Необычные двигатели

Раздел: Техника

Три века назад, в 1680 г. голландский ученый- механик Христиан Гюйгенс придумал «пороховой двигатель». Согласно $го идее под поршень, размещенный в вертикальном цилиндре, нужно было заложить заряд пороха и поджечь его через маленькое отверстие в стенке цилиндра. Продукты горения подбрасывали бы поршень до большого отверстия, сообщающего камеру сгорания с атмосферой. Опускаясь, поршень должен был тянуть груз, подвешенный на блоках. Для эпохи Гюйгенса это была сверхнеобычная «махина» (термины «двигатель» или «машина» еще не появились), ибо тогда единственным мощным двигателем было водяное колесо.

Сам X. Гюйгенс в то время увлекся шлифовкой линз для гигантских и по нынешним понятиям телескопов с фокусным расстоянием до 60 м. Поэтому постройку небезопасной «махины» поручил ученику — французскому физику Дени Папену, воплотившему идею в металл. Его именем и открывается история тепловых двигателей. Распространенное утверждение, что первой появилась паровая машина, неверно. «Пороховая махина» Д. Папена — прообраз современного двигателя внутреннего сгорания, поскольку горение внутри цилиндра — его неотъемлемый признак.

Провозившись с «махиной» несколько лет, Папен понял, что порох — горючее не из лучших. Судьба послала ему в ту пору новых выдающихся учителей. В Англии он знакомится с Робертом Бойлем, изучавшим состояние газов, а позже, в Германии, с математиком Готфридом Лейбницем. Возможно, что их работы и помогли Д. Папену создать «пароатмосферный двигатель», в котором поршень поднимал «получаемый при посредстве огня водяной пар». Когда источник тепла (огонь) убирали, пар «опять сгущался в воду», и поршень под действием веса и атмосферного давле- ния  (!) опускался вниз.

И хотя здесь уже используется пар, новую машину Папена нельзя назвать паровой: рабочее тело в ней не покидает пределов цилиндра и только источник тепла расположен снаружи. Поэтому можно сказать, что вслед за ДВС Папен изобрел двигатель внешнего сгорания. Первый в мире двигатель внешнего сгорания делал всего один ход в минуту, что не отвечало даже непритязательным требованиям тех времен. И Папен, отделив котел от цилиндра, изобрел паровую машину!

Первая в мире пароатмосферная машина попала в «подмастерья» к водяному колесу. В книге Д. Папена «Новое искусство эффективно поднимать воду на высоту при помощи огня» сказано, что она качала воду, чтобы та... вращала водяное колесо.

Восемнадцатый век. Он не принес нового истории ДВС. Но зато Томас Ньюкомен в Англии (в 1711 г.), Иван Ползунов (в 1763 г.) и англичанин Джеймс Уатт (в 1784 г.) развили идеи Д. Пап^ра. Началась самостоятельная жизнь паровой машины, ее победное шествие. Оживились и сторонники внутреннего сгорания. Да разве не заманчиво объединить и топку и котел паровой машины с ее цилиндром? Когда-то Папен поступил наоборот, а теперь...

В 1801 г. француз Ф. Лебон предположил, что светильный газ — неплохое топливо для ДВС. На претворение идеи в жизнь ушло 60 лет. Его земляк, Жак Эть- ен Ленуар, бельгиец по национальности, запустил в 1861 г. первый в мире ДВС. По устройству это была паровая машина двойного действия без котла, приспособленная для сжигания в ней4 смеси воздуха и светильного газа, подаваемой при атмосферном давлении.

Нельзя сказать, что Ленуар был первым. За 60 лет патентные ведомства получили множество заявок на «привилегии» по постройке необычных тепловых двигателей. Например, в 1815 г. заработал «воздушный тепловой двигатель» Po6efpTa Стирлинга, который в 1862 г. удалось превратить в холодильную машину. Были и другие попытки постройки ДВС.

Но распространение получил лишь двигатель Ленуара, несмотря на то, что он был громоздок, капризен, поглощал массу смазки и воды, за что даже получил нелестное прозвище «вращающийся кусок сала». Но Жак Ленуар потирал руки — спрос на «куски сала» рос. Однако торжествовал он недолго. На Всемирной выставке 1867 г. в Париже вопреки ожиданиям первый приз получил «газовый атмосферный двигатель», привезенный из Германии Николаусом Отто и Эйг^ном Лангеном. Он оглушал посетителей неимоверным треском, но зато потреблял гораздо меньше топлива, чем двигатель Лену ара, и имел на 10% больший КПД. Секрет его успеха — предварительное сжатие рабочей смеси, чего в двигателях Ленуара не было.

Еще в 1824 г. французский инженер Никола Леонар Сади Карно издал книжку «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Фейерверк идей: принципы теплопередачи, критерии для сравнения всех тепловых циклов, основы термодинамики двигателей и среди них предварительное сжатие — был рассыпан на страницах этой маленькой книжки. Через десять лет эти идеи развил Б. Клапейрон, а чуть позднее — У. Томсон. Теперь эти имена всем знакомы. Но ни Ленуар, ни Отто, ни Ланген об их трудах ничего не знали. Они предпочитали теории эксперимент. Не знали они и того, что в 1862 г. француз А. Бо де Роша уже запатентовал четырехтактный цикл. А второй по счету такт — как раз и есть предварительное сжатие рабочей смеси.

Четырехтактный двигатель, практически не отличающийся от современных ДВС, Отто и Ланге привезли лишь на Всемирную выставку 1873 г. До этого изобретатели не только использовали опыт производства паровых машин, но применяли такой же, как у них, механизм газораспределения — золотник. В новом двигателе вместо золотника стояли клапаны.

Неприступные позиции паровой машины пошатнулись. ДВС перешел в наступление. Недолго поработав на светильном газе, он принялся за более калорийный — генераторный. А потом, и поначалу это казалось невероятным, добрался до «необычного» жидкого топлива.

Паровая машина сдалась не сразу. В 1880 г. М. Д. Можайский заказал для своего самолета две паровые машины. Об «удельном» весе, равном 5 кг/л. е., конструкторы ДВС в то время только мечтали, а М. Можайский достиг этого без особого труда. Но уже через восемь лет «Товарищество по постройке воздушного корабля «Россия» собралось установить на свой дирижабль один из первых в мире бензиновых двигателей, построенный Огнеславом Костовичем. Он добился не

обычайной легкости конструкции: на 1 л. с. мощности в его двигателе приходилось всего по 3 кг веса. Оригинальной была и компоновка двигателя. Пары противолежащих поршней через расположенные с боков коромысла вращали коленчатый вал, размещенный над цилиндрами ( 2). Двигатель сохранился, и с ним мож^о ознакомиться в Московском Доме авиации им. М. В» Фрунзе.

На рубеже XX в. в постройку здания ДВС был заложен последний камень. В 1893 г. с претенциозной идеей «рационального теплового двигателя, призванного заменить паровую машину и другие существующие в настоящее время двигатели» выступил немецкий инженер Рудольф Дизель. Первый образец его двигателя заработал в 1897 г. Масса недостатков сполна компенсировалась небывало высоким КПД, равным 26%. Для первого образца этого более чем достаточно. Интересно, что усовершенствование двигателей Дизеля, их доводку осуществили русские инженеры на Петербургском заводе Нобеля в 1899—1902 гг. Только после этого дизель стал достойным конкурентом карбюраторного ДВС.

Массовое распространение ДВС резко изменило жизнь человека. Грохот моторов стал слышаться со всех сторон. Он заставил пешеходов испуганно жаться к стенам домов, с любопытством задирать голову вверх, часами глазеть на манипуляции различных машин.