3. Четыре четверти в темпе марша.
Под влиянием успеха Ленуара, изобретатель из Кельна Николаус Август Отто приступил к работе над усовершенствованием конструкции газового двигателя и в 1867 году, совместно с инженером и коммерсантом Ойгеном Лангеном, организовал производство газовых машин так называемого «атмосферного типа».
Атмосферный двигатель Отто представлял собой занятную конструкцию, состоящую из довольно высокого вертикального цилиндра внутри которого свободно перемещался поршень с закрепленной вдоль его продольной оси зубчатой рейкой. В основании цилиндра размещалась камера сгорания, а в верхней части вращался в подшипниках горизонтальный вал с шестерней и маховиком. Зубчатая рейка связывала поршень с шестерней, которая передавала вращение валу через обгонную муфту. Во время работы двигателя вращающийся маховик через специальный рычаг приподнимал поршень за рейку, в цилиндр всасывалась горючая смесь и, примерно на 1/10 хода поршня смесь поджигалась электрической искрой. Расширяющиеся газы выталкивали увесистый поршень по цилиндру наверх, при этом шестерня на обгонной муфте свободно прокручивалась а поршень под воздействием сил инерции продолжал свое движение еще некоторое время после того, как давление газов в цилиндре падало до атмосферного. В результате, во второй половине хода поршня под ним возникал вакуум, который, после остановки поршня в верхней точке, засасывал его обратно. Во время хода поршня вниз обгонная муфта соединяла шестерню с валом и поршень вращал маховик. Таким образом в этом моторе маховик приходил в движение не от силы расширяющихся газов, а под воздействием атмосферного давления, заталкивающего поршень обратно в цилиндр. Идея заключалась в максимальном использовании энергии сгорания газов и в целом она удалась – удельный расход газа атмосферных двигателей Отто составлял около 1 кубометра на л.с. в час, а КПД был в районе 15% - рекордное значение для того времни! Атмосферные моторы Отто и Лангена полностью вытеснили из употребления моторы Ленуара и выпускались около десяти лет, всего их было построено несколько тысяч.
Звук, издаваемый атмосферной машиной во время такта расширения, очевидцы сравнивали с выстрелом из пушки, вибрация при работе машины была такой, что от нее трескались стены а подскакивающий вверх поршень с рейкой требовал особенно высоких помещений, поэтому Отто продолжил свои исследования и в 1876 году представил публике свою новую концепцию под названием «Бесшумный двигатель Отто».
«Бесшумный двигатель» внешне напоминал обычную машину Ленуара, однако в новом моторе использовался новый принцип - «каждому действию - свой ход поршня»: один ход на всасывание, один на сжатие, один на расширение и один на продувку. Эффект от нововведения превзошел все ожидания – несмотря на то, что удельный расход топлива и эффективный КПД остались на уровне «атмосферных машин», литровая мощность возросла почти в 2 раза! Интересно отметить, что сам Отто, находясь под сильным влиянием ошибочных идей Ленуара, считал, что высокая эффективность его мотора достигается благодаря послойному разделению состава горючей смеси в цилиндре, а не предварительному сжатию, как это имеет место в действительности, и считал такт сжатия побочным и не обязательным элементом своей системы. Термодинамический цикл, который использовал Отто в своем «бесшумном двигателе», получил название «цикл Отто», а моторы, построенные по этому принципу окружают нас теперь везде.
Предприятие Отто и Лангена, получившее название «Фабрика газовых двигателей Дейтц», не испытывало недостатка в заказах, когда его технический руководитель, Готтлиб Даймлер обратился к Николаусу Отто с предложением провести научно-исследовательскую работу, направленную на создание автономного двигателя внутреннего сгорания, способного работать на любых средствах передвижения. Отто отнесся к этой затее без энтузиазма, но Даймлер был настолько уверен в перспективе, что в 1882 году покинул «Фабрику Дейтц», прихватив с собой главного конструктора фабрики Вильгельма Майбаха. В результате напряженного труда, в 1885 году Даймлер получает патент на легкий, компактный и мощный двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе, и немедленно приспосабливает его ко всему, что движется.
Из-за характерной формы высокого вертикального цилиндра этот двигатель получил название «Standuhr» (Напольные часы). Конструкция мотора убедительно свидетельствует о том, что Даймлер в то время тоже считал необходимым послойное разделение состава горючей смеси в цилиндре, для чего при работе мотора в картер засасывался свежий воздух и в конце такта всасывания дозаряжал горючую смесь в цилиндре через клапан в поршне. Все эти инженерные головоломки дополнял уникальный газораспределительный механизм, состоящий не из кулачка с толкателем клапана, как это принято на традиционных моторах, а из криволинейной канавки, выфрезерованной в боковой поверхности щеки коленвала, по которой скользила направляющая толкателя – один оборот по большому радиусу канавки, а один оборот – по маленькому. Еще одна примечательная деталь этого мотора: большой латунный «самовар» - карбюратор, встроенный в бензобак - очередное изобретение Даймлера. При работе мотора на открытом пространстве фитильный карбюратор неминуемо забился бы дорожной пылью, поэтому Даймлер сконструировал карбюратор барботажного типа, в котором воздух в виде мелких пузырьков продувался через слой топлива.
10 августа 1888 «Напольные часы» поднялись в воздух в составе дирижабля доктора Вёльферта (Dr. Woelfert). Двигатель, мощностью в 4 л.с. приводил в движение по выбору либо горизонтальный винт, либо вертикальный так что этот дирижабль теоретически должен был летать как вертолет в любом направлении. На практике дирижабль не смог потянуть даже самого Вёльферта, который был крепким мужиком двухметрового роста весом под 100 кг, поэтому его место в гондоле занял механик.
На рисунке:
1. Устройство атмосферной машины Отто
2. Четырехтактный двигатель Отто
3. «Наполные часы», общий вид
4. Гондола дирижабля доктора Вёльферта
5. Барботажный карбюратор Даймлера
Во время такта всасывания двигатель создает разрежение в трубе G и в карбюратор через телескопическую трубу E засасывается воздух, который через перфорированное основание трубы E попадает в слой бензина в углублении поплавка и в виде пузырьков поднимается на поверхность топлива. Насыщенные бензином пары концентрируются в камере I и через впускную трубу G поступают в мотор. В случае возникновения обратной вспышки, пламя через трубу G проникает в предохранительную камеру J, металлическая сетка O которой предотвращает распространение пламени на весь объем бензобака. Избыток давления обратной вспышки сбрасывается через клапан P. Состав смеси регулируется подачей дополнительного воздуха во впускную трубу.
Ответить с цитированием