее подходящее топливо. Хотя именно четырехколесная повозка с этим двигателем де Риваза и считается многими первым автомобилем с двигателем внутреннего сгорания, это была только идея. Вторая итерация этого автомобиля смогла провезти груз (около 300 кг камней) и четырех человек аж целых 26 м со скоростью целых 3 км/ч, однако практически все в этом двигателе – от подачи топлива до прочистки цилиндра от выхлопных газов, да и сам поджиг рабочей смеси – оператор должен был делать вручную. Те самые 26 м были преодолены примерно за пять «рабочих циклов», обеспечиваемых человеком.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Vostockphoto
Четырехколесная повозка с двигателем де Риваза
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Эпоха первых патентов
Поиски продолжались еще более полувека. За это время британец Самюэль Браун подарил миру (1825 год) идею водяного охлаждения цилиндра, но работал в этом цилиндре все тот же водород. В 1826 году в Америке Самюэль Мори получил патент на ДВС, где в качестве топлива использовались спирт и скипидар. Америка, кстати, в эти годы сделала серьезный рывок в этой области. Чуть позже изобретатель Чарльз Дьюри впервые в Новом Свете использовал в качестве топлива бензин (который тогда бензином еще не назывался), а в 1833 году появился двигатель Райта. Нет, не того, который «один из братьев Райт» – до их авиационных экспериментов оставалось еще более 60 лет. Лемюэль Веллман Райт запатентовал двигатель, который работал на газе, но уже по двухтактному циклу, и имел систему водяного охлаждения.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Интересным шагом стали двигатели британца Уильяма Барретта. Именно двигатели – в 1838 году он разом запатентовал сразу три. Они были двухтактными (а один и вовсе использовал практически сохранившуюся до настоящего времени схему газообмена), но принципиальным здесь было то, что смесь не просто подавалась в камеру сгорания – она там сжималась перед воспламенением. До этого практически во всех конструкциях топливовоздушная смесь просто сгорала и расширялась. Предварительное ее сжатие позволяло значительно повысить как мощность, так и коэффициент полезного действия (КПД). К 1863 году был построен рабочий прототип запатентованного пятью годами ранее двухцилиндрового ДВС итальянцев Еугенио Барзанти и Феличе Маттеуччи. Он был двухцилиндровым, развивал мощность 5 л. с. и обладал очень неплохим по тем временам КПД. Именно итальянские изобретатели могли стать первопроходцами в создании по-настоящему коммерчески успешного двигателя – заказы начали поступать весьма активно. Но не судьба. В ходе налаживания выпуска своего детища на заводе в Бельгии Барзанти заболел тифом и умер, а Маттеуччи в одиночку проект вытащить не смог. Хотя и не раз ворчал потом, что тот самый двигатель Николаса Августа Отто (собственно откуда и взялось название «цикл Отто») – фактически копия их разработки.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Двигатель Отто, который действительно стал основоположником серийных ДВС, появился на свет в 1862 году и был вынужден выдержать серьезную конкуренцию за место на рынке с еще одной передовой по тем временам конструкцией – двигателем Жана Жозефа Этьена Ленуара. Ленуар впервые представил свой двигатель чуть раньше, в 1860 году, но бельгийцу потребовалось несколько лет на доводку систем охлаждения и смазки. Тем не менее в итоге 12-сильный агрегат был доведен до ума, и его коммерческий тираж в Старом Свете составил почти полторы тысячи единиц – по тем-то временам! Автомобильная версия появилась на свет в 1862–1863 годах и тоже использовала для работы вместо угольного газа жидкое топливо – керосин.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Legion Media
Двигатель Жана Жозефа Этьена Ленуара
Примерно в то же время был разработан и четырехтактный двигатель (один такт отвечает за впуск рабочей смеси, второй – за сжатие, третий – это собственно рабочий ход после воспламенения, а четвертый – прочистка цилиндра и выброс отработанных газов), однако у француза Альфонса Бо де Роша дело дальше патента (1861 год) не ушло. Точнее, ушло – но об этом чуть позже.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Борьба конструкций
Так что официальным предком всех сегодняшних четырехтактных ДВС стал все-таки появившийся в 1862–1863 году двигатель Отто и его партнера Карла Ойгена Лангена. За несколько лет он был усовершенствован настолько, что удостоился высшей награды Всемирной выставки в Париже (1867 год) и пошел в серию, даже несмотря на то, что Отто и Ланген успели в 1872-м пережить банкротство своей крохотной фирмы N. A. Otto & Cie. Впрочем, основанная уже после этого банкротства компания и по сей день не просто жива, но и великолепно себя чувствует. Это Deutz AG – крупный производитель, как нетрудно догадаться, газовых и дизельных двигателей. Стоит отметить, что в то время слово «дизельный» еще не существовало: Рудольфу Дизелю едва минуло тогда 12 лет.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Vostockphoto
Фирма N. A. Otto & Cie
Даже из патентного конфликта с французами, отстаивавшими первенство прав на четырехтактный двигатель за де Роша (да-да, упомянутое «дело ушло» проявилось именно на этой стадии), Отто со товарищи вышли потрепанными (частью прав пришлось поделиться, как и монополией на изобретение цикла Отто), но непобежденными. А более 40 тысяч (сравните со считавшимся успешным тиражом двигателя Ленуара!) этих двигателей, произведенных за три десятилетия, стали окончательным докозательством промышленного триумфа. Но слабое место у двигателей Отто было – топливо. В этом качестве снова выступал светильный газ. Дорогой и достаточно дефицитный, он производился к тому времени уже мало где.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Немудрено, что разработки продолжали идти и в первую очередь в направлении использования набиравшего все большую популярность и распространение жидкого топлива. Велись они в Новом Свете (Джордж Брайтон), Австро-Венгрии (Зигфрид Маркус), Британии (Дугальд Клерк), России (Огнеслав Костович). Здесь перечислены далеко не все, кто занимался этими исследованиями. Кстати, бензиновый двигатель Костовича был очень интересной, весьма совершенной по тем временам и перспективной разработкой. 8 цилиндров по оппозитной схеме (горизонтальное расположение цилиндров друг напротив друга), перспективное и доступное топливо, электрическое зажигание, смазочные масленки, водяное охлаждение и целых 80 л. с. мощности при массе агрегата всего в 2,5 центнера – такое было бы, пожалуй, актуально и век спустя. Неудивительно, что после шести лет разработки (1879–1885) последовали шесть лет патентного триумфа: Костович получил патенты не только в России, но и в Британии и США. А похоронила проект изначально «неавтомобильная» постановка задачи: российский инженер работал в первую очередь для авиации – для проекта дирижабля «Россия». А проект оказался неудачным.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Имя Костовича, увы, известно ныне лишь специалистам и историкам. А вот его «виртуального оппонента» помнит весь мир. Это Карл Бенц, запатентовавший в 1879 году двухтактный бензиновый двигатель, а в последующие годы совместивший его с гениальным «комплектом» решений. Тут были и катушечное электрическое зажигание с искрой на свече, и карбюратор с дроссельной заслонкой. Было предусмотрено и основное внешнее оборудование: выносной радиатор охлаждения, коробка передач и сцепление. А к 1886 году Бенц запатентовал и четырехтактный двигатель по циклу Отто, но своей – естественно, тоже очень совершенной по тем временам – конструкции. Вот она – практически готовая основа автомобиля! Долго ждать не пришлось, Benz Patent-Motorwagen («Запатентованный автомобиль Бенца») появился на свет в том же 1886 году.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Vostockphoto
Benz Patent-Motorwagen («Запатентованный автомобиль Бенца»)
Одноцилиндровый двигатель имел рабочий объем всего 954 см 3 и мощность аж 0,9 л. с. (вздохнем, вспомнив о 80 л. с. двигателя Костовича), но развивавший 16 км/ч «моторваген» навсегда остался «отцом всех автомобилей». Именно он, а не тоже вроде бы вполне себе умевшие двигаться самостоятельно конструкции Ленуара, Маркуса и других.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Но картина первооснов, на которые потом стали опираться (и опираются до сих пор) инженеры-мотористы, была бы неполна без еще нескольких фамилий.
Не Отто единым
В 1886 году англичанин Джеймс Аткинсон предложил усовершенствование для четырехтактного двигателя Отто – несколько иной рабочий цикл, с увеличенной за счет более сложного кривошипно-шатунного механизма длительностью рабочего хода. В свое время это более экономичное решение оказалось слишком конструктивно сложным для практической реализации. Однако к концу ХХ века, когда остро встали вопросы экономичности, а с другими недостатками цикла Аткинсона (например, малый крутящий момент на низких оборотах) справляться научились, идея была возрождена и ныне используется все чаще.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Еще одной разработкой конца XIX века (если точнее, 1891 года) стал двигатель Герберта Эйкройда Стюарта. Его идея была в том, что топливовоздушная смесь воспламенялась в смежной с цилиндром предварительной камере, а затем уже работала в основной камере сгорания. Такая схема обеспечивала лучшее наполнение цилиндров, снижала ударные нагрузки, делала работу двигателя плавней и экономичнее. Однако форкамерные бензиновые двигатели всё-таки остались экзотикой из-за сложности конструкции и частого отличия реальных показателей от расчетных. С такой конструкцией экспериментировали многие, например, мотористы ГАЗа для советских «Волг», однако мейнстримом она так и не стала. Форкамерные дизели более распространены (несмотря на то, что тоже имеют особенности вроде затрудненного холодного пуска), но это отдельная и более специализированная история, выходящая за границы данной статьи.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Интересной и конкурирующей с «моторвагеном» Бенца конструкцией мог бы стать автомобиль англичанина Эдварда Батлера. Он даже показан был двумя годами раньше немецкого. Но полноценных испытаний изобретатель провести не смог из-за нелепых по нынешним временам британских законов об ограничении скорости «безлошадных экипажей» («Закон красного флага»), в сердцах плюнул и уничтожил свое детище, отказавшись от дальнейшей программы. А двигатель передал для разработок силовых установок для малых лодок – но уже без своего участия. В истории Батлер остался в первую очередь человеком, который дал бензину именно такое название – бензин. Ну и, конечно, Рудольф Дизель. В 1892–1893 годах он запатентовал идею двигателя, в котором необходимую для воспламенения топливной смеси температуру обеспечивало сжатие воздуха. Дело в том, что, хотя разные виды топлива (угольная пыль, газ, керосин, нефть, бензин) воспламенялись при разных температурах, в любом случае она была достаточно низка, чтобы обеспечить высокую эффективность – тот самый коэффициент полезного действия. Идея Дизеля была в том, что поршень сначала сжимал воздух, и тот нагревался при сжатии до температуры, существенно превышавшей температуру воспламенения топлива. А впрыск топлива осуществлялся уже в момент максимального сжатия – при значительно большей температуре, чем вытерпело бы просто сжимаемое топливо. Больше сжатие – сильнее и отдача. Кстати, с топливом немецкий инженер тоже наигрался вдоволь: изначально в его качестве выступала угольная пыль, затем керосин, а к началу ХХ века – нефть.
Источник https://auto.24tv.ua/ru/jevoljuciya_avtomobilnyh_dvigatelej_6_jetapnyh_novacij_n32525
Источник https://techautoport.ru/dvigatel/teoriya/kto-izobrel-dvs.html
Источник https://www.techinsider.ru/vehicles/629273-brat-srednevekovoy-pushki-nachalo-istorii-avtomobilnyh-dvigateley/