|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Silnik na gaz i benzynę. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Silnik spalinowy – silnik, w którym paliwo spala się bezpośrednio w komorze roboczej (wewnątrz) silnika. Silnik spalinowy przetwarza ciśnienie ze spalania paliwa na pracę mechaniczną.
Silnik parowy nie rozwiązał całkowicie problemu energetycznego, przed którym stoi ludzkość. Małe warsztaty i przedsiębiorstwa, które w XIX wieku stanowiły dużą część sektora przemysłowego, nie zawsze potrafiły z niego korzystać. Faktem jest, że mały silnik parowy miał bardzo niską sprawność (poniżej 10%). Ponadto zastosowanie takiego silnika wiązało się z wysokimi kosztami i kłopotami. Aby go wprawić w ruch, trzeba było rozpalić ogień i wywołać parę. Nawet jeśli samochód był potrzebny tylko czasami, nadal musiał być stale pod parą. Mały przemysł wymagał silnika o małej mocy, zajmującego niewiele miejsca, który można było włączać i wyłączać w dowolnym momencie bez większych przygotowań. Po raz pierwszy pomysł takiego silnika został zaproponowany na samym początku XIX wieku. W ostatnim roku XVIII wieku francuski inżynier Philippe Lebon odkrył gaz świetlny. Tradycja przypisuje swój sukces przypadkowi - Lebon zobaczył, jak gaz unosi się w płomieniach, wypływając ze statku z podpalonymi trocinami i zdał sobie sprawę, jakie korzyści można czerpać z tego zjawiska. W 1799 otrzymał patent na zastosowanie i sposób otrzymywania gazu oświetleniowego przez suchą destylację drewna lub węgla. Odkrycie to miało ogromne znaczenie przede wszystkim dla rozwoju techniki oświetleniowej. Bardzo szybko we Francji, a następnie w innych krajach europejskich, lampy gazowe zaczęły z powodzeniem konkurować z drogimi świecami. Jednak gaz oświetleniowy nadawał się nie tylko do oświetlenia. W 1801 roku Le Bon opatentował konstrukcję silnika gazowego. Zasada działania tej maszyny opierała się na dobrze znanej właściwości odkrytego przez niego gazu: jego mieszanina z powietrzem eksplodowała po zapaleniu, uwalniając dużą ilość ciepła. Produkty spalania szybko się rozprężały, wywierając silny nacisk na środowisko. Dzięki stworzeniu odpowiednich warunków możliwe jest wykorzystanie uwolnionej energii w interesie człowieka. Silnik Lebon miał dwie sprężarki i komorę mieszania. Jedna sprężarka miała pompować do komory sprężone powietrze, a druga – sprężony gaz lekki z generatora gazu. Mieszanka gazowo-powietrzna weszła następnie do cylindra roboczego, gdzie uległa zapłonowi. Silnik był dwustronnego działania, to znaczy komory robocze działały naprzemiennie po obu stronach tłoka.
Zasadniczo Le Bon pielęgnował ideę silnika spalinowego, ale w 1804 zmarł, zanim mógł wprowadzić swój wynalazek w życie. Ale jego pomysł nadal przyciągał największą uwagę. Rzeczywiście zasada działania silnika gazowego jest znacznie prostsza niż silnika parowego, ponieważ tutaj samo paliwo bezpośrednio wytwarza ciśnienie na tłoku, podczas gdy w silniku parowym energia cieplna jest najpierw przekazywana do innego nośnika - pary wodnej, który wykonuje użyteczną pracę. W kolejnych latach kilku wynalazców z różnych krajów próbowało stworzyć sprawny silnik wykorzystujący gaz oświetleniowy. Wszystkie te próby nie doprowadziły jednak do pojawienia się na rynku silników, które mogłyby z powodzeniem konkurować z parowozem. Zaszczyt stworzenia odnoszącego sukces komercyjny silnika spalinowego należy do belgijskiego inżyniera Jeana Etienne Lenoira. Podczas pracy w galwanizerni Lenoir wpadł na pomysł, że mieszankę powietrzno-paliwową w silniku gazowym można zapalić za pomocą iskry elektrycznej i postanowił zbudować silnik oparty na tym pomyśle. Właściciel warsztatu galwanicznego przekazał Lenoirowi pieniądze, za które w 1860 roku zbudował swój pierwszy silnik. Zarówno wyglądem, jak i designem przypominał silnik parowy. Silnik działał podwójnie. Dolna szpula naprzemiennie dostarczała powietrze i gaz do wnęk cylindra znajdujących się po przeciwnych stronach tłoka. Górna szpula służyła do uwalniania spalin. Gaz i powietrze dostarczane były do szpuli oddzielnymi kanałami. Mieszanina była zasysana do każdej wnęki do około połowy suwu, po czym szpula zamknęła okienko wlotowe, a mieszanina została zapalona iskrą elektryczną. Płonąc, rozszerzał się i działał na tłok, wytwarzając użyteczną pracę. Po zakończeniu reakcji druga szpula skomunikowała cylinder z rurą wydechową. Tymczasem mieszanina została zapalona po drugiej stronie tłoka. Zaczął się cofać, wypierając spaliny. Lenoir nie odniósł natychmiastowego sukcesu. Po tym, jak udało się wykonać wszystkie części i zmontować maszynę, pracowała trochę i zatrzymała się, ponieważ z powodu nagrzewania tłok rozszerzył się i zaciął w cylindrze. Lenoir ulepszył swój silnik, zastanawiając się nad systemem chłodzenia wodą. Jednak druga próba startu również zakończyła się niepowodzeniem z powodu słabego skoku tłoka. Lenoir uzupełnił swój projekt o system smarowania. Dopiero wtedy silnik zaczął pracować.
Po ogłoszeniu tego wynalazku warsztat zaczął otrzymywać zamówienia na nowy silnik, jednak jego praca nadal była niezadowalająca – układ zapłonowy często psuł się, szpula nie pracowała bez smarowania, nie było też możliwe ustalenie jej zadowalającego smarowania w temperaturze 800 stopni. Sprawność silnika sięgała ledwie 4%, zużywał ogromną ilość smaru i gazu. Mimo to silnik szybko zyskał popularność. Jej głównymi nabywcami były małe przedsiębiorstwa (drukarnie, warsztaty naprawcze itp.), dla których maszyny parowe były zbyt drogie i nieporęczne. Tymczasem silnik Lenoira okazał się łatwy w obsłudze, lekki i miał niewielkie wymiary. W 1864 roku wyprodukowano już ponad 300 takich silników o różnej pojemności. Po wzbogaceniu Lenoir przestał pracować nad ulepszaniem swojego samochodu, a to z góry przesądziło o jej losie - została wyparta z rynku przez bardziej zaawansowany silnik stworzony przez niemieckiego wynalazcę Augusta Otto. W 1864 roku uzyskał patent na swój model silnika gazowego iw tym samym roku zawarł umowę z bogatym inżynierem Langenem na eksploatację tego wynalazku. Wkrótce powstała firma „Otto and Company”.
Na pierwszy rzut oka silnik Otto stanowił krok wstecz w stosunku do silnika Lenoira. Cylinder był pionowy. Obrotowy wał został umieszczony z boku nad cylindrem. Wzdłuż osi tłoka przymocowano do niego szynę połączoną z wałem. Silnik pracował w następujący sposób. Obracający się wał podniósł tłok o 1/10 wysokości cylindra, w wyniku czego pod tłokiem utworzyła się rozrzedzona przestrzeń i została zassana mieszanina powietrza i gazu. Mieszanina następnie zapaliła się. Ani Otto, ani Langen nie mieli wystarczającej wiedzy z zakresu elektrotechniki i porzucili zapłon elektryczny. Zapalili z otwartym płomieniem przez rurkę. Podczas wybuchu ciśnienie pod tłokiem wzrosło do około 4 atm. Pod wpływem tego ciśnienia tłok unosił się, zwiększała się objętość gazu i spadało ciśnienie. Kiedy tłok został podniesiony, specjalny mechanizm odłączył szynę od wału. Tłok, najpierw pod ciśnieniem gazu, a następnie przez bezwładność, unosił się, aż wytworzyła się pod nim próżnia. W ten sposób energia spalonego paliwa została wykorzystana w silniku z maksymalną kompletnością. Było to główne oryginalne znalezisko Otto. Skok roboczy tłoka w dół rozpoczął się pod wpływem ciśnienia atmosferycznego, a gdy ciśnienie w cylindrze osiągnęło ciśnienie atmosferyczne, zawór wydechowy otworzył się, a tłok wypierał spaliny swoją masą. Ze względu na pełniejszą ekspansję produktów spalania sprawność tego silnika była znacznie wyższa od sprawności silnika Lenoira i osiągnęła 15%, czyli przewyższała sprawność najlepszych ówczesnych parowozów. Najtrudniejszym problemem przy tej konstrukcji silnika było stworzenie mechanizmu do przenoszenia ruchu zębatki na wał. W tym celu wynaleziono specjalne urządzenie transferowe z kulkami i krakersami. Gdy tłok z zębatką wyleciał do góry, krakersy, zakrywając wał swoimi pochylonymi powierzchniami, wchodziły w interakcje z kulkami w taki sposób, że nie przeszkadzały w ruchu zębatki, ale gdy zębatka zaczęła się przesuwać w dół , kulki toczyły się po pochyłej powierzchni krakersów i mocno dociskały je do wału, zmuszając go do obracania się. Ta konstrukcja zapewniała żywotność silnika. Ponieważ silniki Otto były prawie pięć razy bardziej wydajne niż silniki Lenoir, natychmiast cieszyły się dużym zainteresowaniem. W kolejnych latach wyprodukowano ich około pięciu tysięcy. Otto ciężko pracował nad ulepszeniem ich projektu. Wkrótce zębatkę zastąpiono zębatką korbową (wielu osób było zakłopotanych wyglądem zębatki, która uniosła się na ułamek sekundy, poza tym jej ruchowi towarzyszył nieprzyjemny, klekoczący ryk). Ale najbardziej znaczący z jego wynalazków miał miejsce w 1877 r., kiedy Otto wykupił patent na nowy silnik czterosuwowy. Cykl ten do dziś stanowi podstawę działania większości silników gazowych i benzynowych. W następnym roku nowe silniki zostały już wprowadzone do produkcji.
We wszystkich wcześniejszych silnikach gazowych mieszanina gazu i powietrza była zapalana w cylindrze roboczym pod ciśnieniem atmosferycznym. Jednak efekt eksplozji był tym silniejszy, im większe było ciśnienie. Dlatego, gdy mieszanina jest sprężona, eksplozja powinna być silniejsza. W nowym silniku gazowym Otto gaz został sprężony do 2, 5 lub 3 atm, w wyniku czego silnik stał się mniejszy, a jego moc wzrosła. Aby pomieścić mieszankę gazową, cylinder po jednej z jego stron został wydłużony. Kiedy tłok osiągnął tu swoje ostateczne położenie, pozostała jeszcze przestrzeń wypełniona sprężoną mieszanką gazów. Dzięki temu możliwe stało się wywołanie eksplozji w końcowym położeniu tłoka, gdy podczas zmiany ruchu ma on zerową prędkość. Dzięki temu martwemu punktowi układu zapłonowego można było uniknąć wstrząsów, wstrząsów i wstrząsów tłoka o ścianki cylindra, które występowały w poprzednim silniku. Skok tłoka był następujący. 1) Przy pierwszym suwie tłoka uboga mieszanina 1/10 gazu i 9/10 powietrza została zassana przez otwarty zawór wlotowy i zawór wlotowy mieszanki. 2) Podczas suwu wstecznego tłoka wlot był zamknięty, a mieszanina ssąca została sprężona w cylindrze. 3) Na końcu tego skoku zapłon nastąpił w martwym punkcie, a narastające ciśnienie gazowych produktów wybuchu przesunęło tłok. Na początku trzeciego skoku ciśnienie osiągnęło 11 atmosfer, a podczas ekspansji spadło do prawie 3 atmosfer. cztery). Podczas wtórnego suwu wstecznego tłoka, zawór wydechowy otworzył się, a tłok wypierał produkty spalania z cylindra. Gdy osiągnął skrajny punkt, w cylindrze pozostały jeszcze resztki produktów spalania, ale nie przeszkadzały one w dalszej pracy silnika. Wręcz przeciwnie, ich obecność miała korzystny wpływ - zamiast wybuchu nastąpiło bardziej równomierne spalanie, przez co skok tłoka okazał się bardziej równomierny, bez szarpnięć, a silnik mógł pracować tam, gdzie wcześniej wydawało się to nie do przyjęcia - na przykład do ruchu krosien i dynam. Była to ważna zaleta silnika Otto. Aby obrót wału był jeszcze bardziej równomierny, wyposażono go w masywne koło zamachowe. Wszakże z czterech suwów tłoka tylko jeden odpowiadał pracy użytecznej, a koło zamachowe musiało dostarczać energię na trzy kolejne suwy (lub tym samym przez 1 obrotu), aby pracujące maszyny mogły jechać bez spowolnienia na dół. Mieszaninę zapalono, jak poprzednio, otwartym płomieniem. Ze względu na połączenie korby z wałem nie było możliwe uzyskanie rozprężania gazu do atmosfery, dlatego sprawność silnika nie była dużo wyższa niż w poprzednich modelach, ale okazała się najwyższa dla silników cieplnych tamtych czasów. Cykl czterosuwowy był największym osiągnięciem technicznym Otto. Szybko jednak okazało się, że na kilka lat przed jego wynalazkiem dokładnie tę samą zasadę działania silnika opisał francuski inżynier Beau de Roche. Grupa francuskich przemysłowców zakwestionowała patent Otto w sądzie. Sąd uznał ich argumenty za przekonujące. Prawa Otto wynikające z jego patentu zostały znacznie ograniczone, w tym anulowanie jego monopolu na cykl czterosuwowy. Otto boleśnie przeżył tę porażkę, tymczasem sprawy jego firmy szły całkiem dobrze. Choć konkurenci rozpoczęli produkcję silników czterosuwowych, model Otto wypracowany przez wiele lat produkcji nadal był najlepszy, a popyt na niego nie ustał. Do 1897 roku wyprodukowano około 42 tysiące tych silników o różnej pojemności. Jednak fakt, że jako paliwo stosowano gaz lekki, znacznie zawęził zakres pierwszych silników spalinowych. Liczba instalacji oświetleniowych i gazowych była nieznaczna nawet w Europie, aw Rosji były tylko dwie - w Moskwie i Petersburgu. Dlatego poszukiwania nowego paliwa do silnika spalinowego nie ustały. Niektórzy wynalazcy próbowali użyć pary ciekłego paliwa jako gazu. W 1872 roku amerykański Brighton próbował wykorzystać w tym celu naftę. Jednak nafta nie wyparowała dobrze i Brighton przestawił się na lżejszy produkt naftowy, benzynę. Ale aby silnik na paliwo ciekłe mógł z powodzeniem konkurować z gazem, konieczne było stworzenie specjalnego urządzenia (później znanego jako gaźnik) do odparowywania benzyny i uzyskania jej palnej mieszanki z powietrzem.Brighton w tym samym 1872 r. z jednym z pierwszych tak zwanych „wyparnych” gaźników, ale działał niezadowalająco. Sprawny silnik benzynowy pojawił się dopiero dziesięć lat później. Został wynaleziony przez niemieckiego inżyniera Gottlieba Daimlera. Przez wiele lat pracował w firmie Otto i był członkiem jej zarządu. Na początku lat 80. zaproponował swojemu szefowi projekt kompaktowego silnika benzynowego, który mógłby znaleźć zastosowanie w transporcie. Otto (podobnie jak Watt w podobnej sytuacji w swoim czasie) chłodno zareagował na propozycję Daimlera. Następnie Daimler wraz ze swoim przyjacielem Wilhelmem Maybachem podjął odważną decyzję - w 1882 roku opuścili firmę Otto, nabyli mały warsztat pod Stuttgartem i rozpoczęli pracę nad swoim projektem. Problem, przed którym stanęli Daimler i Maybach, nie był łatwy, postanowili stworzyć silnik, który nie będzie wymagał generatora gazu, będzie bardzo lekki i kompaktowy, ale jednocześnie wystarczająco mocny, by poruszyć załogę. Daimler spodziewał się zwiększenia mocy poprzez zwiększenie prędkości wału, ale w tym celu konieczne było zapewnienie wymaganej częstotliwości zapłonu mieszanki. W 1883 roku powstał pierwszy silnik benzynowy z zapłonem z gorącej pustej rurki otwartej do cylindra.
Pierwszy model silnika benzynowego przeznaczony był do przemysłowej instalacji stacjonarnej. Tutaj P jest zbiornikiem benzyny, z którego za pomocą zaworu odcinającego p przez rurę przepuszczano tyle benzyny do urządzenia do jej odparowania AB, że A zawsze pozostawało napełnione w około 2/3. B to lampa, która została napełniona jako pierwsza, jeszcze zanim benzyna dostała się do A. Z lampy B, przez rurkę z zaworem V, benzyna była doprowadzana do palnika, który znajdował się w powłoce L; spływała cienkim strumieniem z wąskiej końcówki palnika i dzięki wysokiej temperaturze palnika natychmiast odparowywała. Płomienie płonęły wokół platynowego zapalnika i podgrzewały go. W parowniku A opary benzyny powstawały poprzez zasysanie ogrzanego powietrza przez benzynę. Pary te zmieszano z powietrzem w zaworze regulacyjnym H, dzięki czemu otrzymano palną mieszaninę gazów. Podczas suwu w dół tłok zassał tę mieszaninę, podczas suwu odwrotnego ściskał ją w przestrzeni przeznaczonej do kompresji. W momencie, gdy tłok znajdował się w górnym martwym punkcie, mechanizm dystrybucji otworzył gorący zapłonnik platynowy, ładunek eksplodował, a gazy spalinowe dociskały się do tłoka. W celu powstania oparów benzyny, jak wspomniano powyżej, powietrze musiało zostać podgrzane. Osiągnięto to dzięki temu, że powietrze przed wejściem do parownika przechodziło przez obudowę palnika.
Aby uruchomić silnik, po napełnieniu benzyną A i B najpierw otwierano zawór palnika V i grzano rurki palnika z zewnątrz przez jedną lub dwie minuty. Osiągnęli więc temperaturę, w której benzyna zaczęła parować. Gdy zapalnik był rozgrzany do czerwoności, otwierano zawór V i silnik obracano ręcznie za pomocą specjalnego uchwytu; po kilku obrotach w cylindrze roboczym nastąpiła pierwsza eksplozja; wtedy silnik ruszył. Cylinder roboczy, podobnie jak w silnikach gazowych, otoczony był płaszczem, przez który przepływała woda do chłodzenia z rury wodnej lub z małej pompy Q, która była napędzana przez sam silnik. Z powyższego opisu widać, że proces odparowywania paliwa ciekłego w pierwszych silnikach benzynowych pozostawiał wiele do życzenia. Dlatego wynalazek gaźnika dokonał prawdziwej rewolucji w budowie silników. Za jego twórcę uważany jest węgierski inżynier Donat Banki (choć niezależnie od niego, a nawet nieco wcześniej, tę samą konstrukcję gaźnika opracował przyjaciel i sojusznik Daimlera Maybach). Banki zyskał później wielką sławę dzięki swoim wybitnym wynalazkom w dziedzinie turbin hydraulicznych. Ale będąc jeszcze młodym człowiekiem, w 1893 roku opatentował gaźnik z dyszą (dyszę), który był prototypem wszystkich nowoczesnych gaźników.
W przeciwieństwie do swoich poprzedników, Banki zaproponował, aby nie odparowywać benzyny, ale drobno rozpylić ją w powietrzu. Zapewniło to jego równomierny rozkład na cylindrze, a samo parowanie odbywało się już w cylindrze pod działaniem ciepła sprężania. Aby zapewnić rozpylenie, benzyna była zasysana strumieniem powietrza przez dyszę dozującą, a stałość mieszanki osiągnięto dzięki utrzymywaniu stałego poziomu benzyny w gaźniku. Strumień wykonano w postaci jednego lub więcej otworów w rurce, umieszczonych prostopadle do przepływu powietrza. Dla utrzymania ciśnienia przewidziano mały zbiornik z pływakiem, który utrzymywał poziom na danej wysokości, tak aby ilość zassanej benzyny była proporcjonalna do ilości napływającego powietrza. Tak więc gaźnik składał się z dwóch części: komory pływakowej 1 i komory mieszania 2. Paliwo swobodnie wchodziło do komory 1 ze zbiornika rurą 3 i było utrzymywane na tym samym poziomie przez pływak 4, który podnosił się wraz z poziomem paliwa i podczas napełniania, za pomocą dźwigni 5 obniżył igłę 6 i tym samym zablokował dostęp do paliwa. Z komory 1 paliwo spływało swobodnie do komory 2 i zatrzymywało się w strumieniu 7 na tym samym poziomie co komora 1. Komora 2 miała na dole otwór, który łączył się z powietrzem zewnętrznym, au góry - z zaworem wlotowym silnika. Ilość mieszanki dostarczanej do cylindra regulowano obracając przepustnicę (klapę) 8. Podczas suwu ssania tłoka powietrze wpadało od dołu do komory mieszania i zasysało paliwo z dyszy rozpylając je i odparowując. Pierwsze silniki spalinowe były jednocylindrowe, a w celu zwiększenia mocy silnika powszechne było zwiększanie objętości cylindra. Potem zaczęli to osiągać, zwiększając liczbę cylindrów. Pod koniec XIX wieku pojawiły się silniki dwucylindrowe, a od początku XX wieku zaczęły się upowszechniać silniki czterocylindrowe. Te ostatnie zostały ułożone w taki sposób, że w każdym z cylindrów czterosuwowy cykl poruszany był jednym suwem tłoka. Dzięki temu uzyskano dobrą równomierność obrotów wału korbowego.
W przeciwieństwie do poprzedniego wału, wał korbowy składał się z oddzielnych wałów korbowych, które były połączone z oddzielnymi tłokami za pomocą korbowodów. Z jednej strony wał odbierał ruch od tłoków i zamieniał ruch posuwisto-zwrotny na ruch obrotowy, a z drugiej strony sterował ruchem tłoków, które dzięki temu poruszały się tam i z powrotem w dokładnie określonych momentach, czyli , przeszły jednocześnie jeden cykl roboczy we wszystkich cylindrach. Wszystkie te cykle zmieniały się w regularnych odstępach czasu. Autor: Ryzhov K.V.
▪ Termos
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Złamany rekord temperatury zamarzania wody
▪ sekcja serwisu Słowa skrzydlate, jednostki frazeologiczne. Wybór artykułu ▪ artykuł W naszych czasach zepsuło się nie ciało, lecz duch. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Jakiego cudu dokonał Jezus jeszcze w łonie matki? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł o mandze Cerberusa. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Regulator napięcia samochodowego. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony