Стационарный двигатель Отто: история и конструкция

Введение

стационарный двигатель
Большой стационарный одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, работающий по четырехтактному циклу.

Двигатель Отто был большим стационарным одноцилиндровым двигателем внутреннего сгорания, работающим по четырехтактному циклу, разработанным немецким инженером Николаусом Отто. Это был двигатель с низкой скоростью вращения, и воспламенение происходило только на каждом втором такте из-за цикла Отто, также разработанного Отто.

Типы

Три типа двигателей внутреннего сгорания были разработаны немецкими изобретателями Николаусом Отто и его партнером Югеном Лангеном. Это были неудачная компрессионная модель 1862 года, атмосферный двигатель 1864 года и двигатель, работающий по циклу Отто 1876 года, который сегодня известен как бензиновый двигатель. Изначально эти двигатели использовались в стационарных установках, так как Отто не проявлял интереса к транспортным средствам. Другие производители, такие как Даймлер, доработали двигатель Отто для использования в транспорте.

Хронология

Николас Август Отто в молодости был разъездным продавцом продуктовой компании. В своих путешествиях он познакомился с двигателем внутреннего сгорания, построенным в Париже бельгийским эмигрантом Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром. В 1860 году Ленуару удалось создать двухтактный двигатель, работавший на осветительном газе с эффективностью 4%. 18-литровый двигатель Ленуара мог развивать мощность всего в 2 лошадиные силы. Испытывая реплику двигателя Ленуара в 1861 году, Отто осознал влияние сжатия на топливовоздушную смесь. В 1862 году Отто попытался создать двигатель, превосходящий по эффективности и надежности двигатель Ленуара. Он попытался создать двигатель, который бы сжимал топливовоздушную смесь перед воспламенением, но потерпел неудачу, так как этот двигатель работал не более нескольких минут, после чего разрушался. Многие инженеры также пытались решить эту проблему, но безрезультатно. В 1864 году Отто и Эуген Ланген основали первую компанию по производству двигателей внутреннего сгорания NA Otto and Cie (NA Otto and Company). В том же году Отто и Cie удалось создать успешный атмосферный двигатель. К 1876 году Отто и Лангену удалось создать первый двигатель внутреннего сгорания, который сжимал топливовоздушную смесь перед сгоранием, достигнув значительно более высокой эффективности, чем любой двигатель, созданный к тому времени.

Зажигание свечи

Двигатели Отто были оснащены рядом различных конструкций механизмов для воспламенения. Двигатель Отто – один из первых, в котором использовалась свеча зажигания, устройство, создающее небольшую электрическую искру для воспламенения топливной смеси. Обычно это представляло собой поворотный рычаг, который на короткое время захватывал рычаг выключателя и совершал резкое движение. Затем рычаг выключателя отпускался и возвращался в исходное положение, готовясь к следующему циклу. Для работы этой системы требовалась внешняя электрическая батарея, катушка зажигания и система электрической зарядки, аналогичная используемой в современных автомобильных двигателях. В более поздних двигателях Отто применялось небольшое магнито, установленное непосредственно на двигателе. Вместо замыкания выключателя, рычаг воспламенения свечи зажигания совершал быстрое вращение ротора магнито, который затем возвращался в исходное положение под действием пружины. Это быстрое вращение катушки магнито создавало кратковременный импульс тока, который воспламенял свечу и зажигал топливо. Преимуществом этой конструкции является отсутствие необходимости во внешней батарее, и по такому принципу работают современные переносные газовые двигатели, интегрируя магнитную часть магнито в маховик. Современные переносные двигатели возбуждают магнито при каждом обороте маховика и поэтому используют кулачковый электрический выключатель, чтобы предотвратить воспламенение свечи зажигания, кроме рабочего такта (см. систему "упущенной искры").

Регулирование оборотов двигателя

Это демонстрация работы регулятора скорости в двигателе Отто. Вращающиеся шары – центробежный регулятор, и по мере замедления работы машины маленькое колесо перемещается влево, вставляя стержень в соседний ролик и поднимая его, чтобы инициировать подачу топлива для одного оборота двигателя. Если машина работает под нагрузкой и все еще слишком медленно, кулачок продолжает оставаться вставленным, заставляя двигатель воспламеняться повторно на каждом цикле зажигания. Когда скорость двигателя увеличивается, регулятор тянет маленькое колесо вправо, и машина продолжает работать без впрыска топлива, хотя свеча зажигания продолжает искрить, но в цилиндре нет топлива. Этот метод регулирования скорости часто называют методом "только искры" или "промах-попадание", поскольку двигатель промахивается (не воспламеняется из-за отсутствия топливной смеси) на тех тактах, когда скорость выше заданной, но "попадает" (воспламеняется) на тактах, когда скорость слишком низкая. Топливо не расходуется на тактах промаха.

Охлаждение цилиндров

Двигатели Отто используют проточную водяную рубашку вокруг стенки цилиндра, подобную современным системам охлаждения двигателей. Стационарные двигатели Отто, представленные на Western Minnesota Steam Threshers Reunion, используют один большой тепловой радиатор, расположенный снаружи здания. Эта централизованная система отдачи тепла также способствует охлаждению здания, в котором установлены двигатели.

Первое использование в транспорте

Отто и его менеджер Готтлиб Даймлер имели серьезные разногласия относительно будущего направления двигателя Отто. В то время как Отто хотел производить большие двигатели для стационарных применений, Даймлер стремился к созданию двигателей, достаточно компактных для использования в транспорте. После периода разногласий Даймлер покинул компанию Отто, забрав с собой Вильгельма Майбаха. В 1883 году Даймлер и Майбах создали 0,5-сильный двигатель, отличавшийся небольшими размерами и высокой эффективностью. Чтобы обойти патенты Отто на конструкцию двигателя, было найдено обоснование, ссылающееся на патент, выданный Бо Де Роша в 1862 году – в тот же год, когда Отто впервые потерпел неудачу в создании четырехтактного двигателя. Те, кто завидовал патентам Отто (их было 25), добился отмены одного из них в Германии, во многом из-за того, что суд не смог оценить значимость многослойной системы заряда Отто, которая решила проблему взрывного сгорания, разрушавшего все предыдущие конструкции двигателей. Даймлер всегда называл свою конструкцию взрывным двигателем, чтобы отличить ее от двигателя Отто и избежать выплаты роялти. В 1885 году он и Майбах создали двигатель, получивший название "Дедушкины часы", и построили вокруг него двухколесную раму. Так появился первый автомобиль с двигателем Отто. Четырнадцатилетний сын Даймлера, Адольф, стал первым, кто прокатился на этом моторизованном велосипеде – первом транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания. Daimler/Maybach Petroleum Reitwagen (Riding Car) 1885 года был первым мотоциклом (и первым автомобилем) с двигателем внутреннего сгорания. В то время как Deutz продолжал производить большие стационарные двигатели, Даймлер переключился на разработку двигателей для лодок, дирижаблей, локомотивов, автомобилей, грузовиков и других видов транспорта. Deutz является старейшим в мире производителем двигателей. Daimler, впоследствии ставший Daimler Benz, – старейший в мире производитель автомобилей. Daimler Benz выпустил это видео к 125-летию создания первого автомобиля, который Даймлер назвал "Petroleum Reitwagen". В нем использовалась система зажигания от раскаленной трубки, поскольку электрические системы того времени были ненадежными. Этот двигатель работал на лигроине, как и все транспортные средства вплоть до 1905 года. Даймлер и Майбах основали компанию Daimler Motorenwerke Gesellschaft, которая позже объединилась с Benz, образовав Daimler Benz, также известную как Mercedes Benz. Сегодня компания Отто – Deutz – является одним из крупнейших мировых производителей тяжелой техники. Почти все мировые производители автомобилей выпускают транспортные средства с двигателями, работающими по циклу Отто, которые настолько распространены, что их называют двигателями внутреннего сгорания, бензиновыми двигателями и двигателями с искровым зажиганием.

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.