Изобретатель первого двигателя: Первый двигатель внутреннего сгорания: история, факты

Содержание

Первый двигатель внутреннего сгорания: история, факты

Разработка первого двигателя внутреннего сгорания длилась почти два века, пока автомобилисты смогут узнать прототипы современных моторов. Все начиналось с газа, а не с бензина. В число людей, которые приложили свою руку к истории создания, являются — Отто, Бенц, Майбах, Форд и другие. Но, последние научные открытия перевернули весь автомир, поскольку отцом первого прототипа считался совсем не тот человек.

Леонардо и здесь руку приложил

До 2016 года основателем первого двигателя внутреннего сгорания считался Франсуа Исаак де Риваз. Но, историческая находка, сделанная английскими учеными, перевернула весь мир. При раскопках вблизи одного из французских монастырей, были найдены чертежи, которые принадлежали Леонардо да Винчи. Среди них был чертеж двигателя внутреннего сгорания.

Конечно, если смотреть на первые двигатели, которые создавали Отто и Даймлер, то можно найти конструктивные сходства, а вот с современными силовыми агрегатами их уже нет.

Легендарный да Винчи опередил свое время почти на 500 лет, но поскольку был скован технологиями своего времени, а также финансовыми возможностями, так и не смог сконструировать мотор.

Детально исследовав чертеж, современные историки, инженеры и автоконструкторы с мировым именем, пришли к выводу, что данный силовой агрегат мог работать и довольно продуктивно. Так, компания Форд занялась разработкой прототипа двигателя внутреннего сгорания, основываясь на чертежах да Винчи. Но, эксперимент удался только наполовину. Двигатель завести не удалось.

Но, некоторые современные доработки позволили, все-таки дать жизнь силовому агрегату. Он так и остался экспериментальным прототипом, но кое-что компания Форд, все-таки почерпнула для себя — это размер камер сгорания для легковых автомобилей В-класса, который составляет 83,7 мм. Как оказалось — это идеальный размер для сгорания воздушно-топливной смеси для такого класса моторов.

Инженерия и теория

Согласно историческим фактам, в XVII веке голландский ученый и физик Кристиан Хагенс разработал первый теоретический двигатель внутреннего сгорания на пороховой основе. Но, как и Леонардо был скован технологиями своего времени и воплотить свою мечту в реальность так и не смог.

Франция. 19 век. Начинается эпоха массовых механизаций и индустриализаций. В это время, как раз и можно создать, что-то невероятное. Первый, кто сумел собрать двигатель внутреннего сгорания, был француз Нисефор Ньепс, который он назвал — Пирэолофор. Он работал с братом Клодом, и они вместе до создания ДВС презентовали несколько механизмов, которые не нашли своих заказчиков.

В 1806 году в национальной французской академии прошла презентация первого мотора. Он работал на угольной пыли и имел ряд конструктивных недоработок. Несмотря на все недостатки, мотор получил положительные отзывы и рекомендации. Вследствие этого братья Ньепсе получили финансовую помощь и инвестора.

Первый двигатель продолжал развиваться. Более совершенный прототип был установлен на лодки и небольшие корабли. Но, Клоду и Нисефору этого было не достаточно, они хотели удивить весь мир, поэтому изучали разные точные науки, чтобы совершенствовать свой силовой агрегат.

Так, их старания увенчались успехами, и в 1815 году Нисефор находит труды химика Лавуазье, который пишет, что «летучие масла», которые являются частью нефтепродуктов, при взаимодействии с воздухов могут взрываться.

1817 год. Клод едет в Англию, с целью получения нового патента на двигатель, так как во Франции срок действия подходил к концу. На этом этапе братья расстаются. Клод начинает работать над мотором самостоятельно, не уведомив об этом брата, и требует с него денег.

Разработки Клода нашли подтверждение только в теории. Изобретенный двигатель не нашел широкого производства, поэтому стал частью инженерной истории Франции, а Ньепса увековечили памятником.

Сын известного физика и изобретатель Сади Карно издал трактат, который сделал его легендой автомобилестроительной индустрии и делает его знаменитым на весь мир. Работа насчитывала 200 экземпляров и называлась «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» изданная в 1824 году.

Именно с этого момента начинается история термодинамики.

1858 год. Бельгийский ученый и инженер Жан Жосефа Этьен Ленуара собирает двухтактный двигатель. Отличительными элементами было то, что он имел карбюратор и первую систему зажигания. Топливом служил каменноугольный газ. Но, первый прототип работал всего несколько секунд, а потом навсегда вышел со строя.

Случилось это потому, что мотор не имел систем смазки и охлаждения. При этой неудачи Ленуар не сдался и продолжил работу над прототипом и уже в 1863 году мотор, установленный на 3-х колесный прототип автомобиля, проехал исторические первые 50 миль.

Все эти разработки положили начало эре автомобилестроения. Первые двигатели внутреннего сгорания продолжали разрабатываться, и их создатели увековечили свои имена в истории. Среди таких были — австрийский инженер Зигфрид Маркус, Джордж Брайтон и другие.

Руль принимают легендарные немцы

В 1876 году эстафету начинают принимать немецкие разработчики, чьи имена в наши дни гремят громко. Первый, кого следует отметить, стал Николас Отто и его легендарный «цикл Отто». Он первый разработал и сконструировал прототип двигатель на 4-х цилиндрах. После этого уже в 1877 году он патентует новый двигатель, который лежит в основе большинства современных моторов и самолетов начала 20 века.

Еще одно имя в истории автомобилестроения, которое многие знают и сегодня — Готлиб Даймлер. Он со своим другом и братом по инженерии Вильгельмом Майбахом разработали мотор на газовой основе.

1886 год стал переломным, поскольку именно Даймлер и Майбах создали первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Силовой агрегат получил название «Reitwagen». Этот движок ранее устанавливался на двухколесные транспортные средства. Майбах разработал первый карбюратор с жиклерами, который также эксплуатировался достаточно долго.

Для создания работоспособного двигателя внутреннего сгорания великим инженерам пришлось объединить свои силы и умы. Так, группа ученых, в которую вошли Даймлер, Майбах и Отто начали собирать моторы по две штуки в день, что на тот момент было большой скоростью.

Но, как и всегда бывает, позиции ученых в совершенствовании силовых агрегатов разошлись и Даймлер уходит с команды, чтобы основать свою компанию. Вследствие этих событий Майбах следует своему другу.

1889 год Даймлер основывает первую автомобилестроительную фирму «Daimler Motoren Gesellschaft». В 1901 году Майбах собирает первый Мерседес, который положил начало легендарному немецкому бренду.

Еще одним не менее легендарным немецким изобретателем становится Карл Бенц. Его первый прототип двигателя мир увидел в 1886 году. Но, до момента создания первого своего мотора, он успел основать фирму «Benz & Company». Дальнейшая история просто потрясающая. Впечатленный разработками Даймлера и Майбаха, Бенц решил слить все компании воедино.

Так, сначала «Benz & Company» сливается с «Daimler Motoren Gesellschaft», и становиться «Daimler- Benz». Впоследствии соединение коснулось и Майбаха и компания стала называться «Mersedes- Benz».

Еще одно знаменательное событие в автомобилестроение случилось в 1889 году, когда Даймлер предложил разработку V-образного силового агрегата.

Его идею подхватил Майбах и Бенц, и уже в 1902 году V-образные двигатели начали выпускаться на самолеты, а позже на автомобили.

Отец основатель автоиндустрии

Но, как не крути, самый большой взнос в развитие автомобилестроения и автодвигательных разработок внес американский конструктор, инженер и просто легенда — Генри Форд. Его лозунг: «Автомобиль для всех» нашел признание у простых людей, что и привлекло их. Основав в 1903 году компанию «Форд», он не только принялся за разработку нового поколения двигателей для своего автомобиля Форд А, но и дал новые рабочие места простых инженерам и людям.

В 1903 году против Форда выступил Селден, который утверждал, что первый использует его разработку двигателя. Судебный процесс длился целых 8 лет, но при этом, ни один из участников, так и не смог выиграть процесс, поскольку суд решил, что права Селдена не нарушены, а Форд использует свой тип и конструкцию мотора.

В 1917 году, когда США вступила в первую мировую войну, компания Форд начинает разработку первого тяжелого двигателя для грузовых автомобилей с повышенной мощностью. Так, к концу 1917 года Генри представляет первых бензиновый 4-х тактный 8-ми цилиндровый силовой агрегат Форд М, который начала устанавливаться на грузовые автомобили, а в последствие и во время 2-й мировой на некоторые грузовые самолеты.

Когда другие автомобилестроители переживали не самые лучшие времена, то компания Генри Форда процветала и имела возможность разрабатывать все новые варианты двигателей, которые нашли применение среди широкого автомобильного ряда автомобилей Форд.

Вывод

По сути, первый двигатель внутреннего сгорания изобрел Леонардо да Винчи, но это было только в теории, поскольку он был скован технологиями своего времени. А вот первый прототип поставил на ноги голландец Кристиан Хагенс. Потом были разработки французских братьев Ньепс.

Но, все же массовой популярности и разработки двигатели внутреннего сгорания получили с разработками таких великих немецких инженеров, как Отто, Даймлер и Майбах. Отдельно стоит отметить заслуги в разработках моторов отца основателя автоиндустрии — Генри Форда.

Как двигатель Рудольфа Дизеля изменил мир

  • Тим Харфорд
  • Би-би-си

Автор фото, Shutterstock

Инженер Рудольф Дизель погиб при загадочных обстоятельств прежде, чем успел разбогатеть на своем гениальном изобретении.

В 10 часов вечера 29 сентября 1913 года Рудольф Дизель отправился в свою каюту на пароходе «Дрезден», шедшем из бельгийского Антверпена через Ла-Манш в Лондон. Его пижама была разложена на кровати, но он так в нее и не переоделся.

Изобретатель двигателя, названного его именем, размышлял о своих больших долгах и процентах по ним, которые он уже не мог выплачивать. В его дневнике этот день — 29 сентября — был помечен зловещим крестом: «X».

Перед тем, как отправиться на пароход, 55-летний Дизель собрал все наличные деньги и сложил их в сумку вместе с документами, из которых было ясно, насколько отчаянным оказалось его финансовое положение. Он отдал сумку ничего не подозревавшей жене и велел открыть ее не раньше, чем через неделю.

Дизель вышел на палубу. Снял плащ и шляпу. Аккуратно сложил их на палубе. Посмотрел на воду. И прыгнул за борт.

Или не прыгнул? Любители конспирологии считают, что ему «помогли».

Но кто мог быть заинтересован в смерти бедного изобретателя? Есть две версии.

Для того, чтобы понять контекст, вернемся на тридцать лет назад, в 1872 год. Паровые двигатели уже широко применяются в промышленности, по железным дорогам бегают все более многочисленные паровозы, но в городах весь транспорт — по-прежнему на гужевой тяге.

Спрос на замену лошади

Осенью того года эпизоотия конского гриппа парализовала города Соединенных Штатов. Не на чем было подвозить товары в лавки, не на чем вывозить мусор.

В полумиллионном городе в те времена могло быть около ста тысяч лошадей. Каждая из них ежедневно орошала улицы 15 килограммами навоза и 4 литрами мочи.

Города остро нуждались в недорогом, надежном и небольшом двигателе, который заменил бы конную тягу.

Одним из кандидатов на эту роль был паровой двигатель: автомобили на паровой тяге конструировались один за другим.

Вторым был двигатель внутреннего сгорания. Первые его модели работали на газе, на бензине, даже на порохе. Но в семидесятых годах XIX века, когда Рудольф Дизель был студентом, оба этих типа двигателей были ужасно неэффективны, с КПД всего лишь около 10%.

Поворотным пунктом в жизни молодого Дизеля стала лекция о термодинамике в Королевском Баварском политехническом институте в Мюнхене, на которой он услышал, что двигатель внутреннего сгорания, преобразующий всю энергию тепла в полезную работу, теоретически возможен.

Автор фото, Alamy

Подпись к фото,

Схема-рисунок двигателя внутреннего сгорания, изобретенного Рудольфом Дизелем в 1887 году

Дизель взялся за претворение теории в жизнь. И потерпел неудачу. КПД его первого двигателя составлял всего лишь 25%. КПД лучших из современных дизелей — более 50%.

Но даже 25% — это было в два с лишним раза лучше, чем у конкурентов.

В бензиновых двигателях внутреннего сгорания в цилиндре сжимается смесь воздуха и паров бензина, которая затем поджигается электрической искрой. В двигателе Дизеля сжимается только воздух, при этом его температура повышается настолько, что ее достаточно для воспламенения впрыскиваемого топлива.

При этом в дизеле чем сильнее сжатие, тем меньше нужно топлива, тогда как в двигателе с зажиганием слишком сильное сжатие приводит к сбою в работе.

Ненадежные моторы

Все автомобилисты знают о главном свойстве машин с дизельным мотором: они обычно дороже стоят, зато дешевле в эксплуатации.

К несчастью для Рудольфа Дизеля, его первые модели при всем их высоком КПД отличались ненадежностью. Недовольные покупатели завалили его требованиями о возврате денег. Это и загнало изобретателя в финансовую яму, из которой он не смог выбраться.

Но он продолжал работать над своим двигателем и постепенно совершенствовал его.

Выявились другие преимущества двигателя Дизеля. Он может работать на более тяжелом, чем бензин, топливе — солярке, или, как сейчас его чаще называют, дизтопливе. Оно дешевле бензина и к тому же менее интенсивно испаряется, поэтому менее взрывоопасно.

В силу этого дизели стали особенно популярны у военных. Уже в 1904 году двигатели Рудольфа Дизеля были поставлены на французских подводных лодках.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Машины с дизельным двигателем дороже при покупке, но дешевле в эксплуатации

Здесь лежат корни первой конспирологической версии смерти Рудольфа Дизеля.

Европа, 1913 год, большая война все ближе и все неотвратимее — а тут немец, изобретатель нового двигателя, преследуемый финансовыми проблемами, отправляется в Британию. Одна газета так и написала в заголовке: «Изобретателя сбросили в море, чтобы предотвратить продажу патентов британскому правительству».

Коммерческий потенциал изобретения Дизеля, однако, стал раскрываться только после Первой мировой. Первые дизельные грузовики появились в 1920-х годах, железнодорожные локомотивы — в 1930-х. К 1939 году уже четверть морских грузов в мире перевозили суда с дизельными установками.

После Второй мировой войны были созданы еще более мощные дизельные моторы, которые позволили строить суда все большего водоизмещения и все более экономно перевозить грузы. На топливо приходится около 70% себестоимости морских перевозок.

Пар или дизель?

Чешско-канадский ученый Вацлав Смил, например, считает, что если бы международная торговля оставалась привязана к паровым двигателям и не перешла на дизель, то она росла бы гораздо медленнее.

Британско-американский экономист Брайан Артур так не считает. Он называет переход на двигатели внутреннего сгорания в течение последнего века проявлением «попадания в колею»: уже сделанные инвестиции и построенная инфраструктура заставляют человечество действовать в определенном коридоре, а если б с самого начала был выбран другой путь, то и на нем нашлись бы эффективные решения.

По мнению Брайана Артура, еще в 1914 году у паровых автомобильных двигателей перспективы были не хуже, чем у двигателей внутреннего сгорания — но растущее влияние нефтяной промышленности привело к тому, что в развитие ДВС стали вкладывать гораздо больше денег.

Если бы инвестиций было поровну, то, предполагает доктор Артур, мы бы сейчас вполне могли ездить на машинах с паровыми двигателями какого-нибудь очередного поколения.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Экспертименты Дизеля с арахисовым маслом предвосхитили современное развитие производства биотоплива

А если бы мировая экономика прислушалась к Рудольфу Дизелю, то, может быть, сейчас двигатели работали бы на арахисе.

Имя Дизеля сейчас ассоциируется с топливом из нефтепродуктов, но вообще-то он приспосабливал свой двигатель для работы с разными видами топлива, от угольной пыли до растительного масла. В 1900 году на Всемирной выставке в Париже он продемонстрировал модель, работающую на арахисовом масле.

А за год до смерти, в 1912 году, Рудольф Дизель предсказывал, что растительное масло станет таким же важным видом топлива, как и нефтепродукты.

Владельцам арахисовых плантаций это предсказание наверняка понравилось, а владельцам нефтяных месторождений — не очень.

Отсюда — вторая конспирологическая версия смерти Дизеля. Другая газета по ее поводу написала: «Убит агентами нефтяных трестов».

Арахис против нефти

В последнее время в мире возрождается интерес к дизельному биотопливу. Оно меньше загрязняет атмосферу, но есть и проблема: оно занимает сельскохозяйственные угодья, а это ведет к повышению цен на продовольствие.

Во времена Рудольфа Дизеля это не выглядело большой проблемой: население Земли тогда было гораздо меньше, а климатические изменения не сильно беспокоили людей. Поэтому Рудольф Дизель, наоборот, мечтал, что его двигатель поможет развиваться бедным, аграрным странам.

Насколько иначе сейчас выглядел бы мир, если бы самыми ценными землями считались не те, где качают нефть, а те, где хорошо растет арахис? Мы можем только гадать.

Точно так же, как мы можем только гадать, что же в точности случилось с Рудольфом Дизелем.

Его тело было найдено в море рыбаками через десять дней. К тому времени оно настолько разложилось, что рыбаки не стали брать его на борт, но забрали личные вещи — кошелек, перочинный нож, футляр для очков.

Когда рыбаки добрались до берега, эти вещи опознал младший сын Дизеля. А тело изобретателя навсегда осталось в морских глубинах.

Как были устроены автомобили до изобретения бензинового двигателя

26 января 1886 года немецкий инженер Карл Бенц запатентовал автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Начиная с того момента, весь мир планомерно завоевали самодвижущиеся повозки на четырех колесах, и еще не известно, чем все это закончится. В своеобразный день рождения автомобиля «РГ» решила вспомнить, как были устроены машины до эпохи ДВС.

1. Историки предполагают, что первые автомобили могли появиться уже в ХIV веке. Ведь именно тогда итальянец Гвидо да Виджевано скрестил ветряную мельницу и тележку, получив прообраз современного транспортного средства. А немного позднее небезызвестный Леонардо да Винчи разработал подобный механизм, но с приводом на трехколесный велосипед. Гений он и есть гений…

2. А вот первым работающим паровым транспортом в мире считается изобретение Фердинанда Вербиста — иезуита из Китая, который построил свой автомобиль, как забавную игрушку, не более. Правда, игрушку для императора. Машинка была крайне мала и не могла доставить из точки «А» в точку «Б» ни царственную особу, ни простого смертного. Но факт остается фактом: в 1672 году паровой транспорт празднует свой день рождения.

3. Следующим в очереди отцов-основателей паровых машин стоит Томас Ньюкомен. Именно он в 1712 году воплотил в металле первый паровой двигатель, состоящий из цилиндра и поршня. Это уже, действительно, был прорыв! Однако, через 53 года Джеймс Уатт значительно усовершенствовал изобретение Ньюкомена. Теперь двигатель работал на основе давления, а не вакуума и стал более компактным и производительным. Его-то и начали ставить на первые паровозы.

4. В 1769 году Николас Джозеф Кагнот разработал почти полноценный авто для передвижения по узким улочкам Парижа. Копия этой машины выставлена сейчас в Музее искусств и ремесел в той же столице Франции. Правда, в те далекие времена горожане были не в восторге, когда мимо их домов проносился железный монстр весом более трех с половиной тонн! И хорошо, что в один прекрасный момент уже второй экземпляр этого «чуда» врезался в стену, разрушил ее и сам не подлежал восстановлению. Вообще, первые паровые машины были крайне тяжелыми, поэтому в следующие сто лет их ставили исключительно на рельсы… Вот как зарождалась система железнодорожных путей.

5. Вы не поверите, но электромобиль, это чудо современной техники, был изобретен еще до повсеместного применения двигателя внутреннего сгорания! Если исторические архивы не врут, то в 1828 году, изобретатель из Венгрии Аноис Джедлик собрал первую в мире модель электромобиля! А первым, кто попытался поставить данное изобретение на коммерческие рельсы, были Томас Давенпорт и Роберт Дэвидсон. Их авто с батареями увеличенной емкости начали производить в 1881-м. Но достаточно большой мощности тогда добиться так и не удалось, что дало толчок началу истории ДВС.

Первый автомобиль и его создатель | История | DW

Имя это известно каждому человеку, который хоть в какой-то степени интересуется автомобилями. Карл Бенц (Carl Friedrich Michael Benz) по прову считается изобретателем автомобиля. Он получил первые в мире патенты на двухтактный бензиновый двигатель, систему зажигания, работающую от батареи, свечу зажигания, акселератор, карбюратор, сцепление, коробку передач, водяной радиатор охлаждения, — словом, на все основные узлы автомобиля.

От мастерской до мирового концерна

Талант инженера и изобретателя проявился у Карла Бенца очень рано, но его профессиональная карьера вовсе не была само собой разумеющимся делом. Он родился в небогатой семье. Отец, машинист паровоза, умер, когда Карлу было всего два года. Благодаря усилиям матери, отличным оценкам самого Карла и государственной стипендии, он окончил политехнический университет уже в возрасте 19 лет, затем, после семи лет работы на различных предриятиях, создал собственную фирму. Собственно, поначалу это была просто мастеская.

Первый автомобиль Карла Бенца

Первый автомобиль, ставший серийной моделью, был запатентован в январе 1886 года. Патент под номером 37435 был выдан на трехколесный самодвижущийся экипаж. С этого трицикла началась история мирового автомобилестроения. Свое изобретение Бенц оснастил бензиновым двигателем внутреннего сгорания.

Первый «автопробег» совершила жена изобретателя Берта. 5 августа 1888 года она вместе с детьми преодолела больше ста километров, чтобы навестить свою мать. На подъемах машину приходилось толкать, и легенда гласит, что именно после этого Берта подала идею мужу оснастить ее коробкой передач.

