Вы - житель современного мегаполиса? Выгляните из окна! Что вы увидите в первую очередь? Ну, конечно же, где бы вы ни жили и где бы вы ни работали, вы, скорее всего, увидите автомобиль. Однако далеко не каждый знает, что своим появлением современные машины обязаны в первую очередь трем людям - «великой троице» автомобильного мира. Их имена - Отто Николаус Август , Карл Бенц и Рудольф Дизель . Все трое, как ни странно, - немцы. Наводит на размышления?

Вот уже около 120 лет человек не может представить жизни без автомобиля - этого, по удачному определению, «железного коня», заменившего лошадей настоящих, верой и правдой служивших европейцам много веков. Недавно мы уже рассказывали о человеке , изменившем мир - а сегодня попытаемся заглянуть еще дальше в прошлое, - к самому появлению основы основ современного автомобилестроения, четырехтактного двигателя.

За более чем столетний период, который по справедливости именуют «автомобильной эрой», менялось все - формы, технологии, решения. Исчезали одни марки и взамен приходили другие. Несколько витков развития прошла автомобильная мода. Неизменным осталось одно - число тактов, по которым работает двигатель. И в истории автомобилестроения это число навсегда связано с именем немецкого изобретателя-самоучки Отто Николауса Августа (Otto Nikolaus August).

Будущий конструктор родился 10 июля 1832 года в городе (по другим сведениям - в деревушке) Хольцхаузен. Рано оставшись без отца, Отто был вынужден прервать обучение в училище и начать работать - продавцом, в лавке колониальных товаров. Однако, несмотря на сложность внешних обстоятельств, он все же находил время для того, чтобы посещать прикладные научные курсы, связанные с техникой. Вынужденный по долгу службы проводить немало времени в разъездах, Николаус не мог получить систематического образования, однако врожденное любопытство, пытливый ум и одаренность делали свое дело.

Первые самостоятельные изыскания относятся к концу 50-х, когда французский изобретатель Ленуара представил миру первый двухтактный двигатель, имевший огромное количество недостатков - например, небольшой ресурс и склонность к возгоранию. Тщательно проанализировав его конструкцию, немец пришел к выводу, что технология нуждается в существенной доработке - и с тех пор все свободное время начал посвящать созданию газового мотора собственной конструкции. Результаты не заставили себя долго ждать - в 1863 г. молодой изобретатель получил патент на 2-тактный атмосферный газовый двигатель. Агрегат с поршнем от авиационного мотора и ручным стартером, работавшим уже на традиционной для современного автомобиля смеси: 1 кг горючего (использовался лигроин) на 15 кг окислителя - воздуха.

Хотя эта конструкция по КПД превосходила паровой двигатель и была приспособлена к эксплуатации, Отто не собирался останавливать исследований в этом направлении - на его взгляд, оптимальная конструкция еще не была спроектирована.

В 1864 г. совместно с видным промышленником Ойгеном Лангеном (Eugen Langen) изобретатель основал в Кёльне фирму «Отто и Ко» - и сосредоточился на поиске наилучшего решения. 21 апреля 1876 года он получил патент на очередную версию двигателя, который годом позже был представлен на Парижской выставке 1867 г., где и был отмечен Большой золотой медалью.

«Новая редакция» агрегата имела вертикальный цилиндр, открытый сверху. Усилие от поршня через зубчатую рейку и шестерни передавалось на рабочий вал. Двигатель был очень высоким и для самодвижущихся экипажей явно не подходил, но как стационарный получил широкое распространение. Примечательно, что аналогичный двигатель использовал в 1907 году Франсуа де Риваз при конструировании самодвижущейся машины со взрывным двигателем и электрическим зажиганием. А практически одновременно с Отто подобную идею воплотил в жизнь Альфонс Бо де Рош - однако французскому изобретателю не удалось пойти дальше чертежей и создать работающий агрегат.

Признание послужило хорошим стимулом для продолжения работы - в1872 г. предприятие Отто и Лангена переехало в г. Дойц, а фирма получила новое название Gasmotorenfabric Deiz AG (сокращенно - «Дойц»). К слову сказать, буквально с первых же дней основания в компании «Дойтц» начинали карьеру в качестве главного инженера Готлиб Даймер, а в качестве главного конструктора - Вильгельм Майбах.

В конце 1875 г. Отто закончил разработку проекта принципиально нового первого в мире 4-тактного двигателя. Конечно, эксперименты по созданию такого агрегата производились и раньше, но авторы сталкивались с рядом проблем, в первую очередь с тем, что вспышки горючей смеси в цилиндрах происходили в настолько неожиданных последовательностях, что обеспечить ровную и постоянную передачу мощности было невозможно. Но именно немцу удалось найти единственно верное решение. Опытным путем он установил, что неудачи всех прежних попыток были связаны как с неправильным составом смеси (пропорции горючего и окислителя), так и с ложным алгоритмом синхронизации системы впрыска топлива и его сгорания.

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя
Из названия ясно, что рабочий цикл четырёхтактного двигателя - это четыре основных этапа (такта).

1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки в нижнюю мёртвую точку. При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь. 2. Сжатие. Поршень идёт из нижней точки в верхнюю, сжимая рабочую смесь. Температура смеси растет. Здесь же возникает отношение рабочего объёма цилиндра в нижней мертвой точки и объёма камеры сгорания в верхней - так называемая «степень сжатия». Чем больше эта величина, тем больше топливная экономичность двигателя. Для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льшим октановым числом, которое дороже. 3. Сгорание и расширение (или рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из верхней точки в нижнюю топливо сгорает, и под действием тепла рабочая смесь расширяется, толкая поршень.

4. Выпуск. После нижней мертвой точки рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. Когда поршень достигает верхней точки, выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала.

Для старта следующего шага не нужно ждать окончания предыдущего - в реальности у двигателя открыты оба клапана (впускной и выпускной). В этом и состоит отличие от двухтактного двигателя, где рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. Понятно, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра будет мощнее - в среднем, в полтора раза. Однако ни большая мощность, ни отсутствие громоздкой системы клапанов и распределительного вала, ни дешевизна при изготовлении не способна перекрыть преимущества четырехтактных двигателей - больший ресурс, бо́льшую экономичность, более чистый выхлоп и меньший шум.

Буквально сразу после изобретения практичный немец решил запатентовать новинку, которая имела громадный коммерческий потенциал. И ему это удалось - около 10 лет Отто единолично наслаждался славой первопроходца бензиновой эры. Новый двигатель продавался очень хорошо: за 15 лет он разошелся тиражом в 30 000 экземпляров. Однако действие патента было приостановлено раньше срока - Альфонс Бо де Роша по праву мог бы претендовать на соавторство этого изобретения. Все бы ничего, да немецкий конструктор слишком активно отстаивал свои авторские права у фирм, начавших производство двигателей внутреннего сгорания, в результате чего и лишился возможности получать огромные гонорары.

Однако от творческой и изобретательской деятельности за все это время Отто не отказался - в 1884 г. он предложил использовать электрическое зажигание, благодаря чему началось активное внедрение жидкого топлива. Вероятно, именно благодаря этому обстоятельству трепетное отношение к изобретателю сохраняется и сегодня. Не желая почивать на лаврах, трудолюбивый инженер продолжал фантазировать, мыслить и изобретать. Впрочем, в преддверии Детройтского автосалона , который довольно четко наметил тенденцию к поиску новых технологий и идей, связанных с альтернативными источниками энергии, в вечной жизни четырехтактного двигателя внутреннего сгорания можно и усомниться. Увы, ничто материальное не вечно.

Первичные двигатели

Первыми первичными двигателями стали парус и водяное колесо. Парусом пользуются уже более семи тысяч лет.

• стационарные плазменные двигатели;
• двигатели с анодным слоем;
• радиоионизационные двигатели;
• коллоидные двигатели;
• электромагнитные двигатели и др.

Тепловые двигатели по устройству

• прямоточные реактивные (ПВРД);
• пульсирующие реактивные (ПуВРД);
• газотурбинные двигатели :
  • турбореактивные (ТРД);
  • двухконтурные (ТРДД);
  • турбовинтовые (ТВД);
  • турбовинтовентиляторные ТВВД ;

Ракетные двигатели

• некоторые типы электроракетных двигателей .

По применению

В связи с принципиально различными требованиями к двигателю в зависимости от его назначения, двигатели идентичные по принципу действия, могут называться «корабельными», «авиационными» , «автомобильными» , космическими и т. п.

Категория «Двигатели» в патентоведении одна из наиболее активно пополняемых. В год по всему миру подаётся от 20 до 50 заявок в этом классе. Часть из них отличаются принципиальной новизной, часть - новым соотношением известных элементов. Новые же по конструкции двигатели появляются очень редко.

Переносные значения

Важность, первичность двигателя в технике привела к тому, что слово «двигатель» употребляется в переносном смысле во всех сферах деятельности человека (например, в экономике общеизвестно выражение «Реклама - двигатель торговли»)

См. также

• Корабельная силовая установка
• Гидродвигатель

Примечания

Источники

Ссылки

Двигатели

Паровая машина Двигатель Стирлинга Пневматический двигатель По виду рабочего тела Газовые

Зигфрид Маркус родился в еврейской семье в 1831 году в Германии. 17-летним юношей он уже работал в Берлине на прокладке коммуникаций телефонной связи, затем долгое время трудился механиком в немецкой электрической компании «Сименс унд Хальске» в Берлине.

Маркус хорошо изучил историю транспортной техники. Все это время он мечтал построить свой самодвижущийся экипаж.

Тем временем в судьбу Маркуса вмешалась политика — назревала война между Германией и Францией. Ему грозил призыв на военную службу. Чтобы избежать этого, в 1852 году он перебрался в Австро-Венгрию, в Вену, где некоторое время работал в Венском университете.

С 1860 года Маркус получил возможность полностью посвятить себя собственным увлечениям, среди которых главное место занимала электротехника. Им были изобретены телефонное реле, микрофон, громкоговоритель, электрические предохранители для подводных мин и прочее.

Зигфрид решил многие технические проблемы и кое-что запатентовал. В одной только Австро-Венгрии ему принадлежат 38 патентов. Широкое применение нашло открытое Маркусом в 1864 году магнетоэлектрическое зажигание (магнето), которое позже стали использовать в двигателях внутреннего сгорания. Карбюратор Маркуса, запатентованный в 1865 году, нашел практическое применение прежде всего в двигателе воздушного охлаждения фирмы Langen I Wolf, а вскоре и в его собственном.

К тому времени двигатели с воздушным охлаждением считались уже устаревшими. Для создания усовершенствованного двигателя внутреннего сгорания Маркус нашел изготовителя в Вене — Якоба Вархаловского (поляк, авиаконструктор и летчик), а в Праге — фирму Marky, Bromovsky I Schulz.

Построенный Зигфридом одноцилиндровый двигатель с объемом 1570 с м3 достигал мощности 0,73 кВт (1 л.с.) при 300 об/мин. Обороты регулировались при помощи вентиля. Охлаждением служил естественный оборот воды, поступающей из большого резервуара под задним сиденьем. Двигатель весил 280 кг и имел карбюратор собственной конструкции, который обогревался выхлопными газами. Изобретатель испытал его в сентябре 1870 года на своей первой самодвижущейся повозке, а затем построил более компактный мотор.

В 1875 году Маркус поставил свой двигатель на деревянную раму от конной пролетки на 4-х деревянных колесах. Передние колеса поворачивались вместе с осью, а для управления было приспособлено небольшое рулевое колесо. Водитель и пассажир сидели на деревянной скамейке в центре машины. На первом образце передняя ось имела резиновые подушки, которые потом заменили металлическими рессорами. Задние колеса крепились к раме жестко и снабжались тормозными башмаками. Они прижимались ручным рычагом прямо к ободам колес. Трансмиссия приводила в действие не коленвал, а маховик. С него вращение на задние колеса передавалось при помощи конического сцепления и ременной передачи.

Эта машина была собрана на механическом заводе Лихтенштейна в местечке Адамов — близ города Брно в современной Чехии. Эта страна тогда входила в состав Австро-Венгрии.

К автомобилю — а вернее, моторной повозке — Зигфрида Маркуса местные обыватели и полиция сначала отнеслись враждебно, и ему приходилось испытывать свое изобретение по ночам, на тихих улицах близ кладбища. Это происходило уже в Вене, куда автомобиль Маркуса перевезли по железной дороге. Его шарабан еле-еле тащился по булыжным мостовым, нещадно чихая и треща, пугая собак и добропорядочных граждан. Скорость моторной повозки Маркуса составляла 6−8 км/час и не производила никакого впечатления. Его легко обгоняли не только конные экипажи, но и модные тогда велосипеды.

Никто не заинтересовался изобретением Зигфрида. Однако он, вечно грязный, с покрытым копотью лицом, не обращая внимания на сердитые возгласы горожан, продолжал испытывать свое детище.

Умер Маркус в 1889 году. В настоящее время он почти забыт, заслоненный именами Даймлера, Бенца и других конструкторов автомобилей, модели которых появились значительно позже.

Судьба первого автомобиля Зигфрида Маркуса сложилась так. После смерти изобретателя в 1898 году его машину забрали в Австро-Венгерский автомобильный клуб, а потом она стала экспонатом технического музея в Вене. Рядом с ним долгое время стояла табличка: «Повозка Маркуса (1875 г.). Готова к действию».

Австрийцы еще в 1898 году воздвигли Зигфриду Маркусу памятник. Он стал одним из национальных героев, и как один из выдающихся изобретателей XIX века, живший в Вене, был изображен на австрийской марке (1971).

Австрийцы твердо уверены, что первый в мире автомобиль был создан именно у них в далеком 1875 году — задолго до того, как в других странах появились его более удачливые соперники, добившиеся официального признания.

Сохранился и сам этот автомобиль — он находится в Венском индустриальном музее. Голограмма первого автомобиля с бензиновым двигателем З. Маркуса экспонировалась в 1997 году в Национальном музее науки и технологии в Хайфе на выставке «Евреи Вены», подготовленной Еврейским музеем в столице Австрии.