Protected by Copyscape Originality Checker
Яндекс цитирования
Рейтинг сайтов

Предшественники ДВС

Исторические причины создания двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

 

 

Человек очень быстро осознал, что его собственной силы (мощности) не хватает для выполнения очень многих задач, стоящих на его жизненном пути. Поэтому человечество  стало использовать различные природные источники энергии, прежде всего, энергию ветра, энергию движущейся воды или энергию домашних животных. По существу это ничто иное, как преобразованная природой Земли энергия Солнца. Лодки древних людей, используя энергию ветра, ходили под парусами, то есть обходились без гребцов. Всадник всегда передвигался быстрее пешего, а на повозке, запряжённой домашним животным, удавалось перевозить тяжёлые грузы на значительные, для того времени, расстояния. С развитием земледелия возникла необходимость перемалывать зерно в муку. Крутить жернова ручной мельницы было очень утомительным занятием. Кое-где для этих целей умудрились использовать силу домашних животных, мускульная сила домашних животных также использовалась для откачки воды из шахт или подъёма руды на поверхность. Со временем человечество научилось использовать энергию ветра и падающей воды для хозяйственных целей, во многих странах строились ветряные и водяные мельницы, которые и по сегодняшний день являются украшением пейзажа многих территорий, одновременно являясь памятником развития техники.

Ветряная мельница - энергия ветра
Правда красиво!
Водяное колесо - энергия
Водяное колесо

Водяное колесо

Парусный корабль - знергия ветра
Парусный корабль - энергия ветра
Мускульная сила домашних животных
Мускульная сила домашних животных

Кое-где и сейчас обходятся мускульной силой домашних животных

 

С развитием производства сила ветра или сила падающей воды стала применяться для других целей. При помощи силы ветра или падающей воды откачивалась вода из шахт, приводились в движение меха плавильных печей, работали механизированные лесопилки, первые токарные станки на механизированных мануфактурах, машины по распилке мрамора и других камней в каменоломнях и многое другое.

Изобретение ткацкого станка, резко повысившего производительность тяжёлого труда ткача, и потребовало наличие постоянного источника энергии. В основном, этим источником энергии стала энергия падающей воды, то есть энергия земного притяжения. Все крупные ткацкие мануфактуры, металлообрабатывающие предприятия, кузницы, в которых механическая энергия падающей воды использовалась для привода станков, строились по берегам рек. Но такое вынужденное размещение производства было очень неудобным, поскольку, резко увеличивало транспортные расходы производителя. Бурно развивающейся европейской промышленности требовался источник энергии, независящий от места расположения природных энергетических ресурсов. И вскоре этот источник механической энергии был создан, это паровой двигатель.

Первый паровой двигатель Newcomen - энергия пара
Первый паровой двигатель Newcomen

Паровой (атмосферный) двигатель Newcomen, используемый для откачки воды из шахты

История создания и развития паровой техники очень интересна, но, к сожалению, обсуждение этого вопроса придётся отложить на будущее. Паровой двигатель был первой машиной, давшей человечеству механическую энергию, прямо не зависящую от природы.

Паровой двигатель резко ускорил развитие промышленности, и именно он стал катализатором машинной революции, и что очень важно, он позволил создать надёжную транспортную систему, систему железных дорог. Железнодорожный транспорт позволил перевозить на большие расстояния большие объёмы грузов, с необходимой экономической целесообразностью, позволившей ускорить развитие промышленности. По железной дороге перевозились не только грузы, но и большое количество пассажиров, с необходимыми условиями комфорта. Позднее кто-то назвал автомобиль пожирателем расстояний, но, несомненно, это можно отнести и к паровозу.

Паровоз Ефима и Мирона Черепановых - энергия пара
Паровоз Ефима и Мирона Черепановых
Паровоз Стифенсона «Ракета»
Паровоз Стифенсона «Ракета»

Естественно пытливые умы изобретателей пытались применить паровые двигатели на самодвижущихся экипажах, предназначенных для движения по простым дорогам. Но этому мешал один из врождённых недостатков парового двигателя, который был менее заметен на железных дорогах, а, именно, большой вес, как самого двигателя, так и воды с топливом, которые необходимо было возить для обеспечения работы двигателя.

С появлением паровой машины (2-я половина 18 в.) создание самодвижущихся повозок быстро продвинулось вперёд. В 1769—70 во Франции Ж. Кюньо построил первый паровой автомобиль, предназначенный для перевозки пушек.

Автомобиль Кюньо - первый автомобиль
Автомобиль Кюньо

Первые самобеглые повозки, прародители современных автомобилей, использовали паровой двигатель.

 

Можно точно сказать, в создании надёжного источника механической энергии особенно нуждались два вида человеческой деятельности – промышленность и транспорт.

 

Техническое совершенство паровых машин быстро прогрессировало, мощней и надежнее становились стационарные паровые машины (двигатели), мощней, легче и, можно сказать, красивей становились паровозы, но паровой двигатель имел врождённые недостатки. Паровая машина имела очень низкой коэффициент полезного действия 3% - 10%. То есть непосредственно в необходимую механическою энергию преобразовывалась только небольшая часть тепловой энергии сгоревшего топлива. Кроме этого, паровой двигатель имел большой вес, и для его работы требовалось большое количество воды и топлива, которые, в свою очередь, то же имели большой вес. Это особенно затрудняло применение парового двигателя на автомобиле, хотя на других транспортных средствах, где вес силовой установки не был решающим фактором (железная дорога и пароходы), паровой двигатель использовался очень широко до середины 20-го века. В промышленности использование парового двигателя было целесообразным только на больших предприятиях с непрерывным циклом работы. Ремесленники и небольшие предприятия, хоть и очень нуждались в источнике механической энергии, не могли эффективно использовать паровую машину. Поскольку механическая энергия им требовалась не постоянно, а периодически, для выполнения некоторых тяжёлых работ. Паровой двигатель не очень подходил для такого вида работ, по причине того, что его перед каждым включением требовалось долго прогревать.

 

Паровой двигатель относится к двигателям внешнего сгорания. В таких тепловых машинах топливо сгорает за пределами силового цилиндра двигателя. Постепенно многим изобретателям приходила мысль о создании двигателя, в котором топливо сгорает непосредственно в цилиндре, такие двигатели называются двигателями внутреннего сгорания (ДВС). В первой половине 19 века идея создания нового двигателя витала в воздухе.

Двигатель внутреннего сгорания - На земле, на воде, в воздухе
Двигатель внутреннего сгорания - На земле, на воде, в воздухе

В середине 1860-х годов в Европе постоянно происходили попытки создания пригодного для практических целей двигателя внутреннего сгорания, концу 19 века такие двигатели были созданы, и началось их широкое распространение по свету.

 

Как и в случае с паровым двигателем, основными потребителями двигателей внутреннего сгорания стали промышленность и транспорт. Широкое применение двигателя внутреннего сгорания с середины 19-го века в промышленности облегчило физический труд на небольших предприятиях и в ремесленном производстве, поэтому в то время двигатель внутреннего сгорания называли – «спасителем ремёсел».

Лучшее соотношение мощности к весу, по сравнению с паровым двигателем, привело к широкому применению двигателя внутреннего сгорания на транспорте. Двигатели внутреннего сгорания использовались на речных и морских судах, на железной дороге, сельскохозяйственных и строительных машинах. Широкое распространение тракторов в начале 20-го века значительно увеличило эффективность сельскохозяйственного производства. Появление двигателей внутреннего сгорания способствовало быстрому развитию авиации. Попытки создания самолёта с паровым двигателем были неудачными.

Автомобиль и, особенно, авиация сделали людей более мобильными. Расстояния между людьми стали короче. Особенно широкое применение двигатели внутреннего сгорания нашли в военной технике, самый грозный танк без двигателя это просто большая железяка, а огромные многоосные шасси передвижных ракетных комплексов передвигаются за счёт энергии мощных дизельных двигателей.

За своё более чем столетнее развитие двигатели внутреннего сгорания нашли широкое применение во всех сферах человеческой жизни, начиная от небольшого двигателя газонокосилки и заканчивая огромными судовыми дизельными двигателями.

 

Изобретение двигателя внутреннего сгорания явилось важнейшим событием в развитии человечества. По моему мнению, по значимости к этому событию можно приравнять только изобретение электричества и компьютера.

Но большая часть выпушенных за всю историю двигателей внутреннего сгорания была установлена на автомобили, как легковые, так и грузовые.

 

Тут надо немного отойти в сторону и сказать, что к концу 19 получило быстрое развитие электричество. Электрические двигатели широко применялись на легковых автомобилях того времени. То есть к концу 19 века большая часть автомобилей имела не бензиновый, а паровой, или электрический двигатель. Необходимо понять, почему в начале 20 века двигатель внутреннего сгорания практически полностью вытеснил своих конкурентов. Да, двигатель внутреннего сгорания имел более высокий коэффициент полезного действия, по сравнению с паровым двигателем. Что само по себе очень важно, но, главное, в килограмме жидкого топлива, используемого двигателем внутреннего сгорания, содержалось гораздо больше энергии, чем в топливе и воде, необходимых для работы парового двигателя и уж тем более, больше энергии, чем в килограмме очень тяжёлых аккумуляторных батарей, необходимых для работы электрического двигателя.

Правда, многие американские историки автомобиля утверждают, что окончательно двигатель внутреннего сгорания победил паровой и электрически двигатель на автомобиле только после появления электрического стартёра.

 

 

Основная часть современных автомобилей приводится в движение при помощи двигателей внутреннего сгорания.

Современные двигатели внутреннего сгорания имеют небольшой вес, высокую мощность, высокую надёжность при большом сроке эксплуатации, высокую топливную экономичность и загрязняют окружающую среду значительно меньше своих предшественников.

 

 

 

Будущее.

Предсказывать будущее в развитии техники, в прочем, как и в других областях человеческой деятельности, дело не очень благодарное, но определённые предположения сделать можно. В настоящее время почти все транспортные средства оборудованы двигателями внутреннего сгорания. Кроме автомобилей двигатели внутреннего сгорания устанавливаются на разные транспортные, технологические, сельскохозяйственные, военные и другие машины, от небольшой бензиновой пилы до гигантского морского контейнеровоза. Но двигатель внутреннего сгорания имеет большой недостаток, неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Многие предрекают скорую кончину двигателей внутреннего сгорания по причине того, что очень скоро на земле закончится вся нефть. Подобные высказывания появились в средствах массовой информации ещё в начале 70-х годов. Различные учёные мужи, нагоняя страх на обывателя, талдонили, что последние времена наступают, «как есть последние», поскольку нефти на земле осталось не более чем на 25 – 30 лет. Но вот прошло с тех пор 40 лет, нефть на земле не кончилась, более того, наша страна практически ничего не производит кроме нефти. У нас всё остальное кончилось, а нефть нет. И опять начались разговоры про последние 25 - 30 лет.

 

Поэтому сейчас проводится массовая научная и практическая работа по замене двигателей внутреннего сгорания, устанавливаемых на легковые автомобили, на электрические, с различными источниками электрической энергии, или на гибридные силовые установки. Часто журналисты по неграмотности называют автомобили с гибридными силовыми установками, автомобилями с гибридным двигателем. Нет никаких гибридных двигателей (в этом понятии), есть гибридные силовые установки автомобиля, В которых двигатель внутреннего сгорания работает совместно с электрическим двигателем. В гибридной силовой установке единственным источником энергии остался двигатель внутреннего сгорания, разумеется, приспособленный для эффективной работы в гибридной силовой установке. Вся остальная сложная и дорогая управляющая электроника, и силовая электротехника просто обеспечивает работу двигателя внутреннего сгорания на более благоприятных режимах работы, на которых двигатель внутреннего сгорания значительно меньше загрязняет окружающую среду и потребляет меньше топлива.

 

Анализируя статьи по новинкам автомобильной техники в англоязычной автомобильной прессе, можно сделать вывод, что 95% статей посвящены электроавтомобилям. Причём авторы чаще всего просто заворожены модным поветрием. Я практически не встречал статей, в которых с научной точки зрения комплексно анализируется экономические и экологические предпосылки широкой замены автомобилей с двигателем внутреннего сгорания на электрические автомобили. От добычи первичных энергетических полезных ископаемых, выработки электрической энергии на тепловых, атомных или гидравлических электростанциях, многократное преобразование этой энергии, до доведения механической энергии к колёсам автомобиля.

Радостно повизгивая, очередной «специалист» сообщает, что он стоит рядом с электрическим автомобилем и не чувствует запаха выхлопных газов, при этом твёрдо уверен, что электричество создаётся непосредственно в розетке.

Основной проблемой остаётся хранение электрической энергии на автомобиле. Современные аккумуляторы или сохранили недостаток своих предков, очень большой вес, или, не совсем избавившись от этого врождённого недостатка, приобрели новый – очень высокую стоимость.

Не стоит думать, что я против экологически чистого электрического автомобиля, я просто за научное рассмотрение этого вопроса. Я не хочу, чтобы меня агитировали, я хочу, чтобы мне доказывали на основе фактов и действительных полнообъёмных научных исследований. А то, что на электрическом автомобиле ездит актёришко из Голливуда меня не очень интересует.

 

В последнее время двигатели внутреннего сгорания стали более дружественные к окружающей среде, в основном, за счёт применения современных электронных управляющих систем, дополненными новейшими механическими системами, работа которых без управляющей электроники была бы просто невозможна.

 

Думаю, что быстрой кончины двигателей внутреннего сгорания ожидать не стоит, он ещё долго послужит человечеству. И, не смотря на многие предсказания, он ещё долго будет устанавливаться на легковые автомобили.

 

Е.Н. Жарцов.

 

Оставить комментарий

Комментарии: 0