Сегодня 90% всех автомобилей, а также большая часть всех кораблей и судов используют двигатели внутреннего сгорания как основную силовую установку. ДВС прошли долгий путь развития. Появившись в 90-х годах 18 века, они были экспериментом по понижению размеров паровых двигателей, а сегодня бензиновые и дизельные двигатели являются самым распространенным типом силовых установок во всем мире.
Проблема парового двигателя – самой распространенной силовой установки 18 века – огромные размеры и масса. Причем основная часть двигателя – поршень или турбина – занимали мало места, а основную массу двигателя составляли вспомогательные системы – печи для разогрева воды, котлы с водой, испарители, конденсаторы и трубы.
Напомню принцип работы парового двигателя. Есть котел с водой. Под ним находится печь, в которой сгорает топливо. Топливо заставляет воду кипеть, а пар, выделяющийся при этом с силой толкает поршень или лопасти турбины.
Идея двигателя внутреннего сгорания – объединить пар (его еще называют рабочим телом) и топливо. В 1791 году Джон Барбер патентует газовую турбину. Тогда паровые турбины существовали только в теории, поэтому это была лишь попытка создания теплового двигателя, а не усовершенствование уже существующего. Топливо хранилось в специальных баках, откуда откачивался воздух, а само топливо нагревалось. В результате получался пар, который подавался в камеру сгорания. Там его поджигали, и газы, которые при этом выделялись крутили турбину. Идея не получила распространения, а довольно скоро появились паровые турбины, которые не требовали превращения топлива в газ, и газовая турбина была забыта.
Известно также, что в 1794 году был запатентован газовый двигатель, однако построен он не был, а патент сгорел в 1836 во время пожара во временном хранилище, куда сложили патенты пока строилось новое здание.
В том же 1794 году Роберт Стрит патентует и даже создает первый прототип двигателя внутреннего сгорания на жидком топливе. Сам двигатель представлял из себя цилиндр. Туда впрыскивалась смесь жидкого топлива (данные разнятся, но скорее всего двигатель работал на скипидаре и, возможно, спирте) и воздуха. В цилиндре было открывающееся окно, через которое можно было поджечь смесь. Топливо с воздухом резко и сильно разогревалось и расширялось, толкая поршень. Потом предполагалось ввести в цилиндр воду, охладив смесь. Охлажденное топливо с воздухом, наоборот, уменьшалось в объеме, и поршень двигался в обратном направлении.
В 1807 году во Франции создается экспериментальный порошковый двигатель. Сохранились рисунки этого двигателя, но сам мотор был утерян. В качестве топлива он использовал смесь угольной пыли и древесной стружки. Известно, что такой двигатель толкал лодку, длиной 3 метра по Сене против течения. Это значит, что лодка могла развивать скорость больше 1 м/с. Принцип работы двигателя сейчас неизвестен.
В этом же году француз де Риваз создает свой двигатель внутреннего сгорания. Он был близок к современным двигателям. Двигатель де Риваза состоял из цилиндра с поршнем. Внутри цилиндра находился электрод, с помощью которого поджигалось топливо. Управлять двигателем было сложно – водитель должен был контролировать введение топлива и его поджигание. Для этого была предусмотрена специальная кнопка, рычаг и клапан.
Работал он просто – внутрь цилиндра подавался водород, который затем поджигался. Взрыв отводил поршень вверх. Во время обратного хода за счет храповика поршень собственным весом крутил колеса телеги.
Этот двигатель стал мощным рывком в создании ДВС – в нем использовался цилиндр с поршнем и зажигание искрой.