Возникновение двигателей внутреннего сгорания
К 30—50-м годам XIX в. разорение мелких ремесленников и кустарей в связи с ростом капиталистического фабрично-заводского машинного производства вызвало социальный заказ на новый двигатель. Субъективно этот заказ основывался на неправильном представлении о том, что, будучи снабженным дешевым маломощным двигателем, ремесленник станет конкурентоспособным в борьбе с крупным капиталистическим производством. Объективно такой заказ являлся проявлением Двигательной силы, так как исходил от широких кругов населения. Развитие паровых силовых установок подсказало изобретателям конкретные формы нового дешевого и экономичного двигателя, как «машины без котла», являвшегося наиболее дорогой и громоздкой частью паросиловых установок. Отказ от котла означал сжигание горючего внутри самого двигателя, который еще до своего возникновения получил сохранившееся и поныне название «двигателя внутреннего сгорания». Таким образом, развитие паровой машины подготовило конструктивные формы нового порщневого двигателя. Другими существенными условиями, ускорившими возникновение двигателя внутреннего сгорания, явились: газовое горючее, технология производства которого была разработана в начале XIX в-, и индукционная катушка, позволявшая зажигать горючую смесь в полости цилиндра индуктированным током высокого напряжения.
Перечисленные возможности построения нового двигателя были реализованы в конструкции, предложенной в 1860 г. французом Ж. Ленуаром. Испытания двигателя Ленуара показали, что экономический к. п. д. его имел значение всего 3,3%, тогда как у паровых двигателей того времени этот к. п. д. достигал 8—10%. Низкая экономичность двигателя Ленуара была следствием нера-. ционального цикла, разработанного изобретателем. При всасываний горючей смеси светильного газа с воздухом до половины хода поршня расширение ограничивалось второй половиной хода поршня и было поэтому всего-навсего двукратным, т. е. срабатывавшим крайне небольшой перепад располагаемого теплосодержания.
Значительно уменьшить расход горючего удалось немецким изобретателям Н. Отто и Е. Лангену, которые умело использовали все возможности совершенно неперспективного газоатмосферного двигателя, 'предлагавшегося в 1854 г. в крайне недоработанном виде итальянцами Барзан-ти и- Маттеучи. Это было возрождением принципа «пороховой машины» Д. Па-пена с использованием вместо пороха газовой смеси. Внешний вид двигателя представлен на рис. 3-38. Так как всасывание рабочей смеси осуществлялось только на хода поршня, расширение проходило далеко в область вакуума, позволяя срабатывать больший, чем у Ленуара, теплоперепад. 10-кратное расширение позволило получить экономический к. п. д. 14%, явившийся «потолком» для двигателей подобного типа.
Дальнейшее повышение к. п. д. могло быть достигнуто только за счет предварительного сжатия рабочей смеси.. Это прежде всех понял французский инженер Бо-Де-Роша, опубликовавший в 1862 г. небольшую брошюру «Новейшие, исследования относительно практических условий применения теплоты», в которой он описывал цикл четырехтактного (рис. .3-40) двигателя, широко распространенного в наше время. Бо-Де-Роша не запатентовал своего предложения и не делал попыток его реализации. Четырехтактный двигатель был впервые осуществлен в 1878 г. Н. (Отто И. Лангеном, построившими такой двигатель с к.п.д.
Практика построения четырехтактных двигателей, показав прежде всего несостоятельность надежд разорявшихся ремесленников на возможность конкурировать с крупным капиталом, явилась основой для значительных капиталовложений в производство двигателей внутреннего сгорания. Расширение производства двигателей внутреннего сгорания вызвало их специализацию. Строились газогенераторные двигатели одновременно с улучшением конструкций газогенераторов. Конструировались ДвИ' гатели для привода доменных воздуходувок с использова-? нием газов доменных течей. Началось широкое использование высококалорийного жидкого топлива. Тяжелое жидкое топливо стали применять в калоризаторных двигателях с калоризатором («запальным шаром»), раскаливающимся докрасна и служащим для воспламенения вбрызнутого горючего. Для легких сортов жидкого топлива стали строить карбюраторные двигатели с получением в карбюраторе смеси из мелко распыленного и частично испарившегося топлива с воздухом. Двигатели начали специализироваться по областям их применения в качестве судовых, стационарных, газогенераторных, позднее—автомобильных, еще позднее — авиационных. Особая линия развития возникла с изобретением двигателей высокого сжатия в конце XIX в.