Zanimljivosti o motorima s unutarnjim izgaranjem. Zanimljive činjenice o vječnom kretanju
Perpetuum mobile (ili Perpetuum mobile) je zamišljeni stroj koji, jednom kada se pokrene, sam ostaje u tom stanju onoliko dugo koliko je potrebno, dok obavlja koristan rad (učinkovitost veća od 100%). Tijekom cijele povijesti najbolji umovičovječanstvo pokušava generirati takav uređaj, no i na početku 21. stoljeća perpetuum mobile je samo znanstveni projekt.
Početak povijesti zanimanja za koncept vječnog gibanja može se pratiti unazad do grčke filozofije. Stari Grci bili su doslovno fascinirani krugom i vjerovali su da se i nebeska tijela i ljudske duše kreću kružnim putanjama. Međutim, nebeska tijela se kreću u savršenim krugovima i stoga je njihovo kretanje vječno, ali čovjek ne može “trasirati početak i kraj svog puta” i zbog toga je osuđen na smrt. OKO nebeska tijela, čije bi kretanje bilo uistinu kružno, Aristotel (384. - 322. pr. Kr., najveći filozof stare Grčke, Platonov učenik, odgajatelj Aleksandra Velikog) rekao je da ona ne mogu biti ni teška ni laka, budući da ta tijela “nisu sposobni približiti se središtu ili udaljiti se od njega na prirodan ili prisilan način.” Ovaj zaključak doveo je filozofa do glavnog zaključka da je kretanje kozmosa mjera svih drugih kretanja, budući da je samo ono stalno, nepromjenjivo, vječno.
Augustin Blaženi Aurelije (354. - 430.), kršćanski teolog i crkveni vođa, također je u svojim spisima opisao neobičnu svjetiljku u Venerinom hramu koja je isijavala vječnu svjetlost. Njezin je plamen bio moćan i jak i nisu ga mogli ugasiti kiša i vjetar, unatoč činjenici da se ova svjetiljka nikada nije punila uljem. Ovaj uređaj se, prema opisu, može smatrati i nekom vrstom perpetuum mobile, budući da je djelovanje - vječno svjetlo - imalo neograničeno vrijeme. konstantne karakteristike. Kronike također sadrže podatak da je 1345. godine slična svjetiljka pronađena na grobu Ciceronove (slavnog starorimskog vladara i filozofa) kćeri Tulije, a legende tvrde da je emitirala svjetlost bez prekida oko tisuću i pol godina.
Međutim, već prvi spomen perpetum mobile stroj datira oko 1150. Indijski pjesnik, matematičar i astronom Bhaskara u svojoj pjesmi opisuje neobičan kotač s dugim, uskim posudama pričvršćenim dijagonalno duž ruba, dopola ispunjenim živom. Znanstvenik obrazlaže princip rada uređaja na razlici u razlikama u momentima gravitacije koje stvara tekućina koja se kreće u posudama postavljenim na obodu kotača.
Već oko 1200. godine u arapskim kronikama pojavili su se nacrti za perpetuum mobile. Unatoč činjenici da su arapski inženjeri koristili vlastite kombinacije osnovnih konstrukcijskih elemenata, glavni dio njihovih uređaja ostao je veliki kotač koji se okretao oko vodoravne osi, a princip rada bio je sličan radu indijskog znanstvenika.
U Europi su se prvi nacrti strojeva za perpetuum mobile pojavili istodobno s uvođenjem u uporabu arapskih (indijskog podrijetla) brojeva, tj. početkom 13. stoljeća. Prvim europskim autorom ideje o perpetuum mobileu smatra se srednjovjekovni francuski arhitekt i inženjer Villar d'Honnecourt, poznat kao graditelj katedrala i tvorac niza zanimljivih strojeva i mehanizama. da je princip rada Villarovog stroja sličan shemama koje su ranije predložili arapski znanstvenici, razlika je u tome što umjesto posuda sa živom ili zglobnih drvenih poluga, Villar postavlja 7 malih čekića po obodu svog kotača. Kao graditelj katedrala , nije mogao ne primijetiti na njihovim tornjevima strukturu bubnjeva s čekićima pričvršćenim na njih, koji su postupno zamijenjeni u Europi zvonima Upravo je princip rada takvih čekića i vibracije bubnjeva pri naginjanju utega potaknulo Villara na razmišljanje o korištenju sličnih željeznih čekića, postavljajući ih po obodu kotača svog vječnog stroja za kretanje.
Francuski znanstvenik Pierre de Maricourt, koji se u to vrijeme bavio eksperimentima s magnetizmom i proučavanjem svojstava magneta, četvrt stoljeća nakon pojave Villarovog projekta, predložio je drugačiju shemu za perpetum mobile, koja se temeljila na upotrebi praktički nepoznatih magnetskih sila u to vrijeme. Shematski dijagram njegov perpetuum mobile više je sličio dijagramu perpetualnog kozmičkog gibanja. Pierre de Maricourt objasnio je pojavu magnetskih sila božanskom intervencijom i stoga je smatrao da su "nebeski polovi" izvori tih sila. No, nije poricao činjenicu da se magnetske sile uvijek manifestiraju tamo gdje je u blizini magnetska željezna ruda, pa je Pierre de Maricourt taj odnos objasnio činjenicom da ovim mineralom upravljaju tajne nebeske sile i utjelovljuje sve one mistične sile i sposobnosti koje pomoći mu da provodi kontinuirano kružno kretanje u našim zemaljskim uvjetima.
Poznati inženjeri renesanse, među kojima slavni Mariano di Jacopo, Francesco di Martini i Leonardo da Vinci, također su se zanimali za problem perpetualnog gibanja, ali niti jedan projekt nije dobio potvrdu u praksi. U 17. stoljeću izvjesni Johann Ernst Elias Bessler tvrdio je da je izumio perpetum mobile i bio je spreman prodati ideju za 2.000.000 talira. Svoje je riječi potvrdio javnim demonstracijama prototipova koji rade. Najdojmljivija demonstracija Besslerovog izuma dogodila se 17. studenog 1717. godine. Pušten je u pogon perpetuum mobile promjera osovine većeg od 3,5 m. Istoga dana soba u kojoj se nalazio zaključana je, a otvorena je tek 4. siječnja 1718. godine. Motor je još radio: kotač se vrtio istom brzinom kao prije mjesec i pol. Sluškinja je ukaljala izumiteljev ugled izjavivši da znanstvenik obmanjuje obične ljude. Nakon ovog skandala, apsolutno svi su izgubili interes za Besslerove izume i znanstvenik je umro u siromaštvu, ali je prije toga uništio sve crteže i prototipove. U ovom trenutku principi rada Besslerovih motora nisu točno poznati.
A 1775. Pariška akademija znanosti - najviši znanstveni sud u to vrijeme Zapadna Europa- izjasnio se protiv neutemeljene vjere u mogućnost stvaranja perpetuum mobile i odlučio više ne razmatrati prijave za patentiranje ovog uređaja.
Dakle, unatoč pojavi sve više i više nevjerojatnih, ali se ne potvrđuju u stvaran život, projekti perpetuum mobile, u ljudskoj mašti još uvijek ostaje samo jalova ideja i dokaz kako uzaludnog truda brojnih znanstvenika i inženjera različitih epoha, tako i njihove nevjerojatne domišljatosti...
Motor unutarnje izgaranje radi na temelju širenja plinova, koji se zagrijavaju kada se klip kreće od vrh mrtav pokazuje na donju mrtvu točku. Plinovi se zagrijavaju izgaranjem goriva pomiješanog sa zrakom u cilindru. Dakle, temperatura tlaka i plina brzo raste.
Poznato je da je tlak klipa sličan atmosferskom tlaku. U cilindru je, naprotiv, tlak veći. Upravo zbog toga se smanjuje pritisak klipa, što dovodi do širenja plinova, čime se obavlja koristan rad.U odgovarajućem dijelu naše web stranice možete pronaći članak. Za stvaranje mehaničke energije cilindar motora mora biti stalno opskrbljen zrakom, u koji će strujati gorivo kroz mlaznicu, a zrak kroz usisni ventil. Naravno, zrak može ući zajedno s gorivom, na primjer kroz ulazni ventil. Kroz njega izlaze svi produkti koji nastaju izgaranjem. Sve se to događa na temelju distribucije plina, jer je plin odgovoran za otvaranje i zatvaranje ventila.
Radni ciklus motora
Potrebno je posebno istaknuti radni ciklus motora, koji je sekvencijalan, ponavljajući proces. Javljaju se u svakom cilindru. Osim toga, o njima ovisi prijelaz toplinske energije u mehanički rad. Važno je napomenuti da svaka vrsta prijevoza funkcionira prema svojoj specifičnoj vrsti. Na primjer, radni ciklus može se završiti u 2 hoda klipa. U ovom slučaju, motor se naziva dvotaktni. Kada je riječ o automobilima, većina njih ima četverotaktne motore jer se njihov ciklus sastoji od usisa, kompresije plina, ekspanzije ili takta plina i ispuha. Sva četiri stupnja igraju veliku ulogu u radu motora.
Ulaz
U ovoj fazi, ispušni ventil je zatvoren, a usisni ventil, naprotiv, otvoren. U početnoj fazi se pravi prvi poluokret koljenasto vratilo motora, što rezultira pomicanjem od gornje mrtve točke do donje mrtve točke. Nakon toga u cilindru nastaje vakuum, a kroz ulazni plinovod u njega ulazi zrak zajedno s benzinom, koji je zapaljiva smjesa, koja se zatim miješa s plinovima. Tako motor počinje raditi.
Kompresija
Nakon što je cilindar potpuno ispunjen zapaljivom smjesom, klip se počinje postupno kretati od gornje mrtve točke do donje mrtve točke. Ventili su još zatvoreni u ovom trenutku. U ovoj fazi tlak i temperatura radne smjese postaju viši.
Radni hod, odnosno ekspanzija
Dok se klip nastavlja kretati od gornje mrtve točke do donje mrtve točke, nakon stupnja kompresije, električna iskra zapali radnu smjesu, koja se odmah gasi. Tako se odmah povećava temperatura i tlak plinova u cilindru. Tijekom radnog takta obavlja se koristan rad. U ovoj fazi otvara se ispušni ventil, što dovodi do smanjenja temperature i tlaka.
Otpuštanje
Na četvrtom poluokretu, klip se pomiče od gornje mrtve točke do donje mrtve točke. Dakle, kroz otvoreni ispušni ventil svi produkti izgaranja izlaze iz cilindra, koji zatim ulaze u atmosferski zrak.
Princip rada 4-taktnog dizel motora
Ulaz
Zrak ulazi u cilindar kroz usisni ventil koji je otvoren. Što se tiče kretanja od gornje mrtve točke do donje mrtve točke, ono se formira uz pomoć vakuuma, koji ide zajedno sa zrakom iz pročistača zraka u cilindar. U ovoj fazi se smanjuju tlak i temperatura.
Kompresija
U drugom poluokretu, usisni i ispušni ventili su zatvoreni. Od BDC do GMT, klip se nastavlja kretati i postupno komprimira zrak koji je nedavno ušao u šupljinu cilindra. U odgovarajućem odjeljku naše web stranice možete pronaći članak o. U dizel verzija motor, gorivo se zapali kada je temperatura komprimiranog zraka viša od temperature goriva, koje se može spontano zapaliti. Dizel gorivo dolazi uz pomoć Pumpa za gorivo i prolazi mlaznicu.
Radni hod, odnosno ekspanzija
Nakon procesa kompresije, gorivo se počinje miješati sa zagrijanim zrakom i tako se zapali. Tijekom trećeg poluokreta tlak i temperatura rastu, što rezultira izgaranjem. Zatim, kako se klip kreće od gornje mrtve točke do donje mrtve točke, tlak i temperatura značajno padaju.
Otpuštanje
U ovoj završnoj fazi iz cilindra se istiskuju ispušni plinovi koji kroz otvorenu ispušnu cijev ulaze u atmosferu. Temperatura i tlak osjetno padaju. Nakon toga, radni ciklus radi sve isto.
Kako radi dvotaktni motor?
Dvotaktni motor ima drugačiji princip rada od četverotaktnog motora. U tom slučaju zapaljiva smjesa i zrak ulaze u cilindar na početku kompresijskog takta. Osim toga, ispušni plinovi izlaze iz cilindra na kraju takta ekspanzije. Vrijedno je napomenuti da se svi procesi odvijaju bez kretanja klipova, kao što je to učinjeno s četverotaktnim motorom. Dvotaktni motor karakterizira proces koji se naziva pročišćavanje. To jest, u ovom slučaju, svi proizvodi izgaranja uklanjaju se iz cilindra pomoću protoka zraka ili zapaljive smjese. Motor ove vrste nužno je opremljen pumpom za pročišćavanje i kompresorom.
Gurni povuci karburatorski motor s pročišćavanjem komore radilice razlikuje se od prethodnog tipa po svom jedinstvenom radu. Vrijedno je napomenuti da dvotaktni motor nema ventile, jer su u tom smislu zamijenjeni klipovima. Dakle, prilikom kretanja klip zatvara ulaz i izlaz, kao i prozore za pražnjenje. Uz pomoć otvora za pročišćavanje, cilindar je u interakciji s kućištem radilice, odnosno komorom radilice, kao i ulaznim i izlaznim cjevovodima. Što se tiče radnog ciklusa, motori ove vrste podijeljeni su u dva takta, kao što se može pretpostaviti iz naziva.
Kompresija
U ovoj fazi, klip se kreće od donje mrtve točke do gornje mrtve točke. Istodobno, djelomično zatvara prozore za pročišćavanje i ispuh. Tako se u trenutku zatvaranja u cilindru komprimira benzin i zrak. U tom trenutku nastaje vakuum, što dovodi do protoka zapaljive smjese iz rasplinjača u komoru radilice.
Radni udar
Što se tiče rada dvotaktnog dizelskog motora, princip rada je malo drugačiji. U ovom slučaju u cilindar prvo ne ulazi zapaljiva smjesa, već zrak. Nakon toga, tamo se lagano raspršuje gorivo. Ako su brzina vrtnje osovine i veličina cilindra dizelske jedinice jednaki, tada će, s jedne strane, snaga takvog motora premašiti snagu četverotaktnog. Međutim, ovaj rezultat nije uvijek vidljiv. Dakle, zbog lošeg oslobađanja cilindra od zaostalih plinova i nepotpunog iskorištenja klipa, snaga motora u najboljem slučaju ne prelazi 65%.
