Silnik Otto - Otto engine
Silnik Otto było duże stacjonarne pojedynczego cylindra wewnętrznego spalania czterosuwowy silnik przeznaczony niemieckiej Nicolaus Otto . Była to maszyna o niskich obrotach i wystrzeliwała tylko co drugi skok dzięki cyklowi Otto , również zaprojektowanemu przez Otto.
Rodzaje
Trzy typy silników spalinowych zostały zaprojektowane przez niemieckich wynalazców Nicolausa Otto i jego wspólnika Eugena Langena . Modelami były nieudany silnik kompresyjny z 1862 roku, silnik atmosferyczny z 1864 roku oraz silnik pracujący w cyklu Otto z 1876 roku, znany dziś jako silnik benzynowy . Silniki były początkowo używane w instalacjach stacjonarnych, ponieważ Otto nie był zainteresowany transportem. Inni producenci, tacy jak Daimler, udoskonalili silnik Otto do zastosowań transportowych.
Oś czasu
Nicolaus August Otto jako młody człowiek był obwoźnym sprzedawcą w firmie spożywczej. W swoich podróżach zetknął się z silnikiem spalinowym zbudowanym w Paryżu przez belgijskiego ekspatrianta Jean Josepha Etienne Lenoira . W 1860 roku Lenoirowi udało się stworzyć silnik dwustronnego działania , który pracował na gazie oświetlającym z 4% wydajnością. 18-litrowy silnik Lenoir był w stanie wyprodukować tylko 2 KM.
Podczas testowania repliki silnika Lenoira w 1861 roku Otto zdał sobie sprawę z wpływu kompresji na ładunek paliwa. W 1862 roku Otto podjął próbę wyprodukowania silnika, który poprawiłby słabą wydajność i niezawodność silnika Lenoir. Próbował stworzyć silnik, który kompresowałby mieszankę paliwową przed zapłonem, ale nie udało mu się, ponieważ silnik ten pracował nie więcej niż kilka minut przed jego zniszczeniem. Wielu inżynierów również bezskutecznie próbowało rozwiązać ten problem.
W 1864 roku Otto i Eugen Langen założyli pierwszą firmę produkującą silniki spalinowe NA Otto and Cie (NA Otto and Company). Otto i Cie udało się stworzyć udany silnik atmosferyczny w tym samym roku.
W fabryce zabrakło miejsca i została przeniesiona do miasta Deutz w Niemczech w 1869 r., Gdzie firma została przemianowana na Gasmotoren-Fabrik Deutz (Przedsiębiorstwo Produkcji Silników Gazowych Deutz).
Dyrektorem technicznym był Gottlieb Daimler, a szefem konstrukcji silnika Wilhelm Maybach . Daimler był rusznikarzem, który wcześniej pracował również przy silniku Lenoir.
W 1876 roku Otto i Langenowi udało się stworzyć pierwszy silnik spalinowy, który sprężał mieszankę paliwową przed spalaniem, uzyskując znacznie wyższą wydajność niż jakikolwiek inny silnik stworzony do tej pory.
Silnik atmosferyczny
Pierwsza wersja silnika atmosferycznego wykorzystywała konstrukcję kolumny rowkowanej, którą zaprojektował Eugen Langen. Silnik atmosferyczny ma skok mocy dostarczany w górę za pomocą zębatki i zębnika, aby przekształcić ruch liniowy tłoka w ruch obrotowy. Współczynnik rozszerzalności tego silnika był znacznie bardziej efektywny niż w przypadku silnika Lenoir z 1860 roku i zapewniał silnikowi doskonałą wydajność.
Silnik Lenoir był silnikiem, który spalał paliwo bez wcześniejszej próby sprężenia paliwa / mieszanki. Silnik atmosferyczny Otto / Langen pracował z wydajnością 12% i wytwarzał 0,5 KM (0,37 kW ; 0,51 KM ) przy 80 obr./min. W konkursie na Wystawie Światowej w Paryżu w 1867 roku z łatwością pokonał wydajność silnika Lenoir i zdobył złoty medal, torując w ten sposób drogę do produkcji i sprzedaży, które sfinansowały dodatkowe badania.
