Первый двигатель внутреннего сгорания

В паровой машине топливо сгорало вне машины. Это пример двигателя внешнего сгорания. Однако двигатель работает значительно эффективнее, если топливо сгорает внутри цилиндра, как в двигателе внутреннего сгорания.

Бельгийский инженер Эть-ен Ленуар создал первый успешно работавший двигатель внутреннего сгорания в 1859 г. Двигатель работал на каменноугольном газе, смешанном с воздухом, смесь в цилиндр втягивал поршень. Когда поршень находился в середине цилиндра, электрическая искра поджигала смесь, та воспламенялась и заставляла поршень опускаться. При возвратном движении поршня смесь засасывалась с другого конца поршня, и процесс повторялся. Мощность двигателя составляла ок. 1 л. с, а частота оборотов -ок. 200 в минуту, что обеспечивало небольшую скорость передвижения. Двигатель работал резкими толчками и нуждался в тяжелом маховике.

В 1869 г. французский инженер Альфонс Бо де Роша запатентовал четырехтактный двигатель. Мотор он так и не построил, и, когда срок действия патента истек, его идеей воспользовался практичный немецкий инженер-самоучка Николаус Отто, сконструировавший газовый двигатель, похожий на двигатель Ленуара. В 1876 г. он собрал свой первый горизонтальный четырехтактный газовый двигатель, в цилиндре которого был предусмотрен порт (отверстие), открывавшийся для воспламенения смеси. Его мощность - 3 л. с, частота оборотов - ок. 180 в минуту. Четырехтактный двигатель до сих пор остается основой современных автомобилей.

В 1867 г. австрийский инженер Зигфрид Маркус изобрел карбюратор, превращавший жидкий бензин в пар и смешивавший его с воздухом. Два немецких инженера, Карл Бенц и Гот-либ Даймлер, оба работавшие у Отто, независимо друг от друга в 1885 г. построили первые бензиновые двигатели внутреннего сгорания. И тот и другой были предназначены для автомобилей и мотоциклов. Двигатель Даймлера делал 900 оборотов в минуту и использовал в качестве зажигания раскалявшуюся докрасна платиновую трубку и карбюратор, изобретенный партнером Даймлера, немецким инженером Вильгельмом Майбахом. Этот испарительный карбюратор производил смесь паров бензина с воздухом, под давлением продувая воздух над поверхностью бензина. Двигатель, построенный Бенцем, был медленнее (всего 250 оборотов в минуту) и развивал мощность меньше 1 л. с, но автомобиль, на который Бенц его поставил, был оснащен батарейным зажиганием с катушкой индуктивности и распределителем (вращающимся прерывателем контакта с питанием от двигателя).

В конце XIX в. научной основой двигателе-строения стала термодинамика. Конструкторы предположили: если газо-воздушная смесь будет достаточно горячей и хорошо сжатой, она воспламенится самостоятельно, без помощи искры. Первым инженером, воплотившим эту идею в практику, стал англичанин Герберт Стюарт. В 1890 г. он запатентовал первый образец двигателя с воспламенением от сжатия. Через два года немецкий изобретатель Рудольф Дизель получил патент на похожий двигатель, а в 1897 г. продемонстрировал свое изобретение. В его честь двигатель такого типа называют дизелем. Дизельный двигатель работает на менее очищенном, более дешевом, чем бензин, топливе. Дизельное топливо, или дерв, - это продукт первичной переработки сырой нефти, а потому обладает намного большей плотностью и меньшей воспламеняемостью, чем бензин. Кроме того, дизелю не требуются свечи и система зажигания. Коэффициент его полезного действия (по отношению к теплотворной способности топлива) составляет 35 % против 25 % бензинового двигателя, однако эта цифра сильно уступает теоретическому значению, которое для теплового двигателя составляет 67 %.

Впрочем, эволюция двигателя внутреннего сгорания на этом не закончилась. Как и паровая машина, ранние бензиновые (и все современные дизельные) двигатели представляли собой машины возвратно-поступательного действия. Подвижный поршень производит движение только вверх-вниз (или из стороны в сторону), которое нужно превратить во вращательное. Однако существуют «ротационные» бензиновые двигатели, успешно работающие как моторы для самолетов с пропеллерами.

В 1929 г. немецкий инженер Феликс Ванкель запатентовал ротационный, или роторно-поршневой, двигатель внутреннего сгорания. Первый его вариант был создан в 1956 г. Трехгранный ротор двигателя вращается внутри «цилиндра», выполненного в форме широкой восьмерки. Геометрия создает три зоны, которые можно считать камерами сгорания. Этот двигатель -четырехтактный, с одной или двумя свечами зажигания и двумя отверстиями - одним для впуска газовоздушной смеси и другим для выпуска отработанных газов.