Кто изобрел двигатель


Как выходец из СССР Николай Школьник изобрел самый мощный в мире двигатель

«Газета.Ru» пообщалась с создателями самого мощного в мире двигателя внутреннего сгорания. Как увеличить в разы КПД мотора, в чем отличие нового агрегата от известных роторных двигателей и в чем преимущество советского образования перед американским — в материале отдела науки.

Выходец из СССР, живущий в США, вместе с сыном изобрел, запатентовал и испытал самый мощный и эффективный в мире двигатель внутреннего сгорания. Новый мотор будет в разы превосходить существующие по КПД и уступать по массе.

В 1975 году вскоре после окончания Киевского политехнического института молодой физик Николай Школьник уехал в США, где получил научную степень и стал физиком-теоретиком — его интересовали приложения, связанные с общей и специальной теорией относительности. Поработав в области ядерной физики, молодой ученый открыл в США две компании: одну — занимающуюся программным обеспечением, вторую – разрабатывающую шагающие роботы. Позже он на десять лет занялся консультированием проблемных компаний, занимающихся техническими инновациями.

Однако как инженера Школьника постоянно волновал один вопрос — почему современные автомобильные моторы такие неэкономичные?

И действительно, несмотря на то что поршневой двигатель внутреннего сгорания человечество совершенствует уже полтора века,

КПД бензиновых моторов сегодня не превышает 25%, дизельных — порядка 40%.

Между тем сын Школьника Александр поступил в MIT и получил степень доктора в области компьютерных наук, стал специалистом в области оптимизации систем. Думая над увеличением КПД двигателя, Николай Школьник разработал собственный термодинамический цикл работы двигателя HEHC (High-efficiency hybrid cycle), который стал ключевым этапом в реализации его мечты.

«Последний раз такое происходило в 1892 году, когда Рудольф Дизель предложил новый цикл и создал свой двигатель», — пояснил в интервью «Газете.Ru» Школьник-младший.

Изобретатели остановились на роторном двигателе, принцип которого был предложен в середине XX века немецким изобретателем Феликсом Ванкелем. Идея роторного двигателя проста. В отличие от обычных поршневых моторов, в которых много вращающихся и движущихся частей, снижающих КПД, роторный двигатель Ванкеля имеет овальную камеру и вращающийся внутри нее треугольный ротор, который своим движением образует в камере различные участки, где происходит впуск, сжатие, сгорание и выпуск топлива.

close

100%

Плюсы двигателя — мощность, компактность, отсутствие вибраций. Однако, несмотря на более высокий КПД и высокие динамические характеристики, роторные двигатели за полвека не нашли широкого применения в технике. Одним из немногих примеров серийной установки стало их использование на автомобилях Mazda RX.

Слабыми местами таких моторов являлись ненадежность, связанная с низкой износостойкостью уплотнителей, благодаря которым ротор плотно примыкает к стенкам камеры, и низкая экологичность.

Уже работая в фирме LiquidPiston, основателями которой они стали, Школьники создали свою, абсолютно новую реинкарнацию идеи роторных моторов. Принципиальным в ней было то, что в двигателе Школьников не камера,

а ротор напоминает по форме орех, который вращается в треугольной камере.

Это позволило решить ряд непреодолимых проблем двигателя Ванкеля. Например, пресловутые уплотнители теперь можно делать из железа и крепить их неподвижно к стенкам камеры. При этом масло подводится прямо к ним, в то время как раньше оно добавлялось в сам воздух и, сгорая, создавало грязный выхлоп, а смазывало плохо.

Кроме того, при работе двигателя Школьников происходит так называемое изохорное горение топлива, то есть горение при постоянном объеме, что увеличивает КПД мотора.

Изобретатели создали один за другим пять моделей принципиально нового мотора, последняя из которых в июне была впервые протестирована — ее поставили на спортивный карт. Испытания оправдали все ожидания.

Миниатюрный двигатель размером со смартфон, массой менее 2 кг имеет мощность всего 3 л.с. Двигатель высокооборотистый, работает на частоте 10 тыс. об./мин., но может достигать и 14 тыс. КПД мотора составляет 20%. Это много, учитывая, что обычный поршневой мотор такого же объема в 23 «кубика» имел бы КПД лишь 12%, а поршневой мотор такой же массы дал бы всего 1 л.с.

Но главное, КПД таких моторов резко растет при увеличении их объемов.

Так, следующий двигатель Школьников будет дизельным мотором мощностью 40 л.с., при этом его КПД составит уже 45%, а это выше, чем эффективность лучших дизелей современных грузовиков.

Весить он будет всего 13 кг, притом что его поршневые аналоги такой же мощности сегодня весят под 200 кг.

Этот мотор уже планируется ставить на генератор, который будет вращать колеса дизель-электрического автомобиля. «Если же мы построим еще больший двигатель, мы можем достичь КПД в 60%», — поясняет Школьник.

В перспективе компактные, оборотистые и мощные моторы Школьников планируется использовать там, где эти свойства особенно важны — при конструировании легких дронов, ручных бензопил, газонокосилок и электрогенераторов.

Пока мотор гоняли 15 часов, однако по нормативам, чтобы пойти в производство, он должен отработать непрерывно 50 часов. При этом для автомобильной промышленности требуется надежность мотора на 100 тыс. миль пробега, что пока остается мечтой, признают конструкторы.

«Это самый экономичный, мощный двигатель не только среди роторных, но и всех двигателей внутреннего сгорания.

Это показывают наши измерения, а то, что мы получим на более крупных моторах, мы уже смоделировали на компьютерах», — радуется Школьник-младший.

То, что озвученные цифры — не фантазии изобретателей, подтверждает серьезность намерений инвесторов. Сегодня в стартап уже вложено $18 млн венчурных инвестиций, $1 млн которых дало американское агентство передовых разработок DARPA.

Интерес военных тут понятен. Дело в том, что военными США в авиации применяется в основном топливо JP-8. И военные хотят, чтобы вообще вся армейская техника работала на этом виде топлива, на котором, кстати, могут работать и дизельные моторы.

Но современные дизельные двигатели громоздки, поэтому DARPA так активно присматривается к разработке Школьников.

Александр считает, что создать столь революционный двигатель помогло отчасти образование, которое получил его отец еще в СССР. «Он думает по-другому, не так, как обычный инженер в США. Его фантазия ограничена только физикой. Если физика говорит — что-то возможно, то он верит, что это так, и лишь думает, как это можно сделать», — добавил Александр.

Сам Николай Школьник по-своему рассказывает об истории своего успеха и преимуществах советского образования.

«В США я переживал, что, имея специальность «машиностроение», я не буду иметь достаточного бэкграунда по физике и, особенно, математике.

Эти опасения оказались напрасными благодаря превосходной подготовке, которую я получил в советской школе.

Эта солидная образовательная подготовка до сих пор помогает мне здесь в нашей работе с новым роторным двигателем. С моей точки зрения, есть два больших отличия между американскими инженерами и получившими образование в России. Во-первых, американские инженеры невероятно эффективны в том, что они делают. Обычно требуется два-три русских инженера, чтобы заменить одного американского. Однако русские имеют более широкий взгляд на вещи (связанный с образованием, по крайней мере в мое время) и способность достигать целей с минимумом ресурсов, что называется, на коленке», — поделился размышлениями Николай Школьник.

История бензинового двигателя (ДВС) - Двигатели автомобилей

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания прочно вошел в нашу жизнь и останется в ней еще на неопределенное время. Развитие альтернативных топливных технологий предполагает, что в некотором будущем бензиновый мотор станет в конечном счете лишь историей, однако его потенциал, по расчетам специалистов, исчерпан лишь на 75 процентов, что позволяет назвать бензиновый ДВС на данный момент одним из главных типов двигателей в нашем мире.


Изобретение бензинового мотора, как и многих других современных вещей, существование без которых сегодня немыслимо, произошло благодаря, в общем-то, случайности, когда в 1799 году французом Ф. Лебоном был открыт светильный газ – смесь водорода, окиси углерода, метана и некоторых других горючих газов. Как предполагает его название, светильный газ использовался для осветительных приборов, заменивших в то время свечи, однако в скором времени Лебон нашел ему и другое применение. Изучая свойства найденного газа, инженер заметил, что его смесь с воздухом взрывается, выделяя большое количество энергии, которую можно использовать в интересах человека. В 1801 году Лебон запатентовал первый газовый двигатель, состоящий из двух компрессоров и камеры сгорания. По существу газовый двигатель Лебона стал примитивным прототипом современного ДВС.

Нужно отметить, что попытки поставить тепловую энергию взрыва на службу человечеству предпринимались задолго до рождения Лебона. Еще в 17-м веке нидерландский ученый Христиан Гюйгенс использовал порох, чтобы приводить в движение водяные насосы, доставляющие воду в сады Версальского дворца, а итальянский физик Алессандро Вольта в конце 80-х годов 18 века изобрел «электрический пистолет», в котором электрическая искра воспламеняла смесь водорода и воздуха, выстреливая из ствола кусок пробки.

В 1804 году Лебон трагически погиб и развитие технологии внутреннего загорания на некоторое время приостановилось, пока бельгиец Жан Этьен Ленуар не догадался использовать принцип электрического зажигания для воспламенения смести в газовом двигателе. После нескольких неудачных попыток, Ленуару удалось создать работающий двигатель внутреннего сгорания, который он запатентовал в 1859 году. К сожалению, Ленуар оказался больше коммерсантом, чем изобретателем. Выпустив несколько сотен своих моторов, он заработал довольно приличную сумму денег и прекратил дальнейшее усовершенствование своего изобретения.  Тем не менее, двигатель Ленуара, использовавшийся как привод локомотивов, дорожных экипажей, судов и в стационарном виде, считается первым в истории работающим двигателем внутреннего сгорания.

В 1864 году немецкий инженер Август Отто получил патент на собственную модель газового двигателя, КПД которого достигал 15-ти процентов, то есть был не только эффективнее двигателя Ленуара, но и эффективнее любого парового агрегата, существовавшего в то время. Совместно с промышленником  Лангеном, Отто создал фирму «Отто и Компания», в планы которой входило производство новых моторов, которых было выпущено около 5 000 экземпляров.  В 1877 году Отто запатентовал четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, однако, как оказалось, четырехтактный цикл был изобретен еще за несколько лет до этой даты французом Бо де Рошем. Судебная тяжба между этими инженерами закончилась поражением Отто, в результате чего его монопольные права на четырёхтактный цикл были отозваны. Тем не менее, конструкция двигателя Отто во многом превосходила французский аналог, что и предопределило его успех – к 1897 году было выпущено уже 42 000 таких моторов различной мощности.

Светильный газ в качестве топлива для ДВС существенно суживал область их применения, поэтому инженерами из разных стран постоянно проводились поиски нового, более доступного горючего. Одним из первых изобретателей, применивших бензин в качестве топлива для ДВС, был американец Брайтон, разработавший в 1872 году так называемый «испарительный» карбюратор. Однако его конструкция была настолько несовершенной, что он оставил свои попытки.


Лишь через десять лет после изобретения Брайтона был создан работоспособный двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине. Готлиб Даймлер, талантливый немецкий инженер, работавший на фирме Отто, еще в начале 80-х годов 19-го века предложил начальнику разработанный им самим проект бензинового мотора, который можно было бы использовать на дорожном транспорте, однако Отто отверг его начинания. В ответ на это Даймлер и его друг Вильгельм Майбах уволились из «Отто и Компания» и организовали собственное дело. Первый бензиновый двигатель Даймлера-Майбаха появился в 1883 году и предназначался для установки стационарно. Зажигание в цилиндре происходило от полой раскаленной трубочки, но в целом конструкция мотора оставляла желать лучшего именно из-за неудовлетворительного зажигания, а так же процесса испарения бензина.

На этом этапе требовалась более простая и надежная система испарения бензина, которая была изобретена в 1893 году венгерским конструктором Донатом Банки. Он изобрел карбюратор, ставший прообразом карбюраторных систем, известных сегодня. Банки предложил революционную по тем временам идею – не испарять бензин – а равномерно распылять его по цилиндру. Поток воздуха всасывал бензин через дозирующий жиклёр, сделанный в форме трубки с отверстиями. Напор потока поддерживался посредством небольшого бачка с поплавком, обеспечивающим постоянную пропорциональную смесь воздуха и бензина.

С этого момента в истории развитие ДВС пошло по нарастающей. Первые карбюраторные моторы имели всего один цилиндр. Рост мощности достигался за счет увеличения объема цилиндра, однако уже к концу столетия начали появиться двухцилиндровые двигатели, а с началом 20-го века все большее распространение начали получать моторы с четырьмя цилиндрами.

История двигателя внутреннего сгорания. Кто изобрёл двигатель внутреннего сгорания

Сегодня двигатели внутреннего сгорания окружают нас практически со всех сторон – количество автомобилей измеряется сотнями миллионов. Кроме того, их применяют и во многих других устройствах – от генераторов электрического тока до авиации. Но при всем их разнообразии, принцип их работы одинаков – сгорание жидкого топлива в смеси с кислородом в маленькой камере. При этом происходит микровзрыв и под действием высокого давления от расширяющихся газов происходит движение главной подвижной части двигателя – поршня. Принцип, в общем, прост, но вот интересно, кто первым его придумал?

К предпоследнему столетнему повороту автомобили с паровыми двигателями все еще представляли серьезную конкуренцию тем, у кого двигатели внутреннего сгорания. Паровые машины не нуждаются в снаряжении и тише. На сегодняшний день, по крайней мере, «паровой ролик» сохранился в пресловутом сокровище. Тем не менее, двигатель внутреннего сгорания затем зашел в тупик из-за его более высокой эффективности и потому, что он не требует периода ожидания до нарастания давления, но может быть запущен немедленно.

Сегодняшние автомобили имеют оттомотор или дизельный двигатель. Они называются двигателями внутреннего сгорания, поскольку сжигание топлива происходит в самом двигателе, а не за паровым двигателем. В четырехцилиндровом двигателе есть, как следует из названия, всего четыре цилиндра, которые сдвигают четыре бара. Поэтому, когда двигатель работает, в рабочем цикле всегда есть один цилиндр и может снабжать другие цилиндры энергией.

А первым человеком, который решил использовать энергию сгорающего топлива для создания двигателя, был французский инженер Филипп Лебон. В 1799 году он открыл так называемый светильный газ, который состоял из смеси водорода, метана и углекислого газа. В том же году он запатентовал способ получения этого газа из древесины или угля. В дальнейшем этот газ стали широко применять для освещения – в газовых лампах.

Для начала вам нужна энергия от аккумулятора. Ход - ход всасывания. Уже перед камерой сгорания образуется бензино-воздушная смесь и вводится в цилиндр через впускной клапан. Понижающий вниз поршень создает вакуум и всасывает смесь в цилиндр. Ход - компрессионный ход. Бензино-воздушная смесь уплотняется поршнем, идущим вверх. Окончание субтитров Рисунок 2: Оттомотор и указатель часов Влево: рабочий цикл часов Электрические искры, генерируемые свечой зажигания, зажигают смесь. Он горит, расширяет и перемещает поршень вниз.

Поэтому в этом цикле тепло превращается в механическую, полезную работу. Ход - Ход выпуска. Поршень, который движется вверх снова, выталкивает выхлопные газы через выпускной клапан. В конце цепи поршень снова поднимается и может начинаться спереди. Оттомотор основан на идеализированном цикле Отто. Он состоит из адиабатического сжатия, изохорного теплоснабжения, адиабатического теплоснабжения и изохорной теплоотдачи.

Но Лебон на этом не остановился. Уже в 1801 году он запатентовал газовый двигатель. В его конструкции в рабочий цилиндр нагнетался сжатый воздух и сжатый светильный газ, а затем воспламенялся и приводил в движение поршень. Что интересно – камеры сгорания находились с обеих сторон поршня и срабатывали поочередно, то есть двигатель производил полезную работу постоянно и должен был развивать хорошую мощность. Трагическая смерть в 1804 году прервала работу этого талантливого изобретателя.

Давайте посмотрим на это в реальном Оттомоторе. В такте всасывания всасывается смесь воздух-бензин. Когда поршень убирается, объем в цилиндре увеличивается. Полученное отрицательное давление компенсируется входящей топливной смесью, так что давление остается постоянным во время процесса - такт всасывания является изобарным. Последующий такт сжатия представляет собой адиабатическое сжатие. Зажигание в рабочем цикле происходит настолько быстро, что объем бензино-воздушной смеси можно считать постоянным - здесь у нас есть изохорная теплоснабжение.

Следующим, кто взялся за идею двигателя внутреннего сгорания, был бельгийский механик Жан Этьен Ленуар. Он тоже использовал светильный газ, но придумал воспламенять его с помощью электрической искры. Он даже создал первый рабочий двигатель, который работал совсем немного –расширившийся от температуры поршень заклинил в цилиндре. Во второй модификации Ленуар применил водяное охлаждение, а затем использовал и смазку поршня. И тогда двигатель заработал как следует. В 1864 году Ленуар продал 300 двигателей, но перестал их улучшать и скоро появились более совершенные конструкции.

После воспламенения смесь расширяется адиабатически. Таким образом, рабочий цикл включает изохорическое теплоснабжение и адиабатическое расширение. В такте выхлопа горячие выхлопные газы выталкиваются из цилиндра поршнем, который возвращается назад. Поскольку выхлопные газы могут выходить за пределы давления поршня, этот процесс также является изобарным. Тепло также рассеивается через выход горячих выхлопных газов. В такте выхлопа в оттомоторе это изобарическая теплоотдача.

Однако в идеализированном цикле Отто такие реальные проблемы, как подача топлива или удаление выхлопных газов, не учитываются, здесь газ остается в цилиндре в течение всего процесса без замены. Поэтому цикл Отто не содержит ни процесса всасывания, ни процесса выхлопа. Таким образом, поршень остается в крайнем положении после рабочего хода и может начинаться оттуда с такта сжатия. Тепло не исчерпывается выхлопными газами, но поставляется «просто так». По мере того, как поршень снова не перемещается в цилиндр после рабочего цикла, тепло выделяется с неизменным объемом - отсюда и изохорная теплоотдача в цикле Отто.

Немекий изобретатель Август Отто запатентовал свою конструкцию двигателя в 1864 году, и со временем очень сильно ее усовершенствовал. Этот двигатель был очень популярен, но имел серьезный недостаток – в качестве топлива использовался все тот же светильный газ.

В 1872 году американец Брайтон придумал использовать в качестве топлива керосин, а потом – бензин. Но жидкость нужно было превращать в газ, чтобы получать воздушно – бензиновую смесь, поэтому Брайтон и придумал такое устройство – карбюратор. Только вот работал он плохо.


Воздух всасывается в цилиндр, который затем сильно сжимается. До сих пор температура повышается, так что впоследствии впрыскиваемое дизельное топливо самопроизвольно воспламеняется. Поэтому не следует создавать топливно-воздушную смесь, и искры не требуется.

Дизельный двигатель также основан на идеализированном круговом процессе, аналогичном циклу Отто. В отличие от этого, однако, зажигание вызывает изобарическое теплоснабжение, поскольку оно медленнее, и поэтому объем нельзя считать постоянным. В то время как двигателю внутреннего сгорания требуется топливо, которое необходимо сжечь, а паровой двигатель зависит от транспортировки тепла паром, движется двигатель Стирлинга с любым источником тепла.

И вот, в 1883 году, был создан первый дествительно работающий бензиновый двигатель. А изобрел его немецкий инженер Готлиб Даймлер. Даймлер работал в фирме Отто, и ему был показан первый проект, но тот проигнорировал его. И в результате Даймлер и его друг – Вильгельм Майбах стали работать над новым двигателем самостоятельно. Так вот Отто и прозевал свое счастье, потому что в результате получился компактный, легкий и мощный двигатель.

Идея сжигания водорода в двигателе не нова сама по себе. Результаты итогового отчета были следующими. Эта технология сжигания обладает очень высокой эксплуатационной безопасностью и может быть экономически выгодной в краткосрочной перспективе. Напротив, параллельный тест на топливных элементах для крупных транспортных средств был сертифицирован как «высокие закупочные расходы и высокие простои». Тем не менее, до сих пор нет доступного и модернизированного двигателя для сжигания водорода с рыночной зрелостью.

В испытательной мастерской в ​​Нордхаузене в Тюрингии разработка такого двигателя разрабатывается специально для грузовых автомобилей. Сердцем эксперимента является полностью нормальный дизельный двигатель. Мы изменили систему зажигания, систему впрыска и геометрию поршня. Мы превращаем его в принцип оттомотора, потому что нам нужно воспламенить водород, чтобы он горел в камере сгорания. Измерительные приборы контролируют, насколько эффективно двигатель сжигает водород. Наша цель - дальнейшее повышение ценностей.

Сейчас двигатели внутреннего сгорания настолько широко распространились, что бюджет многих стран зависит от продаж нефти, из которой производят бензин. Теперь уже не люди контролируют двигатель, а он – их. Предпринимаются попытки создания принципиально новых типов двигателей, более дешевых и экологически чистых.

Например, японцы представили действующую модель автомобиля, который работает на воде. Что может быть дешевле и доступнее воды, которой на планете больше, чем суши? Современные технологии позволяют получить энергию практически из чего угодно.

Новым является то, что этот двигатель внутреннего сгорания также использует водород, который производится как отходы в промышленности, без необходимости дорогостоящей переработки. Тем не менее, это работает почти без выбросов. Только масло, которое смазывает цилиндры, вырабатывает выхлопные газы. Но они минимальны, говорит Кох. Не образуется монооксид углерода, потому что углерод не участвует в этом процессе горения, в отличие от дизельного топлива, природного газа и бензина.

Доступная и модифицированная альтернатива для транспортных компаний

То, что остается от загрязнителей, по-прежнему остается оксидом азота, однако настолько низким, что будет соблюден стандарт Евро 6. Только спрос на коммерческие автомобили является самым большим, потому что им по-прежнему не хватает недорогих альтернатив. В этом году компания планирует представить прототип. Когда ожидается запуск рынка, он все еще открыт. Но тогда владельцы коммерческих автомобилей могли бы превратить свой дизельный двигатель примерно в € 000. На следующем этапе транспортные средства должны быть оснащены двигателем с водородным двигателем непосредственно с завода, а затем за значительно меньшие деньги.

Так вот, этот японский автомобиль существует в единственном экземпляре – его сделали для регистрации патента. Что он может? А может он на литре воды любого качества – от дождевой до морской, лишь бы без грязи, проехать целый час, притом на скорости 80 км/ч. Представляете? Взял бутылку воды – и катайся себе на здоровье, а кончится – можно из речки или из крана еще набрать.

Экологически чистые синтетические топлива: промышленность давно работает над альтернативными видами топлива, которые предназначены для обеспечения долговечности двигателя внутреннего сгорания. «Трюки на грани законности». Теперь пришли гигантские мамы.

Проект закона мобильности предназначен для регулирования автоматического вождения. «Мы находимся перед двигателем номер один из истории, который является предшественником четырехтактного двигателя, который мы все знаем сегодня в самых разных вариантах». До этого г-н Отто думал о разработке машины, что является более экономичным, чем паровой двигатель, используемый в то время, и то, что мы видим здесь, представляет собой одноцилиндровый двигатель с большим маховиком, а когда на этой линии зажигания горит пламя, машина может быть введена в эксплуатацию.

Есть ли будущее у таких автомобилей? Казалось бы – несомненно. Но… есть производители бензина и экспортеры нефти… Весь мир давно поделен на сферы влияния и что-то новое, нарушающее привычный порядок, а тем более – приносящее ущерб, быстро пресекается или прячется в ящик. Против монополистов не попрешь. Патенты на такие технологии выдаются неохотно. Но как знать, может идея и пробьет себе дорогу…

Машина за ним гремит. Поршень поднимается, большой и небольшой поворот колеса. Теперь он показывает посетителям один из первых двигателей в мире. Прямо рядом с ним: еще одна огромная машина. Он не растет по ширине. Четвертый акт - веха мобильности - до сегодняшнего дня. Вначале можно было управлять автомобилем с четырехтактным двигателем.

Только один процент автомобилей управляется наполовину и электрически или с газом

Вскоре после разработки первых двигателей, Карл Фридрих Бенц строит один из первых автомобилей в Мангейме, что также практично. Происходит триумфальное шествие двигателя внутреннего сгорания. Чуть более одного процента автомобилей управляют электрическим, полуэлектрическим или газовым. Неутешительная доля. Рынок бензина и дизельного топлива.

Три века назад, в 1680 г. голландский ученый- механик Христиан Гюйгенс придумал «пороховой двигатель». Согласно $го идее под поршень, размещенный в вертикальном цилиндре, нужно было заложить заряд пороха и поджечь его через маленькое отверстие в стенке цилиндра. Продукты горения подбрасывали бы поршень до большого отверстия, сообщающего камеру сгорания с атмосферой. Опускаясь, поршень должен был тянуть груз, подвешенный на блоках. Для эпохи Гюйгенса это была сверхнеобычная «махина» (термины «двигатель» или «машина» еще не появились), ибо тогда единственным мощным двигателем было водяное колесо.

Но самое позднее, поскольку дело об управляемых значениях выхлопных газов, дизельное топливо находится под давлением. Автомобили с двигателем внутреннего сгорания с ископаемым топливом больше не имели бы шанса. Приоритетный привод должен иметь альтернативные приводы, Зеленые вызовы выше всего электродвигателя.

Электродвигатель вместо сгорания. Однако автомобильная промышленность не согласна с этой формулой. Даймлершеф Дитер Цетше, приглашенный оратор на Зеленой партийной конференции. Сегодня никто не может с уверенностью сказать, что электромобили, в том числе плагины-гибриды, будут иметь абсолютное большинство в новых автомобилях.

Сам X. Гюйгенс в то время увлекся шлифовкой линз для гигантских и по нынешним понятиям телескопов с фокусным расстоянием до 60 м. Поэтому постройку небезопасной «махины» поручил ученику - французскому физику Дени Папену, воплотившему идею в металл. Его именем и открывается история тепловых двигателей. Распространенное утверждение, что первой появилась паровая машина, неверно. «Пороховая махина» Д. Папена - прообраз современного двигателя внутреннего сгорания, поскольку горение внутри цилиндра - его неотъемлемый признак.

Вместо того, чтобы точно обсуждать, когда мы приходим, речь идет о ускорении темпа. Итак: альтернативные типы дисков, да, запрет на горение нет. Обсуждение также касается рабочих мест. Поставщики, мастерские с исследованиями выхлопных газов, заправочные станции - тысячи рабочих мест зависят от горелки.

Германия - это сильная аппаратно-ориентированная отрасль, которая сильно зависит от двигателя внутреннего сгорания. И все же, говорит Братзель, изменить нельзя. Соотношение двигателя внутреннего сгорания вернется и отрасль должна отрегулировать. По словам Братцеля, автомобильная индустрия потеряла доверие к дизельному двигателю.

Провозившись с «махиной» несколько лет, Папен понял, что порох - горючее не из лучших. Судьба послала ему в ту пору новых выдающихся учителей. В Англии он знакомится с Робертом Бойлем, изучавшим состояние газов, а позже, в Германии, с математиком Готфридом Лейбницем. Возможно, что их работы и помогли Д. Папену создать «пароатмосферный двигатель», в котором поршень поднимал «получаемый при посредстве огня водяной пар». Когда источник тепла (огонь) убирали, пар «опять сгущался в воду», и поршень под действием веса и атмосферного давле- ния (!) опускался вниз.

Но великий прорыв еще впереди. В прошлом году это было неплохо 000 раз. Экологический баланс электромобилей также противоречив. Они являются только экологически чистыми, когда им предъявляются обвинения в использовании возобновляемой электроэнергии. Скептицизм - это также оценка жизненного цикла в производстве автомобилей.

Но их вряд ли рекламируют. «Электронная мобильность уже входит в рекламу, вы видите сообщения, но если вы посмотрите на цифры, мы еще не находимся там, что электронная мобильность - большая тема». Он изучил расходы строителей на рекламу. Всего на рекламу на рекламном рынке тратится около одного миллиарда долларов, и на этом рекламном рынке электронная мобильность достигла пика от 60 до 70 миллионов евро или хорошие пять процентов.

И хотя здесь уже используется пар, новую машину Папена нельзя назвать паровой: рабочее тело в ней не покидает пределов цилиндра и только источник тепла расположен снаружи. Поэтому можно сказать, что вслед за ДВС Папен изобрел двигатель внешнего сгорания. Первый в мире делал всего один ход в минуту, что не отвечало даже непритязательным требованиям тех времен. И Папен, отделив котел от цилиндра, изобрел паровую машину!

Первая в мире пароатмосферная машина попала в «подмастерья» к водяному колесу. В книге Д. Папена «Новое искусство эффективно поднимать воду на высоту при помощи огня» сказано, что она качала воду, чтобы та... вращала водяное колесо.

Восемнадцатый век. Он не принес нового истории ДВС. Но зато Томас Ньюкомен в Англии (в 1711 г.), Иван Ползунов (в 1763 г.) и англичанин Джеймс Уатт (в 1784 г.) развили идеи Д. Пап^ра. Началась самостоятельная жизнь паровой машины, ее победное шествие. Оживились и сторонники внутреннего сгорания. Да разве не заманчиво объединить и топку и котел паровой машины с ее цилиндром? Когда-то Папен поступил наоборот, а теперь...

В 1801 г. француз Ф. Лебон предположил, что светильный газ - неплохое топливо для ДВС. На претворение идеи в жизнь ушло 60 лет. Его земляк, Жак Эть- ен Ленуар, бельгиец по национальности, запустил в 1861 г. первый в мире ДВС. По устройству это была паровая машина двойного действия без котла, приспособленная для сжигания в ней4 смеси воздуха и светильного газа, подаваемой при атмосферном давлении.

Нельзя сказать, что Ленуар был первым. За 60 лет патентные ведомства получили множество заявок на «привилегии» по постройке необычных тепловых двигателей. Например, в 1815 г. заработал «воздушный тепловой двигатель» Po6efpTa Стирлинга, который в 1862 г. удалось превратить в холодильную машину. Были и другие попытки постройки ДВС.

Но распространение получил лишь , несмотря на то, что он был громоздок, капризен, поглощал массу смазки и воды, за что даже получил нелестное прозвище «вращающийся кусок сала». Но Жак Ленуар потирал руки - спрос на «куски сала» рос. Однако торжествовал он недолго. На Всемирной выставке 1867 г. в Париже вопреки ожиданиям первый приз получил «газовый атмосферный двигатель», привезенный из Германии Николаусом Отто и Эйг^ном Лангеном. Он оглушал посетителей неимоверным треском, но зато потреблял гораздо меньше топлива, чем двигатель Лену ара, и имел на 10% больший КПД. Секрет его успеха - предварительное сжатие рабочей смеси, чего в двигателях Ленуара не было.

Еще в 1824 г. французский инженер Никола Леонар Сади Карно издал книжку «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Фейерверк идей: принципы теплопередачи, критерии для сравнения всех тепловых циклов, основы термодинамики двигателей и среди них предварительное сжатие - был рассыпан на страницах этой маленькой книжки. Через десять лет эти идеи развил Б. Клапейрон, а чуть позднее - У. Томсон. Теперь эти имена всем знакомы. Но ни Ленуар, ни Отто, ни Ланген об их трудах ничего не знали. Они предпочитали теории эксперимент. Не знали они и того, что в 1862 г. француз А. Бо де Роша уже запатентовал четырехтактный цикл. А второй по счету такт - как раз и есть предварительное сжатие рабочей смеси.

Четырехтактный двигатель, практически не отличающийся от современных ДВС, Отто и Ланге привезли лишь на Всемирную выставку 1873 г. До этого изобретатели не только использовали опыт производства паровых машин, но применяли такой же, как у них, механизм газораспределения - золотник. В новом двигателе вместо золотника стояли клапаны.

Неприступные позиции паровой машины пошатнулись. ДВС перешел в наступление. Недолго поработав на светильном газе, он принялся за более калорийный - генераторный. А потом, и поначалу это казалось невероятным, добрался до «необычного» жидкого топлива.

Сдалась не сразу. В 1880 г. М. Д. Можайский заказал для своего самолета две паровые машины. Об «удельном» весе, равном 5 кг/л. е., конструкторы ДВС в то время только мечтали, а М. Можайский достиг этого без особого труда. Но уже через восемь лет «Товарищество по постройке воздушного корабля «Россия» собралось установить на свой дирижабль один из первых в мире бензиновых двигателей, построенный Огнеславом Костовичем. Он добился не

обычайной легкости конструкции: на 1 л. с. мощности в его двигателе приходилось всего по 3 кг веса. Оригинальной была и компоновка двигателя. Пары противолежащих поршней через расположенные с боков коромысла вращали коленчатый вал, размещенный над цилиндрами (2). Двигатель сохранился, и с ним мож^о ознакомиться в Московском Доме авиации им. М. В» Фрунзе.

На рубеже XX в. в постройку здания ДВС был заложен последний камень. В 1893 г. с претенциозной идеей «рационального теплового двигателя, призванного заменить паровую машину и другие существующие в настоящее время двигатели» выступил немецкий инженер Рудольф Дизель. Первый образец его двигателя заработал в 1897 г. Масса недостатков сполна компенсировалась небывало высоким КПД, равным 26%. Для первого образца этого более чем достаточно. Интересно, что усовершенствование двигателей Дизеля, их доводку осуществили русские инженеры на Петербургском заводе Нобеля в 1899-1902 гг. Только после этого дизель стал достойным конкурентом карбюраторного ДВС.

Массовое распространение ДВС резко изменило жизнь человека. Грохот моторов стал слышаться со всех сторон. Он заставил пешеходов испуганно жаться к стенам домов, с любопытством задирать голову вверх, часами глазеть на манипуляции различных машин.

История создания электродвигателя

Электромеханика является относительно молодой, по историческим меркам, отраслью науки и техники.

1800, Вольта

Итальянский физик, химик и физиолог, Алессандро Вольта, первый в мире создал химический источник тока.

1820, Эрстед

Датский ученый, физик, Ханс Кристиан Эрстед, обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку.

1821, Фарадей

Первый электродвигатель Фарадея, 1821 г.

Британский физик-экспериментатор и химик, Майкл Фарадей, опубликовал трактат "О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма", где описал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. Эта конструкция впервые реализовала непрерывное преобразование электрической энергии в механическую. Принято считать ее первым электродвигателем в истории.

1822, Ампер

Французский физик, Андре Мари Ампер, открыл магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Среди прочего Ампер предложил использовать железный сердечник, помещенный внутрь соленоида, для усиления магнитного поля. В 1820 году им был открыт закон Ампера.

1822, Барлоу

Английский физик и математик, Питер Барлоу, изобрел колесо Барлоу, по сути, униполярный электродвигатель.

1825, Араго

Французский физик и астроном, Доминик Франсуа Жан Араго, опубликовал опыт показывающий, что вращающийся медный диск заставляет вращаться магнитную стрелку, подвешенную над ним.

1825, Стёрджен

Британский физик, электротехник и изобретатель, Уильям Стёрджен, в 1825 изготовил первый электромагнит, который представлял из себя согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки.

Вращающееся устройство Йедлика, 1827/28 гг.

1827, Йедлик

Венгерский физик и электротехник, Аньош Иштван Йедлик, изобрел первую в мире динамо-машину (генератор постоянного тока), однако практически не объявлял о своем изобретении до конца 1850-х годов.

1831, Фарадей

Английский физик, Майкл Фарадей, открыл электромагнитную индукцию, то есть явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Формулировка закона электромагнитной индукции.

1831, Генри

Американский физик, Джозеф Генри, независимо от Фарадея обнаружил взаимоиндукцию, но Фарадей раньше опубликовал свои результаты.

1832, Пикси

Генератор постоянного тока Пикси

Француз, Ипполит Пикси, сконструировал первый генератор переменного тока. Устройство состояло из двух катушек индуктивности с железным сердечником напротив которых располагался вращающийся магнит подковообразной формы, который приводился в движение вращением рычага. Позже для получения постоянного пульсирующего тока к этому устройству был добавлен коммутатор.

Электродвигатель Стёрджена
Strurgejn's Annals of Electricity, 1836/37, vol. 1

1833, Стёрджен

Британский физик, Уильям Стёрджен, публично продемонстрировал электродвигатель на постоянном токе в Марте 1833 года в Аделаидской галерее практической науки в Лондоне. Данное изобретение считается первым электродвигателем, который можно было использовать.

1833, Ленц

В начале в электромеханике разграничивали магнито-электрические машины (электрические генераторы) и электро-магнитные машины (электрические двигатели). Российский физик (немецкого происхождения), Эмилий Христианович Ленц, опубликовал статью о законе взаимности магнито-электрических явлений, то есть о взаимозаменяемости электрического двигателя и генератора.

Май 1834, Якоби

Первый вращающийся электродвигатель. Якоби, 1834

Немецкий и русский физик, академик Императорской Санкт-Петербургской Академии Наук, Борис Семенович (Мориц Герман фон) Якоби, изобрел первый в мире электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала. Мощность двигателя составляла около 15 Вт, частота вращения ротора 80-120 оборотов в минуту. До этого изобретения существовали только устройства с возвратно-поступательным или качательным движением якоря.

1836 - 1837, Дэвенпорт

Проводя эксперименты с магнитами, американский кузнец и изобретатель, Томас Дэвенпорт, создает свой первый электромотор в июле 1834 года. В декабре этого же года он впервые продемонстрировал свое изобретение. В 1837 году Дэвенпорт получил первый патент (патент США №132) на электрическую машину.

1839, Якоби

Используя электродвигатель питающийся от 69 гальванических элементов Грове и развивающий 1 лошадиную силу, в 1839 г. Якоби построил лодку способную двигаться с 14 пассажирами по Неве против течения. Это было первое практическое применение электродвигателя.

1837 - 1842, Дэвидсон

Шотландский изобретатель, Роберт Дэвидсон, занимался разработкой электродвигателя с 1837 года. Он сделал несколько приводов для токарного станка и моделей транспортного средства. Дэвидсон изобрел первый электрический локомотив.

1856, Сименс

Немецкий инженер, изобретатель, ученый, промышленник, основатель фирмы Siemens, Вернер фон Сименс изобрел электрический генератор с двойным T-образным якорем. Он первый разместил обмотки в пазах.

1861-1864, Максвелл

Британский физик, математик и механик, Джеймс Клерк Максвелл, обобщил знания об электромагнетизме в четырех фундаментальных уравнениях. Вместе с выражением для силы Лоренца уравнения Максвелла образуют полную систему уравнений классической электродинамики.

1871-1873, Грамм

Бельгийский изобретатель, Зеноб Теофил Грамм, устранил недостаток электрических машин с двух-Т-образным якорем Сименса, который заключался в сильных пульсациях вырабатываемого тока и быстром перегреве. Грамм предложил конструкцию генератора с самовозбуждением, который имел кольцевой якорь.

1885, Феррарис

Итальянский физик и инженер, Галилео Феррарис, изобрел первый двухфазный асинхронный электродвигатель. Однако Феррарис думал, что такой двигатель не сможет иметь КПД выше 50%, поэтому он потерял интерес и не продолжал улучшать асинхронный электродвигатель. Считается, что Феррарис первым объяснил явление вращающегося магнитного поля.

1887, Тесла

Американец сербского происхождения, изобретатель, Никола Тесла, работая независимо от Феррариса, изобрел и запатентовал двухфазный асинхронный электродвигатель с явно выраженными полюсами статора (сосредоточенными обмотками). Тесла ошибачно считал что двухфазная система токов оптимальна с экономической точки зрения среди всех многофазных систем.

1889-1891, Доливо-Добровольский

Русский электротехник польского происхождения, Михаил Осипович Доливо-Добровольский, прочитав доклад Феррариса о вращающемся магнитном поле изобрел ротор в виде "беличьей клетки". Дальнейшая работа в этом направлении привела к разработке трехфазной системы переменных токов и трехфазного асинхронного электродвигателя, получившего широкое применение в промышленности и практически не изменившегося до нашего времени.

Широкое внедрение электромеханических устройств в России начинается после Октябрьской революции 1917 г., когда электрификация всей страны стала основой технической политики нового государства. Можно сказать, что XX век стал веком становления и широкого распространения электромеханики.

Выбор между двухфазной и трехфазной системой

Доливо-Добровольский справедливо считал, что увеличение числа фаз в двигателе улучшает распределение намагничивающей силы по окружности статора. Переход к трехфазной системы от двухфазной уже дает большой выигрыш в этом отношении. Дальнейшее увеличение числа фаз нецелесообразно, так как приводит к значительному увеличению расходов металла на провода.

Для Теслы же казалось очевидным, что чем меньше число фаз, тем меньше требуется проводов, и следовательно тем дешевле устройство электропередачи. При этом двухфазная система передачи требовала применения четырех проводов, что представлялось не желательным в сравнении с двух проводными системами постоянного или однофазного переменного токов. Поэтому Тесла предлагал применять трех проводную линию для двухфазной системы, делая один провод общим. Но это не сильно уменьшало количество затрачиваемого на систему металла, так как общий провод должен был быть большего сечения.

Таким образом трехфазная система токов предложенная Доливо-Добровольским была оптимальной для передачи энергии. Она практически сразу нашла широкое применение в промышленности и до наших дней является основной системой передачи электрической энергии во всем мире.

История создания первого электродвигателя - Экологические автомобили Экологические автомобили

Из истории электромобиля мы знаем, что первый электродвигатель появился раньше двигателя внутреннего сгорания. Как это было… Работы Андре-Мари Ампера, объединившие два разобщенных ранее явления — магнетизм и электричество, вдохновили другого гениального ученого — Майкла Фарадея. Открытия Ампера, Эрстеда и Араго побудили английского физика заняться вопросом о превращении магнитной и электрической энергии в механическую. В 1821 году поставленная задача была решена с помощью специального прибора, в котором было продемонстрировано явление непрерывного электромагнитного вращения.

После удачного эксперимента Фарадей поставил себе новую задачу о превращении магнетизма в электричество. Явление, составляющее основу современной электроэнергетики, было открыто английским ученым лишь через десять лет. Оно было названо электромагнитной индукцией. Спустя 3 года русский физик Эмилий Ленц, обобщив проделанные Фарадеем опыты, сформулировал новый фундаментальный закон, дававший возможность безошибочно определить направление индуцированного тока.

Так называемый принцип обратимости был доказан Ленцем не только теоретически, но и экспериментально: катушка, при ее вращении между полюсами магнита, генерировала электрический ток, обратная реакция заключалась в том, что катушка начинала вращаться, если в нее посылали ток. Исследование английского физика и опыты русского академика сыграли решающую роль в истории электродвигателя и развитии всего электромашиностроения в целом.

Первые попытки создания электродвигателя

Разработки теоретических предпосылок моментально дали толчок для создания первых электродвигателей и генераторов электрического тока. В 1824 году английский физик и математик Питер Барлоу с помощью прибора наглядно продемонстрировал возможность превращения электрической энергии в механическую. Колесо Барлоу представляло собой два горизонтально расположенных П-образных постоянных магнита, под которыми на одной оси размещены два медных зубчатых колеса. Когда через колеса проходил ток, они начинали вращаться в одном направлении.

При этом ученый заметил, что смена полярности контактов и полюсов магнитов изменяла и направлении вращения колес. По сути, Барлоу изобрел первый униполярный электродвигатель. Его опыт дал пищу для размышления другим изобретателям, и уже в 1831 году была представлена еще одна модель электродвигателя. На этот раз Д. Генри сделал попытку использовать для получения качательного движения отталкивание одноименных и притяжения разноименных магнитных полюсов.

Первый электродвигатель с возможностью практического применения

Модели, созданные Барлоу и Генри, представляли собой электрические устройства с качательными или возвратно-поступательными движениями малой удельной мощности, посему не имели практического применения, а о серийном производстве электромобилей даже и речи не могло быть. Первый электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала был создан в 1834 году физиком и академиком Борисом Якоби. Но стоит отметить, что впервые идею о создании более современного электродвигателя с вращательным движением высказал английский ученый В. Риччи еще в 1833 году. Был ли знаком Якоби с работой Риччи, неизвестно.

Двигатель Якоби состоял из двух групп электромагнитов. Попеременное изменение полярностей подвижных электромагнитов происходило путем специального коммутатора. Принцип этого устройства используется в некоторых современных электродвигателях. Мощность двигателя составляла всего 15 Вт, при частоте вращения ротора 80-120 об/мин.

В 1837 году Якоби обратился к Министру народного просвещения графу С. Уварову с предложением о практическом применении своего электродвигателя. О предложении русского академика было доложено Николаю I. Император дал добро на создание «Комиссии для производства опытов относительно приспособления электромагнитной силы к движению машин по способу Якоби».

Первый электродвигатель был далеко не совершенным и, конечно же, очень слабым. Так считал и сам академик, поэтому все средства выделенные комиссии были потрачены на усовершенствование электрической схемы. В 1838 году по Неве шел катер с 12 пассажирами, среди которых были физик Ленц, адмирал Крузенштерн и сам Якоби. Шлюпка крайне удивила гуляющих в тот день по набережной — никто из ее пассажиров не греб веслами.

Заменил гребцов электродвигатель мощностью 0.6 кВт, питаемый от 320 гальванических элементов. Испытания прошли весьма удачно, и сенсационная новость о первом практическом применении электродвигателя разлетелась по всему миру.

Видео: создание простейшего электродвигателя

Когда VR — это тип двигателя. Базовое погружение в мир автомобильных ДВС — Mafin Media

V-образный двигатель

Как сделать мотор мощнее, не удлиняя капот до размеров доски для серфинга? Распилить пополам рядный двигатель и соединить две половинки. Цилиндры (чаще всего их шесть или восемь) при этом будут расположены в форме латинской буквы V, то есть не строго вертикально, а под углом, обычно составляющим от 60 до 120 градусов:

V-образные двигатели сложнее, дороже и встречаются не так часто, как упомянутые выше рядные. Один из самых известных V-образных моторов — восьмицилиндровый Small Block, знакомый по американской легенде Chevrolet Corvette. Слово Small (в пер. с англ. — маленький), кстати, отнюдь не означает, что это малообъемный мотор. Такое название он получил за счет «приплюснутости», то есть меньшей высоты, достигнутой благодаря уменьшенному ходу поршня: иначе мотор просто не уместился бы в подкапотное пространство «Корвета». На фото ниже — первый Corvette 1955 г., на который стал устанавливаться этот двигатель.

VR-образный двигатель

VR-образные моторы сочетают конструкцию рядных и V-образных и по-русски называются рядно-смещенными. В таком двигателе цилиндры (от шести до восьми) имеют небольшой угол наклона: обычно 15 градусов. Такой относительно скромный «развал» позволяет накрыть их одной головкой блока. В V-образном моторе головок блока будет две.

Корни этого чуда уходят в Италию, где в начале XX века малоизвестная в наших краях автомобильная компания Lancia разработала первый подобный мотор. Он стал устанавливаться на продукцию этой фирмы с 1920-х годов, начиная с Lancia Lambda:

Уже в конце XX века основные работы над моторами с такой конструкцией перекочевали в Германию, где Volkswagen и использовал впервые аббревиатуру VR. Среди прочего одна из модификаций этого мотора устанавливалась на небезызвестный в нашей стране Passat B3.

W-образный двигатель

Как нетрудно догадаться по буквенному обозначению, W-образный двигатель представляет собой два «спаянных» V-образника. Основное ноу-хау этих моторов то же, что и у V-образных: повышение мощности без существенного увеличения размеров мотора. Как правило, такие моторы вмещают от 8 до 16 цилиндров, хотя это не предел. Встречаются они еще реже, чем V-образные: ремонт трудоемок, а стоимость изготовления велика.

Кстати, первый W-образный автомобильный (авиация не считается) двигатель тоже изобрел Volkswagen: это был W-8, то есть восьмицилиндровый мотор. В конце прошлого века концерн Volkswagen купил Bugatti, и первым сердцем суперкара Veyron стал уже W-16, развивающий сумасшедшие по гражданским меркам 1 000 лошадиных сил.

Оппозитный двигатель

Разработка оппозитного (от англ. opposite — диаметрально противоположный) двигателя — продолжение темы увеличения мощности без особого увеличения самого ДВС. Так появились не только все моторы, про которые было рассказано выше, но и широко известный в узких кругах оппозитный двигатель, или «боксер». Ассоциация с контактным видом спорта возникла не просто так: в оппозитнике угол развала цилиндров — 180 градусов. Проще говоря, поршни движутся «навстречу» друг другу, как кулаки сражающихся спортсменов. Хотя оппозитный мотор позволяет снизить центр тяжести и таким образом повысить устойчивость автомобиля, он, как и любое современное технологичное изобретение, требователен к обслуживанию. Сегодня эти двигатели известны в первую очередь по Subaru и Porsche, хотя их применяли и на гораздо более массовом автомобиле Volkswagen Beetle, выпускавшемся с конца 1930-х годов.

Роторно-поршневой двигатель — РПД

Этот тип мотора, прозванный по имени своего создателя двигателем Ванкеля, имеет принципиально отличную от уже знакомых нам поршневых моторов конструкцию. Привычного поршня, двигающегося условно вверх-вниз, здесь нет: вместо него по сложной оси вращается ротор, который и выполняет функцию поршня. Внешне эта деталь представляет собой треугольник Рело, встречавшийся еще в трудах Леонардо да Винчи.

Треугольник ротора «вешается» на так называемый эксцентриковый вал и помещается в овальную камеру сгорания, где возгорание топливно-воздушной смеси заставляет его вращаться и выдавать механическую энергию. Интересно, что механизм газораспределения, или всем нам знакомые ремень ГРМ и клапаны, здесь отсутствует.

Основное преимущество этой конструкции — высокие рабочие обороты (8–-9 тысяч оборотов коленчатого вала в минуту — RPM, или rounds per minute), позволяющие снять даже с небольшого объема в 1,3 литра 200 и больше лошадиных сил. Для сравнения: атмосферные поршневые двигатели такого объема обычно не развивают и 100. Минусы ротора — высокий расход топлива, невысокая экологичность выхлопа и требовательность к эксплуатации вкупе с не самой высокой надежностью. Как говорится, просто так ничего не бывает, и мощность — не исключение. Хотя роторы экспериментально ставились даже на ВАЗ 2103, они больше известны по детищу японской фирмы Mazda, модели RX-8, выпускавшейся с 2003 по 2012 год:

Кто первый изобрел электродвигатель


История создания первого электродвигателя

Из истории электромобиля мы знаем, что первый электродвигатель появился раньше двигателя внутреннего сгорания. Как это было… Работы Андре-Мари Ампера, объединившие два разобщенных ранее явления — магнетизм и электричество, вдохновили другого гениального ученого — Майкла Фарадея. Открытия Ампера, Эрстеда и Араго побудили английского физика заняться вопросом о превращении магнитной и электрической энергии в механическую. В 1821 году поставленная задача была решена с помощью специального прибора, в котором было продемонстрировано явление непрерывного электромагнитного вращения. После удачного эксперимента Фарадей поставил себе новую задачу о превращении магнетизма в электричество. Явление, составляющее основу современной электроэнергетики, было открыто английским ученым лишь через десять лет. Оно было названо электромагнитной индукцией. Спустя 3 года русский физик Эмилий Ленц, обобщив проделанные Фарадеем опыты, сформулировал новый фундаментальный закон, дававший возможность безошибочно определить направление индуцированного тока.

Так называемый принцип обратимости был доказан Ленцем не только теоретически, но и экспериментально: катушка, при ее вращении между полюсами магнита, генерировала электрический ток, обратная реакция заключалась в том, что катушка начинала вращаться, если в нее посылали ток. Исследование английского физика и опыты русского академика сыграли решающую роль в истории электродвигателя и развитии всего электромашиностроения в целом.

Первые попытки создания электродвигателя

Разработки теоретических предпосылок моментально дали толчок для создания первых электродвигателей и генераторов электрического тока. В 1824 году английский физик и математик Питер Барлоу с помощью прибора наглядно продемонстрировал возможность превращения электрической энергии в механическую. Колесо Барлоу представляло собой два горизонтально расположенных П-образных постоянных магнита, под которыми на одной оси размещены два медных зубчатых колеса. Когда через колеса проходил ток, они начинали вращаться в одном направлении.

При этом ученый заметил, что смена полярности контактов и полюсов магнитов изменяла и направлении вращения колес. По сути, Барлоу изобрел первый униполярный электродвигатель. Его опыт дал пищу для размышления другим изобретателям, и уже в 1831 году была представлена еще одна модель электродвигателя. На этот раз Д. Генри сделал попытку использовать для получения качательного движения отталкивание одноименных и притяжения разноименных магнитных полюсов.

Первый электродвигатель с возможностью практического применения

Модели, созданные Барлоу и Генри, представляли собой электрические устройства с качательными или возвратно-поступательными движениями малой удельной мощности, посему не имели практического применения, а о серийном производстве электромобилей даже и речи не могло быть. Первый электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала был создан в 1834 году физиком и академиком Борисом Якоби. Но стоит отметить, что впервые идею о создании более современного электродвигателя с вращательным движением высказал английский ученый В. Риччи еще в 1833 году. Был ли знаком Якоби с работой Риччи, неизвестно.

Двигатель Якоби состоял из двух групп электромагнитов. Попеременное изменение полярностей подвижных электромагнитов происходило путем специального коммутатора. Принцип этого устройства используется в некоторых современных электродвигателях. Мощность двигателя составляла всего 15 Вт, при частоте вращения ротора 80-120 об/мин.

В 1837 году Якоби обратился к Министру народного просвещения графу С. Уварову с предложением о практическом применении своего электродвигателя. О предложении русского академика было доложено Николаю I. Император дал добро на создание «Комиссии для производства опытов относительно приспособления электромагнитной силы к движению машин по способу Якоби».

Первый электродвигатель был далеко не совершенным и, конечно же, очень слабым. Так считал и сам академик, поэтому все средства выделенные комиссии были потрачены на усовершенствование электрической схемы. В 1838 году по Неве шел катер с 12 пассажирами, среди которых были физик Ленц, адмирал Крузенштерн и сам Якоби. Шлюпка крайне удивила гуляющих в тот день по набережной — никто из ее пассажиров не греб веслами.

Заменил гребцов электродвигатель мощностью 0.6 кВт, питаемый от 320 гальванических элементов. Испытания прошли весьма удачно, и сенсационная новость о первом практическом применении электродвигателя разлетелась по всему миру.

Видео: создание простейшего электродвигателя

Система Стоп-Старт

Пробка - головная боль любого мегаполиса. Плюс ко всему - это источник загрязнения окружающей среды и дырка в кармане автолюбителя....

подробнее

Электродвигатель

Давайте подвесим между полюсами неподвижного магнита проволочную петлю, через которую пропустим электрический ток. Мы увидим, что петля начнет отклоняться в сторону, чтобы выйти из магнитного поля. Именно это явление положено в основу всех электродвигателей. Главными частями электродвигателя являются: ротор и статор. Статор является неподвижной частью электродвигателя, служит магнитопроводом, в котором образуется магнитное поле. Подвижной вращающейся частью электродвигателя является ротор, на нем помещены витки провода, по которому пропускают электрический ток. Двигатели, работающие от сети постоянного тока, являются двигателями постоянного тока. Двигатели, работающие от источника переменного тока, называются двигателями переменного тока. В результате проведенных экспериментов выдающийся английский физик Майкл Фарадей доказал, что при перемещении проводника в магнитном поле, можно создавать электрический ток индукционным методом. Так, в 1831 году было открыто явление электромагнитной индукции. Сразу же ученые и изобретатели нескольких стран взялись за разработку электродвигателя, пригодного для практики.

Первыми были созданы электродвигатели постоянного тока, так как источники постоянного тока (батарея и гальванические элементы) были изобретены раньше. В 1834 году русским ученым Б. С. Якоби был создан первый электродвигатель, который состоял из двух частей — неподвижной и вращающейся. Благодаря изобретению был открыт принцип непрерывного вращательного движения. Мощность электродвигателя равнялась 15 Вт, источником тока были гальванические батареи. Однако практического применения электродвигатель не имел. В 1838 году Б. С. Якоби создал первый электродвигатель постоянного тока пригодный для практических целей. Мощность была увеличена за счет соединенных на одной плоскости 40 двигателей. Двигатель использовали для привода гребного вала лодки. 13 сентября 1838 года двигатель был установлен на лодке, в которой находилось 12 пассажиров. Испытания прошли весьма успешно. За 7 часов лодка проделала путь в 7 км со скоростью 2 км/ч. В сентябре 1839 года на катер с 14 пассажирами был установлен двигатель усовершенствованной конструкции, большей мощности, скорость которого составляла 4 км/ч. Двигатель Якоби стал самым надежным и мощным из всех конструкций, созданных на тот момент. К 70-м годам XIX столетия электродвигатель был полностью усовершенствован и сохранился в таком виде до наших дней.

Со временем в электродвигателях стали использовать электромагниты вместо постоянных магнитов, что позволило существенно увеличить мощность. Принцип работы электродвигателя постоянного тока заключается в следующем: к обмотке электромагнита подводят электрический ток, в результате между его полюсами возникает магнитное поле. Виток провода размещен на роторе. Когда к витку провода через коллектор подводится электрический ток, он начинает вращаться вместе с ротором. Особенностью таких электродвигателей является возможность регулировать частоту вращения ротора. Микроэлектродвигатели используют в электробритвах, системах автоматического регулирования, кофемолках и других приборах быта. Мощные электродвигатели используют для привода подъемных кранов, прокатных станков, на электрофицированном транспорте.

В 1889 году замечательный русский инженер-электротехник М. О. Доливо-Добровольский создал систему трехфазного тока и создал первый трехфазный двигатель переменного тока. Основными частями двигателя переменного тока также являются ротор и статор. В отличие от двигателей постоянного тока они не имеют коллектора, ток на обмотки ротора поступает через контактные кольца. В некоторых двигателях отсутствуют выводы на обмотках для подключения к току, а замкнуты между собой. Внешне ротор был похож на колесо в беличьей клетке и получил название беличьего колеса. Конструкция такого ротора дала возможность уменьшить магнитное и электрическое сопротивление и повысить эффективность работы, без принципиальных изменений она сохранилась до сегодняшних дней. Двигатели переменного тока существуют синхронные и асинхронные. У синхронного двигателя частота вращения магнитного поля, производимая обмотками статора, синхронна с частотой вращения ротора. В асинхронных двигателях частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора. Наиболее просты и надежны асинхронные двигатели. Они получили широкое распространение.

Электродвигатель. История создания.

Величайшим техническим достижением конца XIX века стало изобретение промышленного электродвигателя. Этот компактный, экономичный, удобный мотор вскоре сделался одним из важнейших элементов производства, вытеснив другие виды двигателей отовсюду, куда только можно было доставить электрический ток. Электрические двигатели появились еще во второй четверти XIX столетия, но прошло несколько десятилетий, прежде чем создались благоприятные условия для их повсеместного внедрения в производство.

Один из первых совершенных электродвигателей, работавших от батареи постоянного тока, создал в 1834 году русский электротехник Якоби. Этот двигатель имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа располагалась на неподвижной раме. Их полюсные наконечники были устроены асимметрично - удлинены в одну сторону. Вал двигателя представлял собой два параллельных латунных диска, соединенных четырьмя электромагнитами, поставленными на равном расстоянии один от другого. При вращении вала подвижные электромагниты проходили против полюсов неподвижных. У последних полярности шли попеременно: то положительная, то отрицательная. К электромагнитам вращающегося диска отходили проводники, укрепленные на валу машины. На вал двигателя был насажен коммутатор, который менял направление тока в движущихся электромагнитах в течение каждой четверти оборота вала. Обмотки всех электромагнитов неподвижной рамы были соединены последовательно и обтекались током батареи в одном направлении. Обмотки электромагнитов вращающегося диска были также соединены последовательно, но направление тока в них изменялось восемь раз за один оборот вала. Следовательно, полярность этих электромагнитов также менялась восемь раз за один оборот вала, и эти электромагниты поочередно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы.

Двигатель Якоби для своего времени был самым совершенным электротехническим устройством. В том же 1834 году подробное сообщение о принципах его работы было представлено Парижской Академии наук.

В 1838 году Якоби усовершенствовал свой электромотор и, установив его на гребном боте, с десятью спутниками совершил небольшое плавание по Неве со скоростью 4,5 км/ч. Источником тока ему служила мощная батарея гальванических элементов.

До тех пор, пока не был изобретен и внедрен в производство совершенный электрический генератор, электродвигатели не могли найти широкого применения, так как питать их от батареи было слишком дорого и невыгодно. Кроме того, в силу разных причин двигатели постоянного тока получили лишь ограниченное применение. Гораздо более важную роль играют в производстве электромоторы, работающие на переменном токе, к рассмотрению которых мы теперь переходим.

Для переменного тока необходима особая конструкция двигателя. Изобретатели не сразу смогли найти ее. Прежде всего была разработана модель так называемого синхронного двигателя переменного тока. Один из первых таких двигателей построил в 1841 году Чарльз Уитстон.

Его система обладала большими недостатками: кроме того, что синхронный двигатель требовал для своего запуска дополнительный разгонный двигатель, он имел и другой изъян - при перегрузке синхронность его хода нарушалась, магниты начинали тормозить вращение вала, и двигатель останавливался. Поэтому синхронные двигатели не получили широкого распространения. Подлинная революция в электротехнике произошла только после изобретения асинхронного двигателя. Подобное устройство в 1879 году изобрел Бейли.

 В 1888 г. итальянский физик Феррарис и югославский изобретатель Тесла (работавший в США) открыли явление вращающегося электромагнитного поля.

Изобретение Теслы знаменовало собой начало новой эры в электротехнике и вызвало к себе живейший интерес во всем мире. Уже в июне 1888 году фирма «Вестингауз Электрик Компани» купила у него за миллион долларов все патенты на двухфазную систему и предложила организовать на своих заводах выпуск асинхронных двигателей.

Вскоре индукционный двигатель Теслы был значительно переработан и усовершенствован русским электротехником Доливо-Добровольским. Первым важным новшеством, которое внес Доливо-Добровольский в асинхронный двигатель, было создание ротора с обмоткой «в виде беличьей клетки». Во всех ранних моделях асинхронных двигателей роторы были очень неудачными, и поэтому КПД этих моторов был ниже, чем у других типов электрических двигателей. Большое значение играл здесь материал, из которого изготавливался ротор, поскольку тот должен был удовлетворять сразу двум условиям: иметь малое электрическое сопротивление и иметь хорошую магнитную проницаемость. С точки зрения уменьшения электрического сопротивления лучшим конструктивным решением мог бы стать ротор в виде медного цилиндра. Но медь плохой проводник для магнитного потока статора и, КПД такого двигателя был очень низким. Если медный цилиндр заменяли стальным, то магнитный поток резко возрастал, но, поскольку электрическая проводимость стали меньше, чем меди, КПД опять был невысоким.

Доливо-Добровольский нашел выход из этого противоречия: он выполнил ротор в виде стального цилиндра, а в просверленные по периферии последнего каналы стал закладывать медные стержни. На лобовых частях ротора эти стержни электрически соединялись друг с другом. Решение Доливо-Добровольского оказалось наилучшим. После того как он получил в 1889 году патент на свой ротор, его устройство принципиально не менялось вплоть до настоящего времени.

Вслед за тем Доливо-Добровольский стал думать над конструкцией статора - неподвижной части двигателя. Доливо-Добровольский видел перед собой две задачи: повысить КПД двигателя и добиться большей равномерности его работы.

Свой первый трехфазный асинхронный двигатель Доливо-Добровольский построил зимой 1889 года. В качестве статора в нем был использован кольцевой якорь машины постоянного тока с 24-мя полузакрытыми пазами.

Учитывая ошибки Теслы, Доливо-Добровольский рассредоточил обмотки в пазах по всей окружности статора, что делало более благоприятным распределение магнитного поля. Ротор был цилиндрическим с обмотками «в виде беличьей клетки». Воздушный зазор между ротором и статором составлял всего 1 мм, что по тем временам было смелым решением, так как обычно зазор делали больше. Стержни «беличьей клетки» не имели никакой изоляции. В качестве источника трехфазного тока был использован стандартный генератор постоянного тока, перестроенный в трехфазный генератор так, как это было описано выше.

Впечатление, произведенное первым запуском двигателя на руководство АЭГ, было огромным. Для многих стало очевидно, что долгий тернистый путь создания промышленного электродвигателя наконец пройден до конца. По своим техническим показателям двигатели Доливо-Добровольского превосходили все существовавшие тогда электромоторы — обладая очень высоким КПД, они безотказно работали в любых режимах, были надежны и просты в обращении. Поэтому они сразу получили широкое распространение по всему миру. С этого времени началось быстрое внедрение электродвигателей во все сферы производства и повсеместная электрификация промышленности.

История появления электродвигателя - Двигатели автомобилей

В 21-ом веке электродвигатели имеют особое место в нашей жизни. Они находятся почти во всех технических агрегатах, которые мы видим каждый день, будь то пылесос, стиральная машина, система вентиляции. Это безусловно очень важное достижения прогресса, которое появилось в середине 19-го века, и было предвестником индустриальной эры.

Электродвигатель был создан в 1834 году Борисом Якоби, русским пионером электротехники, и после некоторых усовершенствований в 1838 году был установлен на лодке, которая могла с его помощью перемещаться по реке со скоростью около 4 км\ч. Но несмотря на это изобретение, электродвигатели не могли найти массового применения, до того момента, пока не был создан электрический генератор, поскольку осуществлять их питание от батареи было крайне неудобно. Первый двигатель переменного тока был сконструирован и создан Чарльзом Уитстоном в 1841 году. Началом применения переменного тока для электродвигателей принято считать 1889 год, когда инженер Доливо- Добровольский сконструировал первый трехфазный асинхронный двигатель. Первая линия трехфазного переменного тока была создана в 1891 году.  Результаты использования этой линии доказали физическую возможность применения трехфазного тока, для передачи больших объемов электроэнергии с высокими показателями КПД. К началу 20-го века появились прототипы основных электромашин.

Именно с того времени началось быстрое развитие электрификации промышленных предприятий и транспорта. Одновременно с этим появляются первые турбогенераторы. Это дает толчок к увеличению мощности генераторов. Для сравнения в 1900 году пиковая мощность генератора составляла 5кВт, а в 1920 году эта величина составляла 60 тысяч кВт. Создание водного охлаждения позволило создать турбогенераторы мощностью около 550 тысяч кВт.

На данный момент электродвигатели имеют следующие характеристики. Максимальная мощность. Она как принято в физике измеряется в Ваттах. Этот параметр зависит от конструкции, материала изготовления,  и технологии создания. Несколько двигателей имеющие одинаковую массу и размер могут иметь различную мощность исключительно из-за технологии производства. Как правило, именно этот параметр задает ценовую категорию для двигателя. Далее рассматривают номинальное напряжение и ток, а так же сопротивление обмотки, как вы знаете, эти параметры неизменно влияют друг на друга. При более низком сопротивлении, возрастает максимальное значение ампер. Третьей характеристикой являются номинальные обороты в минуту. Конструкция современного двигателя направлена на получение более высоких оборотов, или же наивысшего момента на валу. Следовательно, двигатель с большим диаметром имеет увеличенный высокий момент и уменьшенные обороты.

Большинство двигателей формируют два магнитных поля, переменное и неподвижное, при этом неподвижное производят постоянные магниты, в то время как переменное создается обмоткой. Неподвижное поле работает по базовым определениям механики, магнит имеет два полюса, северный и как положено южный, противоположные полюса имеют притяжение, одинаковые притягиваются и вследствие этого создается сила взаимодействия. Но для того, чтоб двигатель начал свое вращение требуется менять эти направления. Соответственно, в реальности вращение происходит из-за изменения этих параметров, полюс притягивается, полюс отталкивается. Таков основной принцип действия электродвигателя.

Двигатель внутреннего сгорания – изобретения и открытия 9000 1

Двигатель, в котором внутри него сжигается топливо, дающее тепловую энергию. Затем она преобразуется в механическую энергию.

Первый такой двигатель (вдобавок экологический, т.к. он сжигает смесь водорода и кислорода и выделяет в качестве выхлопных газов чистую воду ! ), появился благодаря Бракенбургу еще в 1836 году, но безопасность его изобретения не вызывала доверия среди потенциальных покупателей и идея немецкого изобретателя была быстро забыта.

В 1860 году был создан прародитель двигателя внутреннего сгорания. Это был двухтактный одноцилиндровый двигатель с искровым зажиганием, работавший на смеси природного газа и воздуха, мощностью 8,8 кВт; он работал аналогично паровой машине двойного действия, т. е. сгорание смеси происходило в его цилиндре как под, так и над поршнем, благодаря системе двух впускных и выпускных каналов, подающих и отводящих попеременно смесь и выхлопные газы. С другой стороны, не происходило сжатия топлива, а только расширение, вызванное его взрывом, и поршень возвращался в исходное положение.
Его конструктором был французский инженер бельгийского происхождения Этьен Ленуар.
Конечно, у него была идея втиснуть его в легкую карету и превратить в автомобиль — несколько неудачных попыток, однако, отбили у него охоту к дальнейшим экспериментам. Двигатель работал не очень эффективно, потреблял много бензина и смазки, работал с перебоями и часто останавливался.

Через несколько лет его соотечественник Пьер Равель построил автомобиль с двигателем, работавшим на керосине. К сожалению, франко-прусская война помешала испытанию готовой машины — ее похоронили вместе с навесом, в котором она была построена.


Лишь в 1876 году немецкий изобретатель-самоучка Николаус Отто разработал первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, положивший начало автомобильной эре. Также благодаря этому изобретению человек смог впервые подняться в воздух на самолете. С тех пор произошло бурное развитие различных типов двигателей.

В 1878-79 годах Карл Бенц разработал первый двухтактный бензиновый двигатель, а в 1893 году Рудольф Дизель запатентовал первый двигатель с воспламенением от сжатия.

В 1883 году Вильгельм Майбах и Готлиб Даймлер построили свой первый бензиновый двигатель, который еще не подходил для мобильного использования. 12 февраля 1884 года Эдуар Деламар-Дебутвиль получает патент на свой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, в котором, однако — вместо бензина — сжигается… легкий газ. И играть с газом (особенно хранящимся в кожаных мешках для воды) — не шутка: запатентованная машина Делемара взрывается при первой же поездке.


Стальной бензиновый трехколесный велосипед Mannheim производства Карла Фридриха Бенца прибыл в следующем году. Мощность его двигателя всего 2/3 лошадиных силы, он мог перевозить одного водителя и одного пассажира со скоростью 12 км/ч.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?
В поршневых двигателях внутреннего сгорания движение поршня обусловлено быстрым сгоранием топливно-воздушной смеси внутри цилиндров. Воспламенение горючей смеси вызывает отталкивание поршней и тем самым вращение коленчатого вала

По различному строению и принципу работы поршневые двигатели внутреннего сгорания можно разделить на: .90 000 176 лет назад родился изобретатель 4-тактного бензинового двигателя

Николаус Август Отто родился 14 июня 1832 года в Хольцхаузене-на-Хайде в Рейнской области.Он бросил школу в шестнадцать лет, чтобы работать в продуктовом магазине, затем переехал в Кельн на Рейне, где впервые столкнулся с бельгийским двухтактным газовым двигателем Этьена Ленуара. Событие, произошедшее в 1859 году, стало поворотным в жизни Отто. Через два года он построил свой первый силовой агрегат на базе двигателя Ленуара.

В 1864 году вместе с Ойгеном Лангеном он основал компанию «Н.А. Отто и Си». производство «безнаддувных» двухтактных двигателей, работающих на газе. Вначале речь шла о штучном производстве, «серийное» производство началось только в 1868 году. Интересен тот факт, что позже двигатель Отто получил золотую медаль на всемирной выставке в Париже. Через четыре года после начала серийного производства, в 1872 году, к компании присоединились два новых конструктора — Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. Хотя они проработали в компании недолго, благодаря им Отто заинтересовался 4-тактными бензиновыми двигателями с «внутренним сгоранием».Вскоре после этого компания была преобразована в акционерное общество «Газмоторенфабрик Дойц АГ».

Прототип двигателя с фазами всасывания-сжатия-расширения-взрыва был готов за четыре года, а в 1877 году двигатель был запатентован.Четырехтактный цикл стационарного газового двигателя был назван в честь его создателя, т. е. «циклом Отто». В 1882 году дизайнер был удостоен звания почетного доктора философского факультета Вюрцбургского университета.

Otto вошел в историю двигателей внутреннего сгорания еще с одним решением.До 1884 года двигатели работали на газе, использование жидкого топлива было невозможно из-за отсутствия подходящей системы зажигания. Отто разработал простое низковольтное магнитное зажигание и проблема была решена — с тех пор топливно-воздушная смесь воспламеняется от электрической искры.

Это изобретение произвело революцию в дальнейшем развитии силовых агрегатов - бензиновый двигатель с искровым зажиганием, хотя и только 2-тактный, Карл Бенц установил в своем 3-колесном колесе, и в том же году состоялась премьера 4-тактного двигателя, построенного по Патенты Отто имели место.Это был мопед, построенный Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом, бывшими сотрудниками Otto. В следующем году они установили свой двигатель в лафет, а в 1889 году в легкий 4-колесный стальной колесный Stahlardwagen.

Конкуренты, конечно же, стремились дискредитировать Отто.Четырехтактный двигатель ранее был разработан французским дизайнером Альфонсом Бо-Эженом де Роша, который даже выиграл иск в порядке очереди, что привело к аннулированию патентов Отто. Однако уже тогда, в середине 1880-х, двигатели Отто пользовались большой популярностью. Согласно последним исследованиям, итальянские инженеры Эудженио Барсанти и Феличе Маттеуччи получили патент на двигатель с «эффективным внутренним сгоранием» в Лондоне в 1854 году.

Немецкий изобретатель умер 26 января 1891 года в Кёльне на Рейне в возрасте 59 лет.

Возможно, Николаус Август Отто не был первым, кто разработал четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Тем не менее, это был определенно первый двигатель, который использовался на практике.Недавно концерн Daimler AG отдал дань уважения гениальному конструктору, представив прототип экспериментального силового агрегата, сочетающего принципы работы дизельного и бензинового двигателей — DiesOtto. Также следует подчеркнуть, что компания, основанная Отто, действует до сих пор, но название было сокращено до Deutz AG.

