Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое двигатель отто

  • 1 Типы
  • 2 График
  • 3 Атмосферный двигатель
  • 4 Цикл Отто
    • 4.1 Карбюратор и зажигание низкого напряжения
    • 4.2 Утрата патента
  • 5 Стационарные двигатели
    • 5.1 Сжигание свечей зажигания
    • 5.2 Регулировка оборотов двигателя
    • 5.3 Цилиндр охлаждения
  • 6 Первое использование в транспортировке
  • 7 Рекомендации
  • 8 внешняя ссылка

Немецкие изобретатели Николаус Отто и его партнер разработали три типа двигателей внутреннего сгорания. Ойген Ланген. Это были неудачный компрессионный двигатель 1862 года, атмосферный двигатель 1864 года и цикл Отто 1876 года, известный сегодня как бензиновый двигатель. Двигатели изначально использовались для стационарных установок, так как Отто не интересовался транспортом. Другие производители, такие как Daimler, усовершенствовали двигатель Otto для использования в транспортных средствах. [1] [2] [3]

Пробный вариант

Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) создал французский изобретатель Ф.И. де Ривас в 1807 г. Смесь воздуха и водорода в рабочем цилиндре зажигалась электрической искрой от батареи Вольта, после подрыва смесь расширялась, создавая высокое давление в цилиндре и подбрасывая поршень. Отработанные газы выпускались, образуя под поршнем вакуум. Под воздействием давления атмосферы и своего веса поршень падал, возвращаясь в исходное положение, чтобы повторить цикл. Де Ривас использовал свой ДВС как привод передних колёс повозки. Но из-за низкой эффективности его двигатель не нашёл спроса. Впоследствии идеи де Риваса легли в основу дальнейших разработок ДВС.

Рождение двигателя

Двигатель для автомобиля, как и сам автомобиль, непременно должен был появиться в последней четверти прошлого века. И двигатель появился, а потом дот уже в течение 100 лет безраздельно господствует на автомобилях. Разговор идет о поршневом двигателе внутреннего сгорания (ДВС), работающем на бензине по четырехтактному циклу. О конструкциях ДВС других типов будет рассказано ниже.

Создатели первых транспортных ДВС отталкивались от конструкции паровой машины. Как сделать ее более компактной и производительной? Самые объемные, к тому же опасные ее элементы — топка и котел. Значит, их-то и нужно заменить, считали изобретатели. Чем? Ответ на этот вопрос казался простым: нужен резервуар с горючим газом, например светильным. Газ надо смешать с воздухом, вводить в цилиндр машины и там воспламенять. Горение и расширение смеси произведут силу, которая заменит пар. Топка и котел больше не понадобятся.

Газовый двигатель Ленуара

Еще в 1860 году французский механик Этьен Ленуар (1822—1900) построил газовый двигатель, напоминавший паровую машину. Однако сама по себе смесь светильного газа и воздуха в отличие от пара не давит на поршень. Нужно ее поджечь. Для зажигания служили две электрические свечи, ввернутые в крышки цилиндра. Двигатель Ленуара — двусторонний (или, как принято говорить, двойного действия; рабочий процесс происходит с двух сторон поршня) и двухтактный, т. е. полный цикл работы поршня длится в течение двух его ходов. При первом ходе происходят впуск, воспламенение и расширение смеси в цилиндре (рабочий ход), а при втором ходе — выпуск отработавших газов. Впуском и выпуском управляет задвижка-золотник, а золотником — эксцентрик, смонтированный на валу двигателя.

Преимущества нового двигателя перед паровой машиной не ограничивались ликвидацией котла и топки. Газовые двигатели не требовали разведения пара, обслуживать их было нетрудно. Увы, масса нового двигателя оставалась почти такой же, как и у паровой машины. Единица выработанной мощности двигателя (л. с. или кВт), обходилась в 7 раз дороже, чем у паровой машины. Только 1 /25 теплоты сгоревшего газа совершала полезную работу, т. е. коэффициент полезного действия (КПД) двигателя составлял 0,04. Остальное уходило с отработавшими газами, тратилось на нагрев корпуса и отводилось в атмосферу. Когда частота вращения вала достигала 100 об/мин, зажигание действовало ненадежно, двигатель работал с перебоями. На охлаждение расходовалось до 120 м3 воды в час(!). Температура газов доходила до 800°С. Перегрев вызывал заедание золотника. Несгоревшие частицы смеси засоряли каналы впуска-выпуска.

Причина низкой производительности двигателя заключалась в самом принципе его действия. Давление воспламененной смеси не превышало 5 кг/см2, а к концу рабочего хода снижалось втрое. Простой расчет показывает, что одноцилиндровый двигатель рабочего объема 2 л при таком давлении, частоте вращения вала 100 об/мин и КПД 0,04 развивает мощность не более 0,1 кВт. Другими словами, ленуаровский двигатель в тысячу раз менее производителен, чем двигатель нынешнего автомобиля.

Создание быстроходного самодвижущегося экипажа стало возможным после изобретения двигателя внутреннего сгорания, особенно четырехтактного. Его рабочий процесс — «цикл Отто» — сохранился до наших дней. На диаграмме показано, насколько он эффективнее первоначального, предложенного Э. Ленуаром. Слева — устройство двигателя Ленуара

Сделать газовый двигатель более эффективным удалось в 1876 году коммерческому служащему Николаю-Августу Отто (1832—1891) из Кёльна (Германия) совместно с Евгением Лангеном (1833—1895).

Удалось… Легко хвалить или критиковать дела изобретателей 100 лет спустя. За их редкими успехами — годы труда, неудач, лишений, они творили в условиях недостатка технической информации, отсутствия приборов, инструментов и материалов, при недоверии обывателей… Например, полученный Отто патент был в 1889 году аннулирован, так как четырехтактный цикл якобы обосновал ранее француз Л. Бо-де-Роша.

Лишь посмертно заслуги Отто признала мировая техническая общественность, цикл назвали его именем. В труде «Новые газовые и нефтяные двигатели» французский (подчеркиваю, французский) ученый Г. Ришар писал в 1892 году: «Без предложенного Отто рабочего тела — горючей смеси — современный двигатель не существовал бы» и «Бо-де-Роша не изобрел четырехтактный цикл, осуществленный до него (при внешнем сжатии смеси) Лебоном в 1801 году и (при сжатии внутри цилиндра) в 1861 году — Отто».

Принцип работы двигателя Отто

Обратимся теперь к существу изобретения. Наблюдая работу построенного газового двигателя, похожего на ленуаровский, Отто пришел к выводу, что сможет добиться его более производительной работы, если будет зажигать смесь не на середине хода поршня, а в его начале. Тогда давление газов при сгорании смеси действовало бы на поршень в течение всего его хода. Но как наполнить цилиндр смесью до начала хода? Отто испробовал следующее: вращая маховик вручную, он наполнил цилиндр, продолжал вращать маховик и включил зажигание лишь в тот момент, когда поршень вернулся в исходное положение. Маховик резко «взял» обороты, а до этого сгорание смеси давало ему лишь слабый толчок. Отто не придал значения тому, что смесь была сжата перед зажиганием, он считал улучшение процесса результатом продолжительного расширения смеси в процессе сгорания.

Читать еще:  Kia rio не заводиться двигатель

Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать экономичный двигатель с КПД, достигающим 0,15. Двигатель назвали четырехтактным, так как процесс в нем совершался в течение четырех ходов поршня и соответственно двух оборотов коленчатого вала. Золотник в нужный момент открывал доступ в цилиндр от запальной камеры, где постоянно горел газ. Происходило зажигание смеси. Золотниковое распределение и зажигание горелкой не применяются в современных двигателях, но цикл Отто полностью сохранился до наших дней. По этому циклу работает подавляющее большинство автомобильных двигателей. Приведу самое краткое описание его.

При первом такте поршень удаляется от исходной «мертвой точки» — головки цилиндра, создавая в нем разрежение, при этом засасывается приготовленная особым прибором (карбюратором) горючая смесь. Выпускное отверстие закрыто. Когда поршень достигает нижней «мертвой точки», закрывается и впускное. При втором такте закрыты оба отверстия. Поршень, толкаемый шатуном, идет вверх и сжимает смесь. В чем значение ее сжатия, особо подчеркиваемое Ришаром? Частицы топлива сближаются, смесь легче поддается воспламенению. Если объем цилиндра над поршнем (т. е. в камере сгорания) равен его рабочему объему (между «мертвыми точками»), то степень сжатия равна 2, как у ранних ДВС (т. е. вдвое больше атмосферного давления), а давление газов при их взрыве вчетверо больше атмосферного (у современных двигателей оно в 40—50 раз больше, чем у двигателя Отто). Третий такт — рабочий ход. В начале его происходит зажигание сжатой смеси. Движение поршня через шатун преобразуется во вращение коленчатого вала. Оба отверстия закрыты. Давление в цилиндре постепенно уменьшается до атмосферного. При четвертом такте маховик, получив импульс движения, продолжает вращаться, шатун толкает поршень и вытесняет отработавшие газы в атмосферу через открывшееся выпускное отверстие, впускное закрыто.

Инерции маховика хватает и на то, чтобы поршень совершил еще три хода, повторяя четвертый, первый и второй такты. После них вал и маховик снова получают импульс. При пуске двигателя первые два такта происходят под действием внешней силы. Во времена Отто и еще в течение полувека маховик проворачивали вручную, а теперь его вращает электродвигатель — стартер. После первых нескольких рабочих ходов стартер автоматически отключается и двигатель работает самостоятельно.

Впускное и выпускное отверстия открывает и закрывает распределительный механизм. Своевременное воспламенение смеси обеспечивает система зажигания. Цилиндр может быть расположен горизонтально, вертикально или наклонно, процесс работы двигателя от этого не меняется.

К недостаткам двигателя Отто относят его тихоходность и большую массу. Увеличение числа оборотов вала до 180 в минуту приводило к перебоям в работе и быстрому износу золотника. Большое давление в цилиндре требовало крепких кривошипного механизма и стенок цилиндра, поэтому масса двигателя достигала 500 кг на 1 кВт/ч. Для размещения всего запаса газа нужен был огромный резервуар. Все это предопределило неудачу: газовый двигатель Отто, так же как и первый его вариант, был непригоден для установки на автомобиль, однако получил широкое распространение в стационарных условиях.

Двигатель внутреннего сгорания Даймлера

Двигатель внутреннего сгорания стал годным для применения на транспорте, после того как заработал на жидком топливе, приобрел быстроходность, компактность и легкость.

Наибольший вклад в его создание внесли инженеры-машиностроители XIX века — технический директор завода Отто в Дойце Г. Даймлер (1834—1900) и его ближайший сотрудник В. Майбах (1846—1929), позднее основавшие собственную фирму.

Об изобретателях машин нередко пишут, что они с детства увлекались техникой, мастерили приборы, разбирали и собирали часы, что идею будущей новой машины они вынашивали чуть ли не с пеленок. И еще пишут, что изобретатели, мол, сознавали ее вероятное социальное и экономическое значение. В действительности дело обычно обстояло иначе. Мы это уже видели на примерах Кулибина, Кюньо и Болле. Но у Готлиба Даймлера и Вильгельма Майбаха биографии «образцовых» изобретателей. Даймлер с юных лет посвятил себя машинам, последовательно накапливал знания по локомотивам. С успехом закончил Высшее политехническое училище в Штутгарте. Во время продолжительной службы в Эльзасе и на английских машиностроительных заводах Даймлер хорошо изучил передовую для того времени технику и к тому же, владея французским и английским языками, получил доступ к обширной специальной литературе. Сначала его попросту увлекало конструирование машины. Потом, как у многих конструкторов, возникла мысль о постройке второго, третьего вариантов машины, улучшенных по опыту работы над предыдущей, и… о ее продаже. Тут-то обнаруживается спрос, зарождаются коммерческие соображения. Такова наиболее типичная схема. В данном же случае кузен Даймлера, математик и политический деятель, человек широкого кругозора да еще и со средствами, помогал умельцу, не будучи сам способным на конструирование. А «гениальному» (как его называли биографы) самоучке Майбаху помогал сам Даймлер.

Читать еще:  Азимутальный двигатель что это

Но прежде чем конструировать и строить самодвижущуюся повозку, нужно было создать для нее двигатель.

В официальной фирменной (1935) биографии Даймлера сказано: «В 1881 году Даймлер объездил Россию, чтобы на месте познакомиться с нефтью, ему уже тогда продукты нефти представлялись топливом для транспортного двигателя… 1882 год стал поворотным в жизни Даймлера. Этот год можно считать годом рождения автомобильного двигателя, хотя сам двигатель был готов только в следующем году».

Почему именно путешествие в Россию понадобилось Даймлеру для осуществления его замыслов? В России уже работал завод по перегонке сырой нефти в керосин. Химик А. А. Летний провел эксперименты и доказал, что перегонка нефти и ее остатков через раскаленные железные трубы дает различные продукты, в частности, такое горючее, как бензин. Легкое нефтяное топливо было как раз тем, что искал Даймлер для экипажного двигателя: оно хорошо испаряется, быстро и полно сгорает, удобно в транспортировке.

Один из первых двигателей Г. Даймлера — двухцилиндровый, так называемый У-образный.

Первый двигатель Даймлера годился и для транспортного, и для стационарного применения. Работал на газе и на бензине. Все позднейшие конструкции Даймлера рассчитаны исключительно на жидкое топливо. Большую частоту вращения вала двигателя, обеспечиваемую, в частности, интенсивным воспламенением смеси, Даймлер справедливо считал главным показателем работы двигателя на транспортной машине. Частота вращения вала двигателя Даймлера была в 4—5 раз больше, чем у газовых двигателей, и достигала 450—900 об/мин, а мощность на 1 л рабочего объема — вдвое больше. Соответственно могла быть уменьшена масса. К этим штрихам «транспортной специфики» добавим закрытый картер (кожух) двигателя, заполненный смазочным маслом и защищавший подвижные части от пыли и грязи. Охлаждению воды в окружающей двигатель «рубашке» способствовал пластинчатый радиатор. Для пуска двигателя служила заводная рукоятка… Теперь имелось все необходимое для создания легкого самодвижущегося экипажа — автомобиля.

От своих предков автомобиль унаследовал многое. «Автомобиль… нужно считать сыном паровоза, давшего ему душу, и велосипеда, снабдившего его телом», — так образно писал в 1902 г. один из русских журналов. Механическая повозка для своей работы не требовала каких-либо наземных устройств, кроме дороги. В отличие от конных повозок механическая не требует для своего движения приложения живой силы, кроме небольших, как это казалось, усилий водителя по управлению ею. Подчеркнем, что идея автомобиля была поначалу четко направлена на замену лишь легкого экипажа личного пользования. Возможность его использования для грузовых и массовых пассажирских перевозок рассматривалась позднее.

Лучших результатов удалось достигнуть компании Saab, когда она в 2000 году выпустила пятицилиндровый мотор, который при 1,6 литрах объема выдавал порядка двухсот двадцати пяти лошадей. Это достижение и сегодня кажется невероятным.

Двигатель разделен надвое, где части соединены друг с другом шарнирным способом. Снизу расположен коленчатый вал, шатуны и поршни, а наверху — цилиндры с головками. Гидропривод способен наклонять моноблок с цилиндрами и головками, изменяя степень сжатия при включении приводного компрессора. Несмотря на всю эффективность, разработки также пришлось отложить из-за дороговизны конструкции.

Стационарные двигатели [ править ]

Зажигание свечей зажигания

Двигатели Отто были оснащены механизмами разной конструкции для инициирования искрообразования. Otto — один из первых двигателей, в котором используется свеча зажигания — устройство, вырабатывающее небольшую электрическую искру для воспламенения топливного заряда. Обычно он состоял из поворотного переключающего рычага, который на короткое время захватывает рычаг выключателя питания и быстро его тянет. Затем рычаг переключателя отпускается, и ему дают вернуться в исходное положение для подготовки к следующему циклу. Эта система требует внешнего электрического аккумулятора , катушки зажигания и системы электрического заряда, аналогичной современным автомобильным двигателям.

