История создания двигателей

Двигатель – это устройство, превращающее любой вид энергии в механическую работу. Понятие «мотор», которое зачастую отождествляют с понятием «двигатель», это на самом деле преимущественно двигатели электрические и внутреннего сгорания. Они делятся на две категории: первичные и вторичные. Первичные получают механическую работу непосредственно из природных источников энергии. Таковыми можно считать двигатели, использующие силу ветра (ветряное колесо), воды (водяное колесо), и тепловые двигатели, преобразующие химическую или ядерную энергию. Вторичные же получают ее из энергии, накопленной другими устройствами или выработанной ими. К ним относятся пневматические, гидравлические и электрические. Сегодня это изобретение невозможно переоценить, оно изменило наше представление о труде: самые тяжелые обязанности перешли ему. Поэтому каждому будет интересна история создания двигателей.

Первые попытки создания

Самые распространенные двигатели в современном мире – двигатели внутреннего сгорания. В далеком 1791 году Джон Барбер создал ранее неизвестное устройство – газовую турбину. Так и началась история ДВС. Запатентована она стала только спустя три года, в 1794 году, и даже не самим изобретателем, а другим механиком, Томасом Мидом. В том же году американец Роберт Стрит  получил патент на первый прототип современного двигателя внутреннего сгорания на жидком топливе. 

двигатель внутреннего сгорания

двигатель внутреннего сгорания

Спустя пять лет, в 1799 году, француз Филипп Лебон начал изучать свойства ранее неизвестного светильного газа. Тогда же он получил разрешение на его получение и на использование. Это открытие кардинально повлияло не только на совершенствование двигателей, но и помогло развитию техники освещения. Так, меньше чем через 10 лет, лампы, работающие на этом газе, смогли составить конкуренцию популярным до этого свечам в прогрессивных странах Европы. В 1801 году вышеупомянутый Лебон получил новое разрешение, уже на конструирование газового двигателя. Принцип его действия был основан на одном из свойств открытого им газа: смешав его с воздухом и воспламенив, можно было получить большое количество теплоты. Продукты горения оказывали мощное воздействие на окружающую среду, и, создав соответствующие условия, можно было заставить эту силу работать на благо человека.

Строение двигателя Лебона включало два компрессора и камеру для смешивания. Первый компрессор накачивал в камеру сжатый воздух, а второй нужен был для подачи сжатого специальным генератором светильного газа. Эта смесь поступала в рабочий цилиндр и там же поджигалась. Поочередно действующие рабочие камеры, находящиеся по обе стороны от поршня, характеризовали прибор как двигатель двойного действия. Смерть Лебона в 1804 году не позволила ему превратить этот прибор в двигатель внутреннего сгорания. Но история возникновения двигателя продолжилась.

двигатель братьев Ньепс

двигатель братьев Ньепс

Следующими людьми, которые внесли вклад в развитие современной техники, были французы — братья Ньепс. Они создали твердотопливный двигатель внутреннего сгорания, работавший на измельченном угле или порошке пиреолофоре. Но, к сожалению, научного признания и распространения идея братьев не получила и существовала только в проектах. 

Изобретение двигателя

В последующие несколько десятков лет люди из многих стран Европы пытались создать двигатели, работавшие на светильном газе, но все эти новомодные устройства хоть и могли считаться прорывом в технике, но уступали проверенной временем и надежной паровой машине, а потому спросом не пользовались. 

Кто же создал первый двигатель? История сохранила эти данные. Первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания создал бельгийский механик Жан Этьен Ленуар, работник гальванического завода. Он пришел к выводу, что смесь в приборе Ленуара можно воспламенять электрической искрой, и решил попробовать создать свой двигатель на основе этой мысли. 

Мощностью первый двигатель обладал не очень большой, всего 8,8 кВт (в то время как мощность современных – около 40 кВт). Он представлял собой горизонтальное устройство с одним цилиндром, работавшее на привычной смеси воздуха и светильного газа. Зажигалась такая смесь, как и предполагалось, от искры золотника. Это был первый двигатель, в котором применялся  кривошипно-шатунный механизм, превращавший возвратно-поступательное движение поршня в возвратное. Поначалу двигатель не работал: из-за нагрева поршень расширился и застрял в цилиндре. Для того чтобы такого не повторилось, Ленуаром была создана и применена система водного охлаждения. Вторая попытка закончилась неудачей уже из-за другого фактора – поршень заедал. Тогда изобретателю пришлось улучшить двигатель и добавить систему смазки, и только после этой махинации устройство заработало должным образом. В итоге Ленуар стал как первым изобретателем двигателя, так и значительно облегчил дальнейшее его усовершенствование, ведь уже изобрел системы охлаждения и смазки. Механизм все еще обладал рядом недостатков, но, несмотря на это, он все равно получил распространение: его использовали в качестве лодочного двигателя. 

Но триумф длился недолго: разбогатев, Ленуар прекратил попытки улучшения двигателя, и модель была вытеснена из рынка более качественным двигателем Отто. Такова история появления двигателя внутреннего сгорания.

двигатель Ленуара

двигатель Ленуара

Развитие технологии

Двигатель братьев Отто

Свой путь в создании двигателей Николас Отто и его брат начали с воспроизведения газового двигателя Ленуара в 1860 году, и уже через год подали заявку на патент своего собственного изобретения – двигателя на жидком топливе, но, возможно, из-за большого сходства с двигателем Ленуара, она была отклонена. Длительная работа над этим устройством принесла свои плоды, и в 1863-м году братья Отто представили миру двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания с одним цилиндром, зажигающийся открытым пламенем, который и вытеснил своего предшественника. 

В 1864 году право на использование этого изобретения получил известный немецкий инженер Ланген. Хоть этот двигатель и был лучше предыдущего, но глобального скачка в производстве все равно не произошло, так как оба изобретателя не обладали достаточными знаниями в области электромеханики и не решались использовать электрическое зажигание. Тем не менее, этот вид двигателя начал пользоваться большим успехом, и за последующие несколько лет было выпущено около пяти тысяч его экземпляров. История развития двигателя стимулировалась коммерческой выгодой: производители готовы были платить уйму денег за новые идеи.

виды двигателей

виды двигателей

Но первый двигатель братьев Отто — не единственное их изобретение. Спустя некоторое время они изобрели еще один, с сохраняющимся до сих пор четырехтактным циклом, и уже через год настоящий фурор на рынке произвела именно эта модель. Но популярность Отто была недолгой: оказывается, за несколько лет до этого подобный двигатель уже был создан французом Бо де Роша. Он оспорил патент Отто в суде, и того значительно сократили в правах на это изобретение. 

Бензиновый двигатель

Следующей вехой в истории двигателей стало открытие нового топлива – бензина. Достаточно хороший бензиновый двигатель появился впервые в 1882 году, его создателем является Готлиб Даймлер, некогда рядовой рабочий компании Отто. Поначалу Г. Даймлер предложил идею такого двигателя хозяину предприятия, но тот не придал ей значения.

Даймлер и его двигатель

Даймлер и его двигатель

Тогда работник вместе со своим другом Вильгельмом Майбахом решили открыть свою собственную мастерскую и трудиться над этой идеей самостоятельно. Первая созданная ими модель должна была быть частью промышленной установки. Этот двигатель был далеко не совершенен, а потому после изобретения карбюратора перестал использоваться. 

Карбюратор

Карбюратор же – это изобретение венгерского инженера Доната Банки. Патент на карбюратор с жиклером был выдан ему в 1893 году. От этой модели впоследствии и произошли все виды карбюраторов. Принцип его работы был основан на распылении бензина, а не его испарении, что обеспечивало равномерное распределение по цилиндру. Роль жиклеров выполняло несколько отверстий в перпендикулярной потоку воздуха трубке. Через такие жиклеры происходило всасывание бензина для его дальнейшего распыления. Важную роль играло постоянство состава смеси, которое поддерживал постоянный уровень бензина.

Карбюратор

Карбюратор

Такие двигатели долгое время оставались востребованными, однако уже в конце XIX века начали появляться новые, более совершенные модели двигателей, — двигатели Дизеля и Тринклера, а в XX веке востребованными стали реактивные двигатели. 

Виды двигателей

В современном мире существует множество видов двигателей. Одним из критериев их классификации является тип источника энергии. Таким образом, существуют двигатели, получающие ее из постоянного или переменного тока, постоянного электрического поля, из силы расщепления ядра, из лазера, силы гравитации и т.д. 

Помимо непосредственно источника энергии важен и способ ее преобразования. Это может быть вращательное, поступательное, либо возвратно-поступательное движение твердых тел. Двигатели, преобразующие энергию одним из таких способов, делятся в свою очередь на линейные, индукционные и пьезоэлектрические. 

Еще один способ преобразования энергии – реактивное движение – используется в ракетных двигателях, к которым можно отнести ионные, радиоионизационные, коллоидные, электромагнитные и стационарно плазменные двигатели, а также двигатели с анодным слоем. 

Двигатели распространены повсеместно, и в соответствии с устройством, в котором они применяются, могут называться «автомобильными», «ракетными», «корабельными» и т.д. Это одна из самых дорогих составляющих устройства и самая значимая. История двигателя внутреннего сгорания определила развитие многих жизненно важных индустрий и стала частью того технического прогресса, который делает наше существование максимально комфортным.

Автор: Ксения Бирюкова

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *