Первый автомобиль
Автомобиль Бенца (нем. Benz Patent-Motorwagen, Бенц Патент-Моторваген) — первый в мире автомобиль (как иавтомобиль Даймлера), построенный в 1885 году Карлом Бенцем, немецким изобретателем. 29 января 1886 года он получил патент за номером 37435 на свой автомобиль, а 3 июля 1886 года на Рингштрассе в Мангейме впервые показал автомобиль широкой публике.
История
По рассказам самого Карла Бенца он построил свой автомобиль еще в 1885 году, тайно проводя испытания во дворе своей фабрики и выезжая на улицы лишь по ночам. Карл проделывал такой фокус из-за боязни нарушения патента Аугуста Отто на четырехтактный двигатель. Но за день до отмены патента Отто на двигатель Карл Бенц подал заявку 29 января 1885 года. Патент был одобрен 2 ноября 1886 года.
.jpg?uselang=ru)
.jpg){kind=small}
В 1906 году Карл Бенц передал свой автомобиль в Немецкий музей ("Deutsches Museum") в Мюнхене в честь 20-летия своего детища, в настоящее время он размещен в открытой спереди и сзади стеклянной витрине в транспортном центре ("Verkehrszentrum") этого музея. В 1936 году к 50-летнему юбилею были построены 3 копии автомобиля Бенца, которые попали в музей Mercedes-Benz, Технический музей в Вене и Музей транспорта в Дрездене.
Технические характеристики
На автомобиле был установлен одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания рабочим объёмом 954 см³. Двигатель установлен горизонтально над задней осью, приводивший ее во вращение через одну ременную и 2 зубчатых передачи. Под двигателем было установлено большое горизонтальное колесо - маховик, который был создан для создания равномерного вращения, а также для запуска двигателя, стоило его лишь раскрутить. Реальная мощность этого автомобиля — 0,9 л.с. при 400 об/мин, хотя в патенте на изобретение указаны 2/3 лошадиные силы при 250 об/мин. Этот двигатель имел значительную массу (около 100 кг). Сцеплением служил один из шкивов ременной передачи, оборудованный механизмом свободного хода. Зажигание двигателя было электрическим, от гальванической батареи. Автомобиль развивал скорость до 16 километров в час.
Путешествие в Пфорцхайм
В 1888 году жена Карла Бенца — Берта Бенц, вместе с сыновьями, втайне от мужа совершила на третьем автомобиле Бенца первый автомобильный пробег длиной в 106 км из Мангейма в Пфорцхайм. Во время автопробега путешественников ждали трудности, но Берта находила выход из них. На одном из участков был подъем, автомобиль с пассажирами был не в состоянии самостоятельно его преодолеть — пришлось Берте посадить одного из сыновей за руль и с другим сыном толкать автомобиль. После проезда Брюзаля лопнул кожаный приводной ремень, который помог залатать местный сапожник. Пробитую изоляцию для электрического провода зажигания она заменила на чулочную подвязку, а пробку в топливной трубке прочистила шпилькой от шляпы. Бензозаправками по пути следования машины служили аптеки, в которых бензин продавался в качестве лекарства от кожных болезней. Вечером обеспокоенному Бенцу телеграфировали об удачном завершении путешествия. Путешествие Берты помогло Бенцу выявить и устранить недостатки автомобиля. Этим путешествием Берта Бенц не только эффектно прорекламировала автомобиль Бенца, но и стала первой женщиной за рулем. 1 сентября 1888 года ей был выдан документ «с высочайшим дозволением полиции» на поездки в районе Мангейма.
История двигателей V8
V-образный 8-цилиндровый двигатель
V-образный 8-цилиндровый двигатель — двигатель внутреннего сгорания с V-образным расположением восьми цилиндровдвумя рядами по четыре, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто его обозначают как V8
V8 — конфигурация, часто используемая в автомобильных двигателях большого рабочего объёма. Редкие V8 обладают рабочим объёмом менее трёх литров. Максимальный же рабочий объём современных серийных V8 для легковых автомобилей достигает 13 литров (малосерийная Weineck Cobra 780 cui). Получивший широкое распространение российский дизель ЯМЗ-238 имеет рабочий объём 14,9 л. На крупных тракторах и грузовых автомобилях встречаются двигатели V8 рабочим объёмом до 24 л.
V8 — конфигурация, часто используемая в автомобильных двигателях большого рабочего объёма. Редкие V8 обладают рабочим объёмом менее трёх литров. Максимальный же рабочий объём современных серийных V8 для легковых автомобилей достигает 13 литров (малосерийная Weineck Cobra 780 cui). Получивший широкое распространение российский дизель ЯМЗ-238 имеет рабочий объём 14,9 л. На крупных тракторах и грузовых автомобилях встречаются двигатели V8 рабочим объёмом до 24 л.
V8 также часто используется в высших эшелонах автоспорта, особенно в США, где он обязателен в IRL, ChampCar и NASCAR. В2006 году Формула 1 перешла на использование безнаддувного двигателя V8 объёмом 2,4 литра взамен 3-литровых V10, с целью снижения мощности автомобилей.
Технические особенности
V8 — несбалансированный двигатель; в простейшем случае он представляет собой два рядных четырёхцилиндровых двигателя с общим коленвалом. При этом шатуны противоположных цилиндров имеют общие шатунные шейки коленвала, число шатунных шеек — 4. При этом центральные кривошипы коленвала направлены в одну сторону, а пара крайних развёрнуты на 180° относительно средних. В данной конфигурации неуравновешена горизонтальная сила инерции 2-го порядка поршней и верхних частей шатунов, вызванная несинусоидальным движением поршней. Данная сила инерции порождает высокочастотную вибрацию, которая проявляется в виде гула в салоне автомобиля. Уравновешивание данной силы требует применения двух балансировочных валов, вращающихся в 2 раза быстрее коленвала, в разные стороны. Поэтому такая конфигурация, как правило, применяется на высокооборотных двигателях гоночных автомобилей, например Ferrari, где требования к вибронагруженности не так важны. К тому же она позволяет максимально облегчить коленвал, а также (благодаря равномерным интервалам чередования вспышек в каждом отдельном ряде цилиндров) применить простую и эффективную настроенную систему выпуска отработавших газов. В результате этого достигается кривая крутящего момента, сдвинутая к 7000-8500 мин-1, а на оборотах ближе к низким двигатель «спит», а настроенный выпуск дает характерное «формульное», «металлическое» звучание. Угол развала, как правило, 90°, обеспечивающий равномерные интервалы поджига смеси без применения смещённых шатунных шеек коленвала.
Однако в дорожных автомобилях обычно применяют иную конфигурацию коленвала, так называемый крестообразный коленвал, у которого крайние шатунные шейки повёрнуты относительно средних на угол 90° и развёрнуты на 180° друг относительно друга (средние шейки также развёрнуты на 180°). Шатуны противоположных цилиндров при этом также имеют общие шатунные шейки. В таком двигателе силы инерции 2-го порядка уравновешиваются взаимным движением поршней, однако силы инерции 1-го порядка, вызванные возвратно-поступательным движением поршней, вызывают момент инерции, который можно полностью скомпенсировать дисбалансом коленвала, создаваемым массивными противовесами, расположенными на крайних щёках коленвала (иногда дополнительно применяют маховик и шкив с дисбалансом). Таким образом, при угле развала цилиндров 90° удаётся полностью сбалансировать двигатель без применения балансировочного вала. При углах развала цилиндров, отличных от 90° дополнительно используют балансировочный вал, вращающийся со скоростью коленвала, но в противоположную сторону. В двигателях V8 с данной конфигурацией коленвала вспышки в каждом отдельном ряде цилиндров чередуются с неравномерными интервалами, однако в целом они чередуются равномерно. Очерёдность работы левого и правого рядов при этом такая: Л-П-Л-Л-П-Л-П-П. Данная особенность усложняет систему выпуска, а также является причиной характерного «бормотания», «бульканья». Для настроенного выхлопа требуется связать вместе выхлопные трубы от отдельных рядов цилиндров, в результате они напоминают пучок змей, как в Ford GT40. Такая сложная система выпуска отработавших газов была основной проблемой для конструкторов одноместных гоночных автомобилей. Также массивные противовесы, требующиеся для балансировки, утяжеляют коленвал и не позволяют быстро ускориться или замедлиться. По этой причине данная конфигурация обычно не применяется на спортивных автомобилях. Обычно для таких V8 характерно обилие крутящего момента на низких и средних оборотах, и при применении схемы газораспределения OHV двигатель не развивает более 6500 об/мин. Двигатели с такой характеристикой устанавливаются на американские автомобили. Так же, в наше время преимущественно пикапы и внедорожники, дорогие модели фирм Mercedes-Benz, Lexus с изменяемыми фазами газораспределения. Благодаря хорошей и ровной тяге, такие моторы основную часть времени работают на небольших оборотах, что положительно сказывается на моторесурсе и акустическом комфорте. В паре с ними оптимально использование классической гидромеханической автоматической трансмиссии, так как потери в гидравлическом элементе при характерных для них значениях крутящего момента и небольших максимальных оборотах сравнительно невелики.
Углы развала
Наибольшее число V8 использовали и используют угол развала в 90°.
Поскольку многие двигатели конфигураций V6 и V10 были созданы на базе V8, они также часто имеют угол развала 90°.
В качестве примера двигателя с отличным от 90° углом развала можно взять Ford/Yamaha V8 используемый в автомобиле Ford Taurus SHO. Он был разработан на базе мотора Ford Duratec V6 и имеет общий с ним угол развала в 60°. В нём для уравновешивания момента 1-го порядка применён балансировочный вал, а также, для обеспечения равномерных интервалов поджига смеси используются смещённые шатунные шейки коленвала. Одна из версий этого двигателя используется в автомобилях Volvo начиная с 2005 года.В автомобилях Lamborghini используется угол развала 88°.
История
В 1902 году француз Леон Левассер (фр. Léon Levavasseur) получил патент на двигатель Antoinette V8, производство которого было начато в 1904 году. Он устанавливался на малые суда и самолёты.
В 1905 году английская фирма Rolls-Royce построила 3 экземпляра модели V8 с двигателем рабочим объёмом 3536 см³.
В 1910 году французский производитель De Dion-Bouton представил публике 7773-кубовый V8 для автомобиля. В 1912 году он был экспонатом выставки в Нью-Йорке, где вызвал неподдельный интерес у публики. И хотя сама фирма выпустила очень немного автомобилей с этим двигателем, в США идея V8 большого рабочего объёма «пустила корни» всерьёз и надолго.
Первым относительно массовым автомобилем с V8 стал Cadillac модели 1914 года. Двигатель имел объём 5429 см³ и был нижнеклапанным, в первый же год было выпущено порядка 13 тысяч «Кадиллаков» с этим двигателем. Oldsmobile, другое подразделение GM, в 1916 году выпустил собственный V8 объёмом 4 литра. Chevroletначал выпуск 4,7-литровых V8 в 1917 году, но в 1918 году фирма была включена в состав GM на правах подразделения и сосредоточилась на выпуске экономичных «народных» автомобилей, которым по понятиям тех лет V8 не полагался, так что производство двигателя было прекращено.
В сегмент недорогих автомобилей V8 перенесла фирма Ford с её Model 18 (1932). Технической особенностью двигателя этого автомобиля был блок цилиндров в виде одной чугунной отливки. Это нововведение потребовало значительного усовершенствования технологии литья. Достаточно сказать, что до 1932 года создание подобного двигателя представлялось многим технически невозможным. V-образные двигатели тех лет имели отдельные от картера цилиндры, что делало их изготовление сложным и дорогостоящим. Двигатель модели 18 получил название Ford Flathead и выпускался до 1954 года, когда его сменил верхнеклапанный Ford Y-BLock. На других американских автомобилях этого ценового сегмента (Plymouth, Chevrolet) V8 появились лишь в пятидесятые годы.
Начиная с 1930-х — 1940-х годов двигатели конфигурации V8 получили с Северной Америке очень широкое распространение. Вплоть до 1980-х годов версии, оснащённые двигателями V8, имели североамериканские модели всех классов, кроме субкомпактов. В частности, на конец 1970-х годов, до 80 % выпущенных в США легковых автомобилей имели двигатель конфигурации V8. Поэтому двигатели V8 как правило ассоциируются именно с североамериканской автомобильной промышленностью, значительная часть терминологии так же имеет американское происхождение. Именно V8, в частности, снабжались в 60-е и начале 70-ех годов так называемые «маслкары».
В Европе же в довоенные и первые послевоенные годы такими двигателями оснащали преимущественно автомобили высших классов, собираемые в мизерных количествах вручную. Например Tatra T77 (1934—1938) имела 3,4-литровый V8 и была выпущена в количестве всего 249 единиц.
В 1950-е годы в производственной программе европейских производителей премиум-сегмента появляются серийные модели с V8, например, BMW 502 или Facel Vega Excellence (последняя имела американский двигатель производства Chrysler). Но и тогда, и впоследствии они оставались на европейских легковых автомобилях относительно редкой экзотикой. После нефтяного кризиса начала семидесятых годов же, двигатели большого рабочего объёма в Европе вообще сильно потеряли спрос, и после этого V8 встречались лишь на самых дорогих комплектациях автомобилях таких производителей категории «премиум», как BMW или Mercedes.
Автомобили фирмы Bentley, и, до недавнего времени, Rolls-Royce, оснащались V8 серии L. И продолжают оснащаться. Что интересно, среди современных бензиновых моторов, это один из самых низкооборотистых двигателей — несмотря на двойной турбонаддув, мотор имеет «красную зону» при 4,5 тысячах оборотов, а холостой ход немногим больше сотни оборотов. Большая часть современных дизельных двигателей обладает намного большими «скоростями работы». Несмотря на то что мотору более 50-и лет, разработчики и инженеры добились от мотора с глубоко консервативной схемой клапанного механизма OHV (верхние клапана, нижний распредвал. привод толкателями) изменяемых фаз газораспределения путем установки распредвала сложной формы.По такой же схеме строились (и продолжают строиться) советские карбюраторные двигатели ЗМЗ-53А и ЗиЛ-130.
Система закиси азота "NOS"
Системы закиси азота (NOS — от англ. Nitrous Oxide System) — системы, использующиеся для улучшения технических характеристик двигателей внутреннего сгорания. Вещество, содержащее закись азота, и горючее впрыскиваются во впускной (всасывающий) коллектор двигателя, что приводит к следующим результатам:снижает температуру всасываемого в двигатель воздуха, увеличивая тем самым плотность поступающей в цилиндры смеси.
увеличивает содержание кислорода в поступающем заряде (воздух содержит лишь 21 % кислорода по весу).
повышает скорость (интенсивность) сгорания в цилиндрах двигателя.
Принцип работы
Двигатель функционирует, сжигая топливо, которое в момент вспышки в камере сгорания нагревает воздух находящийся в цилиндре, который, расширяясь, создает избыточное давление, толкая поршни. Для увеличения мощности двигателя необходимо увеличить количество высвобождаемой энергии. Для высвобождения большего количества энергии необходимо сжигать больше топлива. При этом любое топливо требует для горения кислород. Увеличение количества кислорода позволяет сжигать большее количество топлива, и, как следствие, высвобождать больше энергии.Системы закиси азота являются одним из наиболее эффективных способов увеличить поток кислорода (когда закись азота подается в двигатель, теплота сгорания разрушает химическую связь N2O, снабжая двигатель большим количеством атомарного кислорода), а, соответственно, и топлива в двигатель. Подающаяся в состав смеси в виде сжиженного газа, закись азота приводит к её немедленному охлаждению, так как температура испаряющегося сжиженного газа всегда значительно ниже температуры окружающей среды. Атомы азота, выделяемые при распаде N2O, не дают смеси детонировать.
Краткий обзор систем впрыска («сухих», «мокрых» и прямого впрыска) закиси азота
Существуют три типа систем закиси азота: так называемые «сухая», «мокрая» и система прямого впрыска закиси азота.
«Сухая» система закиси азота. Топливо, требуемое для получения дополнительной мощности с помощью закиси азота, подается через топливные инжекторы(топливо производит мощность, закись азота просто позволяет сжечь большее количество топлива), что позволяет впускному коллектору оставаться «сухим» от топлива. Достигается двумя способами:Первый — увеличение давления на инжекторах путем приложения давления закиси азота от соленоида, когда активна система. Это служит причиной увеличения потока топлива.Второй — увеличение времени работы топливного инжектора. Достигается путем изменения информации, которую получает компьютер, заставляя его подавать требуемое количество топлива.
«Мокрая» система закиси азота. Эти системы, включая системы с карбюраторными пластинами, добавляют закись азота и топливо одновременно, в одном и том же месте (обычно на расстоянии 3-4" от дроссельной заслонки для двигателей с впрыском или прямо под карбюратором для систем с пластинами). Этот тип системы делает впускной коллектор «мокрым» от топлива. Этот тип систем лучше всего использовать с коллекторами, разработанными для мокрого потока, и на турбированных/наддувных двигателях.
Система прямого впрыска закиси азота Как следует из названия, система поставляет закись азота и топливо непосредственно в каждое впускное отверстие двигателя. Системы этого типа, как правило, добавляют закись азота и топливо вместе через форсунки. Форсунки смешивают и отмеряют закись азота и топливо, доставленные в каждый цилиндр. Это самый мощный и один из самых точных типов систем, что достигается как размещением форсунок в каждом впускном отверстии, так и возможностью использовать большие клапаны соленоидов. Системы прямого впрыска имеют распределительный блок и соленоиды, которые передают закись азота и топливо к форсункам. В связи с тем, что каждый цилиндр имеет собственные форсунки и жиклёры (как закиси азота, так и топлива), существует возможность контролировать соотношение закись азота/топливо для каждого цилиндра индивидуально. Системы прямого впрыска являются еще и самыми сложными в установке. В связи с этим, а также с их высокой мощностью, эти системы применяются в основном на гоночных автомобилях.
