Каждый раз, когда поворачивается ключ зажигания, запускается механизм, которому почти полтора века. Четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Схема, придуманная в XIX веке, до сих пор крутит коленвалы миллионов автомобилей. Но путь к этому простому и привычному циклу оказался длиннее, чем принято считать.
Двигатель внутреннего сгорания не изобретал кто-то один. Его собирали по частям — газ, искра, поршень, бензин — разные люди в разных странах, часто не зная о работе друг друга. И пока одни доводили до ума чертежи, другие уже возили грузы на паровых тягачах. Чтобы понять, как мы дошли до современного мотора, стоит начать с самого начала — с пара и газа.
Подобрать новый автомобиль в лизинг на лучших для вас условиях и индивидуальным графиком платежей.
Эпоха пара
В XIX веке слово «двигатель» означало прежде всего паровую машину. Она крутила станки, толкала пароходы, тащила поезда. Но для обычных дорог паровик подходил плохо.
Котёл, топка, конденсатор, тендер с углём и бак с водой — всё это весило тонны. Паровой автомобиль был возможен, но напоминал скорее локомотив без рельсов. Такие машины называли рутьерами. Их делали в Англии, Франции, Германии, но широкого распространения они не получили: слишком тяжёлые, слишком сложные в управлении, слишком медленные.
При этом сама идея «внешнего сгорания» зашла в тупик. Изобретатели понимали: основная часть паровой машины — поршень и цилиндр — на самом деле компактна. Всё лишнее — это котёл и топка. Если заставить топливо гореть прямо внутри цилиндра, от котла можно отказаться. Так родилась мысль о двигателе внутреннего сгорания.
Газ вместо пара: первые идеи
В 1799 году француз Филипп Лебон открыл светильный газ. Это был прорыв не только в освещении — газ оказался отличным топливом. Лебон придумал двигатель, где газ с воздухом сжимались компрессорами, смешивались в камере и поджигались. В 1804 году изобретателя убили, и чертежи остались на бумаге.
В 1807 году Франсуа де Риваз построил первый поршневой двигатель внутреннего сгорания. Он работал на водороде, имел искровое зажигание и поршень. Кривошипно-шатунного механизма тогда ещё не было, но принцип «поршень плюс искра» заработал впервые в истории.
В том же 1807 году Нисефор Ньепс — тот самый, что позже изобретёт фотографию — показал «Пирэолофор». Это был двигатель на угольной пыли. Его ставили на лодки, но массовым он не стал. Все эти изобретения оставались опытами. Ни один из первых моторов не вышел на рынок.
Первый коммерческий успех
В 1860 году бельгиец Жан Этьен Ленуар сделал то, что не удавалось другим: он создал газовый двигатель, который можно было продавать.
Это был двухтактный мотор на смеси воздуха и светильного газа. Искра — электрическая. Кривошипно-шатунный механизм — на месте. Но первые запуски провалились: поршень расширялся от жара и заклинивал цилиндр. Ленуар добавил водяное охлаждение — снова клин. Тогда он придумал систему смазки — и только после этого двигатель заработал.
Мощность составляла около 12 лошадиных сил, КПД — 3–4 процента. Смешно по нынешним меркам, но для XIX века это был прорыв. К 1874 году в Европе работало больше трёхсот таких машин. Ленуар разбогател и успокоился. Дорабатывать конструкцию он не стал — и проиграл.
Отто: четыре такта
В 1863 году немец Николаус Отто, вдохновившись двигателем Ленуара, сделал свой вариант — двухтактный атмосферник. У него уже было 15 процентов КПД. Он быстро вытеснил продукцию Ленуара с рынка.
Но главное изобретение ждало мир в 1876 году. Отто придумал четырёхтактный цикл: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. КПД подскочил до 22 процентов — паровые машины с их 10–12 процентами остались позади.
Казалось, монополия обеспечена. Но через год выяснилось, что француз Бо де Роша описал точно такой же цикл на несколько лет раньше. Патент Отто в суде урезали. Тем не менее его двигатели были лучше отработаны технологически и оставались самыми надёжными. К 1897 году фирма Отто выпустила 42 тысячи моторов.
Один минус — газ. Двигатель Отто требовал подключения к трубе. Светильногазовых заводов в Европе было мало, в России — всего два, в Москве и Петербурге. Для автомобиля такой мотор не годился.
Бензин, карбюратор и первый автомобиль
Задачу сделать мотор мобильным решили Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. Оба много лет работали у Отто, но, когда предложили сделать компактный бензиновый двигатель для экипажей, шеф идею отверг. В 1882 году они уволились и открыли свою мастерскую.
В 1883 году Даймлер и Майбах сделали калильный двигатель — с зажиганием от раскалённой трубки. А в 1885-м — лёгкий бензиновый карбюраторный мотор. Именно его поставили на первый мотоцикл (1885) и первый автомобиль (1886).
Параллельно над карбюратором работали другие инженеры. Решение, которое стало классическим, нашёл венгр Донат Банки в 1883 году. Он предложил не испарять бензин, а распылять его жиклёром. Воздух засасывал топливо через маленькое отверстие, а поплавок в бачке держал постоянный уровень. Эта схема прожила в автомобилях до конца XX века.
Восемь цилиндров из России
Пока Даймлер и Майбах экспериментировали с одноцилиндровыми моторами, в России в 1884 году Огнеслав Костович построил двигатель, который обгонял всё, что делали в Европе.
Восемь цилиндров, оппозитная схема, четырёхтактный цикл, водяное охлаждение. Мощность — 80 лошадиных сил, масса — всего 240 килограммов. И — впервые в мире — электрическое зажигание. По характеристикам этот мотор превосходил немецкие аналоги. Но патент Костович оформил только в 1892 году, уже после Даймлера. В историю массового автомобиля вошёл немецкий приоритет.
Тринклер-мотор
В 1897 году Рудольф Дизель предложил двигатель с воспламенением от сжатия. Он работал на угольной пыли — для Германии, где угля много, а нефти мало, это было логично. Но угольная пыль быстро истирала цилиндры.
Довёл идею до ума русский инженер Густав Тринклер. На Путиловском заводе в 1898–1899 годах он создал бескомпрессорный двигатель высокого сжатия на сырой нефти. В Европе его называли «русский дизель» или «Тринклер-мотор». На Всемирной выставке в Париже в 1900 году двигатель получил Гран-при.
Завод «Людвиг Нобель» в 1899 году начал массовый выпуск таких моторов. Коломенский завод купил лицензию и в 1902 году поставил их на поток. Чуть позже инженер Р. А. Корейво из Коломны запатентовал двухтактный дизель с противоположно движущимися поршнями — схему, которую потом использовали на танках и теплоходах.
И в небе, и на воде
К началу XX века ДВС окончательно перестал быть стационарным. В 1903 году механик Чарли Тэйлор сделал алюминиевый бензиновый мотор для самолёта братьев Райт. В том же 1903 году в России спустили на воду «Вандал» — первый в мире теплоход. Это была нефтеналивная баржа с тремя дизелями по 120 лошадиных сил. В 1924 году заработали первые советские тепловозы. Двигатель внутреннего сгорания научился ездить, плавать и летать.
XX век: разнообразие конструкций
Дальше моторы множились и усложнялись. Четырёхтактная схема Отто осталась в легковых автомобилях. Дизели ушли в грузовики, танки и на флот. Появились роторные двигатели — компактные, но капризные. Газотурбинные моторы подняли в небо реактивную авиацию. Жидкостные ракетные двигатели вывели корабли на орбиту.
Поршневой ДВС при этом почти не изменился по принципу работы. Он стал мощнее, экономичнее, чище, но внутри у него — всё те же четыре такта, придуманные Отто (и Бо де Роша) полтора века назад.
Заключение
Сейчас на подходе новая эра. Электромобили, водород, синтетическое топливо — ДВС впервые за 150 лет столкнулся с серьёзной альтернативой.
Но даже если бензиновые моторы уйдут в прошлое, история их создания останется классическим примером того, как работает инженерная мысль. Без де Риваза, который первым зажёг искру в цилиндре. Без Ленуара, который догадался, что поршень надо смазывать и охлаждать. Без Отто, упрямо доводившего до ума чужую идею. Без Даймлера, уволившегося ради мечты. Без Тринклера, который взял сырую нефть и сделал из неё «русский дизель».
Двигатель внутреннего сгорания не идеален. Но почти полтора века он просто и честно делал главное: крутил колёса.
С вами были CARCADE. Свободных вам дорог!