Ніколаус Оттоның тұрақты қозғалтқышы: газбен жұмыс істейтін, төрт тактты, бір цилиндрлі алғашқы қозғалтқыш. Тарихы, принциптері мен қолданылуы туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
стационарлық қозғалтқыш Үлкен стационарлық бір цилиндрлі төрт тактілі ішкі жану қозғалтқышы
the stationary engine
Large stationary single cylinder internal combustion four stroke engine
Отто қозғалтқышы – неміс Николаус Отто жасаған үлкен стационарлық бір цилиндрлі төрт тактілі ішкі жану қозғалтқышы. Бұл төмен айналымды машина болды және Оттоның өзі жасаған Отто циклына сәйкес, әр екінші тактыда ғана жұмыс істеді.
The Otto engine was a large stationary single cylinder internal combustion four stroke engine designed by the German Nicolaus Otto. It was a low RPM machine, and only fired every other stroke due to the Otto cycle, also designed by Otto.
Түрлері
Неміс өнертапқыштары Николаус Отто мен оның серіктесі Юген Ланген үш түрлі ішкі жанатын қозғалтқышты құрастырды. Бұл модельдер 1862 жылғы сәтсіз компрессиялық қозғалтқыш, 1864 жылғы атмосфералық қозғалтқыш және бүгінде бензиндік қозғалтқыш деп белгілі 1876 жылғы Отто циклы қозғалтқышы болды. Бастапқыда бұл қозғалтқыштар стационарлық орналымдарда қолданылды, себебі Отто көлік құралдарына қызығушылық танытпады. Даимлер сияқты басқа өндірушілер Отто қозғалтқышын көліктерде пайдалану үшін жетілдірді.
Three types of internal combustion engines were designed by German inventors Nicolaus Otto and his partner Eugen Langen. The models were a failed 1862 compression engine, an 1864 atmospheric engine, and the 1876 Otto cycle engine known today as the petrol engine. The engines were initially used for stationary installations, as Otto had no interest in transportation. Other makers such as Daimler perfected the Otto engine for transportation use.
Уақыт шкаласы
Николаус Август Отто жас кезінде азық-түлік компаниясының саяхатшы сатушысы болған. Саяхаты барысында ол бельгиялық эмигрант Жан Жозеф Этьен Ленуардың Парижде құрастырған ішкі жану қозғалтқышымен кездесті. 1860 жылы Ленуар 4% тиімділікпен газбен жұмыс істейтін екі тактілі қозғалтқыш жасап шығарды. 18 литрлік Ленуар қозғалтқышы бар болғаны 2 ат күшіне ие болды. 1861 жылы Ленуар қозғалтқышының көшірмесін сынағанда Отто отын қоспасына қысымның әсерін анықтады. 1862 жылы Отто Ленуар қозғалтқышының нашар тиімділігі мен сенімділігін жақсарту мақсатында жаңа қозғалтқыш жасауға тырысты. Ол отын қоспасын тұтандыру алдында қысып, жақсы нәтиже алуға ұмтылды, бірақ қозғалтқыш жарылып, бірнеше минуттан артық жұмыс істемейтін болғандықтан, әрекеті сәтсіз аяқталды. Көптеген инженерлер де осы мәселені шешуге тырысып, табысқа жете алмады. 1864 жылы Отто мен Юген Ланген алғашқы ішкі жану қозғалтқышын өндіретін NA Otto and Cie (NA Otto and Company) компаниясын құрды. Otto and Cie сол жылы атмосфералық қозғалтқышты сәтті жасап шығарды. 1876 жылы Отто мен Ланген отын қоспасын жағу алдында қысып, осы уақытқа дейін жасалған барлық қозғалтқыштардан әлдеқайда жоғары тиімділікке қол жеткізді.
Nicolaus August Otto as a young man was a traveling salesman for a grocery concern. In his travels he encountered the internal combustion engine built in Paris by Belgian expatriate Jean Joseph Etienne Lenoir. In 1860 Lenoir succeeded in creating a double acting engine which ran on illuminating gas at 4% efficiency. The 18 liter Lenoir engine was able to produce only 2 horsepower. In testing a replica of the Lenoir engine in 1861 Otto became aware of the effects of compression on the fuel charge. In 1862 Otto attempted to produce an engine to improve on the poor efficiency and reliability of the Lenoir engine. He tried to create an engine which would compress the fuel mixture prior to ignition, but failed, as that engine would run no more than a few minutes prior to its destruction. Many engineers were also trying to solve the problem with no success. In 1864 Otto and Eugen Langen founded the first internal combustion engine production company NA Otto and Cie (NA Otto and Company). Otto and Cie succeeded in creating a successful atmospheric engine that same year. By 1876 Otto and Langen succeeded in creating the first internal combustion engine that compressed the fuel mixture prior to combustion for far higher efficiency than any engine created to this time.
Жарық тұтқасы іске қосылады
Отто қозғалтқыштары ұшқындау үшін әртүрлі механизмдермен жабдықталған. Отто – отын қоспасын тұтандыру үшін кішкентай электр ұшқынын жасаушы құрылғыны қолданған алғашқы қозғалтқыштардың бірі. Бұл әдетте, қуат қосқышын қысқа уақытқа ұстап, жылдам тартып жіберуге мүмкіндік беретін айналмалы рычаг болды. Содан кейін қосқыш рычагы босатылып, келесі циклға дайындық үшін бастапқы қалпына оралады. Бұл жүйеге сыртқы электр батареясы, тұтану катушкасы және қазіргі заманғы автомобильдердегідей электр зарядтау жүйесі қажет болды. Кейінірек Отто қозғалтқыштарында қозғалтқышқа тікелей орнатылған шағын магнит қолданылды. Қосқышты іске қосудың орнына, ұшқындау рычагы магнит роторын жылдам айналдырады, ол пружинаның күшімен кері қайтады. Магнит орамасының жылдам айналуы қысқа мерзімге ток тудырады, ол ұшқынды тұтандырып, отынды жағады. Бұл конструкцияның артықшылығы сыртқы батарея қажет болмайды, және осы принципте қазіргі заманғы портативті газ қозғалтқыштары жұмыс істейді, магниттің бөлігін инерциялық дөңгелекке енгізеді. Қазіргі заманғы портативті қозғалтқыштар инерциялық дөңгелектің әрбір айналымында магнитті қозады, сондықтан қозғалтқыштың жұмыс соққысынан басқа ұшқышты тұтандырмау үшін камерамен басқарылатын электр қосқышы қолданылады (қараңыз: қажетсіз ұшқын).
Otto engines were equipped with a number of different mechanism designs to trigger sparking. The Otto is one of the first engines to use a spark plug, which is a device that produces a small electric spark to ignite the fuel charge. This usually consisted of a pivoting trip arm that briefly grabs a power switch lever and gives it a quick pull. The switch lever is then released and allowed to snap back to its original position in preparation for the next cycle. This system requires an external electric battery, ignition coil, and electric charging system similar to modern automobile engines. Later Otto engines employed a small magneto directly on the engine. Rather than tripping a switch, the spark plug firing arm applies a quick rotation to the magneto rotor, which then snaps back under spring tension. This quick rotation of the magneto coil produces a very brief current flow that fires the spark plug and ignites the fuel. This design has the advantage of requiring no external battery, and is how modern portable gas engines operate, incorporating the magnet portion of the magneto into the flywheel. Modern portable engines excite the magneto with every flywheel rotation, and so use a cam operated electric switch to prevent plug firing except for the power stroke of the engine (see wasted spark).
Қозғалтқыштың жылдамдығын реттеу
Бұл Отто қозғалтқышында жылдамдық реттеудің қалай жұмыс істейтінін көрсетеді. Айналатын шарлар – орталықтан тепкіш басқарушы, ал машинаның айналуы баяулаған сайын кішкентай дөңгелек солға жылжиды, таяқты жақын жердегі роликке енгізіп, оны жоғары итеріп, отынның қабылдануын қамтамасыз етеді. Егер машина жүктемемен жұмыс істесе де, жылдамдығы жеткіліксіз болса, камера кірістіріліп тұрады және әр тұтану циклінде қозғалтқыш бірнеше рет іске қосылады. Қозғалтқыш жылдамдығы артқанда, басқарушы кішкентай дөңгелекті оңға тартады және машина отын құймастан бос жүреді, бірақ шам цилиндрде отын болмаса да тұтанады. Бұл жылдамдықты басқару әдісі көбінесе «Соққыға түсу немесе сәтсіздік» деп аталады, себебі қозғалтқыш басқарылатын жылдамдықтан асып кеткенде (отын қоспасының жетіспеуінен) дұрыс тұтанбайды, бірақ жылдамдық тым төмен болғанда тұтанады. Сәтсіз тұтану кезінде отын қолданылмайды.
This is a demonstration of how the speed regulation works in the Otto engine. The spinning balls are the centrifugal governor, and as the machine runs slower the small wheel moves to the left, inserting the rod into the nearby roller and pushing it up to trigger the intake of fuel to fire the engine for one revolution. If the machine is under load and still running too slowly, the cam continues to stay inserted and makes the engine fire repeatedly for each ignition cycle. When the engine speed increases, the governor pulls the small wheel to the right and the machine coasts without injecting any fuel, though the spark plug continues to fire with no fuel in the cylinder. This method of speed control is often referred to as the Hit or Miss method because the engine mis fires (for lack of fuel mixture) on those power strokes where the engine is running faster than the governed speed, but will hit (fire) on power strokes where the speed is too low. No fuel is used on the mis fire strokes.
Баллондардың салқындауы
Отто қозғалтқыштары цилиндр қабырғасының айналасында су ағыны бар суытқыш жүйені пайдаланады, бұл қазіргі заманғы қозғалтқыштарды салқындату жүйелеріне ұқсас. Батыс Миннесота Steam Threshers Reunion көрмесінде көрсетілген стационарлық Отто қозғалтқыштарының барлығы ғимараттың сыртында орналасқан бір үлкен жылу радиаторын пайдаланады. Бұл орталықтандырылған, алысқа таратушы жылу жүйесі ғимаратты да салқын ұстауға көмектеседі.
Otto engines use a flowing water jacket around the cylinder wall, similar to modern engine cooling systems. The stationary Otto engines on display at the Western Minnesota Steam Threshers Reunion all share a single large heat radiator outside the building. This centralized distant heat dissipation system also helps to keep the engine building cool.
Көліктегі алғашқы пайдалану
Отто мен оның менеджері Готтлиб Даймлер Ото қозғалтқышының болашақ бағыты туралы маңызды келіспеушілікке ұшырады. Отто стационарлық қолданысқа арналған үлкен қозғалтқыштар өндіруді қаласа, Даймлер көліктерде пайдалануға болатын кішкентай қозғалтқыштар жасауды көздеді. Біраз уақыт дауласқаннан кейін Даймлер Оттоның жұмысынан кетіп, Вильгельм Майбахты өзімен бірге алып кетті. 1883 жылы Даймлер мен Майбах кішкентай әрі тиімді 0,5 л.с. қозғалтқышты жасады. Оттоның қозғалтқыш дизайнына патент алудан қашу үшін, 1862 жылы Бо Де Рохасқа берілген патенттің мәніне сүйенді, дәл сол жылы Отто төрт циклді қозғалтқышын жасауға алғаш рет тырысып, сәтсіз аяқтады. Оттоның патенттеріне қызғандар (барлығы 25 патент болды) Германияда бір патентті күштен шығарды, себебі сот Отоның жарылысты жанудың проблемаларын шешкен қабатты зарядтау жүйесінің маңыздылығын толық түсінбеді, бұл жүйе бұрынғы барлық қозғалтқыш конструкцияларын жойды. Даймлер өзінің дизайнын әрдайым «жарылыс қозғалтқышы» деп атады, осылайша Оттоның қозғалтқышынан өзгешелендіріп, оған авторлық төлемдерді төлеуден жалтарды. 1885 жылы ол Майбахпен бірге «Ата баба сағаты» деп аталған қозғалтқышты жасады және оның айналасына екі дөңгелекті рама орнатты. Бұл алғашқы Otto қозғалтқышымен жабдықталған көлік болды. Даймлердің он төрт жасар ұлы Адольф осы мотоциклде бірінші болып отырды, ол – ішкі жану қозғалтқышы бар алғашқы автокөлік. 1885 жылғы Daimler/Maybach Petroleum Reitwagen (Жылдам жүретін автомобиль) – ішкі жану қозғалтқышын пайдаланған алғашқы мотоцикл (және алғашқы автокөлік) еді. Дюц ірі стационарлық қозғалтқыштарды өндіре берсе, Даймлер қайықтарға, дирижабльдерге, локомотивтерге, автомобильдерге, жүк көліктеріне және басқа да көлік түрлеріне көшті. Дюц – әлемдегі ең көне қозғалтқыш өндірушісі. Daimler, кейін Daimler Benz болып өзгерген, әлемдегі ең көне автомобиль өндірушісі болып табылады. Daimler Benz компаниясы осы бейнероликті Daimler «Petroleum Reitwagen» деп атаған алғашқы автокөліктің құрылғанына 125 жыл толуына арнап түсірді. Ол ыстық түтікпен тұтандыруды қолданды, себебі сол кездегі электр жүйелерінің сенімділігі төмен еді. Бұл қозғалтқыш 1905 жылдан асып кеткенге дейін барлық көліктер сияқты лигроинді отынмен жұмыс істеді. Даймлер мен Майбах Daimler Motorenwerke Gesellschaft деп аталатын компанияны құрды, ол кейіннен Benz компаниясымен бірігіп Daimler Benz құрамына кірді, ол сондай-ақ Mercedes Benz деп танылады. Бүгінде Оттоның Deutz компаниясы әлемдегі ең ірі ауыр жүк көліктерін өндірушілердің бірі. Көлік құралдарын өндіретін әлемдегі дерлік барлық компания Otto циклында жұмыс істейтін қозғалтқыштарды қолданады, олар ішкі жану қозғалтқыштары, бензиндік қозғалтқыштар және ұшқындық тұтандыру қозғалтқыштары деп аталады.
Otto and his manager Gottlieb Daimler had a major disagreement on the future direction of the Otto engine. While Otto wanted to produce large engines for stationary applications Daimler wanted to produce engines small enough to be used in transportation. After a period of disagreement Daimler left Otto's employ and took Wilhelm Maybach with him. In 1883 Daimler and Maybach created a 0.5 hp engine that was small and efficient. In order to evade the patents that Otto held on the engine design, a pretense was found concerning a patent issued to Beau De Rochas in 1862, the same year that Otto failed to create his four cycle engine the first time. Those who were jealous of the Otto patents (there were 25 patents) had one patent overturned in Germany largely because the court failed to understand the significance of Otto's layered charge system which overcame the problems of explosive combustion which destroyed all engine designs previously. Daimler always referred to his design as an explosion engine, to contrast it against Otto's engine and was able to evade paying royalties to Otto. In 1885 he and Maybach created an engine called the "Grandfather Clock" engine and built a two wheeled frame around it. This became the first Otto engined vehicle. Daimler's fourteen year old son Adolf was the first person to ride on this motorized bicycle which is the first internal combustion engined motor vehicle. The 1885 Daimler/Maybach Petroleum Reitwagen (Riding Car) was the first motorcycle (and the first motor vehicle) using an internal combustion engine. While Deutz continued to produce large stationary engines Daimler moved onto boats, airships, locomotives, automobiles, trucks, and other transportation uses. Deutz is the world's oldest engine producer. Daimler, which became Daimler Benz, is the world's oldest automobile manufacturer. Daimler Benz produced this video for the 125th anniversary of the creation of the first motor vehicle which Daimler called the "Petroleum Reitwagen". It used a hot tube ignition specifically because the electrical systems of that era were unreliable. This engine ran on the fuel ligroin, as did all vehicles until well past the year 1905. Daimler and Maybach founded a company known as Daimler Motorenwerke Gesellschaft which later merged with Benz to form Daimler Benz, known also as Mercedes Benz. Today Otto's company Deutz is one of the largest makers of heavy duty vehicles in the world. Virtually all of the world's makers of automobiles produce vehicles using Otto cycle engines which are so ubiquitous as to be referred to as internal combustion engines, petrol engines, and spark ignition engines.