В 1926 году компания Бенца объединилась с компанией Daimler, также занимавшейся выпуском автомобилей. Все модели были переименованы: они стали называться «Mercedes-Benz » (это имя — Мерседес — было именем дочери одного из партнеров Даймлера).

Концерн и после смерти его основателя продолжал идти в авангарде автомобилестроения. В 1936 году началось производство легковых автомобилей с дизельным мотором. Первой моделью с дизельным двигателем стал Mercedes-Benz 260 D.

История продолжается

Дизельный двигатель назван в честь его разработчика — немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля (Rudolf Diesel). Этот двигатель обладает довольно высоким коэффициентом полезного действия, а топливо стоит дешевле бензина. И так как экономичность была одним из основных преимуществ дизельных двигателей перед бензиновыми, первыми об их использовании задумались производители грузовых автомобилей. В 1924 году на берлинской автовыставке немецкий концерн MAN представил модель, работающую на дизеле.

Благодаря снижению массы дизельного мотора, к возможности его использования решили присмотреться и производители легковых автомобилей. Особенно активно над решением этой задачи работали именно инженеры компании Daimler-Benz.

Смотрите также:

  • Энди Уорхол и его «мерседесы»

    «Мерседес» как объект поп-арта

    Выставка работ Энди Уорхола из серии «Cars» проходит в музее MAC Museum Art & Cars в немецком Зингене. В экспозиции творения маэстро поп-арта выставлены рядом с оригинальными ретроавтомобилями.

  • Энди Уорхол и его «мерседесы»

    Самый первый Benz

    29 января 1886 года Карл Фридрих Бенц (Karl Friedrich Benz) представил миру свой первый автомобиль. Эта моторизированная повозка могла развивать скорость до 18 км/ч. Первую поездку длиной в 100 километров без ведома супруга совершила Берта Бенц (Bertha Benz). Деревенские мальчишки в то время принимали рычащее авто за воплощение дьявола.

  • Энди Уорхол и его «мерседесы»

    Искусство и автомобиль — почти синонимы

    Легким движением руки Энди Уорхола автомобиль превращается… в многоцветный веселый коллаж. Классик поп-арта верен своему стилю во всем, что бы он ни делал. Серия «Cars» подтверждает, что искусство и промышленный дизайн просто созданы друг для друга.

  • Энди Уорхол и его «мерседесы»

    Культ в зеленых тонах

    В конце 1924 года на рынок вышел Mercedes-Benz 15/70. Дамы были в восторге от внешнего вида авто, мужчины — от мотора мощностью в 100 и 140 лошадиных сил. Уорхол добавил культовому объекту зеленый контур, сделав его предметом вожделения и для поклонников искусства.

  • Энди Уорхол и его «мерседесы»

    «Серебряная стрела» в сердце автолюбителей

    Модель «Серебряная стрела» поразила сердца поклонников гоночного спорта. Почти 50 лет подряд авто из этой серии занимали первые места в гонках по всему миру. Первую гонку модель Mercedes-Benz W 25 выиграла сразу же после своего выпуска — в 1934 году. «Иногда что-то кажется красивым просто потому, что немного отличается от окружающих предметов», — говорил Уорхол.

  • Энди Уорхол и его «мерседесы»

    Гоночный цыпленок Уорхола

    Энди Уорхол добавил легендарной «Серебряной стреле» немного цвета и иронии. Правда, в поп-арт-версии гоночный автомобиль слегка напоминает цыпленка-гриль. В свое время Уорхол прославился за счет картин, отражающих эпоху потребления — баночный суп, бутылки кока-колы… Он всегда изображал товары американского производства. Для немецких машин художник сделал исключение.

  • Энди Уорхол и его «мерседесы»

    Строго по формуле

    Автомобилестроители строго подчиняются правилам. Так, модель Mercedes-Benz W 125 была создана точно по формуле «750 килограмм». Согласно условиям гонок Гран-при, действовавшим с 1934 года, именно столько — и ни граммом больше — могли весить автомобили участников без учета смазочных и горючих материалов. Но в вариациях Уорхола у спорткаров свои правила. Главное — они очень яркие!

  • Энди Уорхол и его «мерседесы»

    Хайтек образца 1969 года

    Экспериментальная модель Mercedes-Benz С 111 стала прорывом в мире авто. Она могла развивать скорость до 300 км/ч. Несмотря на то, что желающих приобрести такое чудо было немало, С 111 так и не стал серийным автомобилем. На картинах Уорхола машины с раскрытыми дверьми похожи на парящих чаек.

  • Энди Уорхол и его «мерседесы»

    Спорткар века

    Mercedes-Benz 300 SL дебютировал в Нью-Йорке в 1954 году. Новая спортивная машина могла развивать скорость до 250 км/ч, став самым быстрым серийным автомобилем того времени. Спустя много лет, в 1999 году, сообщество автомобильных журналистов признало его спорткаром века.

  • Энди Уорхол и его «мерседесы»

    Искусство дороже люксового автомобиля

    Из 80 запланированных работ до своей смерти Уорхол успел закончить только 40. Последняя картина из этой серии — Mercedes-Benz W 196 R Grand Prix Car — была выставлена на аукционе Christie’s в Нью-Йорке в 2013 году: стартовая цена составила 16 млн долларов. Выставку в музее Mac Museum Arts & Cars можно увидеть до 17 мая.

    Автор: Сюзанне Кордс, Александра Поблинкова


изобретение двигателей – тема научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

Електротехніка. Визначні події. Славетні імена

УДК 621.3:621.43:537.311:910.4 М.И. Баранов

АНТОЛОГИЯ ВЫДАЮЩИХСЯ ДОСТИЖЕНИЙ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ.

ЧАСТЬ 14: ИЗОБРЕТЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

Наведено короткий нарис з всесвітньої історії винаходу двигунів різного виду, що з’явилися енергетичним «серцем» для всіх транспортних засобів на нашій планеті.

Приведен краткий очерк из всемирной истории изобретения двигателей различного вида, явившихся энергетическим «сердцем» для всех транспортных средств на нашей планете.

ВВЕДЕНИЕ Движение, как известно, это «жизнь». Оно (движение) является «жизнью» не только для биологических объектов, но и для большинства технических объектов. Как привести в движение различного вида физическое тело, тот или иной технический объект? Как придать подобному движущемуся телу (объекту) или его части наибольшее ускорение и наивысшую скорость? Как преобразовать один вид движения технического объекта в другой? Как уменьшить при этом паразитные потери энергии и повысить коэффициент полезного действия (КПД) для движущегося объекта? Вот тот перечень основных вопросов, возникавших сотни лет тому назад и возникающих поныне перед учеными-механиками, инженерами и конструкторами, занимающихся разработкой и созданием новой техники. Из всемирной истории развития техники всем нам хорошо известно, что «рождение» подобных объектов в техносфере землян определяется потребностями человеческого общества. Главными из них в нашем мире были и остаются: 1) неуклонное прогрессивное развитие разных отраслей промышленности всех стран для удовлетворения все возрастающих человеческих потребностей; 2) защита государственных и частных интересов, включающих территориальную целостность стран, экономическую выгоду и интеллектуальную собственность. Начиная с древних времен (например, с периода проживания и деятельности в 287-212 гг. до н.э. великого древнегреческого учено-го-механика Архимеда), продолжая в средневековье (например, в период проживания и работы в 14521519 гг. великого итальянского ученого-мыслителя и изобретателя Леонардо да Винчи и в период жизни и активной творческой деятельности в 1642-1727 гг. великого английского ученого-механика Исаака Ньютона) и заканчивая современным временем, выдающиеся представители рода человеческого постоянно «бились» и «бьются» над совершенствованием и дальнейшим развитием технических объектов военного и общегражданского назначения [1-3]. Для всех этих объектов, перемещающихся по земле (под землей), по воде (под водой), в воздухе и безвоздушном пространстве (космосе) характерным является то, что все они в своем составе содержат энергетическое «сердце» — двигатель того или иного вида, приводящий в нужное движение их части или эти объекты в целом. На взгляд автора, интересной для читателя и актуальной в области истории техники представляется научно-историческая задача по рассмотрению эволюции (это слово происходит от латинского слова «еуо/ийо»

— «процесс развития» [4]) становления, непрерывного совершенствования и прогрессивного развития в технической сфере двигателей различных видов и типов.

1. ИЗОБРЕТЕНИЕ ПАРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Исторически известно, что еще великий флорентинец Леонардо да Винчи описал пушку, выстреливающую снарядами при помощи сил только от огня и воды [5]. Он предполагал, что медный ствол пушки с ядром, размещенный своим одним концом в условиях горячей печи, сможет выбросить снаряд, если в отсек сильно разогретого ствола за ядром впрыснуть воду. Леонардо да Винчи полагал, что вода при высокой температуре испарится очень быстро и, став паром и практически аналогом пороха, вытолкнет из такого ствола ядро с большой скоростью. Несмотря на заманчивость такой технической идеи и неоднократные попытки европейских военных инженеров (даже в 19м столетии), создать подобную боевую пушку не удалось никому. Тем не менее, в 1681 году французский ученый Дени Папен решил создать машину для откачки подземных (грунтовых) вод из шахт, применив при этом в качестве движущей силы вначале порох, а позже и водяной пар [5]. Так на свет появилась пароатмосферная машина, уже прогрессивно содержащая цилиндрический поршень. Основной недостаток машины Д. Папена заключался в том, что пар готовился внутри ее цилиндра. В усовершенствование этой машины большой вклад внесли английские изобретатели Томас Севери, в насосе которого (патент от 1698 года на первую в мире паровую машину) приготовление пара происходило вне его цилиндра в отдельном котле, и Томас Ньюкомен, который в 1705 году изобрел паровой насос с цилиндром и поршнем, а также известный российский изобретатель-самоучка и механик Иван Иванович Ползунов, создавший к 1766 году новую на то время паровую машину [1, 5]. Далее в 1768 году патент на первый паровой двигатель с конденсатором (охладителем пара) получает выдающийся английский механик Джеймс Уатт (1736-1819 гг.). Шли годы ив 1784 году Дж. Уатт, работая над усовершенствованием машины Т. Ньюкомена, построил универсальный паровой двигатель, пригодный для широкого промышленного использования в ткацкой и машиностроительной технике (рис. 1). В данном двигателе Дж. Уаттом был применен так называемый кривошипно-шатунный механизм, преобразовывающий возвратно-поступательное движение поршня рабочего цилиндра, обусловленное водяным паром, во вращательное движение колеса [5, 6]. Применив этот двигатель, Дж. Уатт для потребностей металлообработки создал первый паровой молот. Следует заметить, что после этих изобретений Дж. Уатта мировое развитие тепловых машин пошло стремительными темпами. Укажем, что серьезные изменения в тепловые машины Дж. Уатта были вне© М.И. Баранов

сены лишь в середине 19-го столетия английским изобретателем Д Несмитом (1808-1890 гг. ) [1, 5]. К 1843 году он создал кузнечный молот, в котором паровая машина и ударник были объединены в один механизм (рис. 2) [1, 6].

Рис. 1. Первый паровой двигатель выдающегося английского механика и изобретателя Джеймса Уатта [1]

Отметим, что паровой молот Д Несмита произвел, образно говоря, техническую «революцию» в области машиностроения. Этот вид кузнечного оборудования с использованием парового двигателя в 19-ом веке получил широкое внедрение по всему миру [1, 6].

Рис. 2. Мощный паровой молот разработки конца 19-го века известного английского изобретателя Джеймса Несмита [1]

Поэтому можно обоснованно считать, что исторически все машины практически пришли к нам из горной, текстильной и металлообрабатывающей индустрий, использующих силу горячего водяного пара.

2. ИЗОБРЕТЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Поскольку возможности парового двигателя были ограниченными, а его энергетические показатели не высокими (при низком КПД, не превышающем 10 %, он был к тому же еще и громоздким), то изобретатели всего мира продолжали поиски более эффективных двигателей, использующих иные, чем горячий пар источники энергии. История создания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) уходит своими корнями к началу 19-го столетия [7]. В 1801 году французский инженер Филипп Лебон (1769-1804 гг.) получил патент на конструкцию газового двигателя, работающего на сгорании в камере открытого им светильного газа и который можно считать плавным переходом от

парового двигателя к ДВС [8]. Реализовать ему самому этот переход, к нашему большому сожалению, не удалось из-за своей трагической гибели в 1804 году. Необходимо отметить, что в газовом двигателе Ф. Лебона уже имелись камера смешивания и два компрессора (один для подачи в эту камеру сжиженного воздуха, а другой — для подачи в нее сжиженного светильного газа от газогенератора) [8]. После указанного смешивания этих газов образовавшаяся газовоз -душная смесь поступала в рабочий цилиндр двигателя, где вспыхивала и выделяла энергию, приводящую его поршень в движение. Далее, в 1860 году бельгийский механик Жан Этьен Ленуар (1822-1900 гг.) построил оригинальный газовый двигатель, в котором воспламенение в его рабочей камере горючей смеси происходило при помощи электрической искры [7, 9]. Так на свет впервые появился первый двухтактный двигатель внутреннего сгорания (рис. 3), который был прост в эксплуатации, имел небольшие габаритные размеры и вес. Однако, из-за своего низкого КПД (не более 5 % [9]) он не получил широкого коммерческого успеха и технического применения. В истории техники Ж.Э. Ленуар оказался лишь одним из тех людей, кто приближал прогресс на нашей планете и не получал при этом, как правило, ни славы, ни денег [9].

Рис. 3. Первый двухтактный ДВС известного бельгийского изобретателя Жан Этьен Ленуара (модель 1862 года) [9]

В дальнейшем за усовершенствование этого типа ДВС (двигателя Ленуара) взялся известный немецкий инженер Николаус Август Отто (1832-1891 гг. ), который вскоре довел его КПД до 15 %. Этот показатель превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени. В 1866 году Н.А. Отто получил патент на двухтактный ДВС, работающий на светильном газе (рис. 4) [10, 11]. Главная техническая находка («изюминка») Н.А. Отто заключалась в том, что в конструкции этого двухтактного газового двигателя с кривошипо-шатунным механизмом химическая энергия сгоревшего в его цилиндре газообразного топлива использовалась с наибольшей на то время полнотой. В 1867 году этот двухтактный двигатель получил золотую медаль на парижской Всемирной ярмарке [11].

Но самым революционным шагом в мировом дви-гателестроении стало очередное изобретение окрыленного первым успехом Н.А. Отто четырёхтактного цикла работы двигателя («цикла Отто»: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск), сделанное им в 1876 году и которое и поныне лежит в основе работы подавляющего большинства ДВС [11]. Благодаря этому циклу двигатель Отто стал в пять раз экономичнее двигателя Ленуара [10]. К 1897 году двигателестроительной компанией «Отто и Ко» было выпущено до 42 тысяч таких ДВС разной мощности (рис. 5). Более массовое производство запатентованного Н.А. Отто четырёхтактного ДВС сдержи-

валось отсутствием на то время в промышленно развитых странах необходимых мощностей для производства светильного газа.

Рис. 4. Музейный экспонат первого двухтактного ДВС известного немецкого изобретателя-механика Н.А. Отто [11]

Рис. 5. Музейный экспонат первого четырехтактного ДВС известного немецкого инженера-механика Н.А. Огто [11]

В этой связи в мире активно искали новые виды горючего для ДВС. Некоторые изобретатели пытались применить в качестве газа для ДВС пары жидкого топлива. Еще в 1872 году американский инженер Дж Брайтон пытался использовать в этом качестве керосин. Однако керосин плохо испарялся и тогда Дж. Брайтон перешёл к более лёгкому нефтепродукту — бензину [10]. Для того, чтобы ДВС на жидком топливе мог успешно конкурировать с газовым двигателем, необходимо было создать специальное устройство для испарения бензина, получения горючей смеси из этого топлива и воздуха и ее подачи в камеру ДВС.

Дальнейший прогресс в мировом двигателестрое-нии был связан с такими весьма известными в современном автомобильном мире именами немецких инже-неров-механиков как Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах (рис. 6), прославившимися созданием в конце 19-го века работоспособного бензинового ДВС [10].

Рис. 6. Известные немецкие изобретатели в области двигателестроения Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах [10]

Следует указать, что процесс испарения жидкого топлива в первых бензиновых двигателях указанных немецких изобретателей оставлял желать лучшего. Их одноцилиндровый бензиновый ДВС от 1885 года, со-

держащий вертикально установленный в рабочем цилиндре поршень и рядом расположенный упрощенный смеситель-дозатор в его топливной системе, был компактным, легким и одновременно достаточно мощным для того, чтобы двигать пассажирский экипаж. Считается, что именно этот ДВС является прототипом современного бензинового двигателя с вертикальными рабочими цилиндрами и топливом, вводимым в его камеру сгорания уже через карбюратор [9].

Заметим, что карбюратором (это слово происходит от французского слова «carburateur» — «смеситель-дозатор» [4]) называется устройство, предназначенное для внешнего смесеобразования горючей смеси (из топлива и воздуха) в топливной системе ДВС, работающего на легком жидком топливе (например, на бензине, керосине и др. видах топлива). Изобретение карбюратора стало важным этапом в двигателестроении. Создателем его считается венгерский инженер Донатан Банки [10]. Только в 1893 году он получил патент на карбюратор с жиклёром, который стал прообразом для всех карбюраторов. На рис. 7 приведен внешний вид современного карбюратора. Укажем, что Д. Банки в своем патенте предлагал не испарять бензин, а подавать его в рабочий цилиндр в распыленном жиклёром состоянии. Испарение же по его идее должно протекать в самом цилиндре под действием температуры и давления. Распыливание струи бензина происходило в потоке воздуха, причём количество всасываемого топлива было пропорционально секундному расходу воздуха. Отметим, что в бензиновых карбюраторных ДВС нормальная горючая смесь обычно состоит по массе примерно из 15 частей воздуха и 1 части паров бензина. Двигатель может работать как на обеднённой горючей смеси (пропорция «воздух-топливо» равна 18:1), так и обогащенной смеси (указаннаяпропорция составляет 12:1) [10, 11].

Рис. 7. Общий вид современного карбюратора для ДВС [10]

Слишком «богатая» или слишком «бедная» топливная смесь вызывает резкое уменьшение скорости ее сгорания в камере ДВС и поэтому такая горючая смесь не может обеспечить нормального протекания процесса ее сгорания. Укажем, что кроме карбюраторного метода смесеобразования для ДВС существует и другой способ подготовки горючей смеси, основанный на впрыске бензина во впускной коллектор или непосредственно в рабочие цилиндры двигателя при помощи распыляющих форсунок (инжектора) [9]. ду несколькими людьми: Ж.Э. Ленуаром, Н.А. Отто и Г. Даймлером. Причем, из всех этих людей инженер-механик Н.А. Отто сделал самый значительный вклад (рис. 8) [10].

Рис. 8. Основные создателипервыхв мире работоспособных ДВС — бельгийский инженер Ж.Э. Ленуар (слева) и немецкий механик-изобретатель Н.А. Отто (справа) [10, 11]

Двигатель Ж.Э. Ленуара (рис. 3) по сути своей не был ни достаточно мощным, ни достаточно эффективным для того, чтобы приводить, например, автомобиль в движение. Двигатель же H.A. Отто (рис. 4, 5) обеспечивал все необходимые для этого технические параметры. Поэтому именно немецкий инженер-механик H.A. Отто является одним из истинных создателей ДВС, в котором химическая энергия используемого в нем жидкого или газообразного углеводородного топлива, сгорающего в рабочей камере высокого давления этого вида тепловой машины, преобразуется в механическую работу быстро вращающегося металлического коленчатого вала двигателя. На рис. 9 представлен общий вид современного мощного ДВС.

Рис. 9. Внешний вид современного поршневого ДВС [12]

Из рис. 3-5 и 9 и данных из [6-12] видно, что как далеко по конструкции и своим техническим характеристикам «ушли» вперед современные ДВС различного типа (например, бензиновые карбюраторные, бензиновые инжекторные, дизельные, газовые, газодизельные и роторно-поршневые [10]) в сравнении с первыми конструкциями двигателей этого вида. Причем, «ушли» в технологии изготовления, эффективности и мощности ДВС, но не по своим не изменившимся до наших дней рабочим тактам («циклу Отто»), которые так изменили нас и весь наш мир (рис. 10).

Рис. 10. Схематическое изображениерабочего цикла современного четырехтактного карбюраторного ДВС [12]

Если первые ДВС имели мощность не более 5 л. с. (до 3,7 кВт), то в настоящее время максимальная

мощность четырехтактного карбюраторного ДВС уже составляет до 800 л.с. (до 590 кВт) [12]. Современные авиационные поршневые двигатели с непосредственным впрыском авиабензина и искровым зажиганием их горючей смеси развивают мощность до 1500 л.с. (до 1100 кВт). Заметим, что в конце сгорания горючей смеси давление в рабочем цилиндре карбюраторного ДВС может достигать до 60 атм, а температура — до 2200 °С [12]. Кроме того, рабочий цикл современного карбюраторного ДВС, осуществляемый за 4-е хода поршня диаметром не более 150 мм (при его большем диаметре возрастает склонность к детонации горючей смеси [10]), может быть осуществлен при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя (от 3000 до 7000 об/мин). Что касается ДВС гоночных автомобилей и мотоциклов, то их валы могут развивать скорость вращения в 15000 об/мин и более [12].

Важным практическим применением ДВС является их использование, прежде всего, для приведения в движение разных автомобилей. Следует особо подчеркнуть, что энергетическим «сердцем» 99,9 % всех современных автомобилей при их общем количестве в сотни миллионов штук, несмотря на сильное влияние электрификации во многих промышленных отраслях и на автотехнику, по-прежнему остается ДВС [12].

3. ИЗОБРЕТЕНИЕ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Хотя этот вид двигателя и относится к ДВС, однако учитывая его важность, прогрессивность и широкую распространенность в современном обществе, будет разумным и целесообразным выделить нам краткую историю его создания в отдельный раздел. Изобретателем этого типа двигателя оказался выдающийся немецкий инженер-механик Рудольф Дизель (1858-1913 гг.) [13]. Для всех нас, работающих в технической сфере, и по сей день, интересны мысли Р. Дизеля по поводу изобретательской деятельности инженера [13]: «Изобретение никогда не было лишь продуктом творческого воображения: оно представляет собой результат борьбы между отвлеченной мыслью и материальным миром. Изобретателем история техники считает не того, кто с той или иной степенью определенности высказывал раньше подобные же мысли и идеи, а того, кто осуществил свою идею, мелькнувшую, может быть, в уме множества других людей». Этот творческий человек с широким кругозором и отмеченным выше философским миропониманием технической сферы в конце 19-го столетия предложил новый принцип построения ДВС, базирующийся на законах классической физики. В двигателе Дизеля (дизельном двигателе) сильно сжимаемая воспламеняющаяся смесь жидкого углеводородного топлива с воздухом, содержащим по массе в своем составе до 21 % кислорода (окислителя топлива), вспыхивает без инициирующей электрической искры. Напомним, что, например, в современном карбюраторном бензиновом ДВС для инициирования процесса сгорания топлива в рабочем цилиндре двигателя применяется электрическая искра от ввинчиваемой в головку рабочего цилиндра свечи, на коаксиальные металлические электроды которой в определенный момент времени рабочего цикла подается высокое импульсное электрическое напряжение величиной до 15 кВ [12]. Для работающего дизельного двигателя необходимости в подобной электрической ис-

кре нет. Связано это с тем, что при сильном сжатии поршнем цилиндра мелкодисперсной горючей смеси в дизельном ДВС резко повышается ее температура, которая оказывается достаточной для самовоспламенения этой смеси. Принцип построения ДВС, предложенный и запатентованный им в 1892 году (рис. 11), позволил упростить работу ДВС, повысить надежность его функционирования и создать в будущем мощные ДВС для таких транспортных средств как тепловозов, речных и морских надводных и подводных кораблей [12].

Рис. 12. Первый стационарный одноцилиндровый дизельный двигатель типа БМ-12 мощностью 12 л.с. (около 9 кВт) разработки 19-го столетия выдающегося немецкого изобретателя Р. Дизеля (Германия, г. Аугсбург, 1893 год) [13]

В 1897 году Р. Дизелем (рис. 13) был создан двигатель с вертикальным цилиндром мощностью 20 л. с. (около 15 кВт), имевший термический КПД, равный около 29 %. Расход топлива (керосина) в нем составлял до 260 г на 1 л.с. в час [14]. Этот двигатель являлся самым лучшим силовым агрегатом того времени.

Рис. 11. Патент № 67207 Германии, выданный 23.02.1893 г.

выдающемуся немецкому инженеру-механику Р. Дизелю на названный в его честь дизельный двигатель [13]

Начинал в конце 19-го века выдающийся немецкий инженер-механик Р. Дизель свои воплощенные в «металл» оригинальные технические разработки с одноцилиндровых ДВС малой мощности (рис. 12) [13].

Рис. 13. Создатель первого в мире одноцилиндрового дизельного двигателя, выдающийся немецкий ученый, доктор-инженер и изобретатель Рудольф Дизель [14]

Отметим, что сейчас топливо в дизельном двигателе впрыскивается в его рабочий цилиндр под высоким давлением (как правило, при его уровне от 100 до 300 атм) через форсунку в строго определенный момент, соответствующий недоходу поршня до своей верхней мертвой точки (рис. 10). Горючая смесь образуется непосредственно в его цилиндре по мере впрыска дизельного топлива. Поэтому дизель является ДВС с внутренним смесеобразованием. Движение поршня внутри цилиндра вызывает нагрев и последующее воспламенение топливовоздушной смеси (коэффициент сжатия при этом в цилиндре может достигать до 21). КПД современного дизельного двигателя достигает до 35 % (при использовании в нем турбонаддува он доходит до 44 %) [13]. Дизельные двигатели являются низкооборотными и характеризуются высоким значением вращающего момента на коленчатом валу двигателя. Дополнительным преимуществом дизельного двигателя является то, что, в отличие от двигателей с принудительным зажиганием их горючей смеси, он при работе не нуждается в электрическом поджиге своей горючей смеси (в автомобильных дизельных двигателях бортовая электрическая система используется только на этапе его первоначального запуска) и, как следствие этого, он менее «боится» попадания в него воды. Заметим, что первые образцы дизельного двигателя в мастерской Р. Дизеля работали на угольной пыли. Позже из-за высоких абразивных свойств как самой этой пыли, так и золы, получающейся при сгорании в рабочем цилиндре угольной пыли, перешли на использование в дизелях тяжелых нефтяных фракций [14]. В 1900 году на Всемирной торгово-промышленной выставке в г. Париже двигатель Дизеля получил Гран-при. С 1908 года Р. Дизель приступил к созданию дизельного двигателя, пригодного для работы в составе автомобиля. Первые попытки такой разработки оказались безуспешными. Трагическая гибель Р. Дизеля на море, произошедшая 29 сентября 1913 года, прервала все его эти работы.

Дальнейшей работой над дизельным мотором занялся инженер Проспер Леранж, работавший на немецком заводе «Benz & Cie». В 1909 году он получил патент на дизельный двигатель с предкамерой [14]. В 20-е годы 20-го века немецкий инженер Роберт

Бош усовершенствовал для дизеля встроенный топливный насос высокого давления, который широко применяется и в наше время. Эти усовершенствования и открыли «дорогу» дизельному двигателю на автомобильный рынок. Первый грузовик, оснащенный дизельным двигателем, был выпущен в Германии в 1923 году. Это был 5-ти тонный «Benz 5K3», в котором был установлен 4-х цилиндровый дизельный двигатель с предкамерой объемом 8,8 л [14]. Он развивал мощность до 50 л.с. (около 37 кВт) при скорости вращения вала в 1000 об/мин. Дизельные двигатели получили сейчас широкое распространение в мире и, в первую очередь, на железной дороге и в судостроении. Например, локомотивы (тепловозы), использующие дизельный двигатель, являются основным видом транспорта на неэлектрифицированных участках железной дороги. Они конкурируют с электровозами за счёт своей автономности, перевозя при этом, к примеру, в Российской Федерации до 40 % грузов и пассажиров и выполняют до 98 % маневровой работы на дороге [14]. Сейчас редкая модель ДВС представляется на коммерческом рынке двигателей без дизельной модификации. Архивно-исторические данные свидетельствуют о том, что создатель этого силового агрегата Рудольф Дизель шел к своему техническому открытию весьма тернистым путем, упорно преодолевая постоянные трудности и недоверие окружающих. Кстати, разработанная им инженерная теория ДВС стала основой для создания современных двигателей с воспламенением смеси от сжатия — дизелей [14].

На рис. 14 представлены внешние виды современных дизельных двигателей, широко используемых в качестве силовых агрегатов автомобилей и судов.

Рис. 14. Внешние виды автомобильного (слева без турбонаддува) и судового (справа с турбонаддувом) мощных дизельных двигателей разработки конца 20-го столетия [14, 15]

Для связи времен и поколений отечественных дизелестроителей укажем, что в конце 2011 года в НТУ «ХПИ» прошло торжественное собрание научнотехнической общественности, посвященное 100-летию дизелестроения в Украине [16]. Вызвано это было тем закономерным фактом, что история дизелестроения нашей страны неразрывно связана с Харьковским практическим технологическим институтом, основанным в 1885 году, и нынешним его правопреемником НТУ «ХПИ». Именно в стенах этого харьковского высшего учебного заведения была основана украинская школа дизелестроения под научным руководством разработчика первых отечественных дизелей и первого заведующего кафедрой ДВС в ХПИ и ХАИ, д.т.н., проф. В.Т. Цветкова. Здесь следует отметить и тот немаловажный факт, что среди прославив-

шихся выпускников-механиков ХПИ в области авиадвигателей и дизелестроения был основатель и генеральный конструктор широко известного во всем мире Запорожского машиностроительного конструкторского бюро «Прогресс» Александр Георгиевич Ивченко. Отметим, что в настоящее время кафедра ДВС НТУ «ХПИ» под руководством ее нынешнего заведующего, проректора этого университета по науке, лауреата Государственной премии Украины в области науки техники, д.т.н., проф. А.П. Марченко успешно продолжает дальнейшее развитие необходимого нашему обществу двигателестроения в Украине [17].

4. ИЗОБРЕТЕНИЕ РОТОРНО-ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ Неутомимые изобретатели мира продолжали и продолжают искать альтернативу традиционному ДВС. Одним из них оказался выдающийся немецкий механик-самоучка ФеликсГенрих Ванкель (1902-1988 гг.) [15, 18]. Еще в молодости Ф.Г. Ванкель (рис. 15) понял, что все четыре такта работы обычного ДВС (впрыск, сжатие, сгорание и выхлоп) можно осуществить при круговом вращении ротора-поршня. В 1934 году он создал первый опытный образец роторно-поршневого двигателя (РПД) и получил на него патент [15]. В это время он сконструировал новые клапаны и камеры сгорания для своего экзотического мотора, создал несколько различных вариантов его исполнения и разработал классификацию кинематических схем различных РПД [18]. Понадобились десятилетия для доводки и производства этого типа ДВС.

Рис. 15. Выдающийся немецкий изобретатель современных ДВС роторно-поршневого типа — Феликс Ванкель с трехвершинным ротором своего оригинального двигателя [15]

Только в 1957 году первый РПД был установлен немецкой компанией «NSU Motorenwerke AG» на автомобиль марки «Prinz» [15]. Испытаний этот РПД типа DKM-54 тогда не выдержал, но доказал свою принципиальную работоспособность, открыл направления для своей дальнейшей доработки и продемонстрировал колоссальный потенциал «роторников». В чем же заключается принципиальное отличие РПД от обычного ДВС? В том, что в РПД применен вращающийся ротор (поршень), размещенный внутри цилиндра, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде (рис. 16) [15, 18]. У станов ленный на валу треугольный ротор жестко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестерней. Ротор с зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг этой шестерни. Его (ротора) треугольные грани при этом скользят по внутренней эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер сжатия и расширения смеси в рабочем цилиндре РПД.

Рис. 16. Внешнийвид роторно-поршневого двигателя Ванкеля с разобранным овальным цилиндром этого ДВС [15]

Подобная конструкция РПД с искровым зажиганием позволяет осуществить 4-х тактный цикл без применения специального механизма газораспределения в цилиндре. Герметизация камер в этом двигателе обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение и запуск в РПД принципиально такие же, как и у обычного поршневого ДВС [15, 18]. Таким образом, функцию поршня в РПД выполняет трехвершинный ротор, преобразующий силу давления газов от сгорания горючей смеси во вращательное движение эксцентрикового вала. Движение ротора относительно статора (наружного корпуса цилиндра) обеспечивается парой шестерен, одна из которых закреплена на роторе, а вторая на боковой крышке статора (цилиндра). За полный оборот трехвершинного ротора в каждой из камер двигателя совершается полный четырехтактный цикл. Газообмен регулируется вершиной ротора при прохождении ее через впускное и выпускное окна. Крутящий момент в РПД получается в результате действия газовых сил через трехгранный ротор на эксцентрик вала. Повышенный интерес к РПД в 70-х годах прошлого века был вызван их следующими существенными потенциальными преимуществами по сравнению с обычными поршневыми двигателями сравнимого класса по мощности [18]: 1) меньшим на 35-40 % общим количеством деталей; 2) меньшим удельным весом при одинаковых материалах и соответственно габаритным объемом; 3) меньшей стоимостью; 4) плавностью работы в результате отсутствия возвратнопоступательно движущихся частей; 5) возможностью потребления низкооктанового бензина; 6) более низким уровнем шумов и вибраций. Отметим, что автомобилестроительным компаниям США, Японии и ряда европейских стран в результате длительно проделанной ими огромной научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы удалось решить многие сложные технические задачи на пути создания работоспособного надежного РПД и выйти в настоящее время на этап промышленного производства этого типа двигателей [15, 18]. При этом нам не следует забывать и об основных недостатках РПД [18]: 1) неэффективный процесс сгорания горючей смеси в камере цилиндра и связанный с этим повышенный расход топлива и уровень токсичности отработанных газов; 2) высокий расход масла для смазки его трущихся частей; 3) невоз-

можность его выпуска на производственных площадях, предназначенных для производства традиционных ДВС; 4) переход на выпуск РПД требует замены подавляющего большинства технологического оборудования в цехах.

5. ИЗОБРЕТЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Считается, что первый работоспособный образец электрического двигателя (ЭД) с круговым вращением вала якоря появился в 1834 году. Его создателем является известный российский электротехник Борис Якоби (1801-1874 гг.) [3, 19, 20]. В 1860 году итальянским изобретателем Антонио Пачинотти (1841-1912 гг.) был построен ЭД постоянного электрического тока с коллектором [19, 20]. Принцип работы ЭД заключается во взаимодействии магнитных полей его якоря и статора, содержащих распределенные вдоль их круговых периметров электромагниты (рис. 17).

ии

гл

Рис. 17. Упрощенная схема построения и работы ЭД [21]

При подведении электрического тока через графитовые щетки и коллектор к многовитковым катушкам круглого якоря, размещенного на подшипниках внутри статора ЭД, электродинамическое взаимодействие образующихся магнитных полей катушек якоря и ранее существовавшего магнитного поля электромагнитов статора вызывает появление вращающегося момента на валу якоря. Отключение электрического тока катушек якоря ЭД приводит к остановке якоря и соответственно вала двигателя. Укажем, что 1867 год ознаменовался открытием принципа самовозбуждения в электрических машинах, сделанным видным немецким электротехником и изобретателем Вернером Сименсом (1816-1892 гг.). Это дало возможность заменить в ЭД стальные магниты на электромагниты. В 1869 году двигатель Пачинотти был усовершенствован французским изобретателем Зенобом Граммом (1826-1901 гг.), который создал кольцевой якорь из шихтованного железа (из плотно прилегающих друг к другу тонких металлических пластин) [3, 19]. Позже в 1873 году немецкий электротехник Фридрих Хефнер-Альтенек (1845-1904 гг.) данный якорь заменил на барабанный, существенно упростивший конструкцию ЭД и заметно увеличивший его мощность [3, 19]. Важный физико-технический прорыв в области электрических машин был совершен гениальным хорватско-американским электротехником Николой Тесла (1856-1943 гг.), открывшим в 1888 году явление вращающегося магнитного поля [3, 19]. Это привело к созданию им серии многофазных (в большей части двухфазных) электродвигателей. В 1890 году выдающимся немецко-российским электротехником Михаилом Доливо-Добровольским (1862-1919 гг.) был изоб-

ретен трехфазный асинхронный ЭД переменного тока, содержащий короткозамкнутую обмотку якоря и распределенные по статору фазные обмотки [19, 20]. Поэтому можно обоснованно говорить о том, что к концу 19-го века в мире появились первые промышленные образцы ЭД. С появлением в 1870 году надежного источника постоянного электрического тока в виде кислотной аккумуляторной батареи их (электродвигатели) сразу стали устанавливать на боевые подводные лодки во многих странах [21]. Далее ЭД нашли широкое применение в машиностроительной и металлообрабатывающей отраслях промышленности, авиационной, ракетной и бытовой технике и на транспорте. На рис. 18 приведен общий вид современного ЭД типа Ш1МЕТ.

Рис. 18. Внешний вид современного общепромышленного электродвигателя типа ИМЕТ мощностью до 11 кВт [22]

Нам следует констатировать, что одним из важных достижений в области науки и техники конца 19го века стало изобретение электродвигателя, преобразующего электрическую энергию постоянного или переменного тока якоря и статора в механическую энергию быстро вращающегося (до нескольких тысяч оборотов в минуту) металлического вала ЭД. Сейчас это удобное и экономичное электротехническое устройство различной мощности стало важнейшим элементом во всех сферах человеческой деятельности, начиная с производства и заканчивая бытом людей.

6. ИЗОБРЕТЕНИЕ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Газотурбинный двигатель (ГТД) или как его еще иначе называют турбореактивный двигатель (ТРД) является тепловым двигателем, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и разогретого газа преобразуется в механическую работу на осевом валу газовой турбины [23]. В отличие от поршневого двигателя, в ГТД все газодинамические процессы происходят в потоке быстро движущихся газов. Сжатый атмосферный воздух из компрессора высокого давления поступает в камеру сгорания ГТД (рис. 19), в которую подаётся топливо. Сгорая, это топливо образует большое количество газообразных продуктов сгорания, вращающих под высоким давлением турбину ГТД и вырывающихся из его сопла.

В качестве топлива ГТД (рис. 20) могут использоваться любые горючие вещества, которые можно диспергировать: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, природный газ, судовое топливо, спирт и измельченный уголь. ГТД (ТРД) имеют самую большую удельную мощность среди ДВС (до 6 кВт/кг) [23].

Турбина ГТД реактивного самолета врашается со скоростью до 104 об/мин [23]. Чем выше в ГТД температура сгорания его топлива, тем выше КПД такого двига-

теля. 2 г а s

Э 6

Рис. 19. Схематическое построение газотурбинного двигателя в его продольном разрезе (1 — заборник воздуха; 2 — компрессор низкого давления; 3 — компрессор высокого давления;

4 — камера сгорания; 5 — расширитель рабочего тела в турбине и сопле; 6 — горячая зона; 7 — турбина; 8 — зона входа первичного воздуха в камеру сгорания; 9 — холодная зона;

10 — входное устройство воздухозаборника) [23]

Рис. 20. Внешний вид американского турбореактивного двигателя типа GEJ85 (в продольном разрезе) производства компании «General Electric» (США) [23]

Рис. 21. Форсажная камера американского турбореактивного двигателя типа GEJ79 (вид со стороны сопла двигателя) производства компании «General Electric» (США) [23]

Из данных рис. 21 видно, что в торце форсажной камеры ТРД находится стабилизатор горения диспергированного горючего с установленными на нём топлив -ными форсунками, за которым находится турбина рассматриваемого двигателя. Применение форсажной камеры обеспечивает увеличение тяги в ГТД до 50 %, но расход топлива при этом резко возрастает. Отметим, что ТРД большинства боевых самолётов, летающих на сверхзвуковых скоростях, оборудуются регулирующими направление вектора тяги соплами (рис. 22). Укажем и то, что для реактивных самолетов мира 4-го поколения (например, для МиГ-29, Су-27 и F-16) температура сжатого газа перед турбиной ГТД (например, для типа РД-33, АЛ-31Фи F-404) составляет до 1400 °С, а степень его сжатия достигает 25 [23].

Рис. 22. Внешний вид регулируемого сопла советского форсированного турбореактивного двигателя типа АЛ-21 [23]

С учетом огромных термодинамических нагрузок, действующих на элементы ГТД, рабочие лопатки его турбины, начиная с 4-го поколения, выполняются из охлаждаемых монокристаллических сплавов [23].

7. ИЗОБРЕТЕНИЕ ТУРБОВИНТОВОГО И ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНОГО ДВИГАТЕЛЕЙ В турбовинтовом двигателе (ТВД), являющемся одной из разновидностью ГТД, основное тяговое усилие обеспечивает впереди расположенный воздушный многолопастный винт (рис. 23), соединённый через редуктор с осевым валом турбокомпрессора ТВД [23]. ТВД более экономичны на малых скоростях полёта чем ГТД и поэтому они широко используются для самолётов, имеющих большую грузоподъёмность и дальность полёта. При этом крейсерская скорость самолётов гражданской и военной авиации, оснащённых ТВД, составляет от 600 до 800 км/ч [23]. С ростом скорости полёта самолета эффективность воздушного винта в ТВД уменьшается. В этой связи чаще всего ТВД применяется в авиации, обслуживающей местные воздушные перевозки людей и грузов.

Рис. 23. Внешний вид российского натурного образца современного мощного турбовинтового двигателя [23]

Турбовентиляторный реактивный двигатель (ТВРД) является подвидом ТРД с высокой степенью двухконтурности. В ТВРД (рис. 24) компрессор низкого давления преобразуется в вентилятор, отличающийся от подобного компрессора меньшим числом ступеней и большим диаметром. В ТВРД горячая струя газов практически не смешивается с холодной.

Главным достоинством ТВРД является их высокая экономичность. Основные недостатки — большие масса и габариты [23]. Область применения таких двигателей — дальне- и среднемагистральные коммерческие авиалайнеры и военно-транспортная авиация.

8. ИЗОБРЕТЕНИЕ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Ракетный двигатель (РД) является на сегодня практически единственным типом двигателя, хорошо освоенным специалистами ракетно-космической отрасли для вывода полезной нагрузки на орбиту искус-

ственных спутников Земли и применения в условиях безвоздушного космического пространства [24]. Сила тяги в РД (рис. 25) возникает в результате преобразования исходной энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи и самого рабочего тела ракеты. В зависимости от вида энергии, преобразующейся в кинетическую энергию реактивной струи и рабочего тела, различают химические ракетные двигатели, ядерные (термоядерные) ракетные двигатели и электрические ракетные двигатели [24]. Наиболее распространенным химическим РД является жидкостной ракетный двигатель (ЖРД), в котором на основе экзотермической химической реакции горючего и окислителя, именуемых вместе топливом, образующиеся продукты их сгорания нагреваются в камере сгорания РД до высоких температур и при своем расширении разгоняются в сверхзвуковом сопле этого РД и далее с огромной скоростью истекают из него.

Рис. 24. Внешний вид американского турбовентиляторного реактивного двигателя типа CFM56-5C производства компании «General Electric» (США) [23]

Рис. 25. Советский жидкостной ракетный двигатель типа РД-107 для космического корабля «Восток», вывившего на околоземную орбиту в 1957 году первый в истории Земли искусственный спутник ив 1961 году первого в мире человека в космос [1, 24]

Создателями первых работоспособных ЖРД оказались выдающиеся немецкие и советские конструктора в лице Вернера фон Брауна и В.П. Глушко (рис. 26) [1, 24]. Следует указать, что созданию совершенных образцов РД предшествовала огромная работа многочисленных коллективов двигателестроителей. Отметим, что в настоящее время для ЖРД мощных

ракетоносителей в качестве горючего используется токсичный гептил, а в виде его окислителя — тетраоксид диазота (К204) [24]. На рис. 27 запечатлен старт американского многоразового космического корабля «Шаттл», использующего боковые твердотопливные ракетные двигатели (ТТРД) и маршевые ЖРД [24].

Рис. 26. Выдающийся конструктор ракетных двигателей, академик АН СССР Валентин Петрович Глушко [25]

Укажем, что удельный импульс для ЖРД (например, для типа РД-170) достигает 4500 с, а тяга составляет свыше 800 тс [24]. По совокупности этих свойств ЖРД предпочтительны в качестве маршевых двигателей ракетоносителей космических аппаратов.

Рис. 27. Старт с космодрома многоразового космического корабля «Шаттл» с тягой ТТРД свыше 1300 тс (США) [24]

На рис. 28 приведен предназначенный для полётов в земной стратосфере новый летательный аппарат (ЛА) США, работающий на скоростях до 5М (до 5500 км/ч) и имеющий прямоточный воздушный РД [25].

Рис. 28. Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель, установленный на экспериментальном гиперзвуковом летательном аппарате ЫАБА типаХ-43 (США) [25]

9. ИЗОБРЕТЕНИЕ ЯДЕРНОГО И ТЕРМОЯДЕРНОГО РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Ядерный (ЯРД) или термоядерный (ТЯРД) ракетные двигатели являются разновидностью РД, которые используют энергию деления или синтеза ядер атомов для создания в них реактивной тяги [26]. Они бывают реактивными (нагрев рабочего тела осуществляется в ядерном (термоядерном) реакторе, а вывод перегретого в них газа — через сопло РД) и импульсными (нагрев рабочего тела выполняется за счет ядерных взрывов супермалой мощности) [26]. Поэто-

му традиционный ЯРД (рис. 29) представляет собой компактную конструкцию, состоящую из малогабаритного ядерного реактора, системы подачи рабочего тела-газа (как правило, водорода [26]) и сопла РД.

Согласно [26] существуют различные конструкции ЯРД (твёрдофазные, жидкофазные и газофазные), имеющие различное агрегатное состояние ядерного топлива в активной зоне их реакторов — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо плазму). ЯРД активно разрабатывались и испытывались с середины 1950-х годов как в СССР (например, типа РД-0410), так и в США (например, типа МЕЯУА). Подобные исследования ведутся и в настоящее время [26]. Укажем, что основу ЯРД типа РД-0410 с тягой в 3,6 тс составлял ядерный реактор типа ИР-100 с топливными элементами из твердого раствора карбида урана и карбида циркония [26]. Температура его водорода достигала 3000 К при мощности реактора до 170 МВт.

Рис. 29. Первый советский ядерный ракетный двигатель типа РД-0410, примененный в космических аппаратах [26]

10. ИЗОБРЕТЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В электрическихракетных двигателях (ЭРД) в качестве источника энергии для создания реактивной тяги используется электроэнергия, преобразуемая в кинетическую энергию не- и заряженных частиц [27]. ЭРД подразделяются на следующие основные виды: электростатические (плазменные и ионные), электротермические (электронагревные и электродуговые) и сильноточные (магнитоплазменные с собственным и внешним магнитным полем). Остановимся в дальнейшем вкратце лишь на плазменных и ионных ЭРД.

Плазменные двигатели. Работа этих ЭРД базируется на ускорении заряженных частиц, находящихся в квазинейтральной плазме. Поэтому рабочим телом здесь служит не сгорающее топливо, как в реактивном двигателе или ДВС, а разогнанный магнитным полем до огромных скоростей поток заряженных ионов [28]. Источником ионов в плазменном двигателе (ПД) служит

газ (как правило, им является аргон или водород). Этот газ подается в отсек ионизации ПД для получения холодной плазмы, которая разогревается в следующем его отсеке посредством ионного циклотронного резонансного нагрева. После такого нагрева высокоэнергетическая плазма подается в магнитное сопло ПД, где она вначале формируется посредством магнитного поля в направленный поток, разгоняется и затем выбрасывается в окружающую среду (рис. 30).

Основным достоинством ПД космического аппарата является его долговременное автономное функционирование в открытом космосе при относительно небольшом расходе рабочего тела [27]. ПД в космосе обеспечивается энергией от аккумуляторов, радио-изотопных генераторов или солнечных батарей космического аппарата. Сейчас такие российские и американские ПД развивают пока слабую тягу (от 30 до 50 мН или от 3 до 5 гс). Поэтому они используются только для корректировки спутниковых орбит вокруг Земли либо для медленного, но длительного ускорения небольших аппаратов непосредственно в космическом пространстве. На рис. 31 приведен общий вид советского ПД, разработанного в 1970-х годах [27].

Рис. 30. Внешний вид реактивной плазменной струи при работе в вакууме плазменного ракетного двигателя [28]

Рис. 31. Элекгроракетный ПД, созданный в 1971 году в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова (экспонат-установка политехнического музея, Москва) [27, 28]

Первые в мире успешные космические испытания ПД типа «Эол-1» были осуществлены в СССР в 1974 году [28]. В 1994 году ПД типа СПД-100 (при расходимости его плазменного пучка до ±45° и КПД в 50 %) был оснащен российский спутник связи «Галс-1» [28]. В качестве другого реального примера приме-

нения ПД в космосе укажем, что этот вид ЭРД типа РР8-1350, разработанный российским ОКБ «Факел», в 2003 году вывел в открытое космическое пространство с околоземной орбиты европейский зонд 8МАЯТ-1, ставший в 2005 году искусственным спутником Луны [28].

Ионные двигатели. «Пионером» ионных двигателей (ИД) в мире считается американский ученый Г. Кауфман [28]. Работа ИД основывается на ускорении заряженных частиц, присутствующих в их униполярном пучке. В ИД в качестве рабочего тела может использоваться ксенон или ртуть. Принцип работы ИД, построенного по схеме Кауфмана, поясняет рис. 32. В этой схеме вначале используется ионизация рабочего тела (газа) дуговым разрядом, а затем образовавшиеся в ионизаторе ионы разгоняются электростатическим полем в ионно-оптической системе этого двигателя.

Ионизатор Ускоряющий

Нейтрализатор

Рис. 32. Упрощенная схема построения и работы ИД [28]

Отметим, что ИД, также как и ПД, имеют на сегодня небольшую реактивную тягу, составляющую от 50 до 100 мН или от 5 до 10 гс [28]. Такой тяги недостаточно для перемещения даже небольшого ЛА в атмосфере Земли. Однако в открытом космосе, в вакууме которого практически отсутствует сопротивление, ИД при длительном разгоне космического аппарата может обеспечить ему достижение значительных скоростей. На рис. 33 представлен внешний вид действующих образцов современныхроссийскихИД [28].

Рис. 33. Внешний вид малогабаритных действующих образцов современных российских ионных ракетных двигателей, используемых в космических исследованиях [28]

На рис. 30 и 33 хорошо видны катодные трубки, направленные в сторону сопла рассматриваемых ЭРД и предназначенные для нейтрализации электрозарядов в плазменно-ионных пучках ПД и ИД. На рис. 34 показан общий вид американского ИД типа №ТАТ.

На рис. 35 приведен внешний вид реактивной ионной струи от американского ИД типа №ТАТ в период его испытания на Земле в вакуумной камере.

Рис. 34. Внешний вид современного американского ионного ракетного двигателя типа NSTAT, установленного в 1998 году NASA на космический зонд Deep Space 1 (США) [28]

Рис. 35. Предстартовые испытания в вакууме американского ионного ракетного двигателя типа NSTAT, установленного на космическом зонде Deep Space 1 (США, 1998 год) [28]

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Скляренко В. М., Сядро В.В. Открытия и изобретения. -Харьков: Веста, 2009. — 144 с.

2. Климов A.A. Большая книга знаний. — Харьков: Веста, 2010. — 160 с.

3. Баранов М. И. Антология выдающихся достижений в науке и технике: Монография в 2-х томах. Том 1. — Харьков: Изд-во «НТМТ», 2011. — 311 с.

4. Большой иллюстрированный словарь иностранных слов.

— М.: Русские словари, 2004. — 957 с.

5. http://www.3dnews.ru/editorial/dvizhimie_parom_istoriya_p arovih_mashin.

6. http ://www. engine-market.ua/page/history

7. http://www.avto-okey.ru/article9.html

8. http://ru.wikipedia.org/wiki/ne6oH_®ffiiHnn

9. http://1interesnoe.info/2011/01/energeticheskie_ustanovki_d vigateli_vnutrennego_sgoraniya.

10. http://ru.wikipedia.org/wiki/ncTopHH_co3flaHHH_ÄBHraTene й_внутреннего_сгорания.

11. http://ru.wikipedia.org/wiki/OTTO_HHKonayc.

12. http://ru.wikipedia.org/wiki/flBHraTenb_BHyTpeHHero_cropa ния.

13. http://www.dizelist.ru/index.php/istoriya-sozdaniya-biografiya-izobretatelya/14-biografiya-rudolfa-dizelya.

14. http://www.avto.ru/review/post_11375.html.

15. http://amastercar.ru/articles/engine_car_48.shtml.

16. Самойленко Д. 100 років дизелебудування // Газета «Політехнік» №23 (2373) від 30 листопада 2011 p., 1 с.

17. Марченко А.П., Товажнянський Л.Л., Шеховцов А.Ф. та інші. Двигуни внутрішнього згорання: Том 1-6. — Харків: Прапор, 2004.

18. http://gizmod.ru/2009/06/23/motor_vankelja.

19. Храмов Ю.А. История физики. — Киев: Феникс, 2006. -1176 с.

20. Баранов М.И. Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 5: Электротехника // Електротехніка і електромеханіка. — 2011. — №6. — С. 3-14.

21. http://www.submarine.itishistory.ru/1_lodka_2.php.

22. http://www.promelmach.ru/pages/fimet/catalog/1m.pdf.

23. http://ru.wikipedia.org/wiki/T азотурбинный_двигатель.

24. http://ru.wikipedia.org/wiki/PaKeTHbm_flBHraTenb.

25. http://vakul.ru/istoriya-aviacii/nachalo-reaktivnogo-veka.

26. http://ru.wikipedia.org/wiki/HflepHbm_paKeTHbm_flBHrarenb.

27. http://ru.wikipedia.org/wiki/3neKTph5ecK™_paKeTHbm_flB игатель.

28. http://galspace.spb.ru/orbita/ximdv.htm.

Bibliography (transliterated): 1. Sklyarenko V.M., Syadro V.V. Otkrytiya i izobreteniya. — Harkov: Vesta, 2009. — 144 s. 2. Klimov A.A. Bol’shaya kniga znanij. — Har’kov: Vesta, 2010. — 160 s. 3. Baranov M.I. Antologiya vydayuschihsya dostizhenij v nauke i tehnike: Monografiya v 2-h tomah. Tom 1. — Har’kov: Izd-vo «NTMT», 2011. — 311 s. 4. Bol’shoj illyustriro-vannyj slovar’ inostrannyh slov. — M.: Russkie slovari, 2004. — 957 s. 5. http://www.3dnews.ru/editorial/dvizhimie_ parom_istoriya_parovih_mashin. 6. http://www.engine-market.ua/ page/history. 7. http://www.avto-okey.ru/article9.html. 8. http://ru.wikipedia.org/ wiki/Lebon_Filipp. 9. http://1interesnoe.iHfo/2011/01/energeticheskie_ustanovki_dvigateli_ vnutrennego_sgoraniya. 10. http://ru.wikipedia.org/wiki/Istoriya_sozdaniya_ dvigatelej_ vnutrennego_sgoraniya. 11. http://ru.wikipedia.org/wiki/Otto_ Nikolaus. 12. http://ru.wikipedia.org/wiki/Dvigatel’_vnutrennego_sgoraniya. 13. http://www.dizelist.ru/index.php/istoriya-sozdaniya-biografiya-

izobretatelya/14-biografiya-rudolfa-dizelya. 14. http://www.avto.ru/ re-view/post_11375.html. 15. http://amastercar.ru/articles/ engine_car_48.shtml. 16. Samojlenko D. 100 rokiv dizelebuduvannya // Gazeta «Politehnik» №23 (2373) vid 30 listopada 2011 r., 1 s. 17. Marchenko A.P., Tovazhnyanskij L.L., Shehovcov A.F. ta inshi. Dviguni vnutrishn’ogo zgorannya: Tom 1-6. -Harkiv: Prapor, 2004. 18. http://gizmod.ru/2009/06/23/motor_vankelja. 19. Hramov Yu.A. Istoriya fiziki. — Kiev: Feniks, 2006. — 1176 s. 20. Baranov M.I. Antologiya vydayuschihsya dostizhenij v nauke i tehnike. Chast’ 5: ‘Elektrotehnika // Elektrotehnika і elektromehanika. — 2011. — №6. — S. 3-14. 21. http://www.submarine.itishistory.ru/1_lodka_2.php. 22. http:// www.promelmach.ru/pages/fimet/catalog/1m.pdf. 23. http://ru.wikipedia.org/ wiki/Gazoturbinnyj_dvigatel’. 24. http://ru.wikipedia.org/wiki/Raketnyj_ dvigatel’. 25. http://vakul.ru/istoriya-aviacii/nachalo-reaktivnogo-veka. 26. http://ru.wikipedia.org/wiki/Yademyj_raketnyj_dvigatel’. 27. http:// ru.wikipedia.org/wiki/’Elektricheskij_raketnyj_dvigatel’. 28. http:// galspace.spb.ru/orbita/ximdv.htm.

Поступила 30.03.2012

Баранов Михаил Иванович, д.т.н., с.н.с.

НИПКИ «Молния» НТУ «ХИЛ»

61013, Харьков, ул. Шевченко, 47,

тел. (057) 7076841, e-mail: [email protected]

Baranov M.I.

An anthology of outstanding achievements in science and technology. Part 14: Invention of engines.

A brief scientific essay on the history of invention of various-kind engines is presented, they having become the “power heart” of all transportation means on our planet.

Key words — history, invention of engines, transport.

Пороховой двигатель — Энергетика и промышленность России — № 14 (90) ноябрь 2007 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 14 (90) ноябрь 2007 года

Двигатель внутреннего сгорания является самым распространенным устройством для преобразования энергии химических топлив в механическую работу. Поршневые ДВС до сих пор прочно удерживают позиции во многих отраслях– они являются практически единственным видом двигателей в автомобильном, речном и морском транспорте.

Однако дальнейшее развитие ДВС сегодня связано с решением насущных топливных и экологических проблем.

Топливо для тепловых двигателей

Существование ДВС неразрывно связано с химическими топливами, сжигаемыми для получения зарядов сжатых рабочих газов. При этом в качестве топлив в обычных двигателях используются горючие органические вещества и воздушный окислитель из атмосферы. Первичным энергоносителем, как известно, считают горючие вещества, хранимые на борту транспортного средства. Доминирует среди них жидкое горючее нефтяного происхождения (бензин, дизтопливо, керосин). Ежегодно двигатели автомобилей потребляют около 1 млрд. тонн нефтяных топлив. Но запасы нефти ограничены и невозобновляемы.

По оценке специалистов, при существующей тенденции потребления, рентабельные месторождения горючих ископаемых будут исчерпаны примерно через 50 лет. Прогнозы специалистов на период «нефтяного голода» отличаются друг от друга, но все они укладываются в диапазон: от «проблематично» до «катастрофично». Однозначным является то, что эра дешевой нефти уже закончилась и стоимость нефтяного топлива будет лишь неуклонно возрастать – так как нефть, добытая из сверхглубоких скважин и на континентальном шельфе, всегда дороже той, которая добывалась в предыдущие годы.

В ближайшее время реальной замены ДВС, по мнению авторов, скорее всего, не предвидится. В связи с этим идет активный поиск альтернативных энергоносителей для использования в качестве моторного топлива. Впрочем, вопрос об альтернативе существующим видам топлива стоял уже с момента появления ДВС – и даже раньше.

Распространение дымного пороха в Европе XIII века и изобретение пушек навели изобретателей на мысль о возможности использования пороха для получения механической энергии. Такие попытки делали Гойтфель (1678 г.) и Гюйгенс (1680 г.).

В 1688 г. Папен продолжил опыты с пороховой машиной Гюйгенса. Эти попытки не привели к успеху.

Изобретатель процесса газификации древесного топлива француз Лебон, оформив патент на получение генераторного газа, в 1801 г. дал дополнение к своему патенту, в котором он описывает принцип газового двигателя внутреннего сгорания. К сожалению, идея Лебона не была реализована.

В 1820 г. в Англии Сесиль описал опыты с двигателем, работающим на водороде.
Известно, что первый серийный двигатель внутреннего сгорания Ленуара (1860 г.), первый четырехтактный двигатель Отто (1878 г.), ставший прообразом современных четырехтактных двигателей, и первый двухтактный двигатель Клерка (1880 г.), – все они работали на искусственном газе, как единственном виде моторного топлива, доступном в то время.

«Оторвать» ДВС от стационарных газовых сетей и сделать возможным применение его в качестве привода транспортных средств позволило сжигание в цилиндрах ДВС жидкого топлива – керосина. Это было сделано Даймлером и его сподвижником Майбахом, создавшим пульверизационный карбюратор (1893 г.), но приоритет создания пульверизационного карбюратора был отдан венгерскому ученому Банки, описавшему принцип работы карбюратора ранее (что было установлено в 30‑х гг. ХХ века).

Отсутствие нефти в Европе привело к разработке технологии каталитического синтеза жидких углеводородов из угля (реакция Фишера–Тропша). Сейчас синтетическое топливо производится на трех заводах в ЮАР, обеспечивая в стране парк автомобилей жидким топливом.

Освоение технологии сжижения попутного нефтяного газа (пропан-бутана С3Н8, С4Н10) и развитие добычи природного газа (метана СН4) привели к созданию надежных систем питания двигателей, в том числе транспортных, газовым топливом.

В качестве моторного топлива используются также спирты – метанол СН3ОН и этанол С2Н5ОН, – как в чистом виде, так и в смесях с бензином, – сокращая потребление последнего и выполняя роль экологически чистых антидетонационных добавок. Спирты производятся в основном из растительного сырья, поэтому их считают «биотопливом». Больших успехов в производстве «моторных» биоспиртов достигла Бразилия – в свое время этот вопрос решался в этой стране как государственная программа.

В некоторых сельскохозяйственных районах, где освоена технология метанового сбраживания отходов, в качестве моторного топлива используется биогаз – метан (70‑80%) в смеси с углекислым газом (20‑30%).

Для дизельных двигателей топливом может служить растительное масло или продукты его обработки метанолом (этанолом) с получением метанольного (этанольного) эфира. Перспективным в этом направлении является использование рапсового масла ввиду высокой масляничности этой культуры. В настоящее время в ряде стран, в частности в Европе, производство рапсового масла и рапсово‑метанольного эфира достигает нескольких тысяч тонн в год.

В последнее время перспективным направлением считается применение водорода. В Германии уже появились водородные заправки и автомобили на водороде, а в США проблема «водородного топлива» решается на уровне национальной программы.
Из приведенного выше краткого анализа можно видеть, что в настоящее время для питания ДВС используется целая гамма первичных энергоносителей, которые можно подразделить на две основные группы: жидкие и газообразные. Из опыта эксплуатации известно, что жидкие энергоносители более технологичны и удобны при хранении; системы жидкостного питания двигателей проще и надежнее, а зона их использования значительно шире, чем газовых двигателей.

Все рассмотренные типы ДВС на жидком или газовом топливе работают по воздушно-тепловым (газовым) циклам. Это значит, что заряд воздуха-газа {2N2 + ½ O2}, предварительно сжатого в цилиндре, за счет «подвода теплоты» реакций сгорания топлива (окислитель – кислород воздуха), нагревается до 2000‑2500 °С. При этом при нагреве его давление повышается.

Следовательно, химическая энергия топливной смеси вначале преобразуется в термическую, а затем – в потенциальную (сжатого газа). Далее газ, расширяясь, давит на поршень, преобразуя энергию избыточного давления в механическую – которая, в свою очередь, преобразуется из линейного движения поршня во вращательное движение вала двигателя. Диапазон нагрева газов, их термодинамические свойства, степень полезного расширения и сопутствующие потери при преобразовании энергии определяют, в целом, эффективность воздушно-тепловых двигателей: бензиновых ДВС – не более 30‑35%, дизельных ДВС – около 40%.

Принцип порохового цикла

Вернемся к идее порохового двигателя. В принципе, огнестрельные орудия – это пороховые ДВС, преобразующие энергию горячих сжатых рабочих газов из объема заряда в механическую (кинетическую) энергию движения снаряда. Здесь не важно, что процесс выстрела расчленен на отдельные операции, а метаемый снаряд не имеет связи с механизмом преобразования движения.

Процесс преобразования химической энергии порохового заряда происходит по другому принципу, отличному от воздушных циклов ДВС. Порох – разновидность унитарных топлив и взрывчатых веществ, содержащих в составе твердой фазы как окислитель (донор кислорода), так и горючее вещество (реципиент кислорода), способные к экзотермической реакции.

Главная особенность порохового цикла – превращение высокоплотной фазы твердых компонентов заряда в низкоплотную фазу рабочих газов. Это – результат необратимых окислительно-восстановительных реакций «горючее + окислитель = продукты-газы». Масса продуктов‑газов равна массе пороха, поэтому объем пороховых газов будет превышать объем пороха – пропорционально отношению плотностей исходного заряда и газовой фазы.

Исторически первым топливом-порохом был так называемый дымный порох – тонкая смесь порошков калиевой селитры КNO3 (68‑75%), серы (10‑15%) и древесного угля (15‑17%) – первое в эпоху Средневековья вещество, обладавшее неизвестными ранее взрывчатыми свойствами. Высокая скорость сгорания пороха (до 400 м/с) объясняется быстрым проникновением горячих поджигающих газов между частицами пороховой смеси. Эпоха дымного пороха длилась свыше 500 лет, до середины XIX века; за это время не было найдено других порохов, удобных для применения.

Сгорание дымного пороха за счет «встроенного» кислорода калиевой селитры протекает, в основном, по следующему уравнению:
2КNO3 + 3C + S = K2S + 3CO2 + N2.

Температура продуктов вспышки дымного пороха достигает до Т1 = 2100 °С, с выделением до Q = 585 ккал теплоты и до Vн. у. = 280 л газов на 1 кг смеси. Продукты реакции содержат примерно 50% по массе твердых и жидких частиц калиевых солей (K2S, K2CO3, K2SO4), почти не участвующих в работе расширения газов (CO2, N2, СО). Это снижает работоспособность заряда из «слабого» дымного пороха – в сравнении с показателями бездымных порохов на основе пироксилина, имеющего более высокую теплоту сгорания и не содержащего в продуктах твердых остатков (Q = 900 ккал/кг, Vн. у. = 1000 л/кг):
C24h39O9 (ONO2) 11 = 12СО2 + 12СО + 6Н2О (пар) + 8,5Н2 + 5,5N2.

Таким образом, главная физико-химическая особенность пороховых систем как энергоносителей состоит в том, что все топливные компоненты (и горючие, и окислители, и рабочие газы), подобно чрезвычайно сжатой пружине, хранятся при весьма высокой плотности кристаллов и молекулярных связей конденсированной фазы (K-фазы). При возбуждении реакции от искры или капсюля-воспламенителя происходит необратимое экзотермическое фазовое превращение вещества (газораспад), когда объем полученных газов превышает объем исходного заряда примерно в тысячу раз. При сжигании навески бездымного пороха в камере постоянного объема V = const, содержащей n0 моль газов, продукты сгорания (n1 моль) по уравнению состояния газов развивают давление Р1 – пропорционально отношению присутствующих количеств газов в камере после реакции и до нее (n1/n0 >>1), умноженному на отношение их абсолютных температур (Т1/Т0).

Из рассмотренного следует, что на первом этапе (подготовка рабочего заряда) процессы в воздушно-тепловых ДВС отличаются от подготовки стрелкового выстрела. Так, топливная смесь в обычных ДВС готовится из двух компонентов: заряда воздуха-окислителя (более 90‑94%) и дозы горючего (менее 6‑10%). Поскольку плотность газов мала, весь воздушный окислитель (все газы) перед сжиганием топливной смеси предварительно сильно сжимают.

В «пороховом» сценарии необходимости в такте сжатия нет. Плотность порохов – «уже» на 3 порядка выше плотности газов. Монотопливо‑порох при плотности 1 г/см3 будет эквивалентно 700-кратно сжатому заряду воздуха с добавкой нефтяного горючего. На этапе сжигания зарядов процессы энерговыделения также идут различно. Сжигая в камере V пороховой заряд, мы получим более высокое начальное давление газов по сравнению с давлением вспышки сжатой воздушно-нефтяной смеси той же массы m и калорийности Q.

Дело в том, что сгорающая пороховая масса образует новые газы, которых ранее не было ,– в дополнение к уже присутствующим (или сжатым) газам в надпоршневом объеме V цилиндра ДВС. Но при сгорании воздушно-нефтяной смеси число молей продуктов воздушного сгорания почти не отличается от числа молей исходного воздуха (n1/n0 ~ 1), поскольку кислород воздуха О2 расходуется на образование оксидов Н2О и СО2. В итоге при одинаковой калорийности зарядов Q (и одинаковой температуре сгорания Т1) начальное давление газов в пороховом цилиндре может быть намного выше. После окончания сгорания термодинамические процессы в такте расширения будут примерно одинаковы, но с учетом более высокого давления Р1 пороховых газов полезная работа продуктов сгорания топлива-пороха может быть существенно выше работы «термического» расширения газов в цилиндрах воздушно-тепловых ДВС.

Таким образом, пороховой цикл не «привязан» к воздушному окислителю, процессам впуска и сжатия в цилиндрах ДВС. С учетом высокого газообразования и более высокой калорийности пороховых навесок (Q ~ 900 кал/г) по сравнению с той же массой воздушно-нефтяной смеси (Q = 630 кал/г) эффективность пороховых двигателей может намного превосходить мощностные показатели обычных ДВС.

Современные пороховые системы

Пороховые системы настоящего времени отличаются более сложным составом. Сегодня разрабатываются даже технологии жидких метательных монотоплив для артиллерии (не считая «давно известных» взрывчатых веществ с близким химическим составом). Но суть твердых или жидких энергонасыщенных систем остается прежней: пороха, ракетные топлива и пиротехнические смеси – это концентрированные носители и рабочих тел, и химической энергии «окислитель + горючее». Как правило, активный кислород в таких энергона-сыщенных системах закреплен в азотных соединениях (в солях-нитратах NO3- и нитросоединениях R – NO2), где его связи с азотом менее прочные, чем вновь образуемые связи кислорода с водородом (Н2О) и углеродом (СО2, СО).

Возможность использования пороховых систем как моторных топлив для двигателей ограничена тем же признаком, который препятствовал этому и на заре создания ДВС. А именно – сложностью подачи цикловой порции (дозы) твердого топлива в реакционную камеру цилиндра. Кроме того, сухие пороховые смеси чрезвычайно пожароопасны; продукты сгорания многих энергонасыщенных систем – весьма неэкологичны; стоимость порохов – весьма и весьма велика.

Свойство некоторых азотных соединений, богатых кислородом, отдавать последний (кислород) для окисления горючих веществ, используется для форсирования некоторых ДВС на обычном жидком топливе. Так, еще в 1930‑е годы, решая вопрос кратковременного увеличения мощности бензиновых авиадвигателей самолетов на большой высоте, использовали введение в цилиндры жидкой закиси азота N2О. При вспышке бензино-воздушной смеси закись азота легко распадается в цилиндрах ДВС на азот и свободный кислород:
N2O = N2 + ½ O2.

Реакция распада закиси азота – экзотермическая (Q = 445 ккал/кг), с образованием новых газов (Vн. у. = 763 л/кг). Кроме того, массовая доля кислорода в продуктах распада N2O составляет 36%, что в 1,6 раза выше содержания кислорода (23%) в воздушном окислителе {2N2 + ½ O2}. Избыток кислорода в цилиндрах (по аналогии с «наддувом» двигателя) позволяет увеличить подачу горючего–бензина, чем достигается форсирование ДВС, потребляющего часть окислителя из жидкой фазы N2O, не требующей затрат на работу сжатия. В настоящее время в спортивном тюнинге автомобильных двигателей, наряду с подсадками закиси азота (технология фирмы «NOS»), применяют добавки в бензин растворимых окислительсодержащих нитросоединений: нитробензол, нитрометан, нитропропан. Механизм действия нитроприсадок аналогичен форсирующей подсадке закиси азота: часть кислорода для сгорания топливного заряда несут в себе сами нитросоединения, где атомы окислителя «хранятся» в непрочных связях нитрогрупп NO2 в жидкой фазе топливного раствора. Широко этот метод не используется, так как нитроприсадки токсичны и дороги, некоторые из них в индивидуальном виде взрывоопасны.

В ракетной, космической и оборонной технике известны смесевые топлива на основе соединений азота, содержащие и горючие компоненты, и окислители в твердой, жидкой или гелеобразной фазе.

Исследования процессов горения в середине ХХ века показали, что сгорание многих жидких смесей «горючее + окислитель» склонно к самоускорению с возмущением и турбулизацией горящей поверхности (эффект Ландау). В то же время твердые ракетные топлива могут содержать десятки процентов бризантных взрывчатых веществ (тротил, гексоген, нитроглицерин и др.), но не детонировать, а лишь гореть при высокой плотности (до 1,7‑2,0 г/см3) твердотопливного монозаряда. Применение жидких ракетных топлив в обычной наземной технике практически исключено – по причине пожаро- и взрывоопасности компонентов, токсичности и дороговизны (примером могут служить гидразиновые топлива и гептил космических ракет). Но заметим, что при обязательном условии безопасности и дешевизны возможных энергона-сыщенных композиций именно жидкая форма энергоносителя обеспечивала бы необходимую технологичность.

Варианты использования азотных топлив

Азотные энергоносители могут использоваться в поршневых, роторных и газотурбинных двигателях. Однако такие двигатели должны быть адаптированы к особенностям азотных топлив. Впрочем, это не исключительная особенность азотных топлив: бензиновые, дизельные, газовые двигатели также имеют свои особенности, характерные для используемого вида топлива. Остановимся на поршневых двигателях.

При использовании сбалансированных по кислороду сплавов топливных стехиометрий или их растворов может быть применен двухтактный цикл без впуска воздуха (подобный цикл используется, например, в поршневых двигателях морских торпед). Более широкие возможности по диапазону рабочих температур и хранению топлива в жидкой фазе имеют водно‑солевые и водно-аммиачные растворы-эвтоники азотных компонентов. В этом случае топливная масса будет содержать 2‑4 -кратный избыток горючих веществ (без использования специальных компонентов). Здесь должен применяться двухтактный цикл с впуском и сжатием воздуха, но количество воздуха в таком случае требуется меньшее (до 10‑15 раз) по сравнению с подобными циклами на нефтяном топливе, так как часть окислителя содержится в топливной смеси. Следовательно, затраты энергии на предварительное сжатие воздуха для сжигания окислительсодержащих азотных топлив будут меньшими. Учитывая, что для быстрого разложения топливного окислителя-АС необходима температура не менее 300 оС, а объем цикловой дозы и теплоемкость азотных топлив выше, чем нефтепродуктов по дизельному циклу,  теплоты сжатого воздуха может быть недостаточно для запуска двигателя. Поэтому в пусковом режиме необходимо применять подогреваемую камеру термолиза. Для этого применимы свечи накаливания. В режиме установившейся работы двигателя камера термолиза разогревается за счет теплоты реакций сгорания. С учетом потенциальной энергонасыщенности азотных топлив возможны технические решения организации запуска двигателя без впуска и сжатия воздуха.

Расширение газов в цилиндре «воздушно-порохового» ДВС целесообразно более полное, до давления выпуска, близкого к атмосферному. Расчеты показывают, что при параметрах сжатия и сгорания, близких к показателям обычных воздушно-тепловых ДВС, термический КПД «воздушно-порохового» цикла может достигать 80‑85%.

Теплонапряженность двигателя на водо-нитратных топливах будет существенно ниже ввиду меньших температур процесса (в 1,5‑2 раза) – по сравнению с обычными ДВС на нефтяном топливе. В связи с этим целесообразен отказ от системы жидкостного охлаждения ДВС; необходимый уровень температуры стенок цилиндров обеспечит организация воздушного охлаждения. Соответственно, потери теплоты будут меньшими, а индикаторный КПД цикла ожидается на уровне 70‑75%.

Водо-нитратные растворы не допускают контакта топлива с маслом в связи с возможностью эмульгирования и старения масел, с потерей ими смазывающих свойств. Поэтому кинематическая схема двигателя должна предусматривать крейцкопфный узел в механизме преобразования движения и отделение цилиндра от картера двигателя. В качестве такого варианта может применяться кривошипно-кулисный механизм преобразования движения с линейным движением штока поршня, отделением цилиндра от масляного картера и использованием подпоршневого объема в качестве продувочного насоса в двухтактном цикле. Уплотнение поршня в цилиндре может быть сухим с применением компрессионных колец из железо-графита.

В качестве механизма газораспределения применима клапанно-щелевая схема с выпуском отработавших газов через клапаны в головке цилиндра и впуском продувочного воздуха через окна в средней части цилиндра с поворотной гильзой.

Учитывая особенности кривошипно-кулисного механизма, обладающего более высоким механическим КПД по сравнению с традиционным кривошипно-шатунным механизмом, эффективный КПД двигателя на азотных топливах может быть близок к 70%, что примерно в два раза выше, чем для бензиновых или дизельных двигателей.

Все отмеченные конструктивные особенности двигателя технически реализуемы и позволяют выполнить такой двигатель для использования в нем азотных топлив по обычным машиностроительным технологиям.

Следует учитывать, что по объемному расходу азотного топлива двигатель будет уступать показателям расхода горючего нефтяных ДВС до 2– 2,5 раза. Это может отразиться на емкости топливных баков на автомобиле, но не более. Стоимость единицы механической энергии, произведенной с использованием азотных топлив, по сравнению с эксплуатационными расходами на нефтяные моторные топлива будет снижаться примерно в 3 раза (при существующих мировых ценах на бензин около 1500 долл./т или 1,1 долл./л).

Азотное топливо должно рассматриваться как новое направление в получении и использовании альтернативных, возобновляемых и экологически чистых энергоносителей применительно для автомобильного, железнодорожного, речного, морского транспорта, а также для электроэнергетики (в основном, для автономных и локальных энергоустановок), для привода дорожно‑строительных и подъемно-транспортных машин и механизмов, для привода двигателей механизмов в шахтах и горных выработках, для снабжения сжатым газом пневматического инструмента и механизмов. Но, учитывая, что в современных условиях автомобильный транспорт является основным потребителем энергии химических топлив, именно автомобильная промышленность может и должна одной из первых освоить применение этого перспективного топлива.

Изучаем странные двигатели, застрявшие на обочине прогресса — ДРАЙВ

Двигатели Ванкеля, Стирлинга, разного рода газотурбинные установки так и не стали автомобильным мейнстримом. Ряд известных компаний (от Мазды до GM, от Мерседеса до Volvo) работали над ними десятки лет, упорствовали маленькие фирмы и отдельные изобретатели. Увы, в конце концов выяснялось, что подводных камней в той или иной конструкции намного больше, чем казалось вначале. Но это не значит, что развитие альтернативных агрегатов невозможно. Энтузиасты перебирают идею за идеей, и мне как инженеру-двигателисту интересно поделиться с вами рядом экзотических схем.

Некоторые создатели перспективных двигателей решили, что комбинация из цилиндра, поршня, шатуна и коленвала отлично себя зарекомендовала более чем за столетие и, чтобы улучшить параметры ДВС, не надо изобретать её заново — достаточно лишь подправить кое-какие аспекты. Поэтому первый в нашем обзоре — мотор американской компании Scuderi Group, который имеет классические такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска, но происходят они не в одном и том же цилиндре, а в разных. Так называемый холодный цилиндр отвечает за впуск и сжатие, а второй, горячий — за рабочий ход и выпуск.

В простейшем моторе Scuderi цилиндров два: поршень в холодном цилиндре отстаёт на 30 градусов поворота коленвала от собрата в горячем.

Пока в рабочем цилиндре идёт расширение газов, в холодном, компрессорном, — такт впуска. В рабочем — выпуск, в холодном — сжатие. В конце такта сжатия поршни приближаются к своим верхним мёртвым точкам, смесь через перепускной канал перебрасывается из холодного цилиндра в горячий и поджигается. Такой разделённый цикл (в принципе — тот же цикл Отто, пусть и модифицированный) американцы придумали в 2006 году, а в 2009-м построили опытный Scuderi Split Cycle Engine. У компрессорного и рабочего цилиндров могут быть разные диаметры и ходы поршней, что даёт гибко настраивать параметры — получается аналог цикла Миллера с дополнительным расширением газов.

Экспериментальный литровый мотор Scuderi на стенде работает плавно и относительно тихо — даже без глушителя!

По расчётам мотор Scuderi на 25% экономичнее обычного, а с турбонаддувом и теплообменником, передающим энергию выхлопных газов воздуху в перепускном канале, и того выше. В четырёхцилиндровом варианте один компрессорный цилиндр может загонять смесь в три рабочих.

Если к каналу между цилиндрами добавить ответвление с клапанами и баллоном высокого давления, можно заставить такой мотор собирать энергию при торможении и использовать её при разгоне (этот режим показан на последней минуте первого ролика). Однако на протяжении уже ряда лет деятельность компании Scuderi Group ограничивается лишь опытными образцами и участием в выставках. Похоже, реальная экономичность тут всё же не может перебить высокую сложность конструкции.

Двухтактный агрегат Paut Motor использует принцип, подобный применённому в моторах Scuderi Group, — сжатие и рабочий ход тут происходят в разных цилиндрах, между которыми устроены перепускные каналы.

К разделённому рабочему циклу обратились было и разработчики хорватской фирмы Paut Motor. Их «разнесённая» конструкция привлекла меньшим числом деталей, низким трением и сниженным шумом. А необходимость внешнего бака для системы смазки, вызванная тем, что в картере масла не предусмотрено, не испугала. Изобретатели построили несколько опытных образцов. Для рабочего объёма в семь литров их габариты (500×440×440 мм) и вес (135 кг) оказались чуть ли не вдвое ниже, чем у традиционных ДВС. А отдачу так и не выяснили. Последний прототип был собран в 2011 году, а затем проект заглох.

В агрегате Paut Motor — четыре рабочих камеры с поршнями диаметром 100 мм и четыре компрессионных (120 мм). Двухсторонние поршни передают усилия на коленвал, который, благодаря паре шестерён с внутренним зацеплением, совершает планетарное движение.

Двухтактный двигатель Bonner (по имени спонсора, фирмы Bonner Motor), изобретённый в 2006 году в США Вальтером Шмидом, устроен ещё сложнее. Как и в проекте Paut Motor, цилиндры тут расположены буквой X, а коленвал тоже совершает планетарное движение за счёт системы шестерён.

Ключевое отличие от схемы фирмы Paut Motor — роль рабочих поршней играют подвижные цилиндры, соединённые с коленвалом (показаны красным). А с внешней стороны их закрывают неподвижные поршни (отмечены серым).

За газораспределение в Боннере отвечают клапаны в донышках цилиндров и вращающиеся золотники в корпусе мотора. При этом внешние поршни могут немного смещаться под давлением масла, обеспечивая переменную степень сжатия. Запутанная схема! А всё — ради высокой мощности на единицу веса. В теории Bonner выглядит интересно, но на практике о нём уже давно нет никаких новостей — судя по всему, надежд он не оправдал.

Некий мистер Смоллбон получил американский патент на аксиальный мотор ещё в 1906 году. Но если бы такой агрегат был идеалом, через 110 лет все автомобили использовали бы его.

Другие изобретатели не меняли рабочие циклы ДВС, а сосредотачивались на расположении его частей. Таковы, например, аксиальные моторы, которым уже больше ста лет (один из ранних патентов — на рисунке выше). Все они отличаются деталями, но объединены общим принципом — цилиндры располагаются, как патроны в барабане револьвера, с соосным выходным валом. За преобразование возвратно-поступательных движений поршней во вращение вала отвечают разные системы вроде наклонённых к продольной оси двигателя штифтов, косых шайб и тому подобного.

По такому принципу сегодня работают некоторые компрессоры. Добавив продуманное газораспределение и зажигание, можно превратить подобный блок в мотор…

…такой, как американский Dina-Cam 1960-х с полувековыми корнями. Благодаря хорошему соотношению веса и мощности аксиальные агрегаты прочили на роль моторов для лёгких самолётов.

Разновидностью аксиальных агрегатов является новозеландский проект фирмы Duke Engines — пятицилиндровый четырёхтактник рабочим объёмом три литра. По сравнению с классическим ДВС того же литража этот был, по расчётам авторов, на 19% легче и на 36% компактнее. Ему сулили применение в самых разных областях, но мечты о завоевании целого мира остались мечтами.

Опытный образец мотора Duke был построен в 2012 году. Потом он мелькал на выставках, собирал призы, но вот уже несколько лет новостей о нём нет.

Ещё более сложный аксиальный пример — двигатель RadMax канадской фирмы Reg Technologies. Здесь вместо цилиндров в общем барабане с помощью тонких лопастей организована дюжина отсеков. В прорезях ротора установлены пластины, которые сдвигаются вдоль них по мере его вращения. С торцов полученные переменные объёмы ограничивают изогнутые поверхности: они задают траекторию движения лопастей и заведуют газообменом.

Основные части мотора RadMax. За один оборот вала тут происходит 24 полных рабочих цикла.

Схема RadMax позволяет создавать двигатели под разные виды топлива, хотя изначально изобретатели выбрали дизельное. В 2003 году был построен образец диаметром и длиной всего 152 мм. Он развивал 42 силы — в разы больше, чем схожий по габаритам ДВС. Позже фирма отчиталась о создании более крупных прототипов на 127 и 380 сил. Но, судя по релизам, вся её деятельность по-прежнему не выходит за рамки экспериментов.

Ещё один пример превосходства теории над практикой — тороидальный мотор Round Engine (или VGT Engine) уже исчезнувшей канадской компании VGT Technologies. Первые прототипы двигателя с тором переменной геометрии (отсюда и буквы VGT — Variable Geometry Toroidal Engine) инженеры испытывали ещё в 2005 году.

Авторы кругового двигателя избавились от возвратно-поступательных движений. Отсюда — радикальное снижение вибраций. Плюсом можно назвать минимальное число деталей и хорошую расчётную экономичность.

Тор здесь играет роль цилиндра, внутри которого вращается ротор с парой закреплённых на нём поршней. Необходимые для обеспечения рабочих тактов переменные объёмы образуются между поршнями с помощью тонкого распределительного диска с вырезом под поршни, который ремённым или иным приводом вращается поперёк тора. Этот диск ограничивает топливно-воздушную смесь в процессе сжатия и рабочего хода.

Система фирмы Garric Engines похожа на VGT, однако вместо поперечного распреддиска использовано шесть поворотных золотников.

В 2009 году свой тороидальный мотор, принципиально повторяющий канадский, разработали американцы Гарри Келли и Рик Айвас (видео выше). По их оценке, тор полуметрового диаметра обеспечивал бы 230 л.с. и около 1000 Н•м всего при 1050 об/мин. Но… На сайте их фирмы Garric Engines сейчас висит заглушка «Спасибо за интерес. В будущем страница может быть обновлена». Возможно, чуть лучшая судьба ждёт так называемый нутационный двигатель, придуманный американцем Леонардом Мейером в 2006 году — его хотя бы построили в нескольких экземплярах.

Главный принцип нутационного диска: в процессе работы он не вращается вокруг вала, а качается из стороны в сторону. Добавив перегородки, получаем отсеки, в которых газ может сжиматься и расширяться.

Нутация по-латински означает «кивать». Мейер сформировал четыре рабочие камеры переменного объёма между корпусом мотора и «кивающим» по сторонам диском, который играет роль поршня. Диск разрезан пополам вдоль своего диаметра и нанизан на Z-образный вал, с которого и снимается мощность. За газообмен отвечают каналы и клапаны в корпусе.

Рабочий диск показан в разрезе. Минимализму, уравновешенности и лёгкости нутационной конструкции позавидует даже двигатель Ванкеля.

Прототипы мотора Мейера построила компания Baker Engineering и родственная ей Kinetic BEI. С единственным диском диаметром 102 мм агрегат развивает семь сил, а с парой дисков по 203 мм — уже 120! Длина двухдискового двигателя — 500 мм, диаметр — 300, а рабочий объём — 3,8 л. На килограмм веса — 2,5−3 «лошади» против одной-двух у массовых атмосферных ДВС (из немассовых некоторые моторы Ferrari выдают больше трёх сил на килограмм, но при высоченных 9000 об/мин). Литровая мощность, правда, не впечатляет. Ныне Baker и Kinetic вроде как доводят проекты до ума, хотя особой активности на их сайтах не видно.

За один оборот вала в двухдисковом нутационном агрегате происходят те же четыре рабочих хода, что и в восьмицилиндровом поршневом «четырёхтактнике». На фото — одно- и двухдисковые рабочие прототипы. (Кстати, из двух дисков в принципе можно создать и машину с разделённым циклом, одному отдать сжатие смеси, другому рабочий ход.)

В 2010 году нутационный мотор попал в зону интереса исследовательского центра ВВС США. Гарри Смит, менеджер лаборатории, демонстрирует внутренности мотора и объясняет, что особую ценность конструкция представляет для лёгкой авиации.

Идея роторных агрегатов различного типа так часто привлекает новаторов, будто один лишь отход от знакомой схемы даёт существенное повышение характеристик. Так, Николай Школьник, выходец из СССР, давно перебравшийся в США, с сыном Александром разработал мотор, напоминающий двигатель Ванкеля, вывернутый наизнанку. Ротор арахисовой формы также вращается в треугольной камере, но в отличие от агрегата Ванкеля уплотнители закреплены не на поршне, а на стенках камеры.

В роторе LiquidPiston есть полость, играющая свою роль в газообмене. Процесс сгорания проходит при постоянном объёме, а затем идёт расширение — это один из факторов, повышающих КПД.

Для развития конструкции Школьники основали фирму LiquidPiston, которой заинтересовалось оборонное агентство DARPA — теперь оно софинансирует эксперименты в расчёте на перспективы работы «арахисовых» агрегатов в лёгких летательных аппаратах, включая беспилотники, и в переносных генераторах. Опытный моторчик рабочим объёмом 23 см³ обладает неплохим для таких габаритов КПД в 20%. Теперь авторы нацелены на дизельный прототип весом около 13 кг и мощностью 40 л.с. для установки на гибридный автомобиль. Его КПД якобы вырастет уже до 45%.

Первый образец мотора Школьников можно положить на ладонь. Он весит 1,8 кг и может заменить вдесятеро более тяжёлый поршневой ДВС карта (показан слева). Мощность всего 3 л.с., но классический двигатель такого размера был бы ещё слабее.

Последний рассмотренный нами мотор демонстрирует, что идея плоского агрегата (ротор ведь можно сделать очень узким) заманчива. Вместе с тем для её реализации сами роторы не так обязательны — достаточно «оквадратить» традиционный поршень и, соответственно, сделать прямоугольным на виде сверху цилиндр.

Этой странной разработке фирмы Pivotal Engineering уже несколько лет, в течение которых создан ряд образцов, приводивших в движение мотоциклы и самолёты. Авторы адресуют так называемый качающийся поршень в первую очередь авиации. Помимо высоких выходных характеристик по отношению к весу и габаритам, такой двухтактный агрегат отлично поддаётся форсировке за счёт прохождения сквозь неподвижную ось поршня (рисунок ниже) жидкостного канала охлаждения. С иной схемой такой трюк затруднителен.

Задумка компании Pivotal Engineering из Новой Зеландии представляет собой мотор с качающимися прямоугольными (в плане) поршнями. Один их край закреплён на неподвижной оси, второй — связан с шатуном. Справа — четырёхцилиндровый образец на 2,1 л.

За пределами нашего обзора осталось ещё много экзотических разработок вроде 12-роторного мотора Ванкеля, двигателя Найта или агрегатов со встречными поршнями, ДВС с изменяемой степенью сжатия или с пятью тактами (есть и такие!), а ещё роторно-лопастные агрегаты, в которых составные части ротора совершают движения, будто сходящиеся и расходящиеся лезвия ножниц.

Ещё пример чудачеств — H-образный двигатель, объединяющий в себе две рядные «пятёрки». Автор патента Луи Хернс полагает, что одну половину агрегата можно адаптировать под бензин, а другую — под метан и активировать их как врозь, так и вместе.

Даже беглый экскурс за пределы классических ДВС показал, сколь большое количество идей не находит массового воплощения. Роторы часто губит проблема износа уплотнений. Роторно-лопастные варианты вдобавок страдают от высоких знакопеременных нагрузок, разрушающих механизм связи лопастей и вала. Это только одна из причин, почему мы не встречаем такие «чудеса» на серийных автомобилях.

Вторая — в том, что и традиционные ДВС не стоят на месте. У последних бензиновых образцов с циклом Миллера термический КПД доходит до 40% даже без турбонаддува. Это много. У большинства бензиновых агрегатов — 20−30%. У дизелей — 30−40% (на крупных судах — до 50). А главное — глобальная альтернатива ДВС уже найдена. Это электромоторы и силовые установки на топливных элементах. Поэтому если изобретатели диковинок не решат все технические проблемы в самое ближайшее время, вырулить с обочины прогресса перед электричками они попросту не успеют.

Кто изобрел машину? | Живая наука

История автомобиля — длинная и извилистая дорога, и определить, кто именно изобрел автомобиль, непросто. Но если вы перемотаете назад эволюцию автомобилей мимо GPS, антиблокировочной системы тормозов и автоматических трансмиссий и даже мимо Model T, в конце концов вы попадете в Benz Motor Car No. 1, недостающее звено между автомобилями и гужевыми багги.

Карл Бенц запатентовал трехколесный автомобиль, известный как Motorwagen, в 1886 году.Это был первый настоящий современный автомобиль. Бенц также запатентовал свою собственную систему дроссельной заслонки, свечи зажигания, переключатели передач, водяной радиатор, карбюратор и другие основы автомобиля. В конце концов Бенц построил автомобильную компанию, которая существует до сих пор как Daimler Group.

Долгая история автомобиля

Бенц запатентовал первый автомобиль с бензиновым двигателем, но он не был первым провидцем самоходных транспортных средств. Некоторые основные моменты в истории автомобиля:

  • Леонардо да Винчи нарисовал механизированную тележку без лошади в начале 1500-х годов.Как и многие его конструкции, он не был построен при его жизни. Тем не менее, его копия выставлена ​​в замке Кло-Люсе, последнем доме Леонардо, а теперь его музее.
  • Парусные колесницы, приводимые в движение ветром, использовались в Китае, когда приезжали первые жители Запада, и в 1600 году Саймон Стивен из Голландии построил одну, которая перевозила 28 человек и преодолевала 39 миль (63 км) за два часа, согласно General Motors. .
  • Француз Николай-Жозеф Кюньо построил в 1769 году самоходную машину с паровой машиной.Тележка, предназначенная для перемещения артиллерийских орудий, двигалась пешком (2 мили в час или 3,2 км / ч) и должна была останавливаться каждые 20 минут, чтобы создать новый поток пара.

Двигатели внутреннего сгорания

Важнейшим элементом современного автомобиля является двигатель внутреннего сгорания. Этот тип двигателя использует взрывное сгорание топлива, чтобы толкать поршень внутри цилиндра. Движение поршня вращает коленчатый вал, который соединен с колесами ведущего вала автомобиля. Как и сам автомобиль, двигатель внутреннего сгорания имеет долгую историю.Неполный список разработок включает:

  • 1680: Христиан Гюйгенс, более известный своим вкладом в качестве астронома, спроектировал, но так и не построил двигатель внутреннего сгорания, работающий на порохе.
  • 1826: Англичанин Сэмюэл Браун переделал паровой двигатель, чтобы он сжигал бензин и поместил его на повозку, но этот прототип автомобиля также не получил широкого распространения.
  • 1858: Жан Жозеф-Этьен Ленуар запатентовал двигатель внутреннего сгорания двойного действия с электрическим искровым зажиганием, работающий на угольном газе.Он усовершенствовал этот двигатель, чтобы он работал на бензине, прикрепил его к трехколесной повозке и проехал 50 миль.
  • 1873: Американский инженер Джордж Брайтон разработал двухтактный керосиновый двигатель. Считается первым безопасным и практичным масляным двигателем.
  • 1876: Николаус Август Отто запатентовал первый четырехтактный двигатель в Германии.
  • 1885: Готлиб Даймлер из Германии изобрел прототип современного бензинового двигателя.
  • 1895: Рудольф Дизель, французский изобретатель, запатентовал дизельный двигатель, который был эффективным двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Электромобили

Электромобили были доступны в середине XIX века, но потеряли популярность после того, как Генри Форд разработал свою модель T, по данным Министерства энергетики США. Однако в последние годы электромобили вернулись. Только в 2016 году в Соединенных Штатах было продано более 159 000 электромобилей, из них более половины — только в Калифорнии. Эта технология, как и двигатель внутреннего сгорания, также имеет долгую историю, которую трудно указать одному изобретателю.

Два изобретателя обычно приписывают независимое изобретение первого электромобиля: Роберт Андерсон, шотландский изобретатель, и Томас Давенпорт, американский изобретатель, в 1830-х годах, согласно AutomoStory. Первая аккумуляторная батарея была изобретена в 1865 году французским физиком Гастоном Плантом, который заменил неперезаряжаемые батареи, используемые в ранних моделях электромобилей. Вот некоторые из следующих инноваций:

  • Камиль Фор, французский химик, в 1881 году усовершенствовал конструкцию свинцово-кислотных аккумуляторов компании Plante, чтобы сделать электромобили жизнеспособным выбором для водителей.
  • Уильям Моррисон из Де-Мойна, штат Айова, был первым, кто успешно построил электромобиль в Соединенных Штатах в 1891 году.
  • Камилла Женаци, бельгийский автогонщик, построила и участвовала в гонках на электромобиле, установив новый рекорд наземной скорости 62 миль в час (100 км / ч) в 1899 году. Его автомобиль назывался La Jamais Contente (что означает «никогда не удовлетворенный»).
  • Фердинанд Порше, немецкий автомобильный инженер, изобрел первый гибридный автомобиль в 1900 году.
  • Томас Эдисон разработал в 1907 году никель-щелочную батарею, которая была более прочной и менее опасной, чем свинцово-кислотная батарея, используемая в автомобилях.Батарея не понравилась большинству потребителей, так как у нее была более высокая начальная стоимость, но она была внедрена в грузовые автомобили нескольких компаний из-за ее долговечности и большей дальности действия.

Электромобили продолжали набирать популярность, и в 1895 году состоялась первая автомобильная гонка в Соединенных Штатах — 52-мильный «рывок» из Чикаго в Уокиган, штат Иллинойс, и обратно, который занял у победителя 10 часов 23 минуты (в среднем скорость 5 миль / ч / 8 км / ч) — было шесть статей, две из которых были электромобилями, согласно журналу Smithsonian.По данным Министерства энергетики, к 1900 году у службы такси Нью-Йорка было около 60 электромобилей, и примерно треть автомобилей в США были электрическими.

Когда Генри Форд представил модель T в 1908 году, недорогой и высококачественный автомобиль с бензиновым двигателем стал очень популярным, и, по данным Министерства энергетики, начался упадок электромобилей. К 1920-м годам бензин стал дешевле и доступнее, и все больше американцев путешествовали на большие расстояния.Электромобили не обладали таким запасом хода, как автомобили с бензиновым двигателем, а электричество по-прежнему было недоступно во многих сельских городах, что делало автомобили с бензиновым двигателем предпочтительным вариантом.

В 1976 году Конгресс принял Закон об исследованиях, разработках и демонстрациях электрических и гибридных транспортных средств из-за роста цен на нефть, нехватки бензина и зависимости от иностранной нефти. Многие автомобильные компании начали исследовать и разрабатывать новые экономичные и электрические варианты, хотя до 1990-х годов ничего не произошло.

Toyota Prius, разработанная и выпущенная в Японии в 1997 году, была первым серийным гибридным автомобилем в мире, который был доступен во всем мире к 2000 году. Гибридный автомобиль Honda Insight был выпущен в США в 1999 году.

Tesla Motors начал разработку и производство роскошного полностью электрического автомобиля, способного проехать более двухсот миль на одной зарядке в 2003 году, а первая модель была выпущена в 2008 году. Chevrolet Volt, выпущенный в 2010 году, был первым доступным подключаемым гибридом, который использовал бензиновый двигатель, чтобы увеличить запас хода автомобиля, когда аккумулятор разряжен.Nissan LEAF также был выпущен в 2010 году и был более доступен для широкой публики, чем Tesla Model S.

Сегодня почти все крупные и многие небольшие автомобильные компании разрабатывают свои собственные электрические и гибридные модели.

Инновационный и предпринимательский

Карл Бенц, изобретатель первого практичного современного автомобиля. (Изображение предоставлено Daimler.com)

Карлу Бенцу принадлежит заслуга в изобретении автомобиля, потому что его машина была практичной, использовала бензиновый двигатель внутреннего сгорания и работала так, как современные автомобили.

Бенц родился в 1844 году в Карлсруэ, городе на юго-западе Германии. Его отец был железнодорожником, погибшим в аварии, когда Бенцу было 2 года. Несмотря на бедность, мать Бенца поддерживала его и его образование. Он был принят в Университет Карлсруэ в 15 лет и окончил его в 1864 году со степенью инженера-механика.

Первое предприятие Benz по производству чугуна и листового металла провалилось. Однако его новая невеста, Берта Рингер, использовала свое приданое, чтобы профинансировать новый завод по производству газовых двигателей.Получив прибыль, Бенц смог начать строительство безлошадного газового экипажа.

Бенц построил три прототипа своего автомобиля в частном порядке к 1888 году, когда Берта решила, что пришло время для прессы. Рано утром Берта взяла последнюю модель и отвезла двух сыновей-подростков 66 миль до дома своей матери. Попутно ей пришлось импровизировать ремонт кожи обуви, заколки для волос и подвязки.

Успешная поездка показала Бенцу, как улучшить машину, и показала сомнительной публике, что автомобили полезны.В следующем году Benz продемонстрировал Motorwagen Model 3 на Всемирной выставке в Париже.

Бенц умер в 1929 году, всего через два года после того, как он объединился с компанией-производителем автомобилей Готтлиба Даймлера и образовал то, что сегодня называется Daimler Group, производителем Mercedes-Benz.

Дополнительная информация от Рэйчел Росс, автора Live Science.

Дополнительные ресурсы

История автомобиля


Самые первые автономные дорожные транспортные средства приводились в движение паровыми двигателями, и по этому определению Николя Жозеф Кюньо из Франции построил первый автомобиль в 1769 году, который был признан Британским королевским автомобильным клубом и Автомобильным клубом Франции как первый.Так почему же так много книг по истории говорят, что автомобиль был изобретен Готлибом Даймлером или Карлом Бенцем? Это связано с тем, что и Daimler, и Benz изобрели весьма успешные и практичные автомобили с бензиновым двигателем, которые положили начало эре современных автомобилей. Даймлер и Бенц изобрели автомобили, которые выглядели и работали так же, как автомобили, которые мы используем сегодня. Однако было бы несправедливо утверждать, что кто-то из этих людей изобрел «автомобиль».

История двигателя внутреннего сгорания — сердце автомобиля
Двигатель внутреннего сгорания — это любой двигатель, который использует взрывное сгорание топлива для проталкивания поршня внутри цилиндра — движение поршня вращает коленчатый вал, который затем вращает колеса автомобиля через цепь или приводной вал.Для двигателей внутреннего сгорания автомобилей обычно используются различные виды топлива: бензин (или бензин), дизельное топливо и керосин.

Краткий очерк истории двигателя внутреннего сгорания включает следующие основные моменты:

  • 1680 — Голландский физик Кристиан Гюйгенс разработал (но так и не построил) двигатель внутреннего сгорания, который должен был работать на порохе.
  • 1807 — Франсуа Исаак де Риваз из Швейцарии изобрел двигатель внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива использовалась смесь водорода и кислорода.Риваз сконструировал автомобиль для своего двигателя — первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Однако его конструкция была очень неудачной.
  • 1824 — Английский инженер Сэмюэл Браун приспособил старый паровой двигатель Ньюкомена для сжигания газа и использовал его для кратковременного приведения в действие транспортного средства на Шутерс-Хилл в Лондоне.
  • 1858 — Инженер бельгийского происхождения Жан Жозеф Этьен Ленуар изобрел и запатентовал (1860 г.) электрический двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием двойного действия, работающий на угольном газе.В 1863 году Ленуар прикрепил улучшенный двигатель (на бензине и примитивном карбюраторе) к трехколесному фургону, которому удалось совершить историческое путешествие длиной в пятьдесят миль. (См. Изображение вверху)
  • 1862 — Альфонс Бо де Рошас, французский инженер-строитель, запатентовал, но не построил четырехтактный двигатель (французский патент № 52,593, 16 января 1862 г.).
  • 1864 — австрийский инженер Зигфрид Маркус * построил одноцилиндровый двигатель с грубым карбюратором и прикрепил свой двигатель к тележке для скалистой 500-футовой езды.Несколько лет спустя Маркус разработал автомобиль, который ненадолго разгонялся до 10 миль в час, который несколько историков считали предшественником современного автомобиля, будучи первым в мире транспортным средством с бензиновым двигателем (однако, прочтите противоречивые примечания ниже).
  • 1873 — Американский инженер Джордж Брайтон разработал неудачный двухтактный керосиновый двигатель (в нем использовались два внешних насосных цилиндра). Однако он считался первым безопасным и практичным масляным двигателем.
  • 1866 — Немецкие инженеры Ойген Ланген и Николаус Август Отто усовершенствовали конструкции Ленуара и де Роша и изобрели более эффективный газовый двигатель.
  • 1876 — Николаус Август Отто изобрел, а затем запатентовал успешный четырехтактный двигатель, известный как «цикл Отто».
  • 1876 — Первый успешный двухтактный двигатель был изобретен сэром Дугалдом Клерком.
  • 1883 — Французский инженер Эдуард Деламар-Дебутвиль построил одноцилиндровый четырехтактный двигатель, работавший на печном газе.Неизвестно, действительно ли он построил автомобиль, однако проекты Деламара-Дебутвилля были очень продвинутыми для того времени — в некоторых отношениях опережали как Daimler, так и Benz, по крайней мере, на бумаге.
  • 1885 — Готлиб Даймлер изобрел то, что часто называют прототипом современного газового двигателя — с вертикальным цилиндром и с впрыском бензина через карбюратор (запатентовано в 1887 году). Daimler сначала построил двухколесный автомобиль Reitwagen (ездовая повозка) с этим двигателем, а год спустя построил первый в мире четырехколесный автомобиль.
  • 1886 — 29 января Карл Бенц получил первый патент (DRP № 37435) на автомобиль, работающий на газе.
  • 1889 — Daimler построил улучшенный четырехтактный двигатель с грибовидными клапанами и двумя V-образными цилиндрами.
  • 1890 — Вильгельм Майбах построил первый четырехцилиндровый четырехтактный двигатель.
  • Дополнительная литература — Механика двигателей внутреннего сгорания — Что такое 2-тактный двигатель? 4-тактный?
Проектирование двигателей и автомобилей были неотъемлемой частью деятельности, почти все конструкторы двигателей, упомянутые выше, также проектировали автомобили, а некоторые из них стали крупными производителями автомобилей.Все эти изобретатели и многие другие внесли заметные улучшения в эволюцию автомобилей внутреннего сгорания.

Важность Николауса Отто
Одним из важнейших достижений в разработке двигателей является Николаус Август Отто, который в 1876 году изобрел эффективный газовый двигатель. Отто построил первый практический четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, названный «Двигатель цикла Отто», и как только он закончил работу над двигателем, он встроил его в мотоцикл.Вклад Отто был очень исторически значимым, именно его четырехтактный двигатель был повсеместно принят для всех будущих автомобилей, работающих на жидком топливе. (Узнать больше о Николаус Отто )

Важность Карла Бенца
В 1885 году немецкий инженер-механик Карл Бенц спроектировал и построил первый в мире практичный автомобиль, оснащенный двигателем внутреннего сгорания. 29 января 1886 года Бенц получил первый патент (DRP No.37435) для автомобиля, работающего на газе. Это был трехколесный автомобиль; Бенц построил свой первый четырехколесный автомобиль в 1891 году. Benz & Cie., Компания, основанная изобретателем, стала крупнейшим в мире производителем автомобилей к 1900 году. Бенц был первым изобретателем, который интегрировал двигатель внутреннего сгорания с шасси — разработав и то, и другое. вместе. (Подробнее о Karl Benz )

Важность Готтлиба Даймлера
В 1885 году Готлиб Даймлер (вместе со своим партнером по проектированию Вильгельмом Майбахом) сделал шаг вперед в двигателе внутреннего сгорания Отто и запатентовал то, что обычно считается прототипом современного газового двигателя.Связь Даймлера с Отто была прямой; Даймлер работал техническим директором компании Deutz Gasmotorenfabrik, совладельцем которой в 1872 году являлся Николаус Отто. Существуют некоторые разногласия относительно того, кто построил первый мотоцикл Отто или Daimler.

Двигатель Daimler-Maybach 1885 года был небольшим, легким, быстрым, имел карбюратор с впрыском бензина и вертикальный цилиндр. Размер, скорость и эффективность двигателя сделали революцию в дизайне автомобилей. 8 марта 1886 года Даймлер взял дилижанс и приспособил его для установки своего двигателя, тем самым спроектировав первый в мире четырехколесный автомобиль . Daimler считается первым изобретателем, который изобрел практический двигатель внутреннего сгорания.

В 1889 году компания Daimler изобрела V-образный двухцилиндровый четырехтактный двигатель с грибовидными клапанами. Как и двигатель Отто 1876 года, новый двигатель Daimler заложил основу для всех будущих двигателей автомобилей. Также в 1889 году Daimler и Maybach построили свой первый автомобиль с нуля, они не адаптировали другое транспортное средство, как это всегда делалось ранее.Новый автомобиль Daimler имел четырехступенчатую коробку передач и развивал скорость до 10 миль в час.

Daimler основал Daimler Motoren-Gesellschaft в 1890 году для производства своих моделей. Одиннадцать лет спустя Вильгельм Майбах сконструировал автомобиль Mercedes. (Узнайте больше о Gottlieb Daimler & Wilhelm Maybach )

* Если бы Зигфрид Маркус построил свою вторую машину в 1875 году, и она была бы такой, как заявлено, это была бы первая машина с четырехтактным двигателем и первая, которая использовала бензин в качестве топлива, первая имела карбюратор для бензинового двигателя. и первый с зажиганием от магнето.Однако единственное существующее свидетельство указывает на то, что автомобиль был построен примерно в 1888/89 году — слишком поздно, чтобы быть первым.

Следующая страница > Начало сборочного конвейера

все иллюстрации mary bellis

№ 1596: Первый автомобиль?

Сегодня попробуем найти первую машину. В Инженерный колледж Хьюстонского университета представляет эту серию о машинах, которые делают наша цивилизация бежит, а люди, чьи изобретательность создала их.

Автомобиль — это еще один изобретение, которое, кажется, всегда имеет еще один антецедент. Самый ранний из известных нам паровых автомобилей о была закончена еще в 1769 г. изобретатель Николя Куньо. Это был большой трехколесная машина, двигавшаяся со скоростью ходить и должен был тащить пушку.Ранее автомобили имели приводится в движение пружинами и сжатым воздухом. До них были созданы автомобили с приводом от ветряков. Леонардо да Винчи зарисовал самоходные машины, и даже Гомер писал о них.

Итак, давайте ограничим наш поиск автомобилями, управляемыми внутреннего сгорания и фактически построенных. Мы обычно вручают этот приз Карлу Бенцу.Benz отстаивал новые двигатели внутреннего сгорания, и он работал целенаправленно, чтобы создать машину, управляемую один. Он построил небольшую трехколесную машину в 1885 году. и продал свой первый два года спустя. Он ушел в производство с четырехколесной модели в 1890 году, и компания Mercedes-Benz по-прежнему с нами.

Но Бенц не был первым.Французский изобретатель де Рочас построил автомобиль и двигатель для его привода в 1862. Два года спустя австриец Зигфрид Маркус начал работать над автомобилями. Его второй был был открыт заново в 1950 году. Он был замурован кирпичом за фальш-стена в подвале венского музея скрыть от немцев. Маркус был евреем, и нацисты получили приказ уничтожить его машину и все литература, описывающая это.Кстати, когда машина был открыт заново, его все еще можно было вести.

История Маркуса особенно трогательна, потому что если Немецкий Бенц верил в автомобили, а он — нет. В 1898 г. Маркус был приглашен в качестве почетного гостя на австрийский автоклуб. Он отказался, назвав вся идея об авто «бессмысленная трата сил и времени.»

Поиски самого раннего автомобиль с двигателем внутреннего сгорания может закончиться Англия в 1826 году. Инженер по имени Сэмюэл Браун. приспособил старый паровой двигатель Ньюкомена для сжигания газа, и он использовал его, чтобы привести свой автомобиль в действие на Shooter’s Hill В Лондоне. И тут весь приоритетный вопрос болота в определениях, вызывающих секущиеся волосы.

То, что мы обычно делаем в таких случаях, довольно произвольный. Мы считаем первый коммерческий успех. Вот как Эдисон получает признание за лампочку и Фултон для парохода. По этому определению Бенц действительно изобрел автомобиль.

Автомобильный историк Джеймс Флинк отмечает, что современные велосипеды появились как раз тогда, когда Бенц начал свою работы, и они вызвали общественный спрос на личный транспорт.Но производители велосипедов были такими же люди, которые продолжали делать сначала мотоциклы, затем самолеты. Они посеяли спрос, а затем повернули в другую технологию. Люди кто занялся автомобилями были ближе к железнодорожный бизнес. На короткое время это выглядело как хотя паровая машина могла выбить внутреннюю горение.

Итак, если мы вернемся к звездному приоритету вопросы, мы, вероятно, должны следовать нити пар.И это ведет не к Бенцу, а к Кугно, более двух веков назад.

Я Джон Линхард, из Хьюстонского университета, где нас интересуют изобретательные умы работай.

(Музыкальная тема)

История автомобиля

Люди думали о разных способах путешествовать тысячи лет.Шло время, и они изобретали все более и более эффективные способы передвижения. Автомобиль кардинально изменил способ передвижения людей. На вопрос, кто и когда изобрел автомобиль, нет однозначного ответа. Это была работа, которая развивалась последние несколько сотен лет. Чтобы лучше понять историю автомобиля, было бы полезно взглянуть на временную шкалу и увидеть, как все части сочетаются друг с другом. Эта временная шкала описывает изобретение автомобиля и его развитие с упором на американские автомобили двадцатого века.

1478 — Леонардо да Винчи изобретает самоходную машину. Это происходит за много лет до того, как кто-то еще задумывается об автомобилях. Однако автомобиль остается наброском на бумаге и никогда не делается. Этот самоходный автомобиль не похож на те, что мы видим сегодня. Он больше похож на тележку и не имеет места. В 2004 году наконец-то создается точная копия автомобиля да Винчи. Его можно увидеть на выставке в Институте и Музее истории науки во Флоренции, Италия.

1769 — Николя-Жозеф Кюньо строит первое самоходное транспортное средство во Франции.Эта машина — тягач для французской армии. Он имеет три колеса и движется со скоростью около 2,5 миль в час.

1789 — американец Оливер Эванс получает первый в США патент на паровой наземный транспорт.

1801 — В Великобритании изобретатель Ричард Тревитик строит дорожную повозку с паровым двигателем. Считается первым трамвайным локомотивом. Он предназначен для использования на дороге, а не на железной дороге.

1807 — Двигатель внутреннего сгорания, в котором используется смесь водорода и кислорода, изобретен Франсуа Исааком де Ривазом в Швейцарии.Он также проектирует автомобиль с двигателем, первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Однако его конструкция оказалась очень неудачной.

1823 — Английский инженер и изобретатель Сэмюэл Браун изобретает двигатель внутреннего сгорания. Он имеет отдельные цилиндры сгорания и рабочие цилиндры и используется для привода транспортного средства.

1832 г. — Роберт Андерсон изобретает в Шотландии первый примитивный электромобиль. Он питается от неперезаряжаемых первичных элементов питания.

1863 — Бельгийский инженер Жан-Жозеф-Этьен Ленуар изобретает «безлошадную повозку.«Он использует двигатель внутреннего сгорания и может двигаться со скоростью около 3 миль в час. Это первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания.

1867 — Немец Николаус Август Отто совершенствует двигатель внутреннего сгорания. Его двигатель является первым, кто эффективно сжигает топливо непосредственно в поршневой камере.

1870 — Юлиус Хок из Вены создает первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине.

1877 — Отто создает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, который является прототипом современных автомобильных двигателей.

21 августа 1879 г. — Американский изобретатель Джордж Болдуин подает первый патент США на автомобиль. Это изобретение больше похоже на вагон с двигателем внутреннего сгорания.

1885 — Немецкий конструктор двигателей Карл Бенц создает первый настоящий автомобиль с бензиновым двигателем. У него три колеса, и он был похож на карету.

1886 — В Мичигане Генри Форд строит свой первый автомобиль.

1886 — Готлиб Вильгельм Даймлер и Вильгельм Майбах изобретают первый четырехколесный четырехтактный двигатель в Германии.Он известен как «Каннштатт-Даймлер».

1876 г. — американец Джордж Болдуин Селден изобретает комбинированный двигатель внутреннего сгорания с тележкой. Он никогда не производился.

1893 — Братья Франк и Чарльз Эдгар Дурья изобретают первый успешный газовый автомобиль в Соединенных Штатах.

1896 г. — Братья Дурье открывают первую американскую автомобильную компанию в Спрингфилде, штат Массачусетс. Это называется Motor Wagons.

1900- Рулевое колесо предназначено для замены румпеля.

1906 — Алабама устанавливает ограничение максимальной скорости в 8 миль в час.

1913 — Ford производит ракеты Model T с 7,5 автомобилей в час до 146 автомобилей в час благодаря использованию сборочной линии.

1924 — Представлено автомобильное радио.

1940 — Первый полноприводный универсальный автомобиль разработан для армии США. Он стал известен как Jeep.

1956 — Закон о автомагистралях между штатами создает сеть автомагистралей, которая соединяет все части Соединенных Штатов.

1962 — Висконсин становится первым штатом, принявшим закон о ремнях безопасности. Это требует, чтобы ремень безопасности стал стандартным требованием в автомобилях.

1974 — Подушки безопасности становятся новым средством безопасности в автомобиле.

1984 — Штат Нью-Йорк становится первым штатом, в котором действует закон, требующий использования ремней безопасности.

1995 — Представлена ​​автомобильная система глобального позиционирования (GPS).

1996 — Из-за роста стоимости бензина и воздействия глобального изменения климата электромобили с нулевым уровнем выбросов возвращаются в автосалоны.Первые электромобили были разработаны в начале 1800-х годов.

1997 г. — В Японии продается первая Toyota Prius.

Конец 2000-х — Многие производители автомобилей начинают отказываться от когда-то популярных внедорожников, потребляющих много бензина, в пользу более эффективных автомобилей из-за экологических проблем и рецессии.

Автомобиль имеет долгую и подробную историю. Пожалуйста, посетите следующие ссылки для дальнейшего чтения.

История автомобилестроения от Университета Колорадо в Боулдере

Кто изобрел автомобиль?

Автомобиль — График времени

Ранние автомобили: информационный бюллетень для детей

Генри Форд меняет мир, 1908

Автомобиль и окружающая среда в американской истории

Восстание автомобилей

Выставочный зал истории автомобилестроения

Музей истории автомобилей

Автомобильная культура

Калифорнийский автомобильный музей

Факты об автомобилях для детей

Ford в Европе: первые сто лет

История автомобиля 4U

Первая машина, первая поездка

60-мильная поездка Берты Бенц в 1888 году стала заголовком молодой автомобильной компании ее мужа.

Немецкий инженер-механик Карл Фридрих Бенц изобрел и построил трехколесный «моторваген», который сегодня признан первым в мире автомобилем. Его жена помогла провести первую маркетинговую кампанию компании.

Другие изобретатели экспериментировали с электрическими и паровыми транспортными средствами. Бензиновый двигатель был помещен на тележку в 1870 году, но именно Карл Бенц изобрел современный автомобиль, когда он построил свой «Fahrzeug mit Gasmotorenbetrieb» (автомобиль с газовым двигателем) в Мангейме, Германия, в 1885 году.

Всего через два года после того, как Карл Бенц подал заявку на патент, его жена Берта в 1888 году стала первым человеком, который проехал на своем газовом моторизованном автомобиле на большие расстояния, что привлекло внимание всего мира… и продажи.

29 января 1886 года Бенц подал заявку на патент Империи на его трехколесную повозку, приводимую в действие одноцилиндровым четырехтактным бензиновым двигателем. Патент Бенца признан первым в мире для практичного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.

«Автомобили» уже были, но Бенц использовал двигатель внутреннего сгорания в качестве системы привода для «самодвижущегося», — отмечает историк компании Mercedes Benz.«Он представил свой гениальный ход в Императорском патентном ведомстве — родился автомобиль». Поскольку вскоре он построил несколько идентичных трехколесных транспортных средств, Бенцу также приписывают первый «серийный автомобиль» в истории.

Родившийся в 1844 году в Баден-Мюльбурге, Бенц основал «Литейный завод и механический цех» в 1871 году. Он получил свой первый патент на двигатель в 1879 году. Его замечательный двигатель 1886 года — с рабочим объемом 0,954 литра — «ожидаемые элементы все еще встречаются в каждый двигатель внутреннего сгорания и по сей день: коленчатый вал с балансирами, электрическое зажигание и водяное охлаждение: достаточно, чтобы произвести 0.55 кВт и максимальная скорость 16 км / ч, что практически соответствует мощности всей лошади ».

Вскоре его жена — из богатой немецкой семьи, которая раньше использовала свое приданое, чтобы помогать Бенцу, — попала в заголовки газет за рулем его нового автомобиля.

Историческое путешествие Берты

Тридцатидевятилетняя Берта Бенц вошла в историю 12 августа 1888 года (History.com сообщает 5 августа), «когда она стала первым человеком, совершившим дальнее путешествие на автомобиле», — заявляет.«Поездка помогла популяризировать последнее изобретение Карла Бенца и, вероятно, спасла его от профессионального и финансового краха».

Сообщается, что Берта уехала на автомобиле «Model III Patent Motorwagen» без разрешения своего мужа, хотя она оставила записку, в которой говорилось, что она забирает их двух маленьких сыновей навестить свою мать в Пфорцхайм. Ее путь от их дома в Мангейме составлял около 60 миль. Поездка, которая включала остановки в аптечных магазинах, чтобы купить бензиновый растворитель, необходимый для поддержания работы автомобиля, заняла около 15 часов.Она вернулась домой через три дня.

«Ценность поездки к молодой автомобильной компании, которая со временем станет Mercedes-Benz, трудно точно измерить количественно, но она, несомненно, помогла гарантировать, что к концу века это будет крупнейшая автомобильная компания в мире», завершил статью 2013 года в The Telegraph.

«Путешествие Берты доказало многое, не в последнюю очередь то, что женщина была так же способна обращаться с одним из этих новомодных устройств, как и мужчина», — также отмечалось в статье.«Сегодня вы можете отправиться в Мангейм и повторить ее шаги, следуя указателям на Мемориальный маршрут Берты Бенц».

Согласно Мэри Беллис в своей биографии Карла Бенца в 1903 году, Бенц ушел из Benz & Company после того, как его дизайн устарел из-за изобретений Готтлиба Даймлера. Даймлер (вместе со своим партнером по дизайну Вильгельмом Майбахом) в 1885 году сделал двигатель внутреннего сгорания «шагом вперед и запатентовал то, что обычно считается прототипом современного газового двигателя», — отметил Беллис.

Карл Бенц был членом наблюдательного совета Daimler-Benz AG с 1926 года, когда компания была образована, до своей смерти в 1929 году. Берта Бенц была введена в Зал автомобильной славы в 2016 году как первая женщина-пионер в автомобилестроении. .

В Америке Чарльз Дурье получил первый патент США на бензиновый автомобиль в 1895 году. Год спустя Генри Форд продал свой первый «квадроцикл», создав автомобильную промышленность. На рубеже веков около 8000 транспортных средств ездили по грунтовым дорогам с лошадьми и повозками.В Нью-Йорке общественные работники ежегодно убирают 450 000 тонн конского навоза.

Прочтите о событии ноября 1900 года в Cantankerous Combustion — 1st U.S. Auto Show.

Американское историческое общество нефти и газа хранит историю нефти США. Присоединяйтесь к AOGHS и помогайте поддерживать этот веб-сайт по образованию в области энергетики, расширять исторические исследования и расширять охват общественности. Для получения информации о ежегодном спонсорстве обращайтесь по адресу [email protected] © 2021 Брюс А. Уэллс.

Цитата — Название статьи: «Первая машина, первая поездка.Авторы: Б.А. Уэллс и К. Уэллс. Название веб-сайта: Американское историческое общество нефти и газа. URL: https://aoghs.org/transportation/benz-patents-first-car. Последнее обновление: 25 января 2020 г. Исходная дата публикации: 15 сентября 2015 г.

10 лучших автомобильных изобретений за все время

Большинство, если не все, из самых значительных изобретений, связанных с автомобилем, перечисленных здесь, являются очевидным выбором. Не так очевидно, кто изобрел сам автомобиль.

Это различие обычно сводится к Карлу Бенцу или Готлибу Даймлеру.

Бенц изобрел первый практичный современный автомобиль. В нем использовался бензиновый двигатель внутреннего сгорания, и он работал как современные автомобили.

Daimler был пионером в разработке двигателей внутреннего сгорания и автомобилей. Он изобрел высокоскоростной двигатель, работающий на жидком топливе, который также является основой современных автомобилей.

Но самые важные автомобильные изобретения всех времен выходят за рамки технологии двигателей. Они включают важные факторы безопасности и удобства, благодаря которым автомобиль остается таким же популярным и важным, как никогда в нашей жизни.

Паровоз

Автомобиль в основном начинается здесь.

Паровая машина — это флагманское новшество в автомобилестроении, а также один из самых значительных побочных продуктов промышленной революции. Двигатель использует силу, создаваемую давлением пара, чтобы толкать поршень вперед и назад внутри цилиндра.

В 1698 году Томас Савери запатентовал машину, которая могла эффективно забирать воду из затопленных угольных шахт с помощью давления пара. Четырнадцать лет спустя Томас Ньюкомен спроектировал и установил первый практичный и успешный паровой двигатель.В 1775 году Джеймс Ватт разработал надежный двигатель, который стал усовершенствованием работы Ньюкомена.

Сначала паровые двигатели привели к разработке локомотивов и движителей судов, а затем были усовершенствованы для использования в автомобилях в конце 1800-х годов. Автомобильный двигатель получил дальнейшее развитие, когда его заменил менее дорогой двигатель внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания

Вопреки мнению некоторых, Генри Форд не изобрел двигатель внутреннего сгорания. Фактически, thehenryford.org благодарит Николауса Отто за новаторство начала 1860-х годов, которое сжигало смесь топлива и воздуха. (Некоторые источники говорят, что Этьен Лениор произвел первый надежный экземпляр в 1859 году.)

Эти двигатели, в которых изначально использовался угольный газ, а не бензин, имели большой успех, потому что не нуждались в бойлере или лицензированных операторах. Кроме того, их можно было запустить быстро, без периода ожидания, чтобы поднять пар.

Основным преимуществом двигателя внутреннего сгорания было его превосходное отношение массы к мощности.Это позволило использовать двигатель для привода автомобилей, самолетов, тракторов, подводных лодок и танков. Автомобили заменили железные дороги в качестве основного средства наземного транспорта в 20 веке.

Форд не получал патент на свой двигатель внутреннего сгорания до 1935 года. Его самым историческим достижением была установка первой движущейся сборочной линии для массового производства автомобилей.

АКПП

Точнее, самопереключающаяся трансмиссия, она избавляет водителей от необходимости вручную переключать передачи во время движения автомобиля.Помимо того, что это плюс для людей с ограниченными возможностями, он позволяет чаще управлять автомобилем двумя руками.

История автоматической трансмиссии рассказывает об упущенной возможности для канадца Альфреда Хорнера Манро. Первоначально он разработал его в 1921 году, запатентовал свой дизайн в 1923 году и получил патенты в Великобритании и США в 1924 и 1927 годах соответственно.

В ранней конструкции

Munro использовался сжатый воздух, а не гидравлическая жидкость, как в современных системах. Но найти коммерческое применение своему изобретению он не смог.

В 1932 году бразильские инженеры Хосе Браз Арарипе и Фернандо Лели Лемос разработали версию гидравлической жидкости. Они продали свой дизайн General Motors в 1940 году, и вождение изменилось навсегда.

Каталитический нейтрализатор

Можно утверждать, что с точки зрения пользы человечеству каталитический нейтрализатор является наиболее важным автомобильным изобретением из когда-либо созданных. Он преобразует токсины и другие загрязнители в менее опасные формы, улучшая качество воздуха.

Растущие опасения по поводу экологии в начале 1970-х годов привели к тому, что в 1975 году Агентство по охране окружающей среды разработало более строгие правила по выбросам выхлопных газов.Идея каталитического нейтрализатора принадлежит французскому инженеру Юджину Худри, который беспокоился о смоге и загрязнении воздуха в Лос-Анджелесе.

Его каталитический глушитель был запатентован в 1962 году. Первый серийный нейтрализатор, усовершенствовавший конструкцию Худри, был выпущен в 1973 году.

Антиблокировочная система тормозов

Может быть, нам следовало сохранить этот удивительный самородок для нашей ежемесячной страницы «Изобретательность» в конце журнала: антиблокировочная система тормозов появилась еще в 1908 году, когда Дж. Э. Фрэнсис разработал систему для поездов.Эта концепция была внедрена в аэрокосмической промышленности в 1950-х годах, а затем стала популярной в автомобилях в 1970-х и мотоциклах в 1990-х.

(Первая запатентованная антиблокировочная тормозная система была разработана в 1928 году немецким инженером Карлом Весселем, но рабочий продукт так и не появился.)

В 1971 году компания Chrysler представила «Four-Wheel Sure Brake» — первую управляемую компьютером четырехколесную противоскользящую тормозную систему, которая будет предлагаться на американских автомобилях. Это было стандартное оборудование Империал 1971 года.

Электронный контроль устойчивости, также называемый электронной программой стабилизации или динамическим контролем устойчивости, представляет собой обновленную версию антиблокировочной системы тормозов. Эта компьютеризированная технология повышает устойчивость автомобиля за счет обнаружения и уменьшения потери сцепления с дорогой или заноса.

Подушки безопасности

Первым патентом на это изобретение, спасающее жизнь, была гонка до финиша между американцем Джоном Хетриком (общепризнанным изобретателем) и немецким Вальтером Линдерером в 1951 году.В их системах использовался сжатый воздух, который запускался с помощью пружины, бампера или вручную водителем.

Эта технология получила широкое распространение в 1960-х годах, чему способствовала разработка датчиков столкновения. Некоторые автопроизводители включили их в свои модели 1970-х годов, но подушки безопасности не стали стандартным оборудованием до 1990-х годов.

Даже сегодня взрывная сила срабатывания подушки безопасности может вызвать трение и сильные ожоги, отслоение сетчатки, удушье и даже смерть, особенно у детей.Однако Национальное управление безопасности дорожного движения сообщает, что с 1987 по 2015 годы фронтальные подушки безопасности спасли 44 869 жизней в США.

3-точечный ремень безопасности

Непонятно, кто изобрел двухточечный ремень безопасности. Эдвард Дж. Клагхорн получил первый патент США на что-то вроде ремня безопасности в 1885 году, хотя в заявке на патент он описывает это как не имеющее отношения к автомобилям.

Впоследствии ремни периодически появлялись в автомобилях; некоторые источники предполагают, что они могли использоваться в гонках и самолетах до 1930-х годов.Ясно то, что эти поясные ремни были неполными с точки зрения безопасности, потому что верхняя часть туловища часто летела вперед, незащищенная, при аварии.

Инженер Volvo Нильс Болин сделал ремень безопасности более безопасным, разработав трехточечный ремень, который предназначен для рассеивания энергии торможения во время столкновения через грудную клетку и плечи пассажира. Ремень Болина был представлен Volvo в 1959 году и впервые появился в Volvo PV 544. Позже Volvo открыла патент в интересах безопасности для широкой публики.

По данным NHTSA, ремни безопасности ежегодно спасают около 11 000 жизней.

Мигающий указатель поворота

Попытки показать намерение повернуть приняли множество интересных поворотов. Согласно secondchancegarage.com, Перси Дуглас-Гамильтон подал заявку на патент в 1907 году (получен в 1909 году) на устройство, «указывающее на предполагаемое движение транспортных средств». Фары имели форму рук, чтобы другие водители, привыкшие читать жесты руками, понимали их значение.

В 1914 году звезда немого кино Флоренс Лоуренс разработала механический сигнальный рычаг, но не запатентовала его.(Она также разработала первый сигнал механического тормоза.) Когда водитель нажимал кнопку, на заднем бампере появлялся знак, сообщавший другим, в какую сторону повернуть водитель.

Согласно «Популярной механике» за декабрь 1985 г., Protex Safety Signal Co. представила мигающие указатели поворота в 1920 г. Первый современный указатель поворота был разработан Эдгаром А. Вальцем-младшим, который в 1925 г. получил патент на один и попытался продать его основные производители автомобилей. Их это не заинтересовало, и срок действия патента истек 14 лет спустя.

Первый мигающий электрический указатель поворота был запатентован в 1938 году и устанавливался на Buick.

GPS

GPS произвел революцию в способах навигации почти всех нас. Это не только избавляет от догадок при поиске пункта назначения, но и помогает сделать карты более редкими и ценными!

Система глобального позиционирования

была первоначально разработана правительством США для использования его вооруженными силами. Спущен на воду в 1973 году.

Первая система использовала 24 спутника и была полностью готова к эксплуатации в 1995 году.Роджеру Л. Истону из Военно-морской исследовательской лаборатории, Ивану А. Гребингу из Аэрокосмической корпорации и Брэдфорду Паркинсону из Лаборатории прикладной физики чаще всего приписывают изобретение GPS.

Гражданским лицам разрешено использовать GPS с 1980-х годов, что привело к его более универсальному использованию. Системы теперь интегрированы во многие современные технологии.

Круиз-контроль

Мы оставили, пожалуй, самую интересную капсулу напоследок, которая лежит в основе будущего и, возможно, постоянного тренда.Круиз-контроль был разработан изобретателем и членом Зала автомобильной славы Ральфом Титором, который никогда не водил машину, потому что был полностью слеп.

Теетор задумал круиз-контроль, потому что считал, что неравномерная скорость является важным фактором аварий. Когда он ехал со своим адвокатом в 1940-х годах, он заметил, что адвокат склонен замедляться во время разговора и ускоряться во время вождения.

Система основана на сервомеханизме, который помогает поддерживать скорость автомобиля за счет управления дроссельной заслонкой от водителя.Впервые он был включен в модели США в 1958 году Chrysler Imperial, New Yorker и Windsor. К 1960 году круиз-контроль стал стандартной функцией всех Cadillac. Кроме того, он приобрел популярность как средство экономии топлива во время нефтяного кризиса 1970-х годов.

Радар был добавлен в систему круиз-контроля в начале 2000-х годов — еще одна веха в системе, проложившей путь для автомобилей без водителя.

—Рид Крейджер

История электромобилей

Представленные более 100 лет назад, электромобили сегодня набирают популярность по многим из тех же причин, по которым они были популярны вначале.

Будь то гибрид, подключаемый гибрид или полностью электрический, спрос на автомобили с электроприводом будет продолжать расти, поскольку цены падают, а потребители ищут способы сэкономить деньги на насосе. Согласно отчету Navigant Research, в настоящее время более 3 процентов продаж новых автомобилей во всем мире могут вырасти почти до 7 процентов — или 6,6 миллиона в год — продаж электромобилей к 2020 году.

В связи с растущим интересом к электромобилям мы смотрим, где эта технология была и где она развивается.Отправляйтесь в прошлое вместе с нами, исследуя историю электромобиля.

Рождение электромобиля

Трудно отнести изобретение электромобиля к одному изобретателю или стране. Вместо этого это была серия прорывов — от батареи до электродвигателя — в 1800-х годах, которые привели к появлению первого электромобиля на дороге.

В начале века новаторы в Венгрии, Нидерландах и Соединенных Штатах, в том числе кузнец из Вермонта, начали разрабатывать концепцию автомобиля с батарейным питанием и создали одни из первых небольших электромобилей. легковые автомобили.И хотя британский изобретатель Роберт Андерсон примерно в это же время разработал первый примитивный электромобиль, французские и английские изобретатели построили одни из первых практических электромобилей только во второй половине XIX века.

Здесь, в США, первый успешный электромобиль дебютировал около 1890 года благодаря Уильяму Моррисону, химику, который жил в Де-Мойне, штат Айова. Его шестиместный автомобиль, способный развивать максимальную скорость 14 миль в час, был немногим больше, чем электрифицированный фургон, но он помог пробудить интерес к электромобилям.

В течение следующих нескольких лет в США начали появляться электромобили от различных автопроизводителей. Парк Нью-Йорка даже насчитывал более 60 электрических такси. К 1900 году электромобили достигли своего расцвета, составляя около трети всех транспортных средств на дорогах. В течение следующих 10 лет они продолжали демонстрировать высокие продажи.

Ранний взлет и падение электромобиля

Чтобы понять популярность электромобилей примерно в 1900 году, также важно понимать развитие личного автомобиля и других доступных опций.На рубеже 20-го века лошадь все еще была основным средством передвижения. Но когда американцы стали более зажиточными, они обратились к недавно изобретенному автомобилю — доступному в паровой, бензиновой или электрической версиях — для передвижения.

Пар был проверенным и надежным источником энергии, доказавшим свою надежность для питания заводов и поездов. Некоторые из первых самоходных машин в конце 1700-х годов работали на пару; тем не менее, только в 1870-х годах технология закрепилась в автомобилях.Отчасти это связано с тем, что пар был не очень практичным для личных автомобилей. Паровозам требовалось длительное время запуска — иногда до 45 минут на морозе — и их нужно было доливать водой, что ограничивало их диапазон.

С появлением электромобилей на рынке появился новый тип транспортных средств — автомобили с бензиновым двигателем — благодаря усовершенствованиям двигателя внутреннего сгорания в 1800-х годах. Хотя бензиновые автомобили были многообещающими, они не были лишены недостатков. Для управления ими требовалось много ручного труда — переключение передач было непростой задачей, и их нужно было запускать с помощью рукоятки, что усложняло работу некоторых.К тому же они были шумными, и их выхлоп был неприятным.

Электромобили не имели проблем, связанных с паром или бензином. Они были тихими, удобными в управлении и не выделяли вонючего загрязнителя, как другие автомобили того времени. Электромобили быстро стали популярны у городских жителей, особенно у женщин. Они идеально подходили для коротких поездок по городу, а плохие дорожные условия за пределами города означали, что немногие автомобили любого типа могли отправиться дальше. Поскольку в 1910-е годы все больше людей получили доступ к электричеству, стало легче заряжать электромобили, что повысило их популярность во всех сферах жизни (включая некоторых из «самых известных и выдающихся производителей бензиновых автомобилей», как 1911 New York Times указана статья).

Многие новаторы в то время обратили внимание на высокий спрос на электромобили, изучая способы улучшения технологии. Например, Фердинанд Порше, основатель одноименной компании по производству спортивных автомобилей, в 1898 году разработал электромобиль под названием P1. Примерно в то же время он создал первый в мире гибридный электромобиль — автомобиль, работающий от электричества и газовый двигатель. Томас Эдисон, один из самых плодовитых изобретателей в мире, считал, что электромобили являются передовой технологией, и работал над созданием более совершенной батареи для электромобилей.Даже Генри Форд, друживший с Эдисоном, в 1914 году сотрудничал с Эдисоном, чтобы изучить варианты недорогого электромобиля, согласно Wired .

Тем не менее, именно серийная модель T Генри Форда нанесла удар по электромобилю. Представленная в 1908 году модель T сделала автомобили с бензиновым двигателем широко доступными и доступными. К 1912 году бензиновый автомобиль стоил всего 650 долларов, а электрический родстер продавался за 1750 долларов. В том же году Чарльз Кеттеринг представил электрический стартер, избавив от необходимости использовать ручную рукоятку и способствуя увеличению продаж автомобилей с бензиновым двигателем.

Другие события также способствовали упадку электромобилей. К 1920-м годам в США была лучшая система дорог, соединяющих города, и американцы хотели выбраться и исследовать территорию. С открытием техасской сырой нефти газ стал дешевым и легкодоступным для сельских жителей Америки, и по всей стране начали появляться заправочные станции. Для сравнения: в то время очень немногие американцы за пределами городов имели электричество. В конце концов, к 1935 году электромобили практически исчезли.

Нехватка газа пробуждает интерес к электромобилям

В течение следующих 30 лет или около того электромобили вступили в своего рода темные века с небольшим прогрессом в технологиях. Дешевый бензин в больших количествах и постоянное совершенствование двигателей внутреннего сгорания сдерживали спрос на автомобили, работающие на альтернативном топливе.

Перенесемся в конец 1960-х — начало 1970-х годов. Стремительный рост цен на нефть и нехватка бензина, пик которых наступил после арабского нефтяного эмбарго 1973 года, вызвали растущий интерес к снижению U.Зависимость С. от иностранной нефти и поиск местных источников топлива. Конгресс принял к сведению и принял Закон об исследованиях, разработках и демонстрациях электрических и гибридных транспортных средств от 1976 года, уполномочивающий Министерство энергетики поддерживать исследования и разработки в области электрических и гибридных транспортных средств.

Примерно в то же время многие крупные и мелкие автопроизводители начали изучать варианты транспортных средств, работающих на альтернативном топливе, включая электромобили. Например, General Motors разработала прототип городского электромобиля, который был показан на Первом симпозиуме Агентства по охране окружающей среды по разработке энергосистем с низким уровнем загрязнения в 1973 году, а American Motor Company произвела электрические джипы, которые Почтовая служба США использовала в Программа испытаний 1975 года.Даже НАСА помогло поднять популярность электромобиля, когда его электрический луноход стал первым пилотируемым транспортным средством, совершившим поездку на Луну в 1971 году.

Тем не менее, автомобили, разработанные и произведенные в 1970-х годах, все еще имели недостатки по сравнению с автомобилями с бензиновым двигателем. . Электромобили в то время имели ограниченную производительность — обычно достигая максимальной скорости 45 миль в час — а их типичный диапазон был ограничен 40 милями, прежде чем их нужно было перезарядить.

Забота об окружающей среде двигает электромобили вперед

Снова перенесемся вперед — на этот раз в 1990-е годы.За 20 лет после длинных газопроводов 1970-х годов интерес к электромобилям в основном угас. Но новые правила на федеральном уровне и уровне штата начинают менять положение вещей. Принятие поправки к Закону о чистом воздухе 1990 года и Закона об энергетической политике 1992 года, а также новых правил выбросов при транспортных средствах, выпущенных Калифорнийским советом по воздушным ресурсам, помогли возобновить интерес к электромобилям в США.

преобразование некоторых из своих популярных моделей автомобилей в электромобили.Это означало, что электромобили теперь достигли скорости и производительности намного ближе к автомобилям с бензиновым двигателем, и многие из них имели запас хода в 60 миль.

Одним из самых известных электромобилей того времени был GM EV1, автомобиль, который широко показан в документальном фильме 2006 года « Кто убил электромобиль?». Вместо модификации существующего автомобиля GM спроектировала и разработала EV1 с нуля. Благодаря дальности действия 80 миль и способности ускоряться от 0 до 50 миль в час всего за семь секунд, EV1 быстро стал культовым.Но из-за высоких производственных затрат EV1 никогда не был коммерчески жизнеспособным, и GM прекратила его производство в 2001 году.

В условиях быстро развивающейся экономики, роста среднего класса и низких цен на газ в конце 1990-х годов многие потребители не беспокоились о топливе. эффективные автомобили. Несмотря на то, что в то время электромобили не привлекали особого внимания общественности, за кулисами ученые и инженеры при поддержке Министерства энергетики работали над улучшением технологий электромобилей, включая аккумуляторы.

Новое начало для электромобилей

В то время как все запуски и остановки индустрии электромобилей во второй половине 20-го века помогли показать миру перспективность технологии, настоящего возрождения электромобилей не произошло. примерно до начала 21 века. В зависимости от того, кого вы спросите, это было одно из двух событий, которые вызвали интерес, который мы наблюдаем сегодня к электромобилям.

Первым поворотным моментом, который многие предложили, было введение Toyota Prius.Выпущенный в Японии в 1997 году, Prius стал первым в мире серийным гибридным электромобилем. В 2000 году Prius был выпущен во всем мире и сразу же стал популярным среди знаменитостей, что помогло поднять престиж автомобиля. Чтобы воплотить Prius в реальность, Toyota использовала никель-металлогидридную батарею — технология, которая была поддержана исследованиями Министерства энергетики. С тех пор рост цен на бензин и растущее беспокойство по поводу загрязнения углеродом помогли сделать Prius самым продаваемым гибридом во всем мире за последнее десятилетие.

(Историческая сноска: до того, как Prius мог быть представлен в США, Honda выпустила гибрид Insight в 1999 году, что сделало его первым гибридом, продаваемым в США с начала 1900-х годов.)

Другим событием, которое помогло изменить форму электромобилей, было объявление в 2006 году о том, что небольшой стартап из Кремниевой долины, Tesla Motors, начнет производство роскошных спортивных электромобилей, способных проехать более 200 миль без подзарядки. В 2010 году Tesla получила ссуду в размере 465 миллионов долларов от Управления кредитных программ Министерства энергетики — ссуду, которую Tesla выплатила на целых девять лет раньше, — для открытия производственного предприятия в Калифорнии.За короткое время с тех пор Tesla завоевала широкую известность благодаря своим автомобилям и стала крупнейшим работодателем в автомобильной промышленности в Калифорнии.

Объявление Tesla и последующий успех побудили многих крупных автопроизводителей ускорить работу над собственными электромобилями. В конце 2010 года на рынок США были выпущены Chevy Volt и Nissan LEAF. Первый коммерчески доступный подключаемый гибрид, Volt имеет бензиновый двигатель, который дополняет его электрический привод, когда батарея разряжена, позволяя потребителям ездить на электричестве в большинстве поездок и на бензине для увеличения запаса хода автомобиля.Для сравнения, LEAF — это полностью электрический автомобиль (часто называемый аккумуляторно-электрическим транспортным средством, электромобилем или просто электромобилем для краткости), что означает, что он питается только от электродвигателя.

В течение следующих нескольких лет другие автопроизводители начали выпуск электромобилей в США; тем не менее, потребители по-прежнему сталкивались с одной из первых проблем электромобилей — где заряжать свои автомобили на ходу. В соответствии с Законом о восстановлении министерство энергетики инвестировало более 115 миллионов долларов в создание общенациональной инфраструктуры зарядки, установив более 18 000 бытовых, коммерческих и общественных зарядных устройств по всей стране.Автопроизводители и другие частные компании также установили свои собственные зарядные устройства в ключевых точках США, в результате чего сегодня общее количество зарядных устройств для электромобилей в более чем 8000 различных местах с более чем 20000 розеток для зарядки.

В то же время новая технология аккумуляторов, поддерживаемая отделом автомобильных технологий Министерства энергетики, начала выходить на рынок, помогая улучшить диапазон подключаемых электромобилей. В дополнение к технологии аккумуляторов почти для всех гибридов первого поколения, исследования Департамента также помогли разработать технологию литий-ионных аккумуляторов, используемых в Volt.Совсем недавно инвестиции Департамента в исследования и разработки аккумуляторных батарей помогли сократить расходы на аккумуляторные батареи для электромобилей на 50 процентов за последние четыре года, одновременно улучшив характеристики автомобильных аккумуляторов (то есть их мощность, энергию и долговечность). Это, в свою очередь, помогло снизить стоимость электромобилей, сделав их более доступными для потребителей.

Теперь у потребителей больше возможностей, чем когда-либо, когда дело доходит до покупки электромобиля. Сегодня доступно 23 модели с подзарядкой от электросети и 36 гибридных моделей различных размеров — от двухместного Smart ED до среднеразмерного Ford C-Max Energi и роскошного внедорожника BMW i3.Поскольку цены на бензин продолжают расти, а цены на электромобили продолжают падать, электромобили становятся все более популярными — сегодня в США на дорогах находятся более 234000 электромобилей и 3,3 миллиона гибридов.

Электромобили будущего

Трудно сказать, где будущее приведет электромобили, но ясно, что они обладают большим потенциалом для создания более устойчивого будущего. Если мы переведем все легковые автомобили в СШАпереходя на гибриды или подключаемые к электросети электромобили, используя нашу нынешнюю комбинацию технологий, мы могли бы снизить нашу зависимость от иностранной нефти на 30-60 процентов, одновременно снизив углеродное загрязнение от транспортного сектора на целых 20 процентов.

Чтобы помочь достичь этой экономии выбросов, в 2012 году президент Обама запустил EV Everywhere Grand Challenge — инициативу Министерства энергетики, объединяющую лучших и самых талантливых ученых, инженеров и представителей бизнеса Америки, чтобы сделать подключаемые к сети электромобили более доступными, чем сегодняшний бензин к 2022 году.Что касается аккумуляторов, Объединенный центр исследований накопителей энергии при Аргоннской национальной лаборатории работает над преодолением самых серьезных научных и технических барьеров, препятствующих крупномасштабному усовершенствованию аккумуляторов.

А Энергетическое агентство по перспективным исследовательским проектам (ARPA-E) продвигает революционные технологии, которые могут изменить наше представление об электромобилях. От инвестиций в новые типы аккумуляторов, которые могут работать дальше от одной зарядки, до экономически эффективных альтернатив материалам, важным для электродвигателей, проекты ARPA-E могут преобразовать электромобили.

В конце концов, только время покажет, какие дорожные электромобили возьмут на себя в будущем.

В чем разница?

  • Гибридный электромобиль (или сокращенно HEV) — это транспортное средство без возможности подключения, но имеющее систему электропривода и аккумулятор. Его движущая энергия поступает только из жидкого топлива. Узнайте об истории гибрида — от первого в мире до самого продаваемого в мире.
  • Подключаемый гибридный электромобиль (также называемый PHEV) — это транспортное средство с возможностью подключения к сети, которое может использовать энергию для движения либо от своей батареи, либо от жидкого топлива.Прочтите о первом коммерчески доступном подключаемом гибриде.
  • Полностью электрическое транспортное средство (часто называемое аккумуляторно-электрическим транспортным средством, электромобилем или для краткости электромобилем или AEV) — это транспортное средство, которое полностью получает энергию для движения от своей батареи и должно быть подключено к сети для подзарядки . Изучите эволюцию электромобиля, охватывая все, от его ранней популярности до средневековья и до его возрождения сегодня.
  • Подключаемый к электросети электромобиль (или PEV) — это любое транспортное средство, которое может быть подключено к электросети (либо подзаряжаемый гибрид, либо полностью электрический автомобиль).

Ваш электронный адрес не будет опубликован.