Двигатель внутреннего сгорания — история создания / Техника / stD
Это вступительная часть цикла статей посвящённых Двигателю Внутреннего Сгорания, являющаяся кратким экскурсом в историю, повествующая об эволюции ДВС. Так же, в статье будут затронуты первые автомобили.
В следующих частях будут подробно описаны различные ДВС:
• Шатунно-поршневые
• Роторные
• Турбореактивные
• Реактивные
Паровая машина, послужившая прародителем ДВС, по своей сути являлась двигателем внешнего сгорания, так как горение топлива происходило в отдельно стоявшем котле, а рабочее тело (пар) подавалось в цилиндр по трубам.
Такая конструкция приводила к большим потерям тепла (энергии) и черезмерному расходу топлива.
Для преодоления этих недостатков необходимо было сделать так, чтоб топливо сгорало непосредственно в самом цилиндре. Реализацией этой идеи и стал Двигатель Внутреннего Сгорания.
Четырёхтактный ДВС — на первом такте происходит впуск, на втором сжатие, на третьем расширение, на четвёртом выпуск.
Звёздообразный, или радиальный ДВС — имеет небольшую длину и позволяет компактно размещать большое количество цилиндров.
Ротативный ДВС — двигатель вращается вокруг неподвижного коленчатого вала.
Роторный ДВС — за один оборот двигатель выполняет один рабочий цикл.
Слово «Детонация» здесь неуместно, правильно будет — расширение. Детонация же, это разрушительное следствие неправильной работы двигателя.
Турбореактивный ДВС — в основном используются на самолётах.
Реактивный ДВС — используется в ракетах.
К первым попыткам создать ДВС (если не брать в расчёт артиллерийские орудия) можно отнести проект порохового двигателя в виде цилиндра с поршнем, предложенный Христианом Гюйгенсом и Дени Папеном, в 17 веке.
Идея заключалась в том, что насыпанный внутрь цилиндра и подожжённый порох, выталкивал поршень вверх.
Конечно, назвать эту конструкцию двигателем можно лишь с большой натяжкой, однако нужно помнить что на дворе был 1690 год.
Чуть позже, Папен, вместо пороха залил в цилиндр воду, которая доводилась до кипения костром, разожженным под цилиндром, а образующийся пар толкал поршень.
Тогда эта идея, отчасти, поспособствовала созданию паровой машины, а сейчас поршень и цилиндр используется в современных шатунно-поршневых ДВС.
Существовали и другие изобретатели 17-18 веков пытавшиеся создавать ДВС, но им не удалось добиться сколько-нибудь значимых результатов, да и информации о них крайне мало.
В 1801 году, Филипп Лебон — французский инженер и изобретатель газового освещения, зарегистрировал патент на двигатель внутреннего сгорания работающий на смеси газа и воздуха.
В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый «светильный газ» из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала в рабочий цилиндр, где и воспламенялась.
В связи со смертью Лебона, в 1804 году, двигатель так и остался проектом на бумаге.
К сожалению, не нашёл никаких картинок.
В 1806 году, французский изобретатель Джозеф Ньепс вместе со своим братом Клодом, сконструировали прототип двигателя внутреннего сгорания и назвали его «Pyreolophore».
Двигатель был установлен на лодку, которая смогла подняться вверх по течению реки Сона. Спустя год, после испытаний, братья получили патент на своё изобретение, подписаный Наполеоном Бонопартом, сроком на 10 лет.
Правильнее всего, было бы назвать этот двигатель реактивным, так как его работа заключалась в выталкивании воды из трубы находящейся под днищем лодки…
Двигатель состоял из камеры поджигания и камеры сгорания, сильфона для нагнетания воздуха, топливо-раздаточного устройства и устройства зажигания. Топливом для двигателя служила угольная пыль.
Сильфон впрыскивал струю воздуха смешанную с угольной пылью в камеру поджигания где тлеющий фитиль зажигал смесь. После этого, частично подожжённая смесь (угольная пыль горит относительно медленно) попадала в камеру сгорания где полностью прогорала и происходило расширение.
Далее давление газов выталкивало воду из выхлопной трубы, что заставляло лодку двигаться, после этого цикл повторялся.
Двигатель работал в импульсном режиме с частотой ~12 и/минуту.
Спустя некоторое время, братья усовершенствовали топливо добавив в него смолу, а позже заменили его нефтью и сконструировали простую систему впрыска.
Принято считать, что братья Ньепс были авторами первой в мире системы впрыска.
Во Франции, в доме-музее Ньепсов, выставлена реплика «Pyreolophore».
Справа стоит самокат (дрезина — лат. быстроя нога), который Джозеф Ньепс построил в 1817 году.
В том же 1807 году, швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Рива сконструировал двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием. Топливом для двигателя служил водород, а идею электрического поджига, де Рива позаимствовал у Алессандро Вольта.
Чуть позже, де Рива водрузил свой двигатель на четырёхколёсную повозку, которая, по мнению историков, стала первым автомобилем с ДВС.
Про Алессандро ВольтаВольта впервые поместил пластины из цинка и меди в кислоту, чтобы получить непрерывный электрический ток, создав первый в мире химический источник тока («Вольтов столб»).В 1776 г. Вольта изобрел газовый пистолет — «пистолет Вольты», в котором газ взрывался от электрической искры.
В 1800 году построил химическую батарею, что позволило получать электричество с помощью химических реакций.
Именем Вольты названа единица измерения электрического напряжения — Вольт.
A — цилиндр, B — «свеча» зажигания, C — поршень, D — «воздушный» шар с водородом, E — храповик, F — клапан сброса отработанных газов, G — рукоятка для управления клапаном.
Водород хранился в «воздушном» шаре соединённым трубой с цилиндром. Подача топлива и воздуха, а так же поджиг смеси и выброс отработанных газов осуществлялись вручную, с помощью рычагов.
Принцип работы:
• Через клапан сброса отработанных газов в камеру сгорания поступал воздух.
• Клапан закрывался.
• Открывался кран подачи водорода из шара.
• Кран закрывался.
• Нажатием на кнопку подавался электрический разряд на «свечу».
• Смесь вспыхивала и поднимала поршень вверх.
• Открывался клапан сброса отработанных газов.
• Поршень падал под собственным весом (он был тяжёлый) и тянул верёвку, которая через блок поворачивала колёса.
После этого цикл повторялся.
В 1813 году де Рива построил ещё один автомобиль. Это была повозка длиной около шести метров, с колесами двухметрового диаметра и весившея почти тонну.
Машина смогла проехать 26 метров с грузом камней (около 700 фунтов) и четырьмя мужчинами, со скоростью 3 км/ч.
Мало кто из его современников серьезно относился к этому изобретению, а Французская Академия Наук утверждала, что двигатель внутреннего сгорания никогда не будет конкурировать по производительности с паровой машиной.
В Парижском «Музее искусств и ремёсел» экспонируется модель автомобиля Франсуа де Рива.
В 1825 году, английский инженер и изобретатель Сэмюэль Браун, создал двигатель работающий на газе (водород).
Принцип работы двигателя основывался на сжигании воздуха в цилиндре, что приводило к созданию вакуума и втягивании поршня, а для более эффективного охлаждения, цилиндр окружала водяная рубашка.
Двигатель использовался для перекачки воды и для приведения в движение речных судов. Браун создал компанию по производству двигателей для лодок и барж, некоторые из которых достигали скорости 14 км/ч. Тем не менее, предприятие оказалось неудачным из-за перебоев с поставками топлива и высокой стоимости.
В 1826 году, Сэмюэль Мори, пионер американского «паростроения», запатентовал двигатель внутреннего сгорания работающий на скипидаре и спирте.
Двигатель имел много общего с современными, он состоял из двух цилиндров с водяной рубашкой, карбюратора и выпускных клапанов.
Информации очень мало, поэтому пишу что есть:
Мори продемонстрировал свой двигатель в Нью-Йорке и Филадельфии, о чём есть свидетельства очевидцев. Двигатели были установлены на лодку и на телегу. Во время демонстрации «автомобиля», Мори не справился с управлением и съехал в канаву. Это была первая в США поездка на автомобиле. Несмотря на успех, Мори не смог найти покупателя.
Популяризатором идеи Мори был Чарльз Дьюри, изобретатель, сконструировавший первый бензиновый двигатель в Америке. Он профинансировал создание двух рабочих реплик двигателя Мори, одна из которых находится в распоряжении Смитсоновского института, а другая принадлежит Дин Камен.
В 1833 году, американский изобретатель Лемюэль Веллман Райт, зарегистрировал патент на двухтактный газовый двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением.
Дугалд Клерк (см. ниже) в своей книге «Gas and Oil Engines» написал о двигателе Райта следующее:
«Чертеж двигателя весьма функционален, а детали тщательно проработаны. Взрыв смеси действует непосредственно на поршень, который через шатун вращает кривошипный вал. По внешнему виду двигатель напоминает паровую машину высокого давления, в которой газ и воздух подаются с помощью насосов из отдельных резервуаров. Смесь, находящаяся в сферических ёмкостях поджигалась во время подъёма поршня в ВМТ (верхняя мёртвая точка) и толкала его вниз/вверх. В конце такта открывался клапан и выбрасывал выхлопные газы в атмосферу.»
Неизвестно, был ли когда-либо этот двигатель построен, однако есть его чертёж:
В 1838 году, английский инженер Уильям Барнетт получил патент на три двигателя внутреннего сгорания.
Первый двигатель — двухтактный одностороннего действия (топливо горело только с одной стороны поршня) с отдельными насосами для газа и воздуха. Поджиг смеси происходил в отдельном цилиндре, а потом горящая смесь перетекала в рабочий цилиндр. Впуск и выпуск осуществлялся через механические клапана.
Второй двигатель повторял первый, но был двойного действия, то есть горение происходило попеременно с обоих сторон поршня.
Третий двигатель, так же был двойного действия, но имел впускные и выпускные окна в стенках цилиндра открывающееся в момент достижения поршнем крайней точки (как в современных двухтактниках). Это позволяло автоматически выпускать выхлопные газы и впускать новый заряд смеси.
Отличительной особенностью двигателя Барнетта было то, что свежая смесь сжималась поршнем перед воспламенением.
Чертёж одного из двигателей Барнетта:
В 1853-57 годах, итальянские изобретатели Еугенио Барзанти и Феличе Маттеуччи разработали и запатентовали двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания мощность 5 л/с.
Патент был выдан Лондонским бюро так как итальянское законодательство не могло гарантировать достаточную защиту.
Строительство прототипа было поручено компании «Bauer & Co. of Milan» (Helvetica), и завершено в начале 1863 года. Успех двигателя, который был гораздо более эффективным чем паровая машина, оказался настолько велик, что компания стала получать заказы со всего света.
Ранний, одноцилиндровый двигатель Барзанти-Маттеуччи:
Модель двухцилиндрового двигателя Барзанти-Маттеуччи:
Маттеуччи и Барзанти заключили соглашение на производство двигателя с одной из бельгийских компаний. Барзанти отбыл в Бельгию для наблюдения за работой лично и внезапно умер от тифа. Со смертью Барзанти все работы по двигателю были прекращены, а Маттеуччи вернулся к своей прежней работе в качестве инженера-гидравлика.
В 1877 году, Маттеуччи утверждал, что он с Барзанти были главными создателями двигателя внутреннего сгорания, а двигатель построенный Августом Отто очень походил на двигатель Барзанти-Маттеуччи.
Документы касающиеся патентов Барзанти и Маттеуччи хранятся в архиве библиотеки Museo Galileo во Флоренции.
Национальный музей науки и техники Леонардо да Винчи в Милане.
В 1860 году, бельгийский инженер Жан Жозеф Этьен Ленуар построил двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением, представлявший собой переделанную одноцилиндровую горизонтальную паровую машину двойного действия, работавший на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием. Мощность двигателя составляла 12 л/с.
Двигатели Ленуара использовались как стационарные, судовые, на локомотивах и на дорожных экипажах.
Современная модель:
Принцип работы прост: смесь, с помощью одного золотникового устройства, попеременно подавалась в полости цилиндра и поджигалась от «свечи», а через другой золотник выбрасывались отработанные газы.
ЗолотникВ зависимости от положения золотника, окна (4) и (5) сообщаются с замкнутым пространством (6) окружающим золотник и заполненным паром, или с полостью 7, соединённой с атмосферой или конденсатором.
Это был первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания. К 1865 году более 400 единиц использовались во Франции и около 1000 в Великобритании.
Двигатель Ленуара. «Музей искусств и ремёсел». Париж.
В 1862 году Ленуар построил первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, адаптировав свой двигатель для работы на жидком топливе.
Даже капот есть
После появления четырёхтактного двигателя конструкции Николауса Отто, двигатель Ленуара быстро потерял свои позиции на рынке.
В 1861 году, французский инженер Альфонс Эжен Бо де Роша получил патент на четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания. Проект был реализован только на бумаге.
Картинок я не нашёл.
В 1863 году, Николаус Август Отто и Карл Ойген Ланген сконструировали атмосферный двигатель внутреннего сгорания и основали завод по его производству «N. A. Otto & Cie».
В 1867 году на «Парижской Всемирной Выставке» их двигатель был удостоен золотой медали.
После банкротства в 1872 году, Ланген и Отто основали новую компанию, которая сегодня известна как «Deutz AG». На должность топ-менеджера был принят Готлиб Даймлер, который в свою очередь, взял на должность главного конструктора своего друга Вильгельма Майбаха.
Самым главным изобретением Николауса Отто был двигатель с четырёхтактным циклом — циклом Отто. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.
Четырёхтактный цикл был самым большим техническим достижением Отто, но вскоре обнаружилось, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя был описан французским инженером Бо де Роша (см. выше). Группа французских промышленников оспорила патент Отто в суде, суд счёл их доводы убедительными. Права Отто, вытекавшие из его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его монопольное право на четырёхтактный цикл.
Не смотря на то, что конкуренты наладили выпуск четырёхтактных двигателей, отработанная многолетним опытом модель Отто всё равно была лучшей, и спрос на неё не прекращался. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался светильный газ, сильно суживало область их применения.
Количество светильногазовых заводов было незначительно даже в Европе, а в России их вообще было только два — в Москве и Петербурге.
В 1865 году, французкий изобретатель Пьер Хьюго получил патент на машину представлявшую собой вертикальный одноцилиндровый двигатель двойного действия, в котором для подачи смеси использовались два резиновых насоса, приводимых в действие от коленчатого вала.
Позже Хьюго сконструировал горизонтальный двигатель схожий с двигателем Ленуара.
Science Museum, London.
В 1870 году, австро-венгерский изобретатель Сэмюэль Маркус Зигфрид сконструировал двигатель внутреннего сгорания работающий на жидком топливе и установил его на четырёхколёсную тележку.
Сегодня этот автомобиль хорошо известен как «The first Marcus Car».
В 1887 году, в сотрудничестве с компанией «Bromovsky & Schulz», Маркус построил второй автомобиль — «Second Marcus Car».
Technisches Museum Wien
В 1872 году, американский изобретатель Джордж Брайтон запатентовал двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания постоянного давления, работающий на керосине.
Брайтон назвал свой двигатель «Ready Motor».
Первый цилиндр выполнял функцию компрессора, нагнетавшего воздух в камеру сгорания, в которую непрерывно поступал и керосин. В камере сгорания смесь поджигалась и через золотниковый механизм поступало во второй — рабочий цилиндр. Существенным отличием от других двигателей, было то, что топливовоздушная смесь сгорала постепенно и при постоянном давлении.
Интересующиеся термодинамическими аспектами двигателя, могут почитать про «Цикл Брайтона».
В 1878 году, шотландский инженер Сэр (в 1917 году посвящён в рыцари)Дугалд Клерк разработал первый двухтактный двигатель с воспламенением сжатой смеси. Он запатентовал его в Англии в 1881 году.
Двигатель работал любопытным образом: в правый цилиндр подавался воздух и топливо, там оно смешивалось и эта смесь выталкивалась в левый цилиндр, где и происходило поджигание смеси от свечи. Происходило расширение, оба поршня опускались, из левого цилиндра (через левый патрубок) выбрасывались выхлопные газы, а в правый цилиндр всасывалась новая порция воздуха и топлива. Следуя по инерции поршни поднимались и цикл повторялся.
В 1879 году, Карл Бенц, построил вполне надежный бензиновый двухтактный двигатель и получил на него патент.
Однако настоящий гений Бенца проявился в том, что в последующих проектах он сумел совместить различные устройства (дроссель, зажигание с помощью искры с батареи, свеча зажигания, карбюратор, сцепление, КПП и радиатор) на своих изделиях, что в свою очередь стало стандартом для всего машиностроения.
В 1883 году, Бенц основал компанию «Benz & Cie» по производству газовых двигателей и в 1886 году запатентовал четырехтактный двигатель, который он использован на своих автомобилях.
Благодаря успеху компании «Benz & Cie», Бенц смог заняться проектированием безлошадных экипажей. Совместив опыт изготовления двигателей и давнишнее хобби — конструирование велосипедов, к 1886-му году он построил свой первый автомобиль и назвал его «Benz Patent Motorwagen».
Конструкция сильно напоминает трехколёсный велосипед.
Одноцилиндровый четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания рабочим объёмом 954 см3., установленный на «Benz Patent Motorwagen«.
Двигатель был оснащён большим маховиком (использовался не только для равномерного вращения, но и для запуска), бензобаком на 4,5 л., карбюратором испарительного типа и золотниковым клапаном, через который топливо поступало в камеру сгорания. Воспламенение производилось свечой зажигания собственной конструкции Бенца, напряжение на которую подавалось от катушки Румкорфа.
Охлаждение было водяным, но не замкнутого цикла, а испарительным. Пар уходил в атмосферу, так что заправлять автомобиль приходилось не только бензином, но и водой.
Двигатель развивал мощность 0,9 л.с. при 400 об/мин и разгонял автомобиль до 16 км/ч.
Карл Бенц за «рулём» своего авто.
Чуть позже, в 1896 году, Карл Бенц изобрел оппозитный двигатель (или плоский двигатель), в котором поршни достигают верхней мертвой точки в одно и то же время, тем самым уравновешивая друг друга.
Музей «Mercedes-Benz» в Штутгарте.
В 1882 году, английский инженер Джеймс Аткинсон придумал цикл Аткинсона и двигатель Аткинсона.
Двигатель Аткинсона — это по существу двигатель, работающий по четырёхтактному циклу Отто, но с измененным кривошипно-шатунным механизмом. Отличие заключалось в том, что в двигателе Аткинсона все четыре такта происходили за один оборот коленчатого вала.
Использование цикла Аткинсона в двигателе позволяло уменьшить потребление топлива и снизить уровень шума при работе за счёт меньшего давления при выпуске. Кроме того, в этом двигателе не требовалось редуктора для привода газораспределительного механизма, так как открытие клапанов приводил в движение коленчатый вал.
Не смотря на ряд преимуществ (включая обход патентов Отто) двигатель не получил широкого распространения из-за сложности изготовления и некоторых других недостатков.
Цикл Аткинсона позволяет получить лучшие экологические показатели и экономичность, но требует высоких оборотов. На малых оборотах выдаёт сравнительно малый момент и может заглохнуть.
Сейчас двигатель Аткинсона применяется на гибридных автомобилях «Toyota Prius» и «Lexus HS 250h».
В 1884 году, британский инженер Эдвард Батлер, на лондонской выставке велосипедов «Stanley Cycle Show» продемонстрировал чертежи трёхколёсного автомобиля с бензиновым двигателем внутреннего сгорания, а в 1885 году построил его и показал на той же выставке, назвав «Velocycle». Так же, Батлер был первым кто использовал слово бензин.
Патент на «Velocycle» был выдан в 1887 году.
На «Velocycle» был установлен одноцилиндровый, четырёхтактный бензиновый ДВС оснащенный катушкой зажигания, карбюратором, дросселем и жидкостным охлаждением. Двигатель развивал мощность около 5 л.с. при объёме 600 см3, и разгонял автомобиль до 16 км/ч.
На протяжении многих лет Батлер улучшал характеристики своего транспортного средства, но был лишен возможности его тестировать из-за «Закона Красного Флага» (издан в 1865 году), согласно которому транспортные средства не должны были превышать скорость свыше 3 км/ч. Кроме того, в автомобиле должны были присутствовать три человека, один из которых должен был идти перед автомобилем с красным флагом (такие вот меры безопасности).
В журнале «Английский Механик» от 1890 года, Батлер написал — «Власти запрещают использование автомобиля на дорогах, в следствии чего я отказываюсь от дальнейшего развития.»
Из-за отсутствия общественного интереса к автомобилю, Батлер разобрал его на металлолом, и продал патентные права Гарри Дж. Лоусону (производителю велосипедов), который продолжил производство двигателя для использования на катерах.
Сам же Батлер перешёл к созданию стационарных и судовых двигателей.
В 1900 году, в журнале «Autocar», Батлер опубликовал статью следующего содержания:
«Теперь, когда внимание общественности приковано к немецким изобретателям — Бенцу и Даймлеру, я надеюсь, что вы найдёте место в вашем журнале для иллюстрации небольшого бензинового автомобиля, который я считаю, был сделан абсолютно первым в этой стране.
Я не могу утверждать, что сделал очень много, однако я проводил свои эксперименты в то время, когда прогресс тормозился из-за предрассудков людей и отсутствия интереса. Тем не менее, часть моих идей до сих пор используется во многих типах двигателей.»
В 1889 году, на Всемирной выставке в Париже, французский инженер Феликс Милле представил и запатентовал 5-цилиндровый ротационный (не роторный) двигатель, встроенный в колесо велосипеда.
Мотоцикл Феликса Милле, 1897 год.
Ротационный двигатель основан на стандартном цикле Отто, но вместо вращения коленчатого вала вращается весь двигатель выступая в роли маховика, а коленчатый вал стоит на месте.
Подобные двигатели широко использовались в авиации во времена Первой мировой войны.
Достоинства и недостатки этих двигателей будут описаны в отдельной статье, однако интересующиеся могут почитать википедию.
В 1891 году, Герберт Эйкройд Стюарт в сотрудничестве с компанией «Richard Hornsby and Sons» построил двигатель «Hornsby-Akroyd», в котором топливо (керосин) под давлением впрыскивалось в дополнительную камеру (из-за формы её называли «горячий шарик»), установленную на головке блока цилиндров и соединённую с камерой сгорания узким проходом. Топливо воспламенялось от горячих стенок дополнительной камеры и устремлялось в камеру сгорания.
1. Дополнительная камера (горячий шарик).
2. Цилиндр.
3. Поршень.
4. Картер.
Для запуска двигателя использовалась паяльная лампа, которой нагревали дополнительную камеру (после запуска она подогревалась выхлопными газами). Из-за этого двигатель «Hornsby-Akroyd», который был предшественником дизельного двигателя сконструированного Рудольфом Дизелем, часто называли «полу-дизелем». Однако спустя год Эйкройд усовершенствовал свой двигатель добавив к нему «водяную рубашку» (патент от 1892 г.), что позволило повысить температуру в камере сгорания за счёт увеличения степени сжатия, и теперь уже не было необходимости в дополнительном источнике нагрева.
В 1893 году, Рудольф Дизель получил патенты на тепловой двигатель и модифицированный «цикл Карно» под названием «Метод и аппарат для преобразования высокой температуры в работу».
В 1897 году, на «Аугсбургском машиностроительном заводе» (с 1904 года MAN), при финансовом участии компаний Фридриха Круппа и братьев Зульцер, был создан первый функционирующий дизель Рудольфа Дизеля
Мощность двигателя составляла 20 лошадиных сил при 172 оборотах в минуту, КПД 26,2 % при весе пять тонн.
Это намного превосходило существующие двигатели Отто с КПД 20 % и судовые паровые турбины с КПД 12 %, что вызвало живейший интерес промышленности в разных странах.
Двигатель Дизеля был четырёхтактным. Изобретатель установил, что КПД двигателя внутреннего сгорания повышается от увеличения степени сжатия горючей смеси. Но сильно сжимать горючую смесь нельзя, потому что тогда повышаются давление и температура и она самовоспламеняется раньше времени. Поэтому Дизель решил сжимать не горючую смесь, а чистый воздух и концу сжатия впрыскивать топливо в цилиндр под сильным давлением.
Так как температура сжатого воздуха достигала 600—650 °C, топливо самовоспламенялось, и газы, расширяясь, двигали поршень. Таким образом Дизелю удалось значительно повысить КПД двигателя, избавиться от системы зажигания, а вместо карбюратора использовать топливный насос высокого давления (ТНВД).
Позднее, в 1900 году, на «Всемирной выставке», Рудольф Дизель продемонстрировал двигатель работающий на арахисовом масле (биодизель).
В 1903 году, норвежский изобретатель Эгидий Эллинг построил первую газовую турбину, развивавшую мощность в 11 лошадиных сил. Патент на это изобретение он получил ещё в 1884 году.
К 1904-му году мощность турбины была увеличена до 44 лошадиных сил, а к 1932-му году турбина уже развивала мощность около 75 лошадиных сил.
В 1933 году Эллинг пророчески писал: «Когда я начал работать над газовой турбиной в 1882 году, я был твёрдо уверен в том, что моё изобретение будет востребовано в авиастроении.»
К сожалению, Эллинг умер в 1949 году, так и не дожив до наступления эры турбореактивной авиации.
Единственное фото, которое удалось найти.
Возможно кто-то найдёт что-либо об этом человеке в «Норвежском музее техники».
В 1903 году, Константин Эдуардович Циолковский, в журнале «Научное обозрение» опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где впервые доказал, что аппаратом, способным совершить космический полёт, является ракета. В статье был предложен и первый проект ракеты дальнего действия. Корпус её представлял собой продолговатую металлическую камеру, снабжённую жидкостным реактивным двигателем (который тоже является двигателем внутреннего сгорания). В качестве горючего и окислителя он предлагал использовать соответственно жидкие водород и кислород.
Наверное на этой ракетно-космической ноте и стоит закончить историческую часть, так как наступил 20-ый век и Двигатели Внутреннего Сгорания стали производиться повсеместно.
Философское послесловие…
К.Э. Циолковский полагал, что в обозримом будущем люди научатся жить если не вечно, то по крайней мере очень долго. В связи с этим на Земле будет мало места (ресурсов) и потребуются корабли для переселения на другие планеты. К сожалению, что-то в этом мире пошло не так, и с помощью первых ракет люди решили просто уничтожать себе подобных…
Спасибо всем кто прочитал.
Все права защищены © 2016 istarik.ru
Любое использование материалов допускается только с указанием активной ссылки на источник.
Первый двигатель внутреннего сгорания: история, факты
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.
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.
История создания электродвигателя
Электромеханика является относительно молодой, по историческим меркам, отраслью науки и техники.
1800, Вольта
Итальянский физик, химик и физиолог, Алессандро Вольта, первый в мире создал химический источник тока.
1820, Эрстед
Датский ученый, физик, Ханс Кристиан Эрстед, обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку.
1821, Фарадей
Первый электродвигатель Фарадея, 1821 г.
Британский физик-экспериментатор и химик, Майкл Фарадей, опубликовал трактат «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма», где описал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. Эта конструкция впервые реализовала непрерывное преобразование электрической энергии в механическую. Принято считать ее первым электродвигателем в истории.
1822, Ампер
Французский физик, Андре Мари Ампер, открыл магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Среди прочего Ампер предложил использовать железный сердечник, помещенный внутрь соленоида, для усиления магнитного поля. В 1820 году им был открыт закон Ампера.
