В настоящее время никого не удивишь использованием двигателя внутреннего сгорания. Миллионы автомобилей, бензогенераторов и других устройств используют в качестве привода ДВС (двигатели внутреннего сгорания). Появление этого типа двигателя обусловлено тем, что в 19 веке перед человечеством встала необходимость в приводе для различных промышленных устройств и механизмов.
В то время, в основной своей массе, в качестве привода использовался паровой двигатель. Он имел массу недостатков, например, низкий Коэффициент Полезного Действия (т.е. большинство энергии затрачиваемой на производство пара просто пропадало), был достаточно громоздким, требовал квалифицированного обслуживания и большого количества времени на запуск и остановку. Промышленности требовался новый двигатель лишенный этих недостатков.
В начале 19 века идеи о новых видах двигателей витали в воздухе. И в 1801 году появился первых газовый двигатель внутреннего сгорания. Еще в 1799 году французский инженер Лебон открыл способ перегонки древесины или угля для получения светильного газа.
В первом газовом двигателе использовалось два компрессора, один для нагнетания газа второй для нагнетания воздуха. В специальной смесительной камере осуществлялось перемешивание компонентов и затем полученная смесь поступала в две камеры сгорания расположенные по двум сторонам поршня. Это, безусловно, был прорыв, но смерть изобретателя через два года после создания прибора надолго отодвинула доработку нового привода.
Лишь спустя почти 50 лет бельгийский инженер Жан Этьен Ленуар создает двигатель внутреннего сгорания в котором смесь топлива и воздуха воспламеняется с помощью электричества (искры). Первый двигатель проработал лишь несколько секунд из-за отсутствия системы смазки и системы охлаждения, которые были успешно применены на последующих образцах. Полученный ДВС — первый работоспособный образец нового двигателя.
Он не был лишен недостатков, его КПД достигал лишь 5%, он не очень эффективно расходовал топливо и смазочные материалы, слишком сильно нагревался и т.д. и т.п., но это был первый, после долгих лет забвения, коммерчески успешный проект создания нового двигателя для нужд промышленности.
В 1864 году двигатели Ленуара были вытеснены с рынка более совершенными устройствами немца Августа Отто. ДВС Отто имел вертикальный цилиндр, вращаемый вал располагался на боку, с валом была соединена специальная рейка.
Вал поднимал поршень за счет чего образовывалось разрежение, за счет которого всасывается топливо-воздушная смесь, которая впоследствии воспламенялась. В двигателе не использовалось электрическое зажигание, инженеры не обладали достаточным уровнем знаний в электротехнике, смесь воспламенялась отрытым пламенем через специальное отверстие. После взрыва смеси возрастало давление, под действием которого поршень поднимался (сначала под действием газа, а потом по инерции) и специальный механизм отсоединял рейку от вала, вновь создавалось разрежение, топливо засасывалось в камеру сгорания и процесс повторялся вновь.
КПД этого двигателя превышал 15 %, что было значительно выше, чем КПД любой паровой машины того времени. Удачная конструкция, высокая экономичность, а так же постоянная работа над устройством агрегата (именно Отто в 1877 году запатентовал новый вид двигателя внутреннего сгорания с четырехтактным циклом, который лежит в основе большинства современных ДВС) позволило занять значительную долю рынка приводов для различных устройств и механизмов.
В конце века газа для двигателей стало нехватать и инженеры решили использовать жидкое топливо. Вначале в качества топлива использовали керосин, но впоследствии перешли на лучше испаряющийся бензин. В 1872 году американец Брайтон изобрел первый карбюратор (устройство для испарения бензина и смеси его с воздухом).
Первый работоспособных бензиновый двигатель был создан спустя десяток лет немецким инженером Готлибом Даймлером, который совместно со своим другом Вильгельмом Майбахом приобрели мастерскую близ города Штутгарт. Двигатель создавался для того, чтобы он мог двигать экипаж, поэтому требования предъявляемые к нему были весьма значительными. ДВС должен был быть, компактным, обладать достаточной мощностью и не требовать газогенератора.
Майбах разработал эффективный карбюратор, который обеспечивал эффективное испарение топлива. В то же время венгр Банки запатентовал устройство карбюратора с жиклером. В отличии от предшественников в новом карбюраторе предлагалось не испарять, а распылять топливо, которое испарялось непосредственно в цилиндре двигателя. Так же карбюратор дозирует топливо и воздух и равномерно смешивает их в нужной пропорции.
Впоследствии вместо карбюраторов стала использоваться сложная система впрыска, которая образует топливо-воздушную смесь непосредственно в цилиндре, так называемые инжекторы.
Началась гонка за мощностью двигателей. Сначала они были одноцилиндровые, затем количество цилиндров началось увеличиваться, появляются двигатели где каждый последующий поршень сдвинут на один ход относительно предыдущего, это и другие инновации позволили ДВС завоевать рынок.
В настоящее время человечество переживает энергетический кризис, запасы нефти ограничены, и инженеры ищут новые эффективные приводы для промышленности и транспорта, но двигатели внутреннего сгорания еще очень долго будут в обиходе.
