Сегодня на каждую модель машины приходится примерно по одной модели двигателя. Так было, конечно, не всегда. Сегодня я расскажу, как выглядел самый первый двигатель внутреннего сгорания, на чем он работал, какой он был по мощности и для чего он использовался.
В 1799 году французский инженер Лебон открывает и патентует светильный газ. Чтобы его получить, топливо (например, каменный уголь – самое доступное на тот момент горючее) помещается в сосуд, откуда откачивают воздух. Снаружи сосуд начинают нагревать и топливо превращается в газ. Сначала светильный газ использовали для освещения улиц и домов, что следует из название.
Однако в 1801 году тот же Лебон проектирует и патентует двигатель, работающий на этом газе. У этого изобретения были все шансы воплотиться в жизнь, но изобретателя убивают в 1804 году, и он не успевает построить рабочий прототип двигателя.
В это время свои проекты создают другие ученые, но ни у кого из них не получилось создать что-то, что было объективно лучше паровой машины – главного источника энергии 18 века.
В этих изысканиях достигает успеха бельгиец Жан Этьен Ленуар. В то время он работал на гальваническом заводе – там, с помощью электричества получали чистые металлы. У изобретателя появилась идея – использовать искру, чтобы поджигать топливо внутри двигателя.
В 1860 году Ленуар построил первый двигатель, мощность которого составила 12 л.с. Для сравнения – человек имеет примерно в 120 раз меньшую мощность. Двигатель представлял собой горизонтальный цилиндр, в котором ходил поршень. Поршень делил пространство цилиндра как бы на две части, каждая из которых являлась камерой сгорания.
Работал он следующим образом – сначала человек раскручивал маховик – большое колесо, соединенное напрямую с валом, который крутил двигатель.
К валу присоединен кривошип, который вращается вместе с ним.
К кривошипу через подшипник присоединен шатун.
К шатуну, опять же через подшипник, присоединяется поршневой палец, на который уже насаживается поршень.
Такая конструкция называется кривошипно-шатунный механизм (думаю понятно почему именно такое название). Такой же механизм можно найти, например, в швейной машинке.
Кривошипно-шатунный механизм позволяет преобразовать поступательное движение (вперед-назад) во вращательное (или наоборот).
Вернемся к принципу работы двигателя. Когда маховик крутится, поршень ходит взад-вперед. В определенный момент открывается впускной клапан над поршнем и туда поступает светильный газ, смешанный с воздухом. Когда в полости уже достаточно топлива (это определяется конструкцией двигателя), то подача топлива прекращается, а на свечу зажигания – два электрода, находящиеся внутри цилиндра – подается разряд, и она поджигает все топливо внутри. В результате смесь взрывается и с силой отталкивает поршень.
За счет инерции, поршень начинает двигаться в обратную сторону, выталкивая продукты сгорания. Процесс начинается заново, но топливо закачивается уже в другую камеру, находящуюся с противоположной стороны цилиндра. Так продолжается пока не закончится топливо.
КПД двигателя был меньше 5%. Это значит, что из 1 кубического метра светильного газа только 50 литров уходило на движение, а остальные 950 литров – пустые траты.
У двигателя было множество недостатков, которые делали его довольно слабым конкурентом паровой машины, но Ленуару удалось сделать рабочий мотор без котлов и печей, который к тому же работал автоматически.
Двигатель заработал не сразу – при первом запуске из-за нагрева поршень заклинил в цилиндре. Изобретателю пришлось добавлять к своему детищу систему водяного охлаждения. Однако оказалось, что проблема не только в тепловом расширении, но и в неточной подгонке деталей и сильном трении. Ленуар добавил в свою конструкцию смазку и вот тогда двигатель заработал.
За 4 года изобретатель сконструировал более 300 двигателей разной мощности и получил большое количество денег. Ленуар не стал дальше улучшать свое изобретение – вместо этого он ушел на покой и жил в богатстве до конца жизни.
Двигатель Ленуара – это первый ДВС, выпускавшийся серийно и первый двигатель с системой охлаждения и смазки.