Fapte interesante despre motoarele cu ardere internă. Fapte interesante despre mișcarea perpetuă

O mașină cu mișcare perpetuă (sau Perpetuum mobile) este o mașină imaginară care, odată pusă în mișcare, ea însăși rămâne în această stare atât timp cât se dorește, în timp ce efectuează o muncă utilă (eficiență mai mare de 100%). De-a lungul istoriei cele mai bune minți omenirea încearcă să genereze un astfel de dispozitiv, totuși, chiar și la începutul secolului 21, o mașină cu mișcare perpetuă este doar un proiect științific.

Începutul istoriei interesului pentru conceptul de mișcare perpetuă poate fi urmărit până la filosofia greacă. Grecii antici erau literalmente fascinați de cerc și credeau că atât corpurile cerești, cât și sufletele umane se mișcau pe traiectorii circulare. Cu toate acestea, corpurile cerești se mișcă în cercuri perfecte și, prin urmare, mișcarea lor este eternă, dar o persoană nu este capabilă să „urmeze începutul și sfârșitul căii sale” și, prin urmare, este condamnată la moarte. DESPRE corpuri cerești, a cărui mișcare ar fi cu adevărat circulară, Aristotel (384 - 322 î.Hr., cel mai mare filozof al Greciei antice, elev al lui Platon, educator al lui Alexandru cel Mare) spunea că nu pot fi nici grele, nici uşoare, întrucât aceste trupuri „nu sunt capabil să se apropie de centru sau să se îndepărteze de el într-un mod natural sau forțat.” Această concluzie l-a condus pe filosof la concluzia principală că mișcarea cosmosului este măsura tuturor celorlalte mișcări, deoarece ea singură este constantă, neschimbătoare, eternă.

Fericitul Augustin Aurelius (354 - 430), un teolog creștin și conducător al bisericii, a descris și el în scrierile sale o lampă neobișnuită în templul lui Venus, care emana lumină veșnică. Flacăra sa era puternică și puternică și nu putea fi stinsă de ploaie și vânt, în ciuda faptului că această lampă nu a fost niciodată umplută cu ulei. Acest dispozitiv, conform descrierii, poate fi considerat și un fel de mașină cu mișcare perpetuă, deoarece acțiunea - lumina eternă - a avut timp nelimitat. caracteristici constante. Cronicile conțin, de asemenea, informații că în 1345, o lampă similară a fost găsită la mormântul fiicei lui Cicero (famosul conducător și filozof roman antic), Tullia, iar legendele susțin că a emis lumină fără întrerupere timp de aproximativ o mie și jumătate de ani.

Cu toate acestea, chiar prima mențiune despre mașină cu mișcare perpetuă datează din aproximativ 1150. Poetul, matematicianul și astronomul indian Bhaskara descrie în poemul său o roată neobișnuită cu vase lungi și înguste atașate în diagonală de-a lungul marginii, pe jumătate pline cu mercur. Omul de știință fundamentează principiul de funcționare al dispozitivului pe diferența dintre diferențele de momente de gravitație create de lichidul care se deplasează în vase plasate pe circumferința roții.

Deja în jurul anului 1200, modelele pentru mașinile cu mișcare perpetuă au apărut în cronicile arabe. În ciuda faptului că inginerii arabi și-au folosit propriile combinații de elemente structurale de bază, partea principală a dispozitivelor lor a rămas o roată mare care se rotește în jurul unei axe orizontale, iar principiul de funcționare a fost similar cu munca omului de știință indian.

În Europa, primele desene ale mașinilor cu mișcare perpetuă au apărut concomitent cu introducerea cifrelor arabe (de origine indiană), adică. la începutul secolului al XIII-lea. Primul autor european al ideii unei mașini cu mișcare perpetuă este considerat arhitectul și inginerul francez medieval Villar d'Honnecourt, cunoscut drept constructorul de catedrale și creatorul unui număr de mașini și mecanisme interesante, în ciuda faptului că principiul de funcționare al mașinii lui Villar este similar cu schemele propuse de oamenii de știință arabi mai devreme, diferența este că în loc de vase cu mercur sau pârghii din lemn articulate, Villar plasează 7 mici ciocane în jurul perimetrului roții sale , nu a putut să nu noteze pe turnurile lor structura tobelor cu ciocane atașate, care a fost înlocuită treptat în Europa. Principiul de funcționare a unor astfel de ciocane și vibrațiile tobelor la înclinarea greutăților l-au condus pe Villar. la ideea de a folosi ciocane de fier similare, instalându-le în jurul circumferinței roții mașinii sale cu mișcare perpetuă.

Omul de știință francez Pierre de Maricourt, care la acea vreme era implicat în experimente cu magnetismul și studia proprietățile magneților, la un sfert de secol după apariția proiectului lui Villar, a propus o schemă diferită pentru o mașină cu mișcare perpetuă, bazată pe utilizarea de forţe magnetice practic necunoscute la acel moment. Diagrama schematică mașina lui cu mișcare perpetuă semăna mai degrabă cu o diagramă a mișcării cosmice perpetue. Pierre de Maricourt a explicat apariția forțelor magnetice prin intervenția divină și, prin urmare, a considerat „polii cerești” ca fiind sursele acestor forțe. Cu toate acestea, el nu a negat faptul că forțele magnetice se manifestă întotdeauna acolo unde minereul de fier magnetic este prezent în apropiere, de aceea Pierre de Maricourt a explicat această relație prin faptul că acest mineral este controlat de forțe cerești secrete și întruchipează toate acele forțe și capacități mistice care ajutați-l să efectueze mișcare circulară continuă în condițiile noastre pământești.

Ingineri renumiți ai Renașterii, printre care celebrii Mariano di Jacopo, Francesco di Martini și Leonardo da Vinci, s-au arătat și ei interesați de problema mișcării perpetue, dar nici un singur proiect nu a fost confirmat în practică. În secolul al XVII-lea, un anume Johann Ernst Elias Bessler a susținut că a inventat o mașină cu mișcare perpetuă și că era gata să vândă ideea pentru 2.000.000 de taleri. El și-a confirmat cuvintele cu demonstrații publice ale prototipurilor funcționale. Cea mai impresionantă demonstrație a invenției lui Bessler a avut loc pe 17 noiembrie 1717. A fost pusă în funcțiune o mașină cu mișcare perpetuă cu un diametru al arborelui de peste 3,5 m. În aceeași zi, camera în care se afla a fost încuiată și a fost deschisă abia la 4 ianuarie 1718. Motorul încă mergea: roata se învârtea cu aceeași viteză ca acum o lună și jumătate. Servitoarea a pătat reputația inventatorului declarând că omul de știință înșela oamenii obișnuiți. După acest scandal, absolut toată lumea și-a pierdut interesul pentru invențiile lui Bessler, iar omul de știință a murit în sărăcie, dar înainte de asta a distrus toate desenele și prototipurile. În prezent, principiile de funcționare a motoarelor Bessler nu sunt cunoscute cu precizie.

Și în 1775, Academia de Științe din Paris - cel mai înalt tribunal științific la acea vreme Europa de Vest- s-a pronunțat împotriva credinței nefondate în posibilitatea creării unei mașini cu mișcare perpetuă și a decis să nu mai ia în considerare nicio cerere de brevetare a acestui dispozitiv.

Astfel, în ciuda apariției din ce în ce mai incredibile, dar nu se confirmă în viata reala, proiecte de mișcare perpetuă, rămâne încă în imaginația umană doar o idee și o dovadă zadarnică atât a eforturilor zadarnice ale numeroșilor oameni de știință și ingineri din diferite epoci, cât și a ingeniozității lor incredibile...

Motor ardere internă funcționează pe baza expansiunii gazelor care se încălzesc atunci când pistonul se deplasează din top mort indică spre punctul mort inferior. Gazele sunt încălzite prin arderea combustibilului amestecat cu aerul din cilindru. Astfel, temperatura presiunii și a gazului crește rapid.

Se știe că presiunea pistonului este similară cu presiunea atmosferică. În cilindru, dimpotrivă, presiunea este mai mare. Tocmai din această cauză scade presiunea pistonului, ceea ce duce la expansiunea gazelor, astfel, se face o muncă utilă în secțiunea corespunzătoare a site-ului nostru, puteți găsi un articol. Pentru a genera energie mecanică, cilindrul motorului trebuie alimentat în mod constant cu aer, în care combustibilul va curge prin duză și aerul prin supapa de admisie. Desigur, aerul poate intra împreună cu combustibilul, de exemplu printr-o supapă de admisie. Toate produsele rezultate din ardere ies prin ea. Toate acestea se întâmplă pe baza distribuției gazului, deoarece gazul este responsabil pentru deschiderea și închiderea supapelor.

Ciclul de funcționare al motorului

Este necesar să se evidențieze în special ciclul de funcționare a motorului, care este un proces secvenţial, care se repetă. Ele apar în fiecare cilindru. În plus, de acestea depinde trecerea energiei termice în lucru mecanic. Este de remarcat faptul că fiecare tip de transport funcționează în funcție de tipul său specific. De exemplu, un ciclu de lucru poate fi finalizat în 2 curse de piston. În acest caz, motorul se numește în doi timpi. Când vine vorba de mașini, cele mai multe dintre ele au motoare în patru timpi, deoarece ciclul lor constă în admisie, comprimare a gazului, extindere sau cursă a gazului și evacuare. Toate aceste patru etape joacă un rol important în performanța motorului.

Admisie

În această etapă, supapa de evacuare este închisă, iar supapa de admisie, dimpotrivă, este deschisă. În etapa inițială, se face prima jumătate de tură arborele cotit motor, rezultând o mișcare de la punctul mort superior la punctul mort inferior. Ulterior, în cilindru are loc un vid, iar aerul împreună cu benzina intră în el prin conducta de admisie, care este un amestec inflamabil, care este apoi amestecat cu gaze. Astfel, motorul începe să funcționeze.

Comprimare

După ce cilindrul este complet umplut cu amestecul combustibil, pistonul începe să se miște treptat din punctul mort superior în punctul mort inferior. Supapele sunt încă închise în acest moment. În această etapă, presiunea și temperatura amestecului de lucru devin mai mari.

Cursa de lucru sau expansiune

În timp ce pistonul continuă să se deplaseze din punctul mort superior în punctul mort inferior, după etapa de compresie, o scânteie electrică aprinde amestecul de lucru, care la rândul său se stinge imediat. Astfel, temperatura și presiunea gazelor din cilindru crește imediat. În timpul cursei de lucru, se efectuează lucrări utile. În această etapă, supapa de evacuare se deschide, ceea ce duce la scăderea temperaturii și a presiunii.

Emisiune

La a patra jumătate de rotație, pistonul se deplasează din punctul mort superior în punctul mort inferior. Astfel, prin supapa de evacuare deschisă, toate produsele de ardere ies din cilindru, care apoi intră în aerul atmosferic.

Principiul de funcționare al unui motor diesel în 4 timpi

Admisie

Aerul intră în cilindru prin supapa de admisie, care este deschisă. În ceea ce privește mișcarea de la punctul mort superior la punctul mort inferior, aceasta se formează cu ajutorul vacuumului, care merge împreună cu aerul de la filtrul de aer către cilindru. În această etapă, presiunea și temperatura sunt reduse.

Comprimare

În a doua jumătate de tură, supapele de admisie și de evacuare sunt închise. De la BDC la TDC, pistonul continuă să se miște și să comprima treptat aerul care a intrat recent în cavitatea cilindrului. În secțiunea corespunzătoare a site-ului nostru puteți găsi un articol despre. U versiunea diesel motor, combustibilul se aprinde atunci când temperatura aerului comprimat este mai mare decât temperatura combustibilului, care se poate aprinde spontan. Motorină vine cu ajutorul pompa de combustibilși trece duza.

Cursa de lucru sau expansiune

După procesul de compresie, combustibilul începe să se amestece cu aerul încălzit, aprinzându-se astfel. În timpul celei de-a treia jumătate de tură, presiunea și temperatura cresc, rezultând arderea. Apoi, pe măsură ce pistonul se deplasează de la punctul mort superior la punctul mort inferior, presiunea și temperatura scad semnificativ.

Emisiune

În această etapă finală, gazele de evacuare sunt împinse în afara cilindrului, care intră în atmosferă prin conducta de evacuare deschisă. Temperatura și presiunea scad considerabil. După aceea, ciclul de lucru face totul la fel.

Cum funcționează un motor în doi timpi?

Un motor în doi timpi are un principiu de funcționare diferit față de un motor în patru timpi. În acest caz, amestecul combustibil și aerul intră în cilindru la începutul cursei de compresie. În plus, gazele de evacuare ies din cilindru la sfârșitul cursei de expansiune. Este de remarcat faptul că toate procesele au loc fără mișcarea pistoanelor, așa cum se întâmplă cu un motor în patru timpi. Un motor în doi timpi este caracterizat printr-un proces numit scavenging. Adică, în acest caz, toate produsele de ardere sunt îndepărtate din cilindru folosind un flux de aer sau un amestec combustibil. Un motor de acest tip este în mod necesar echipat cu o pompă de purjare și un compresor.

Împingeți-trageți motor cu carburator cu purjare cu camera manivelă diferă de tipul anterior prin funcționarea sa unică. Este de remarcat faptul că motor în doi timpi nu are supape, deoarece in acest sens sunt inlocuite cu pistoane. Deci, atunci când se deplasează, pistonul închide admisia și ieșirea, precum și ferestrele de purjare. Cu ajutorul orificiilor de purjare, cilindrul interacționează cu carterul, sau cu camera manivelei, precum și cu conductele de admisie și de evacuare. În ceea ce privește ciclul de funcționare, motoarele de acest tip sunt împărțite în doi timpi, după cum s-ar putea ghici din nume.

Comprimare

În această etapă, pistonul se deplasează din punctul mort inferior în punctul mort superior. În același timp, închide parțial ferestrele de purjare și evacuare. Astfel, in momentul inchiderii, benzina si aerul sunt comprimate in cilindru. În acest moment, apare un vid, care duce la curgerea unui amestec combustibil din carburator în camera manivelei.

Cursa de lucru

În ceea ce privește funcționarea unui motor diesel în doi timpi, principiul de funcționare este ușor diferit. În acest caz, nu amestecul combustibil intră mai întâi în cilindru, ci aerul. După aceasta, combustibilul este ușor pulverizat acolo. Dacă viteza de rotație a arborelui și dimensiunea cilindrului unei unități diesel sunt aceleași, atunci, pe de o parte, puterea unui astfel de motor va depăși puterea unuia în patru timpi. Cu toate acestea, acest rezultat nu este întotdeauna vizibil. Astfel, din cauza eliberării slabe a cilindrului din gazele rămase și a utilizării incomplete a pistonului, puterea motorului nu depășește în cel mai bun caz 65%.

Motorul cu combustie internă cu piston este cunoscut de mai bine de un secol și aproape la fel de mult, sau mai bine zis din 1886, este folosit în mașini. Soluția fundamentală pentru acest tip de motor a fost găsită de inginerii germani E. Langen și N. Otto în 1867. Sa dovedit a fi destul de reușit pentru a oferi acest tip motors deține o poziție de lider care a rămas în industria auto până în prezent. Cu toate acestea, inventatorii din multe țări au căutat neobosit să construiască un motor diferit, capabil de indicatori tehnici depășește motorul cu piston cu ardere internă. Care sunt acești indicatori? În primul rând, acesta este așa-numitul coeficient efectiv acțiune utilă(eficiență), care caracterizează cât de multă căldură conținută în combustibilul consumat este transformată în lucru mecanic. Eficiența pentru un motor diesel cu ardere internă este de 0,39, iar pentru un motor cu carburator este de 0,31. Cu alte cuvinte, eficiența efectivă caracterizează eficiența motorului. Nu mai puțin semnificative sunt indicatorii specifici: volumul ocupat specific (CP/m3) și greutatea specifică (kg/CP), care indică compactitatea și ușurința designului. La fel de importantă este și capacitatea motorului de a se adapta la diferite sarcini, precum și complexitatea producției, simplitatea dispozitivului, nivelul de zgomot și conținutul de substanțe toxice din produsele de ardere. In fata tuturor aspecte pozitive a unuia sau altui concept de centrală, perioada de la începutul dezvoltării teoretice până la introducerea acesteia în producția de masă durează uneori foarte mult timp. Astfel, creatorul motorului cu piston rotativ, inventatorul german F. Wankel, a avut nevoie de 30 de ani, în ciuda muncii sale continue, pentru a-și aduce unitatea la un design industrial. Va fi potrivit să spunem că a fost nevoie de aproape 30 de ani pentru implementare motor diesel pe o mașină de serie (Benz, 1923). Dar nu conservatorismul tehnic a cauzat o întârziere atât de mare, ci nevoia de a lucra exhaustiv design nou, adică a crea materialele necesareși tehnologie pentru posibilitatea producției sale în masă. Această pagină conține o descriere a unor tipuri de motoare neconvenționale, dar care și-au dovedit viabilitatea în practică. Motorul cu ardere internă cu piston are unul dintre cele mai semnificative dezavantaje - este destul de masiv mecanism manivelă, deoarece funcționarea sa este asociată cu principalele pierderi prin frecare. Deja la începutul secolului nostru s-au făcut încercări de a scăpa de un astfel de mecanism. De atunci, au fost propuse multe modele ingenioase care transformă mișcarea alternativă a pistonului în mișcare de rotație arborele acestui design.

S. Balandin motor fara biela

Conversie mișcare alternativă grup de pistoane Mișcarea de rotație este efectuată de un mecanism care se bazează pe cinematica unei „linii drepte precise”. Adică, două pistoane sunt conectate rigid printr-o tijă care acționează asupra arborele cotit, care se rotește cu roți dintate în manivele. O soluție de succes a problemei a fost găsită de inginerul sovietic S. Balandin. În anii 40 și 50, a proiectat și construit mai multe mostre de motoare de avioane, unde tija care lega pistoanele de mecanismul de conversie nu făcea balansări unghiulare. Un astfel de design fără manivelă, deși era ceva mai complex decât mecanismul, a ocupat mai puțin volum și a furnizat mai puține pierderi de frecare. Trebuie menționat că un motor cu un design similar a fost testat în Anglia la sfârșitul anilor douăzeci. Dar meritul lui S. Balandin este că a luat în considerare noi posibilități pentru un mecanism de transformare fără bielă. Deoarece tija într-un astfel de motor nu se balansează în raport cu pistonul, atunci este, de asemenea, posibil să atașați o cameră de ardere pe cealaltă parte a pistonului cu o etanșare simplă din punct de vedere structural pentru tija care trece prin capacul său.

1 - tija pistonului 2 - arborele cotit 3 - rulment manivelă 4 - manivelă 5 - arbore de priză de putere 6 - piston 7 - glisor tijei 8 - cilindru Această soluție face posibilă aproape dublarea puterii unității, păstrând aceleași dimensiuni de gabarit . La rândul său, un astfel de proces de lucru în două sensuri necesită un mecanism de distribuție a gazului pe ambele părți ale pistonului (pentru 2 camere de ardere), cu complicația necesară și, prin urmare, cu costuri crescute ale designului. Aparent, un astfel de motor este mai promițător pentru mașinile în care puterea mare, greutatea redusă și dimensiunile mici sunt de importanță primordială, iar costul și intensitatea forței de muncă au o importanță secundară. Ultimul dintre motoarele de avioane fără bielă ale lui S. Balandin, care a fost construit în anii 50 (dublă acțiune cu injecție de combustibil și turboalimentare, motor OM-127RN), avea performanțe foarte înalte pentru acea vreme. Motorul avea un randament efectiv de aproximativ 0,34 si o putere specifica de 146 CP. s./l și greutatea specifică - 0,6 kg/l. Cu. Conform acestor caracteristici, era aproape de cele mai bune motoare mașini de curse.

La începutul secolului trecut, Charles Yell Knight a decis că este timpul să introducă ceva nou în designul motoarelor și a venit cu un motor fără supape cu distribuție de manșon. Spre surprinderea tuturor, tehnologia s-a dovedit a fi funcțională. Astfel de motoare erau foarte eficiente, silențioase și fiabile. Printre dezavantaje se numără și consumul de ulei. Motorul a fost brevetat în 1908 și mai târziu a apărut în multe mașini, inclusiv Mercedes-Benz, Panhard și Peugeot. Tehnologia a dispărut în fundal pe măsură ce motoarele au început să se rotească mai repede decât cele tradiționale sistem de supape s-a descurcat mult mai bine.