Позже двигатели Отто использовали небольшое магнето непосредственно на двигателе. Вместо срабатывания переключателя запальный рычаг свечи зажигания быстро вращает ротор магнето, который затем возвращается в исходное положение под действием натяжения пружины. Это быстрое вращение катушки магнето создает очень короткий электрический ток, который зажигает свечу зажигания и воспламеняет топливо. Эта конструкция имеет то преимущество, что не требует внешней батареи, и именно так работают современные портативные газовые двигатели, когда магнитная часть магнето встроена в маховик . Современные портативные двигатели возбуждают магнето при каждом вращении маховика, поэтому используйте кулачковый электрический переключатель, чтобы предотвратить зажигание свечи, за исключением рабочего хода двигателя (см. Потерянную искру ).

Регулировка оборотов двигателя

Это демонстрация того, как работает регулировка скорости в двигателе Отто. Вращающиеся шары являются центробежным регулятором , и по мере того, как машина работает медленнее, маленькое колесо перемещается влево, вставляя стержень в ближайший ролик и толкая его вверх, чтобы вызвать забор топлива для запуска двигателя на один оборот.

Если машина находится под нагрузкой и все еще работает слишком медленно, кулачок продолжает оставаться вставленным и заставляет двигатель запускаться повторно для каждого цикла зажигания. Когда частота вращения двигателя увеличивается, регулятор тянет маленькое колесо вправо, и машина движется по инерции без впрыска топлива, хотя свеча зажигания продолжает гореть без топлива в цилиндре.

Этот метод управления скоростью часто называют методом попадания или промаха, потому что двигатель запускается неправильно (из-за отсутствия топливной смеси) на тех тактах, когда двигатель работает быстрее регулируемой скорости, но попадает в ( огонь) при силовых ударах со слишком низкой скоростью. Топливо не используется в тактах с ошибочным зажиганием.

Цилиндр охлаждения

В двигателях Otto используется обтекаемая водяная рубашка вокруг стенки цилиндра, аналогичная современным системам охлаждения двигателя. Стационарные двигатели Отто, представленные на выставке Western Minnesota Steam Threshers Reunion, используют один большой радиатор тепла снаружи здания. Эта централизованная удаленная система отвода тепла также помогает поддерживать прохладу в двигателе.

Читать еще:  Вселенная как вечный двигатель

Первое использование на транспорте [ править ]

У Отто и его менеджера Готлиба Даймлера были серьезные разногласия по поводу будущего направления двигателя Отто. В то время как Отто хотел производить большие двигатели для стационарных применений, Daimler хотел производить двигатели, достаточно маленькие, чтобы их можно было использовать на транспорте. После периода разногласий Даймлер оставил работу Отто и взял с собой Вильгельма Майбаха. В 1883 году Daimler и Maybach создали двигатель мощностью 0,5 л.с., который был небольшим и эффективным. Чтобы обойти патенты, которыми Отто владел на конструкцию двигателя, была обнаружена претензия в отношении патента, выданного Бо де Роша в 1862 году, в том же году, когда Отто впервые не смог создать свой четырехтактный двигатель. Те, кто завидовали патентам Отто (было 25 патентов), в Германии отменили 1 патент в основном из-за того, что суд не понял значения Отто.многослойная система заряда, которая преодолела проблемы взрывного сгорания, которые ранее разрушали все конструкции двигателей.

Даймлер всегда называл свою конструкцию двигателем взрыва, чтобы противопоставить его двигателю Отто, и смог уклониться от выплаты гонорара Отто. В 1885 году он и Майбах создали двигатель, названный «Дедушкины часы», и построили вокруг него двухколесную раму. Это стало первым автомобилем с двигателем Отто. Четырнадцатилетний сын Даймлера Адольф был первым, кто ездил на этом моторизованном велосипеде, который является первым моторным транспортным средством с двигателем внутреннего сгорания. Daimler / Maybach Petroleum Reitwagen (ездовой автомобиль) 1885 года был первым мотоциклом (и первым моторным транспортным средством) с двигателем внутреннего сгорания. [2] В то время как Deutz продолжал производить большие стационарные двигатели, Daimler перешел на лодки, дирижабли, локомотивы, автомобили, грузовики и другие виды транспорта. Deutz — старейший в мире производитель двигателей. [1] Daimler, которая стала Daimler-Benz , является старейшим в мире производителем автомобилей.

Компания Daimler-Benz подготовила это видео к 125-летию создания первого автомобиля, который Daimler назвал «Petroleum Reitwagen». В нем использовалось зажигание от горячей трубки, потому что электрические системы того времени были ненадежными. Этот двигатель работал на топливном лигроин , как и все транспортные средства до тех пор , а в прошлом году 1905. [ править ] Даймлер и Майбах основал компанию , известную как Daimler Motorenwerke Gesellschaft , которая позже слилась с Benz , чтобы сформировать Daimler-Benz, известный также , как Mercedes- Benz .

Сегодня компания Отто Deutz — один из крупнейших производителей большегрузных автомобилей в мире. Daimler-Benz — один из крупнейших и наиболее уважаемых производителей роскошных автомобилей в мире. Практически все мировые производители автомобилей производят автомобили с двигателями цикла Отто, которые настолько распространены, что их называют бензиновыми двигателями.

Первое использование в транспортировке

У Отто и его менеджера Готлиба Даймлера были серьезные разногласия по поводу будущего направления двигателя Отто. В то время как Отто хотел производить большие двигатели для стационарных применений, Daimler хотел производить двигатели, достаточно маленькие, чтобы их можно было использовать на транспорте. После периода разногласий Даймлер оставил работу Отто и взял с собой Вильгельма Майбаха. В 1883 году Daimler и Maybach создали двигатель мощностью 0,5 л.с., который был небольшим и эффективным. Чтобы уклониться от патентов, которыми Отто владел на конструкцию двигателя, была обнаружена претензия, касающаяся патента, выданного Бо де Роша в 1862 году, в том же году, когда Отто впервые не смог создать свой четырехтактный двигатель. Те, кто завидовали патентам Отто (было 25 патентов), 1 патент был отменен в Германии в основном из-за того, что суд не понял значения многослойной системы заряда Отто, которая преодолела проблемы взрывного сгорания, разрушившего ранее все конструкции двигателей.

Даймлер всегда называл свой проект двигателем взрыва, чтобы противопоставить его двигателю Отто, и смог уклониться от выплаты гонорара Отто. В 1885 году он и Майбах создали двигатель под названием «Дедушкины часы» и построили вокруг него двухколесную раму. Это стало первым автомобилем с двигателем Отто. Четырнадцатилетний сын Даймлера Адольф был первым, кто ездил на этом моторизованном велосипеде, который является первым моторным транспортным средством с двигателем внутреннего сгорания. Daimler / Maybach Petroleum Reitwagen (ездовой автомобиль) 1885 года был первым мотоциклом (и первым моторным транспортным средством) с двигателем внутреннего сгорания. В то время как Deutz продолжал производить большие стационарные двигатели, Daimler перешел на лодки, дирижабли, локомотивы, автомобили, грузовики и другие виды транспорта. Deutz — старейший в мире производитель двигателей. Daimler, который стал Daimler-Benz , является старейшим в мире производителем автомобилей.

Компания Daimler-Benz подготовила этот видеоролик к 125-летию со дня создания первого автомобиля, который Daimler назвал «Petroleum Reitwagen». В нем использовалось зажигание с помощью горячей трубки, потому что электрические системы того времени были ненадежными. Этот двигатель работал на топливе Ligroin , как и все автомобили вплоть до 1905 года. Daimler и Maybach основали компанию, известную как Daimler Motorenwerke Gesellschaft, которая позже объединилась с Benz и образовала Daimler-Benz, известную также как Mercedes-Benz .

Сегодня компания Отто Deutz — один из крупнейших производителей большегрузных автомобилей в мире. Daimler-Benz — один из крупнейших и наиболее уважаемых производителей роскошных автомобилей в мире. Практически все мировые производители автомобилей производят автомобили с двигателями цикла Отто, которые настолько распространены, что их называют бензиновыми двигателями.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector