Rozwój silników spalinowych. Historia rozwoju silnika spalinowego

Na wstępie należy zauważyć, że nie można komukolwiek konkretnie przypisać pełnego autorstwa w tym zakresie.

Na przykład już w rękopisach Herona z Aleksandrii (150 rpne) sugerowano, że można wykorzystać siłę pary do napędzania mechanizmów i tworzenia urządzenia napędowego. Później podobna myśl przyszła do Leonarda da Vinci. W 1643 roku Evangelista Torricelli opisał silny wpływ ciśnienia powietrza. Ale pozostali tylko autorami pomysłów. Autorami (twórcami) silnika spalinowego byli inni.

W 1680 roku Holender Christian Huygens zaprojektował pierwszą maszynę energetyczną, która opierała się na zjawisku rozprężania się gazów w butli podczas wybuchu prochu. W rzeczywistości był to pierwszy silnik spalinowy!

Fizyk Denis Papin badał pracę tłoka w cylindrze. W 1690 r. stworzył w Marburgu maszynę parową, która wykonywała pożyteczną pracę ogrzewając i skraplając parę. Był to jeden z pierwszych kotłów parowych. Projekt silnika parowego (cylindrowy i tłokowy) zasugerował Denisowi Papenowi Leibniz. Przez wieki wielu inżynierów udoskonaliło silnik parowy, w tym James Watt, który jako pierwszy użył terminu „konie mechaniczne” na określenie mocy.

Małe warsztaty nie zawsze mogły korzystać z maszyny parowej. Faktem jest, że taki silnik miał bardzo niską sprawność (mniej niż 10%). Ponadto jego użycie wiązało się z dużymi kosztami i kłopotami: aby go uruchomić w trakcie, konieczne było rozpalenie ognia i doprowadzenie oparów. Nawet jeśli samochód był potrzebny tylko okazjonalnie, to i tak trzeba było go stale trzymać pod parą. To było niewygodne. Przemysł na małą skalę wymagał silnika o małej mocy, zajmującego mało miejsca, który można było uruchamiać i zatrzymywać w dowolnym momencie i bez większych przygotowań.

Alessandro Volta (1777): mieszanina powietrza i gazu węglowego została zdetonowana w kapsule za pomocą iskry elektrycznej. W 1807 roku Szwajcar Izaak de Rivaz otrzymał patent na zastosowanie mieszaniny powietrza z gazem węglowym jako środka do wytwarzania energii mechanicznej.

1801 Filip Le Bon

W ostatnim roku XVIII wieku francuski inżynier Filip Le Bon(1769-1804) odkryli świecący gaz. Tradycja przypisuje jego sukces przypadkowi: Le Bon zobaczył, jak gaz wydobywający się z podpalonego słoika z trocinami wybuchł i zdał sobie sprawę, jak wiele korzyści można uzyskać z tego zjawiska. W 1799 otrzymał patent na zastosowanie i sposób wytwarzania gazu lampowego przez suchą destylację drewna lub węgla. Odkrycie to miało ogromne znaczenie przede wszystkim dla rozwoju techniki oświetleniowej. We Francji, a następnie w innych krajach europejskich lampy gazowe zaczęły z powodzeniem konkurować ze świecami. Gaz świetlny nadawał się jednak nie tylko do oświetlenia. W 1801 roku Le Bon opatentował konstrukcję silnika gazowego. Zasada działania tej maszyny opierała się na dobrze znanej właściwości odkrytego przez niego gazu: jego mieszanina z powietrzem eksplodowała przy zapłonie z wydzieleniem dużej ilości ciepła. Produkty spalania rozwijały się szybko, wywierając silną presję na środowisko. Tworząc odpowiednie warunki można wykorzystać uwolnioną energię w interesie człowieka.

Silnik Lebon miał dwie sprężarki i komorę mieszania. Jedna sprężarka miała pompować sprężone powietrze do komory, a druga miała pompować sprężony gaz świetlny z generatora gazu. Mieszanka powietrzno-gazowa weszła następnie do cylindra roboczego, gdzie uległa zapłonowi. Silnik był dwustronnego działania, to znaczy naprzemiennie działające komory robocze znajdowały się po obu stronach tłoka. W rzeczywistości Le Bon knował ideę silnika spalinowego, ale w 1804 roku zmarł, nie mając czasu na urzeczywistnienie swojego wynalazku.

Ale jego pomysł nadal żył! Rzeczywiście, zasada działania silnika gazowego jest znacznie prostsza niż silnika parowego, ponieważ tutaj samo paliwo bezpośrednio wytwarza ciśnienie na tłok, podczas gdy w silniku parowym energia cieplna jest najpierw przekazywana do nośnika - pary wodnej, który wykonuje użyteczną pracę. W następnych latach kilku wynalazców z różnych krajów próbowało stworzyć sprawny silnik gazowy do lamp. Jednak wszystkie te próby nie doprowadziły do ​​pojawienia się na rynku silników, które mogłyby z powodzeniem konkurować z silnikami parowymi.

Kolejny ważny krok podjęto w 1825 roku, kiedy Michael Faraday wyprodukował benzen z węgla, pierwsze paliwo płynne do silnika spalinowego.

1862 Etienne Lenoir

Etienne Lenoir(1822-1900) został zmuszony do porzucenia marzeń o zostaniu inżynierem i rozpoczął pracę jako kelner w dość skromnej restauracji "Bachelor Parisian". Właściciele warsztatów i mechanicy często spotykali się wśród stałych bywalców instytucji. Tak więc, serwując przekąski i serwując alkohol, młody człowiek żył z problemami mechaników i inżynierów, a w jego głowie zaczynał już pojawiać się śmiały plan fundamentalnej poprawy takiej ciekawości, jaką jest silnik. Wkrótce opuszczając miejsce garcona, Lenoir poszedł do pracy w jednym z warsztatów, gdzie jego zadaniem było komponowanie nowych emalii. Mniej więcej rok później, po kłótni z właścicielem, Lenoir stał się samotnym mechanikiem, który naprawiał wszystko, od powozów po latryny i przybory kuchenne. Pracując przez jakiś czas i nie mając ani wdzięczności, ani pieniędzy, wstąpił do mechaniki i odlewni włoskiego Marinoni, która z pomocą Lenoira została przekształcona w warsztat elektroformowania. Wreszcie Lenoir wiódł wygodne życie i otrzymał możliwość eksperymentalnego wynalazku. W tym czasie stworzył własne warianty silnika elektrycznego małej mocy, regulatora dynamo, wodomierza. Lenoir opatentował wszystkie swoje wynalazki i kontynuował eksperymenty.

Pierwszy prototyp silnika mile zaskoczył Lenoira i jego sponsora Marinoniego swoją bezgłośnością. Były też wady – zbyt szybko się nagrzewał podczas pracy i wymagał zasadniczo innego chłodzenia. Jednak z powodu pomyłki prawnej samochód Lenoira został zapieczętowany (jest pozytywna podszewka), co skłoniło go do stworzenia własnej firmy. I bardzo szybko zaczęła działać firma produkująca silniki gazowe „Lenoir and Co”. Silnik Lenoir o mocy 4 koni mechanicznych został wyprodukowany przez francuskie firmy „Marinoni”, „Lefebvre”, „Gaultier” i niemiecką firmę „Kuhn”.

W 1860 roku Lenoir otrzymał patent na swój wynalazek, w tym samym roku z silnikiem zapoznał się niemiecki inżynier Otto, który później wraz z Langenem założył firmę produkującą takie silniki. To właśnie ta firma, która początkowo gloryfikowała twórczość Lenoira, pozbawiła go później laurów.

Samochód Lenoira został z powodzeniem zademonstrowany na Wystawie Paryskiej w 1862 roku. Francuski magazyn „Illusion” zaoferował publiczności rysunek i opis omnibusa Lenoira – trójkołowej, ośmioosobowej załogi z tym silnikiem. To był ciekawy czas - czas inżynierii odważnych i niewyczerpanych pomysłów i możliwości. Najbardziej odważne i rewolucyjne decyzje nawiedzały błyskotliwych „techników” na całym świecie – nadchodziła era postępu. W grudniu 1872 roku na sterowcu zainstalowano silnik gazowy Lenoira, testy zakończyły się sukcesem. Jednak chwała Lenoira była krótkotrwała - już w 1878 roku został ominięty przez Niemców - hałaśliwa i masywna 4-suwowa maszyna jego dawnego kolegi Otto z dużym pionowym kołem zamachowym pracowała ze sprawnością 16%, podczas gdy u Lenoira silnik dwusuwowy osiągnął tylko 5%... Oczywiście rekord został pobity.

1878 rok. August Otto i jego kraty

W 1864 r. August Otto otrzymał patent na swój model silnika gazowego iw tym samym roku zawarł kontrakt z zamożnym inżynierem Langenem na eksploatację tego wynalazku. Wkrótce powstała firma Otto & Company. Na pierwszy rzut oka silnik Otto stanowił krok wstecz w stosunku do silnika Lenoira. Cylinder był pionowy. Obrotowy wał został umieszczony z boku na cylindrze. Do niego przymocowano zębatkę połączoną z wałem wzdłuż osi tłoka. Silnik pracował w następujący sposób. Obracający się wał unosił tłok, w wyniku czego pod tłokiem utworzyła się rozrzedzona przestrzeń i została zassana mieszanina powietrza i gazu. Mieszanina następnie zapaliła się.

Ani Otto, ani Langen nie posiadali wystarczającej wiedzy z zakresu elektrotechniki i porzuconego zapłonu elektrycznego. Zostały podpalone otwartym płomieniem przez rurkę. Podczas wybuchu ciśnienie pod tłokiem wzrosło do około 4 atm. Pod działaniem tego ciśnienia tłok unosił się, aż wytworzyła się pod nim próżnia. Tym samym energia spalonego paliwa została wykorzystana w silniku z maksymalną wydajnością. Było to główne oryginalne znalezisko Otto. Skok roboczy tłoka w dół rozpoczął się pod wpływem ciśnienia atmosferycznego, zawór wydechowy otworzył się, a tłok wypierał spaliny swoją masą. Ze względu na pełniejszą ekspansję produktów spalania sprawność tego silnika była znacznie wyższa od sprawności silnika Lenoira i osiągnęła 16%, czyli przewyższała sprawność najlepszych ówczesnych silników parowych.

Najtrudniejszym problemem przy takiej konstrukcji silnika było stworzenie mechanizmu do przenoszenia ruchu zębatki na wał. W tym celu wynaleziono specjalne urządzenie transmisyjne z kulkami i grzankami. Gdy tłok z zębatką wyleciał w górę, krakersy, które pokrywały wał swoimi nachylonymi powierzchniami, wchodziły w interakcję z kulkami tak, że nie przeszkadzały w ruchu zębatki, ale gdy tylko zębatka zaczęła się przesuwać w dół, kulki toczyły się po pochyłej powierzchni krakersów i dociskały je mocno do wału, zmuszając go do obracania się. Ta konstrukcja zapewniała żywotność silnika.

Ponieważ silniki Otto były prawie 5 razy bardziej ekonomiczne niż silniki Lenoir, od razu zaczęły być bardzo poszukiwane. W kolejnych latach wyprodukowano ich około pięciu tysięcy. Otto ciężko pracował, aby ulepszyć ich projekty.

Wkrótce zębatkę zastąpiono mechanizmem korbowym (wielu osób wprawiło się w zakłopotanie widokiem zębatki unoszącej się w ułamku sekundy, ponadto jej ruchowi towarzyszył nieprzyjemny turkot).

Ale jego najważniejszy wynalazek miał miejsce w 1877 roku, kiedy Otto opatentował nowy silnik czterosuwowy. Ten cykl jest do dziś sednem większości silników benzynowych i benzynowych. A w 1878 r. wprowadzono już do produkcji nowe silniki.

We wszystkich wcześniejszych silnikach gazowych w cylindrze roboczym pod ciśnieniem atmosferycznym zapalała się mieszanina gazu i powietrza. Jednak im wyższe ciśnienie, tym silniejszy efekt wybuchu. W konsekwencji, gdy mieszanina została sprężona, eksplozja powinna była być silniejsza. W nowym silniku gazowym Otto gaz został sprężony do 3 atm., w wyniku czego silnik stał się mniejszy, ale jego moc wzrosła.

W celu ujednolicenia obrotu wału wyposażono go w masywne koło zamachowe. Rzeczywiście, z czterech suwów tłoka tylko jeden odpowiadał pracy użytecznej, a koło zamachowe musiało dostarczać energię na kolejne trzy suwy (lub, co jest tym samym, podczas 1,5 obrotu). Mieszaninę zapalono, jak poprzednio, otwartym płomieniem. Ze względu na połączenie korby z wałem nie było możliwe uzyskanie rozprężania gazu do atmosfery, a zatem sprawność silnika nie była znacznie wyższa niż w poprzednich modelach. Okazało się jednak, że był najwyższy dla silników cieplnych tamtych czasów.

Cykl czterosuwowy był największym osiągnięciem technicznym Otto. Wkrótce jednak odkryto, że na kilka lat przed jego wynalazkiem dokładnie tę samą zasadę działania silnika opisał francuski inżynier Vaux de Roche. Grupa francuskich przemysłowców zakwestionowała patent Otto w sądzie. Sąd uznał ich argumenty za przekonujące. Prawa Otto wynikające z jego patentu zostały znacznie ograniczone, w tym zniesienie jego monopolu na cykl czterosuwowy. Otto był boleśnie zmartwiony tą porażką, podczas gdy interesy jego firmy wcale nie szły źle. Choć konkurenci rozpoczęli produkcję silników czterosuwowych, model Otto, wypracowany przez wiele lat produkcji, nadal był najlepszy, a popyt na niego nie ustał. Do 1897 roku wyprodukowano około 42 tysiące tych silników o różnej pojemności.

Jednak fakt, że jako paliwo został użyty gaz luminescencyjny, znacznie zawęził pole zastosowania pierwszych silników spalinowych. Liczba fabryk oświetlenia i gazu była nieznaczna nawet w Europie, podczas gdy w Rosji były tylko dwie - w Moskwie i Petersburgu. Dlatego poszukiwania nowego paliwa do silnika spalinowego nie ustały. Niektórzy wynalazcy próbowali używać oparów płynnego paliwa jako gazu. W 1872 roku amerykański Brighton próbował wykorzystać w tym celu naftę. Jednak nafta słabo odparowała, a Brighton przestawił się na lżejszy produkt naftowy - benzynę. Aby jednak silnik na paliwo płynne mógł skutecznie konkurować z gazowym, konieczne było stworzenie specjalnego urządzenia (później znanego jako gaźnik) do odparowywania benzyny i uzyskania jej palnej mieszanki z powietrzem. Brighton w tym samym roku 1872 wynalazł jeden z pierwszych tak zwanych „wyparnych” gaźników, ale działał on niezadowalająco.

Niemiecki Maybach zasugerował, aby nie odparowywać benzyny, ale rozpylić ją drobno w powietrzu. Zapewniło to równomierne rozprowadzenie mieszanki w cylindrze, a samo parowanie odbywało się już w cylindrze pod działaniem ciepła sprężania. Aby zapewnić rozpylenie, benzyna była zasysana strumieniem powietrza przez dyszę dozującą. Strumień został wykonany w postaci jednego lub kilku otworów w rurze umieszczonej prostopadle do przepływu powietrza. W celu utrzymania ciśnienia przewidziano mały zbiornik z pływakiem, który utrzymywał poziom na danej wysokości, tak aby ilość zassanej benzyny była proporcjonalna do ilości dostarczanego powietrza. Gaźnik składał się więc z dwóch części: komory pływakowej i komory mieszania. Paliwo swobodnie spływało do komory ze zbiornika przez rurkę i było utrzymywane na tym samym poziomie przez pływak, który podnosił się wraz z poziomem paliwa i podczas napełniania opuszczał igłę za pomocą dźwigni i tym samym zamykał dostęp do paliwo. Ilość mieszanki dostarczanej do cylindra regulowano obracając przepustnicę (przepustnicę).

niemiecki inżynier Julius Daimler... przez wiele lat pracował w firmie Otto i był członkiem jej zarządu. Na początku lat 80. zaproponował swojemu szefowi projekt kompaktowego silnika benzynowego, który mógłby być wykorzystywany w transporcie. Otto (jak Watt w podobnej sytuacji) zareagował chłodno na propozycję Daimlera. Następnie Daimler wraz ze swoim przyjacielem Wilhelmem Maybachem podjął odważną decyzję - w 1882 roku opuścili firmę Otto i nabyli mały warsztat pod Stuttgartem. W 1883 roku powstał pierwszy silnik benzynowy z zapłonem z rozgrzanej do czerwoności pustej rury otwartej w cylinder.

W międzyczasie inny Niemiec, Karl Benz, właściciel firmy Benz & K w Mannheim, opracował własny silnik z zapłonem elektrycznym. W 1886 roku wyprodukował samochód trójkołowy, który można uznać za pierwszy prawdziwy samochód. W tym samym roku Daimler wbudował silnik w nadwozie.

Pierwsze silniki spalinowe były jednocylindrowe, a w celu zwiększenia mocy silnika zwykle zwiększano objętość cylindra. Potem zaczęli to osiągać, zwiększając liczbę cylindrów. Pod koniec XIX wieku pojawiły się silniki dwucylindrowe, a od początku XX wieku zaczęły się upowszechniać silniki czterocylindrowe. Te ostatnie zostały ułożone w taki sposób, że w każdym z cylindrów czterosuwowy cykl był przesunięty o jeden skok tłoka. Dzięki temu uzyskano dobrą równomierność obrotów wału korbowego.

Historia powstania silnika wysokoprężnego.

W dzisiejszych czasach większość ludzi kojarzy słowo „diesel” tylko z silnikiem spalinowym o zapłonie samoczynnym, pracującym na paliwie płynnym. I niewiele osób wie, że ten silnik nosi imię niemieckiego wynalazcy - Rudolfa Christiana Karla Diesela (1858-1913).

Rodzice Rudolfa byli segregatorami i księgarzami. Rodzina wywodzi się z turyńskiego miasta Pösnek (Niemcy). Jednak Rudolph urodził się w Paryżu 18 marca 1858 r.

Rodzina jego ojca, Theodora Diesela, mieszkała w tym mieście przez wiele lat i nikt nie pamiętał, że byli Niemcami. Ale w 1870 wybuchła wojna francusko-pruska i Diesely musiały przenieść się do Anglii. Później chłopiec został wysłany do swoich krewnych w mieście Augsburg (Niemcy). Tam Rudolph ukończył z wyróżnieniem Wyższą Szkołę Politechniczną w Monachium. Muzyka, poezja i sztuki wizualne przyciągały Rudolpha tak samo jak matematyka. Występ młodego człowieka był fenomenalny, a upór w dążeniu do celu przytłoczył jego znajomych.

Wkrótce profesor Karl von Linde zaproponował mu stanowisko dyrektora w paryskim oddziale jego firmy. Wynalazca „lodówki Linde” zainteresował Diesela problematyką silników cieplnych – parowych i spalinowych, które właśnie pojawiły się dzięki wynalazkom Nikolausa Augusta Otto.

Przez 10 lat Diesel opracował setki rysunków i obliczeń dla silnika absorpcyjnego zasilanego amoniakiem. Wyobraźnia młodego inżyniera nie znała granic - od miniaturowych silników do maszyn do szycia po gigantyczne jednostki stacjonarne wykorzystujące energię słoneczną! A jednak Diesel nie zdołał stworzyć wydajnego silnika, nawet na papierze.

Po rozpoczęciu budowy ekonomicznego silnika, zaproponowanego w 1824 r. przez francuskiego oficera Nicolasa Leonarda Sadi Carnota (1796-1832), Diesel dokładnie przestudiował swój jedyny nieśmiertelny traktat „Refleksje na temat siły napędowej ognia i maszyn zdolnych do wykorzystania tej siły ”. Według Carnota w najbardziej ekonomicznym silniku konieczne jest podgrzanie płynu roboczego do temperatury spalania paliwa jedynie poprzez „zmianę objętości”, tj. szybka kompresja. Gdy paliwo wybuchnie, musisz utrzymać stałą temperaturę. A jest to możliwe tylko przy jednoczesnym spalaniu paliwa i rozprężaniu ogrzanego gazu.

W 1890 Rudolph przeniósł się do Berlina i… zastąpił amoniak mocno podgrzanym sprężonym powietrzem. „W nieustannym dążeniu do celu, w wyniku niekończących się obliczeń narodził się w końcu pomysł, który napawał mnie wielką radością” – napisał wynalazca. Zamiast amoniaku trzeba wziąć sprężone gorące powietrze, wprowadzić do niego rozpylone paliwo. , a jednocześnie ze spalaniem rozszerzać palącą się mieszankę tak, aby zużywać jak najwięcej ciepła do użytecznej pracy.”

W 1892 roku Diesel otrzymał patent, który okazał się jednym z najdroższych na świecie. A potem opublikował opis silnika. „Mój pomysł, pisał do rodziny, tak wyprzedza wszystko, co do tej pory powstało w tej dziedzinie, że możemy śmiało powiedzieć – jestem pierwszy w tej nowej i najważniejszej sekcji technologii na naszej małej kuli Ziemi! wyprzedzam najlepsze umysły ludzkości po obu stronach oceanu!”

Konstrukcje teoretyczne nigdy nie budziły tak dużego zainteresowania wśród specjalistów. Jednak większość uznała ten pomysł za praktycznie niewykonalny. Ale były też inne przykłady. "Z wielkim zainteresowaniem czytam Pańską pracę: nikt, kto przewidział zachód słońca dla silnika parowego, nigdy nie działał tak radykalnie i odważnie. A zwycięstwo będzie należało do takiej odwagi!" - napisał prof. M. Schratter. Diesel wierzył w swój samochód ...

1893 rok. Silnik wysokoprężny. Scena 1.

Pierwszy prototypowy silnik zbudowano już w 1893 roku w Augsburgu. Budowę nadzorował sam Diesel. Testy rozpoczęły się natychmiast, ale pierwszy prototyp eksplodował, a wynalazca i jego asystent prawie zginęli. Silnik wykorzystywał jako paliwo pył z węgla brunatnego i był pozbawiony chłodzenia wodą ścianek cylindrów.

Nie uzyskawszy pozytywnego wyniku w zakresie pyłu węglowego, Rudolf Diesel, po próbie użycia gazu świecącego, zdecydował się ostatecznie na paliwo płynne.

1894 rok. Silnik wysokoprężny. Etap 2.

W lutym 1894 roku rozpoczęto testy drugiego prototypu silnika, w którym jako paliwo była już używana nafta.

Jest rok 1895. Silnik wysokoprężny. Etap 3.

Po pierwszych dwóch niepowodzeniach skonstruował trzeci model. „Pierwszy silnik nie działa, drugi nie działa idealnie, trzeci będzie dobry!” – powiedział Diesel swojemu koledze Vogelowi. W 1895 roku zakończono montaż trzeciej próbki, która zawiera już wszystkie główne elementy przyszłego silnika wysokoprężnego. Naprawdę okazał się dobry! Ale tworząc go, Diesel musiał porzucić wiele swoich pierwotnych planów. Na przykład zupełnie nie udało mu się osiągnąć oczekiwanych rezultatów pracy silnika bez chłodzenia wodą. Wprawdzie możliwość takiej pracy, przewidywanej teoretycznie przez Diesela, została udowodniona podczas testów, ale eksperymenty przekonały go, że w praktyce jest to niepraktyczne. Pozytywne wyniki pojawiły się dopiero po wyposażeniu silnika w chłodzenie wodne, a doprowadzenie paliwa ciekłego do cylindra i jego rozpylanie zaczęto przeprowadzać za pomocą sprężonego powietrza. Odnośnie wprowadzenia chłodzenia wodnego Diesel, wyjaśniając w referacie na zjeździe Związku Inżynierów Niemieckich pracę i wyniki testów pierwszego prototypowego silnika, powie: bez chłodzenia wodnego, teoretycznie przewidziane. w dalszych konstrukcjach maszyn zastosowano płaszcz chłodzący wodę, co przede wszystkim umożliwia uzyskanie dużej pracy przy tych samych wymiarach cylindra.”

1896 Silnik wysokoprężny. Etap 4.

Pod koniec 1896 roku zbudowano ostatnią, czwartą wersję eksperymentalnego silnika o mocy 20 KM.

Podczas oficjalnych testów w lutym 1897, przeprowadzonych pod kierownictwem profesora M. Schroetera, silnik ten zużywał 240 g nafty na 1 KM. na godzinę jego efektywna wydajność wynosiła 26%. Żaden z istniejących wówczas silników nie miał takich wskaźników. Silnik pracował w czterech suwach. Podczas pierwszego suwu tłoka powietrze zostało zassane do cylindra, podczas drugiego zostało sprężone do ok. 4 MPa, jednocześnie nagrzewając się do ok. 600°C. A paliwo ciekłe (nafta) zaczęto wprowadzać do środowiska powietrza ogrzewanego przez sprężanie przez dyszę (sprężone powietrze pod ciśnieniem 5-6 MPa). W gorącym powietrzu paliwo zapalało się samoistnie i spalało przy prawie stałym ciśnieniu (ale nie w stałej temperaturze, jak spodziewał się Diesel, patentując cykl). Dopływ nafty do cylindra trwał przez około 1/5 trzeciego suwu tłoka. Przez resztę suwu produkty spalania rozszerzały się. Podczas czwartego suwu tłoka spalone paliwo zostało wypuszczone do atmosfery. Cykl pracy stworzonego silnika bardzo różnił się od opatentowanego.

Wystawa maszyn parowych w 1898 roku w Monachium była kulminacją niesamowitego sukcesu Diesela. Firmy niemieckie i zagraniczne zdobywały zamówienia na silnik. Na 39-letniego inżyniera spadł złoty deszcz !!!

Porzucając badania, Diesel wszedł do handlu. Mając już sześciomilionowy majątek, założył przedsiębiorstwo zajmujące się budową pociągów elektrycznych, finansował katolickie loterie, kupował i sprzedawał wszelkiego rodzaju firmy. Ale to jest niesamowite - do tego czasu nie sprzedano nawet jednego silnika "Diesel"!

Skandal wybuchł, gdy pierwsze diesle nie działały. Umowy zostają anulowane, płatności na rzecz Diesel są zawieszone. Fabryka w Augsburgu, należąca do wynalazcy, zbankrutowała. Ze względu na wiele drobnych problemów silnik wysokoprężny podkopał swoją reputację. Wymagana precyzja wykonania szeregu części znacznie przekraczała możliwości większości fabryk. Oprócz trudności technologicznych pojawiło się pytanie o stworzenie nowych materiałów żaroodpornych. Niektóre firmy zadeklarowały, że silniki Diesla „nie nadają się” do masowej produkcji…

W obliczu muru wrogości w Niemczech Diesel nawiązał stosunki z zagranicznymi przemysłowcami. We Francji, Szwajcarii, Austrii, Belgii, Rosji i Ameryce.

1903 rok. Przygoda z olejem napędowym w Rosji.

Gdy tylko wiadomość o nowym silniku rozeszła się po świecie przemysłowym, Emmanuel Nobel, właściciel zakładu budowy maszyn w Petersburgu, natychmiast zdał sobie sprawę, że Rosja ma przed sobą wielką przyszłość dla diesli. Ponieważ w Rosji istnieją niewyczerpane rezerwy ropy, która nawet w czystej postaci, bez przetwarzania, może stać się paliwem dla nowego silnika. I oczywiście korzyść odniosła nie tylko cała Wielka Rosja, ale także konkretnie rodzina Nobel, która jest właścicielem spółki rafineryjnej Nobel Brothers. A w 1897 roku Emmanuel Nobel próbował uzyskać patent na produkcję silnika w Rosji. Jednak Diesel, skąpany wówczas w promieniach światowej sławy, zażądał wygórowanej ceny - pół miliona rubli w złocie. Gorliwy Szwed postanowił poczekać na bardziej odpowiedni moment do zawarcia transakcji. Rok później projektant, który otrzymał realistyczny pomysł na prawa biznesu, obniżył cenę do 800 tysięcy marek.

Uzyskując patent, Nobel dopuścił się niesłychanego altruizmu: zaprosił wszystkie rosyjskie fabryki o odpowiednim profilu, korzystając z planów patentowych, do rozpoczęcia produkcji silników wysokoprężnych. Jednak ze względu na to, że do tego czasu autorytet lokomotywy na Zachodzie został mocno zachwiany, ochotników nie było. A inżynierowie fabryki Nobla zaczęli samodzielnie opracowywać modyfikację silnika zasilanego olejem. W listopadzie 1899 r. powstał „olejowy” diesel o mocy 20 KM. był gotowy. W 1900 roku na wystawie w Paryżu jej główny konstruktor, profesor Georgy Filippovich Depp, udowodnił, że rosyjski silnik wysokoprężny przewyższa zagraniczne odpowiedniki. Głównym zadaniem Nobla było uzyskanie zamówienia z departamentu wojskowego na instalację silników Diesla na okrętach wojennych. W 1903 roku w Petersburgu, a także w fabryce maszyn Kołomna zaczęto produkować silniki o mocy 150 KM. Początkowo silniki wysokoprężne były instalowane na dwóch statkach partnerstwa Nobla - „Vandal” i „Sarmat”. Przewaga silnika olejowego nad silnikiem parowym była tak oczywista, że ​​właściciele firm żeglugowych zaczęli ścigać się, aby wyposażyć swoje statki w silniki Diesla.

Podczas gdy mocarstwa europejskie spierały się o to, kto podejmie się produkcji silników a la Diesel, ich seryjną produkcję założyła Rosja, a kilka typów jednocześnie: stacjonarne, szybkobieżne, morskie, odwracalne itp. Silniki Diesla były produkowane przez fabryki w Kołomnie, Rydze, Nikołajewie, Charkowie i oczywiście fabryka Ludwiga Nobla w Petersburgu (Olej Nobla w silnikach Nobla za pieniądze Nobla)... W Europie silnik wysokoprężny zaczęto nawet nazywać „silnikiem rosyjskim”. Diesel chętnie współpracował z rosyjskimi przemysłowcami - jako jedyni regularnie wypłacali wynalazcy należne mu dywidendy.

Kontynuacja

„Wynalazek… nigdy nie był tylko wytworem twórczej wyobraźni: jest wynikiem związku między abstrakcyjną myślą a światem materialnym… Historia uważa wynalazcę nie za tego, który z różnym stopniem pewności wyraził pierwsze takie pomysły, ale ten, który zrealizował swój pomysł, który być może błysnął w umysłach wielu innych ludzi ... ”

Pojawienie się niedrogiego silnika oznaczało zwycięstwo ropy nad węglem, dlatego właścicielom węglowego Zagłębia Ruhry się to nie podobało. Pomimo sukcesu nowego typu silnika, ataki nieszczęśników na Rudolfa Diesela i jego silnik nie osłabły: „Diesel niczego nie wymyślił… po prostu zbierał wynalazki…”

W 1912 Rudolph Diesel przybywa do Ameryki. Społeczność inżynierów na świecie jest przyzwyczajona do postrzegania go jako znaczącego, odnoszącego sukcesy specjalistę w zenicie sławy - nie bez powodu nowojorskie gazety informowały swoich czytelników o przybyciu "Dr. Diesel, słynnego dyplomowanego inżyniera z Monachium ”. W salach wykładowych, w których wygłaszał wykłady, w holach hoteli i foyer teatrów, wszędzie go oblegali korespondenci. Sam Edison – czarownik amerykańskiego wynalazku – publicznie oświadczył wtedy, że silnik Rudolph Diesel był kamieniem milowym w historii ludzkości.

Poprawny, powściągliwy, ubrany w surowy czarny frak, Diesel ze stoickim spokojem znosił przed publicznością długie i pompatyczne występy. I żaden z amerykańskich inżynierów, który słuchał jego przemówienia, nie mógł nawet podejrzewać, że genialny mówca, mówiący doskonałą angielszczyzną o perspektywach swojego silnika, był w rozpaczliwej sytuacji, bliski całkowitego załamania i nie powiedział ani słowa o te trudności, błędy, porażki, ataki i nieufność, z którymi jego wynalazek wszedł w życie.

A jednocześnie, przewidując lub przewidując nieuchronność jego upadku, natychmiast po powrocie do Monachium Diesel za pożyczone pieniądze kupuje akcje koncernu samochodów elektrycznych, który wkrótce zbankrutował. W rezultacie musiał obliczyć prawie wszystkich służących i zastawić dom, aby zrealizować swój ostatni plan, w który nikt nie był wtajemniczony. Diesel zaczął kolejny rok od podróży: najpierw samotnie jeździł do Paryża, Berlina, Amsterdamu, a potem wraz z żoną odwiedził Sycylię, Neapol, Capri, Rzym. "Możemy pożegnać się z tymi miejscami. Nigdy więcej ich nie zobaczymy." Raz rzucił takie dziwne zdanie, ale jego żona nie zwróciła na to uwagi, ale przypomniała sobie i zrozumiała dopiero później, kiedy wszystko już się wydarzyło. Następnie Diesel jedzie w Alpy Bawarskie do Sulzer, w zakładzie, w którym miał kiedyś praktykę inżynierską. Starych przyjaciół uderzyły ostatnie zmiany w Rudolfie. Zawsze powściągliwy i ostrożny wydawał się bez śladu zatracić te cechy iz widoczną przyjemnością wyruszał w niebezpieczne górskie wędrówki, oddając się ryzykownym czynnościom.

Pod koniec lata 1913 wybuchł kryzys finansowy. Diesel zbankrutował. I w tym momencie, który niedawno zrezygnował z dobrze płatnych stanowisk w amerykańskich firmach, nagle wyraził zgodę na ofertę nowego zakładu budowy silników w Anglii, aby zająć ich stanowisko jedynie inżyniera-konsultanta. Dowiedziawszy się o tym, brytyjski Royal Auto Club poprosił go o sporządzenie raportu na spotkaniu klubu, na co również zgodził się Diesel i zaczął przygotowywać się do podróży do Anglii. W tym krótkim czasie dokonuje pewnych działań, analizując, które później krewni Rudolfa Diesela dojdą do wniosku, że podjął już tragiczną decyzję.

Po zabraniu żony do matki, do początku września pozostał sam w swoim monachijskim domu. Pierwszą rzeczą, którą natychmiast zrobił, było wypuszczenie nielicznych pozostałych służących z domu do rana i poprosił swojego najstarszego syna (również Rudolfa), aby przyszedł do niego pilnie. Według wspomnień syna było to spotkanie dziwne i smutne. Ojciec pokazał mu, co i gdzie w domu, w których szafkach były przechowywane ważne dokumenty, dał mu odpowiednie klucze i poprosił o przetestowanie zamków. Po wyjeździe syna zaczął przeglądać dokumenty służbowe, a sługa, który wrócił następnego ranka, stwierdził, że kominek jest pełen popiołu ze spalonych papierów, a sam właściciel jest ponury, przygnębiony.

Kilka dni później Diesel wyjechał do Frankfurtu do córki, gdzie czekała już na niego żona. Po spędzeniu z nimi kilku dni, 26 września wyjechał sam do Gandawy, skąd wysłał list do żony i kilka pocztówek do przyjaciół. List był dziwny, zagmatwany i świadczył o wielkim zdenerwowaniu jego autora.

29 września 1913 roku w Antwerpii Diesel szykował się do wypłynięcia promem Dresden... Na górnym pokładzie kolacja przebiegła całkiem naturalnie. Diesel opowiedział innym podróżnikom o swojej żonie, o swoich wynalazkach. Ale interesowali się polityką. Winston Churchill, mianowany Lordem Admiralicji, rozpoczął odbudowę angielskiej floty, co bardzo zaniepokoiło dwóch nowych znajomych Diesela. Byli Niemcami, a wojna na Bałkanach była postrzegana jako pierwsza iskra przyszłej wojny między Niemcami a Anglią. Churchill zamierzał odbudować angielską flotę. Subtelny polityk, miał przeczucie wojny z Niemcami. W związku z tym nawiązałem kontakt z utalentowanym inżynierem Dieselem, ponieważ wiedziałem, że w Kaiser Germany pancerniki, w szczególności Prince Regent, były już wyposażone w wielocylindrowy silnik morski zaprojektowany przez Diesel, co dawało znaczną przewagę w prędkości . Ponadto silniki Diesla zostały pospiesznie przystosowane do okrętów podwodnych. Być może więc nie było tak przypadkiem, że towarzyszami Diesela na pokładzie niemieckiego parowca byli dwaj Niemcy, gotowi zrobić wszystko dla dobra Niemiec.

Około dziesiątej wieczorem Rudolph Diesel ukłonił się swoim znajomym i zszedł do kabiny. Przed otwarciem drzwi zatrzymał stewarda i poprosił, aby obudził go rano dokładnie o 6:15. W kabinie wyjął piżamę z walizki i rozłożył ją na łóżku. Wyjął z kieszeni zegarek, zwinął go i powiesił na ścianie obok poduszki... I nikt go więcej nie widział.

Inspekcja kabiny wykazała, że ​​koja przygotowana przez stewarda do spania nie była nawet pognieciona; bagaż nie jest otwierany, chociaż klucz jest włożony do zamka walizki; Zegarek kieszonkowy Diesela został umieszczony tak, aby można było zobaczyć dłonie leżące na łóżku; Notatnik leżał otwarty na stole, a data 29 września została oznaczona krzyżykiem. Od razu okazało się, że podczas porannego obchodzenia statku oficer dyżurny znalazł schowany pod relingami czyjś kapelusz i zwinięty płaszcz. Okazało się, że należą do Diesela.

Dziesięć dni później załoga małej belgijskiej łodzi pilotowej usunęła zwłoki z fal Morza Północnego. Marynarze zdjęli pierścienie z opuchniętych palców zmarłego, w kieszeniach znaleźli portfel, etui na okulary i kieszonkową apteczkę. Ciało, zgodnie ze zwyczajem morskim, oddano morzu. Syn Rudolfa Diesela, który przyjechał do Belgii na wezwanie, potwierdził, że to wszystko należało do jego ojca.

Krewni Diesela byli przekonani, że popełnił samobójstwo. Ta wersja została poparta nie tylko dziwnym i niezrozumiałym zachowaniem Diesela w ostatnim roku jego życia, ale także pewnymi okolicznościami, które stały się jasne później. Tak więc przed wyjazdem podarował żonie walizkę i poprosił, aby przez kilka dni jej nie otwierać. W walizce było 20 tysięcy marek. To było wszystko, co pozostało z ogromnej fortuny Diesela. I jeszcze jedno: jadąc do Anglii Diesel zabrał ze sobą nie złoty zegarek, jak zwykle, ale stalowy zegarek kieszonkowy ...

Wniosek.

Świat dał Rudolfowi Dieselowi dość rzadki zaszczyt w historii techniki: zaczął pisać jego imię małą literą. To krok w wieczność...

Prom "Drezno"

Bez względu na to, jak bardzo starali się inżynierowie XVIII-XIX wieku. zwiększyć sprawność silnika parowego, nadal pozostawała zbyt niska. Silnik wypuszczający parę do środowiska w zasadzie nie mógł mieć sprawności większej niż 8-10% (na przykład w silniku parowym Watta była to tylko 3-4%). I choć powstały później mocniejsze instalacje parowe, które z powodzeniem stosowano w przemyśle, w transporcie kolejowym i wodnym, to nie mogły być stosowane w samochodach.

Rekordziści naszych czasów

Najmocniejszy nowoczesny silnik spalinowy to Wartsila-Sulzer RTA96-C. Mierzy 27 na 17 mi rozwija pojemność około 109 tys. litrów. z. Ta jednostka działa na oleju opałowym i jest stosowana w przemyśle stoczniowym. Silnik zainstalowany w amerykańskim supersamochodzie Vector WX-8 pretenduje do miana najmocniejszego silnika samochodowego. Jego pojemność to 1200 litrów. z. (chociaż w prasie jest liczba 1850 litrów. od).

Niską moc wyjściową silników parowych tłumaczy się stopniowaniem procesu: woda podgrzana podczas spalania paliwa zamienia się w parę, której energia zamieniana jest na pracę mechaniczną. Dlatego silniki parowe określa się mianem silników spalinowych. Ale co się stanie, jeśli użyjesz energii wewnętrznej paliwa bezpośrednio?

Pierwszym, który rozpoczął eksperymenty z silnikiem spalinowym, był XVII-wieczny fizyk holenderski. Christiana Huygensa. Wśród jego wielu odkryć i wynalazków całkowicie zaginął nigdy niezrealizowany projekt silnika czarnoprochowego. W 1688 roku Francuz Denis Papin wykorzystał pomysły Huygensa i zaprojektował urządzenie w postaci cylindra, w którym tłok poruszał się swobodnie. Tłok był połączony liną przerzuconą przez blok z ładunkiem, który również unosił się i opadał za tłokiem. Do dolnej części cylindra wsypywano proch, a następnie podpalano. Powstałe gazy, rozszerzając się, pchały tłok w górę. Następnie cylinder i tłok zalano wodą z zewnątrz, gazy w cylindrze ochłodzono, a ich ciśnienie na tłoku spadło. Tłok pod wpływem własnego ciężaru i ciśnienia atmosferycznego opuszczał się podczas podnoszenia ładunku. Niestety taki silnik nie nadawał się do celów praktycznych: cykl technologiczny jego działania był zbyt skomplikowany, a w użytkowaniu dość niebezpieczny.

W rezultacie Papen porzucił swoje przedsięwzięcie i zajął się silnikami parowymi, a kolejną mniej lub bardziej udaną próbę zaprojektowania silnika spalinowego podjął 18 lat później Francuz Jose Nicephorus Niepce, który zasłynął jako wynalazca fotografii. Wraz ze swoim bratem Claude Niepce wynalazł silnik łodzi, który wykorzystuje pył węglowy jako paliwo. Nazwany przez wynalazców „pyreolofor” (przetłumaczony z greckiego „niesiony przez ognisty wiatr”), silnik został opatentowany, ale nie udało się wprowadzić go do produkcji.

Rok później szwajcarski wynalazca François Isaac de Rivaz otrzymał we Francji patent na załogę napędzaną silnikiem spalinowym. Silnik był cylindrem, w którym zapalał się wodór wytwarzany przez elektrolizę. Gdy gaz eksplodował i rozszerzał się, tłok poruszał się w górę, a gdy poruszał się w dół, uruchamiał koło pasowe. War de Rivaz był oficerem armii napoleońskiej, co uniemożliwiło dokończenie prac nad wynalazkiem, który miał później dać życie całej rodzinie silników wodorowych.

Kilka lat wcześniej francuski inżynier Philippe Le Bon był bardzo bliski stworzenia dość wydajnego silnika spalinowego, który pracuje na lampowej mieszaninie gazów palnych, głównie metanu i wodoru, uzyskanej z termicznej obróbki węgla.

Nieznany artysta. Portret Denisa Papina. 1689 g.

Amerykańskie samochody lat 30.

Już w 1799 roku Le Bon otrzymał patent na metodę wytwarzania gazu oświetleniowego przez suchą destylację drewna, a kilka lat później opracował projekt silnika, który obejmował dwie sprężarki i komorę mieszania. Jedna sprężarka miała pompować do komory sprężone powietrze, druga sprężony gaz świetlny z generatora gazu. Mieszanka gazowo-powietrzna weszła do cylindra roboczego, gdzie uległa zapłonowi. Silnik był dwustronnego działania, to znaczy naprzemiennie działające komory robocze znajdowały się po obu stronach tłoka. W 1804 roku wynalazca zmarł, zanim zrealizował swój pomysł.

W kolejnych latach wielu wynalazców odrzuciło myśl Le Bona, niektórzy nawet otrzymali patenty na swoje silniki, na przykład Anglicy Brown i Wright, którzy jako paliwo stosowali mieszankę powietrza z gazem lampowym. Silniki te były dość nieporęczne i niebezpieczne w obsłudze. Podwaliny pod stworzenie lekkiego i kompaktowego silnika położył dopiero w 1841 r. Włoch Luigi Cristoforis, który zbudował silnik działający na zasadzie „zapłonu samoczynnego”. Taki silnik miał pompę, która jako paliwo dostarczała łatwopalną płynną naftę. Jego rodacy Barzanti i Mattocchi rozwinęli ten pomysł i w 1854 roku zaprezentowali pierwszy prawdziwy silnik spalinowy. Pracował na mieszaninie powietrza z gazem oświetlającym i był chłodzony wodą. Od 1858 roku szwajcarska firma „Escher-Wyss” zaczęła go produkować w małych partiach.

W tym samym czasie belgijski inżynier Jean Etienne Lenoir, zaczynając od rozwoju Le Bon, po kilku nieudanych próbach, stworzył własny model silnika. Bardzo ważną innowacją był pomysł zapłonu mieszanki powietrzno-paliwowej za pomocą iskry elektrycznej. Lenoir zaproponował również system chłodzenia wodą i system smarowania dla lepszego przesuwu tłoka. Silnik ten nie przekraczał 5% sprawności, był nieefektywny pod względem zużycia paliwa i zbyt mocno się nagrzewał, ale był to pierwszy komercyjnie udany projekt silnika spalinowego na potrzeby przemysłowe. W 1863 r. próbowali zainstalować go na samochodzie, ale o pojemności 1,5 litra. z. nie wystarczyło, aby się poruszać. Otrzymawszy spory dochód z wydania swojego silnika, Le Noir przestał pracować nad jego ulepszeniem i wkrótce został wyparty z rynku przez bardziej udane modele.

Silnik spalinowy J.E. Lenoira.

W 1862 roku francuski wynalazca Alphonse Beau de Rocha opatentował całkowicie nowe urządzenie, pierwszy na świecie silnik spalinowy, w którym proces roboczy w każdym z cylindrów odbywał się w dwóch obrotach wału korbowego, czyli w czterech suwach (suwach). ) tłoka. Jednak nigdy nie doszło do komercyjnej produkcji silnika czterosuwowego. Na Wystawie Światowej w Paryżu w 1867 r. przedstawiciele fabryki silników gazowych Deutz, założonej przez inżyniera Nicholasa Otto i przemysłowca Eugene'a Langgena, zademonstrowali silnik zaprojektowany zgodnie z zasadą Barzanti Mattocci. Jednostka ta wytwarzała mniej wibracji, była lżejsza i dlatego wkrótce wyparła silnik Lenoir.

Cylinder nowego silnika był pionowy, wał obrotowy umieszczono nad nim z boku. Do niego przymocowano zębatkę połączoną z wałem wzdłuż osi tłoka. Wał uniósł tłok, pod nim powstała próżnia i została zassana mieszanina powietrza i gazu. Następnie mieszaninę zapalono otwartym płomieniem przez rurkę (Otto i Langen nie byli ekspertami w dziedzinie elektrotechniki i zrezygnowali z elektrycznego zapłonu). Podczas wybuchu ciśnienie pod tłokiem wzrosło, tłok uniósł się, objętość gazu wzrosła, a ciśnienie spadło. Tłok, najpierw pod ciśnieniem gazu, a następnie przez bezwładność, unosił się, aż ponownie wytworzyła się pod nim próżnia. Tym samym energia spalonego paliwa została wykorzystana w silniku z maksymalną kompletnością, sprawność tego silnika osiągnęła 15%, czyli przewyższała sprawność najlepszych ówczesnych parowozów.

Cykl pracy czterosuwowego silnika spalinowego.

A. Wlot mieszaniny roboczej. Tłok (4) przesuwa się w dół; mieszanina palna wchodzi do cylindra przez zawór wlotowy (1). B. Kompresja. Tłok (4) porusza się w górę; zawory wlotowe (1) i wylotowe (3) są zamknięte; wzrasta ciśnienie w cylindrze i temperatura mieszaniny roboczej. 6. Skok roboczy (spalanie i rozszerzanie). W wyniku wyładowania iskrowego świecy zapłonowej (2) następuje gwałtowne spalanie mieszanki w cylindrze; ciśnienie gazu podczas spalania działa na tłok (4); ruch tłoka jest przenoszony przez sworzeń tłokowy (5) i korbowód (6) na wał korbowy (7), powodując obrót wału. D. Uwolnienie gazu. Tłok (4) porusza się w górę; zawór wylotowy (3) jest otwarty; spaliny z cylindra trafiają do rury wydechowej i dalej do atmosfery.

Otto, w przeciwieństwie do Lenoira, nie poprzestał na tym i wytrwale rozwijał sukces, kontynuując pracę nad swoim wynalazkiem. W 1877 otrzymał patent na czterosuwowy silnik z zapłonem iskrowym. Ten czterosuwowy cykl jest nadal używany w większości silników benzynowych i gazowych. Rok później nowość weszła do produkcji, ale wybuchł skandal. Okazało się, że Otto naruszył prawa autorskie Beau de Roche, a po procesie monopol Ottona na silnik czterosuwowy został cofnięty.

Zastosowanie gazu oświetleniowego jako paliwa znacznie ograniczyło zakres pierwszych silników spalinowych. Nawet w Europie było niewiele fabryk gazu, a w Rosji były tylko dwie w Moskwie i Petersburgu. W 1872 r. amerykański Brighton, podobnie jak wcześniej Cristoforis, próbował używać nafty jako paliwa, ale potem przestawił się na lżejszy produkt naftowy, benzynę.

W 1883 roku pojawił się silnik benzynowy z zapłonem z otwartej na cylinder żarzącej się pustej rury, wynaleziony przez niemieckich inżynierów Gottlieba Daimlera i Wilhelma Maybacha, byłych pracowników firmy Otto. Jednak silnik na paliwo ciekłe nie mógł konkurować z silnikiem gazowym, dopóki nie powstało urządzenie do odparowywania benzyny i uzyskiwania palnej mieszanki z powietrzem. Gaźnik odrzutowy, prototyp wszystkich nowoczesnych gaźników, został wynaleziony przez węgierskiego inżyniera Donata Bankiego, który otrzymał patent na swoje urządzenie w 1893 roku. Banks zasugerował, aby zamiast odparowywać benzynę, rozpylić ją drobno w powietrze. Zapewniło to równomierne rozprowadzenie benzyny w całym cylindrze, a parowanie następowało pod wpływem ciepła sprężania już w cylindrze.

Początkowo silniki spalinowe miały tylko jeden cylinder, a aby zwiększyć moc silnika, należało zwiększyć objętość. Nie mogło to jednak trwać w nieskończoność, w związku z czym konieczne było uciekanie się do zwiększenia liczby cylindrów. Pod koniec XIX wieku. pojawiły się pierwsze silniki dwucylindrowe, od początku XX wieku zaczęły się rozprzestrzeniać silniki czterocylindrowe, a teraz już nikogo nie zaskoczy dwunastocylindrowe. Ulepszanie silników idzie głównie w kierunku zwiększenia mocy, ale koncepcja pozostaje taka sama.

Dwucylindrowy silnik G. Daimlera, widok w dwóch rzutach.

Kiedy Rudolf Diesel ponad sto lat temu opracował własny silnik, nigdy nie wyobrażał sobie, że silniki wysokoprężne mogą być tak wrażliwe na jakość paliwa. W końcu Diesel dostrzegł zalety swojego silnika właśnie w tym, że może jeździć na wszystkim, od pyłu węglowego po makuch kukurydziany z recyklingu. Nowoczesne turbodiesle z wtryskiem paliwa wymagają tylko dobrze rafinowanego oleju napędowego o niskiej zawartości siarki. Dlatego do niedawna wielu zagranicznych producentów samochodów nie odważyło się sprzedawać swoich modeli z silnikiem Diesla w Rosji.

R. Diesel.

R. Silnik Diesla.

z obsesja

Wstęp ………………………………………………………………………… .2

1. Historia powstania ……………………………………………….… ..3

2. Historia motoryzacji w Rosji ………………………… 7

3. Tłokowe silniki spalinowe …………………… 8

3.1 Klasyfikacja silników spalinowych ………………………………………… .8

3.2 Podstawy urządzenia tłokowych silników spalinowych ……………………… 9

3.3 Zasada działania ………………………………………………… ..10

3.4 Zasada działania czterosuwowego silnika gaźnikowego ……………………………………………………………… 10

3.5 Zasada działania czterosuwowego silnika wysokoprężnego …………… 11

3.6 Zasada działania silnika dwusuwowego …………… .12

3.7 Cykl pracy czterosuwowych silników gaźnikowych i wysokoprężnych …………………………………………………………..13

3.8 Cykl pracy silnika czterosuwowego ……… ... …… 14

3.9 Cykle pracy silników dwusuwowych ……………… ... 15

Wniosek …………………………………………………………… ..16

Wstęp.

XX wiek to świat technologii. Potężne maszyny wydobywają miliony ton węgla, rudy i ropy z wnętrzności ziemi. Potężne elektrownie wytwarzają miliardy kilowatogodzin energii elektrycznej. Tysiące fabryk i zakładów produkuje ubrania, radia, telewizory, rowery, samochody, zegarki i inne niezbędne produkty. Telegraf, telefon i radio łączą nas z całym światem. Pociągi, statki motorowe, samoloty przewożą nas z dużą prędkością przez kontynenty i oceany. A wysoko nad nami, poza ziemską atmosferą, latają rakiety i sztuczne ziemskie satelity. Wszystko to nie działa bez pomocy prądu.

Człowiek rozpoczął swój rozwój od zawłaszczenia gotowych wytworów natury. Już na pierwszym etapie rozwoju zaczął używać sztucznych narzędzi.

Wraz z rozwojem produkcji zaczynają się kształtować warunki do powstania i rozwoju maszyn. Początkowo maszyny, podobnie jak narzędzia pracy, tylko pomagały człowiekowi w jego pracy. Potem zaczęli go stopniowo zastępować.

W feudalnym okresie historii po raz pierwszy jako źródło energii wykorzystano siłę przepływu wody. Ruch wody obracał koło wodne, które z kolei wprawiało w ruch różne mechanizmy. W tym okresie pojawiła się szeroka gama maszyn technologicznych. Jednak powszechne stosowanie tych maszyn było często spowalniane z powodu braku przepływu wody w pobliżu. Trzeba było szukać nowych źródeł energii do napędzania maszyn w dowolnym miejscu na powierzchni Ziemi. Próbowaliśmy energetyki wiatrowej, ale okazała się nieskuteczna.

Zaczęli szukać innego źródła energii. Wynalazcy długo pracowali, testowali wiele maszyn - a teraz w końcu zbudowano nowy silnik. To był silnik parowy. Uruchomił wiele maszyn i obrabiarek w fabrykach i zakładach.Na początku XIX wieku wynaleziono pierwsze lądowe pojazdy parowe - parowozy.

Ale silniki parowe były skomplikowanymi, nieporęcznymi i kosztownymi instalacjami. Szybko rozwijający się transport mechaniczny potrzebował innego silnika - małego i taniego. W 1860 roku Francuz Lenoir, korzystając z elementów konstrukcyjnych silnika parowego, paliwa gazowego i iskry elektrycznej do zapłonu, zaprojektował pierwszy praktyczny silnik spalinowy.

1. HISTORIA STWORZENIA

Używanie energii wewnętrznej oznacza wykonywanie użytecznej pracy kosztem jej, czyli przekształcanie energii wewnętrznej w mechaniczną. W najprostszym eksperymencie, który polega na tym, że do probówki wlewa się trochę wody i doprowadza do wrzenia (a probówkę początkowo zamyka się korkiem), korek pod ciśnieniem wytworzonej pary unosi się i wyskakuje.

Innymi słowy, energia paliwa jest zamieniana na energię wewnętrzną pary, a para, rozszerzając się, działa, wybijając korek. Tak więc energia wewnętrzna pary jest zamieniana na energię kinetyczną świecy.

Jeśli probówkę zastąpimy mocnym metalowym cylindrem, a zatyczkę zastąpimy tłokiem, który ściśle przylega do ścianek cylindra i może się po nich swobodnie poruszać, otrzymamy prosty silnik cieplny.

Silniki cieplne to maszyny, w których energia wewnętrzna paliwa zamieniana jest na energię mechaniczną.

Historia silników cieplnych sięga odległej przeszłości, jak mówią, ponad dwa tysiące lat temu, w III wieku pne, wielki grecki mechanik i matematyk Archimedes zbudował działo, które strzelało parą. Rysunek armaty Archimedesa i jego opis odnaleziono 18 wieków później w rękopisach wielkiego włoskiego naukowca, inżyniera i artysty Leonarda da Vinci.

Jak wystrzeliła ta armata? Jeden koniec beczki był bardzo gorący nad ogniem. Następnie do rozgrzanej części beczki wlewano wodę. Woda natychmiast wyparowała i zamieniła się w parę. Para, rozszerzając się, wyrzuciła rdzeń z siłą i grzmotem. Ciekawe dla nas tutaj jest to, że lufa armaty była cylindrem, po którym rdzeń ślizgał się jak tłok.

Około trzy wieki później wybitny naukowiec Czapla mieszkał i pracował w Aleksandrii - kulturalnym i bogatym mieście na afrykańskim wybrzeżu Morza Śródziemnego, które historycy nazywają Czaplą Aleksandryjską. Geron pozostawił nam kilka prac, które sprowadziły się do nas, w których opisał różne znane wówczas maszyny, urządzenia, mechanizmy.

W pismach Czapli znajduje się opis ciekawego urządzenia, które obecnie nazywa się kulą Czapli. Jest to wydrążona żelazna kula, zamocowana w taki sposób, że może obracać się wokół osi poziomej. Z zamkniętego kotła z wrzącą wodą para przez rurkę wchodzi do kuli, z kuli pęka przez zakrzywione rurki, podczas gdy kula zaczyna się obracać. Energia wewnętrzna pary zamieniana jest na energię mechaniczną obrotu kuli. Piłka Gerona to prototyp nowoczesnych silników odrzutowych.

W tym czasie wynalazek Herona nie znalazł zastosowania i pozostał tylko zabawą. Minęło piętnaście stuleci. W czasach nowego rozkwitu nauki i techniki, który nastąpił po średniowieczu, Leonardo da Vinci myśli o wykorzystaniu wewnętrznej energii pary. W jego rękopisach znajduje się kilka rysunków przedstawiających cylinder i tłok. W cylindrze pod tłokiem znajduje się woda, a sam cylinder jest podgrzewany. Leonardo da Vinci zakładał, że para powstająca w wyniku podgrzewania wody, rozszerzając się i zwiększając swoją objętość, będzie szukać wyjścia i pchać tłok w górę. Podczas ruchu w górę tłok mógł wykonywać pożyteczną pracę.

Giovanni Branca, żyjący przez stulecie wielkiego Leonarda, miał nieco inny pomysł na silnik wykorzystujący energię pary. To było koło z
ostrza, w drugim strumień pary uderzył z siłą, dzięki czemu koło zaczęło się obracać. Była to w zasadzie pierwsza turbina parowa.

W XVII-XVIII w. pracowali nad nimi Anglicy Thomas Severi (1650-1715) i Thomas Newcomen (1663-1729), Francuz Denis Papen (1647-1714), rosyjski naukowiec Iwan Iwanowicz Polzunow (1728-1766) wynalazek pary.

Papen zbudował cylinder, w którym tłok poruszał się swobodnie w górę iw dół. Tłok był połączony kablem, przerzuconym przez blok, z obciążeniem, które po tłoku również podnosiło się i opadało. Według Papena tłok można by połączyć z dowolną maszyną, na przykład pompą wodną, ​​która pompowałaby wodę. Do dolnej półleżącej części cylindra wlano ospę, którą następnie podpalono. Powstałe gazy, próbując rozszerzyć się, popchnęły tłok w górę. Następnie woda diodowa została wylana na cylinder i tłok z zewnątrz. Gazy w cylindrze zostały schłodzone, a ich ciśnienie na tłoku spadło. Tłok pod wpływem własnego ciężaru i zewnętrznego ciśnienia atmosferycznego opuszczał się podczas podnoszenia ładunku. Silnik wykonywał pożyteczną pracę. Z praktycznego punktu widzenia był bezużyteczny: cykl technologiczny jego pracy był zbyt skomplikowany (napełnianie i zapalanie prochu, polewanie go wodą, i to podczas całej pracy silnika!). Ponadto korzystanie z takiego silnika nie było bezpieczne.

Nie można jednak nie dostrzec w pierwszym Pahlenie cech nowoczesnego silnika spalinowego.

W swoim nowym silniku Papen zamiast prochu używał wody. Został wlany do cylindra pod tłokiem, a sam cylinder był podgrzewany od dołu. Powstała para uniosła tłok. Następnie cylinder został schłodzony, a para w nim skondensowana - ponownie zamieniła się w wodę. Tłok, podobnie jak w przypadku silnika proszkowego, opadł pod wpływem ciężaru i ciśnienia atmosferycznego. Ten silnik działał lepiej niż prochowy, ale był też mało przydatny w poważnych praktycznych zastosowaniach: trzeba było dostarczać i usuwać ogień, dostarczać schłodzoną wodę, czekać na kondensację pary, odcinać wodę itp.

Wszystkie te wady wynikały z faktu, że przygotowanie pary niezbędnej do pracy silnika odbywało się w samym cylindrze. A co, jeśli do cylindra wpuści się gotową parę, uzyskaną np. w osobnym kotle? Wtedy wystarczyłoby naprzemiennie wpuszczać parę, potem schłodzoną wodę do cylindra, a silnik pracowałby na wyższych obrotach i mniejszym zużyciu paliwa.

Domyślił się tego współczesny Denisowi Palenowi Anglik Thomas Severi, który zbudował pompę parową do pompowania wody z kopalni. W jego maszynie para była przygotowywana na zewnątrz cylindra - w kotle.

Za Severim angielski kowal Thomas Newcomen zaprojektował silnik parowy (przystosowany również do wypompowywania wody z kopalni). Umiejętnie wykorzystał wiele z tego, co wymyślono przed nim. Newcomen wziął cylinder z tłokiem Papen, ale otrzymał parę, aby podnieść tłok, tak jak Severi, w oddzielnym kotle.

Maszyna Newcomen, podobnie jak wszystkie jej poprzedniczki, pracowała z przerwami - była przerwa między dwoma ruchami tłoka. Był tak wysoki jak czteropięciopiętrowy budynek, a zatem wyjątkowo<прожорлива>: pięćdziesiąt koni ledwo zdążyło dostarczyć jej paliwo. Personel obsługi składał się z dwóch osób: strażak ciągle wrzucał węgiel do<ненасытную пасть>piece, a mechanik obsługiwał krany, które wpuszczały do ​​cylindra parę i zimną wodę.

Historia powstania i rozwoju silników spalinowych

Wstęp

Ogólne informacje o silniku spalinowym

Historia powstania i rozwoju silników spalinowych

Wniosek

Lista wykorzystanych źródeł

Podanie

Wstęp

Żyjemy w epoce elektryczności i technologii komputerowej, ale można powiedzieć, że w epoce silników spalinowych. Do połowy ubiegłego wieku wielkość transportu drogowego osiągnęła 20 miliardów ton, czyli pięciokrotnie więcej niż wielkość transportu kolejowego i 18-krotnie wielkość ruchu realizowanego przez flotę morską. Obecnie udział transportu drogowego stanowi ponad 79% wolumenu przewozów ładunków w naszym kraju. O powszechnym stosowaniu silników spalinowych świadczy również fakt, że łączna moc zainstalowana silników spalinowych jest pięciokrotnie wyższa od mocy wszystkich elektrowni stacjonarnych na świecie. W dzisiejszych czasach nie zdziwi Cię zastosowanie silnika spalinowego. Miliony samochodów, generatory gazu i inne urządzenia wykorzystują jako napęd silniki spalinowe. W silniku spalinowym paliwo spala się bezpośrednio w cylindrze, wewnątrz samego silnika. Dlatego nazywa się to silnikiem spalinowym. Pojawienie się tego typu silnika w XIX wieku wynika przede wszystkim z potrzeby stworzenia wydajnego i nowoczesnego napędu do różnych urządzeń i mechanizmów przemysłowych. W tym czasie większość z nich była używana przez maszynę parową. Miała wiele wad, na przykład niską wydajność (czyli większość energii zużywanej na produkcję pary była po prostu stracona), była nieporęczna, wymagała wykwalifikowanej konserwacji i dużo czasu na uruchamianie i zatrzymywanie. Przemysł potrzebował nowego silnika. Był to silnik spalinowy, którego badanie historii powstania jest celem tej pracy. Wysoka sprawność, stosunkowo niewielkie gabaryty i waga, niezawodność i autonomia zapewniły ich szerokie zastosowanie jako elektrownia w transporcie drogowym, kolejowym i wodnym, w rolnictwie i budownictwie.

Praca składa się ze wstępu, części głównej, zakończenia, bibliografii i aneksu.

1. Ogólne informacje o silniku spalinowym

Obecnie najbardziej rozpowszechnione są silniki spalinowe (ICE) - rodzaj silnika, silnik cieplny, w którym energia chemiczna paliwa (zwykle płynnego lub gazowego paliwa węglowodorowego), spalającego się w obszarze roboczym, jest zamieniana na Praca mechaniczna.

Silnik składa się z cylindra, w którym porusza się tłok, połączony za pomocą korbowodu z wałem korbowym (rys. 1).

Rysunek 1 - Silnik spalinowy wewnętrznego spalania

W górnej części cylindra znajdują się dwa zawory, które podczas pracy silnika automatycznie otwierają się i zamykają w odpowiednim momencie. Mieszanina palna jest dostarczana przez pierwszy zawór (wlot), który jest zapalany za pomocą świecy, a gazy spalinowe są uwalniane przez drugi zawór (wylot). W cylindrze następuje okresowe spalanie palnej mieszanki składającej się z benzyny i oparów powietrza (temperatura sięga 16000-18000C). Nacisk na tłok gwałtownie wzrasta. Rozprężając się, gazy popychają tłok, a wraz z nim wał korbowy, wykonując pracę mechaniczną. W tym przypadku gazy są schładzane, ponieważ część ich energii wewnętrznej jest zamieniana na energię mechaniczną.

Skrajne pozycje tłoka w cylindrze nazywane są martwymi punktami. Odległość pokonywana przez tłok od jednego martwego punktu do drugiego nazywana jest skokiem tłoka, który jest również nazywany skokiem. Uderzenia silnika spalinowego: wlot, sprężanie, skok roboczy, wydech, dlatego silnik nazywa się czterosuwowym. Rozważmy bardziej szczegółowo cykl operacyjny silnika czterosuwowego - cztery główne etapy (suw):

Podczas tego skoku tłok opada z górnego martwego punktu do dolnego martwego punktu. W takim przypadku krzywki wałka rozrządu otwierają zawór wlotowy, a świeża mieszanka paliwowo-powietrzna jest zasysana do cylindra przez ten zawór.

Tłok przesuwa się od dołu do góry, ściskając mieszankę roboczą. Temperatura mieszaniny wzrasta. Tutaj powstaje stosunek objętości roboczej cylindra w dolnym martwym punkcie do objętości komory spalania w górnej części - tzw. „stopień sprężania”. Im większa ta wartość, tym większa oszczędność paliwa silnika. Silnik o wyższym stopniu sprężania wymaga więcej paliwa. ́ wyższa liczba oktanowa, co jest droższe.

Spalanie i rozprężanie (lub skok tłoka).

Krótko przed zakończeniem cyklu sprężania mieszanka paliwowo-powietrzna zostaje zapalona przez iskrę ze świecy zapłonowej. Podczas ruchu tłoka od góry do dołu paliwo spala się, a pod wpływem ciepła mieszanina robocza rozszerza się, popychając tłok.

Po dolnym martwym punkcie cyklu roboczego otwiera się zawór wydechowy i poruszający się w górę tłok wypiera spaliny z cylindra silnika. Kiedy tłok osiągnie najwyższy punkt, zawór wydechowy zamyka się i cykl zaczyna się od nowa.

Aby rozpocząć kolejny krok, nie trzeba czekać do końca poprzedniego - w rzeczywistości silnik ma otwarte oba zawory (dolotowy i wydechowy). Jest to różnica w stosunku do silnika dwusuwowego, w którym cały cykl pracy odbywa się podczas jednego obrotu wału korbowego. Oczywiste jest, że silnik dwusuwowy o tej samej objętości cylindra będzie mocniejszy - średnio półtora raza.

Jednak ani duża moc, ani brak nieporęcznego systemu zaworów i wałków rozrządu, ani niski koszt produkcji nie są w stanie pokryć zalet silników czterosuwowych - dłuższy zasób, więcej ́ lepsza ekonomia, czystszy wydech i mniejszy hałas.

Schemat działania ICE (dwusuwowy i czterosuwowy) podano w załączniku 1.

Tak więc zasada działania silnika spalinowego jest prosta, zrozumiała i nie zmieniła się od ponad wieku. Główną zaletą silnika spalinowego jest niezależność od stałych źródeł energii (zasoby wodne, elektrownie itp.), w związku z czym instalacje wyposażone w silniki spalinowe mogą się swobodnie poruszać i znajdować się w dowolnym miejscu. I pomimo tego, że silniki spalinowe są niedoskonałym typem silników cieplnych (głośny hałas, toksyczne emisje, mniej zasobów), dzięki swojej autonomii silniki spalinowe są bardzo rozpowszechnione.

Ulepszanie silników spalinowych idzie drogą zwiększania ich mocy, niezawodności i trwałości, zmniejszania masy i gabarytów, tworzenia nowych konstrukcji. Tak więc pierwsze silniki spalinowe były jednocylindrowe, a w celu zwiększenia mocy silnika zwykle zwiększano objętość cylindra. Potem zaczęli to osiągać, zwiększając liczbę cylindrów. Pod koniec XIX wieku pojawiły się silniki dwucylindrowe, a od początku XX wieku zaczęły się upowszechniać silniki czterocylindrowe.

Nowoczesne silniki high-tech wcale nie przypominają swoich stuletnich odpowiedników. Osiągnięto bardzo imponujące osiągi pod względem mocy, wydajności i przyjazności dla środowiska. Nowoczesny silnik spalinowy wymaga minimum uwagi i jest przystosowany do zasobów rzędu setek tysięcy, a czasem nawet milionów kilometrów.

2. Historia powstania i rozwoju silników spalinowych

Przez około 120 lat człowiek nie wyobraża sobie życia bez samochodu. Spróbujmy spojrzeć w przeszłość - do samego wyglądu fundamentów podwalin nowoczesnej motoryzacji.

Pierwsze próby stworzenia silnika spalinowego sięgają XVII wieku. Eksperymenty E. Toricelli, B. Pascala i O. Guericke skłoniły wynalazców do wykorzystania ciśnienia powietrza jako siły napędowej w maszynach atmosferycznych. Opat Ottefel (1678-1682) i H. Huygens (1681) byli jednymi z pierwszych, którzy oferowali takie maszyny. Aby przesunąć tłok w cylindrze, zaproponowali użycie eksplozji prochu. Dlatego Ottefel i Huygens można uznać za pionierów w dziedzinie silników spalinowych.

Francuski naukowiec Denis Papen, wynalazca pompy odśrodkowej, kotła parowego z zaworem bezpieczeństwa i pierwszej maszyny tłokowej działającej na parze wodnej, pracował również nad ulepszeniem maszyny proszkowej Huygens. Pierwszym, który próbował wdrożyć zasadę ICE, był Anglik Robert Street (patent USA nr 1983,1794). Silnik składał się z cylindra i ruchomego tłoka. Na początku ruchu tłoka do cylindra weszła mieszanina lotnej cieczy (alkoholu) i powietrza, ciecz i opary cieczy zostały zmieszane z powietrzem. W połowie skoku tłoka mieszanina zapaliła się i podrzuciła tłok.

W 1799 roku francuski inżynier Philippe Le Bon odkrył gaz oświetleniowy i uzyskał patent na zastosowanie i sposób wytwarzania gazu oświetleniowego poprzez suchą destylację drewna lub węgla. Odkrycie to miało ogromne znaczenie przede wszystkim dla rozwoju technologii oświetleniowej, która bardzo szybko zaczęła z powodzeniem konkurować z drogimi świecami. Gaz świetlny nadawał się jednak nie tylko do oświetlenia. W 1801 roku Le Bon opatentował konstrukcję silnika gazowego. Zasada działania tej maszyny opierała się na dobrze znanej właściwości odkrytego przez niego gazu: jego mieszanina z powietrzem eksplodowała przy zapłonie z wydzieleniem dużej ilości ciepła. Produkty spalania rozwijały się szybko, wywierając silną presję na środowisko. Tworząc odpowiednie warunki można wykorzystać uwolnioną energię w interesie człowieka. Silnik Lebon miał dwie sprężarki i komorę mieszania. Jedna sprężarka miała pompować sprężone powietrze do komory, a druga miała pompować sprężony gaz świetlny z generatora gazu. Mieszanka powietrzno-gazowa weszła następnie do cylindra roboczego, gdzie uległa zapłonowi. Silnik był dwustronnego działania, to znaczy naprzemiennie działające komory robocze znajdowały się po obu stronach tłoka. Zasadniczo Le Bon knował ideę silnika spalinowego, ale R. Street i F. Le Bon nie próbowali realizować swoich pomysłów.

W kolejnych latach (do 1860 r.) również nieliczne próby stworzenia silnika spalinowego zakończyły się niepowodzeniem. Główne trudności w stworzeniu silnika spalinowego wynikały z braku odpowiedniego paliwa, trudności w zorganizowaniu procesów wymiany gazowej, zasilania paliwem i zapłonu paliwa. Trudności te w dużej mierze udało się ominąć Robertowi Stirlingowi, który tworzył w latach 1816-1840. silnik spalinowy z regeneratorem. W silniku Stirlinga zamianę ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka na ruch obrotowy realizowano za pomocą mechanizmu rombowego, a czynnikiem roboczym było powietrze.

Jednym z pierwszych, który zwrócił uwagę na realną możliwość stworzenia silnika spalinowego był francuski inżynier Sadi Carnot (1796-1832), który zajmował się teorią ciepła i teorią silników cieplnych. W eseju „Rozważanie nad siłą napędową ognia i maszynami zdolnymi do wytworzenia tej siły” (1824) napisał: adaptacje łatwe do wykonania; następnie spraw, aby powietrze wykonało pracę w cylindrze tłokowym lub innym naczyniu rozprężającym, a na koniec wypuść je do atmosfery lub skieruj do kotła parowego, aby wykorzystać pozostałą temperaturę. Główne trudności napotykane w tego rodzaju operacjach: zamknięcie paleniska w pomieszczeniu o wystarczającej wytrzymałości i utrzymanie spalania w odpowiednim stanie, utrzymywanie różnych części aparatu w umiarkowanej temperaturze i zapobieganie szybkiemu niszczeniu cylindra i tłoka; nie sądzimy, aby te trudności były nie do pokonania.” Jednak idee S. Carnota nie zostały docenione przez współczesnych. Dopiero 20 lat później zwrócił na nie uwagę francuski inżynier E. Clapeyron (1799-1864), autor znanego równania stanu. Dzięki Clapeyronowi, który zastosował metodę Carnota, popularność Carnota zaczęła gwałtownie rosnąć. Obecnie Sadi Carnot jest powszechnie uznawany za twórcę techniki grzewczej.

Lenoir nie odniósł natychmiastowego sukcesu. Po tym, jak udało się wykonać wszystkie części i zmontować samochód, całkiem sporo pracował i zatrzymał się, ponieważ z powodu nagrzewania tłok rozszerzył się i zaciął w cylindrze. Lenoir ulepszył swój silnik, zastanawiając się nad systemem chłodzenia wodą. Jednak druga próba startu również nie powiodła się z powodu słabego skoku tłoka. Lenoir uzupełnił swój projekt o system smarowania. Dopiero wtedy silnik zaczął pracować. Już pierwsze niedoskonałe projekty wykazały znaczną przewagę silnika spalinowego nad silnikiem parowym. Popyt na silniki szybko rósł iw ciągu kilku lat J. Lenoir zbudował ponad 300 silników. Jako pierwszy zastosował silnik spalinowy jako elektrownię do różnych celów. Model ten był jednak niedoskonały, sprawność nie przekraczała 4%.

W 1862 roku francuski inżynier A.Yu. Beau de Rocha złożył wniosek patentowy we francuskim Urzędzie Patentowym (data pierwszeństwa 1 stycznia 1862), w którym doprecyzował ideę wyrażoną przez Sadi Carnota w zakresie konstrukcji silnika i jego procesów roboczych. (Tę petycję przypomniano dopiero podczas sporów patentowych dotyczących pierwszeństwa wynalazku N. Otto). Beau de Roche zaproponował wtryskiwanie mieszanki palnej podczas pierwszego suwu tłoka, sprężanie mieszanki podczas drugiego suwu tłoka, spalanie mieszanki w skrajnym górnym położeniu tłoka i rozprężanie produktów spalania podczas trzeciego suwu tłoka. tłok; wydech produktów spalania - podczas czwartego suwu tłoka. Jednak ze względu na brak środków nie mogłem go zrealizować.

Cykl ten, 18 lat później, zrealizował niemiecki wynalazca Otto Nikolaus August w silniku spalinowym pracującym w układzie czterosuwowym: wlot, sprężanie, skok roboczy, wydech spalin. To właśnie modyfikacje tego silnika są najbardziej rozpowszechnione. Przez ponad wiek, który słusznie nazywa się „epoką motoryzacji”, wszystko się zmieniło – formy, technologie, rozwiązania. Niektóre znaczki zniknęły, a inne wróciły. Moda motoryzacyjna przeszła kilka rund rozwoju. Jedno pozostaje bez zmian – liczba cykli pracy silnika. A w historii motoryzacji liczba ta na zawsze kojarzy się z nazwiskiem niemieckiego wynalazcy samouka Otto. Wraz z wybitnym przemysłowcem Eugenem Langenem wynalazca założył firmę Otto & Co w Kolonii i skupił się na znalezieniu najlepszego rozwiązania. 21 kwietnia 1876 roku otrzymał patent na inną wersję silnika, który rok później został zaprezentowany na Wystawie Paryskiej w 1867 roku, gdzie został odznaczony Wielkim Złotym Medalem. Pod koniec 1875 roku Otto zakończył prace nad projektem całkowicie nowego, pierwszego na świecie silnika czterosuwowego. Zalety silnika czterosuwowego były oczywiste i 13 marca 1878 r. N. Otto otrzymał niemiecki patent nr 532 na czterosuwowy silnik spalinowy (Załącznik 3) W ciągu pierwszych 20 lat N. Fabryka Otto wyprodukowała 6000 silników.

Eksperymenty nad stworzeniem takiej jednostki prowadzono już wcześniej, ale autorzy napotkali szereg problemów, przede wszystkim z tym, że rozbłyski mieszaniny palnej w cylindrach następowały w tak nieoczekiwanych sekwencjach, że nie można było zapewnić równomiernego i stały transfer mocy. Ale to on znalazł jedyne właściwe rozwiązanie. Empirycznie stwierdził, że niepowodzenia wszystkich poprzednich prób były związane zarówno z niewłaściwym składem mieszanki (proporcje paliwa i utleniacza), jak iz fałszywym algorytmem synchronizacji układu wtrysku paliwa i jego spalania.

Znaczący wkład w rozwój silników spalinowych wniósł także amerykański inżynier Brighton, który zaproponował silnik sprężarkowy o stałym ciśnieniu spalania, gaźnik.