Klipni motor s unutarnjim izgaranjem poznat je više od jednog stoljeća, a gotovo isto toliko, točnije od 1886. godine, koristi se u automobilima. Temeljno rješenje za ovu vrstu motora pronašli su njemački inženjeri E. Langen i N. Otto 1867. godine. Pokazalo se prilično uspješnim kako bi se osiguralo ovaj tip motori ima vodeću poziciju koja se zadržala u automobilskoj industriji do danas. Međutim, izumitelji u mnogim zemljama neumorno su nastojali izgraditi drugačiji motor, sposoban za tehnički indikatori nadmašiti klipni motor s unutarnjim izgaranjem. Koji su to pokazatelji? Prije svega, to je takozvani efektivni koeficijent korisna radnja(učinkovitost), koja karakterizira koliko se topline sadržane u potrošenom gorivu pretvara u mehanički rad. Učinkovitost za dizel motor s unutarnjim izgaranjem je 0,39, a za motor s rasplinjačem 0,31. Drugim riječima, efektivna učinkovitost karakterizira učinkovitost motora. Ništa manje značajni nisu ni specifični pokazatelji: specifična zauzeta zapremina (hp/m3) i specifična težina (kg/hp), koji ukazuju na kompaktnost i lakoću dizajna. Jednako je važna sposobnost motora da se prilagodi različitim opterećenjima, kao i složenost izrade, jednostavnost uređaja, razina buke i sadržaj otrovnih tvari u produktima izgaranja. Pred svima pozitivni aspekti Razdoblje od početka teorijskog razvoja do uvođenja u serijsku proizvodnju katkada traje vrlo dugo za jedan ili drugi koncept elektrane. Tako je kreatoru rotacijskog klipnog motora, njemačkom izumitelju F. Wankelu, trebalo 30 godina, unatoč kontinuiranom radu, da svoju jedinicu dovede do industrijskog dizajna. Prikladno je reći da je za njegovu provedbu bilo potrebno gotovo 30 godina dizelski motor na serijskom automobilu (Benz, 1923.). Ali nije tehnički konzervativizam bio uzrok tako dugog kašnjenja, već potreba da se iscrpno razradi novi dizajn, odnosno stvoriti potrebne materijale i tehnologiju za mogućnost njegove masovne proizvodnje. Ova stranica sadrži opis nekih vrsta nekonvencionalnih motora, koji su dokazali svoju održivost u praksi. Klipni motor s unutarnjim izgaranjem ima jedan od najznačajnijih nedostataka - prilično je masivan koljenasti mehanizam, jer je njegov rad povezan s glavnim gubicima trenja. Već početkom našeg stoljeća pokušalo se riješiti takvog mehanizma. Od tada su predloženi mnogi genijalni dizajni koji pretvaraju recipročno gibanje klipa u rotacijsko kretanje osovina ovog dizajna.
S. Balandin vezni bezpolinski motor
Pretvorba povratnog gibanja skupina klipa Rotacijsko kretanje izvodi se mehanizmom koji se temelji na kinematici "precizne ravne linije". To jest, dva klipa su kruto povezana šipkom koja djeluje na njih koljenasto vratilo, rotirajući s prstenastim zupčanicima u polugama. Uspješno rješenje problema pronašao je sovjetski inženjer S. Balandin. U 40-im i 50-im godinama dizajnirao je i izradio nekoliko uzoraka zrakoplovnih motora, gdje šipka koja je povezivala klipove s mehanizmom za pretvaranje nije činila kutne ljuljačke. Takav dizajn bez ručice, iako je bio nešto složeniji od mehanizma, zauzimao je manji volumen i pružao manje gubitke trenja. Valja napomenuti da je motor sličnog dizajna testiran u Engleskoj u kasnim dvadesetim godinama. Ali zasluga S. Balandina je što je razmatrao nove mogućnosti transformacijskog mehanizma bez klipnjače. Budući da se šipka u takvom motoru ne njiše u odnosu na klip, tada je također moguće pričvrstiti komoru za izgaranje s druge strane klipa sa strukturno jednostavnom brtvom za šipku koja prolazi kroz njegov poklopac.
F. Wankel rotacijski klipni motor
Ima trokutasti rotor koji izvodi planetarno gibanje oko ekscentrične osovine. Promjenjivi volumen triju šupljina koje čine stijenke rotora i unutarnje šupljine kućišta radilice omogućuje radni ciklus toplotna mašina uz širenje plinova. Od 1964. god proizvodnih automobila, u koji su ugrađeni rotacijski klipni motori, funkciju klipa obavlja trokutasti rotor. Kretanje rotora u odnosu na ekscentrično vratilo potrebno u kućištu osigurava mehanizam za usklađivanje planetarnih zupčanika (vidi sliku). Takav motor, jednake snage kao i klipni, kompaktniji je (ima 30% manji volumen), 10-15% lakši, ima manje dijelova i bolje je uravnotežen. Ali u isto vrijeme bio je inferioran u odnosu na klipni motor u pogledu izdržljivosti, pouzdanosti brtvila radnih šupljina, trošio je više goriva, a njegovi ispušni plinovi sadržavali su više otrovnih tvari. No, nakon mnogo godina finog podešavanja, ti su nedostaci otklonjeni. Međutim, masovna proizvodnja automobila s rotacijskim klipnim motorima danas je ograničena. Osim dizajna F. Wankela, poznate su brojne izvedbe rotacijskih klipnih motora drugih izumitelja (E. Cauertz, G. Bradshaw, R. Seyrich, G. Ruzicki i dr.). Međutim, objektivni razlozi nisu im dali priliku da napuste eksperimentalnu pozornicu - često zbog nedovoljnih tehničkih zasluga.
Plinska dvoosovinska turbina
Iz komore za izgaranje plinovi teku prema dva rotora turbine, svaki spojen na neovisne osovine. Centrifugalni kompresor pokreće desni kotač, a snaga se preuzima s lijevog kotača i šalje na kotače automobila. Zrak koji pumpa ulazi u komoru za izgaranje prolazeći kroz izmjenjivač topline, gdje se zagrijava ispušnim plinovima. plinska turbina točka napajanja uz istu snagu, kompaktniji je i lakši od klipnog motora s unutarnjim izgaranjem, a također je i dobro uravnotežen. Ispušni plinovi također su manje otrovni. Zbog osobitosti svojih vučnih karakteristika, plinska turbina može se koristiti u automobilu bez mjenjača. Tehnologija proizvodnje plinskih turbina odavno je svladana u zrakoplovnoj industriji. Iz kojeg razloga, s obzirom na eksperimente s plinskim turbinama koji traju više od 30 godina, oni ne idu u masovnu proizvodnju? Glavni razlog je niska učinkovitost i niska učinkovitost u usporedbi s klipnim motorima s unutarnjim izgaranjem. Također, plinskoturbinski motori su prilično skupi za proizvodnju, pa se trenutno nalaze samo na eksperimentalnim vozilima.Parni klipni stroj
Para se naizmjenično dovodi na dvije suprotne strane klipa. Njegov dovod regulira se kalemom koji klizi preko cilindra u kutiji za razvod pare. U cilindru je klipnjača zabrtvljena čahurom i povezana s prilično masivnim mehanizmom križne glave, koji pretvara svoje recipročno gibanje u rotacijsko gibanje.R. Stirlingov motor. Motor s vanjskim izgaranjem
Dva klipa (donji - radni, gornji - pomak) su spojeni na koljenasti mehanizam koncentrične šipke. Plin koji se nalazi u šupljinama iznad i ispod potisnog klipa, naizmjenično zagrijavan plamenikom u glavi cilindra, prolazi kroz izmjenjivač topline, hladnjak i natrag. Cikličku promjenu temperature plina prati promjena volumena i, sukladno tome, učinak na kretanje klipova. Slični motori radili su na loživo ulje, drvo i ugljen. Njihove prednosti uključuju izdržljivost, glatki rad, izvrstan karakteristike vuče, što vam omogućuje da uopće ne koristite mjenjač. Glavni nedostaci: impresivna masa agregata i niska učinkovitost. Eksperimentalni razvoj posljednjih godina (na primjer, američki B. Lear i drugi) omogućio je projektiranje jedinica zatvorenog ciklusa (s potpunom kondenzacijom vode), odabir sastava tekućina koje tvore paru s pokazateljima povoljnijim od vode. Međutim, niti jedna tvornica se posljednjih godina nije usudila masovno proizvoditi automobile s parnim motorima. Motor na vrući zrak, čiju je ideju predložio R. Stirling još 1816. godine, pripada motorima vanjsko izgaranje. U njemu je radni fluid helij ili vodik, pod pritiskom, naizmjenično hlađen i zagrijavan. Takav je motor (vidi sliku) načelno jednostavan, ima manju potrošnju goriva od klipnih motora s unutarnjim izgaranjem, a tijekom rada ne ispušta plinove koji su štetne tvari, a također ima visoku efektivnu učinkovitost od 0,38. Međutim, uvođenje R. Stirlingovog motora u masovnu proizvodnju otežano je ozbiljnim poteškoćama. Težak je i vrlo glomazan, sporo se okreće u usporedbi s klipnim motorom s unutarnjim izgaranjem. Štoviše, tehnički je teško osigurati pouzdano brtvljenje radnih šupljina. Među netradicionalnim motorima ističe se keramički, koji se strukturno ne razlikuje od tradicionalnih četverotaktnih motora. klipni motor unutarnje izgaranje. Samo njegovi najvažniji dijelovi izrađeni su od keramičkog materijala, koji može izdržati temperature 1,5 puta više od metala. U skladu s tim, keramički motor ne zahtijeva sustav hlađenja i stoga nema gubitaka topline povezanih s njegovim radom. To omogućuje projektiranje motora koji će raditi na tzv. adijabatskom ciklusu, što obećava značajno smanjenje potrošnje goriva. U međuvremenu, sličan posao obavljaju američki i japanski stručnjaci, ali još nisu napustili fazu traženja rješenja. Iako još uvijek ne manjka eksperimenata s raznim netradicionalnim motorima, dominantna pozicija u automobilima, kao što je gore navedeno, ostaje i, možda će ostati još dugo. četverotaktni motor unutarnje izgaranje.Razvoj prvog motora s unutarnjim izgaranjem trajao je gotovo dva stoljeća, dok vozači nisu mogli prepoznati prototipove moderni motori. Sve je počelo s plinom, a ne s benzinom. Među ljudima koji su imali prste u povijesti stvaranja su Otto, Benz, Maybach, Ford i drugi. No najnovija znanstvena otkrića preokrenula su cijeli automobilski svijet, budući da se otac prvog prototipa smatrao pogrešnom osobom.
Leonardo je i tu imao ruku
Sve do 2016. François Isaac de Rivaz smatran je utemeljiteljem prvog motora s unutarnjim izgaranjem. No povijesno otkriće engleskih znanstvenika okrenulo je cijeli svijet naglavačke. Tijekom iskapanja u blizini jednog od francuskih samostana pronađeni su crteži koji su pripadali Leonardu da Vinciju. Među njima je bio i crtež motora s unutarnjim izgaranjem.
Naravno, ako pogledate prve motore koje su stvorili Otto i Daimler, možete pronaći sličnosti dizajna, ali oni više ne postoje s modernim agregatima.
Legendarni da Vinci bio je ispred svog vremena gotovo 500 godina, ali kako je bio sputan tehnologijom svog vremena, ali i financijskim mogućnostima, nikada nije uspio konstruirati motor.
Nakon detaljnog proučavanja crteža, suvremeni povjesničari, inženjeri i svjetski poznati dizajneri automobila došli su do zaključka da je ovo jedinica za napajanje mogao raditi prilično produktivno. Tako je tvrtka Ford počela razvijati prototip motora s unutarnjim izgaranjem, temeljen na da Vincijevim crtežima. Ali eksperiment je bio samo polovičan uspjeh. Motor se nije uspio pokrenuti.
No, neka suvremena poboljšanja omogućila su da još uvijek daju život pogonskoj jedinici. Ostao je eksperimentalni prototip, ali Ford je ipak naučio nešto za sebe - veličinu komora za izgaranje za osobni automobili B-klase, što je 83,7 mm. Kako se pokazalo, ovo je idealna veličina za izgaranje mješavine zraka i goriva za ovu klasu motora.
Inženjerstvo i teorija
Prema povijesne činjenice, u 17. stoljeću nizozemski znanstvenik i fizičar Christian Hagens razvio je prvi teoretski motor s unutarnjim izgaranjem na bazi baruta. Ali, kao i Leonardo, bio je okovan tehnologijom svog vremena i nikada nije uspio ostvariti svoj san.
Francuska. 19. stoljeća. Počinje doba masovne mehanizacije i industrijalizacije. Upravo u ovo vrijeme možete stvoriti nešto nevjerojatno. Prvi koji je uspio sastaviti motor s unutarnjim izgaranjem bio je Francuz Nicephore Niepce, kojeg je nazvao Piraeolophor. Radio je sa svojim bratom Claudeom, a zajedno su, prije stvaranja motora s unutarnjim izgaranjem, predstavili nekoliko mehanizama koji nisu našli svoje kupce.
Godine 1806. prvi motor predstavljen je u Francuskoj nacionalnoj akademiji. Radio je na ugljenoj prašini i imao je brojne nedostatke u dizajnu. Unatoč svim nedostacima, motor je dobio pozitivne kritike i preporuke. Kao rezultat toga, braća Niepce dobila su financijsku pomoć i investitora.
Prvi motor se nastavio razvijati. Napredniji prototip ugrađen je na čamce i male brodove. Ali Claudeu i Nicephoreu to nije bilo dovoljno, htjeli su iznenaditi cijeli svijet, pa su proučavali razne egzaktne znanosti kako bi poboljšali svoju pogonsku jedinicu.
Tako su njihovi napori bili okrunjeni uspjehom, a 1815. Nicephore je pronašao radove kemičara Lavoisiera, koji je napisao da "hlapljiva ulja", koja su dio naftnih proizvoda, mogu eksplodirati u interakciji sa zrakom.
1817 Claude putuje u Englesku kako bi dobio novi patent za motor, jer je rok valjanosti u Francuskoj bio pri kraju. U ovoj fazi braća se razdvajaju. Claude počinje sam raditi na motoru, a da ne obavijesti svog brata, i traži novac od njega.
Claudeov razvoj događaja potvrđen je samo u teoriji. Izumljeni motor nije se masovno proizvodio, pa je postao dio inženjerske povijesti Francuske, a Niépce je ovjekovječen spomenikom.
Sin slavnog fizičara i izumitelja Sadija Carnota objavio je raspravu koja ga je učinila legendom automobilske industrije i proslavila u cijelom svijetu. Djelo je brojalo 200 primjeraka i nazvano je "Razmišljanja o pokretačkoj sili vatre i o strojevima koji mogu razviti ovu silu", objavljeno 1824. godine. Od tog trenutka počinje povijest termodinamike.
1858 Belgijski znanstvenik i inženjer Jean Joseph Etienne Lenoir sastavlja dvotaktni motor. Karakteristični elementi bili su da je imao rasplinjač i prvi sustav paljenja. Gorivo je bio ugljeni plin. No, prvi prototip je radio samo nekoliko sekundi, a onda je zauvijek zakazao.
To se dogodilo jer motor nije imao sustave za podmazivanje i hlađenje. Unatoč ovom neuspjehu, Lenoir nije odustao i nastavio je raditi na prototipu, a već 1863. motor ugrađen na prototip automobila s 3 kotača odvozio je prvih povijesnih 50 milja.
Svi ovi razvoji označili su početak ere proizvodnje automobila. Prvi motori s unutarnjim izgaranjem nastavili su se razvijati, a njihovi tvorci ovjekovječili su njihova imena u povijesti. Među njima su bili austrijski inženjer Siegfried Marcus, George Brayton i drugi.
Kormilo preuzimaju legendarni Nijemci
Godine 1876. palicu su preuzeli njemački developeri čija imena ovih dana odzvanjaju. Prvi koji se ističe je Nicholas Otto i njegov legendarni “Otto ciklus”. On je prvi razvio i konstruirao prototip 4-cilindričnog motora. Nakon toga je već 1877. patentirao novi motor, koji je u osnovi većine modernih motora i zrakoplova s početka 20. stoljeća.
Još jedno ime u povijesti automobilske industrije koje mnogi ljudi i danas znaju je Gottlieb Daimler. On i njegov prijatelj inženjer i brat Wilhelm Maybach razvili su motor na plin.
1886. bila je prekretnica, jer su Daimler i Maybach stvorili prvi automobil s motorom s unutarnjim izgaranjem. Pogonska jedinica nazvana je "Reitwagen". Ovaj motor je prethodno instaliran na dva kotača vozila. Maybach je razvio prvi rasplinjač s mlaznicama, koji se također dugo koristio.
Kako bi stvorili funkcionalan motor s unutarnjim izgaranjem, veliki inženjeri morali su udružiti svoje snage i umove. Tako je skupina znanstvenika, u kojoj su bili Daimler, Maybach i Otto, počela sklapati motore brzinom od dva dnevno, što je u to vrijeme bilo velika brzina. No, kao što uvijek biva, stavovi znanstvenika u poboljšanju agregata su se razišli i Daimler je napustio tim i osnovao vlastitu tvrtku. Kao rezultat tih događaja, Maybach slijedi svog prijatelja.
1889. Daimler je osnovao prvu tvrtku za proizvodnju automobila, Daimler Motoren Gesellschaft. Godine 1901. Maybach je sastavio prvi Mercedes, što je označilo početak legendarne njemačke marke.
Još jedan jednako legendarni njemački izumitelj je Karl Benz. Njegov prvi prototip motora svijet je ugledao 1886. godine. No, prije nego što je napravio svoj prvi motor, uspio je osnovati tvrtku “Benz & Company”. Ostatak priče je jednostavno nevjerojatan. Impresioniran razvojem Daimlera i Maybacha, Benz je odlučio spojiti sve tvrtke u jednu.
Dakle, prvo se “Benz & Company” spaja s “Daimler Motoren Gesellschaft” i postaje “Daimler-Benz”. Kasnije je veza utjecala na Maybach i tvrtka se počela zvati "Mersedes-Benz".
Još jedan značajan događaj u automobilskoj industriji dogodio se 1889. godine, kada je Daimler predložio razvoj pogonske jedinice u obliku slova V. Njegovu su ideju preuzeli Maybach i Benz i već 1902. počeli su se proizvoditi V-twin motori za avione, a kasnije i za automobile.
Otac, osnivač auto industrije
No, kako god se govorilo, najveći doprinos razvoju automobilske industrije i razvoju automotora dao je američki dizajner, inženjer i jednostavno legenda - Henry Ford. Njegov slogan: “Automobil za svakoga” našao je priznanje među obični ljudi, što ih je privuklo. Osnovavši tvrtku Ford 1903. godine, nije samo krenuo u razvoj nove generacije motora za svoj automobil Ford A, već je dao i nove poslove običnim inženjerima i ljudima.
Godine 1903. Fordu se suprotstavio Selden, koji je tvrdio da je prvi koristio njegov razvoj motora. suđenje trajao je punih 8 godina, ali u isto vrijeme nitko od sudionika nije uspio dobiti slučaj, jer je sud odlučio da Seldenova prava nisu povrijeđena, a Ford je koristio vlastiti tip i dizajn motora.
1917. kada su Sjedinjene Države ušle u prvu svjetski rat, Ford počinje s razvojem prvog motora za teške kamione povećana snaga. Tako je do kraja 1917. Henry predstavio prvi benzinski 4-taktni 8-cilindrični agregat Ford M, koji se počeo ugrađivati na kamioni, a nakon toga tijekom Drugog svjetskog rata na nekim teretnim zrakoplovima.
Kad se drugi proizvođači automobila nisu baš najbolje zabavljali bolja vremena, tada je tvrtka Henry Ford procvjetala i imala priliku razviti uvijek nove opcije motora koje su pronašle primjenu među širokim rasponom automobilske serije Ford automobili.
Zaključak
Zapravo, prvi motor s unutarnjim izgaranjem izumio je Leonardo da Vinci, ali to je bilo samo u teoriji, budući da je bio ograničen tehnologijom svog vremena. No prvi prototip na noge je postavio Nizozemac Christian Hagens. Zatim je došlo do razvoja francuske braće Niepce.
No unatoč tome, motori s unutarnjim izgaranjem stekli su masovnu popularnost i razvoj s razvojem tako velikih njemačkih inženjera kao što su Otto, Daimler i Maybach. Zasebno je vrijedno istaknuti zasluge u razvoju motora oca osnivača automobilske industrije Henryja Forda.
Sjednite u čamac s teretom u obliku velikog kamena, uzmite kamen, snažno ga odbacite od krme i čamac će plutati naprijed. To će biti najjednostavniji model principa rada raketnog motora. Vozilo na koje je ugrađen sadrži i izvor energije i radnu tekućinu.
Raketni motor radi sve dok radna tekućina, gorivo, ulazi u njegovu komoru za izgaranje. Ako je tekućina, onda se sastoji od dva dijela: goriva (koje dobro gori) i oksidatora (koji povećava temperaturu izgaranja). Što je viša temperatura, plinovi jače izlaze iz mlaznice, to je veća sila koja povećava brzinu rakete.
Gorivo može biti i kruto. Zatim se preša u spremnik unutar tijela rakete, koji ujedno služi i kao komora za izgaranje. Motori na kruta goriva su jednostavniji, pouzdaniji, jeftiniji, lakši za transport i duže skladištenje. Ali energetski su slabiji od tekućih.
Od tekućina koje se trenutno koriste raketna goriva Najveću energiju daje par vodik + kisik. Nedostatak: za skladištenje komponenti u tekućem obliku potrebne su vam snažne jedinice niske temperature. Plus: kada ovo gorivo izgara, proizvodi se vodena para, pa su motori vodik-kisik ekološki prihvatljivi. Teoretski, od njih su jači samo motori s fluorom kao oksidansom, no fluor je izrazito agresivna tvar.
Par vodik + kisik pokretao je najjače raketne motore: RD-170 (SSSR) za raketu Energia i F-1 (SAD) za raketu Saturn 5. Tri motora na tekuću propulziju sustava Space Shuttle također su radila na vodik i kisik, ali njihov potisak još uvijek nije bio dovoljan da podigne superteški nosač s tla - za ubrzanje su se morali koristiti pojačivači na čvrsto gorivo.
Manja potrošnja energije, ali lakša za skladištenje i korištenje goriva para"kerozin + kisik". Motori koji koriste ovo gorivo lansirali su prvi satelit u orbitu i poslali Jurija Gagarina u let. Do danas, praktički nepromijenjeni, nastavljaju isporučivati Soyuz TMA s posadom i automatski Progress M s gorivom i teretom na Međunarodnu svemirsku postaju.
Gorivni par “nesimetrični dimetilhidrazin + dušikov tetroksid” može se skladištiti na uobičajenim temperaturama, a kada se pomiješa sam se zapali. Ali ovo gorivo, nazvano heptil, vrlo je otrovno. Već desetljećima koristi se na ruskim raketama serije Proton, jednima od najpouzdanijih. Međutim, svaka nesreća koja uključuje ispuštanje heptila pretvara se u glavobolju za raketne znanstvenike.
Raketni motori jedini su postojeći koji su pomogli čovječanstvu prvo nadvladati gravitaciju Zemlje, a zatim poslati automatske sonde na planete Sunčev sustav, i njih četiri - i dalje od Sunca, u međuzvjezdano putovanje.
Postoje i nuklearni, električni i plazma raketni motori, ali oni ili nisu izašli iz faze projektiranja, tek se počinju svladavati ili nisu primjenjivi za polijetanje i slijetanje. U drugom desetljeću 21. stoljeća velika većina raketni motori- kemijski. A granica njihove savršenosti je skoro dosegnuta.
Teorijski su opisani i fotonski motori koji koriste energiju istjecanja svjetlosnih kvanta. Ali još uvijek nema naznaka stvaranja materijala sposobnih izdržati temperature uništavanja zvijezda. A ekspedicija do najbliže zvijezde na fotonskom zvjezdanom brodu vratit će se kući tek za deset godina. Trebaju nam motori koji se temelje na drugačijem principu od mlaznog potiska...