.

Двигатель внутреннего сгорания. Что это такое и как это работает?

Двигатель внутреннего сгорания до сих пор является основой работы многих устройств. Используется не только автомобилями, но и кораблями и самолетами. Моторный привод работает на основе теплых и горячих веществ. Сжимая и разжимая, он получает энергию, которая позволяет объекту двигаться. Это основа, без которой ни одно транспортное средство не может нормально функционировать. Именно поэтому каждый водитель должен знать его базовую структуру и принцип работы, чтобы в случае возникновения проблемы проще и быстрее диагностировать возможную неисправность.Читай дальше, чтобы узнать больше!

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

Как следует из названия, это прежде всего устройство, сжигающее топливо. Таким образом, он вырабатывает энергию, которую затем можно перенаправить, например, на движение автомобиля или использовать для включения какой-либо другой машины. Двигатель внутреннего сгорания состоит из, среди прочего:

Стоит отметить, что процессы внутри двигателя цикличны и должны быть достаточно равномерными. Поэтому, если транспортное средство перестает двигаться гармонично, проблема вполне может быть в двигателе.

Как работает двигатель внутреннего сгорания? Это довольно простой механизм

.

Для работы двигателя внутреннего сгорания требуется холодная и теплая среда. Первый обычно представляет собой воздух, который всасывается из окружающей среды и сжимается. Таким образом, и его температура, и давление увеличиваются. Затем он нагревается сгорающим в кабине топливом. Достигнув соответствующих параметров, он расширяется в цилиндре или в турбине, в зависимости от конструкции конкретного двигателя. Это создает энергию, которую затем можно перенаправить на привод машины.

Двигатели внутреннего сгорания и их типы

Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на множество различных типов. Разбивка зависит от учитываемых параметров. В первую очередь различаем двигатели:

  • открытое горение;
  • закрытого сгорания.

Первые могут находиться в газообразном состоянии с неизменным составом, а вторые могут иметь переменный состав. Кроме того, их можно разделить по давлению во всасывающем коллекторе. Таким образом, можно провести различие между безнаддувными и наддувными двигателями.Последние делятся на низко-, средне- и высокозарядные. Есть еще, например, двигатель Стрелинга, в основе которого лежит химический источник тепла.

Кто изобрел двигатель внутреннего сгорания? Это началось в 18 веке на

Один из первых прототипов создал Филипп Лебон, французский инженер, живший во второй половине 18 века. Французы работали над усовершенствованием паровой машины, но, наконец, в 1799 году изобрели машину, задачей которой было сжигание выхлопных газов.Однако публике презентация не понравилась из-за запаха, исходящего от машины. Почти 60 лет изобретение не пользовалось популярностью. Когда был разработан двигатель внутреннего сгорания, каким мы его знаем сегодня? Только в 1860 году Этьен Ленуар нашел свое применение, создав транспортное средство из старой гужевой повозки, и тем самым начал путь к современной автомобилизации.

Двигатель внутреннего сгорания в первых современных автомобилях

Первые двигатели внутреннего сгорания, которые использовались для питания транспортных средств, подобных современным автомобилям, начали создаваться в 1980-х годах.XIX век. Среди пионеров был Карл Бенц, который в 1886 году создал транспортное средство, считающееся первым автомобилем в мире. Именно он положил начало мировой моде на автомобильную промышленность. Компания, которую он основал, существует до сих пор и широко известна как Mercedes. Однако стоит также отметить, что в 1893 году Рудольф Дизель создал первый в истории двигатель с воспламенением от сжатия.

Является ли двигатель внутреннего сгорания последним ключевым изобретением в автомобильной промышленности?

Двигатель внутреннего сгорания — основа современной автомобилизации, но и о нем, вероятно, со временем забудут. Инженеры сообщают, что больше не могут создавать более мощные механизмы такого рода. По этой причине электроприводы, не загрязняющие окружающую среду, будут становиться все более популярными, а их возможности намного больше.

Двигатель внутреннего сгорания стал важной вехой в развитии автомобилестроения. Все указывает на то, что это скоро уйдет в прошлое из-за все более ограничивающих норм выбросов выхлопных газов. Так что тем более стоило знать его устройство и историю, потому что скоро он сам станет пережитком прошлого.

.

Untitled Document

Только 75 лет спустя Джеймс Уатт успешно использовал водяной пар для привода поршня в паровой машине, положив начало промышленной революции.

Следующий этап в создании двигателя внутреннего сгорания был отмечен Этьеном Ленуаром, построившим газовый двигатель в 1860 году. В этом двигателе светящийся газ воспламенялся от электричества, которое смещало поршень. Конечно, этот двигатель не работал ровно, как сегодняшние силовые агрегаты.Однако зажигание было автоматическим и машина развивала мощность 2 киловатта.

От этой конструкции до 4-тактного двигателя Отто было недалеко. А этот работал совсем иначе: тише, плавнее, быстрее, эффективнее и экономичнее всех машин, созданных до него.

Первый автомобиль появился в 19 веке! В 1886 году Карл Бенц снял тяги с лафета и заменил их рулевым колесом типа
. на велосипеде.Трехколесная машина была оснащена бензиновым двигателем над осью заднего колеса. Так родился «запатентованный автомобиль».

Рудольф Дизель разработал двигатель с несколько измененным принципом работы. Его целью было создание еще более эффективной машины, основанной на общей концепции двигателя внутреннего сгорания. В 1893 году он получил патент на конструкцию «двигателя с воспламенением от сжатия».

Дизельный двигатель работает так же, как двигатель Отто, за исключением того, что топливно-воздушная смесь не воспламеняется от свечи зажигания.
Здесь всасываемый воздух сжимается под таким огромным давлением (отсюда и другое название этой машины: «дизель»), что нагревается до очень высокой температуры. Теперь, если в цилиндр впрыснуть топливо, температура воспламенит его сама.

Первым дизельным автомобилем MAN был одноцилиндровый гигант объемом почти 20 литров, развивавший мощность 15 кВт при 172 об/мин. В 1936 году Mercedes впервые применил дизель в серийном легковом автомобиле.

С самого начала был параллельный двухтактный двигатель. Конструкция двухтактного двигателя намного проще, чем у четырехтактного. Здесь 2 штриха «делаются» за один. Нет клапанов, пропускающих воздух в цилиндр и выхлопные газы. Все основано на вырезанных в стенках поршня и цилиндра каналах, управляющих газообменом. Родиной автомобилей, оснащенных двухтактными двигателями, была Германия (DKW до 1966 года, Trabant и Wartburg до 1989 года).Тем не менее мотоциклы и газонокосилки до сих пор оснащаются такими двигателями, хотя от них отказываются из-за требований к чистоте выхлопных газов.

Феликс Ванкель написал свою собственную главу в истории автомобилестроения. Его «роторно-поршневой двигатель» не был так популярен, но дизайн продолжает очаровывать. В 1953 году Ванкелю удалось убедить NSU, крупнейшего в то время производителя мотоциклов в мире, и в 1964 году на дороги вышла первая машина с этим двигателем — NSU Wankelspider.

Три года спустя на рынке появился легендарный NSU Ra 80, автомобиль, который прославил свой вращающийся поршневой двигатель. Тогда говорили, что двигатель Ванкеля блестяще сочетает в себе недостатки двухтактного и четырехтактного двигателя, но эта экзотическая конструкция до сих пор используется в автомобилях Mazda, и она действительно хороша, безотказна и экологична.

В наш век автомобильная техника развивалась чрезвычайно стремительно.Выброс ядовитых веществ в выхлопных газах сводится к нулю и
переработка и сохранение природных ресурсов являются фундаментальными аспектами эволюции двигателей сегодня.

.

Как работает электродвигатель? | Ультраробототехника

Электродвигатели используются в бытовом оборудовании, а также в автоматизации, робототехнике и передовых промышленных машинах. Узнайте больше о том, когда они возникли и как электрическая энергия преобразуется в механическую.

Электродвигатели применяются в механизмах автоматических дверей, шлагбаумов, лифтов и эскалаторов . Вы также найдете их в небольших бытовых устройствах: бритвы, триммеры и электрические зубные щетки.Они находятся в каждом автомобиле внутреннего сгорания - , они действуют как стартер , который позволяет запустить двигатель внутреннего сгорания. Благодаря все более лучшим параметрам используемых аккумуляторов, уже несколько лет на рынке появляется все больше и больше дорожных транспортных средств с электродвигателем - автомобили, мотоциклы, мотороллеры, а также мотороллеры и электровелосипеды.

Электродвигатели

уже много лет используются в промышленности в качестве привода для специализированных машин : лебедок, конвейеров, лебедок, насосов или вентиляторов.Целых ⅔ электроэнергии, используемой в промышленности, используется для питания электродвигателей.

Кто изобрел электродвигатель?

Непосредственным началом электродвигателей стали эксперименты Майкла Фарадея , который в 1831 году сконструировал устройство, преобразующее электричество в механическое движение. Он окунул один конец проволоки в сосуд, наполненный ртутью, и поместил в центр стержневой магнит. После подключения батареи проволоку заставляли вращаться вокруг магнита.На основе этих опытов в 1822 году английский физик и математик Питер Барлоу создал первый прототип электродвигателя , который впоследствии получил название колеса Барлоу. В 1837 году Томас Давенпорт сконструировал и впервые запатентовал свой электродвигатель , который первоначально использовался для питания игрушечного электропоезда, дрели и токарного станка по дереву. Несколько лет спустя Давенпорт разработал более мощный электродвигатель для ротационной печатной машины. Первый миниатюрный электродвигатель был построен Томасом Алва Эдисоном в 1880 году . Он использовался в электрической ручке, которая использовалась для дублирования документов.

Как работает электродвигатель?

Роль электродвигателя заключается в преобразовании электрической энергии в механическую . Ток, подаваемый на двигатель, приводит его в движение. Разделение электродвигателей может производиться по типу питающего напряжения. Есть электродвигателей постоянного тока, электродвигателей переменного тока и универсальных двигателей.

Простейший двигатель постоянного тока состоит из:

  • Щетки - подача электроэнергии на двигатель,
  • коммутаторы - меняют направление тока в рамке, благодаря чему можно дополнительно повернуть рамку в одну сторону.
  • магниты - создают магнитное поле, которое приводит раму в движение,
  • ротор (рама) - это та часть двигателя, которая приводится в движение.

Поскольку магниты имеют противоположные полюса, между ними создается магнитное поле .Между ними также находится ротор, который может свободно вращаться. Он подключается к источнику питания через коммутатор и щетки. Силы, действующие на безель, приводят к крутящему моменту , равному . Задача коммутаторов, среди прочего изменение направления тока через рамку, благодаря чему возможен дальнейший поворот в одну сторону.

Основными параметрами электродвигателей являются скорость и крутящий момент . Они зависят от правильно подобранной обмотки, применяемых электронных регуляторов или механических передач.

Коллекторные (щеточные) двигатели могут питаться от постоянного или переменного тока.

Второй тип электродвигателей — это бесщеточные двигатели (BLDC), которые относятся к и оснащены щетками и коммутатором , поэтому компоненты изнашиваются и создают шум. К основным частям такого двигателя относятся ротор и статор . Крутящий момент создается взаимодействием магнитных полей ротора и статора. Развиваемый крутящий момент влияет на габариты и вес бесколлекторного двигателя - быстроходные машины намного меньше и легче тихоходных машин .

Самые большие преимущества двигателей BLDC включают:

  • простая конструкция,
  • низкие эксплуатационные расходы, отсутствие быстроизнашивающихся деталей,
  • высокая эффективность,
  • большая удельная масса двигателя,
  • простая система управления,
  • тихая работа,
  • высокий пусковой момент,
  • точный контроль скорости.

Недостатками бесколлекторных двигателей являются прежде всего более высокие затраты на покупку .

Популярным типом электропривода также являются шаговые двигатели (также известные как шаговые двигатели) . В этом случае ротор вращается не непрерывно, а под определенным углом. Шаговые двигатели подходят для приложений, где необходимо точное управление движением (угол, скорость, положение или контроль синхронизма), в т.ч. по автоматизации, робототехнике и электронному оборудованию (струйные принтеры, CD/DVD приводы) .В настоящее время они используются во многих бытовых устройствах.

Конкуренцию шаговым двигателям составляют сервоприводы. Шаговые двигатели подходят для приложений, где требуется для работы с максимальной скоростью 1000 об/мин . На более высоких скоростях крутящий момент таких конструкций резко падает. Для приложений, где требуются гораздо более высокие скорости, чаще всего используются серводвигатели .

Ultra Robotics уже более 15 лет предлагает приводные решения для робототехники, внутренней логистики, автоматизации складов, станков с числовым программным управлением и других прецизионных систем, в которых используется безлюфтовая приводная технология.

Есть вопросы? Воспользуйтесь вкладкой контактов — наши специалисты помогут выбрать решение, наиболее подходящее для ваших нужд.

.

История двигателя внутреннего сгорания

Эта статья должна быть обновлена ​​. Обновите эту статью, чтобы отразить последние события или новую доступную информацию. (август 2017 г.)

Видео по монтажу Otto Motors работает на воссоединении паровых молотилок Западной Миннесоты (WMSTR) в Роллаге, Миннесота. (2 мин 16 с, 320 x 240, видео 340 кбит/с)

В разработку двигателей внутреннего сгорания внесли свой вклад самые разные ученые и инженеры.В 1791 году Джон Барбер разработал турбину. В 1794 году Томас Мид запатентовал газовый двигатель. В том же 1794 году Роберт Стрит запатентовал двигатель внутреннего сгорания, который первым использовал жидкое топливо (сырую нефть) и в то время построил двигатель. В 1798 году Джон Стивенс сконструировал первый американский двигатель внутреннего сгорания. В 1807 году французские инженеры Нисефор (позже изобретший фотографию) и Клод Ньепс запустили прототип двигателя внутреннего сгорания с контролируемой подачей пыли — пиролофор.Этот двигатель приводил в движение лодку по реке Сона во Франции. В том же году швейцарский инженер Франсуа Исаак де Риваз построил и запатентовал двигатель внутреннего сгорания на водороде и кислороде. Топливо хранилось в баллоне, а искра поджигалась электрически с помощью ручного курка. Оснащенный примитивным четырехколесным фургоном, Франсуа Исаак де Рива впервые проехал 100 метров в 1813 году, таким образом войдя в историю как первое известное автомобильное транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания.В 1823 г. Сэмюэл Браун запатентовал первый в США промышленный двигатель внутреннего сгорания, один из его двигателей перекачивал воду в Кройдонский канал с 1830 по 1836 г. В 1827 г. он также продемонстрировал на Темзе моторную лодку, а в 1828 г. . Отец Эудженио Барсанти, итальянский инженер, вместе с Феличе Маттеуччи из Флоренции изобрел первый настоящий двигатель внутреннего сгорания в 1853 году. Их патентная заявка была одобрена в Лондоне 12 июня 1854 года и опубликована в лондонском Morning Journal под заголовком «Спецификация двигателя». Юджин Барсанти и Феликс Маттеуччи, Мотивирующая сила благодаря взрыву в Газе».В 1860 году бельгиец Жан Жозеф Этьен Ленуар изобрел газовый двигатель внутреннего сгорания. В 1864 году Николаус Отто запатентовал первый атмосферный газовый двигатель. В 1872 году американец Джордж Брайтон изобрел первый коммерческий двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе. В 1876 году Николаус Отто, работая с Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом, запатентовал четырехтактный двигатель со сжатой нагрузкой. В 1879 году Карл Бенц запатентовал надежный двухтактный газовый двигатель. В 1892 году Рудольф Дизель разработал первый сжатый груз - двигатель с воспламенением от сжатия.В 1926 году Роберт Годдард запустил первую ракету на жидком топливе. В 1939 году Kaczmarek 178 стал первым в мире реактивным самолетом. В 1954 году немецкий инженер Феликс Ванкель запатентовал «беспоршневой» двигатель с эксцентриковым вращением.

До 1860 года

Ранние двигатели внутреннего сгорания использовались для питания сельскохозяйственной техники, аналогичной этим моделям.
  • До 350 г. до н.э.: выходцы из Юго-Восточной Азии изобрели поршневой пожар, первое устройство, использующее воспламенение от сжатия, которое в конечном итоге вдохновило Рудольфа Дизеля на изобретение одноименного двигателя. [1] [2]
  • 202 г. до н.э. - 220 г. н.э.: Первые рукоятки с ручным приводом появились в Китае во времена династии Хань. [3]
  • 3-й век нашей эры: Свидетельства существования кривошипно-шатунного механизма восходят к лесопилке Иераполиса в Византийской Азии, Миниш, в то время входивший в состав Римской империи.
  • 6 век: несколько лесопилок используют кривошип и шатун в Малой Азии и Сирии, которые в то время были частью Византийской империи.
  • 9 век: Кривошип появляется в середине девятого века в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их Книге гениальных устройств . [4]
  • 1206: Аль-Джазари изобрел ранний коленчатый вал, [5] [6] , который включал насос с шатунным механизмом в двухцилиндровый цилиндр. Подобно современному коленчатому валу, механизм Аль-Джазари состоял из нескольких колес с движущимися шатунными шейками, причем колесо двигалось по кругу, а шейки двигались вперед и назад по прямой линии. [5] Коленчатый вал, описанный аль-Джазари [5] [6] , преобразует непрерывное вращательное движение в линейное возвратно-поступательное движение.
  • 17 век: эксперименты Сэмюэля Морланда с использованием пороха для привода водяных насосов.
  • 17 век: Кристиан Гюйгенс проектирует пороховые свинцовые водяные насосы для доставки 3000 кубометров воды в день в сады Версальского дворца, по сути создавая первую идею элементарной конструкции поршневого двигателя внутреннего сгорания.
  • 1880-е годы: Алессандро Вольта построил игрушечное электрическое ружье [7] , в котором электрическая искра взрывалась смесью воздуха и водорода, выбивая пробку из наконечника ружья.
  • 1791: Джон Барбер получает британский патент № 1833 на «Метод подъема горючего воздуха для создания движения и облегчения металлургических операций ». В ней он описывает турбину.
  • 1794: Роберт Стрит построил двигатель без сжатия. Он также был первым, кто использовал жидкое топливо в двигателе внутреннего сгорания. [8]
  • 1794: Томас Мид запатентовал газовый двигатель. [9]
  • 1798: Джон Стивенс строит первый двигатель внутреннего сгорания двойного действия с коленчатым валом.
  • 1801: Филипп Лебон Д'Хамберштейн изобретает сжатие в двухтактном двигателе.
  • 1807: Нисефор Ньепс установил свой «мох, мелкий уголь и смолу» в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания Pyréolophore на лодке и двинул вверх по реке Сона во Франции. Затем 20 июля 1807 года император выдал патент Наполеону Бонапарту.
  • 1807: Швейцарский инженер Франсуа Исаак де Риваз построил двигатель внутреннего сгорания, работающий на смеси водорода и кислорода, воспламеняемой от электрической искры. (См. 1880-е: Алессандро Вольта выше.) [10]
  • 1823: Сэмюэл Браун запатентовал первый промышленный двигатель внутреннего сгорания, вакуумный газовый двигатель. В конструкции использовалось атмосферное давление, и она была продемонстрирована в экипаже и лодке, а в 1830-х годах - для коммерческого перекачивания воды на верхний уровень Кройдонского канала.
  • 1824: французский физик Сади Карно создал термодинамическую теорию идеализированных тепловых двигателей.
  • 1826 1 апреля: Американец Сэмюэл Мори получил патент на безнапорные «газовые или паровые двигатели». [11] Это также первый записанный пример файла карбюратора.
  • 1833: Лемюэль Веллман Райт, патент Великобритании №. 6525, настольный газовый двигатель. Газовый двигатель двойного действия, первый рекорд для цилиндра с водяной рубашкой. [12]
  • 1838: выдан патент Уильяма Барнетта, британский патент № 76 апреля 1838 г. По словам Дугальда Клерка, это было первое зарегистрированное использование сжатия цилиндра. [13]
  • 1853–1857: Эудженио Барсанти и Феличе Маттеуччи изобрели и запатентовали двигатель Барсанти-Маттеуччи, двигатель внутреннего сгорания, использующий принцип свободного поршня в атмосферном двухтактном двигателе. [14] [15]
  • 1856: во Флоренции в Fonderia del Pignone (теперь Nuovo Pignone, позже дочерняя компания General Electric) Пьетро Бенини создал рабочий прототип итальянского двигателя мощностью 5 л.с. В последующие годы он разработал более мощные двигатели — с одним или двумя поршнями, — которые служили постоянными источниками энергии, заменив паровые двигатели.
  • 1857: Эудженио Барсанти и Феличе Маттеуччи описывают принципы свободнопоршневого двигателя, в котором отрицательное давление после взрыва позволяет атмосферному давлению генерировать рабочий ход (британский патент № 1625). [15]

1860-1920

Двигатель Отто-Лангена, 1960-е годы Этот двигатель является «атмосферным», что означает отсутствие сжатия Двухтактный двигатель сэра Дугальда Клерка 1879 года Этот двигатель внутреннего сгорания был неотъемлемой частью патента за первый запатентованный автомобиль, сделанный Карлом Бенцем 29 января 1886 года.
  • 1860: Жан Жозеф Этьен Ленуар изобрел двигатель внутреннего сгорания и подал заявку на патент под названием Moteur à air dilatá par сгорания газа .Его двигатель по внешнему виду похож на горизонтальную паровую машину двойного действия с цилиндрами, поршнями, шатунами и маховиком, в котором газ по существу занимает место пара. Судя по всему, несколько таких двигателей были построены и использовались в коммерческих целях в Париже. [16] Фридрих Засс считает двигатель Ленуара первым функциональным двигателем внутреннего сгорания. [17]
  • 1861: Николаус Отто приказал Майклу Джозефу Зонсу построить копию двигателя Ленуара для экспериментальных целей. [18] В том же году Zons построил второй двигатель для Otto, четырехцилиндровый двухтактный агрегат. [19]
  • 1861: Альфонс Бо де Роша изобрел четырехтактный принцип работы. Он опубликовал эссе под названием Nouvelles recherches sur les condition pratiques de l'utilisation de la chaleur et en général de la force motrice. Приложение Avec au chemin de fer et à la navigation и подал заявку на патент. Патент был выдан во Франции, но содержит только текст, но не чертежи четырехтактного двигателя.Патент был окончательно отозван через два года; ни одна копия не сохранилась в архивах французского патентного ведомства. [20]
  • 1863: Отто разработал атмосферный газовый двигатель, который был перестроен Зонсом. [21] Отто пытался подать заявку на патент, но патент не был выдан в Пруссии. [22]
  • 1864: В Вене Зигфрид Маркус поставил атмосферный бензиновый двигатель на ручную тележку. Судя по всему, он проехал 200 метров. [23]
  • 1864: Ойген Ланген присоединился к Отто и улучшил газовый двигатель. [24]
  • 1865: Пьер Хьюгон начал производство двигателя Хьюгона, похожего на двигатель Ленуара, но с большей экономичностью и более надежным воспламенением. [25]
  • 1867: Отто и Ланген представили свой двигатель со свободным поршнем на выставке в Париже в 1867 году и получили самую большую награду. У него было менее половины расхода газа по сравнению с двигателями Ленуара или Хьюгона. [26]
  • 1868: Евгений Ланген и Николаус Отто получили патент на атмосферный газовый двигатель. [27]
  • 1872: В Америке Джордж Брайтон подал заявку на патент на двигатель Brayton Finish . Он использовал сгорание при постоянном давлении и был первым коммерческим двигателем внутреннего сгорания, работающим на жидком топливе. В 1876 году он был запущен в производство. [28]
  • 1875: Николаус Отто, работая с Францем Рингсом, разработал первый функциональный четырехтактный двигатель на сжатом воздухе. В начале 1876 года он был испытан. Двигатель представлял собой одноцилиндровый агрегат объемом 6,1 л, 90 026 39 027, и который имел мощность 3 л.с. (2206 Вт) при 180 об/мин при расходе топлива 0,95 м 3 /ПШ (1,29 м 3 /кВтч). [29] В 1876 году Вильгельм Майбах усовершенствовал двигатель, изменив конструкцию шатуна и поршня с ствола на поперечину (теперь это дает двигателю ход 400 мм, увеличив рабочий объем до 8,143 дм 3 ) для запуска в серийное производство. [30]
  • 1876: Отто подал заявку на патент на двигатель с послойной загрузкой, который будет использовать четырехтактный принцип. Патент был выдан в 1876 г. Эльзасс-Лотрингени и преобразован в патент немецкого королевства в 1877 г. (DRP 532, 4 августа 1877 г.). [31]
  • 1878: Дугалд Клерк сконструировал первый двухтактный двигатель со сжатием цилиндра. Он запатентовал его в Англии в 1881 году.
  • 1879: Карл Бенц, работая в одиночку, получил патентную оценку за надежность двухтактного газового двигателя внутреннего сгорания.
  • 1882: Джеймс Аткинсон изобрел двигатель цикла Аткинсона. Двигатель Аткинсона имел одну фазу мощности на оборот, а также разные объемы впуска и расширения, что потенциально делало его более эффективным, чем цикл Отто, но он, безусловно, избегал патента Отто.
  • 1884: Британский инженер Эдвард Батлер разработал первый бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Батлер изобрел свечу зажигания, магнит зажигания, катушку зажигания и распыленный карбюратор, а также первым использовал слово «бензин». [32]
  • 1885: немецкий инженер Готлиб Даймлер получил немецкий патент на компрессор [33]
  • 1885/1886 Карл Бенц сконструировал и построил собственный четырехтактный двигатель, который использовался в его автомобиле, который был разработан в 1885 году, запатентован в 1886 году и стал первым серийно выпускаемым автомобилем.
  • 1887: Густав де Лаваль представляет сопло де Лаваля
  • 1889: Феликс Милле начинает работу над первым транспортным средством с роторным двигателем в истории транспорта.
  • 1891: Герберт Акройд Стюарт построил свой масляный двигатель, сдал в аренду Хорнсби Англии права на их строительство. Они построили первые двигатели с воспламенением от сжатия с холодным пуском. В 1892 году они установили первую из них на водонасосной станции. В том же году экспериментальная версия высокого давления произвела самовоспламенение за счет самого сжатия.
  • 1892: Рудольф Дизель разработал первый двигатель с воспламенением от сжатия. [34]
  • 23 февраля 1893 года: Рудольф Дизель получил патент на свой дизельный двигатель с воспламенением от сжатия.
  • 1896: Карл Бенц изобрел оппозитный двигатель, также известный как горизонтально-оппозитный двигатель или двигатель с плоской поверхностью, в котором поршни достигают верхней мертвой точки одновременно, уравновешивая друг друга по импульсу.
  • 1897: Роберт Бош первым применил магнитное зажигание к автомобильному двигателю.
  • 1898: Фэй Оливер Фарвелл разрабатывает прототип линейки автомобилей Adams-Farwell, все с трех- или пятицилиндровыми роторными двигателями внутреннего сгорания.
  • 19:00: Рудольф Дизель продемонстрировал дизельный двигатель в 1900 году Universelle Exposition (Всемирная выставка) с использованием арахисового масла (см. Биодизель). [35]
  • 1900: Вильгельм Майбах разработал двигатель, построенный в Daimler Motoren Gesellschaft — в соответствии со спецификациями Эмиля Еллинека, который запросил название двигателя Daimler-Mercedes в честь своей дочери.В 1902 году автомобили с этим двигателем были запущены в производство фирмой DMG. [36] [37]
  • 1902: Французский инженер Леон Левавассер изобретает конфигурацию двигателя внутреннего сгорания V8, первоначально использовав ее для движения авиации и моторных лодок.
  • 1903: Константин Циолковский начинает серию теоретических статей, посвященных использованию ракетных технологий для выхода в открытый космос. Основное направление его работы – ракеты на жидком топливе.
  • 1903: Эгидиус Эллинг строит газовую турбину с центробежным компрессором, который работает сам по себе. По большинству определений это первая работающая газовая турбина.
  • 1905: Альфред Бучи патентует турбокомпрессор и начинает создавать первые образцы.
  • 1903–1906: группа Арменго и Лемале во Франции построила полный газотурбинный двигатель. В нем используются три отдельных компрессора, приводимых в движение одной турбиной. Температурные ограничения турбины допускают только степень сжатия 3: 1, а турбина основана не на «вентиляторе» в стиле Парсонса, а на схеме, подобной Пелтону.Двигатель настолько неэффективен при тепловом КПД около 3%, что работа была прекращена.
  • 1908: Новозеландский изобретатель Эрнест Годвард основал компанию по производству мотоциклов в Инверкаргилле и оснастил импортные велосипеды своим собственным изобретением - экономайзером бензина. Его экономайзеры работали как на автомобилях, так и на мотоциклах.
  • 1908: Ганс Хольцварт начинает обширные исследования газовой турбины с «взрывным циклом», [38] , основанной на цикле Отто.Эта конструкция сжигает топливо при постоянном объеме и немного более эффективна. К 1927 году, когда работы были завершены, тепловой КПД достиг примерно 13%.
  • 1908: Братья Сеген (Огюстен, Лоран и Луи) первыми сконструировали роторный двигатель, специально предназначенный для движения самолетов — французский семицилиндровый Gnome Omega, прототип которого был создан в 1908 году и запущен в производство. [39]
  • 1908: Рене Лорен патентует конструкцию прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
  • 1916: Огюст Рато предлагает использовать компрессоры выхлопных газов для повышения производительности на больших высотах, первым примером является турбокомпрессор.

1920–1980

  • 19:20: Уильям Джозеф Стерн сообщает Королевским военно-воздушным силам, что у газотурбинных двигателей в самолетах нет будущего. Он основывает свой аргумент на чрезвычайно низкой эффективности существующих конструкций компрессоров. Благодаря позиции Штерна его статья настолько убедительна, что официального интереса к газотурбинным двигателям нигде нет, хотя и длится он недолго.
  • 1921: Максим Гийом патентует осевой газотурбинный двигатель.Он использует несколько ступеней как в компрессоре, так и в турбине в сочетании с одной очень большой камерой сгорания.
  • 19:23: Эдгар Бэкингем из Национального бюро стандартов США публикует отчет о реактивных самолетах, придя к тому же выводу, что и У.Дж. Корма в том, что газотурбинный двигатель недостаточно эффективен. В частности, он отмечает, что реактивный самолет будет использовать в пять раз больше топлива, чем поршневой двигатель. [40]
  • 1925: Двигатель Хессельмана был представлен шведским инженером Йонасом Хессельманом, что представляет собой первое использование прямого впрыска бензина в двигателе с искровым зажиганием. [41] [42]
  • 1925: Вильгельм Папе запатентовал конструкцию двигателя постоянного рабочего объема.
  • 1926: Алан Арнольд Гриффит публикует свою основополагающую статью «Теория проектирования аэродинамических турбин », изменяя низкий уровень доверия к реактивным двигателям. Это показывает, что существующие компрессоры «застопорились» и что можно добиться значительных улучшений, изменив конструкцию лопастей с плоского профиля на аэродинамический профиль, перейдя к математической демонстрации того, что практический двигатель определенно возможен, и показывая, как построить турбовинт.
  • 1926: Роберт Годдард запускает первую ракету на жидком топливе
  • 1927: Аурел Стодола публикует свою книгу «Паровые и газовые турбины» — основной справочник американских инженеров по реактивным двигателям.
  • 1927: Испытанный одновальный турбокомпрессор на основе лопастей Гриффита проходит испытания в Королевском авиастроительном учреждении.
  • 1929: Опубликована диссертация Фрэнка Уиттла о реактивных двигателях.
  • 1930: Шмидт патентует импульсный реактивный двигатель в Германии.
  • 1935: Ганс фон Охайн строит планы турбореактивного двигателя и убеждает Эрнста Хейнкеля разработать рабочую модель. Вместе с одним механиком фон Охайн разрабатывает первый в мире турбореактивный двигатель на испытательном стенде.
  • 1936: Французский инженер Рене Ледюк после самостоятельного открытия René Lorinprojekt успешно демонстрирует первый в мире действующий прямоточный воздушно-реактивный двигатель.
  • 1937: Первая успешная серия газовых турбин сэра Фрэнка Уиттлета для реактивных двигателей.
  • Март 1937: Экспериментальный водородный центробежный реактивный двигатель Heinkel HeS 1 проходит испытания в Хирте.
  • 27 августа 1939 года: первый в мире реактивный самолет. Hansa von Ohaina Kaczmarek 178 V1 — первый прототип турбореактивного самолета, оснащенный двигателем On S 3 von Ohain, совершает свой первый полет.
  • 15 мая 1941 года: Gloster E.28/39 становится первым британским реактивным самолетом, совершившим полеты с использованием Power Jets W.1 турбореактивный двигатель, разработанный Фрэнком Уиттлом и др.
  • 1942: Макс Бентеле обнаруживает в Германии, что лопатки турбины могут треснуть, если вибрация находится в резонансном диапазоне, явление, уже известное в США из экспериментов с паровыми турбинами.
  • 18 июля 1942 г.: первый полет Wiśniewska 262 с реактивным двигателем
  • 1946 г.: Самуэль Бейлин разрабатывает двигатель Baylin Engine, трехтактный двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями. Грубый, но сложный пример будущего двигателя Ванкеля. [43]
  • 1951: Инженеры Техасской компании - т.е.теперь Chevron - разработал четырехтактный двигатель с топливной форсункой, в котором использовался так называемый процесс сгорания Texaco, который, в отличие от обычных четырехтактных бензиновых двигателей, в которых используется отдельный клапан всасывания воздуха/газа, с T.C.P. впускной клапан двигателя со встроенной специальной крышкой торнадо подает воздух в цилиндр, а затем происходит впрыск топлива и его воспламенение от свечи зажигания. Разработчики утверждали, что их двигатель может работать практически на любом топливе на нефтяной основе с любым октановым числом и даже на некоторых видах топлива на спиртовой основе - например, на бензине.керосин, бензин, моторное масло, тракторное масло и др. - отсутствие детонации перед сгоранием и полное сгорание впрыскиваемого в цилиндр топлива. Хотя к 1950 году разработка была очень продвинутой, нет никаких записей о T.C.P. двигатель коммерческого использования. [44]
  • Пятидесятые годы: Начало разработки американской компанией концепции двигателя со свободным поршнем, т.е. безкривошипного двигателя внутреннего сгорания. [45]
  • 1954: Felix Wankel первый рабочий прототип DKM 54 с двигателем Ванкеля начинает разработку только этого.После этого разработка была прекращена.
  • 1996: Ford Motor Company регистрирует патент на компактный газотурбинный двигатель. [47]
  • 2004: Первый ГПВРД Hyper-X, поддерживающий высоту
  • 2004: Toyota Motor Corp подает заявку на патентную защиту новой формы двигателя с бугелем. [48]

Запуск двигателя

Первые двигатели внутреннего сгорания запускались вручную. Позже были разработаны различные типы стартеров. К ним относятся:

Электрические пускатели в настоящее время почти универсальны для малых и средних двигателей, а пневматические пускатели используются для больших двигателей.

Современные и исторические поршневые двигатели

Первые поршневые двигатели не работали на сжатии, а работали на топливно-воздушной смеси, всасываемой или вдуваемой в первой части такта впуска. Наиболее существенная разница между современными двигателями внутреннего сгорания и более ранними конструкциями заключается в использовании сжатия топливного заряда перед сгоранием.

Решена проблема воспламенения топлива в двигателях с ранним открытым пламенем и шиберным затвором. Чтобы получить больше оборотов двигателя, Daimler использовал зажигание с горячей трубкой, которое позволяло сразу 600 об / мин на его горизонтально-цилиндровом двигателе 1883 года и очень быстро - более 900 об / мин.Большинство двигателей того времени не могли превышать 200 об/мин из-за своих систем зажигания и впуска. [49]

Первый практический двигатель, Lenoir, приводился в действие зажигательным газом (угольным газом). Лишь в 1883 году Даймлер разработал двигатель, работающий на жидкой сырой нефти, топливе под названием лигроин, имеющем химический состав гексана-N. Топливо также известно как нафта.

Первые двигатели Отто были толкающими двигателями, создававшими тягу на протяжении всего хода (как дизель). «1883: Высокоскоростной двигатель с зажиганием горячей трубы».

Дополнительное чтение

.

Инвертор, двигатель - два племянника ›Dialog

Электродвигатель является одним из старейших и наиболее широко используемых устройств, работающих от электричества. У него было много «отцов», часто работающих независимо друг от друга, и имена, появляющиеся на заднем плане, говорят сами за себя: Алессандро Вольта, Мари-Андре Ампер, Майкл Фарадей и Томас Давенпорт.

Младший брат двигателя - инвертор - хоть и создан значительно позже, сегодня является неразлучным дуэтом с двигателем.Эта выбранная пара является одним из флагманских продуктов компании АББ, которая предлагает приводные системы всех мощностей и типов, разработанные для любого, даже самого требовательного применения.

Начало 19 века

Во-первых, следует отдать должное итальянцу Алессандру Вольта , который в 1800 году разработал метод непрерывного производства электроэнергии, в отличие от искры или статического электричества, широко известный как батарея. Двадцать лет спустя Мари-Андре Ампер из Франции изобрел цилиндрическую катушку или электромагнит.Всего через несколько месяцев (1821 г.) британец Майкл Фарадей построил модель, в которой вертикально подвешенный провод движется по круговой орбите вокруг электромагнита. С этого момента сборка вышеперечисленных элементов пазла и разработка электродвигателя была делом времени и надо признать, что многие конструкторы преуспели на этом поприще.

Первым из «отцов» был Иштван Едлик , который в 1828 году сконструировал роторную машину из электромагнитов и коммутатора.И по сей день многие венгры признают своего соотечественника создателем электродвигателя. Однако это изобретение не нашло применения. Следующие годы приносили все больше и больше интересных новостей о вращающихся электрических машинах, но только в 1837 году американец Томас Дэвенпорт получил первый американский патент на электродвигатель. Его устройство состоит из четырех вращающихся электромагнитов, переключаемых коммутатором, и постоянных кольцевых магнитов. Диаметр двигателя шесть дюймов, он развивает мощность ок.1000 об/мин и мощность 4,5 Вт

Интересно, что в период с 1837 по 1866 год только Англия выдала почти 100 патентов изобретателям последовательных версий электродвигателя, и Давенпорт только имеет честь быть первым из тысяч инженеров, получивших патент в этом отношении. Так или иначе, жизнь довольно быстро проверила конструкцию американца, конструкция которой, как оказалось, не оказала существенного влияния на дальнейшее развитие электродвигателей.

Электродвигатели сегодня

На сегодняшний день электродвигатель является наиболее широко используемым электрическим устройством в промышленности.Его конструкция не сильно изменилась за последнее столетие, и он до сих пор остается единственным устройством, преобразующим электрическую энергию в механическую. В свою очередь, механическая энергия преобразуется в электрическую генераторами, конструкция которых почти идентична конструкции двигателей — одна и та же электрическая машина может работать как двигатель или как генератор. Значение двигателей для современной промышленности невозможно переоценить, и лучшим доказательством этого является тот факт, что треть всей производимой в мире электроэнергии потребляется двигателями.

При всей простоте и множестве достоинств у движка есть и ограничение, которое во многих случаях становится обузой для пользователя. Ну а у этого устройства всего два рабочих состояния - при обесточивании он не работает, а при включении работает всегда с одной и той же номинальной скоростью, без возможности регулирования скорости. Однако, если есть необходимость внести коррективы, необходимо использовать приводы под названием , инверторы .

Инвертор - давайте контролировать обороты двигателя!

Первые решения такого типа появились только в 1960-х годах.ХХ века. Компания ASEA, наследница и правопреемница ABB, производит приводы с 1969 г. Однако фактически переломным моментом стали 1980-е гг., с приходом цифровой эпохи появилась возможность исключить аналоговое управление, что в случае для работы таких сложных устройств требовались передовые технические знания. Компания - уже как АББ - доказала, что инвертор может стать стандартным продуктом, а для его ввода в эксплуатацию и эксплуатации требуется только простой программатор.В дополнение к этому широкому ассортименту электродвигателей компания АББ быстро стала лидером в этом сегменте рынка, предлагая полные приводные системы общего назначения и мощные промышленные приводы для требовательных и специализированных приложений.

Сегодня двигатель и преобразователь частоты входят в стандартную комплектацию. Очень часто мы даже не замечаем его присутствия. Системы привода – это не только грузоподъемные машины или ленточные конвейеры в шахтах, но и… пылесосы с регулируемой мощностью всасывания или ленточный на кассе в магазине, где мы размещаем покупки.Инверторы также незаменимы в крановых системах, где необходимо точно регулировать скорость движения и положение моста и тележки.

Все больше, чем нужно

Вторая основная причина использования накопителей — экономия энергии. Это особенно важно в насосах и вентиляторах из-за механики и законов физики. В таких системах речь идет о так называемом квадратичная характеристика крутящего момента, что приводит к тому, что даже незначительное снижение скорости приводит к значительной экономии потребления электроэнергии.

Это хорошо видно на примере старых промышленных решений, которым уже несколько десятков лет. В то время было обычной практикой увеличивать размеры систем для обеспечения безопасности труда. Все было больше, чем должно быть. Двигатель немного больше, чем нужно, и насос немного больше, чем нужно. Система все время работала с максимальной эффективностью, а ограничения расхода воды и сила обдува регулировались традиционными, механическими методами дросселирования потока.Только использование инверторного управления позволяет регулировать скорость двигателя в соответствии с фактическими потребностями приложения и плавно регулировать скорость вращения в зависимости от потребности.

Опыт и анализы сервисных инженеров АББ, которые очень часто участвуют в энергоаудитах и ​​анализируют экономическую рентабельность установки приводов, показывают, что в случае крупного промышленного применения, когда поток в определенные периоды работы сильно перекрывается, обратка по вложениям в накопитель, который не самый дешевый, это может произойти даже в течение нескольких недель.

Производство приводов и двигателей в Польше

Одним из заводов, производящих инверторы, является Завод ABB Drive в Александрове-Лодзки . Помимо преобразователей для ветряных электростанций и выпрямительных систем для железнодорожного транспорта, в Александрове-Лодзком создаются приводы среднего напряжения, позволяющие оптимально использовать энергию электродвигателей. Инверторы среднего напряжения охватывают напряжение питания выше 1000 В, а это означает, что эти устройства очень часто используются в промышленности, где стандартом являются двигатели на 6 кВ.

- Самый маленький инвертор, производимый на нашем заводе, рассчитан на двигатель мощностью 250 кВт, в то время как для самого большого привода ограничений практически нет, т.к. они являются модульными устройствами и могут быть расширены дополнительными элементами для получения необходимой мощности - объясняет Бартломей Ожеховски, руководитель отдела продаж на внутреннем рынке в бизнес-подразделении ABB Local Drive в Польше. - Самый большой привод, который мы изготовили, был мощностью 25 МВт и пошел на электростанцию ​​Козенице. Там он управляет двигателями насосов, подающих воду в котел.

В Александрове-Лодзком также производятся приводы для двигателей постоянного тока, и это единственный завод такого типа устройств в Группе АББ.

Рядом с Силовым заводом в Александрове находится завод, на котором производится электродвигателей. Завод выпускает низковольтные электродвигатели общего назначения с высоким КПД, отвечающие требованиям классов IE2 и IE3, с высотой вала от 80 до 355 мм и мощностью от 0,25 до 500 кВт.

- Наш завод выпускает несколько серий приборов, и каждая из них имеет несколько десятков типов, исполнений и модификаций.На самом деле, кроме граничных параметров, описать их все было бы сложно, — говорит Лукаш Гжибовски, руководитель отдела продаж электродвигателей АББ на внутреннем рынке в Польше. - Двигатели АББ из Александрова соответствуют самым высоким европейским стандартам, а также стандартам сертификации ATEX, что означает, что они могут работать во взрывоопасных зонах, например, на нефтеперерабатывающих заводах, газохранилищах, на буровых платформах. (…) Тот факт, что у нас есть завод в Польше, означает, что обслуживание и техническая поддержка доступны на месте и выполняются польскими инженерами.Это важный аргумент, особенно ценимый польскими производителями передовых машин и устройств, использующих в своих конструкциях двигатели ABB.

Значительная часть чугунных и алюминиевых двигателей, произведенных на Александровском заводе, экспортируется почти во все уголки мира. Завод в Александрове-Лодзком является одним из самых значительных центров производства электродвигателей АББ в мире.

.

Смотрите также


Оцените статьюПлохая статьяСредненькая статьяНормальная статьяНеплохая статьяОтличная статья (проголосовало 13 средний балл: 5,00 из 5)