Файл: Р.Р. Масленников Лекции по истории автомобильной науки и техники.pdf

ЛЕКЦИЯ ПЯТАЯ

Первые автомобили с двигателями внутреннего сгорания

История создания двигателя внутреннего сгорания так же велика, как и история создания парового двигателя. Установлено, что первые опыты с двигателем внутреннего сгорания - "ДВС" опережали опыты с паровой машиной. Несколько позже, наоборот, опыты с паровой машиной стали опережать опыты с ДВС. Произошло это по ряду причин, одной из которых явилась способность паровой машины работать на любых видах топлива - дровах, торфе, угле, сырой нефти и т.п. В то время для ДВС долго искали подходящее топливо и экспериментировали даже с порохом (в 1673 г. Х.Гюйгенс1, а в 1688 г. Д.Папен), водородом, создавая в цилиндре "гремучий газ" (в 1807 г. Франсуа Исаак де Риваз (1752 - 1829) и светильным газом. Способ получения светильного газа был разработан в 1799 г. французским ученым Филиппом Лебоном (1768 – 1804), путем сухой перегонки древесины, а затем и каменного угля. Способ сухой перегонки древесины и угля получил широкое распространение в Западной Европе для получения газа с целью освещения улиц крупных городов. Отсюда и название "светильный газ" - смесь метана с водородом.

Одним из условий для топлива, пригодного двигателю внутреннего сгорания, была легкость его дозирования, ввода в цилиндр, удаления продуктов сгорания. Первым, кто предложил в 1801 г. конструкцию двигателя, работающего на светильном газе был сам Лебон. В двигателе использовался цилиндр, аналогичный цилиндру паровой машины двойного действия. Смесь светильного газа и воздуха подавалась попеременно то с одной, то с другой стороны поршня. Впрочем в проекте двигателя был заложен принцип прямого действия, т.е. поршень перемещался под действием расширяющихся газов, предварительное сжатие смеси не предусматривалось.

Двигатель внутреннего сгорания прошел путь от «атмосферного», когда полезную работу совершало атмосферное давление, 2- тактного прямого действия без предварительного сжатия смеси до 4- тактного с предварительным сжатием смеси.

Принцип работы двигателя прямого действия без предварительного сжатия в последствии также названный «атмосферным», заключался в следующем: проходя пол - хода, поршень всасывал газовую смесь. За-

36

тем она поджигалась, и расширяющиеся газы производили полезную работу. Эти двигатели были чрезвычайно «тихоходными» – частота вращения коленчатого вала не превышала 100об/мин и только некоторые раскручивались до 100 – 150 об/мин. Коэффициент полезного действия этих двигателей едва достигал 1%.

Впервые подобную конструкцию двигателя в 1820 г. предложил

В 1864 г. Отто совместно с Ойгеном Лангеном основал фирму «Отто и К0» для производства таких двигателей. Наиболее удачной оказалась модель двигателя 1867 года рис.5.3, который имел вертикальный цилиндр, открытый

37

очистку цилиндра от продуктов сгорания. Двигатель Отто имел горизонтальное

расположение цилиндра рис.5.4 (подобно многим паровым машинам и двигателю Ленуара). Параллельный цилиндру распределительный вал приводил в действие два скользящих золотника (один из них контролировал впускной канал, другой – отверстие, через которое открытым пламенем производился запал смеси) и тарельчатый выпускной клапан. Топливом для двигателя служил светильный газ. Позже стали применять жидкие углеводородные топлива: керосин, лигроин, бензин. Первый двигатель Отто развивал 3 л.с. при 180 об/мин.