F. Motor cu piston rotativ Wankel

Are un rotor triunghiular care efectuează mișcare planetară în jurul arborelui excentric. Volumul variabil a trei cavități formate de pereții rotorului și cavitatea internă a carterului permite un ciclu de lucru motor termic cu dilatarea gazelor. Din 1964 mașini de producție, în care sunt instalate motoare cu piston rotativ, funcția pistonului este îndeplinită de un rotor triunghiular. Mișcarea rotorului în raport cu arborele excentric necesar în carcasă este asigurată de un mecanism de potrivire a angrenajului planetar (vezi figura). Un astfel de motor, cu putere egală cu un motor cu piston, este mai compact (are un volum cu 30% mai mic), este cu 10-15% mai ușor, are mai puține piese și este mai bine echilibrat. Dar, în același timp, era inferior motorului cu piston în ceea ce privește durabilitatea, fiabilitatea etanșărilor cavităților de lucru, consuma mai mult combustibil, iar gazele sale de eșapament conțineau mai multe substanțe toxice. Dar, după mulți ani de reglare fină, aceste neajunsuri au fost eliminate. Cu toate acestea, producția de masă de mașini cu motoare cu piston rotativ este limitată astăzi. Pe lângă proiectarea lui F. Wankel, sunt cunoscute numeroase modele de motoare cu piston rotativ de către alți inventatori (E. Cauertz, G. Bradshaw, R. Seyrich, G. Ruzicki etc.). Motivele obiective nu le-au dat însă posibilitatea de a părăsi etapa experimentală – adesea din cauza meritului tehnic insuficient.

Turbină pe gaz cu două arbori

Din camera de ardere, gazele curg către două rotoare de turbină, fiecare conectată la arbori independenți. Compresorul centrifugal este antrenat de la roata din dreapta, iar puterea este preluată de la roata din stânga și trimisă la roțile mașinii. Aerul pompat de acesta intră în camera de ardere trecând printr-un schimbător de căldură, unde este încălzit de gazele de evacuare. Turbină cu gaz power point cu aceeași putere, este mai compact și mai ușor decât un motor cu ardere internă cu piston și este, de asemenea, bine echilibrat. Gazele de eșapament sunt, de asemenea, mai puțin toxice. Datorită caracteristicilor caracteristicilor sale de tracțiune, o turbină cu gaz poate fi utilizată într-o mașină fără cutie de viteze. Tehnologia de producere a turbinelor cu gaz a fost de mult stăpânită în industria aviației. Din ce motiv, având în vedere experimentele cu mașini cu turbine cu gaz care au fost în desfășurare de peste 30 de ani, nu intră acestea în producție de masă? Motivul principal este eficiența scăzută și eficiența scăzută în comparație cu motoarele cu ardere internă cu piston. De asemenea, motoarele cu turbine cu gaz sunt destul de scumpe de produs, așa că în prezent se găsesc doar pe vehicule experimentale.

Motor cu piston cu abur

Aburul este furnizat alternativ pe două părți opuse ale pistonului. Alimentarea sa este reglată de o bobină care alunecă peste cilindrul din cutia de distribuție a aburului. În cilindru, tija pistonului este etanșată cu un manșon și conectată la un mecanism de cruce destul de masiv, care transformă mișcarea sa alternativă în mișcare de rotație.

R. Motor Stirling. Motor cu ardere externă

Două pistoane (inferior - de lucru, superior - deplasare) sunt conectate mecanism manivelă tije concentrice. Gazul situat în cavitățile de deasupra și dedesubtul pistonului de deplasare, încălzit alternativ de arzătorul din chiulasă, trece prin schimbătorul de căldură, răcitor și înapoi. Modificarea ciclică a temperaturii gazului este însoțită de o modificare a volumului și, în consecință, de un efect asupra mișcării pistoanelor. Motoare similare funcționau cu păcură, lemn și cărbune. Avantajele lor includ durabilitate, funcționare lină, excelentă caracteristicile de tracțiune, ceea ce vă permite să faceți deloc fără cutie de viteze. Principalele dezavantaje: masa impresionantă a unității de putere și eficiență scăzută. Evoluțiile experimentale din ultimii ani (de exemplu, americanul B. Lear și alții) au făcut posibilă proiectarea unităților cu ciclu închis (cu condensarea completă a apei), selectarea compozițiilor de lichide formatoare de vapori cu indicatori mai favorabili decât apa. Cu toate acestea, nicio fabrică nu a îndrăznit să producă în masă mașini cu motoare cu abur în ultimii ani. Motorul cu aer cald, a cărui idee a fost propusă de R. Stirling încă din 1816, aparține motoarelor ardere externă. În acesta, fluidul de lucru este heliu sau hidrogen, sub presiune, răcit și încălzit alternativ. Un astfel de motor (vezi figura) este simplu în principiu, are un consum mai mic de combustibil decât motoarele cu piston cu ardere internă și în timpul funcționării nu emite gaze care au substanțe nocive, și are, de asemenea, o eficiență eficientă ridicată de 0,38. Cu toate acestea, introducerea motorului R. Stirling în producția de masă este îngreunată de dificultăți serioase. Este greu și foarte voluminos și se rotește lent în comparație cu un motor cu ardere internă cu piston. În plus, este dificil din punct de vedere tehnic să se asigure etanșarea fiabilă a cavităților de lucru. Dintre motoarele netradiționale, se remarcă cel ceramic, care nu diferă structural de motoarele tradiționale în patru timpi. motor cu piston ardere internă. Doar părțile sale cele mai importante sunt realizate din material ceramic, care poate rezista la temperaturi de 1,5 ori mai mari decât metalul. În consecință, un motor ceramic nu necesită un sistem de răcire și, prin urmare, nu există pierderi de căldură asociate cu funcționarea lui. Acest lucru face posibilă proiectarea unui motor care va funcționa pe așa-numitul ciclu adiabatic, care promite o reducere semnificativă a consumului de combustibil. Între timp, lucrări similare sunt efectuate de specialiști americani și japonezi, dar nu a părăsit încă stadiul găsirii soluțiilor. Deși încă nu lipsesc experimentele cu diferite motoare netradiționale, poziția dominantă în mașini, așa cum sa menționat mai sus, rămâne și, poate, va rămâne mult timp. motor în patru timpi ardere internă.

Dezvoltarea primului motor cu ardere internă a durat aproape două secole, până când șoferii pot recunoaște prototipurile motoare moderne. Totul a început cu benzină, nu cu benzină. Printre oamenii care au avut o mână de lucru în istoria creației se numără Otto, Benz, Maybach, Ford și alții. Dar ultimele descoperiri științifice au dat peste cap întreaga lume auto, deoarece părintele primului prototip a fost considerat a fi persoana greșită.

Leonardo a avut o mână și aici

Până în 2016, François Isaac de Rivaz a fost considerat fondatorul primului motor cu ardere internă. Dar o descoperire istorică făcută de oamenii de știință englezi a dat întreaga lume peste cap. În timpul săpăturilor din apropierea uneia dintre mănăstirile franceze, s-au găsit desene care au aparținut lui Leonardo da Vinci. Printre ele a fost un desen al unui motor cu ardere internă.

Desigur, dacă te uiți la primele motoare pe care Otto și Daimler le-au creat, poți găsi asemănări de design, dar nu mai există cu unitățile de putere moderne.

Legendarul da Vinci a fost înaintea timpului său cu aproape 500 de ani, dar din moment ce a fost constrâns de tehnologia timpului său, precum și de capacitățile financiare, nu a fost niciodată capabil să construiască un motor.

După ce au examinat desenul în detaliu, istoricii moderni, inginerii și designerii de automobile de renume mondial au ajuns la concluzia că acest lucru unitate de putere ar putea lucra destul de productiv. Așadar, compania Ford a început să dezvolte un prototip de motor cu ardere internă, bazat pe desenele lui da Vinci. Dar experimentul a fost doar pe jumătate de succes. Motorul nu a pornit.

Dar, unele îmbunătățiri moderne au făcut posibil să se dea viață unității de putere. A rămas un prototip experimental, dar Ford a învățat încă ceva de la sine - dimensiunea camerelor de ardere pentru autoturisme de pasageri Clasa B, care este de 83,7 mm. După cum sa dovedit, aceasta este dimensiunea ideală pentru arderea amestecului aer-combustibil pentru această clasă de motoare.

Inginerie și teorie

Conform fapte istorice, în secolul al XVII-lea, savantul și fizicianul olandez Christian Hagens a dezvoltat primul motor teoretic cu ardere internă bazat pe praf de pușcă. Dar, la fel ca Leonardo, a fost încătușat de tehnologia vremii sale și nu a putut niciodată să-și îndeplinească visul.

Franţa. secolul al XIX-lea Începe epoca mecanizării în masă și a industrializării. În acest moment poți crea ceva incredibil. Primul care a reușit să asambleze un motor cu ardere internă a fost francezul Nicephore Niepce, pe care l-a numit Piraeolophor. A lucrat cu fratele său Claude și împreună, înainte de crearea motorului cu ardere internă, au prezentat mai multe mecanisme care nu și-au găsit clienții.

În 1806, primul motor a fost prezentat la Academia Națională Franceză. Funcționa pe praf de cărbune și avea o serie de defecte de design. În ciuda tuturor deficiențelor, motorul a primit recenzii pozitive si recomandari. Drept urmare, frații Niepce au primit asistență financiară și un investitor.

Primul motor a continuat să se dezvolte. Un prototip mai avansat a fost instalat pe bărci și nave mici. Dar acest lucru nu a fost suficient pentru Claude și Nicephore, ei au vrut să surprindă întreaga lume, așa că au studiat diverse științe exacte pentru a-și îmbunătăți unitatea de putere.

Deci, eforturile lor au fost încununate cu succes, iar în 1815 Nicephore a găsit lucrările chimistului Lavoisier, care a scris că „uleiuri volatile”, care fac parte din produsele petroliere, pot exploda atunci când interacționează cu aerul.

1817 Claude călătorește în Anglia pentru a obține un nou brevet pentru motor, deoarece perioada de valabilitate în Franța se apropia de sfârșit. În această etapă, frații se despart. Claude începe să lucreze el însuși la motor, fără să-și anunțe fratele și îi cere bani.

Evoluțiile lui Claude au fost confirmate doar teoretic. Motorul inventat nu a fost produs pe scară largă, așa că a devenit parte din istoria ingineriei Franței, iar Niépce a fost imortalizat cu un monument.

