Benzdən Ottoya Daxili Yanma Mühərrikinin Tale Yüklü Əsri

Nikolaus Otto-nun dört zamanlı motorundan Benz-in Patent-Motorwagen-inə qədər uzanan daxili yanma mühərrikinin yüzillik mühəndislik səyahəti.
Nikolaus Otto-nun dört zamanlı motorundan Benz-in Patent-Motorwagen-inə qədər uzanan daxili yanma mühərrikinin yüzillik mühəndislik səyahəti.

Bu Səhifəni Paylaşın

Daxyanlıq motorun tarixi faktiki olaraq 1876-cı ildə Nikolaus Otto'nun sıxmalı dördtaktlı mühərriki ilə başlayır; onu 1886-cı ildə Karl Benz'in Patent-Motorwagen'i avtomobilə çevirir və ondan sonrakı yüz il, silindr memarlığı, səmərəlilik böhranları və turbo və dizel kimi yan yollar boyunca davam edən bir mühəndislik yarışıdır. Bu yazı həmin yüz ili arxiv mənbəli xronoloji bir hekayə ilə izləyir.

Önə Çıxanlar

  • Dördtaktlı dövranın patentini 1862-ci ildə Alphonse Beau de Rochas almışdır; ilk praktik mühərriki 1876-ci ildə Otto qurmuşdur.
  • İlk avtomobil patenti: 29 yanvar 1886, Benz Patent-Motorwagen, patent nömrəsi 37435.
  • Otto'nun patentinin ləğvi ilə 1889-cu ildə 50-dən çox şirkət eyni dizaynı istehsal edirdi.
  • Avropada dizelin bazar payı 2015-ci ildə %52 idisə, 2023-cü ildə %18-ə enmişdir.
  • BMW 2002 Turbo, Porsche 911 Turbo'dan iki il əvvəl Avropanın ilk seriya istehsalı turbo avtomobili oldu.

Lenoir'dən Otto'ya: Dördtaktlı Mühərrik Niyə İnqilab Idi?

Hekayənin başlanğıc nöqtəsi əslində Otto deyil, ondan əvvəlki ən yaxşı həlldir. 1860-cı ildə Étienne Lenoir işıqlandırma qazı ilə işləyən təsirli bir daxyanlıq mühərrik istehsal etmişdi; amma maşın həm böyük, həm də səmərəsiz idi: 18 litr həcmdən yalnız 2 at gücü (təxminən 1,5 kVt) alınır, yanacağın dörddən üçü boşa gedirdi. Səyyar satıcılıq edən Nikolaus Otto bu mühərriki qəzet elanı vasitəsilə tanıdı və 1861-ci ildə bir nüsxəsini sınaqdan keçirdi. Sınaq onun öyrəndiyi şey sadə, lakin həlledici idi: yanmadan əvvəl yanacaq qarışığının sıxılması səmərəliliyin açarı idi. 1862-ci ildəki ilk sıxmalı sınağı mühərrik bir neçə dəqiqə ərzində məhv olduğu üçün uğursuz oldu; amma fikir doğrunu tapmışdı.

Avtomotiv tarixinin ən ironik patent hadisəsi də məhz burada baş verir. Dördtaktlı dövranın - emmə, sıxma, güc və egzoz; iki mühərrik dövranında dörd piston hərəkəti - patentini 1862-cü ildə fransız mühəndis Alphonse Beau de Rochas almışdı, amma maşını heç vaxt tikməmişdi. Mühərriki ilk dəfə Otto qurduğu üçün dövran bu gün onun adını daşıyır. Otto, oğlu və 1864-cü ildə Eugen Langen ilə qurduğu dünyanın ilk daxyanlıq mühərrik şirkəti NA Otto & Cie vasitəsilə yolu addım-addım açdı: 1867 Paris Ümumdünya Sərgisində atmosferik mühərriki qızıl medal qazandı; rəqib qaz mühərriklərindən yarısından az qaz sərf edən bu maşın %12 səmərə və 0,5 at gücü istehsal edirdi. Şirkət 1869-cu ildə Deutz'a köçdü və Gasmotoren-Fabrik Deutz adını aldı - bu günkü Deutz AG dünyanın ən qədim mühərrik istehsalçısıdır.

Əsl sıçrayış 14 illik Ar-Ge-dən sonra gəldi: 9 may 1876-cı ildə Otto sıxmalı yüklənmə prinsipi ilə işləyən dördtaktlı mühərriki yaratdı. Katmanlı yüklənmə adlandırdığı üsulla yanmanı idarəolunan hala gətirən bu dizayn, həmin payızın sonunda Rings-Schumm mühərriki kimi kommersiya yetkinliyinə çatdı və silindr daxili sıxmadan istifadə edən ilk kommersiya uğurlu maşın oldu. Etibarlılığı, səmərəliliyi və nisbətən səssiz işləməsi sayəsində ardıcıl 10 ildə 30.000-dən çox Otto dövrü mühərrik istehsal edildi. Rəqəmin açdığı texniki sıçram aydındır: sıxışmaya keçid səmərəliliyi 1880–1890 aralığında %5-dən %15-ə qaldırdı; buxar dövrünün %5-dən aşağı mühərrikləri ilə müqayisədə üçqat yaxşılaşma. Qığılcımlı alovlanmalı dörttaktlı dövr bu gün hələ də yollardaki avtomobillərin çoxunda işləyir.

Hekayənin hüquqi sonu da öyüdandır. 1886-cı ildə Beau de Rochas-ın daha erkən tarixli patentinin ortaya çıxması ilə Otto-nun patenti ləğv edildi; Deutz, öz qatmanlı yük sisteminin Fransız patentindən fərqli olduğunu məhkəməyə sübut edə bilmədi. Nəticə mühəndislik baxımından azadedici idi: 1889-a gəldikdə 50-dən çox şirkət Otto dizaynı mühərrik istehsal edirdi. Praktik ixtira ilə patent üstünlüyü arasındaki bu klassik gərginlik dövrün bütün sənayesinə qapını açdı. Müzakirənin bir tərəfi də hələ canlıdır: Fransada dövr bəzən "Beau de Rochas dövrü" adlandırılır, bəziləri də Reithmann-ın payına işarə edir - üç ixtiraçının töhfəsi bir-birinin alternativi deyil, tamamlayıcısıdır.

Avtomobilə gedən yol: Daimler, Maybach və Benz-in Patent-Motorwagen-i

Otto böyük və sabit mühərriklər istəyirdi; Deutz-dakı texniki direktoru Gottlieb Daimler ilə baş dizayneri Wilhelm Maybach isə mühərriki nəql etməyə, yəni vasitələrə qura biləcək qədər kiçiltməyi hədəfləyirdi. Bu istehsal fəlsəfəsi fərqi 1882-də ikilinin şirkətdən ayrılmasına səbəb oldu. Ayrılığın bəhrəsi tez gəldi: 1883-də 0,5 a.g.-lik kiçik və səmərəli bir mühərrik, 1885-də isə ləqəbi "Grandfather Clock" olan ilk yüksəkfırlanışlı benzin mühərriki. Bu mühərrik ətrafında qurulan Daimler Reitwagen, daxili yanma mühərrikli ilk motorlu nəqliyyat vasitəsi idi.

Avtomobilin doğum şəhadətnaməsi isə Köln-də deyil, Mannheim-da kəsildi. Karl Benz, 29 yanvar 1886-da "qaz mühərrikli vasitə" üçün müraciət etdiyi 37435 nömrəli patenti ilə tarixə düşdü. 1885-də tamamlanan Benz Patent-Motorwagen; tək silindrli benzin mühərriki ilə işləyən, yüngül quruluşlu, üçtəkərli bir vasitə idi və iki unvanı birgə daşıyırdı: benzinli daxili yanma mühərriki ilə gedən ilk real avtomobil və seriya istehsalına girmiş ilk avtomobil. Benz-dən əvvəl boş səhifə deyildi əlbəttə - 1769-da Nicolas-Joseph Cugnot-un buxarlı vasitəsi daxil olmaqla, motorlu nəqliyyat cəhdləri təxminən bir əsirdir davam edirdi; amma Lenoir-in %4 səmərəli maşınından Otto-nun sıxışmalı dövrünə uzanan xətt, yalnız benzinelə və Benz-in yüngül şassisi ilə avtomobil yoluna çıxdı.

Deutz-un bu zəncirdəki payını da qeyd etmək lazımdır: 1884-də inkişaf etdirilən karbüretor və etibarlı aşağı gərginlikli alovlanma sistemi, maye neft yanacağının mühərriklərdə ilk dəfə istifadə oluna bilməsini təmin etdi. Avtomobilin yanacağı, texniki bir yan məhsul kimi doğuldu. Daimler və Maybach-ın xətti isə 1890-ların sonunda Emil Jellinek üçün inkişaf etdirilən avtomobillə taca düşdü: 35 a.g. gücündə mühərriki təxminən 90 km/s sürət verən bu avtomobil, Jellinek'in qızı Mercedesin adını daşıyırdı. Dövrün qiymətləndirməsi amansız idi - Benz'in ilk avtomobili 1880-ci illərdə atın pis bir alternativi idi; amma başlatdığı irəliləyiş bir əsr boyu fasiləsiz dərinləşdi.

Silindr Memarlığı: Sıra, V və Flat düzümləri nə danışır?

Otto dövrü sabit qaldıqca, yüzillik rəqabət böyük ölçüdə silindirlərin necə düzüldüyü üzərində döndü. Üç əsas düzüm var və hər biri fərqli bir mühəndislik prioritetinə cavab verir:

  • Sıra (düz): Silindirlər tək sırada yerləşir. Sadə və balanslıdır; bədəli uzunluqdur - eyni silindr sayında V düzümünə görə açıq şəkildə daha uzun blok tutur.
  • V: Silindirlər iki sütun halında açı ilə düzülür; V8 adətən 60°-90° açı ilə, hərəsi dörd silindrlik iki sütunla qurulur. Uzunluğunu qısaldır, kompakt mühərrik bölməsi təmin edir.
  • Flat (üfüqi qarşılıqlı): Sütunlar arasındaki açı 180°dir. Aşağı ağırlık mərkəzi və titrəmə balansı ilə performans yönümlü tətbiqlərdə fərqli bir balans-performans profili təqdim edir.

Bu üçbucağın tarixi qarşılığı da aydınlaşır: müharibədən əvvəl və sonra dövrdə mühərrik həcmləri və silindr sayları böyüdü; 1970-ci illərə gəldikdə ABŞ bazarının standart mühərriki demək olar ki, tamamilə V8 idi. Aşağıda görəcəyimiz neft krizləri, bu memarlıq seçimləri bir gecədə əksinə çevirən təzyiqi yaratdı.

Müharibədən Sonrakı Kompakt Avtomobil Dövrü: Beetle, Fiat 500 və Mini

İki dünya müharibəsindən sonra mühərrikin hekayəsi nəhəng yox, kiçik yazıldı. Müharibədən sonrakı Avropanın ailə avtomobili Volkswagen Beetle - rəsmi adı ilə Type 1 - 1938-2003 aralığında fasiləsiz istehsal edilən, hava ilə soyudulan və arxa mühərrikli düzümü ilə dövrün kiçik avtomobil şablonunu müəyyən etdi. Bu düzüm birbaşa təsirli idi: orijinal Fiat 500, 1938 Beetle'ının memarlığından ilham alaraq yola çıxdı və 1957-1975 arasında 3,4 milyon sataraq ikona çevrildi. Mini isə 1959-cu ildə qoşuldu. Üçünün ortaq payı ucuzluq yox, etibarlılıq və sadəlik idi; klassik dövr kiçik Avropa avtomobilləri bir vaxtlar sadəliyin və aşağı istismar xərclərinin zirvəsi sayılırdı. Mühəndislik dilində bu, silindr sayını və həcmi kiçildib etibarlılığı artırmanın, gücü böyütməkdən daha satıla bilən hala gəldiyi dövrün adıdır.

1973-cü İl Neft Krizi Mühərrik Dizaynını Necə Dəyişdirdi? Downsizing və Turbo İnqilabı

1973 petrol krizinin ardından turboşarj devrimini başlatan BMW 2002 Turbo, Avrupa'nın ilk seri üretim turboşarjlı yol otomobili olarak tarihe geçti.

1973-cü ildə OPEC embargosu, barel qiymətini əvvəl ikiyə, sonra dördə qatladı və ABŞ'ın yanacaq acına avtomobil parkının nə qədər kövrək olduğunu bütün çılpaqlığı ilə göstərdi. Mühərrik dizaynının terminologiyası bu şokdan doğdu: dövrü müəyyən edən Malaise era anlayışı, benzin xərclərindəki kəskin artımla başlayır; istehsalçılar həddindən artıq böyük kuzov və mühərriklərin dövrünü bağlayıb səmərəliliyə dönür. ABŞ'da standart V8-lərin həcmləri demək olar ki, yarıya endirildi; bugün "downsizing" adladığımız fikrin kökü buraya, tam da OPEC krizinə uzanır. Toyota'nın kurumsal tarixçəsi də eyni sancıanı təsdiqləyir: neft tədarükündəki azalma və qiymət artımı, o dövrün material və məhsul qıtlığını daha da alovlandırmışdı.

Məhsuldarlıq təzyiqinin performans tərəfindəki cavabı isə egzoz qazının enerjisini geri qazanmaq idi: turbokompressor. Üç ad bu inqilabın öncüsü sayılır və xronologiya belədir:

  1. BMW 2002 Turbo - 1973 Frankfurt Avtomobil Sərgisində, üç illik inkişafdan sonra təqdim edildi; KKK turbokompressorlu 2,0 litr (1990 cc) SOHC inline-4 M10 mühərrik və Kugelfischer inyeksiyası ilə istehsal edilərək Porsche'nin bənzər həllindən iki il əvvəl, Avropanın ilk seriya istehsalı turbokompressorlu yol avtomobili oldu.
  2. Porsche 911 Carrera Turbo (930) - turbokompressorunu markanın performans kimliyinin mərkəzinə yerləşdirdi.
  3. Saab 99 Turbo - 1978-ci ildə turboyu adi bir ailə sedasına daşıyaraq onlarla il davam edəcək bir həvəskar kütləsi yaratdı; Volvo 240 Turbo da bu praktik xətti izlədi.

Tarazlı oxunuş budur: 2002 Turbo və 911 Turbo turbokompressorunu bir performans simvoluna çevirdisə, 99 Turbo və 240 Turbo onu gündəlik istifadənin lüksünə çevirdi. Öncü üçlünün ümumi təsiri, turbokompressorunu niş bir yarış texnologiyasından əsas məhsuldarlıq alətinə daşımaq oldu - neft krizinin mühəndisliyə qoyduğu məcburiyyətin zərif cavabı.

Dizelin Yüksəlişi və Dieselgate ilə Çöküşü

İyirminci əsrin sonunda dizel, məhsuldarlığın sərnişinlərindən biri idi; iyirminci birinci əsrin ilk rübində isə bir etibarlılıq böhranına çevrildi. Dönüş nöqtəti Sentyabr 2015: Dieselgate qalmaqalında Volkswagen, dünyanın dörd bir yanındakı emissiya testlərini aldatmaq üçün milyonlarla dizel nəqliyyat vasitəsinə "defeat device" adlanan hiylə proqramı yerləşdirdi. ABD EPA-nın müəyyənləşdirməsinə görə şirkət, 2009–2016 model illəri arasında təxminən 590.000 dizel nəqliyyat vasitəsi ilə Təmiz Hava Qanununu pozdu. Elmi ədəbiyyat, hiyləgər proqramın qanunsuz şəkildə saxta NOx emissiya nəticələri istehsal etdiyini təsdiqləyir. Qalmaqal yalnız bir şirkətin dosyası da deyil; bir çox istehsalçının test CO₂ dəyərlərini və yanacaq sərfini yüngülləşdirdiyi, sektor daxilində geniş məlumat kimi qəbul edilir. VW, qalmaqaldan sonra yeni standartları qarşılayacaq texnologiya gələnə qədər cari dizel satışlarını dayandırdı.

Nəticə, ölçüləbilən və sərtdir. Avropada dizel avtomobillərinin bazar payı, qalmaqalın partladığı 2015-ci ildəki %52 səviyyəsindən 2023-cü ildə %18-ə gerilədi; eyni aralıqda elektrikli avtomobillərin payı sürətlə arttı. Dizel "öldü" demək həddindən artıq olsa da, Avropa yol xəritəsində bir dövrün bağlanışı olduğu mübahisəsizdir - və bu bağlanış, elektriyin yüksəlişinin önünü açan əsas boşluğu yaratdı.

Yan Yol: Wankel Mühərriki və Mazda'nın 45 İllik İnadı

Əsas xətdən kənarda qalan ən sevilən sapma, Alman mühəndis Felix Wankel-in fırlanan (rotary) mühərrikidir; kökü 1929-cü il konseptinə uzanır və 1950-ci illərdə yetkinləşdi. Piston və silindr əvəzinə fırlanan rotorla iş tsiklini quran bu zərif ideya ən sadiq tərəfdarını Yaponiyada tapdı: Mazda, 1959-cu ildə NSU ilə inkişaf müqaviləsi imzalayaraq erkən və davamlı öhdəlik göstərdi. Rotary sərgüzəşti 1967-cı ildə Cosmo Sport (Mazda 110S) ilə başladı; R100 kimi modellərlə 1960-cı illərin sonuna daşındı və sonrakı 45 il ərzində həcmlər böyüdülməklə və turboşarj əlavə olunmaqla mühərrik yetkinləşdirildi. Əsas axından kənarda qalmasına baxmayaraq, Wankel Otto tsiklinin yeganə alternativ olmadığını göstərən ən uzunömürlü eksperimental xətt kimi mühəndislik yaddaşında yaşayır.

Yapon partlayışı: Neft böhranı əsrin sahibini necə dəyişdirdi?

Əsrin son böyük qırılması istehsal coğrafiyasında baş verdi. 1970-ci illərdə yapon avtomobilləri köhnə nəsillərdə hələ də bir tabu sayılarkən, 1973-cü il neft böhranının bu partlayışa səbəb olub-olmaması bu gün hələ də müzakirə olunan sualdır. Müzakirənin iki ucu aydındır: bir tərəfdən böhran yanacaq səmərəli və kiçik mühərrikli avtomobilləri bir anda dünyanın ən çox axtarılan məhsuluna çevirdi; digər tərəfdən yapon istehsalçılarının yüksəlişi yalnız qiymətləndirilmiş bir neft şokuna endirilə bilməz. Toyota ilk neft böhranına verdiyi cavabı korporativ tarixinin ayrıca bölməsi kimi qeyd edir - yəni böhranın təsadüfi bir külək deyil, şirkətin strategiyasında sistematik qarşılanmış bir dönüş nöqtəsi olduğunu deyir. Mühəndis baxışından baxıldıqda tənlik tutarlıdır: səmərəlilik artıq dizaynın girişi idi və 1973-cü ildən etibarən bu girişi ən yaxşı idarə edən mədəniyyət dövrün bazarını ələ keçirdi. Turbo öncülərindən bir qisminin Saab və Volvo kimi səmərəlilikyönümlü Avropa istehsalçıları olması eyni məntiqin Avropa ayağıdır.

Nəticə: 150 illik tsiklin bu günü

Ottonun 1876-cı il maşınından Dieselgate sonrası boşalan mühərrik bölməsinə uzanan xətt tək bir məntiqlə oxunur: hər dövrün məhdudiyyəti növbəti dövrün dizayn prioritetini yazıb. Lenoirin %4 səmərəliliyi sıxışdırmanı məcburi etdi; sıxışdırma avtomobili doğdu; müharibə sonrası məhrumiyyət kiçiltdi; neft böhranı səmərəliliyi və turbonu dayatdı; tullantı qazları normativləri dizeli əvvəl tərənnüm etdi, sonra yıxdı. Qığılcımlı alışmalı dördtaktlı tsikl hələ də yollarda işləyir - amma 150 illik bu yarışın finiş xəttinin artıq elektriklə çəkildiyini qeyd etmək tarixi oxuyanın işidir.

Mənbələr