38

сгорания был равен объему цилиндра, т.е. объему между «мертвыми точками», то степень сжатия такого двигателя была равна 2, как у первых конструкций ДВС (т.е. вдвое больше атмосферного давления), то давление газов при их взрыве было вчетверо больше атмосферного (у современных двигателей оно в 40 – 50 раз больше, чем у двигателя Отто). Третий такт – РАБОЧИЙ ХОД. В начале его происходит зажигание сжатой смеси. Поступательное движение поршня через шатун преобразуется во вращение коленчатого вала. Оба отверстия закрыты. Давление в цилиндре постепенно уменьшается до атмосферного. При четвертом такте маховик, получив импульс движения, продолжает вращаться, шатун толкает поршень от НМТ к ВМТ и вытесняет отработавшие газы в атмосферу через открывшееся выпускное отверстие, впускное закрыто. Инерции маховика хватает и на то, чтобы поршень совершил еще три хода, повторяя четвертый, первый и второй такты. КПД этого двигателя оказался в три с лишним раза выше, чем у построенных в то время паровых машин. К своему первому 4- тактному двигателю Отто шел около 15 лет. Это были годы труда, неудач и лишений. Многие изобретатели в те годы работали в условиях откровенного недоверия обывателей, недостатка технической информации, отсутствия приборов, инструментов, материалов. Соотечественник Отто, инженер Рудольф Дизель, спустя чуть более двадцати лет создал в 1897 году ДВС несколько иной конструкции, с воспламенением рабочей смеси не от системы зажигания, а от сжатия. Он теоретически обосновал, что двигатели с высокой степенью сжатия должны работать с более высоким КПД. Для этого двигателя потребовалось совсем иное топливо, – способное воспламеняться самостоятельно. Первым топливом двигателя Дизеля была угольная пыль, затем много лет спустя было получено дизельное топливо из нефти.

Период экспериментирования, как с двигателями внутреннего сгорания, так и с экипажами длился более 80 лет, в течение которых изобретатели разных стран делали попытки использовать ДВС в транспортных целях. Одни из них так и остались проектами, как омнибус Э. Ленуара (патент 1862 г.), другие как «Летающая газовая машина» С. Брауна 1826 г. ,так и остались более или менее удачно проведенными экспериментами.

Конкуренция парового двигателя и внутреннего сгорания основана еще на ряде отличительных черт. Об одной особенности парового двигателя уже говорилось, это способность его работать на любых видах топлива, что и стало одной из причин почему в начале Х/Х века в кон-

40

Готлиб Даймлер и его автомобиль.

Готлиб Даймлер родился 17 марта 1834 года в г. Шордорфе, земля Вюртемберг Германия. Наиболее известен как изобретатель автомобильного двигателя. Окончив Латинскую школу, он поступил учеником в оружейную мастерскую. После четырех лет ученичества за выполненную им конкурсную работу – двухствольный пистолет – решением экзаменационной комиссии Даймлер был переведен в рабочие. Поработав на разных заводах и окончив техническое училище, он стал мастером. Когда почувствовал, что теоретических знаний ему не хватает, в 1867 году поступил в Штуттгартский политехнический университет, где познакомился с довольно высоким уровнем конструирования машин в Великобритании. Благодаря предшест-

вующему опыту учебы и практической работы он досрочно его закончил, затем в качестве инженера работал на разных заводах, побывал во Франции, Англии. Познакомился с конструкцией газового двигателя Ленуара, Даймлер хорошо изучил передовую для того времени технику и к тому же, владея французским и английским языками, получил доступ к обширной специальной литературе. Некоторое время он занимал должность директора завода-приюта в г. Карлсруэ. Там он познакомился с воспитанником этого приюта чертежником Майбахом, – будущим другом и соратником. В 1872 г. Даймлер был назначен директором двигателестроительной фирмы Отто и Лангена в Кельне, на пост главного инженера фирмы он рекомендовал Майбаха. После нескольких лет работы между Даймлером и Отто стали возникать разногласия. Некоторые историки техники считают, что самолюбие Даймлера было задето тем, что только одному Отто принадлежит патент и честь создания в 1876 г. 4-тактного двигателя. Вполне вероятно, что в разработке, а особенно в создании этого двигателя было и его заметное участие. Но как бы там ни было, Отто стал предпринимать шаги, чтобы сместить Даймлера с поста директора, а повода найти не мог. По складу характера Даймлер был очень осторожным и рассудительным человеком , он заботился о своей репутации серьезного предпринимателя. Работая над

42