Pierwsza wersja wykorzystywała ramę do stabilizacji regału. Wkrótce zrezygnowano z tego, ponieważ projekt został uproszczony. Później silniki również zrezygnowały z rowkowanego cylindra. Silnik atmosferyczny wykorzystywał układ zapłonu gazowego i był produkowany w rozmiarach od 0,25 do 3 KM (0,19 do 2,24 kW ; 0,25 do 3,04 PS ).
Kiedy w 1872 roku NA Otto & Cie zreorganizowali się jako Gasmotoren-Fabrik Deutz , kierownictwo wybrało Daimlera na kierownika fabryki, pomijając nawet Otto, a Daimler dołączył do firmy w sierpniu, zabierając ze sobą Maybacha jako głównego projektanta. Podczas gdy Daimlerowi udało się poprawić produkcję, słabość konstrukcji tłoka pionowego Otto w połączeniu z upartym naciskiem Daimlera na silniki atmosferyczne doprowadziły firmę do impasu.
Mimo całego komercyjnego sukcesu firmy, która do 1875 roku produkowała 634 silniki rocznie, silnik Otto i Langena znalazł się w technicznej ślepej uliczce: produkował tylko 3 KM (2,2 kW ; 3,0 KM ), ale wymagał 10–13 stóp (3,0). –4,0 m) wysokości nadproża do działania. W 1882 roku, po wyprodukowaniu 2649 silników, zaprzestano produkcji silników atmosferycznych. Był to również rok, w którym Gottlieb Daimler i Wilhelm Maybach opuścili firmę.
Cykl Otto
Po 14 latach badań i rozwoju Otto odniósł sukces w stworzeniu silnika spalinowego wewnętrznego spalania z ładunkiem sprężonym 9 maja 1876 r. Otto znalazł sposób na umieszczenie mieszanki paliwowej w cylindrze, aby spowodować spalanie paliwa w sposób progresywny, a nie wybuchowy. Odniósł się do tego jako do ładunku warstwowego lub uwarstwionego. Skutkowało to kontrolowanym spalaniem i dłuższym naciskiem tłoka w cylindrze, a nie eksplozją, która zniszczyła wszystkie poprzednie próby silników. Paliwo wciąż oświetlało gaz, tak jak używały go Lenoir i jego własne silniki atmosferyczne.
Ten silnik wytwarzał moc w czterech cyklach. Jest obecnie znany jako silnik Otto Cycle . Jest to ten sam silnik, który został wypróbowany po raz pierwszy w 1862 roku.
Otto zwrócił swoją uwagę na czterosuwowy cykl w dużej mierze dzięki staraniom Franza Ringsa i Hermana Schumma , wniesionych do firmy przez Gottlieba Daimlera . To właśnie ten silnik (Otto Silent Engine), a nie silnik Otto & Langen, do którego odnosi się cykl Otto. Był to pierwszy silnik, który odniósł sukces komercyjny, w którym zastosowano kompresję w cylindrze (opatentowany przez Williama Barnetta w 1838 r.). Silnik Rings-Schumm pojawił się jesienią 1876 roku i od razu odniósł sukces.
Układ cylindrów silnika kompresyjnego był poziomy. Wyposażony był w zawór suwakowy z zapłonem gazowym , który przezwyciężył problemy, których Lenoir nie mógł pokonać z zawodnym wówczas zapłonem elektrycznym. W ciągu 15 lat poprzedzających rozwój silnika Otto moc nigdy nie przekraczała 3 KM. W kilka lat po opracowaniu silnika Otto moc silnika wzrosła do 1000 KM.
Silnik Otto Cycle został ostatecznie przystosowany do pracy na Ligroinie i ostatecznie benzynie i wielu gazach. Podczas II wojny światowej silniki Otto były zasilane ponad 62 różnymi paliwami, takimi jak gaz drzewny, gaz węglowy, propan, wodór, benzen i wiele innych. Silnik jest ograniczony do paliw lekkich. Późniejszy rozwój tego silnika, zwanego silnikiem Diesla, może spalać ciężkie paliwa i oleje.
Gaźnik i zapłon niskiego napięcia
Deutz opracował również gaźnik i niezawodny układ zapłonowy niskiego napięcia w 1884 roku . Pozwoliło to po raz pierwszy na użycie płynnego paliwa ropopochodnego i umożliwiło użycie silnika w transporcie. Prace te były prowadzone równolegle z pracami Gottlieba Daimlera i Wilhelma Maybacha, którzy również opracowali gaźnik, który zastąpił oryginalny zapłon gorącej rury w Daimler Reitwagen , oraz magnetyczny układ zapłonowy , który stanowił podstawę magneto Korporacji Robert Bosch . Daimler kontynuował rozwój silnika Otto do transportu, podczas gdy Deutz przeszedł na silniki Diesla.
Utrata patentu
W 1886 r. Niemiecki urząd patentowy unieważnił patent Deutz, który obowiązywał do 1891 r. Ze względu na odkrycie poprzedniego patentu na silnik czterosuwowy przez Francuza Alphonse'a Beau de Rochas . Deutz nie był w stanie wykazać, że jego system indukcji ładunku uwarstwionego różni się od tego opisanego w patencie Rochasa i stracił monopol i 1 z 25 patentów. Do 1889 roku ponad 50 firm produkowało silniki projektowe Otto.
Stacjonarne silniki
Zapalanie świecy zapłonowej
Silniki Otto były wyposażone w szereg różnych konstrukcji mechanizmów wyzwalających iskrzenie. Otto jest jednym z pierwszych silników wykorzystujących świecę zapłonową , która jest urządzeniem wytwarzającym małą iskrę elektryczną do zapłonu ładunku paliwowego. Zwykle składało się to z obrotowego ramienia wyzwalającego, które na krótko chwyta dźwignię przełącznika zasilania i szybko ją pociąga. Dźwignia przełącznika jest następnie zwalniana i pozwalana na powrót do pierwotnego położenia w przygotowaniu do następnego cyklu. Ten system wymaga zewnętrznego akumulatora elektrycznego , cewki zapłonowej i elektrycznego układu ładowania podobnego do nowoczesnych silników samochodowych.
Później silniki Otto wykorzystywały małe iskierniki bezpośrednio na silniku. Zamiast wyzwalania przełącznika, ramię wyzwalające świecę zapłonową szybko obraca wirnik magneto, który następnie odskakuje z powrotem pod wpływem napięcia sprężyny. Ten szybki obrót cewki magneto wytwarza bardzo krótki przepływ prądu, który odpala świecę zapłonową i zapala paliwo. Konstrukcja ta ma tę zaletę, że nie wymaga zewnętrznej baterii i tak działają nowoczesne przenośne silniki gazowe, w których część magnesu iskrownika jest umieszczona w kole zamachowym . Nowoczesne silniki przenośne pobudzają iskrę przy każdym obrocie koła zamachowego, dlatego też używaj przełącznika elektrycznego sterowanego krzywką, aby zapobiec zapłonowi świecy, z wyjątkiem suwu mocy silnika (patrz strata iskry ).
Regulacja prędkości obrotowej silnika
|
|
|
To jest demonstracja, jak działa regulacja prędkości w silniku Otto. Wirujące kulki są regulatorem odśrodkowym , a gdy maszyna pracuje wolniej, małe koło przesuwa się w lewo, wkładając pręt do pobliskiego walca i popychając go, aby uruchomić pobór paliwa i odpalić silnik na jeden obrót.
Jeśli maszyna jest obciążona i nadal działa zbyt wolno, krzywka pozostaje włożona i powoduje powtarzające się uruchamianie silnika w każdym cyklu zapłonu. Gdy prędkość obrotowa silnika wzrasta, regulator pociąga małe koło w prawo, a maszyna jedzie wybiegiem bez wtryskiwania paliwa, chociaż świeca zapłonowa nadal pali się bez paliwa w cylindrze.