Fiul celebrului fizician și inventator Sadi Carnot a publicat un tratat care l-a transformat într-o legendă în industria auto și îl face celebru în întreaga lume. Lucrarea număra 200 de exemplare și se numea „Reflecții asupra forței motrice a focului și asupra mașinilor capabile să dezvolte această forță”, publicată în 1824. Din acest moment începe istoria termodinamicii.

1858 Omul de știință și inginer belgian Jean Joseph Etienne Lenoir asambla un motor în doi timpi. Elementele distinctive au fost că avea un carburator și primul sistem de aprindere. Combustibilul era gaz de cărbune. Dar primul prototip a funcționat doar câteva secunde, apoi a eșuat pentru totdeauna.

Acest lucru s-a întâmplat deoarece motorul nu avea sisteme de lubrifiere și răcire. În ciuda acestui eșec, Lenoir nu a renunțat și a continuat să lucreze la prototip, iar deja în 1863, motorul instalat pe un prototip cu 3 roți al mașinii a condus primele 50 de mile istorice.

Toate aceste evoluții au marcat începutul erei producției de automobile. Primele motoare cu ardere internă au continuat să fie dezvoltate, iar creatorii lor și-au imortalizat numele în istorie. Printre aceștia s-au numărat și inginerul austriac Siegfried Marcus, George Brayton și alții.

Legendarii germani preiau cârma

În 1876, dezvoltatorii germani au început să preia ștafeta, ale căror nume răsună tare în zilele noastre. Primul care trebuie remarcat este Nicholas Otto și legendarul său „ciclu Otto”. El a fost primul care a dezvoltat și construit un prototip de motor cu 4 cilindri. După aceasta, deja în 1877, a brevetat motor nou, care stă la baza majorității motoarelor și aeronavelor moderne de la începutul secolului al XX-lea.

Un alt nume din istoria industriei auto pe care mulți îl cunosc și astăzi este Gottlieb Daimler. El și fratele și prietenul său ingineri Wilhelm Maybach au dezvoltat un motor pe gaz.

1886 a fost un punct de cotitură, deoarece Daimler și Maybach au fost cei care au creat prima mașină cu motor cu ardere internă. Unitatea de putere a fost numită „Reitwagen”. Acest motor a fost instalat anterior pe două roți vehicule. Maybach a dezvoltat primul carburator cu jeturi, care a fost, de asemenea, folosit destul de mult timp.

Pentru a crea un motor cu ardere internă funcțional, marii ingineri au trebuit să-și combine forțele și mințile. Așadar, un grup de oameni de știință, care includea Daimler, Maybach și Otto, a început să asambleze motoare cu o rată de două pe zi, ceea ce la acea vreme era de mare viteză. Dar, așa cum se întâmplă întotdeauna, pozițiile oamenilor de știință în îmbunătățirea unităților de putere s-au diferențiat și Daimler a părăsit echipa pentru a-și fonda propria companie. Ca urmare a acestor evenimente, Maybach își urmează prietenul.

1889 Daimler a fondat prima companie producătoare de automobile, Daimler Motoren Gesellschaft. În 1901, Maybach a asamblat primul Mercedes, care a marcat începutul legendarei mărci germane.

Un alt inventator german la fel de legendar este Karl Benz. Lumea a văzut primul său prototip al motorului în 1886. Dar, înainte de a-și crea primul motor, a reușit să înființeze compania „Benz & Company”. Restul poveștii este pur și simplu uimitor. Impresionat de evoluțiile Daimler și Maybach, Benz a decis să fuzioneze toate companiile într-una singură.

Deci, mai întâi, „Benz & Company” fuzionează cu „Daimler Motoren Gesellschaft” și devine „Daimler-Benz”. Ulterior, conexiunea a afectat Maybach și compania a început să se numească „Mersedes-Benz”.

Un alt eveniment semnificativ din industria auto a avut loc în 1889, când Daimler a propus dezvoltarea unei unități de putere în formă de V. Ideea lui a fost preluată de Maybach și Benz și, deja în 1902, au început să fie produse motoare V-twin pentru avioane, iar mai târziu pentru mașini.

Tatăl, fondatorul industriei auto

Dar, orice s-ar putea spune, cea mai mare contribuție la dezvoltarea industriei auto și la dezvoltarea motoarelor auto a fost făcută de designerul american, inginer și pur și simplu o legendă - Henry Ford. Sloganul său: „O mașină pentru toată lumea” și-a găsit recunoaștere printre oameni obișnuiți, care i-a atras. După ce a fondat compania Ford în 1903, el nu doar s-a apucat să dezvolte o nouă generație de motoare pentru mașina lui Ford A, ci a dat și noi locuri de muncă inginerilor și oamenilor obișnuiți.

În 1903, Ford i s-a opus Selden, care a pretins că a fost primul care și-a folosit dezvoltarea motorului. Proces a durat 8 ani întregi, dar, în același timp, niciunul dintre participanți nu a reușit să câștige cazul, deoarece instanța a decis că drepturile lui Selden nu au fost încălcate, iar Ford folosea propriul tip și design al motorului.

În 1917, când Statele Unite au intrat în primul război mondial, Ford începe dezvoltarea primului motor de camion greu cu putere crescută. Așadar, până la sfârșitul anului 1917, Henry a introdus prima unitate de putere pe benzină în 4 timpi și 8 cilindri Ford M, care a început să fie instalată pe camioane, iar ulterior în timpul celui de-al Doilea Război Mondial pe unele avioane cargo.

Când alți producători auto nu se petreceau cel mai bine vremuri mai bune, apoi compania Henry Ford a înflorit și a avut ocazia să dezvolte noi opțiuni de motor care și-au găsit aplicații într-o gamă largă de serie de automobile Mașini Ford.

Concluzie

De fapt, primul motor cu ardere internă a fost inventat de Leonardo da Vinci, dar asta a fost doar teoretic, deoarece era constrâns de tehnologia vremii sale. Dar primul prototip a fost pus pe picioare de olandezul Christian Hagens. Apoi au fost evoluțiile fraților francezi Niepce.

Dar, cu toate acestea, motoarele cu ardere internă au câștigat popularitate și dezvoltare în masă odată cu evoluțiile unor astfel de mari ingineri germani precum Otto, Daimler și Maybach. Separat, merită remarcat meritele în dezvoltarea motoarelor tatălui fondatorului industriei auto, Henry Ford.

Stați într-o barcă cu o încărcătură sub forma unei pietre mari, luați piatra, aruncați-o cu forță departe de pupa și barca va pluti înainte. Acesta va fi cel mai simplu model al principiului de funcționare al unui motor rachetă. Vehiculul pe care este instalat conține atât o sursă de energie, cât și un fluid de lucru.

Un motor de rachetă funcționează atâta timp cât fluidul de lucru, combustibilul, intră în camera sa de ardere. Dacă este lichid, atunci este format din două părți: un combustibil (care arde bine) și un oxidant (care crește temperatura de ardere). Cu cât temperatura este mai mare, cu atât gazele scapă mai puternice din duză, cu atât este mai mare forța care crește viteza rachetei.

Combustibilul poate fi și solid. Apoi este presat într-un recipient din interiorul corpului rachetei, care servește și ca cameră de ardere. Motoarele cu combustibil solid sunt mai simple, mai fiabile, mai ieftine, mai ușor de transportat și depozitate mai mult timp. Dar din punct de vedere energetic sunt mai slabe decât cele lichide.

Dintre lichidele utilizate în prezent combustibili pentru rachete Cea mai mare energie este furnizată de perechea hidrogen + oxigen. Dezavantaj: pentru a stoca componente sub formă lichidă, aveți nevoie de instalații puternice la temperatură joasă. Plus: atunci când acest combustibil arde, se produc vapori de apă, astfel încât motoarele cu hidrogen-oxigen sunt prietenoase cu mediul. Teoretic, doar motoarele cu fluor ca oxidant sunt mai puternice decât ele, dar fluorul este o substanță extrem de agresivă.

Perechea hidrogen + oxigen a alimentat cele mai puternice motoare de rachetă: RD-170 (URSS) pentru racheta Energia și F-1 (SUA) pentru racheta Saturn 5. Cele trei motoare de propulsie lichidă ale sistemului navetei spațiale funcționau, de asemenea, pe hidrogen și oxigen, dar forța lor nu era încă suficientă pentru a ridica transportatorul super-greu de pe sol – pentru accelerare trebuiau folosite propulsoare cu combustibil solid.

Consum mai puțin de energie, dar mai ușor de depozitat și utilizat abur de combustibil„kerosen + oxigen”. Motoarele care foloseau acest combustibil au lansat primul satelit pe orbită și l-au trimis pe Iuri Gagarin în zbor. Până în prezent, practic neschimbate, ei continuă să livreze Soyuz TMA cu echipaje și Progress M automat cu combustibil și marfă către Stația Spațială Internațională.

Perechea de combustibil „dimetilhidrazină nesimetrică + tetroxid de azot” poate fi depozitată la temperaturi obișnuite și, atunci când este amestecată, se aprinde singură. Dar acest combustibil, numit heptil, este foarte otrăvitor. De zeci de ani este folosit pe rachetele rusești din seria Proton, una dintre cele mai fiabile. Cu toate acestea, fiecare accident care implică eliberarea de heptil se transformă într-o durere de cap pentru oamenii de știință din rachete.

Motoarele de rachete sunt singurele existente care au ajutat omenirea să depășească mai întâi gravitația Pământului, apoi să trimită sonde automate către planete. sistem solar, și patru dintre ele - și departe de Soare, în călătorie interstelară.

Există și motoare de rachetă nucleare, electrice și cu plasmă, dar acestea fie nu au părăsit stadiul de proiectare, fie abia încep să fie stăpânite, fie nu sunt aplicabile pentru decolare și aterizare. În al doilea deceniu al secolului XXI, marea majoritate motoare rachete- chimică. Iar limita perfectiunii lor aproape a fost atinsa.

De asemenea, au fost descrise teoretic motoarele fotonice care utilizează energia fluxului de cuante de lumină. Dar încă nu există indicii de a crea materiale capabile să reziste la temperaturile de anihilare a stelelor. Și o expediție către cea mai apropiată stea pe o navă fotonică se va întoarce acasă nu mai devreme de zece ani. Avem nevoie de motoare bazate pe un principiu diferit de cel al propulsiei jetului...