1822, Барлоу
Английский физик и математик, Питер Барлоу, изобрел колесо Барлоу, по сути, униполярный электродвигатель.
1825, Араго
Французский физик и астроном, Доминик Франсуа Жан Араго, опубликовал опыт показывающий, что вращающийся медный диск заставляет вращаться магнитную стрелку, подвешенную над ним.
1825, Стёрджен
Британский физик, электротехник и изобретатель, Уильям Стёрджен, в 1825 изготовил первый электромагнит, который представлял из себя согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки.
Вращающееся устройство Йедлика, 1827/28 гг.
1827, Йедлик
Венгерский физик и электротехник, Аньош Иштван Йедлик, изобрел первую в мире динамо-машину (генератор постоянного тока), однако практически не объявлял о своем изобретении до конца 1850-х годов.
1831, Фарадей
Английский физик, Майкл Фарадей, открыл электромагнитную индукцию, то есть явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Формулировка закона электромагнитной индукции.
1831, Генри
Американский физик, Джозеф Генри, независимо от Фарадея обнаружил взаимоиндукцию, но Фарадей раньше опубликовал свои результаты.
1832, Пикси
Генератор постоянного тока Пикси
Француз, Ипполит Пикси, сконструировал первый генератор переменного тока. Устройство состояло из двух катушек индуктивности с железным сердечником напротив которых располагался вращающийся магнит подковообразной формы, который приводился в движение вращением рычага. Позже для получения постоянного пульсирующего тока к этому устройству был добавлен коммутатор.
Электродвигатель Стёрджена
Strurgejn’s Annals of Electricity, 1836/37, vol. 1
1833, Стёрджен
Британский физик, Уильям Стёрджен, публично продемонстрировал электродвигатель на постоянном токе в Марте 1833 года в Аделаидской галерее практической науки в Лондоне. Данное изобретение считается первым электродвигателем, который можно было использовать.
1833, Ленц
В начале в электромеханике разграничивали магнито-электрические машины (электрические генераторы) и электро-магнитные машины (электрические двигатели). Российский физик (немецкого происхождения), Эмилий Христианович Ленц, опубликовал статью о законе взаимности магнито-электрических явлений, то есть о взаимозаменяемости электрического двигателя и генератора.
Май 1834, Якоби
Первый вращающийся электродвигатель. Якоби, 1834
Немецкий и русский физик, академик Императорской Санкт-Петербургской Академии Наук, Борис Семенович (Мориц Герман фон) Якоби, изобрел первый в мире электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала. Мощность двигателя составляла около 15 Вт, частота вращения ротора 80-120 оборотов в минуту. До этого изобретения существовали только устройства с возвратно-поступательным или качательным движением якоря.
1836 — 1837, Дэвенпорт
Проводя эксперименты с магнитами, американский кузнец и изобретатель, Томас Дэвенпорт, создает свой первый электромотор в июле 1834 года. В декабре этого же года он впервые продемонстрировал свое изобретение. В 1837 году Дэвенпорт получил первый патент (патент США №132) на электрическую машину.
1839, Якоби
Используя электродвигатель питающийся от 69 гальванических элементов Грове и развивающий 1 лошадиную силу, в 1839 г. Якоби построил лодку способную двигаться с 14 пассажирами по Неве против течения. Это было первое практическое применение электродвигателя.
1837 — 1842, Дэвидсон
Шотландский изобретатель, Роберт Дэвидсон, занимался разработкой электродвигателя с 1837 года. Он сделал несколько приводов для токарного станка и моделей транспортного средства. Дэвидсон изобрел первый электрический локомотив.
1856, Сименс
Немецкий инженер, изобретатель, ученый, промышленник, основатель фирмы Siemens, Вернер фон Сименс изобрел электрический генератор с двойным T-образным якорем. Он первый разместил обмотки в пазах.
1861-1864, Максвелл
Британский физик, математик и механик, Джеймс Клерк Максвелл, обобщил знания об электромагнетизме в четырех фундаментальных уравнениях. Вместе с выражением для силы Лоренца уравнения Максвелла образуют полную систему уравнений классической электродинамики.
1871-1873, Грамм
Бельгийский изобретатель, Зеноб Теофил Грамм, устранил недостаток электрических машин с двух-Т-образным якорем Сименса, который заключался в сильных пульсациях вырабатываемого тока и быстром перегреве. Грамм предложил конструкцию генератора с самовозбуждением, который имел кольцевой якорь.
1885, Феррарис
Итальянский физик и инженер, Галилео Феррарис, изобрел первый двухфазный асинхронный электродвигатель. Однако Феррарис думал, что такой двигатель не сможет иметь КПД выше 50%, поэтому он потерял интерес и не продолжал улучшать асинхронный электродвигатель. Считается, что Феррарис первым объяснил явление вращающегося магнитного поля.
1887, Тесла
Американец сербского происхождения, изобретатель, Никола Тесла, работая независимо от Феррариса, изобрел и запатентовал двухфазный асинхронный электродвигатель с явно выраженными полюсами статора (сосредоточенными обмотками). Тесла ошибачно считал что двухфазная система токов оптимальна с экономической точки зрения среди всех многофазных систем.
1889-1891, Доливо-Добровольский
Русский электротехник польского происхождения, Михаил Осипович Доливо-Добровольский, прочитав доклад Феррариса о вращающемся магнитном поле изобрел ротор в виде «беличьей клетки». Дальнейшая работа в этом направлении привела к разработке трехфазной системы переменных токов и трехфазного асинхронного электродвигателя, получившего широкое применение в промышленности и практически не изменившегося до нашего времени.
Широкое внедрение электромеханических устройств в России начинается после Октябрьской революции 1917 г., когда электрификация всей страны стала основой технической политики нового государства. Можно сказать, что XX век стал веком становления и широкого распространения электромеханики.
Выбор между двухфазной и трехфазной системой
Доливо-Добровольский справедливо считал, что увеличение числа фаз в двигателе улучшает распределение намагничивающей силы по окружности статора. Переход к трехфазной системы от двухфазной уже дает большой выигрыш в этом отношении. Дальнейшее увеличение числа фаз нецелесообразно, так как приводит к значительному увеличению расходов металла на провода.
Для Теслы же казалось очевидным, что чем меньше число фаз, тем меньше требуется проводов, и следовательно тем дешевле устройство электропередачи. При этом двухфазная система передачи требовала применения четырех проводов, что представлялось не желательным в сравнении с двух проводными системами постоянного или однофазного переменного токов. Поэтому Тесла предлагал применять трех проводную линию для двухфазной системы, делая один провод общим. Но это не сильно уменьшало количество затрачиваемого на систему металла, так как общий провод должен был быть большего сечения.
Таким образом трехфазная система токов предложенная Доливо-Добровольским была оптимальной для передачи энергии. Она практически сразу нашла широкое применение в промышленности и до наших дней является основной системой передачи электрической энергии во всем мире.
Моторы его сердца. Как Готтлиб Даймлер изобретал моторы на бензине | Об автомобилях | Авто
Готлиб Даймлер, пожалуй, самый известный из конструкторов эпохи становления бензиновых двигателей. Его фирма, пройдя через множество трансформаций превратилась в большой концерн, который выпускает не только легковые автомобили марок Мерседес и Смарт, но и грузовики, а также иную тяжелую технику. Концерн владеет 15-процентным пакетом акций Камаза и более 22% Airbus Group. Кто же стоял у истоков этого промышленного гиганта и как все начиналось?
Готтлиб Даймлер родился в небольшом городе Вюртемберг неподалеку от Штутгарта в семье пекаря. Детство мальчика проходило спокойно, он ходит в воскресную и художественную школы. Однако увлеченность рисованием вылилась в иное творчество. Сразу после школы он устроился подмастерьем в оружейную мастерскую и стал помогать изготавливать двухствольные охотничьи ружья у мастера Риделя. Именно в эти годы он окончательно решил стать инженером.
В 18-летнем возрасте Готлиб Даймлер получил лицензию оружейного мастера и ушел в эльзасскую инженерную компанию Фердинанда фон Штайнбайса, а спустя пять лет накопил на учебу в политехнической школе Штутгарта на факультете машиностроения.
Вильгельм Майбах в 1900. Фото: Commons.wikimedia.orgЕще будучи студентом последнего курса, в 1862 году, Дамлер устроился на работу на фабрику металлоизделий в Гайслингене, на должность конструктора. Там и произошла знаменательная встреча, предопределившая жизнь и дальнейшую деятельность мастера. При заводе был приют для детей-сирот, которые трудились на производстве. Среди смышленых мальчиков Готлиб присмотрел 15-летнего чертежника Вельгельма Майбаха, который позднее стал верным другом и соратником Даймлера.
Два молодых человека мечтали создавать новые двигатели, используя необычные виды топлива, такие как керосин и бензин. В то время их мысли казались чрезвычайно смелыми, так как керосин и бензин продавался в аптеках в виде средства для умывания и как обеззараживатель. Существующие моторы работали или на паровой тяге, или на сырой нефти или горючем газе. Однако молодые инженеры не оставляли мечты и вскоре им представилась возможность попробовать себя в двигателестроении.
Работа у Николауса Отто
В 1872 году Даймлера заметил будущий изобретатель четырехтактного двигателя внутреннего сгорания Николаус Отто и пригласил его принять участие в становлении небольшой фабрики Deutz-AG-Gasmotorenfabrik, где должны были производиться стационарные двигательные установки для промышленных производств. Даймлер стал директором завода, Отто продолжал экспериментировать и изобретать, а Майбах был назначен главным конструктором.
Опытно-конструкторские работы над новым 4-тактным двигателем внутреннего сгорания продолжались около 5 лет. В итоге, на деньги инвесторов были построены первые образцы, которые и начали испытываться в заводской лаборатории в 1876 году. Однако новый мотор работал не стабильно, сказывались инженерные просчеты в конструкции.
Готлиб Даймлер предложил взяться за новый мотор 2-тактной схемы. Владелец предприятия не желал распылять средства и отказал молодым инженерам. Существующий образец начали производить. Однако инженеры занялись конструированием самостоятельно в тайне от работодателя. И с этого шага началось их главное дело. Видя перспективность своей конструкции Готлиб Даймлер и Вельгельм Майбах разрывают с предприятием Николауса Отто, продают свои акции за 75 тысяч марок и получают стартовый капитал для основания собственной фабрики, где намереваются выпускать собственные двигатели на бензине.
Мотор «Дедушкины часы»
В 1882 году Даймлер и Майбах с семьями переехали в Штутгарт и купили дом с участком земли в пригороде Каннштате, где и основали лабораторию. Через три года, осенью 1885 года работы над созданием первого двигателя Даймлера были завершены. За основу конструкции инженеры взяли двигатель Отто, у которого была переработана схема подачи топлива и камера сгорания, рассчитанная на бензин. Это топливо показалось Готлибу Даймлеру перспективным по причине его способности воспламеняться даже при очень низких температурах.
Опытная модель двигателя имела единственный горизонтальный цилиндр рабочим объемом в 264 куб.см с калильной свечой внутри, воздушное охлаждение, чугунный маховик на валу, а также впускной и выпускной клапаны без газораспределительного механизма. Эта примитивная конструкция во время работы начинала забавно стрекотать, за что получила от конструкторов прозвище «дедушкины часы».
Мотор весил 50 кг и имел высоту в 76 см и при 650 оборотах выдавал мощность в 0,5 лошадиной силы. Главное, что такой мотор был намного легче, чем паровики и не требовал столь же кропотливого обслуживания. Компактный мотор был готов к работе практически сразу же, в то время как паровики требовали разведения паров. Кроме того, бензиновый агрегат обладал стабильностью в работе при разных температурах, отчего не зависел от погодных условий и мог использоваться круглогодично. Уже вскоре мощность мотора удалось поднять вдвое, а затем началось его опытное применение.
Одна лошадиная сила
В этом же 1885 году инженеры установили ДВС на деревянный велосипед, создав тем самым первый в мире мотоцикл, на котором Вельгельм Майбах развил скорость на пляже реки Некка в 12 км/ч и проехал три километра.
Мотоцикл Даймлера с ДВС 1885 года. Фото: Commons.wikimedia.org/Stephen HanafinПочти сразу инженеры решили приспособить свой мотор и для лошадиной повозки. В 1886 году на том же пляже они испытали экипаж, который приводился в действие ДВС. Это еще не была машина, а лишь ее экспериментальный образец.
Свое применение новое изобретение нашло в качестве двигателя для моторных лодок. Внеся небольшие изменения в конструкцию и доведя модность до 1,1 лс первый в мире мотор на бензине установили на 4,5 метровый бот. Такая лодка разгонялась до 11 км/ч и не выдавала клубов черного дыма, как паровые катера, за что и полюбилось покупателям. Предприятие Даймлера и Майбаха получило множество заказов и стало процветать.
Спрос на лодочные моторы Даймлера-Майбаха рос лавинообразно. В 1887 году была продана лицензия на производство ДВС. Эти 1,1-сильные агрегаты даже поднимались в воздух на первых аэростатах в 1888 году. С них начиналась воздухоплавательная история дирижаблей.
Автомобиль Даймлера с ДВС 1889 года. Фото: Commons.wikimedia.org/Brücke-OsteuropaМежду тем оба изобретателя не оставляли надежды на разработку собственного автомобиля. Вскоре он был построен и показан в октябре 1889 года на выставке в Париже. Машина имела открытый 4-колесный кузов, напоминающий лошадиную пролетку, 2-цилиндровый V-образный мотор собственной конструкции, 4-ступенчатую коробку передач, водяное охлаждение, систему газораспределения с Т-образными клапанами. В отличие от трехколесного автомобиля Карла Бенца этот аппарат был гораздо устойчивее, так как имел четыре колеса.
На земле, в воде и в небесах
В конце 1889 года семью Готтлиба Даймлера потрясла трагедия. Умерла его жена Эмма, что серьезно повлияло и на здоровье конструктора.
Между тем, компанию ждали большие перемены. Завод получил финансовые вливания и трансформировался в корпорацию Daimler Motoren Gesellshaft или DMG. Техническим директором компании стал Даймлер, а главным конструктором — Майбах.
Эмблемой компании была выбрана трехлучевая звезда, заключенная в круг. Эта эмблема сейчас принадлежит марке Mercedes-Benz. Она означала, что компания изготавливает двигатели для трех стихий: для земли, воды и для небес.
Вскоре моторостроительная корпорация стала получать военные заказы и вместе с инвестициями к управлению заводом пришли совсем иные люди.
Готлиб Даймлер и его сын Адольф за рулём автомобия. Фото: www.globallookpress.comНабирающей мощь Германии требовались моторы для дирижаблей и для военно-морского флота, а убежденность Готлиба Дайлера в перспективности автомобильной техники только раздражала совет директоров. В итоге, вместе с разработкой новых моторов, новые управленцы стали выдавливать прежних руководителей. Уже через год после реорганизации предприятия Совет директоров вынудил покинуть свой пост главного инженера Вельгельма Майбаха, а Готлиб Даймлер фактически потерял контроль над своим заводом. Измотанный смертью жены и трудностями на службе, он в 1992 году слег с инфарктом и оставил компанию новым директорам.
Между тем дело великих конструкторов жило. Бензиновые моторы действительно завоевывали пространства и поднимались в небеса. Последующая борьба акционеров и споры о путях развития не сломили прогрессивного духа. Со временем Daimler Motoren Gesellshaft (DMG) превратилась в крупную военно-промышленную корпорацию. Смерть Готлиба Даймлера от сердечного приступа в 1900 году не позволила ему стать свидетелем, одновременно триумфа и трагедии его детища. Моторы DMG воевали на полях сражений Первой мировой и стали основой авиации Германии.
До сих пор корпорация Daimler является ключевой компанией в Германии и в Европе. Производство автомобилей Mercedes-Banz и «Daimler Trucks» лишь малая ее часть.
В настоящее время Daimler AG владеет долями в следующих компаниях: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corporation (85,0 % акций), Automotive Fuel Cell Cooperation (50,1 %). Daimler AG также является крупнейшим владельцем и поставщиком Airbus Group.
По прежнему трехлучевая звезда Готлиба Даймлера господствует в трех средах: на земле, воде и в воздухе.
Кто придумал двигатель внутреннего сгорания? Ключевые фигуры — OneKu
Содержание статьи: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
Вам будет интересно:Японские символы самураев: фото, значение и описание
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.
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.
Источник
Кто изобрёл бензиновый двигатель?: arktorus — LiveJournal
Большинство читателей наверняка скажут, что изобретателями первого в мире двигателя внутреннего сгорания являются инженеры Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах (прародители всемирно известного бренда «Мерседес-Бенц»). Их бензиновый двигатель появился в конце 1885 года. Как известно, Даймлер и Майбах использовали его для создания первого мотоцикла, а в 1886 году — на первом автомобиле. Однако при этом мало кто знает, что первый бензиновый карбюраторный двигатель появился отнюдь не в Германии, а у нас в России. Изобрёл его Огнеслав Степанович Костович.
Огнеслав Костович приступил к разработке двигателя внутреннего сгорания с применением жидкого лёгкого топлива в 1879 году. В 1880 году Костович изготовил уменьшенную модель двигателя с двумя цилиндрами. Успешные испытания дали уверенность в возможности создания более мощного мотора для дирижабля и для подводной лодки, проект которой он вторично представил Морскому ведомству в том же году, а в начале следующего установил двухцилиндровый движок на катер собственной конструкции. Проба новинки позволила сконструировать комбинацию из четырех таких моторов.
К 1883 году двигатель был построен, испытания и доводка продолжались до 1885 года. В результате был создан 80-сильный бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Костович впервые применил электрическое зажигание и встречное движение поршней в оппозитно расположенных цилиндрах.
Впоследствии по аналогичной схеме были сделаны многие дизельные моторы. Также впервые в качестве топлива предлагалось использовать бензин, до этого употребляемый в хозяйстве лишь домохозяйками (для выведения пятен с одежды) косметологами.
Топливовоздушная смесь из карбюратора поступала к впускным клапанам цилиндров по четырем патрубкам через дроссельные краны. Зажигание — электрическое, током низкого напряжения с применением подвижных контактов. Охлаждение цилиндров — водяное. Смазка трущихся поверхностей осуществлялась масленками. Для равномерности хода двигателя использовался маховик больших размеров.
Известно, что в 1888 году изобретатель обратился в Департамент торговли и мануфактур, ведавший патентными делами, с прошением о выдаче ему десятилетней привилегии на «усовершенствованный двигатель, действующий бензином, керосином, нефтяным, светильным и другими газами и взрывчатыми веществами». Тогда же Костович обратился за патентами на свой двигатель в США и Англию, причем, получил их даже раньше, чем в России. Русскую привилегию (патент) ему выдали только 4 ноября 1892 года.
История создания двигателей внутреннего сгорания
История создания двигателей внутреннего сгорания
В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ. В 1799 году он получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля. Это открытие имело огромное значение, прежде всего для развития техники освещения. Очень скоро во Франции, а потом и в других странах Европы газовые лампы стали успешно конкурировать с дорогостоящими свечами. Однако светильный газ годился не только для освещения.
Патент на конструкцию газового двигателя
В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Создав соответствующие условия, можно использовать выделяющуюся энергию в интересах человека. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он погиб, не успев воплотить в жизнь своё изобретение.
Жан Этьен Ленуар
В последующие годы несколько изобретателей из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной. Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи.
Ленуар не сразу добился успеха. После того как удалось изготовить все детали и собрать машину, она проработала совсем немного и остановилась, так как из-за нагрева поршень расширился и заклинил в цилиндре. Ленуар усовершенствовал свой двигатель, продумав систему водяного охлаждения. Однако вторая попытка запуска также закончилась неудачей из-за плохого хода поршня. Ленуар дополнил свою конструкцию системой смазки. Только тогда двигатель начал работать.
Август Отто
В 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто.
В 1864 году тот получил патент на свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана фирма «Отто и Компания».
На первый взгляд, двигатель Отто представлял собой шаг назад по сравнению с двигателем Ленуара. Цилиндр был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Вдоль оси поршня к нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Двигатель работал следующим образом. Вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разрежённое пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. При подъёме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разряжение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени.
Поскольку двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре зубчатую рейку заменила кривошипно-шатунная передача. Но самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто взял патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей. В следующем году новые двигатели уже были запущены в производство.
Четырёхтактный цикл был самым большим техническим достижением Отто. Но вскоре обнаружилось, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя был описан французским инженером Бо де Роша[de]. Группа французских промышленников оспорила в суде патент Отто. Суд счёл их доводы убедительными. Права Отто, вытекавшие из его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его монопольное право на четырёхтактный цикл.
Хотя конкуренты наладили выпуск четырёхтактных двигателей, отработанная многолетним производством модель Отто всё равно была лучшей, и спрос на неё не прекращался. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался светильный газ, сильно суживало область применения первых двигателей внутреннего сгорания. Количество светильногазовых заводов было незначительно даже в Европе, а в России их вообще было только два- в Москве и Петербурге.
Поиски нового горючего
Поэтому не прекращались поиски нового горючего для двигателя внутреннего сгорания. Некоторые изобретатели пытались применить в качестве газа пары жидкого топлива. Ещё в 1872 году американец Брайтон пытался использовать в этом качестве керосин. Однако керосин плохо испарялся, и Брайтон перешёл к более лёгкому нефтепродукту — бензину. Но для того, чтобы двигатель на жидком топливе мог успешно конкурировать с газовым, необходимо было создать специальное устройство для испарения бензина и получения горючей смеси его с воздухом.
Брайтон в том же 1872 году придумал один из первых так называемых «испарительных» карбюраторов, но он действовал неудовлетворительно.
Бензиновый двигатель
Работоспособный бензиновый двигатель появился только десятью годами позже. Изобретателем его был немецкий инженер Готлиб Даймлер. Много лет он работал в фирме Отто и был членом её правления. В начале 80-х годов он предложил своему шефу проект компактного бензинового двигателя, который можно было бы использовать на транспорте. Отто отнёсся к предложению Даймлера холодно. Тогда Даймлер вместе со своим другом Вильгельмом Майбахом принял смелое решение — в 1882 году они ушли из фирмы Отто, приобрели небольшую мастерскую близ Штутгарта и начали работать над своим проектом.
Проблема, стоявшая перед Даймлером и Майбахом была не из лёгких: они решили создать двигатель, который не требовал бы газогенератора, был бы очень лёгким и компактным, но при этом достаточно мощным, чтобы двигать экипаж. Увеличение мощности Даймлер рассчитывал получить за счёт увеличения частоты вращения вала, но для этого необходимо было обеспечить требуемую частоту воспламенения смеси. В 1883 году был создан первый бензиновый двигатель с зажиганием от раскалённой полой трубочки, открытой в цилиндр.
Первая модель бензинового двигателя предназначалась для промышленной стационарной установки.
Процесс испарения жидкого топлива в первых бензиновых двигателях оставлял желать лучшего. Поэтому настоящую революцию в двигателестроении произвело изобретение карбюратора. Создателем его считается венгерский инженер Донат Банки. В 1893 году он взял патент на карбюратор с жиклёром, который был прообразом всех современных карбюраторов. В отличие от своих предшественников Банки предлагал не испарять бензин, а мелко распылять его в воздухе. Это обеспечивало его равномерное распределение по цилиндру, а само испарение происходило уже в цилиндре под действием тепла сжатия. Для обеспечения распыления всасывание бензина происходило потоком воздуха через дозирующий жиклёр, а постоянство состава смеси достигалось за счёт поддержания постоянного уровня бензина в карбюраторе. Жиклёр выполнялся в виде одного или нескольких отверстий в трубке, располагавшейся перпендикулярно потоку воздуха. Для поддержания напора был предусмотрен маленький бачок с поплавком, который поддерживал уровень на заданной высоте, так что количество всасываемого бензина было пропорционально количеству поступающего воздуха.
Первые двигатели внутреннего сгорания были одноцилиндровыми, и, для того чтобы увеличить мощность двигателя, обычно увеличивали объём цилиндра. Потом этого стали добиваться увеличением числа цилиндров.
В конце XIX века появились двухцилиндровые двигатели, а с начала XX столетия стали распространяться четырёхцилиндровые.
См. также
Ссылки
Кто изобрел паровой двигатель?
В мире, движимом двигателями внутреннего сгорания, газовыми турбинами и ядерными реакторами, паровой двигатель может показаться пережитком прошлого. Но без этого изобретения, меняющего правила игры, современный мир был бы совсем другим.
Паровая машина, пожалуй, самое важное достижение промышленной революции, способствовала значительным достижениям в области горнодобывающей промышленности, производства, сельского хозяйства и транспорта. И хотя несколько выдающихся деятелей XVIII и XIX веков приписывают разработку и улучшение парового двигателя, история паровых машин на самом деле восходит к почти 2000 годам до промышленной революции.
Древние паровые турбины
В начале первого века нашей эры греческий изобретатель по имени Герой Александрийский сконструировал первую в мире эолипильную или примитивную паровую турбину. Эолипил Герона состоял из полой сферы, закрепленной на паре трубок. Нагретые снизу огнем трубы транспортируют пар к сфере, где он выпускается через другую серию трубок, выступающих из экватора сферы. Это движение пара через устройство заставляло сферу вращаться, демонстрируя возможность использования пара в качестве двигателя.
Хотя эолипил Hero был создан как новинка, а не как средство ускорения производства, тем не менее, это первое известное устройство для преобразования пара во вращательное движение. Но только в 17 веке были предприняты попытки использовать силу эолипила Герона для практических целей.
В первом веке нашей эры герой Александрии изобрел эолипил или примитивную паровую турбину. (Изображение предоставлено: общественное достояние.)Steam: идеальное решение
Первые практические паровые двигатели были разработаны для решения очень специфической проблемы: как удалить воду из затопленных шахт.Поскольку европейцы 17 века перешли с древесины на уголь в качестве основного источника топлива, шахты углублялись и, как следствие, часто оказывались затопленными после проникновения в подземные источники воды.
Считается, что испанский горнодобывающий администратор по имени Херонимо де Аянц был первым, кто решил проблему затопленных шахт. В 1606 году де Аянц зарегистрировал первый патент на машину, которая использовала энергию пара для вытеснения воды из шахт. Испанский изобретатель, которому также приписывают изобретение одной из первых в мире систем кондиционирования воздуха, использовал свой паровой двигатель для удаления воды из серебряных рудников на Гуадалканале, Севилья.
Хотя испанец первым запатентовал паровую машину для использования в горнодобывающей промышленности, англичанину обычно приписывают изобретение первого парового двигателя. В 1698 году Томас Савери, инженер и изобретатель, запатентовал машину, которая могла эффективно забирать воду из затопленных шахт с помощью давления пара. Savery использовал принципы, изложенные Дени Папеном, британским физиком французского происхождения, который изобрел скороварку. Идеи Папена, касающиеся цилиндро-поршневой паровой машины, ранее не использовались для создания работающего двигателя, но к 1705 году Савери превратил идеи Папена в полезное изобретение.
Используя два паровых котла, Savery разработал почти непрерывную систему откачки воды из шахт. Но, несмотря на ранний успех системы Савери, вскоре было обнаружено, что его двигатель способен забирать воду только с небольшой глубины — проблема, которую необходимо было преодолеть, если паровые двигатели должны были работать в глубоких шахтах.
К счастью для европейских владельцев шахт, в 1711 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал лучший способ откачки воды из шахт. Его система использовала модернизированный паровой двигатель, который устранил необходимость в накопленном давлении пара — недостаток в системе Савери, который приводил ко множеству неудачных взрывов.«Атмосферный» двигатель Ньюкомена — названный так потому, что уровень давления пара, который он использовал, приближался к атмосферному, — был первой коммерчески успешной машиной, которая использовала пар для работы водяного насоса.
Несмотря на то, что это усовершенствование первоначального рендеринга парового двигателя Savery, атмосферный двигатель Ньюкомена также имел свои недостатки. Эта машина была крайне неэффективной, требуя постоянного потока холодной воды для охлаждения важнейшего парового цилиндра (части двигателя, где давление пара преобразуется в движение), а также постоянного источника энергии для повторного нагрева цилиндра.
Несмотря на этот серьезный недостаток, конструкция двигателя Ньюкомена не подвергалась сомнению в течение следующих 50 или около того лет и, помимо откачки шахт, также использовалась для осушения водно-болотных угодий, подачи воды в города и даже для электростанций и заводов путем откачки воды снизу водяное колесо наверх для повторного использования.
В 1698 году Томас Савери запатентовал машину, которая могла эффективно забирать воду из затопленных шахт с помощью давления пара. (Изображение предоставлено: общественное достояние.)Энергия промышленной революции
Но к 1765 году судьба двигателя Ньюкомена была решена.В том же году Джеймс Ватт, шотландский производитель инструментов, работавший в Университете Глазго, начал ремонт небольшой модели двигателя Ньюкомена. Ватт был озадачен большим количеством пара, потребляемого машиной Ньюкомена, и понял, что для устранения этой неэффективности ему придется покончить с постоянным охлаждением и повторным нагревом парового цилиндра.
Для этого Уотт разработал отдельный конденсатор, который позволил поддерживать постоянную температуру в паровом цилиндре и значительно улучшил функциональность двигателя Ньюкомена.
По финансовым причинам Ватт не смог сразу произвести свой новый улучшенный атмосферный двигатель. Но к 1776 году он заключил партнерство с Мэтью Бултоном, английским производителем и инженером, твердо настроенным на использование паровых двигателей не только для откачки воды из шахт.
При финансовой поддержке Бултона Ватт разработал роторный паровой двигатель одностороннего (а позже и двустороннего) действия, который, наряду с фирменным отдельным конденсатором Ватта, имел механизм параллельного движения, который удваивал мощность существующего парового цилиндра.Двигатель Boulton-Watt также был первым, который позволил оператору машины управлять частотой вращения двигателя с помощью устройства, называемого центробежным регулятором. В улучшенном двигателе использовалась новая зубчатая передача, разработанная сотрудником Бултона и Уоттса Уильямом Мердоком, известная как солнечная и планетарная передача, для преобразования возвратно-поступательного (линейного) движения во вращательное движение.
Усовершенствования Ватта в паровой машине в сочетании с видением Бултона страны, работающей на паре, способствовали быстрому внедрению паровых двигателей в Соединенном Королевстве и, в конечном итоге, в Соединенных Штатах.К 1800-м годам паровые машины приводили в действие фабрики, фабрики, пивоварни и множество других производственных предприятий. В 1852 году состоялся первый полет парового дирижабля. Будущие итерации парового двигателя также стали определять путешествия, поскольку поезда, лодки и железные дороги переняли технологию для продвижения пассажиров в 20-м веке. [См. Также: Как Steam Engine изменил мир]
Следите за Элизабет Палермо в Twitter @techEpalermo, Facebook или Google+. Следите за LiveScience @livescience.Мы также в Facebook и Google+.
.Джеймс Ватт | Биография, изобретения, паровой двигатель и факты
Джеймс Ватт , (родился 19 января 1736 года, Гринок, Ренфрушир, Шотландия — умер 25 августа 1819 года, Хитфилд-холл, недалеко от Бирмингема, Уорик, Англия), шотландский приборостроитель и изобретатель, чей паровой двигатель внес существенный вклад в промышленную революцию . Он был избран членом Лондонского королевского общества в 1785 году.
Основные вопросы
Кем был Джеймс Ватт?
Джеймс Ватт был изобретателем и изготовителем инструментов 18 века.Хотя Ватт изобрел и усовершенствовал ряд промышленных технологий, его лучше всего помнят за его усовершенствования паровой машины. Конструкция паровой машины Ватта включает два его собственных изобретения: отдельный конденсатор (1765 г.) и параллельное движение (1784 г.). Добавление этих устройств, среди прочего, сделало паровую машину Ватта более эффективной, чем другие паровые машины.
Джеймс Ватт изобрел паровой двигатель?
Джеймс Ватт не изобрел паровой двигатель. Однако он улучшил аппарат двигателя.В 1764 году Ватт заметил недостаток паровой машины Ньюкомена: она расходует много пара впустую. Ватт пришел к выводу, что отходы являются результатом одноцилиндровой конструкции парового двигателя. В 1765 году Ватт задумал отдельный конденсатор — устройство для уменьшения количества отходов, производимых паровой машиной Ньюкомена. Ватт запатентовал устройство в 1769 году. В 1776 году Ватт и его деловой партнер Мэтью Бултон установили две паровые машины с отдельными конденсаторами. Модифицированные паровые машины не только уменьшили количество отходов, но и сократили расходы на топливо.Ватт провел следующие несколько лет, улучшая свою конструкцию, добавив к ней шестерню «солнце и планету» (1781 г.), двигатель двойного действия (1782 г.), параллельное движение (1784 г.), маховик (1788 г.) и манометр (1790).
Как Джеймс Ватт способствовал промышленной революции?
Паровая машина Джеймса Ватта оказала огромное влияние на индустриальное общество 18 века. Это было более эффективно и рентабельно, чем предыдущие модели. Более того, паровая машина Ватта открыла совершенно новую область применения: она позволила использовать паровую машину для работы ротационных машин на таких фабриках, как хлопковые фабрики.Неудивительно, что спрос на паровой двигатель Ватта был высоким, и он быстро получил распространение во многих отраслях.
Ватт назван в честь Джеймса Ватта?
Это так! Вклад Джеймса Ватта в повышение эффективности отрасли был отмечен тем, что в его честь был назван ватт (Вт). Ватт — это единица мощности в Международной системе единиц (СИ), равная одному джоулю работы, выполняемой в секунду. Ватт был принят как единица СИ в 1960 году на 11-й Генеральной конференции по мерам и весам. Сегодня большинство электрических устройств измеряются в ваттах.
Образование и обучение
Отец Ватта, казначей и магистрат Гринока, вел успешный бизнес по строительству судов и домов. Хрупкий ребенок, Ватт какое-то время учился дома у своей матери; позже, в гимназии, он выучил латынь, греческий язык и математику. Источником важной части его образования были мастерские его отца, где с его собственными инструментами, верстаком и кузницей он делал модели (например, кранов и шарнирных головок) и знакомился с корабельными инструментами.
Решив в 17 лет заниматься изготовлением математических инструментов, Ватт сначала отправился в Глазго, где в университете преподавала одна из родственников его матери, а затем, в 1755 году, в Лондон, где нашел мастера, который обучил его. Хотя его здоровье пошатнулось в течение года, за это время он научился «работать так же, как и большинство подмастерьев». Вернувшись в Глазго, он открыл в 1757 году магазин в университете и изготовил математические инструменты (например, квадранты, компасы, весы). Он познакомился со многими учеными и подружился с британским химиком и физиком Джозефом Блэком, который разработал концепцию скрытого тепла.В 1764 году он женился на своей кузине Маргарет Миллер, которая, прежде чем она умерла девять лет спустя, родила ему шестерых детей.
Во время ремонта модели паровой машины Ньюкомена в 1764 году Ватт был впечатлен ее потерей пара. В мае 1765 года, решив проблему улучшения, он внезапно нашел решение — отдельный конденсатор, свое первое и величайшее изобретение. Ватт понял, что потеря скрытой теплоты (теплота, связанная с изменением состояния вещества — например, твердого или жидкого) была наихудшим дефектом двигателя Ньюкомена, и поэтому конденсация должна происходить в камере, отличной от цилиндра, но подключен к нему.Вскоре после этого он познакомился с британским врачом, химиком и изобретателем Джоном Робаком, основателем Carron Works, который призвал его создать двигатель. Он вступил с ним в партнерство в 1768 году, после того как с помощью займа Джозефа Блэка сделал небольшой испытательный двигатель. В следующем году Уотт получил знаменитый патент на «Изобретенный новый метод уменьшения расхода пара и топлива в пожарных машинах».
Художественное воссоздание Джеймса Ватта, изобретающего отдельный конденсатор для паровой машины, c. 1765. Photos.com/Getty Images Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодняМежду тем Ватт в 1766 году стал землемером; следующие восемь лет он был постоянно занят разметкой маршрутов для каналов в Шотландии, работа, которая помешала ему продвинуться дальше с паровой машиной. После банкротства Робака в 1772 году английский производитель и инженер Мэтью Бултон, производитель Soho Works в Бирмингеме, получил долю в патенте Уатта.Наскучив геодезии и Шотландии, Ватт иммигрировал в Бирмингем в 1774 году.
Медаль 1871 года в честь партнерства Мэтью Бултона и Джеймса Ватта. © Photos.com/JupiterimagesПосле того, как патент Ватта был продлен парламентским актом, он и Бултон в 1775 году начали партнерство, которое длилось 25 лет. Финансовая поддержка Boulton сделала возможным быстрый прогресс в разработке двигателя. В 1776 году были установлены два двигателя: один для перекачивания воды в Стаффордширской шахте, другой для подачи воздуха в печи знаменитого металлурга британского промышленника Джона Уилкинсона.В том году Ватт снова женился; его вторая жена Энн МакГрегор родила ему еще двоих детей.
В течение следующих пяти лет, до 1781 года, Ватт подолгу жил в Корнуолле, где он установил и контролировал многочисленные насосные двигатели для медных и оловянных рудников, руководители которых хотели снизить расходы на топливо. Ватт, который не был бизнесменом, был вынужден вести активную торговлю, чтобы получить адекватные гонорары за новые двигатели. К 1780 году у него было хорошее финансовое положение, хотя у Бултона все еще были проблемы с привлечением капитала.В следующем году Боултон, предвидя новый рынок для кукурузных, солодовых и хлопчатобумажных фабрик, призвал Уатта изобрести вращательное движение для паровой машины, чтобы заменить возвратно-поступательное движение оригинала. Он сделал это в 1781 году с помощью своей так называемой солнечно-планетарной передачи, с помощью которой вал совершал два оборота за каждый цикл двигателя. В 1782 году, на пике своих изобретательских способностей, он запатентовал двигатель двойного действия, в котором поршень толкал, а также тянул. Двигатель потребовал нового способа жесткого соединения поршня с балкой.Он решил эту проблему в 1784 году, изобретя параллельное движение — систему соединенных штоков, которые направляли шток поршня в перпендикулярном движении, — которое он назвал «одним из самых гениальных и простых механизмов, которые я придумал». Четыре года спустя его применение центробежного регулятора для автоматического регулирования скорости двигателя по предложению Боултона и в 1790 году его изобретение манометра фактически завершили создание двигателя Уатта.
Роторная паровая машина Джеймса Ватта с солнечно-планетарной передачей, оригинальный рисунок, 1788 г .; в Музее науки в Лондоне. Авторское право Британской короны, Музей науки, Лондон, .Изобретение парового двигателя
Изобретение парового двигателяИзобретение парового двигателя
Общеизвестно, что современная цивилизация зародилась на фабриках промышленной революции. И сами эти фабрики приводились в движение паровой машиной.
Поэтому без преувеличения можно сказать, что паровые машины открыли современную эпоху. Но откуда взялся паровой двигатель? Кто был изобретателем этого «двигателя гор»?
Паровая машина была не столько изобретена, сколько разработана.Отдать должное любому человеку — значит украсть кредит у его многочисленных законных владельцев. Паровая машина разрабатывалась в течение примерно ста лет тремя британскими изобретателями.
Первая паровая машина была построена Томасом Савери из Англии в 1698 году. Савери построил свою машину, чтобы выкачивать воду из угольных шахт. Эта машина была настолько простой, что не имела движущихся частей. Он также использовал много-много угля, чтобы перекачивать небольшое количество воды.
Сказать, что это был паровой двигатель, значило бы вывести мировой «двигатель» далеко за пределы его нынешнего значения. Однако было бы справедливо сказать, что Савери был первым человеком, который нашел практический способ использования пара для выполнения полезной работы.
Следующий этап в истории паровой машины стал результатом работы Томаса Ньюкомена, тоже из Англии. Ньюкомен знал, что должен быть способ улучшить неэффективный паровой насос Savery. Ньюкомен построил машину, в которой пар толкал подвижный поршень в одном направлении.Эта настоящая «паровая машина» также использовалась для откачки воды из угольных шахт. Ни Савери, ни Ньюкомен не преследовали цели создания своих машин.
Все изменилось в 1763 году, когда Джеймс Ватт, шотландский инженер, решил усовершенствовать конструкцию Ньюкомена. Ватт придумал, как толкать поршень вперед и назад в его цилиндре. И что еще более важно, он нашел способ заставить это возвратно-поступательное движение вращать колесо. Используя «коленчатый вал», паровая машина могла производить круговое движение.Ватт, возможно, не осознавал этого в то время, но он только что изобрел первый железнодорожный локомотив.
К сожалению, у Ватта не было денег на разработку своего улучшенного парового двигателя. Однако ему удалось убедить и английского производителя, что создание паровых двигателей может стать прибыльным бизнесом. Вместе со своим деловым партнером Джеймс Ватт основал компанию по производству паровых двигателей. Конечно, он, должно быть, надеялся, что его усовершенствованный паровой двигатель найдет много применений на фабриках.Но тогда он мало понимал, что его машина навсегда изменит ход истории.
Фил Шапиро
Авторские права 1995
Все права защищены
Интернет: [email protected]]
Постскриптум — июль 2009 г., Крис Купер
Я только что прочитал ваше краткое изложение изобретения парового двигателя, и мне кажется, что оно перекликается с многим из того, что есть в сети, включая Википедию (кладезь всех истинных знаний 🙂
Мне кажется, что ни Ньюкомен, ни Ватт не изобрели (или развили, может быть, более близкое слово) паровой двигатель, поскольку пар НЕ был рабочим телом.Эти двое спроектировали и построили атмосферные двигатели, где пар был всего лишь способом создания частичного вакуума в цилиндре; атмосферное давление сделало реальную работу. В самом деле, я не думаю, что поршень двигал входящий пар, это был противовес нагрузки на другом конце балки.
Я читал в нескольких местах, что Ватт считал «сильный пар», предложенный (и в конечном итоге использованный) Тревитиком, очень опасным, и наказывал тех, кто его защищал.(Я думаю, что Голдсуорси Герни тоже был одним из пионеров сильного пара). Атмосферные двигатели никогда не стали бы достаточно маленькими (удельная мощность) для мобильных приложений.
было бы лучше также признать вклад Мердока.
Спасибо, что сделали вашу информацию доступной
С уважением
Крис Купер (НЕ полуизвестный актер, BTW)
chriscooper @ cox.net
Вернуться в меню детских рассказов.
.Кто изобрел паровой двигатель?
История паровых машин указывает на Томаса Савери (1650-1715) как на изобретателя. Он создал двигатель в 1698 году, но основные принципы были известны уже много лет назад.
Эволюция парового двигателя
В первом веке нашей эры Герой Александрии подробно описал фундаментальные принципы парового двигателя. Паровые турбины, которые сделали Таки аль Дин и Джованни Бранка (в 1551 и 1629 годах), в основном предназначались для оценки свойств пара.На самом деле они не нашли практического применения.
Изобретение Савери в 1698 году стало первым практическим применением пара. Это был водяной насос, который использовался на некоторых насосных станциях. История паровых двигателей утверждает, что ранние модели иногда не работали.
В 1712 году Томас Ньюкомен изобрел атмосферный двигатель. Конструкция Ньюкомена на самом деле была улучшением по сравнению с машиной Савери. Он также в основном использовался для откачки воды, но его также можно было использовать для слива.
Двигатель Джеймса Ватта
Хотя работа Ньюкомена помогает открыть индустриальную эру, именно инновации Джеймса Ватта помогли сделать паровой двигатель более практичным.Его насосный двигатель требовал на 78% меньше угля, чем устройство Ньюкомена.
Ватт также включает вращательное движение. Это позволило использовать устройство для перемещения заводского оборудования. Это означало, что фабрики больше не нужно было строить возле рек или источников воды.
Изобретением Ватта по-прежнему был атмосферный двигатель. Это означало, что энергия производилась за счет вакуума из конденсированного пара. История паровых двигателей изменилась с появлением новых двигателей Ричарда Тревитика.
Двигатели Тревитика
В двигателях Тревитика использовалось высокое давление.По сравнению с двигателем Ватта он был намного мощнее. Небольшой размер также сделал его идеальным для использования на транспорте. Двигатель был признан источником энергии.
В 1801 году Тревитик создал дорожный паровозик Camborne. Три года спустя Тревитик построил 1-цилиндровый локомотив с маховиком. За этим последовал Тревитик, выпустив в 1808 году пассажирскую железную дорогу.
Другие инновации в паровых двигателях
Успех Тревитика привел к новым улучшениям.В истории паровых машин 1800-х годов Томас Уотерс создал новые версии локомотива Тревитика. В 1812 году Бленкинсоп создал зубчатую железнодорожную систему.
Следующее важное событие произошло в 1815 году, когда Джордж Стефенсон построил «Блюхер», первый паровоз. Десять лет спустя его сын Роберт Стивенсон создал Locomotion для Stockton and Darlington Railway.
В 1827 году Тимоти Хакворт создал «Ройял Джордж» с дымовой трубой посреди трубы.В 1849 году Джордж Корлисс создал паровую машину с четырехклапанным противотоком. Дизайн был настолько эффективным, что быстро стал стандартом.
В 1865 году Огюст Мушу использовал устройство для преобразования солнечной энергии в пар. Два года спустя Стивен Уилкокс и Джордж Бэбкок представили котлы. В 1897 году Чарльз Парсонс запатентовал свою паровую турбину.
В 1902 году компания Stanley Motor Carriage Company начала производство парохода Stanley. Это станет одним из самых известных паровых автомобилей, когда-либо созданных.
В 1899 году начали производить паровые автомобили, и вскоре последовали другие усовершенствования. С тех пор история паровых двигателей состояла из множества изобретений, что сделало их центральным источником энергии в 19 веке.