Как мы уже знаем, к заслугам Даймлера и Бенца относится создание двигателя внутреннего сгорания, или, говоря точнее, совершенствование газового двигателя, впервые построенного французским механиком Этьеном Ленуаром. Двигатель Даймлера питался смесью жидкого топлива с воздухом, частота вращения вала в 4-5 раз превосходила газовые двигатели, а мощность, считая на литр объема цилиндра, вдвое. Скорость вращения вала первых двигателей Бенца была меньше, однако конструктор считал, что это окупается долговечностью и малой шумностью работы. Самой интересной особенностью двигателя Бенца была система электрического зажигания, в принципе сходная с теми что используется и в современных двигателях. Однако у Бенца работала она пока весьма неустойчиво.
Вот как описывает процесс постепенного совершенствования двигателя внутреннего сгорания после его первых премьеры в одной из своих работ видный отечественный специалист в автомобилестроении Ю.А. Долматовский: «Увеличить мощность двигателя и тем самым скорость автомобиля было не так-то легко. Если увеличивать диаметр цилиндра, то возрастают силы, действующие на его стенки, на детали кривошипного механизма. Если же увеличивать длину хода поршня, то цилиндр трудно разместить на автомобиле, растут размеры частей кривошипа.
В обоих случаях двигатель становится тяжелее. Эти обстоятельства привели конструкторов к мысли умножить число цилиндров. Даймлер делал двухцилиндровыми (V-образными) уже свои самые ранние двигатели, а в 1891 году построил первый четырехцилиндровый.
Увеличение числа цилиндров обеспечивало не только компактность двигателя при росте eгo мощности, но и плавность хода. В четырехцилиндровом двигателе каждый рабочий ход приходится на пол-оборота коленчатого вала, тогда как у одноцилиндрового двигателя два оборота. Вместе с тем конструкция и сборка двигателя при нескольких цилиндрах более сложные, возникают перекосы и прогиб вала. Пришлось ввести на нем противовесы, увеличить число его опор, установить рядом вспомогательный уравновешивающий вал.
К концу XIX века многие фирмы выпускали одновременно двигатели одно-, двух- и четырехцилиндровые. На всех двигателях одной фирмы старались применить одинаковые цилиндры, чтобы наладить массовое производство и упростить замену в случае повреждения. Пытались делать съемной (как теперь) головку цилиндра, чтобы облегчить сборку двигателя и обслуживание клапанов, но не смогли добиться плотности зазора между головкой и цилиндром; нагрев вызывал деформацию головки, герметичность нарушалась.
Тогда стали отливать цилиндр заодно с головкой, а для доступа к клапанам делали люки с нарезными пробками. Отливка получалась замысловатой. Поэтому рубашка водяного охлаждения была съемной (отсюда и ее название «рубашка»), выполненной из латуни или меди. Крепили ее на винтах.
Важное место занимала система распределения, то есть наполнения цилиндров горючей смесью и их очистки от газов. У всех ранних двигателей впуск смеси в цилиндр осуществлялся автоматическим тарельчатым клапаном «тарелочкой» на стержне наподобие опрокинутого гриба. По форме клапан был похож на нынешний, открывался благодаря разрежению в цилиндре при такте впуска, а в остальное время удерживался в закрытом положении пружиной и давлением в цилиндре.
Несмотря на частые заедания, простота такого клапана привлекала специалистов до начала XX века. А затем с увеличением частоты вращения перешли на управляемый клапан.
Выпускным же клапаном с самого начала управляли, как золотником у паровой машины, при помощи эксцентрика и тяги. С отказом от автоматического клапана и увеличением числа цилиндров множилось и число эксцентриков. Это натолкнуло конструкторов на мысль о едином вале с кулачками вместо эксцентриков, с приводом его от коленчатого вала. Кулачки установили так, что их выступы в нужный момент приподнимали стержни клапанов. При дальнейшем движении кулачка пружина удерживала клапан закрытым. Устройство распределительного механизма приобрело схему, сохранившуюся до наших дней. Чтобы возместить несовершенство тогдашних карбюраторов, распределительному механизму придавали еще одну функцию: водитель мог особым (еще одним!) рычагом-отключателем сместить распределительный вал и вывести кулачки из-под клапанов, временно прекратив их действие. Хотя, казалось бы, автомобильный двигатель в отличие от стационарного можно было охлаждать потоком встречного воздуха, конструкторы очень скоро пришли к выводу о большей эффективности водяного охлаждения.
Оно прошло ряд стадии развития, пока не распространились имеевниковые радиаторы, иногда опоясывающие весь капот двигателя.
Змеевики, несмотря на их громоздкость, большую массу и возможные отказы, просуществовали около 15 лет. На модели «Мерседес» (1901 год) был впервые применен трубчатый или сотовый радиатор с большой поверхностью охлаждения, изменивший облик автомобиля.
В конце XIX века появились водяные насосы, вращаемые коленчатым палом. Для продувки воздуха через радиатор, особенно при медленной езде, применили вентилятор, расположенный позади радиатора или объединенный с маховиком двигателя (в этом случае ставили под двигателем кожух для герметизации подкапотного пространства).
К началу XX века утвердилась система смазки двигателя разбрызгиванием. Черпачки на нижних головках шатунов взбалтывали заполнявшее картер масло, а его капли смазывали цилиндры и подшипники. Для смазки прочих механизмов автомобиля предназначалась целая система «капельниц», красовавшаяся на переднем щитке или сбоку кузова. Время от времени водитель или его помощник нажимали кнопки капельниц.
В разработке приборов, предназначенных для подачи горючей смеси в цилиндры и ее - воспламенения, пришлось соприкоснуться со сравнительно новыми научными дисциплинами: электротехникой, газо- и гидродинамикой.
Задолго до появления автомобилей было нанесено такое устройство, как пульверизатор. Стоило поставить его на пути бензина из бака к двигателю, и разрешение в цилиндрах при такте пуска создавало бы тягу воздуха и распыляло бензин. Смешиваясь с воздухом, он образовывал бы горючую смесь. Однако конструкторы считали, что такая парикмахерская» схема слишком деликатна для грубых двигателей того времени.
Поэтому изобретали различные замысловатые карбюраторы. Работа карбюратора Маркуса напоминает процесс разбрызгивания краски со щетки (отсюда и название щеточный карбюратор). В «барботажном» (взбалтывающем) карбюраторе Бенца воздух проходил через толщу бензина в баке. Слой бензина по мере его расхода становился тоньше, а смесь насыщенной; прибор работал нормально лишь в начале поездки.
От фитильного карбюратора отказались, так как из-за разрежения в цилиндре порой засасывало... сами фитили, и двигатель останавливался. При использовании поверхностного карбюратора водителю приходилось постоянно наблюдать за уровнем бензина.
Не добившись желаемого результата, конструкторы обратились к отвергнутому было пульверизатору. Пульверизационный карбюратор Даймлера и Майбаха состоял из поплавковой и смесительной камер. В поплавковой камере автоматически поддерживался постоянный уровень топлива. Благодаря разрежению бензин выходил из жиклера смесительной камеры, как из пульверизатора, распыленной струей. Эта схема в принципе сохранилась до наших дней.
Разнообразие конструктивных решений характерно и для ранних систем зажигания. Об их «эффективности» свидетельствуют слова «Доброго зажигания!», которыми когда-то приветствовали друг друга автомобилисты. И ныне среди водителей сохранился термин «на длинном зажигании» (имеется в виду буксировка отказавшего автомобиля на длинном тросе).
Ленуаровские электрические приборы были настолько несовершенны, что снабженный ими первый автомобиль Бенца мог работать только на очень ровной дороге, в сухую погоду и вблизи от зарядной станции или имея «на борту» запас сухих бунзеновских элементов. Попробовали заменить их динамо-машиной, но она не работала при малых оборотах; для пуска двигателя нужно было вручную очень энергично раскрутить его вал или каким-либо способом разогнать автомобиль. Кислотный аккумулятор был еще очень тяжел, энергетически слаб, портился от тряски.
Многих автостроителей привлекло изобретенное в 1895 году немецким инженером-электриком Робертом Бошем (1861-1942) « магнитное зажигание на отрыв». Эта система вырабатывала ток благодаря движению якоря в электрическом поле между полюсами магнита.
В момент наибольшей силы тока электрическую цепь разрывала тяга, проводившаяся от якоря. Разрыв происходил в камере сгорания. Возникала искра, воспламенявшая смесь. Система работала надёжно, если частота двигателя не превышала 300 об/мин.
Г. Даймлера и В. Майбаха, добившихся больших оборотов двигателя, ни одна из тогдашних электрических систем зажигания не удовлетворяла. Поэтому до самого конца XIX века на автомобилях «Даймлер» применялась платиновая калильная трубка, несмотря на ее дороговизну, пожарную опасность и на то, что она нередко вызывала преждевременное воспламенение смеси. В Германии был даже подготовлен законопроект о запрете капельного зажигания.
Даймлер первым применил на серийном автомобиле предложенную Р. Бошем магнито-электрическую машину с двумя обмотками якоря. Ее назвали «магнето высокого напряжения». Она позволила достичь надежного зажигания и не зависела от числа оборотов двигателя. Автомобили с магнето просуществовали до 1930-х годов.
Так шаг за шагом создавался автомобильный двигатель. Его мощность возросла к началу XX века в десятки раз, а расход топлива на одну лошадиную силу сократился вдвое. Черты сходства со стационарными двигателями кроме самых общих».
