📌Циклы двигателя
Под циклом подразумеваются действия, которые повторяются в отдельном цилиндре. Четырехтактный мотор оснащается механизмом, который обеспечивает срабатывание каждого из этих циклов.
В ДВС поршень выполняет возвратно-поступательные движения (вверх/вниз) по цилиндру. Шатун и кривошип, закрепленный на нем, преобразует эту энергию во вращение. Во время одного действия – когда поршень доходит от нижней точки до верхней и обратно – коленчатый вал делает один оборот вокруг своей оси.
Чтобы этот процесс происходил постоянно, в цилиндр должна поступать воздушно-топливная смесь, она должна в нем сжиматься и воспламеняться, а также должны удаляться продукты горения. Каждый из этих процессов происходит за один оборот коленвала. Эти действия называются тактами. Всего в четырехтактнике их четыре:
- Впуск или всасывание. На этом такте в полость цилиндра всасывается воздушно-топливная смесь. Она поступает через открытый впускной клапан. В зависимости от типа топливной системы бензин смешивается с воздухом во впускном коллекторе или непосредственно в цилиндре, как, например, у дизелей;
- Сжатие. В этот момент как впускной, так и выпускной клапаны закрыты. Поршень идет вверх благодаря провороту коленвала, а он вращается за счет выполнения других тактов в смежных цилиндрах. В бензиновом моторе ВТС сжимается до нескольких атмосфер (10-11), а в дизеле – более 20атм.;
- Рабочий ход. В момент, когда поршень остановится в самом верху, сжатая смесь зажигается при помощи искры от свечи зажигания. В дизельном агрегате этот процесс несколько отличается. В нем воздух так сильно сжимается, что его температура подскакивает до значения, при котором солярка загорается самостоятельно. Как только происходит взрыв смеси топлива и воздуха, высвободившейся энергии некуда деваться, и она перемещает поршень вниз;
- Выпуск продуктов горения. Чтобы камера наполнилась свежей порцией горючей смеси, газы, образовавшиеся в результате воспламенения, необходимо удалить. Это происходит в следующем такте, когда поршень идет вверх. В этот момент открывается выпускной клапан. При достижении поршнем верхней мертвой точки цикл (или совокупность тактов) в отдельном цилиндре замыкается, и процесс повторяется.
«Официальный» первый автомобиль Бенца
В целом имеются сведения о четырёхстах с лишним конструкций, которые теоретически могут претендовать на звание первого автомобиля. Для разрешения этого спорного вопроса специалистами было сформулировано четыре необходимых критерия. Первый критерий — разработка конструкции, второй — оформление патента или другого документа, закрепляющего право на изобретение. Третий критерий — существование реальной работоспособной модели и проведение её испытаний на публике. И наконец последний критерий — организация более или менее массового производства.
И получается, что первым все критерии выполнил немецкий инженер Карл Бенц. Он запатентовал свою разработку в начале 1886 года. И ещё 1885 году Карл показывал жителям Мангейма свой трёхколёсный самодвижущийся экипаж. Впрочем, эта демонстрация обернулась провалом. Шум двигателя автомобиля Бенца, когда тот ехал по городу, сильно испугал лошадь мясника. Она поскакала во весь опор, опрокинув телегу с товарами. Карл вынужден был приобрести испорченный товар, а автомобиль поставил на место и продолжил работать над ним.
Вот он — самый первый автомобиль Карла Бенца!
Большое значение для популяризации автомобиля сыграла супруга Карла Берта. Летним утром 1888 года она вместе с двумя сыновьями просто «угнала» машину мужа — на ней женщина отправились в населённый пункт Пфорцхейм.
Путешествие выдалось нелёгким. Бензин тогда возможно было приобрести лишь в специальных лавках, где он продавался как средство для устранения пятен. Возникшие в пути поломки исправлялись подручными средствами — например, для того, чтобы прочистить засорённый бензопровод, Берта воспользовалась булавкой со шляпки. А ленточка с этой же шляпки была использована для того, чтобы закрепить некоторые элементы системы зажигания. Всякий раз, спускаясь под горку, Берта волновалась — вдруг не сработает тормоз, сделанный из дерева. Несколько раз путешественники делали остановку и упрашивали сапожников дополнительно обить его кожей. Цепи привода задних колёс повредились и стали соскакивать — поэтому пришлось сделать остановку ещё и в мастерской кузнеца.
Когда путешественники достигли пункта назначения, жители Пфорцхейма сбежались к трёхколёсной «безлошадной повозке», чтобы просто посмотреть на неё. Об автопробеге Берты написали газетчики, заинтересовал их и сам автомобиль. Берта, можно сказать, доказала его практическую полезность, и с этого момента Карл Бенц начал своё восхождение к славе. А в 2008 году в честь легендарной поездки дорога из Мангейма в Пфорцхейм протяжённостью в 80 километров была названа Мемориальной трассой имени Берты Бенц.
Берта Бенц едет на машине мужа (реконструкция)
В автомобиле Бенца, запущенном в массовое производство в том же 1888 году, стоял бензиновый двигатель с водяным охлаждением объёмом 1,7 литра. В этом автомобиле также было воплощено электрическое зажигание. А управлялся он при помощи руля в виде буквы «Т». Максимальная скорость, которую мог развить такой автомобиль, составляла всего 19 километров в час.
Изделия Бенца вскоре стали пользоваться значительным успехом. К 1900 году он продал больше двух тысяч автомобилей и стал самым крупным на то время автопроизводителем на планете. Разумеется, покупать машины могли только богатые люди, так как стоили они недёшево. И тогда их воспринимали в основном не как средство передвижения, а как способ показать свой статус (впрочем, и сегодня эта тенденция прослеживается).
Надо сказать, что изобретение Бенца и последующий бум автомобилестроения привёл к самым различным переменам в жизни людей. Например, он спровоцировал резкий рост нефтяной промышленности, а также рост производства минеральных смазочных материалов.
Ещё в 1896 году американец Уильям Брайан стал первым кандидатом в президенты, который провёл предвыборную кампанию, общаясь с толпой из автомобиля. А, допустим, в 1899 году в американском штате Огайо самодвижущийся фургон стали использовать для перевозки заключенных — в общем, количество перемен, которые так или иначе связаны с автомашинами, росло с каждым годом.
Поршневой ДВС с искровым зажиганием (двигатель Отто)
Является наиболее распространённым по количеству, поскольку число автомобилей в мире на 2014 год составляло более 1,2 млрд., и большая их часть приводится в движение двигателем Отто. Классический цикл Отто четырёхтактный, хотя раньше него возникли двухтактные моторы с искровым зажиганием. Но ввиду плохих экологических и экономических (расход горючего) показателей, такие двигатели применяют всё реже.
Бензиновый двигатель
Работа двигателя Отто
Является наиболее распространённым вариантом, установлен на значительной части транспортных машин (ввиду меньшей массы, стоимости, хорошей экономичности и малошумности). Имеет два варианта системы подачи топлива: инжектор и карбюратор. В обоих случаях в цилиндре сжимается топливо-воздушная смесь, подверженная детонации, поэтому степень сжатия и уровень форсирования такого двигателя ограничены октановым числом топлива.
Карбюраторный двигатель
Особенностью является получение топливо-бензиновой смеси в специальном смесителе, карбюраторе. Ранее такие бензиновые двигатели преобладали; теперь, с развитием микропроцессоров, их область применения стремительно сокращается (применяются на маломощных ДВС, с низкими требованиями к расходу топлива).
Инжекторный двигатель
Особенностью является получение топливной смеси в коллекторе или открытых цилиндрах двигателя путём подачи инжекторной системой подачи топлива. В настоящий момент является преобладающим вариантом ДВС Отто, поскольку позволяет резко упростить электронное управление двигателем. Нужная степень однородности смеси достигается за счет увеличения давления форсуночного распыливания топлива. Одним из вариантов является непосредственный впрыск топлива, кроме высокой равномерности позволяющий повысить степень сжатия (а значит, и экономичность) двигателя. Впервые системы впрыска появились на авиационных двигателях, поскольку позволяли дозировать смесь в любом положении двигателя.
Роторно-поршневой
Работа двигателя Ванкеля
Предложен изобретателем Ванкелем в начале XX века. Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Строился серийно фирмой НСУ в Германии (автомобиль RO-80), ВАЗом в СССР (ВАЗ-21018 «Жигули», ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526), Маздой в Японии (Mazda RX-7, Mazda RX-8). При своей принципиальной простоте имеет ряд существенных конструктивных сложностей, делающих его широкое внедрение весьма затруднительным. Основные трудности связаны с созданием долговечных работоспособных уплотнений между ротором и камерой и с построением системы смазки, и потому — с выполнением экологических требований.
RCV — двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт движения поршня, который совершает возвратно-поступательные движения, попеременно проходя впускной и выпускной патрубок
Обычно роторно-поршневые ДВС используют в качестве топлива бензин, но возможно и применение газа. Роторно-поршневой двигатель является ярким представителем бесшатунных ДВС, наряду с двигателем Баландина.
Газовые двигатели
Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:
- смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.
- сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150—200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя.
- генераторный газ — газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твёрдого топлива используются: уголь, торф, древесина.
Эти двигатели имеют широкое применение, например, в электростанциях малой и средней мощности, использующих в качестве топлива природный газ (в области высоких мощностей безраздельно господствуют газотурбинные энергоблоки). Могут работать по 2-тактному циклу, однако такой вариант распространён меньше.
История электромобилей в США
Американцы же оказались несколько проворней. Начав с изобретения электровагона на шесть пассажиров в 1891 году и электрического велосипеда в 1895 году, они также пришли к осознанию потенциала электродвигателей. В 1897 году в Нью-Йорке уже действовала целая линия такси из нескольких десятков тысяч электромобилей. А Филадельфия стала известна нововведением в качестве электрического железнодорожного транспорта для перевозки пассажиров.
Наиболее известным изобретателем в США стал Уолтер Бейкер. Его экипажи и автомобили были достаточно удобными, хоть и тяжеловесными. Они могли конкурировать с машинами Паккарда, Форда и Олдеа, которые работали на бензине. Свои электромобили он оснащал мягкой подвеской на четырех рессорах. Благодаря емкому аккумулятору заряда хватало на 6-8 часов езды. К 1901 году электромобили Бейкера выдавали скорость до 30 километров в час, а заряда аккумулятора хватало на расстояние до 80 км.
Deutz AG
В 1864 году Николаус Отто и Ойген Ланге основали собственную фирму — N. A. Otto & Cie. Все началось маленького производственного цеха, где компаньоны собственноручно собирали первые двигатели. Позднее в компанию пришли такие небезызвестные для автомобильной индустрии люди как Вильгельм Майбах, Этторе Бугатти и Готлиб Даймлер. Последний с 1872 года занимал должность технического директора. В том же году компания меняет название на Gasmotoren-Fabrik Deutz AG.
В 1875 году случилось знаковое событие, которое навсегда перевернуло индустрию. Николаус Отто создал первый успешно работающий четырехтактный ДВС. В отличие от мотора Ленуара, новый двигатель работал намного эффективнее. Уже на первых порах его термический КПД превысил 15%. Кроме того он получился мощнее и экономичнее. Фактически новый мотор Отто послужил началом конца паровых машин.
Интересно посмотреть на характеристики этого двигателя. Одноцилиндровый мотор объемом в 6,1-литра развивал 3 л.с. при 180 об/мин. К примеру 18-литровый агрегат Ленуара развивал всего 2 л.с. Кроме того двигатель Отто был почти в 5 раз экономичнее. В результате новый, более эффективный мотор быстро вытеснил двигатель Ленуара с рынка.
Прообразы автомобилей
Первый механизм, положенный в основу современных машин – колесо. Оно было изобретено на территории современной Румынии более 5 тысяч лет тому назад, распространилось по Европе и всему миру. Сейчас колёса используются для всех подвижных машин.
Используя колёса, человек придумал тачку для перевозки камней и земли. Усовершенствовав тачку, он установил её на два колеса. Первым прообразом нынешних машин стала телега на четырёх колёсах. Поначалу она приводилась в действие мускульной силой людей. Затем в качестве тяги стали использоваться животные.
Жители различных стран приспособили для упряжи в телеги животных, исторически проживающих на данной территории. Такой тяговой силой в разных регионах планеты Земля стали лошади, мулы, волы, ослы.
В 1817 году немецким профессором бароном Карлом фон Дрез из города Карлсруэ создан макет первого самоката с рулём. Дальнейшее усовершенствование позволило передвигаться человеку с помощью педалей, которые он крутил ногами. Повсеместно стали появляться четырёхколёсные тележки, приводившиеся в движение педалями.
https://youtube.com/watch?v=941ppucg0sA
Принцип работы ДВС: основные моменты
Принцип работы двухтактного двигателя
Принцип работы такого двигателя объясняется в циклах (тактах) и их всего два:
1. Такт сжатия. Все начинается с того, что поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке, перекрывая продувочное и выпускное окно. После того как произошло закрытие выпускного окна, в цилиндре происходит сжатие горючей смеси.
Одновременно со сжатием горючей смеси в кривошипной камере создается разряжение, под действием которого из выпускного коллектора через впускное окно и приоткрытый клапан поступает уже готовая горючая смесь непосредственно в кривошипную камеру.
2. Такт рабочего хода. Сжатая рабочая смесь при положении поршня около верхней мертвой точки воспламеняется искрой от свечи. В результате воспламенения резко возрастает температура и давление. Вследствие этого газы расширяются, и поршень перемещается к нижней мертвой точке (происходит полезная работа).
Поршень, опускаясь вниз, создает в кривошипной камере избыточное давление. Под действием этого давления клапан закрывается, не давая горючей смеси вернуться во впускной коллектор. Когда поршень доходит до выпускного окна, оно открывается, и происходит выпуск отработанных газов. Давление в цилиндре понижается.
Далее поршень открывает продувочное окно, осуществляя продувку цилиндра от остатков отработанных газов и заполняя его горючей смесью.
Принцип работы четырехтактного двигателя
Принцип работы четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов:
- Впуск. При перемещении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке создается разряжение рабочей камеры и происходит открытие впускных клапанов. В цилиндр засасывается горючая смесь. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, впускные клапаны закрываются.
- Сжатие. При перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке происходит сжатие горючей смеси, вследствие этого увеличивается давление в камере и повышается температура горючей жидкости. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет горючую смесь.
- Рабочий ход или расширение. Происходит пик сгорания горючей смеси. Выделяется много тепла, повышается температура газов продуктов сгорания и давление в цилиндре. Под давлением поршень движется вниз к нижней мертвой точке и через шатун раскручивает коленчатый вал.
- Выпуск. При перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке распределительный вал открывает выпускной клапан и поршень выдавливает отработанные газы. После выпуска отработанных газов выпускной клапан закрывается.
В цилиндрах такты чередуются с определенной последовательностью (1-3-4-2). Это главное правило для стабильной работы четырехтактного двигателя.
Отец основатель автоиндустрии
Но, как не крути, самый большой взнос в развитие автомобилестроения и автодвигательных разработок внес американский конструктор, инженер и просто легенда — Генри Форд. Его лозунг: «Автомобиль для всех» нашел признание у простых людей, что и привлекло их. Основав в 1903 году , он не только принялся за разработку нового поколения двигателей для своего автомобиля Форд А, но и дал новые рабочие места простых инженерам и людям.
В 1903 году против Форда выступил Селден, который утверждал, что первый использует его разработку двигателя. Судебный процесс длился целых 8 лет, но при этом, ни один из участников, так и не смог выиграть процесс, поскольку суд решил, что права Селдена не нарушены, а Форд использует свой тип и конструкцию мотора.
В 1917 году, когда США вступила в первую мировую войну, компания Форд начинает разработку первого тяжелого двигателя для грузовых автомобилей с повышенной мощностью. Так, к концу 1917 года Генри представляет первых бензиновый 4-х тактный 8-ми цилиндровый силовой агрегат Форд М, который начала устанавливаться на грузовые автомобили, а в последствие и во время 2-й мировой на некоторые грузовые самолеты.
Реактивные, турбореактивные, газотурбинные, роторные ДВС
Начали широкое техническое развитие только в XX веке, ввиду сложностей технического характера для их конструирования, расчёта и изготовления. Хотя первые реактивные двигатели применяли в ракетах ещё задолго до этого, они имели ограниченное применение (пиротехника, военное дело) и были одноразовыми (разрушались вместе с ракетой). Космонавтика стала возможна лишь благодаря новым, усовершенствованным ДВС (многоступенчатые ракеты с мощными ЖРД).
Турбореактивные двигатели были анонсированы в условиях военных действий в гитлеровской Германии. Первые такие двигатели были установлены на реактивных самолётах, таких как Ме-262, беспилотный самолёт-снаряд Фау-1. Неоценимый вклад в этой области внёс Вернер фон Браун: разработанные им двигатели на новых ракетах Сатурн-5 позволили осуществить лунную программу. Без разработки столь мощных и надёжных ДВС выход за пределы атмосферы до сих пор является невозможным.
Газотурбинные двигатели, также СПГГ и дизель-молоты, имеют широкое распространение в промышленности, строительстве, флоте и военном деле. Начиная с середины XX века они получили широчайшее распространение.
Роторные ДВС одно время представлялись полноценным заменителем поршневых ДВС. Однако, несмотря на все усилия конструкторов фирмы Mazda и последующих, они не смогли уложиться в ужесточающиеся новые экологические нормы. Вместе с этим, осталась проблемой и долговечность таких двигателей, наряду с достаточно большой стоимостью изготовления и ремонта. Поэтому к настоящему времени такие двигатели почти полностью исчезли, их область применения занята поршневыми комбинированными и газотурбинными двигателями.
1955 год: впрыск топлива
До появления системы впрыска процесс попадания топлива в камеру сгорания двигателя был неточным и плохо регулируемым, поскольку топливно-воздушная смесь подавалась с помощью карбюратора, который постоянно нуждался в очистке и периодической сложной механической регулировке. К сожалению, на эффективность работы карбюраторов влияли погодные условия, температура, давление воздуха в атмосфере и даже на какой высоте над уровнем моря находится автомобиль. С появлением же электронного впрыска топлива (инжектора) процесс подачи топлива стал более контролируемым. Также с появлением инжектора владельцы автомобилей избавились от необходимости вручную контролировать процесс прогрева двигателя, регулируя дроссельную заслонку с помощью «подсоса». Для тех, кто не знает, что такое подсос:
Подсос – это ручка управления пусковым устройством карбюратора, с помощью которой на карбюраторных машинах было необходимо регулировать обогащение топлива кислородом. Так, если вы запускаете холодный двигатель, то на карбюраторных машинах необходимо открыть «подсос», обогатив топливо кислородом больше, чем необходимо на прогретом моторе. По мере прогревания двигателя нужно постепенно закрывать ручку регулировки пускового устройства карбюратора, возвращая обогащение топлива кислородом к нормальным значениям.
Сегодня подобная технология, естественно, выглядит допотопно. Но еще совсем недавно большинство автомобилей в мире оснащались карбюраторными системами подачи топлива. И это несмотря на то, что технология впрыска топлива с помощью инжектора пришла в мир в 1955 году, когда инжектор впервые был применен на автомобиле (ранее эта система подачи топлива использовалась в самолетах).
В этом году было проведено испытание инжектора на спорткаре Mercedes-Benz 300SLR, который смог проехать, не сломавшись, почти 1600 км. Это расстояние автомобиль преодолел за 10 часов 7 минут и 48 секунд. Испытание проходило в рамках очередной автогонки «Тысяча миль». Эта машина установила мировой рекорд.
Кстати, Mercedes-Benz 300SLR стал не только самым первым серийным автомобилем с инжекторным впрыском топлива, разработанным компанией Bosch, но и самым быстрым автомобилем в мире в те годы.
Два года спустя компания Chevrolet представила спорткар Corvette с впрыском топлива (система Rochester Ramjet). В итоге этот автомобиль стал быстрее первооткрывателя Mercedes-Benz 300SLR.
Но, несмотря на успех Chevrolet Corvette с уникальной системой впрыска топлива Rochester Ramjet, именно электронные инжекторные системы Bosch (с электронным управлением) начали свое наступление по миру. В результате за короткое время впрыск топлива, разработанный компанией Bosch, начал появляться на многих европейских автомобилях. В 1980-е годы электронные системы впрыска топлива (инжектор) охватили весь мир.
Начало XX века
В начале XX века появилась идея о том, чтобы внедрить электродвигатели в сферу пожаротушения. Таким образом, появились автомобили, которые перемещались своим ходом на ограниченные расстояния. Они были достаточно тяжелыми, однако внесли большой вклад в обеспечение безопасности горожан. Первую линию пожарных машин, работающих от аккумуляторов, выпустила в Германии в 1901 году.
Наиболее крупными компаниями, которые производили электрокары и электроэкипажи, были «Бейкер Мотор Винкл (Франция), «Берсей» (Великобритания), «Лорнер» (Австралия). На американском рынке соотношение производимых автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и работающих на электричестве говорила о широкой популяризации последних. Так в первые годы XX века из 2,5 тысяч выпущенных автомашин 1,5 тысячи были оснащены электродвигателем.
Одним из наиболее известных в США и мире стал экипаж Вуда, который свидетельствовал о немалом прорыве в области электродвигателей. Данный транспорт обеспечивал стабильную скорость в 14 миль/ч с запасом до 18 миль/ч. Его оценивали в 2 тыс. долларов США, что в то время было колоссальной суммой для многих американцев. Со временем к 1916 году появился и также прославился автомобиль Вуда, который был настоящим гибридом и мог работать на электродвигателе и двигателе внутреннего сгорания.
К перемене места жительства
Появление автомобиля и исчезновение лошадиных повозок с улиц и дорог серьезно изменили образ жизни людей. Более высокие скорости передвижения (как автомобилями, так и общественным транспортом, использующим ДВС, — автобусами), надежность и дешевизна нового транспорта изменили облик городов. Люди смогли селиться дальше от места работы, поскольку теперь они полагались не только на свои ноги и — в редких случаях — на конный транспорт.
Самым ярким показателем этого процесса стала субурбанизация — развитие пригородов, которое отмечалось в XX веке по всему миру, но сильнее всего в Соединенных Штатах. Переезд горожан в пригороды был вызван рядом факторов, как внешних, так и внутренних. Высокая плотность населения выталкивала людей из центра, а дешевизна земли и недвижимости стимулировала переезд в пригороды. С появлением автомобилей и сети дорог, переезд на окраины и в пригороды стал реальностью.
В Соединенных Штатах и Канаде этот процесс происходил гораздо активнее, чем в куда более густо заселенной Европе (что означало более высокую стоимость земли даже на окраине городов). К началу XXI века в пригородах жило уже более половины населения США, что обеспечило американцам более комфортные условия.
Быстрее всего процесс субурбанизации шел в 1950-х и 1960-х (при дешевой нефти, улучшении дорог и самих автомобилей, которые позволили переезжать все дальше от места работы) и не прекратился даже с началом «нефтяных кризисов».
При этом в пригородах начала развиваться инфраструктура, отличающаяся от внутригородской. Посещение магазинов, кинотеатров, ресторанов и т. д. здесь сопряжено не с пешеходной прогулкой, а с поездкой на автомобиле. В результате стали появляться гигантские торговые центры (с гигантскими же парковками), кинотеатры-мультиплексы и рестораны быстрого питания, где можно поесть, не покидая автомобиля.
Для передвижения между городами в течение всего XX века совершенствовалась дорожная система, что во многом привело к концу золотого века железных дорог. Автомагистрали были предназначены для скоростного движения автомобилей из города в город, поэтому они были отделены от обычных дорог. Их строительство началось еще в 1920-х (первая автомагистраль под Миланом была построена в 1924 году), но затем ускорилось в годы Великой депрессии. Пытаясь создать рабочие места, правительства западных стран выделяли средства на строительство автомагистралей, которые стали бы необходимой инфраструктурой для будущего экономического роста. Наиболее показательными были автобаны нацистской Германии и федеральные магистрали в США, построенные в 1930-х на бюджетные средства.
Двигатель Ленуара
В 1860 г. другой француз, механик Э. Ленуар, сделал ДВС, похожий на горизонтальную паровую машину, но работающий на смеси воздуха со светильным газом (содержащим углеводороды). ДВС Ленуара был двойного действия — рабочий ход поршень совершал при движении в обе стороны. Это обеспечивалось тем, что смесь поджигалась искрой от двух электрических свечей по обе стороны от поршня, и впуск и выпуск газов проводился также с двух концов цилиндра с помощью золотников (таких же, как в паровых машинах).
Цикл работы ДВС Ленуара состоял из двух тактов (из двух ходов поршня — вперёд и назад). Оба хода обеспечивались расширением газовой смеси при сжигании, что требовало большого расхода топлива. Работа ДВС Ленуара обходилась в 7 раз дороже работы паровой машины той же мощности. Зато из-за отсутствия котла и топки ДВС был компактнее, и его, например, ставили на лодки, где не было места для паровой машины.
Цикл двухтактного ДВС Ленуара. 1864 г. Первый такт. Поршень (1) двигается вперёд. Тяга (2) впускного золотника (3), связанная через эксцентрик (4) вала (5), открывает заднее отверстие (6) в цилиндре (7) для впуска смеси светильного газа и воздуха. Поршень немного продвигается, впускной золотник перекрывает задний впуск, а выпускной золотник (8) открывает переднее отверстие выпуска (9), через которое поршень выталкивает газы, отработанные в прошлом такте. На заднюю свечу зажигания (10) подаётся высоковольтный разряд от электрической батареи (11). Смесь зажигается, расширяется и толкает поршень дальше вперёд до крайнего положения. Шток (12) поршня через кривошипно — шатунный механизм (13) раскручивает вал и маховик (14). Второй такт. Инерция крутящегося маховика тянет поршень назад. Впускной золотник открывает переднее отверстие впуска газов (15), поршень продолжает двигаться, впуск закрывается, смесь в цилиндре поджигается передней свечой зажигания (16), давление газов толкает поршень назад, золотник выпуска открывает заднее отверстие (17), и отработанные в первом такте газы выходят. Поршень занимает исходное крайне заднее положение. Цикл повторяется.
📌Преимущества и недостатки ДВС
На сегодняшний день оптимальный вариант двигателей для механических транспортных средств – ДВС. Среди преимуществ таких агрегатов можно выделить:
- простота в ремонте;
- экономичность для дальних поездок (зависит от его объема);
- большой рабочий ресурс;
- доступность для автомобилиста среднего достатка.
Идеального мотора пока еще не создали, поэтому данные агрегаты имеют и некоторые недостатки:
- чем сложнее агрегат и сопутствующие системы, тем дороже их обслуживание (пример – моторы EcoBoost);
- требует тонкую настройку системы подачи топлива, распределения зажигания и других систем, что требует определенных навыков, иначе мотор будет работать не эффективно (или вообще не заведется);
- больший вес (по сравнению с электрическими двигателями);
- износ кривошипно-шатунного механизма.
Несмотря на оснащение многих ТС другими типами моторов («чистые» автомобили, работающие от электротяги), ДВС еще долгое время будут сохранять конкурентные позиции благодаря своей доступности. Гибридные и электрические версии авто набирают популярность, однако из-за дороговизны таких ТС и стоимости их обслуживания они пока не доступны рядовому автомобилисту.
Распространенные вопросы:
Древние прототипы автомобиля
Первым, кто снабдил телегу паровым двигателем (хотя некоторыми исследователями это первенство оспаривается), был член иезуитской миссии в Китае Фердинанд Вербист. Он создал, при содействии местных китайских мастеров, свою машину в 1672 году и довольно подробно описал её в книге «AstronomiaEuropea». Эта машина не предназначалась для человека, её длина составляла всего 65 сантиметров. И вообще Фердинанд Вербист создал её как игрушку для тогдашнего китайского императора.
Предположительно именно так выглядела машина Вербиста
В Европе первые паросиловые самоходные кареты стали появляться только в XVIII веке. В числе первых известных европейских изобретателей, отметившихся на этом направлении — француз Николя-Жозеф Кюньо. Свою трёхколёсную модель Кюньо продемонстрировал впервые на публике в 1770 году. Её копия, кстати, до сих пор хранится в Парижской Консерватории искусств и ремёсел. Хотя модель можно было назвать на то время «чудом техники», её посчитали непрактичной — работа над проектом была заброшена. И надо признать, что с практичностью действительно были проблемы — конструкция двигалась всего со скоростью 5 километров час, то есть со скоростью пешехода.
Паровой автомобиль-тягач Николя Кюньо
Известна также модель паровой кареты, которая была построена в 1784 году Вильямом Мердоком. А ещё чуть позднее, в 1801 году, появилась полноразмерная восьмиместная машина Ричарда Тревитика, на которой изобретатель, как указывают источники, ездил по английскому графству Кембриджшир.
Подобные транспортные средства какое-то время были в моде и на протяжении следующих лет последовательно усовершенствовались. В частности, были разработаны такие новшества как многоступенчатая трансмиссия, ручной тормоз и более удобное рулевое управление.
Некоторые из английских самоходных конструкций на паровых двигателях даже имели коммерческий успех, но потом общественность стала возмущаться — эти машины ездили слишком быстро и нередко сбивали людей. В результате в Англии в 1865 году был принят LocomotiveAct — странный закон, предписывающий каждому владельцу паровой машины нанимать специального человека, который будет бежать перед машиной с красным флажком и дуть в сигнальную дудку. Никто, естественно, не желал кататься со скоростью пешехода под постоянный звук дудки. LocomotiveAct на десятилетия приостановил развитие автомобилей в Англии. Отменили этот закон только в 1896 году. И до этого момента усилия английских инженеров и изобретателей были брошены в основном на эксперименты с железнодорожным транспортом.
Locomotiveact сделал поездки на самодвижущихся машинах очень неудобными для англичан
Русские изобретатели тоже в XVIII веке отметились на ниве создании паровых самодвижущихся машин. Есть, например, сведения об изобретении крепостного крестьянина Вятской губернии Леонтия Шамшуренкова — это была четырёхколёсная коляска с педальным приводом, развивающая скорость до 15 километров в час. Он показал в 1752 году данное транспортное средство легендарному учёному Михаилу Ломоносову. Кроме того, Леонтием Шамушенковым был разработан первый верстометр (счётчик, измеряющий пройденный путь).
Позже, в 1780-ых годах, известный русский конструктор и инженер Иван Кулибин начал работу над каретой с педалями. И в 1791 году его трёхколёсный самоходный экипаж был готов — по некоторым данным он развивал скорость до 16,2 километров в час. Здесь уже были многие узлы, характерные для современных автомобилей — коробка передач, маховое колесо, подшипники.
В своём экипаже Кулибин ездил по улицам Петербурга. К сожалению, государство не усмотрело потенциала в этой разработке, и дальнейшего развития она не получила. Незадолго до своей смерти Кулибин начал проект по совмещению парового двигателя с своей педальной «самокаткой», но он так и не был завершён.
Портрет Ивана Кулибина, за которым закрепилось прозвище «нижегородский Архимед»
