О существовании двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине или дизельном топливе, известно наверно каждому жителю нашей планеты. Однако мало кто знает, что их предшественником является газовый мотор. Его появление послужило основой для создания как дизельных, так и бензиновых двигателей. Попробуем восстановить некоторые исторические факты зарождения зарубежного моторостроения, его главные события, новейшие разработки и достижения, которые произошли за последние десятилетия в этой сфере. Также рассмотрим свойства используемых в качестве топлива видов газа и результаты их продуктов сгорания, проведем анализ систем управления двигателей известных производителей.
***
Бензиновые и дизельные двигатели давно вошли в повседневность нашего общества. Их технические конструкции постоянно развиваются, а то, что их производство ежегодно составляет громадное количество, никого не удивляет. Их применение во всех сферах жизнедеятельности человечества является настолько широким, что перечислять все направления их использования просто нет необходимости. Большой объем производства предъявляет к этим двигателям жесткие требования, заставляя специалистов неуклонно их совершенствовать, и можно сказать, что сегодня бензиновые и дизельные двигатели достигли самого высокого уровня.
Незаменимость газовых двигателей особенно заметно там, где остро возникает вопрос энергонезависимости объекта. Их применяют как механические приводы генераторов для выработки тепла и электрической энергии.
Почему же газопоршневые двигатели стоят обособленно и их выделяют в отдельную категорию, хотя принцип работы и многие характеристики очень близки к своим собратьям? Главное отличие этих двигателей – применение газа в качестве топлива.
Такое топливо организует совершенно другие процессы в двигателе, дает возможность по иному производить их регулировку, заставляет искать технологию подготовки топливной смеси. Газовые двигатели имеют индивидуальные конструктивные характеристики. Основной целью разработки таких моторов, являлась работа, при которой достигается высокий КПД за счет неизменного числа оборотов, а также эксплуатация в длительных временных интервалах с изменяемым режимом нагрузок. Совершенствование современных технологий позволили газовым поршневым установкам не только вплотную приблизиться к дизельным агрегатам, но и на некоторых этапах их даже потеснить.
Газовые двигатели – это и классический ДВС Отто (Gas-Ottomotor), газодизельный (Gas-Dieselmotor) мотор и дизельно-газовый (Diesel-Gasmotor) агрегат, о которых стало известно еще в начале XIX века. Они и положили начало будущему всего моторостроения.
За счет сложившихся экономических и исторических причин, они на некоторое время были не востребованы. Об их существовании вспомнили недавно, когда достаточно остро стала проблема энергонезависимости объектов — локального использования двигателей в виде механических приводов генераторных установок для выработки тепла и электроэнергии. Это было обусловлено с тем, что основным видом топлива во многих странах стал природный газ, который более дешевый и доступный благодаря разветвленным транспортным сетям. А самое главное то, что его продукты сгорания отвечают всем требованиям защиты окружающей среды.
Подытоживая, можно отметить, что газопоршневые установки обладают высоким электрическим КПД, могут утилизировать вредные газы, безвредны и экологически чистые, себестоимость произведенной электроэнергии, и связанные с этим затраты, достаточно низкие.
Прародителем современных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является газовый двигатель. Его появление стало базой для проектирования дизельных и бензиновых двигателей.
Идея использования в ДВС принцип действия поршня, принадлежит Христиану Гюйгенсу, голландскому математику, физику, механику и астроному. У нас он известен как основоположник волновой теории света. Сконструированный им в 1673-м году небольшой грузоподъемный агрегат использовал в качестве силы тяги вакуум, который возникал от сгорания порохового заряда.
После этого многие изобретатели работали над возможностью усовершенствования принципа Гюйгенса. Теоретическая основа последующих двигателей, была, впоследствии, изложена в трудах французского физика Сади Николы Леонарда Карно, который вошел в историю своей работой «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу».
Первым работоспособным двигателем внутреннего сгорания можно считать агрегат, работавший на светильном газе, созданный в 1860-м году в Париже уроженцем Люксембурга Жан-Жозе-Этьен Ленуром. Газовоздушная смесь в нем не подвергалась сжатию, однако было использоано высоковольтное искровое воспламенение.
Проводя многочисленные эксперименты, основой которых было изготовление двигателя независимого от газовой сети, Николаус Август Отто параллельно с Этьеном Ленуром сделали открытие, что о воздействии силы сжатия на топливно-воздушную смесь. Это привело к созданию в 1861-м году четырехтактного двигателя. Первая в мире моторостроительная компания была основана в 1864-м году Николаусом Августом Отто и Ойгеном Лангеном, N. A. Otto & Ое.
В 1867-м «атмосферная силовая машина» Отто и Лангена получила золотую медаль на Парижской выставке. Стоит отметить, что первый атмосферный газовый двигатель был куплен прямо на выставке, а через 8 лет, выкупленный обратно, использовался в качестве экспоната для коллекции моторов.
Начиная с 1868-го года компания производила атмосферные газовые двигатели (АГД) партиями, в этом же году и в Англии, после получения лицензии, началась эпоха серийного изготовления этой продукции. Спрос на моторы значительно опережал предложение, поэтому сначала был построен завод, а затем образовано акционерное общество.
Н. А. Отто в 1876-м году закончил создание четырехтактного двигателя, работавшего на любом виде топлива, и для всех применения в любой области. Этот двигатель положил началу моторизации на планете. Наблюдательный совет принял решение назвать новые двигатели — двигателями Отто.
Стоит заметить, что до этого времени моторы могли работать только на светильном газе, тем самым, они попадали в зависимость от газоснабжения. Для применения жидкого топлива не было разработана соответствующая система зажигания, а газо-факельное зажигание нельзя было использовать для бензиновых двигателей.
На фото: газовый двигатель внутреннего сгорания
Метки: газ, газовый двигатель, газовый двигатель внутреннего сгорания