Ta metoda regulacji szybkości obrotowej jest często określany jako chybił trafił metody ponieważ silnik MIS-pożary (dla braku paliwa mieszaniny) na tych power-suwów gdzie silnik pracuje szybciej niż regulowanej prędkości, ale będzie hit ( ogień) przy uderzeniach mocy, w których prędkość jest zbyt niska. Żadne paliwo nie jest używane przy uderzeniach błędnego wystrzału.
Chłodzenie cylindra
Silniki Otto wykorzystują przepływający płaszcz wodny wokół ściany cylindra, podobnie jak w nowoczesnych układach chłodzenia silnika. Stacjonarne silniki Otto prezentowane na Western Minnesota Steam Threshers Reunion dzielą jeden duży radiator na zewnątrz budynku. Ten scentralizowany system rozpraszania ciepła na odległość pomaga również w utrzymaniu niskiej temperatury silnika.
Pierwsze użycie w transporcie
Otto i jego menedżer Gottlieb Daimler mieli poważny spór co do przyszłego kierunku silnika Otto. Podczas gdy Otto chciał produkować duże silniki do zastosowań stacjonarnych, Daimler chciał produkować silniki wystarczająco małe, aby można je było wykorzystać w transporcie. Po okresie nieporozumień Daimler opuścił zatrudnienie Otto i zabrał ze sobą Wilhelma Maybacha. W 1883 roku Daimler i Maybach stworzyli silnik o mocy 0,5 KM, który był mały i wydajny. Aby uniknąć patentów, które Otto posiadał na konstrukcję silnika, znaleziono pozory dotyczące patentu udzielonego Beau De Rochas w 1862 r., W tym samym roku, w którym Otto nie stworzył swojego czterosuwowego silnika po raz pierwszy. Ci, którzy byli zazdrośni o patenty Otto (było 25 patentów), unieważniono 1 patent w Niemczech, głównie dlatego, że sąd nie zrozumiał znaczenia warstwowego układu ładunku Otto, który przezwyciężył problemy spalania wybuchowego, które zniszczyło wszystkie konstrukcje silników wcześniej.
Daimler zawsze odnosił się do swojego projektu jako silnika wybuchowego, aby porównać go z silnikiem Otto i był w stanie uniknąć płacenia Otto tantiem. W 1885 roku wraz z Maybachem stworzyli silnik zwany silnikiem „Zegar Dziadka” i zbudowali wokół niego dwukołową ramę. Był to pierwszy pojazd z silnikiem Otto. Czternastoletni syn Daimlera, Adolf, był pierwszą osobą, która jechała na tym zmotoryzowanym rowerze, który jest pierwszym pojazdem silnikowym z silnikiem spalinowym. Daimler / Maybach Petroleum Reitwagen (samochód jeździecki) z 1885 roku był pierwszym motocyklem (i pierwszym pojazdem silnikowym) wyposażonym w silnik spalinowy. Podczas gdy Deutz nadal produkował duże silniki stacjonarne, Daimler przeniósł się na łodzie, sterowce, lokomotywy, samochody, ciężarówki i inne zastosowania transportowe. Deutz to najstarszy na świecie producent silników. Daimler, który przekształcił się w Daimler-Benz , jest najstarszym na świecie producentem samochodów.
Daimler-Benz wyprodukował ten film z okazji 125. rocznicy powstania pierwszego pojazdu silnikowego, który Daimler nazwał „Petroleum Reitwagen”. Używał zapłonu z gorącą rurą, ponieważ systemy elektryczne z tamtej epoki były zawodne. Silnik ten pracował na paliwie Ligroin , podobnie jak wszystkie pojazdy aż do roku 1905. Daimler i Maybach założyli firmę znaną jako Daimler Motorenwerke Gesellschaft, która później połączyła się z Benzem, tworząc Daimler-Benz, znany również jako Mercedes-Benz .
Dziś firma Otto Deutz jest jednym z największych producentów pojazdów ciężarowych na świecie. Daimler-Benz to jeden z największych i najbardziej szanowanych producentów luksusowych samochodów na świecie. Praktycznie wszyscy światowi producenci samochodów produkują pojazdy z silnikami pracującymi w cyklu Otto, które są tak wszechobecne, że nazywa się je silnikami benzynowymi.