Tak więc priorytet J. Lenoira i N. Otto w tworzeniu pierwszych wydajnych silników spalinowych jest niepodważalny.

Produkcja silników spalinowych stale rosła, a ich konstrukcja była ulepszana. W latach 1878-1880. rozpoczęła się produkcja silników dwusuwowych, zaproponowana przez niemieckich wynalazców Wittiga i Hessa, angielskiego przedsiębiorcę i inżyniera D. Clerka, a od 1890 r. - silników dwusuwowych z dmuchaniem w komorze korbowej (patent angielski nr 6410, 1890) . Nieco wcześniej niemiecki wynalazca i przedsiębiorca G. Daimler zaproponował zastosowanie komory korbowej jako pompy czyszczącej. W 1878 roku Karl Benz wyposażył trójkołowiec w silnik o mocy 3 KM, który osiągał prędkość ponad 11 km/h. Stworzył także pierwsze samochody z silnikami jedno- i dwucylindrowymi. Cylindry znajdowały się poziomo, moment obrotowy przenoszony był na koła za pomocą napędu pasowego. W 1886 r. K. Benz otrzymał niemiecki patent nr 37435 na samochód z pierwszeństwem 29 stycznia 1886 r. Na Wystawie Światowej w Paryżu w 1889 r. samochód Benza był jedynym. Od tego samochodu zaczyna się intensywny rozwój branży motoryzacyjnej.

Kolejnym wydarzeniem w historii silników spalinowych był rozwój silnika spalinowego z zapłonem samoczynnym. W 1892 r. niemiecki inżynier Rudolf Diesel (1858-1913) opatentował, a w 1893 r. opisał w broszurze „Teoria i projekt racjonalnego silnika cieplnego w celu zastąpienia silników parowych i obecnie znanych silników cieplnych” silnik pracujący w cyklu Carnota. W niemieckim patencie nr 67207 z pierwszeństwem z dnia 28 lutego 1892 „Proces pracy i sposób wykonania silnika jednocylindrowego i wielocylindrowego” zasada działania silnika była następująca:

Proces pracy w silnikach spalinowych charakteryzuje się tym, że tłok w cylindrze spręża powietrzem lub gazem obojętnym (parą) powietrzem tak silnie, że powstająca temperatura sprężania jest znacznie wyższa od temperatury zapłonu paliwa. W tym przypadku spalanie paliwa wprowadzane stopniowo po martwym punkcie zachodzi w taki sposób, że w cylindrze silnika nie następuje znaczący wzrost ciśnienia i temperatury. Następnie, po zatrzymaniu dopływu paliwa, w cylindrze następuje dalsze rozprężanie mieszanki gazowej.

W celu przeprowadzenia procesu roboczego opisanego w paragrafie 1 do cylindra roboczego podłączona jest wielostopniowa sprężarka z odbiornikiem. Podobnie możliwe jest połączenie kilku cylindrów roboczych ze sobą lub z cylindrami w celu wstępnego sprężania i późniejszego rozprężania.

Pierwszy silnik zbudował R. Diesel do lipca 1893 r. Założono, że sprężanie będzie prowadzone do ciśnienia 3 MPa, temperatura powietrza na końcu sprężania osiągnie 800 C, a paliwo (mączka węglowa ) zostanie wprowadzony bezpośrednio do cylindra. Wybuch nastąpił po uruchomieniu pierwszego silnika (jako paliwa użyto benzyny). W 1893 roku zbudowano trzy lokomotywy. Awarie pierwszych silników zmusiły R. Diesela do rezygnacji ze spalania izotermicznego i przejścia na cykl ze spalaniem o stałym ciśnieniu.

Na początku 1895 r. pomyślnie przetestowano pierwszy silnik sprężarkowy o zapłonie samoczynnym, zasilany paliwem płynnym (naftą), a w 1897 r. rozpoczął się okres szeroko zakrojonych testów nowego silnika. Efektywna sprawność silnika wynosiła 0,25, a mechaniczna 0,75. Pierwszy silnik spalinowy z zapłonem samoczynnym do celów przemysłowych został zbudowany w 1897 roku przez Zakłady Inżynieryjne w Augsburgu. Na wystawie w Monachium w 1899 r. 5 silników Diesla R. zaprezentowały już fabryki Otto-Deitz, Krupp i augsburski zakład budowy maszyn. Silniki R. Diesel z powodzeniem zademonstrowano również na Wystawie Światowej w Paryżu (1900). Później znalazły szerokie zastosowanie i otrzymały nazwę „silniki diesla” lub po prostu „diesle” od nazwiska wynalazcy.

W Rosji pierwsze silniki naftowe zaczęto budować w 1890 roku w E.Ya. Bromley (czterosuwowy kaloryzujący), a od 1892 r. w zakładzie mechanicznym E. Nobla. W 1899 roku Nobel otrzymał prawo do produkcji silników R. Diesel, aw tym samym roku zakład rozpoczął ich produkcję. Konstrukcja silnika została opracowana przez specjalistów zakładu. Silnik rozwijał moc 20-26 KM, pracował na ropie naftowej, oleju napędowym, nafcie. Specjaliści zakładu prowadzili również rozwój silników wysokoprężnych. Zbudowali pierwsze silniki bez wodzika, pierwsze silniki typu V, silniki dwusuwowe z obwodami strumieniowymi i pętlowymi, silniki dwusuwowe, w których nadmuch był realizowany w wyniku zjawisk gazowo-dynamicznych w kanale wydechowym. Produkcję silników z zapłonem samoczynnym rozpoczęto w latach 1903-1911. w fabrykach parowozów Kołomna, Sormowski, Charków, w fabrykach Felsera w Rydze i Nobla w Petersburgu, w stoczni Nikołajewa. W latach 1903-1908. Rosyjski wynalazca i przedsiębiorca Ya.V. Mamin stworzył kilka wydajnych, szybkich silników z mechanicznym wtryskiem paliwa do cylindra i zapłonem samoczynnym, których moc w 1911 roku wynosiła już 25 KM. Paliwo było wtryskiwane do komory wstępnej wykonanej z żeliwa z wkładką miedzianą, co pozwoliło na uzyskanie wysokiej temperatury powierzchni komory wstępnej i niezawodnego samozapłonu. Był to pierwszy na świecie bezsprężarkowy silnik wysokoprężny.W 1906 r. Profesor Moskiewskiej Wyższej Szkoły Technicznej V.I. Grinevetskiy zaproponował projekt silnika podwójnego sprężania i rozprężania - prototyp silnika kombinowanego. Opracował również metodę obliczeń termicznych procesów roboczych, którą później opracował N.R. Briling i E.K. Masowanie i nie straciło dziś na znaczeniu. Jak widać, eksperci w przedrewolucyjnej Rosji bez wątpienia dokonali poważnych niezależnych zmian w dziedzinie silników z zapłonem samoczynnym. Pomyślny rozwój budowy silników Diesla w Rosji tłumaczy się tym, że Rosja miała własny olej, a silniki Diesla najlepiej zaspokajały potrzeby małych przedsiębiorstw, dlatego produkcja silników Diesla w Rosji rozpoczęła się prawie jednocześnie z krajami Europy Zachodniej .

W okresie porewolucyjnym również pomyślnie rozwijała się budowa silników domowych. Do 1928 roku w kraju wyprodukowano już ponad 45 typów silników o łącznej mocy ok. 110 tys. kW. W latach pierwszych planów pięcioletnich opanowano produkcję silników samochodowych i ciągnikowych, silników okrętowych i stacjonarnych o mocy do 1500 kW, powstał samolotowy diesel, czołgowy silnik wysokoprężny V-2, który w dużej mierze z góry określono wysokie parametry taktyczne i techniczne pojazdów opancerzonych w kraju. Znaczący wkład w rozwój krajowej budowy silników wnieśli wybitni radzieccy naukowcy: N.R. Briling, E.K. Masing, V.T. Cwietkow, A.S. Orlin, Wirginia Vansheidt, Nowy Meksyk Głagolew, M.G. Krugłow i inni.

Spośród osiągnięć w dziedzinie silników cieplnych ostatnich dziesięcioleci XX wieku należy zwrócić uwagę na trzy ważne: stworzenie przez niemieckiego inżyniera Felixa Wankla wydajnej konstrukcji silnika z tłokiem obrotowym, połączonego silnika z wysokim doładowaniem, oraz konstrukcja zewnętrznego silnika spalinowego, która jest konkurencyjna w stosunku do wysokoobrotowego silnika wysokoprężnego. Pojawienie się silnika Wankla zostało przyjęte z entuzjazmem. RPD, charakteryzujące się niskim ciężarem właściwym i wymiarami, wysoką niezawodnością, szybko stały się powszechne, głównie w lekkich pojazdach, w lotnictwie, na statkach i instalacjach stacjonarnych. Licencję na produkcję silnika F. Wankla nabyło ponad 20 firm, m.in. General Motors, Ford. Do 2000 roku wyprodukowano ponad dwa miliony pojazdów RPD.

W ostatnich latach trwa proces ulepszania i poprawiania osiągów silników benzynowych i wysokoprężnych. Rozwój silników benzynowych idzie w kierunku poprawy ich właściwości środowiskowych, wskaźników sprawności i mocy poprzez szersze zastosowanie i udoskonalenie układu wtrysku benzyny do cylindrów; zastosowanie elektronicznych systemów sterowania wtryskiem, rozwarstwienie wsadu w komorze spalania z wyczerpywaniem się mieszanki przy częściowych obciążeniach; zwiększenie energii iskry elektrycznej podczas zapłonu itp. W efekcie sprawność cyklu pracy silników benzynowych zbliża się do sprawności silników Diesla.

W celu poprawy wskaźników techniczno-ekonomicznych silników wysokoprężnych stosuje się podwyższenie ciśnienia wtrysku paliwa, stosuje się sterowane wtryskiwacze, wymuszając według średniego ciśnienia efektywnego poprzez doładowanie i chłodzenie powietrza doładowującego, stosuje się środki zmniejszające toksyczność spalin gazy.

Tak więc ciągłe doskonalenie silników spalinowych zapewniło im dominującą pozycję i dopiero w lotnictwie silnik spalinowy ustąpił miejsca silnikowi turbogazowemu. Dla innych sektorów gospodarki narodowej nie zaproponowano jeszcze alternatywnych elektrowni małej mocy, tak wszechstronnych i ekonomicznych jak silnik spalinowy. Dlatego w dłuższej perspektywie silnik spalinowy jest uważany za główny typ elektrowni o średniej i małej mocy dla transportu i innych sektorów gospodarki narodowej.

Wniosek

silnik spalinowy

Lista wykorzystanych źródeł

1.Dyachenko V.G. Teoria silników spalinowych / V.G. Dyachenko. - Charków: ChNADU, 2009 .-- 500 pkt.

.Dyatchin N.I. Historia rozwoju technologii: Podręcznik / N.I. Dyatchin. - Rostów n / a .: Phoenix, 2001 .-- 320 s.

.Raikov I. Ja. Silniki spalinowe / I.Ya. Raikov, G.N. Rytwiński. - M .: Szkoła Wyższa, 1971 r. - 431 s.

.Sharoglazov BA Silniki spalinowe: teoria, modelowanie i obliczanie procesów: Podręcznik / B.A. Sharoglazov, MF Farafontow, W.W. Klementiew. - Czelabińsk: wyd. SUSU, 2004 .-- 344 s.

Podanie

Aneks 1

Schemat silnika dwusuwowego

Schemat silnika czterosuwowego

Załącznik 2

Silnik Lenoir (przekrój)

Dodatek 3

Silnik Otto