Отто двигатель

Это видеомонтаж двигателей Отто, работающих на встрече паровых молотилок Западной Миннесоты ( WMSTR ) в Роллаге, штат Миннесота. (2мин 16сек, 320x240, видео 340 кбит/с)

Двигатель Отто — большой стационарный одноцилиндровый внутреннего сгорания четырехтактный двигатель , разработанный немцем Николаусом Отто . Это была машина с низкими оборотами, и она производила только каждый второй удар благодаря циклу Отто , также разработанному Отто.

Типы

Три типа двигателей внутреннего сгорания были разработаны немецкими изобретателями Николаусом Отто и его партнером Ойгеном Лангеном . Это были неудачный компрессионный двигатель 1862 года, атмосферный двигатель 1864 года и двигатель с циклом Отто 1876 года, известный сегодня как бензиновый двигатель . Первоначально двигатели использовались для стационарных установок, поскольку Отто не интересовался транспортировкой. Другие производители, такие как Daimler, усовершенствовали двигатель Отто для использования на транспорте. ^[1]^{[ нужна полная цитата ]}^[2]^{[ нужна полная цитата ]}^[3]^{[ нужна полная цитата ]}

Хронология

Николаус Август Отто в молодости работал коммивояжером в продуктовом концерне. В своих путешествиях он столкнулся с двигателем внутреннего сгорания, построенным в Париже бельгийским эмигрантом Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром . В 1860 году Ленуару удалось создать двигатель двойного действия , работавший на осветительном газе с КПД 4%. 18-литровый двигатель Ленуара был способен выдавать всего 2 лошадиные силы.

Испытывая копию двигателя Ленуара в 1861 году, Отто осознал влияние сжатия на топливный заряд. В 1862 году Отто попытался создать двигатель, который улучшил бы низкую эффективность и надежность двигателя Ленуара. Он пытался создать двигатель, который сжимал бы топливную смесь до воспламенения, но ему это не удалось, так как этот двигатель работал не более нескольких минут до своего разрушения. Многие инженеры также безуспешно пытались решить эту проблему. ^[4]

В 1864 году Отто и Ойген Ланген основали первую компанию по производству двигателей внутреннего сгорания NA Otto and Cie (NA Otto and Company). В том же году Отто и Си удалось создать успешный атмосферный двигатель. ^[4]

Заводу не хватило места, и в 1869 году он был перенесен в город Дойц, Германия , где компания была переименована в Gasmotoren-Fabrik Deutz (Компания по производству газовых двигателей Deutz). ^[4]

Готлиб Даймлер был техническим директором, а Вильгельм Майбах — руководителем отдела проектирования двигателей. Даймлер был оружейником, который ранее также работал над двигателем Ленуара. ^[5]

К 1876 году Отто и Лангену удалось создать первый двигатель внутреннего сгорания, который сжимал топливную смесь перед сгоранием, обеспечивая гораздо более высокий КПД, чем любой двигатель, созданный к тому времени.

Атмосферный двигатель

В первой версии атмосферного двигателя использовалась конструкция рифленой колонны, разработанная Ойгеном Лангеном. Рабочий ход атмосферного двигателя перемещается вверх с помощью реечной передачи, преобразующей линейное движение поршня во вращательное. Степень расширения этого двигателя была намного более эффективной, чем у двигателя Ленуара 1860 года, и придавала двигателю превосходную эффективность .

Двигатель Ленуара был двигателем, который сжигал топливо без предварительной попытки сжать топливо/смесь. Атмосферный двигатель Отто/Лангена работал с КПД 12% и производил 0,5 л.с. (0,37 кВт ; 0,51 л.с. ) при 80 об/мин. На Всемирной выставке 1867 года в Париже он легко превзошел по эффективности двигатель Ленуара и завоевал золотую медаль, открыв тем самым путь к производству и продажам, которые профинансировали дополнительные исследования.

В первой версии для стабилизации стойки использовалась рама. Вскоре от этого отказались, поскольку конструкция была упрощена. Более поздние двигатели также обходились без рифленого цилиндра. Атмосферный двигатель использовал газопламенную систему зажигания и изготавливался мощностью от 0,25 до 3 л.с. (0,19–2,24 кВт ; 0,25–3,04 л.с. ).

Когда в 1872 году NA Otto & Cie реорганизовалась в Gasmotoren-Fabrik Deutz , руководство выбрало Даймлера директором завода, обойдя даже Отто, и Даймлер присоединился к компании в августе, взяв с собой Майбаха в качестве главного конструктора. ^[6] Хотя Даймлеру удалось улучшить производство, недостатки конструкции Отто с вертикальным поршнем в сочетании с упорным упорством Даймлера в использовании атмосферных двигателей привели компанию в тупик. ^[7]

Несмотря на весь свой коммерческий успех: к 1875 году компания производила 634 двигателя в год. ^[7] Двигатель Отто и Лангена зашел в технический тупик: он производил всего 3 л.с. (2,2 кВт ; 3,0 л.с. ), но для работы требовался запас высоты 10–13 футов (3,0–4,0 м). ^[7] В 1882 году, после выпуска 2649 двигателей, производство атмосферных двигателей было прекращено. В этом же году компанию покинули Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. ^[4]

Цикл Отто

После 14 лет исследований и разработок Отто 9 мая 1876 года сумел создать двигатель внутреннего сгорания со сжатым зарядом. Отто нашел способ наслаивать топливную смесь в цилиндр, чтобы топливо сгорало постепенно, а не взрывным образом. Он назвал это многослойным или стратифицированным зарядом. Это привело к контролируемому сгоранию и более длительному толканию поршня в цилиндре, а не к взрыву, который разрушил все двигатели, предпринятые ранее. Топливо по-прежнему представляло собой светящийся газ, как и в атмосферных двигателях Ленуара и его собственных.

Этот двигатель использовал четыре цикла для создания мощности. Сейчас он известен как двигатель цикла Отто . Это тот же двигатель, который впервые был опробован в 1862 году.

Отто обратил свое внимание на 4-тактный цикл во многом благодаря усилиям Франца Рингса и Германа Шумма , привлеченных в компанию Готлибом Даймлером . ^[7] Именно этот двигатель (бесшумный двигатель Отто), а не двигатель Отто и Лангена, относится к циклу Отто. Это был первый коммерчески успешный двигатель, в котором использовалось внутрицилиндровое сжатие (запатентованное Уильямом Барнеттом в 1838 году). Двигатель Рингса-Шумма появился осенью 1876 года и сразу же имел успех. ^[7]

Расположение цилиндров компрессионного двигателя было горизонтальным. Он имел золотниковый клапан с газовым зажиганием , что позволило преодолеть проблемы, которые Ленуар не мог решить с помощью ненадежного в то время электрического зажигания. За 15 лет, предшествовавших разработке двигателя Отто, мощность двигателя никогда не превышала 3 л.с. Через несколько лет после разработки двигателя Отто мощность двигателя выросла до 1000 л.с. ^[4]

Двигатель Отто Cycle в конечном итоге был адаптирован для работы на лигроине , а затем на бензине и многих газах. Во время Второй мировой войны двигатели Отто работали на более чем 62 различных видах топлива, таких как древесный газ, угольный газ, пропан, водород, бензол и многие другие. Двигатель ограничен легкими видами топлива. Более поздняя разработка этого двигателя, известная как дизельный двигатель , может сжигать тяжелое топливо и масла.

Карбюратор и низковольтное зажигание

компания Deutz также разработала карбюратор и надежную низковольтную систему зажигания В 1884 году . Это позволило впервые использовать жидкое нефтяное топливо и сделало возможным применение двигателя на транспорте. Эта работа велась параллельно с работой Готлиба Даймлера и Вильгельма Майбаха, которые также разработали карбюратор, который заменил оригинальное зажигание с горячей трубкой на Daimler Reitwagen , и систему зажигания от магнето , которая легла в основу магнето корпорации Robert Bosch . Daimler продолжил разработку двигателя Отто для транспорта, а Deutz перешла на дизельные двигатели.

Утрата патента

В 1886 году немецкое патентное ведомство аннулировало патент Deutz, действовавший до 1891 года, из-за открытия предыдущего патента на четырехтактный двигатель французом Альфонсом Бо де Роша . Дойц не смог доказать, что его система индукции стратифицированного заряда отличалась от системы, описанной в патенте де Роша, и потерял свою монополию и один из своих 25 патентов. К 1889 году более 50 компаний производили двигатели конструкции Отто. ^[8]

Стационарные двигатели

Зажигание свечи зажигания

Двигатели Отто были оснащены механизмами различных конструкций, вызывающими искрообразование. Отто — один из первых двигателей, в которых используется свеча зажигания — устройство, создающее небольшую электрическую искру для воспламенения топливного заряда. Обычно он представлял собой поворотный рычаг, который на короткое время захватывает рычаг выключателя питания и быстро его тянет. Затем рычаг переключателя отпускают и позволяют ему вернуться в исходное положение для подготовки к следующему циклу. Для этой системы требуется внешняя электрическая батарея , катушка зажигания и система электрической зарядки, аналогичная современным автомобильным двигателям.

В более поздних двигателях Отто использовалось небольшое магнето непосредственно на двигателе. Вместо того, чтобы срабатывать переключатель, зажигательный рычаг свечи зажигания быстро вращает ротор магнето, который затем возвращается назад под действием напряжения пружины. Это быстрое вращение катушки магнето создает очень короткий ток, который зажигает свечу зажигания и воспламеняет топливо. Преимущество этой конструкции заключается в том, что она не требует внешней батареи, и именно так работают современные портативные газовые двигатели, в которых магнитная часть магнето встроена в маховик . Современные портативные двигатели возбуждают магнето при каждом вращении маховика, поэтому для предотвращения зажигания свечи зажигания, за исключением рабочего хода двигателя (см. « Бесполезная искра » ), используется электрический переключатель с кулачковым приводом .

Регулировка частоты вращения двигателя

Как регулятор регулирует обороты двигателя Отто. Этот конкретный двигатель работает на природном газе; большой дискообразный объект под двигателем — это регулятор давления газа. (22сек, 320x240, 320 кбит/с видео)

Крупный план колеса регулятора, которое либо поднимается над кулачком впуска топлива, либо скользит вправо и движется накатом. (видео 14 сек, 320х240, 250 кбит/с)

Это демонстрация того, как работает регулирование скорости в двигателе Отто. Вращающиеся шарики являются центробежным регулятором , и по мере того, как машина работает медленнее, маленькое колесо перемещается влево, вставляя стержень в ближайший ролик и толкая его вверх, чтобы вызвать впуск топлива для запуска двигателя на один оборот.

Если машина находится под нагрузкой и по-прежнему работает слишком медленно, кулачок продолжает оставаться вставленным и вызывает повторный запуск двигателя для каждого цикла зажигания. Когда частота вращения двигателя увеличивается, регулятор тянет маленькое колесо вправо, и машина движется по инерции без впрыска топлива, хотя свеча зажигания продолжает гореть без топлива в цилиндре.

Этот метод управления скоростью часто называют методом попадания или промаха, потому что двигатель дает пропуски зажигания (из-за отсутствия топливной смеси) на тех рабочих тактах, когда двигатель работает быстрее, чем заданная скорость, но все равно попадает ( огонь) при силовых ударах, когда скорость слишком мала. При пропусках зажигания топливо не расходуется.

Охлаждение цилиндра

В двигателях Отто используется проточная водяная рубашка вокруг стенки цилиндра, аналогично современным системам охлаждения двигателя. Стационарные двигатели Отто, выставленные на выставке Steam Threshers Reunion в Западной Миннесоте, имеют один большой тепловой радиатор снаружи здания. Эта централизованная система дистанционного отвода тепла также помогает сохранять прохладу в машинном отделении.

Первое использование в транспорте

У Отто и его менеджера Готлиба Даймлера возникли разногласия по поводу будущего направления двигателя Отто. В то время как Отто хотел производить большие двигатели для стационарного применения, Даймлер хотел производить двигатели, достаточно маленькие, чтобы их можно было использовать на транспорте. После периода разногласий Даймлер оставил работу Отто в 1882 году и взял с собой Вильгельма Майбаха. В 1883 году Даймлер и Майбах создали небольшой и эффективный двигатель мощностью 0,5 л.с. ^[9]

В 1885 году Даймлер и Майбах создали двигатель «Дедушкины часы», частично вдохновленный идеями Отто, и построили вокруг него двухколесную раму. ^[10] Это был первый высокооборотный бензиновый двигатель. ^[11] Сын Даймлера Пауль был первым, кто ездил на моторизованном велосипеде Daimler Reitwagen , первом автомобиле с двигателем внутреннего сгорания. ^[12]

Deutz продолжала производить большие стационарные двигатели, в то время как Daimler перешел на лодки, дирижабли, локомотивы, автомобили, грузовики и другие транспортные средства. Deutz – старейший в мире производитель двигателей. ^[1] Компания Daimler и Maybach, Daimler Motoren Gesellschaft , позже объединилась с Benz и образовала Daimler-Benz , приняв Mercedes-Benz в качестве своей автомобильной торговой марки. ^[13]

Компания Отто, Deutz AG , является одной из крупнейших компаний по производству двигателей в мире. ^[14] Практически все мировые производители автомобилей производят автомобили, использующие двигатели с циклом Отто, которые настолько распространены, что их называют двигателями внутреннего сгорания, бензиновыми двигателями и двигателями с искровым зажиганием. ^[15]

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б «Николаус Август Отто: изобретатель двигателя внутреннего сгорания» .
^ «История Даймлер-Бенц» . Архивировано 3 марта 2016 г. в Wayback Machine .
^ Музей Даймлер-Бенц, Каннштатт, Германия . Архивировано 10 мая 2012 г. в Wayback Machine.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и «125 лет четырехтактным двигателям» . Клуб старинных автомобилей Николауса Августа Отто. Архивировано из оригинала 7 мая 2011 г. Проверено 22 мая 2011 г.
^ "История" . Дойц АГ. Архивировано 17 февраля 2011 г. в Wayback Machine .
^ Мудрый, Дэвид Берджесс. «Даймлер: основатель четырехколесного транспорта», Норти, Том, изд. Мир автомобилей (Лондон: Orbis, 1974), том 5, стр.482.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Мудрый, с.482.
^ «125 лет четырехтактным двигателям» . Олдтаймер-клуб Николауса-Августа-Отто. Архивировано 7 мая 2011 г. в Wayback Machine.
^ Гиль, Манфред (2013). На службе в пожарной части: Готлиб Даймлер, Карл Бенц и Фердинанд Порше (на немецком языке). Саттон. стр. 17–19. ISBN 9783954001330 .
^ «3 апреля: В этот день в 1885 году Готлиб Даймлер запатентовал свой двигатель «дедушкиных часов» . Яху. 3 апреля 2013 г.
^ Ньюгуна, Маркус (16 июня 2022 г.). «Mercedes Vision EQ Silver Arrow — самый футуристический электрический концепт-кар» . Hotcars.com .
^ Гардинер, Марк (1997), Классические мотоциклы , MetroBooks, стр. 16, ISBN 1-56799-460-1
^ «Даймлер АГ» . Британская энциклопедия.
^ Рокман, Ховард Б. (2019). Закон об интеллектуальной собственности для инженеров, ученых и предпринимателей . Уайли. п. 236. ИСБН 9781119381976 .
^ Шукла, А.К. (ноябрь 2001 г.). «Автомобили за пределами двигателей внутреннего сгорания Отто». Резонанс . 6 .

Внешние ссылки

[esort-1] Перейти обратно: ^а ^б «Николаус Август Отто: изобретатель двигателя внутреннего сгорания» .

[Daimler-2] «История Даймлер-Бенц» . Архивировано 3 марта 2016 г. в Wayback Machine .

[dbmuseumcs-3] Музей Даймлер-Бенц, Каннштатт, Германия . Архивировано 10 мая 2012 г. в Wayback Machine.

[NAMuseum-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и «125 лет четырехтактным двигателям» . Клуб старинных автомобилей Николауса Августа Отто. Архивировано из оригинала 7 мая 2011 г. Проверено 22 мая 2011 г.

[Deutz-5] "История" . Дойц АГ. Архивировано 17 февраля 2011 г. в Wayback Machine .

[6] Мудрый, Дэвид Берджесс. «Даймлер: основатель четырехколесного транспорта», Норти, Том, изд. Мир автомобилей (Лондон: Orbis, 1974), том 5, стр.482.

[Wise,_p.482-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Мудрый, с.482.

[8] «125 лет четырехтактным двигателям» . Олдтаймер-клуб Николауса-Августа-Отто. Архивировано 7 мая 2011 г. в Wayback Machine.

[9] Гиль, Манфред (2013). На службе в пожарной части: Готлиб Даймлер, Карл Бенц и Фердинанд Порше (на немецком языке). Саттон. стр. 17–19. ISBN 9783954001330 .

[10] «3 апреля: В этот день в 1885 году Готлиб Даймлер запатентовал свой двигатель «дедушкиных часов» . Яху. 3 апреля 2013 г.

[11] Ньюгуна, Маркус (16 июня 2022 г.). «Mercedes Vision EQ Silver Arrow — самый футуристический электрический концепт-кар» . Hotcars.com .

[12] Гардинер, Марк (1997), Классические мотоциклы , MetroBooks, стр. 16, ISBN 1-56799-460-1

[13] «Даймлер АГ» . Британская энциклопедия.

[14] Рокман, Ховард Б. (2019). Закон об интеллектуальной собственности для инженеров, ученых и предпринимателей . Уайли. п. 236. ИСБН 9781119381976 .

[15] Шукла, А.К. (ноябрь 2001 г.). «Автомобили за пределами двигателей внутреннего сгорания Отто». Резонанс . 6 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]