Четыре такта, которые двигают мир

Человек всегда шел по пути прогресса. Вне зависимости от времени он пытался упростить условия труда и увеличить свою продуктивность. Первым значимым достижением в этом направлении стало появление паровых машин . Благодаря данному изобретению неэффективный ручной труд постепенно заменил труд машинный.

Но все же это были громоздкие устройства с низким коэффициентом полезного действия. Безусловно им требовалась замена. Именно такой заменой и стал двигатель внутреннего сгорания.

Открытие светильного газа

В 1799 году французскому инженеру Филиппу Лебону путем сухой перегонки древесины удается получить горючее вещество, которое позже было названо светильным газом.

Это открытие имело огромное значение не только для городов, которые получили альтернативный источник света в виде газовых ламп, но и для автомобильной промышленности.

Смесь светильного газа с воздухом идеально подходила для использования в двигателях внутреннего сгорания. При воспламенении продукты горения существенно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Создав соответствующие условия, можно было использовать выделяющуюся энергию в интересах человека. Именно на этом принципе был основан газовый двигатель Лебона, действующую модель которого конструктор не успел построить из-за гибели в 1804г.

Коммерческий успех

Появление светильного газа дало значительный толчок индустрии. Различные изобретатели по всему миру стали создавать собственные двс нового типа. Но изменить ситуацию получилось далеко не сразу, так как большинство опытных образцов просто не могло конкурировать с захватившими рынок паровыми машинами.

Решить все возникшие проблемы и сконструировать первую достаточно надежную газовую установку удалось бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару в 1860г. Это был двухтактный одноцилиндровый двигатель с искровым зажиганием. Для контроля рабочей температуры Ленуар использовал систему водяного охлаждения. Также механизм дополняла специально разработанная система смазки. Эти технические решения позволили значительно увеличить ресурс двс.

Конструкция не была лишена недостатков. Из-за неудачного рабочего цикла (поршень совершал два рабочих хода), двигатель страдал повышенным расходом топлива. Но все же привлечь внимание покупателей у него получилось. По тем меркам двс Ленуара был достаточно прост в управлении. К тому же, обладая небольшими габаритами и малым весом, он автоматически работал в стационарном режиме, тогда как для работы паровой машины требовалось постоянное участие кочегара.

Четырехтактный двигатель Отто

В то время, как Ленуар успешно продавал свое изобретение, постепенно зарабатывая состояние, немецкий конструктор Николаус Отто работал над собственным проектом и готовил самую настоящую революцию в мире двигателей внутреннего сгорания.

При проектировании инженер учел недостатки двс Ленуара. Двухтактный двигатель Отто имел только один рабочий ход поршня. Благодаря вертикальному расположению цилиндра, поршень возвращался в крайнее положение под действием собственного веса а также силы притяжения. Эта оригинальная находка позволила вдвое сократить расход топлива и повысить кпд практически до 15%, что было абсолютным рекордом. Такие показатели обеспечили устройству огромный спрос.

Но настоящий прорыв произошел в 1877г., когда Отто представил всему миру абсолютно новый двигатель , в основе которого лежала идея сжатия топливной смеси. Количество тактов было увеличено до 4, два из которых отводились на подачу и сжатие и два на воспламенение и выпуск отработавших газов.

Удивительно то, что этот цикл до сих пор в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей. По праву можно сказать, что четырехтактный двигатель Отто захватил мир.

Эра бензиновых двигателей

Благодаря большому технологическому скачку двс начали повсеместно применяться в различной промышленности а также сельском хозяйстве. Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался газ, сильно сужало область их применения (ввиду громоздкости баллонов и трудностей заправки невозможно использование на транспорте). Начались поиски нового горючего.

Первый бензиновый двс представил миру немецкий инженер Готлиб Даймлер. В 1882г. он переезжает в Штутгарт, открывает собственную мастерскую и вместе со своим другом Вильгельмом Майбахом начинает работу над проектом.

За основу был взят уже известный двигатель Отто. Для реализации собственного двс им требовалась простая система испарения бензина. Спроектировать ее помог венгерский инженер Донат Банки . Он предложил революционную идею. Зачем испарять бензин, когда можно равномерно распылить его по цилиндру? Именно такой принцип был заложен в первый карбюратор , появившийся в 1883г.

Опытная модель была достаточно компактной для использования на транспорте, весила около 50кг и развивала мощность порядка половины лошадиной силы. Этот относительно легкий карбюраторный двигатель инженеры использовали для создания первого мотоцикла в 1885г. и первого автомобиля в 1886г.

Российский двигатель Костовича

Параллельно с Г.Даймлером и В.Майбахом разработки над бензиновым двигателем велись и в России. В 1884 году Огнеслав Степанович Костович построил первый бензиновый карбюраторный оппозитный двигатель. В нём впервые в мире было применено электрическое зажигание. Он был 4-тактным, 8-цилиндровым, с водяным охлаждением. Мощность двигателя составляла 80 л. с. при массе двигателя 240 кг, что существенно превышало показатели двигателя Г. Даймлера, созданного годом позже. Однако, заявку на свой двигатель Костович подал только 14 мая 1888 г., а патент получил в 1892 г., т.е. позже, чем Г. Даймлер и В. Майбах,

Не так, как все

Принципиально другой подход к конструированию двс представил Рудольф Дизель. В 1897 году он выводит в свет двигатель с воспламенением от сжатия, используя нефть в качестве топлива. такой двигатель ввиду быстрого абразивного износа поршневой группы, низкой скорости и полноты сгорания угля не получил никакого распространения. Однако, имя Дизеля стало нарицательным для всех моторов с воспламенением от сжатия.