Первые двигатели внутреннего сгорания в 70-80-х годах XIX века

Дени Папен, изобретатель., паровой двигатель
Дени Папен (1647-1712) — французский математик, физик и изобретатель.

В 1688 г. Дени Папен использовал идеи Гюйгенса и сконструировал устройство в виде цилиндра, в котором свободно перемещался поршень (рис. 4.1). Поршень был связан перекинутым через блок тросом с грузом, который также поднимался и опускался вслед за поршнем. В нижнюю часть цилиндра насыпали порох и затем поджигали. Образовавшиеся газы, расширяясь, толкали поршень вверх. После этого с наружной стороны цилиндр обливали водой, газы в цилиндре охлаждались, и их давление на поршень уменьшалось. Поршень под действием собственного веса и атмосферного давления опускался, поднимая при этом груз. К сожалению, для практических целей подобный двигатель не годился: слишком уж сложен был технологический цикл его работы, да и в использовании он был довольно опасен.

Дени Папен, изобретатель, паровой двигатель
Рис. 4.1 Паровой двигатель Папена 1690 г. (слева). Цилиндр с поршнем определяет форму всей машины. Паровой двигатель Папена 1707 г. (справа)

Первым изобретателем двигателя внутреннего сгорания, в нашем понимании этой машины, следует считать Филиппа Лебона.

 

Фили́пп Лебо́н (1767-1804) — французский инженер; изобретатель газового освещения; профессор механики в Школе мостов и дорог в Париже.

Филипп Лебон, изобретатель, паровой двигатель
Филипп Лебон

В 1790-е годы он начал опыты над получением светильного газа посредством сухой перегонки древесины и в 1799 году получил на этот способ патент.

 

В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Газо-воздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась.

 

Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня (наследие второй паровой машины Уатта). Лебон вынашивал мысль о серийном производстве своего двигателя внутреннего сгорания, однако в 1804 году он был убит, не успев воплотить в жизнь своё изобретение. Последователем Лебона был Франсуа Исаак де Рива.

Франсуа Исаак де Рива, изобретатель, паровой двигатель
Франсуа Исаак де Рива

Франсуа Исаак де Рива (1752-1828) — французский изобретатель. Франсуа родился в Париже в семье выходцев из швейцарского кантона Вале (кантон на юго-западе Швейцарии, двуязычный 62,8 % населения говорят по-французски, 28,4 % понемецки). В 1763 году семья переехала в Мутье — коммуна во Франции, департамент Савойя, регион Рона-Альпы. Известно, что он хорошо знал латынь, математику, геометрию и механику. Он также работал землемером и нотариусом. Рива служил в швейцарской армии и дослужился до звания майора. В 1807 году он подал заявку на патент двигателя внутреннего сгорания под названием «использование взрыва светильного газа или иных взр

Франсуа Исаак де Рива, изобретатель, паровой двигатель
Рисунок 4.2 – Двигатель – а: и самоходный экипаж Франсуа Исаака де Рива – б: A – цилиндр, B – «свеча» зажигания, C – тяжелый поршень, D – емкость с водородом, E – храповик, F – клапан сброса отработанных газов, G – рукоятка для управления клапаном

Топливом для двигателя он выбрал водород. Идею электрического воспламенения топлива де Рива позаимствовал у Алессандро Вольта.

 

Чуть позже, Франсуа Исаак де Рива построил самодвижущийся экипаж, приводимый в движение его двигателем, который, по мнению историков, стал первым автомобилем с двигателем внутреннего сгорания (рис. 4.2 б). Макет этого экипажа экспонируется в Парижском «Музее искусств и ремёсел» (рис. 4.3). Обращаем Ваше внимание на конструкцию двигателя экипажа Франсуа Исаак де Рива (патент 1897 г.) и его сходство с атмосферным двигателем Отта.

Франсуа Исаак де Рива, изобретатель, паровой двигатель
Рисунок 4.3 – Макет экипажа Рива в музее Парижа

В 1825 году английский инженер и изобретатель Сэмюэль Браун создал двигатель, работающий на газе. Он приспособил старый паровой двигатель Ньюкомена (рис. 4.4). В двигателе Ньюкомена пар низкого давления впускается в вертикальный рабочий цилиндр, открытый сверху, и поднимает поршень, совершая рабочий ход. Впускной клапан закрывается, и пар охлаждается водой, непосредственно распыляемой в цилиндре. Конденсат сбегает в сборник конденсата. При конденсации пара давление в цилиндре падает, и под влиянием атмосферного давления поршень двигается вниз.

 

Дени Папен, изобретатель., паровой двигатель
Рисунок 4.4 – Паровая машина Ньюкомена для привода водяного насоса

 

Смазка и уплотнение поршня осуществлялись небольшим количеством воды, налитой на него сверху. Браун убрал топку с котлом, заменив их камерой, в которой сгорало газообразное топливо, и продукты сгорания, поступая в цилиндр, поднимали поршень. Затем впускной клапан закрывался, и продукты сгорания охлаждались водой, непосредственно распыляемой в цилиндре.

 

Под действием атмосферного давления воздуха поршень двигался вниз. Двигатель использовался для перекачки воды и для приведения в движение речных судов.

 

Браун создал компанию по производству двигателей для лодок и барж, некоторые из которых достигали скорости 14 км/час. Тем не менее, предприятие оказалось нерентабельным из-за перебоев с поставками топлива и высокой его стоимостью.

 

Нами представлены не все изобретатели первых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), с непривычными для современного понимания конструктивными решениями. Это они сделали первые шаги в деле утверждения ДВС как самого распространенного источника движущей силы различных машин и механизмов в мире. Среди многочисленных последователей изобретателей поршневых двигателей, получивших положительное использование, следует выделить: Ленуара, Брайтона, Отто и Даймлера.