История двигателя внутреннего сгорания

Перейти к контенту

Главная » Темы » Автомобилестроение

Рубрика: Автомобилестроение

Двигатель – одно из основных составляющих автомобиля. Без изобретения двигателя автомобилестроение, скорее всего, остановилось в развитии сразу же после изобретения колеса.  Рывок в истории создания автомобилей, произошел благодаря изобретению двигателя внутреннего сгорания. Это устройство стало реальной движущей силой, дающей скорость.Попытки создать устройство, подобное двигателю внутреннего сгорания, начались с 18 века. Созданием устройства, которое могло бы преобразовывать энергию топлива в механическую, занимались многие изобретатели.

Первыми в этой области были братья Ньепс из Франции. Они придумали прибор, который сами назвали «пирэолофор».  В качестве топлива для данного двигателя должна была использоваться угольная пыль. Однако, данное изобретение так и не получило научного признания, и существовала, по сути, только в чертежах.

Первым успешным двигателем, который начал продаваться, был двигатель внутреннего сгорания бельгийского инженера Ж.Ж. Этьена Ленуара. Год рождения этого изобретения  – 1858. Это был двухтактовый электрический двигатель с карбюратором и искровым зажиганием. Топливом для устройства служил каменноугольный газ. Однако изобретатель не учел потребность в смазке и охлаждении своего двигателя, поэтому он работал очень недолго. В 1863 году Ленуар переделал свой двигатель  – добавил недостающие системы и в качестве топлива ввел в использование керосин.

Ж.Ж.Этьен Ленуар

Устройство было крайне несовершенным  – сильно нагревался, неэффективно использовал смазку и топливо. Однако с помощью него ездили трехколесные автомобили, которые так же были далеки от совершенства.В 1864 году был изобретен одноцилиндровый карбюраторный двигатель, работающий от сгорания нефтепродуктов. Автором изобретения стал Зигфрид Маркус, он же представил общественности транспортное средство, развивающее скорость 10 миль в час.

В 1873 году еще один инженер  – Джордж Брайтон – смог сконструировать 2-х цилиндровый двигатель. Изначально он работал на керосине, а позже на бензине. Недостатком этого двигателя была излишняя массивность.

В 1876 году произошел рывок в индустрии создания двигателей внутреннего сгорания. Николас Отто впервые создал технически сложное устройство, которое эффективно преобразовывало энергию топлива в механическую энергию.

Николас Отто

В 1883 году француз Эдуард Деламар разрабатывает чертеж двигателя, топливом для которого служит газ. Однако его изобретение существовало только на бумаге.1185 году в истории автомобилестроения появляется громкое имя – Готтлиб Даймлер. Он смог не только изобрести, но и запустить в производство прототип современного газового двигателя – с вертикально расположенными цилиндрами и карбюратором.  Это был первый компактный двигатель, который к тому же способствовал развитию приличной скорости перемещения.

Параллельно с Даймлером над созданием двигателей и автомобилей работал Карл Бенц.

В 1903 году предприятия Даймлера и Бенца объединились, дав начало  полноценному предприятию автомобилестроения. Так началась новая эра, послужившая дальнейшему совершенствованию двигателя внутреннего сгорания.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Поиск:

Начало истории автомобильных двигателей

Современный автомобилист – в отличие от его «коллеги» еще полвека назад – зачастую весьма смутно представляет себе, как работает его автомобиль, что происходит под капотом и какие процессы при этом задействованы. Общие слова вроде и понятны – про рабочий объем, мощность и расход топлива. Но для многих это уже не столько технические показатели, сколько характеристика товара. Да, любой автовладелец знает, на бензине или на дизеле он ездит, но для подавляющего большинства эта информация исключительно про то, из какой колонки заправляться. Интерес к двигателю уступает вниманию к всяким мультимедийным фишкам и опциям, возможности подключить смартфон или услышать голосовые подсказки навигации. А порой и просто заменен вопросом «через какое приложение каршеринга здесь удобнее взять автомобиль?».

Антон Борисенко

В рамках спецпроекта с брендом моторных масел G-Energy рассказываем об истории автомобильных двигателей. Первая часть — экскурс в историю двигателестроения. В будущих статьях мы поговорим о том, как появились современные двигатели, что из себя представляют гоночные агрегаты и какими будут двигатели будущего.

youtube

Нажми и смотри

А ведь современный автомобильный двигатель – это одна из наиболее ярких иллюстраций технического прогресса за последние столетия, конкуренции успешных решений с гениальными, учета меняющегося мира и его требований. И вообще, как говорится, «во-первых, это просто красиво!» В этом цикле статей мы постараемся убедить вас, что это создание инженерной мысли действительно красивое в своем совершенстве, а история автомобильных двигателей – захватывающая и разносторонняя.

Мушкеты, скороварки и светильники

Многие будут удивлены, но одним из первых прообразов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) стала когда-то… средневековая пушка. Ну или какой-нибудь мушкет, если угодно. Ведь что такое по определению двигатель внутреннего сгорания? Это некое устройство, внутри которого происходит некое действие, преобразующее некую энергию в механическую работу. Собственно этим ДВС и отличается, к примеру, от паровой машины (всем известного паровоза). Ведь там пар образуется «снаружи» и подается к поршням, заставляя их двигаться. То есть подобную силовую установку можно назвать двигателем внешнего сгорания. И основной недостаток такой схемы – огромные потери энергии.

А в стрелковом оружии порох взрывается, выделяется энергия, силой расширяющихся газов выталкивается «поршень», в качестве которого выступает ядро или пуля. И именно на порохе пытались создать свой двигатель голландский физик Христиан Гюйгенс (весьма небезызвестный в истории науки персонаж) и французский изобретатель Дени Папен. Была предпринята эта попытка еще в далеком 1690 году. Обеспечить стабильную и безопасную работу такого двигателя на практике не удалось: порох все-таки слишком опасен. Но позже Папен на основе этого изобретения сделал существенный шаг вперед – как раз в сторону паровой машины. И, кстати, скороварки – этот кухонный инструмент оставил человечеству именно он.

А вот что использовать в качестве безопасного и стабильного топлива – этот вопрос повис перед учеными, инженерами и изобретателями на несколько веков.

Достаточно популярной идеей было использование газа (например, угольного). Первый газовый поршневой двигатель предложил в 1799 году британец Джон Барбер. На светильном газе работал двигатель Филиппа Лебона – первый из запатентованных (в 1801 году). Что, кстати, немудрено, ведь именно Лебон считается изобретателем газового освещения. Вот только на практике реализовать свой патент двигателя француз не успел – ушел из жизни.

Другая ветка изобретений основывалась на использовании в качестве топлива угольной пыли. Именно на ней работал Pyreolophore – лодочный двигатель братьев Ньепс, Жозефа Нисифора и Клода Феликса. В 1806 году десятилетний патент на него им выдал лично Наполеон Бонапарт. Но конструкция этого механизма скорее была прообразом водометного, а то и реактивного двигателя. Зато именно братья Ньепс стали одними из первых, кто додумался заменить угольную пыль на нефть и оснастить двигатель простейшим, но впрыском топлива – он и стал прародителем современных систем впрыска.

В 1807 году Исаак де Риваз предложил идею двигателя, работавшего на водороде и имевшего ультрасовременное электрическое зажигание: тогда разработки Алессандро Вольты в области электричества и гальваники как раз были на пике инноваций. Конечно, с современными водородными топливными ячейками это не имело ничего общего: водород был просто еще одной попыткой найти наиболее подходящее топливо. Хотя именно четырехколесная повозка с этим двигателем де Риваза и считается многими первым автомобилем с двигателем внутреннего сгорания, это была только идея. Вторая итерация этого автомобиля смогла провезти груз (около 300 кг камней) и четырех человек аж целых 26 м со скоростью целых 3 км/ч, однако практически все в этом двигателе – от подачи топлива до прочистки цилиндра от выхлопных газов, да и сам поджиг рабочей смеси – оператор должен был делать вручную. Те самые 26 м были преодолены примерно за пять «рабочих циклов», обеспечиваемых человеком.

Эпоха первых патентов

Поиски продолжались еще более полувека. За это время британец Самюэль Браун подарил миру (1825 год) идею водяного охлаждения цилиндра, но работал в этом цилиндре все тот же водород. В 1826 году в Америке Самюэль Мори получил патент на ДВС, где в качестве топлива использовались спирт и скипидар. Америка, кстати, в эти годы сделала серьезный рывок в этой области. Чуть позже изобретатель Чарльз Дьюри впервые в Новом Свете использовал в качестве топлива бензин (который тогда бензином еще не назывался), а в 1833 году появился двигатель Райта. Нет, не того, который «один из братьев Райт» – до их авиационных экспериментов оставалось еще более 60 лет. Лемюэль Веллман Райт запатентовал двигатель, который работал на газе, но уже по двухтактному циклу, и имел систему водяного охлаждения.

Интересным шагом стали двигатели британца Уильяма Барретта. Именно двигатели – в 1838 году он разом запатентовал сразу три. Они были двухтактными (а один и вовсе использовал практически сохранившуюся до настоящего времени схему газообмена), но принципиальным здесь было то, что смесь не просто подавалась в камеру сгорания – она там сжималась перед воспламенением. До этого практически во всех конструкциях топливовоздушная смесь просто сгорала и расширялась. Предварительное ее сжатие позволяло значительно повысить как мощность, так и коэффициент полезного действия (КПД).

К 1863 году был построен рабочий прототип запатентованного пятью годами ранее двухцилиндрового ДВС итальянцев Еугенио Барзанти и Феличе Маттеуччи. Он был двухцилиндровым, развивал мощность 5 л. с. и обладал очень неплохим по тем временам КПД. Именно итальянские изобретатели могли стать первопроходцами в создании по-настоящему коммерчески успешного двигателя – заказы начали поступать весьма активно. Но не судьба. В ходе налаживания выпуска своего детища на заводе в Бельгии Барзанти заболел тифом и умер, а Маттеуччи в одиночку проект вытащить не смог. Хотя и не раз ворчал потом, что тот самый двигатель Николаса Августа Отто (собственно откуда и взялось название «цикл Отто») – фактически копия их разработки.

Двигатель Отто, который действительно стал основоположником серийных ДВС, появился на свет в 1862 году и был вынужден выдержать серьезную конкуренцию за место на рынке с еще одной передовой по тем временам конструкцией – двигателем Жана Жозефа Этьена Ленуара. Ленуар впервые представил свой двигатель чуть раньше, в 1860 году, но бельгийцу потребовалось несколько лет на доводку систем охлаждения и смазки. Тем не менее в итоге 12-сильный агрегат был доведен до ума, и его коммерческий тираж в Старом Свете составил почти полторы тысячи единиц – по тем-то временам! Автомобильная версия появилась на свет в 1862–1863 годах и тоже использовала для работы вместо угольного газа жидкое топливо – керосин.

Примерно в то же время был разработан и четырехтактный двигатель (один такт отвечает за впуск рабочей смеси, второй – за сжатие, третий – это собственно рабочий ход после воспламенения, а четвертый – прочистка цилиндра и выброс отработанных газов), однако у француза Альфонса Бо де Роша дело дальше патента (1861 год) не ушло. Точнее, ушло – но об этом чуть позже.

Борьба конструкций

Так что официальным предком всех сегодняшних четырехтактных ДВС стал все-таки появившийся в 1862–1863 году двигатель Отто и его партнера Карла Ойгена Лангена. За несколько лет он был усовершенствован настолько, что удостоился высшей награды Всемирной выставки в Париже (1867 год) и пошел в серию, даже несмотря на то, что Отто и Ланген успели в 1872-м пережить банкротство своей крохотной фирмы N. A. Otto & Cie. Впрочем, основанная уже после этого банкротства компания и по сей день не просто жива, но и великолепно себя чувствует. Это Deutz AG – крупный производитель, как нетрудно догадаться, газовых и дизельных двигателей. Стоит отметить, что в то время слово «дизельный» еще не существовало: Рудольфу Дизелю едва минуло тогда 12 лет.

Даже из патентного конфликта с французами, отстаивавшими первенство прав на четырехтактный двигатель за де Роша (да-да, упомянутое «дело ушло» проявилось именно на этой стадии), Отто со товарищи вышли потрепанными (частью прав пришлось поделиться, как и монополией на изобретение цикла Отто), но непобежденными. А более 40 тысяч (сравните со считавшимся успешным тиражом двигателя Ленуара!) этих двигателей, произведенных за три десятилетия, стали окончательным докозательством промышленного триумфа. Но слабое место у двигателей Отто было – топливо. В этом качестве снова выступал светильный газ. Дорогой и достаточно дефицитный, он производился к тому времени уже мало где.

Немудрено, что разработки продолжали идти и в первую очередь в направлении использования набиравшего все большую популярность и распространение жидкого топлива. Велись они в Новом Свете (Джордж Брайтон), Австро-Венгрии (Зигфрид Маркус), Британии (Дугальд Клерк), России (Огнеслав Костович). Здесь перечислены далеко не все, кто занимался этими исследованиями.

Кстати, бензиновый двигатель Костовича был очень интересной, весьма совершенной по тем временам и перспективной разработкой. 8 цилиндров по оппозитной схеме (горизонтальное расположение цилиндров друг напротив друга), перспективное и доступное топливо, электрическое зажигание, смазочные масленки, водяное охлаждение и целых 80 л. с. мощности при массе агрегата всего в 2,5 центнера – такое было бы, пожалуй, актуально и век спустя. Неудивительно, что после шести лет разработки (1879–1885) последовали шесть лет патентного триумфа: Костович получил патенты не только в России, но и в Британии и США. А похоронила проект изначально «неавтомобильная» постановка задачи: российский инженер работал в первую очередь для авиации – для проекта дирижабля «Россия». А проект оказался неудачным.

Имя Костовича, увы, известно ныне лишь специалистам и историкам. А вот его «виртуального оппонента» помнит весь мир. Это Карл Бенц, запатентовавший в 1879 году двухтактный бензиновый двигатель, а в последующие годы совместивший его с гениальным «комплектом» решений. Тут были и катушечное электрическое зажигание с искрой на свече, и карбюратор с дроссельной заслонкой. Было предусмотрено и основное внешнее оборудование: выносной радиатор охлаждения, коробка передач и сцепление. А к 1886 году Бенц запатентовал и четырехтактный двигатель по циклу Отто, но своей – естественно, тоже очень совершенной по тем временам – конструкции. Вот она – практически готовая основа автомобиля! Долго ждать не пришлось, Benz Patent-Motorwagen («Запатентованный автомобиль Бенца») появился на свет в том же 1886 году.

Одноцилиндровый двигатель имел рабочий объем всего 954 см³ и мощность аж 0,9 л. с. (вздохнем, вспомнив о 80 л. с. двигателя Костовича), но развивавший 16 км/ч «моторваген» навсегда остался «отцом всех автомобилей». Именно он, а не тоже вроде бы вполне себе умевшие двигаться самостоятельно конструкции Ленуара, Маркуса и других.

Но картина первооснов, на которые потом стали опираться (и опираются до сих пор) инженеры-мотористы, была бы неполна без еще нескольких фамилий.

Не Отто единым

В 1886 году англичанин Джеймс Аткинсон предложил усовершенствование для четырехтактного двигателя Отто – несколько иной рабочий цикл, с увеличенной за счет более сложного кривошипно-шатунного механизма длительностью рабочего хода. В свое время это более экономичное решение оказалось слишком конструктивно сложным для практической реализации. Однако к концу ХХ века, когда остро встали вопросы экономичности, а с другими недостатками цикла Аткинсона (например, малый крутящий момент на низких оборотах) справляться научились, идея была возрождена и ныне используется все чаще.

Еще одной разработкой конца XIX века (если точнее, 1891 года) стал двигатель Герберта Эйкройда Стюарта. Его идея была в том, что топливовоздушная смесь воспламенялась в смежной с цилиндром предварительной камере, а затем уже работала в основной камере сгорания. Такая схема обеспечивала лучшее наполнение цилиндров, снижала ударные нагрузки, делала работу двигателя плавней и экономичнее. Однако форкамерные бензиновые двигатели всё-таки остались экзотикой из-за сложности конструкции и частого отличия реальных показателей от расчетных. С такой конструкцией экспериментировали многие, например, мотористы ГАЗа для советских «Волг», однако мейнстримом она так и не стала. Форкамерные дизели более распространены (несмотря на то, что тоже имеют особенности вроде затрудненного холодного пуска), но это отдельная и более специализированная история, выходящая за границы данной статьи.

Интересной и конкурирующей с «моторвагеном» Бенца конструкцией мог бы стать автомобиль англичанина Эдварда Батлера. Он даже показан был двумя годами раньше немецкого. Но полноценных испытаний изобретатель провести не смог из-за нелепых по нынешним временам британских законов об ограничении скорости «безлошадных экипажей» («Закон красного флага»), в сердцах плюнул и уничтожил свое детище, отказавшись от дальнейшей программы. А двигатель передал для разработок силовых установок для малых лодок – но уже без своего участия. В истории Батлер остался в первую очередь человеком, который дал бензину именно такое название – бензин.

Ну и, конечно, Рудольф Дизель… В 1892–1893 годах он запатентовал идею двигателя, в котором необходимую для воспламенения топливной смеси температуру обеспечивало сжатие воздуха. Дело в том, что, хотя разные виды топлива (угольная пыль, газ, керосин, нефть, бензин) воспламенялись при разных температурах, в любом случае она была достаточно низка, чтобы обеспечить высокую эффективность – тот самый коэффициент полезного действия. Идея Дизеля была в том, что поршень сначала сжимал воздух, и тот нагревался при сжатии до температуры, существенно превышавшей температуру воспламенения топлива. А впрыск топлива осуществлялся уже в момент максимального сжатия – при значительно большей температуре, чем вытерпело бы просто сжимаемое топливо. Больше сжатие – сильнее и отдача. Кстати, с топливом немецкий инженер тоже наигрался вдоволь: изначально в его качестве выступала угольная пыль, затем керосин, а к началу ХХ века – нефть.

Конструкция Дизеля попутно делала ненужной электрическую систему зажигания: искра тут просто не требовалась. Зато этот двигатель требовал более прочных материалов (из-за более высокой степени сжатия) и системы подачи топлива под очень высоким давлением. Собственно, эти конструктивные особенности никуда не делись и поныне, порой делая дизельные двигатели сложнее и дороже бензиновых. Но зато КПД! Уже самый первый образец, построенный Дизелем (кстати, работа выполнялась на заводе компании, ныне известной под названием MAN), имел КПД минимум на четверть лучше, чем двигатели конструкции Отто – 26,2%. Такой показатель и сегодня для бензиновых двигателей, ставших более совершенными, был бы неплох! В среднем КПД современных бензиновых ДВС находится в пределах 30% (не будем углубляться в особо продвинутые примеры с КПД почти до 40% – таких единицы, и это технические шедевры даже по нынешним меркам). А современные дизели имеют этот показатель на уровне уже 35–40%.

Кстати, в России работы над двигателями, аналогичными разработанным Дизелем, шли поначалу весьма успешно. Разработка петербуржца Густава Тринклера («Тринклер-мотор») была представлена в 1898 году. Этот атмосферный двигатель с воспламенением от сжатия имел КПД целых 29% и вполне мог бы потеснить собственно «дизели», но вмешалась… нездоровая конкуренция. Нефтепромышленник и владелец завода «Людвиг Нобель» в Санкт-Петербурге Эммануил Нобель к этому моменту уже успел приобрести патент на производство двигателей Дизеля (собственно, и его завод-то потом был переименован в «Русский дизель») и фактически «задушил» опасного конкурента. Тринклер почти на десятилетие уехал продолжать разработки в Германию, а когда вернулся в Россию в 1907 году, занялся судовыми двигателями на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде. Работал там он успешно и долгие годы, создав уже в советское время великолепную школу двигателестроения и воспитав немало учеников. Но для автомобилестроения этот блестящий специалист был утерян навсегда.

Без чего не обойтись

Итак, на рубеже XIX–XX веков сложилась уже не теоретическая, а вполне практическая база для прорывного – на промышленном, массовом уровне – развития двигателестроения и автомобилестроения в целом. Были созданы базовые концепции и конструкции, в качестве топлива «застолбили место» бензин и другие нефтепродукты. Чего-то в этой схеме все-таки не хватает? Да… И это «что-то» – смазочные материалы. На самом деле специализированные моторные масла к этому времени уже имели свою историю: впервые такой продукт был запатентован еще в 1866 году. Причем не инженером и не химиком, а врачом. Американец Джон Эллис вообще-то изучал свойства нефти в медицинских целях. Но заметил, что продукты на нефтяной основе обладают весьма высокими смазывающими качествами. Проверив наблюдение на практике – починив при помощи такой смазки заклинившую паровую машину – доктор подал заявку на патент и фактически стал основоположником целой будущей индустрии.

Конечно, смазки существовали и ранее, и чего только в их качестве не выступало, начиная от животных и растительных жиров. Увы, даже первые смазки на нефтяной основе – тяжелые и густые «остаточные» составляющие – вполне бы устроили доктора для «расклинивания» своей паровой машины, но абсолютно не подходили для двигателей внутреннего сгорания. И скорость перемещения деталей относительно друг друга, и температурный режим, и нагрузки – все здесь требовало совсем иных качеств. Даже первые примитивные машинные масла конца XIX века не справлялись с отложениями продуктов сгорания в цилиндрах и требовали слишком частой замены.

Кстати, мы только что озвучили требования, которые остались актуальны для моторных масел и по сей день (конечно, список колоссально расширился и отрасль стала технологичной и наукоемкой), но всё-таки…

Это моющие свойства, устойчивость характеристик в требуемых температурных диапазонах, способность противостоять нагрузкам и защищать от них детали двигателя, способность учитывать качество различных видов топлива и даже колебания этих качеств. Как и двигатели, современные масла прошли колоссальный путь в развитии. Речь уже очень давно идет не о примитивной «касторке» или «машинном масле» – в дело все активнее вступает синтетика, а химики создают самые точные по своему действию присадки. Великолепной иллюстрацией может послужить одна из новейших разработок отечественного производителя – линейка масел Synthetic бренда G-Energy. В нее входит сразу несколько продуктов, и каждый из них обладает своим уникальным набором качеств. Если водитель использует автомобиль в городе, пробеги невелики, а двигатель порой не успевает даже толком прогреться, разумнее использовать масло Super Start. Любителям «покрутить» двигатель и апологетам спортивного стиля больше подойдет масло Active. Масло Long Life готово позаботиться об уже не новых и, соответственно, имеющих определенный износ двигателях – его рецептура подобрана именно для такого применения. А масло Far East (Дальний Восток) учитывает даже региональные особенности двигателей японских и корейских производителей. Впрочем, о региональных особенностях и о том, как конструкции двигателей развивались в ХХ веке и как при всей схожести они различались, о том, как совершенствовались вместе с ними системы смазки, нам еще предстоит поговорить.

Размещение общедоступных исторических ценностей в классе — Цифровая общедоступная история

History Engine: Размещение общедоступных исторических ценностей в классе 

Опубликовано 31 января 2013 г. by apcurtin

Поиск примеров новых и захватывающих проектов цифровой истории в настоящее время не является чрезвычайно сложной задачей. Однако найти проект цифровой истории, который заставил бы меня переосмыслить общедоступную историю, было непросто, возможно, потому, что мое понимание публичной истории продолжает развиваться и постоянно подвергается сомнению на курсах, которые я изучаю. Тем не менее, в конце концов я открыл для себя History Engine, проект, который нетрадиционным образом объединяет ценности публичной истории, и заставил меня задаться вопросом, какое влияние публичная история может оказать на более традиционную академическую среду. [1]

В 2008 году Эндрю Торгет (цифровой гуманист и директор-основатель Лаборатории цифровых стипендий в Университете Ричмонда) и Скотт Несбит (постдокторский научный сотрудник Университета Вирджинии) создали History Engine, инструмент, который позволяет студентам университетов-участников делиться своими собственными исследованиями. и писать с публикой и сверстниками со всей страны. На первый взгляд, History Engine — это типичный инструмент академического распространения исторических знаний. Она не сильно отличается от любой другой базы данных исследовательских статей, за исключением того, что она включает в себя теги и рудиментарное картографирование историй. Однако то, что этот инструмент делает для студентов, которые его используют, может революционизировать то, как мы, общественные историки, понимаем нашу работу.

History Engine создан в академии; однако при ближайшем рассмотрении в этом цифровом инструменте задействовано несколько ценностей публичной истории. Во-первых, History Engine поддерживает сотрудничество . Как публичные историки, мы признаем ценность с разных точек зрения. History Engine позволяет учащимся читать и оценивать работы своих сверстников, и, хотя система оценок может быть улучшена, чтобы обеспечить более конкретные комментарии и обмен мнениями и аргументами, тот факт, что сотрудничество подчеркивается и поощряется, является отличным началом. Во-вторых, History Engine создает историю доступным для широкой аудитории. Любой, у кого есть доступ в Интернет, может читать «эпизоды» истории, которые готовят студенты университетов по всей стране. Кроме того, он учит студентов тому, что история не является чем-то запертым и недоступным для них. Это побуждает их получать доступ к прошлому и активно взаимодействовать с ним посредством архивных исследований. Самое главное, History Engine расширяет границы преподавания истории в классе. Я не могу претендовать на звание эксперта по стандартам учебных программ или методам преподавания истории; однако по опыту я знаю, что преподавание истории во многих школах и университетах страны находится в плачевном состоянии. Я изучал историю у школьных учителей, которые больше заботились о тренировках по бейсболу и софтболу, чем о том, чтобы зажечь страсть к этому предмету в своих учениках. Я также узнал об архивных исследованиях и исследованиях первоисточников не в университетских классах, а с головой погрузившись в проекты на стажировках. History Engine делает то, чем пренебрегают слишком многие школы и даже университеты, — он позволяет учащимся напрямую контактировать с первоисточниками и профессионалами в области публичной истории (а именно архивистами), которые работают с этими источниками. У этого также есть потенциал привить учащимся волнение по поводу прошлого и осознание того, что изучение истории может быть гораздо более личным опытом, чем просто запоминание имен и дат из учебника.

Итак, History Engine использует ценности публичной истории, такие как сотрудничество и доступность, но что в ней такого, что побуждает меня переосмыслить мое понимание публичной истории? Он не использует передовые ГИС-технологии или ультрасовременное моделирование виртуальной реальности, и да, его можно улучшить. Тем не менее, History Engine дает мне понять, что цифровые инструменты, основанные на основных ценностях общественной истории, можно использовать в классах всех уровней по всей стране, чтобы вдохнуть новую жизнь в преподавание истории и даже привить учащимся интерес к прошлому, который в конечном итоге может привести их к к карьере в общественной истории.

В то время как History Engine развился из экспериментов и консультаций с профессорами истории, я вижу здесь возможность для общественных историков вступать в беседы с преподавателями о том, как эффективно связать студентов с историей в классе.[2] Проект History Engine соответствует тому, что публичные историки делают каждый день в музеях, некоммерческих организациях, исторических местах и ​​во многих других местах — он основан на сотрудничестве и диалоге и делает историю доступной. Большинство из нас становятся публичными историками, потому что мы предполагаем, что наша карьера лежит за пределами академических кругов, но если наша задача состоит в том, чтобы в первую очередь привлечь аудиторию и зажечь желание узнать о прошлом, тогда мы могли бы спросить, как некоторые из инструментов, которые мы используем в общедоступные настройки можно преобразовать в настройки класса. Я думаю, что расширение сотрудничества между общественными историками и преподавателями старших классов/колледжей может иметь большие перспективы. Ведь по своей сути публичные историки тоже просветители.

---

[1] Цифровая научная лаборатория, History Engine, The University of Richmond, http://historyengine.richmond.edu/pages/home (по состоянию на 30 января 2013 г.).

[2] Перспективы истории , «Исторический двигатель: создание письменного задания для цифровой эпохи», Американская историческая ассоциация, http://www.historians.org/perspectives/issues/2009/0905/0905for14.cfm (по состоянию на 30 января 2013 г.).

Нравится:

Нравится Загрузка…

Posted in UncategorizedTagged цифровая история, образование, общественная история

---

Двигатель — Энциклопедия Нового Света

Школьная модель двигателя.

Двигатель — это машина, которая может преобразовывать некоторую форму энергии (полученной из топлива) в полезную механическую энергию или движение. Если двигатель производит кинетическую энергию (энергию движения) из источника топлива, он называется первичным двигателем; если он производит кинетическую энергию из предварительно обработанного «топлива» (например, электричества, потока гидравлической жидкости или сжатого воздуха), он называется двигателем. Таким образом, основное устройство, приводящее в движение автомобиль, называется двигателем. Локомотив также часто называют двигателем.

Содержание

• 1 Использование термина «двигатель»
• 2 Двигатели в древности
• 3 Средневековые двигатели
• 4 Современные двигатели
• 5 Воздушно-реактивные двигатели
• 6 Воздействие на окружающую среду
• 7 См. также
• 8 Примечания
• 9 Каталожные номера
• 10 Внешние ссылки
• 11 кредитов

Использование термина «двигатель»

Первоначально двигатель представлял собой механическое устройство, преобразующее силу в движение. Военные устройства, такие как катапульты, требушеты и тараны, назывались «осадными машинами». Термин «джин», как и в хлопковом джине, распознается как краткая форма старофранцузского слова 9.0028 engin, в свою очередь от латинского ingenium, связанного с гениальным . Большинство устройств, использовавшихся во время промышленной революции, назывались двигателями, поэтому паровой двигатель и получил свое название.

В более современном использовании термин «двигатель» используется для описания устройств, выполняющих механическую работу, являющихся продолжением исходного парового двигателя. В большинстве случаев работа обеспечивается крутящим моментом, который используется для работы других механизмов, выработки электроэнергии, перекачки воды или сжатого газа. В контексте двигательных установок воздушно-реактивный двигатель — это двигатель, который использует атмосферный воздух для окисления перевозимого топлива, а не несет окислитель, как в ракете.

Этот термин используется в компьютерных науках в терминах «поисковая система», «движок трехмерной графики», «движок рендеринга» и «движок преобразования текста в речь». Хотя эти «двигатели» не являются механическими и не выполняют никаких механических действий, они производят полезную продукцию.

Двигатели в древности

Простые механизмы, такие как дубина и весло (примеры рычага), являются доисторическими. Более сложные двигатели, использующие силу человека, животных, воды, ветра и даже пара, относятся к древности.

Человеческая сила была связана с использованием простых двигателей, таких как кабестан, брашпиль или беговая дорожка, а с помощью канатов, шкивов и блоков и талей эта сила передавалась и умножалась. Они использовались в кранах и на кораблях в Древней Греции, а также в шахтах, водяных насосах и осадных машинах в Древнем Риме. Писатели того времени, в том числе Витрувий, Фронтин и Плиний Старший, относятся к этим двигателям как к обыденным, поэтому их изобретение может быть гораздо более древним. К первому веку C.E. , различные породы крупного рогатого скота и лошадей использовались для мельниц с машинами, подобными тем, которые приводились в движение людьми в прежние времена.

Согласно Страбону, водяная мельница была построена в Каберии в царстве Митридата в I веке г. до н.э. Использование водяных колес на мельницах распространилось по всей Римской империи в течение следующих нескольких столетий. Некоторые из них были довольно сложными, с акведуками, плотинами и шлюзами для поддержания и направления воды, а также с системами шестерен или зубчатых колес из дерева с металлом, используемых для регулирования скорости вращения. В поэме четвертого века Авзоний упоминает камнерезную пилу, работающую от воды. Герой Александрийский продемонстрировал как ветряные, так и паровые машины в первом веке, хотя неизвестно, нашли ли они какое-либо применение.

Средневековые двигатели

Во время мусульманской сельскохозяйственной революции с седьмого по тринадцатый века мусульманские инженеры разработали многочисленные инновационные промышленные способы использования гидроэнергии, раннее промышленное использование энергии приливов, энергии ветра и ископаемого топлива (например, нефти), а также самые ранние крупные заводские комплексы ( тираз по-арабски). ^[1] Промышленное использование водяных мельниц в исламском мире восходит к седьмому веку, а водяные мельницы с горизонтальными и вертикальными колесами широко использовались, по крайней мере, с девятого века.

В исламском мире были изобретены различные промышленные мельницы, в том числе валяльные мельницы, зернодробилки, шелушильные, бумажные, лесопильные, корабельные, штамповочные, сталелитейные, сахарные заводы, приливные мельницы и ветряные мельницы. К XI веку в каждой провинции исламского мира, от Ближнего Востока и Средней Азии до Аль-Андалуса и Северной Африки, работали эти промышленные предприятия. ^[2]

Инженеры-мусульмане также изобрели коленчатые валы и водяные турбины, использовали шестерни в мельницах и водоподъемных машинах, а также впервые использовали плотины в качестве источника энергии воды для обеспечения дополнительной энергией водяных мельниц и водоподъемных машин. ^[3] Такие достижения сделали возможным механизировать многие промышленные задачи, которые раньше выполнялись ручным трудом в древние времена, и до некоторой степени выполнять их с помощью машин в средневековом исламском мире. Перенос этих технологий в средневековую Европу позже заложил основы промышленной революции в Европе восемнадцатого века. ^[2]

В 1206 году аль-Джазари изобрел коленчатый вал и шатун и использовал их в системе кривошип-шатун для двух своих водоподъемных машин. Его изобретение коленчатого вала считается одним из самых важных механических изобретений после колеса, поскольку оно преобразует непрерывное вращательное движение в линейное возвратно-поступательное движение и занимает центральное место в современных машинах, таких как паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания. ^[4] В 1551 году Таки ад-Дин изобрел практическую паровую турбину в качестве первичного двигателя для вращения косы. Спустя столетие аналогичная паровая турбина появилась в Европе, что в конечном итоге привело к паровому двигателю и промышленной революции в Европе. ^[5]

Современные двигатели

Анимация, показывающая четыре этапа цикла двигателя внутреннего сгорания

Английский изобретатель сэр Сэмюэл Морланд предположительно использовал порох для привода водяных насосов в семнадцатом веке. Для более традиционных поршневых двигателей внутреннего сгорания фундаментальная теория двухтактных двигателей была создана Сади Карно во Франции в 1824 г., а американец Сэмюэл Мори получил патент 1 апреля 1826 г. Сэр Дугальд Кларк (1854–1819 гг.).32) сконструировал первый двухтактный двигатель в 1878 году и запатентовал его в Англии в 1881 году.

В автомобилестроении используется целый ряд систем преобразования энергии. К ним относятся электрические, паровые, солнечные, турбинные, роторные и поршневые двигатели внутреннего сгорания. Бензиновый (бензиновый) двигатель внутреннего сгорания, работающий по четырехтактному циклу Отто, оказался наиболее удачным для автомобилей, тогда как дизельные двигатели применяются для грузовых автомобилей и автобусов.

Карл Бенц был одним из лидеров разработки новых двигателей. В 1878 году он начал работать над новыми проектами. Он сосредоточил свои усилия на создании надежного газового двухтактного двигателя, который был бы более мощным, на основе конструкции четырехтактного двигателя Николауса Отто. Однако Карл Бенц продемонстрировал свою истинную гениальность благодаря своим последовательным изобретениям, зарегистрированным при разработке того, что стало производственным стандартом для его двухтактного двигателя. Бенц получил на него патент в 1879 году..

В 1896 году Карл Бенц получил патент на свою конструкцию первого двигателя с горизонтально расположенными поршнями. Многие мотоциклы BMW используют этот тип двигателя. Его конструкция создала двигатель, в котором соответствующие поршни движутся в горизонтальных цилиндрах и одновременно достигают верхней мертвой точки, таким образом, автоматически уравновешивая друг друга по отношению к их индивидуальным импульсам. Двигатели этой конструкции часто называют плоскими двигателями из-за их формы и более низкого профиля. У них должно быть четное количество цилиндров, и все шести-, четырех- или двухцилиндровые плоские двигатели были обычным явлением. Самый известный двигатель этого типа, вероятно, двигатель Volkswagen Beetle. Двигатели этого типа по-прежнему являются общим принципом проектирования высокопроизводительных авиационных двигателей (для винтовых самолетов) и двигателей, используемых производителями автомобилей, такими как Porsche и Subaru.

Дальнейшее использование двигателя внутреннего сгорания в автомобилях отчасти связано с улучшением систем управления двигателем (бортовые компьютеры, обеспечивающие процессы управления двигателем, и электронный впрыск топлива). Принудительная подача воздуха за счет турбонаддува и наддува позволила увеличить выходную мощность и эффективность. Аналогичные изменения были применены к дизельным двигателям меньшего размера, что дало им почти те же характеристики мощности, что и бензиновые двигатели. Это особенно очевидно в связи с популярностью в Европе автомобилей с дизельным двигателем меньшего размера. Дизельные двигатели большего размера по-прежнему часто используются в грузовиках и тяжелой технике. Они не так чисто горят, как бензиновые двигатели, но имеют гораздо больший крутящий момент.

Двигатель внутреннего сгорания изначально был выбран для автомобиля из-за его гибкости в широком диапазоне скоростей. Кроме того, мощность, развиваемая для двигателя данного веса, была разумной; его можно производить экономичными методами массового производства; и он использовал бензин, легкодоступное топливо по умеренной цене.

Двигатель Mercedes V6 1996 года выпуска.

Все большее внимание уделяется характеристикам автомобильных энергетических систем, вызывающим загрязнение окружающей среды. Это вызвало новый интерес к альтернативным источникам энергии и усовершенствованиям двигателей внутреннего сгорания. Хотя появилось несколько электромобилей с батарейным питанием, выпущенных ограниченным тиражом, они оказались неконкурентоспособными из-за стоимости и эксплуатационных характеристик. В двадцать первом веке дизельный двигатель становится все более популярным среди автовладельцев. Тем не менее, бензиновый двигатель с его новыми устройствами контроля выбросов для улучшения характеристик выбросов еще не подвергался серьезным испытаниям.

В первой половине двадцатого века наблюдается тенденция к увеличению мощности двигателя, особенно в американских моделях. Конструктивные изменения включали в себя все известные методы повышения мощности двигателя, в том числе увеличение давления в цилиндрах для повышения эффективности, увеличение размера двигателя и увеличение скорости выработки мощности. Более высокие силы и давления, создаваемые этими изменениями, создавали проблемы с вибрацией и размерами двигателя, что привело к созданию более жестких и компактных двигателей с V-образным и оппозитным расположением цилиндров, заменяющих более длинные прямолинейные конструкции. В легковых автомобилях компоновка V-8 была принята для всех поршней с рабочим объемом более 250 кубических дюймов (4 литра).

В Европе из-за экономических и других ограничений (таких как более узкие и извилистые дороги) принципы проектирования склонялись к меньшим автомобилям с более высокой эффективностью сгорания по сравнению с меньшими двигателями. Это привело к созданию более экономичных двигателей с более ранними четырехцилиндровыми двигателями мощностью 40 лошадиных сил (30 кВт) и шестицилиндровыми двигателями мощностью всего 80 лошадиных сил (60 кВт) по сравнению с американскими двигателями V-8 большого объема с номинальной мощностью от от 250 до 350 л.с. (от 190 до 260 кВт).

Ранние разработки автомобильных двигателей производили гораздо более широкий ассортимент двигателей, чем широко используемые сегодня. Двигатели имеют конструкцию от 1 до 16 цилиндров с соответствующими различиями в габаритных размерах, весе, смещении поршня и диаметре цилиндров. Четыре цилиндра и номинальная мощность от 19до 120 л.с. (от 14 до 90 кВт) следовали в большинстве моделей. Было построено несколько трехцилиндровых двухтактных моделей, в то время как большинство двигателей имели прямые или рядные цилиндры. Было несколько моделей V-образного типа, а также горизонтально расположенные двух- и четырехцилиндровые модели. Часто использовались верхние распределительные валы. Двигатели меньшего размера обычно имели воздушное охлаждение и располагались в задней части автомобиля; степень сжатия была относительно низкой.

В 1970-х и 1980-х годах возрос интерес к экономии топлива, что привело к возврату к меньшим двигателям V-6 и четырехцилиндровым компоновкам с пятью клапанами на цилиндр для повышения эффективности. Bugatti Veyron 16.4 работает с двигателем W16, а это означает, что два расположения цилиндров V8 расположены рядом друг с другом, создавая форму буквы W. Таким образом, у Veyron самое большое количество цилиндров среди серийных автомобилей.

Самый большой из когда-либо созданных двигателей внутреннего сгорания — Wärtsilä-Sulzer RTA96-C. Это 14-цилиндровый двухтактный дизельный двигатель с турбонаддувом, который был разработан для Emma Maersk, самого большого контейнеровоза в мире. Этот двигатель весит 2300 метрических тонн и при работе со скоростью 102 об / мин развивает мощность 109 000 л.с. (80 080 кВт), потребляя около 13,7 метрических тонн топлива в час.

Воздушно-реактивные двигатели

Воздушно-реактивные двигатели используют атмосферный воздух для окисления перевозимого топлива, а не несут окислитель, как ракета. Теоретически это должно обеспечить лучший удельный импульс, чем ракетные двигатели.

Воздушно-реактивные двигатели включают:

• Двигатель внутреннего сгорания
• Реактивный двигатель
• ПВРД
• ГПВРД
• Двигатель IRIS
• Импульсный детонационный двигатель
• Импульсная струя
• Двигатель жидкостно-воздушного цикла/SABRE

Воздействие на окружающую среду

Эксплуатация двигателей обычно отрицательно влияет на качество воздуха и уровень окружающего шума. Хотя выхлоп содержит в основном безвредный азот, водяной пар и углекислый газ; нежелательные газы, такие как окись углерода, углеводороды и оксиды азота, составляют лишь небольшую часть выхлопных газов двигателя. Что касается уровней звука, то работа двигателя оказывает наибольшее влияние на мобильные источники, такие как автомобили и грузовики. Шум двигателя является особенно значительным компонентом шума от мобильных источников для транспортных средств, работающих на более низких скоростях, где аэродинамический шум и шум шин менее значимы. ^[6]

См. также

• Станок
• Двигатель
• Турбина
• Тепловая машина
• Паровой двигатель
• Двигатель внутреннего сгорания
• Ракета

Примечания

1. ↑ Майя Шацмиллер, Труд в средневековом исламском мире (Нью-Йорк: EJ Brill, 1994, ISBN

   98968).

2. ↑ ^{2.0 2.1} Адам Роберт Лукас, «Промышленное измельчение в древнем и средневековом мире: обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе», Технология и культура 46 (1): 1–30.
3. ↑ Ахмад Ю. Хассан, Передача исламских технологий на Запад, Часть II: Передача исламской инженерии. Проверено 23 июля 2008 г.
4. ↑ Ахмад Ю. Хассан, Система кривошип-шатун в машине с непрерывным вращением. Проверено 23 июля 2008 г.
5. ↑ Ахмад Ю. Хассан, Таки ад-Дин и арабское машиностроение (Институт истории арабских наук, Университет Алеппо, 1976).
6. ↑ К. Майкл Хоган, Анализ дорожного шума, Journal of Water, Air, and Soil Pollution 2 (3): 387-392. Проверено 23 июля 2008 г.

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

• Gunston, Bill. Разработка реактивных и турбинных авиационных двигателей, , 4-е изд. Спаркфорд, Великобритания: паб Haynes, 2006. ISBN 978-1852606183.
• Кирби, Ричард С. и др. Инженерное дело в истории. Нью-Йорк: Dover Publications, 19.90. ISBN 0486264122.
• Ландельс, Дж.Г. Инженерное дело в Древнем мире . Беркли, Калифорния: University of California Press, 1981. ISBN 0520041275.
• Ламли, Джон Л. Двигатели: введение. Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 1999. ISBN 0521644895.
• Склейтер, Нил и Николас П. Хиронис. Справочник по механизмам и механическим устройствам. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2007. ISBN 0071467610.
• Стоун, Ричард. Введение в двигатели внутреннего сгорания, 3-е изд. Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров, 1999. ISBN 0768004950 .

Внешние ссылки

Все ссылки получены 6 сентября 2017 г.

• Как работают автомобильные двигатели. Как это работает.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии
в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Кредит должен соответствовать условиям этой лицензии, которая может ссылаться как на Энциклопедия Нового Света участников и самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа.