Семен Федосеев - Все танки Первой Мировой. Том I

Поршневая паровая машина дала промышленности первый универсальный двигатель, стимулировав быстрое развитие технологий общего и специального машиностроения. С другой стороны, необходимость совершенствования паровой машины, постепенный рост давлений и нагрузок требовали развития термодинамики, углубленного изучения процессов преобразования энергии, совершенствования металлургии и методов точной обработки металлов, перехода от дерева как основного конструкционного материала к металлам. В 1790-е годы Г. Модели создает станок с самоходным суппортом, в 1817 г. появляется строгальный станок Р. Робертса, в 1818 г. — фрезерный станок Э. Уитней с многоразовой фрезой, в 1835 г. — автоматический токарный винторезный станок Дж. Уитворта, в 1839 г. — карусельный станок И. Бордмера и паровой молот Дж. Нэсмита и т. д. С 1880-х годов в производстве используют гидравлические прессы. В машиностроении вводятся нормали и стандарты (те же Уитней и Уитворт немало сделали для введения нормализации и взаимозаменяемости деталей в оружейное производство, нормализации резьбы), распространяются стандартные комплектующие детали. Развитие машиностроения шло неравномерно. К началу XX в. наибольшая часть крупных машиностроительных предприятий была сконцентрирована в Великобритании, Германии, Бельгии и США. В то же время происходит становление теплотехники. В 1824 г. Сади Карно заложил основы теории тепловых двигателей, разработав классический цикл «идеальной тепловой машины».

Паровой двигатель, требующий наличия топки и котла, был слишком громоздок для безрельсового транспорта. Подлинная революция в различных отраслях техники и технологий началась с распространением двигателей внутреннего сгорания.

Уже в 1801 г. Ф. Лебон запатентовал двигатель, в котором водяной пар заменил открытым им светильным газом. Светильный газ, добываемый из угля или дерева, вскоре уже производился в промышленных масштабах, и неудивительно появление целого ряда газовых двигателей. В 1806 г. первый реально работающий двигатель внутреннего сгорания строят братья Ж.Н. и К. Ньепсы. Рабочим телом в их «пироэолофлоре» служила угольная пыль (много позднее с ней будет экспериментировать и Рудольф Дизель).

В 1823–1826 гг. два варианта атмосферных газовых двигателей патентует С. Броун, а В. Райт в 1833 г. — газовый двигатель двойного действия (по аналогии с паровым двигателем двойного действия) с водяной рубашкой охлаждения. В 1838 г. В. Барнет патентует двигатель с предварительным сжатием газа и воздуха. В 1854 г. Барзанти и Матеуччи патентуют газовый «атмосферный» двигатель с электрической системой воспламенения (ход поршня вверх осуществлялся за счет взрыва газосветильной смеси, при этом под ним создавалось разрежение вниз — под давлением атмосферы). Добавим к этому, что в 1859 г. французский физик Р.Г. Планте создает свинцовый аккумулятор.

В 1860 г. французский официант Жан Жозеф Этьен Ленуар построил двигатель внутреннего сгорания, работавший на светильном газе, с электрической системой зажигания, водяной рубашкой охлаждения рабочего цилиндра. Кривошипно-шатунный механизм преобразования движения, золотниковый механизм газораспределения с эксцентриками на валу двигателя повторяли схему паровой машины двойного действия. КПД был еще весьма низок — 4 %. И все же в 1862 г. Ленуар пытался поставить свой газовый двигатель на колесный экипаж.

Газовый двигатель внутреннего сгорания Ленуара постройки 1864 г. с электровоспламенением.

В 1862 г. там же, во Франции, Альфонс Бо де Роша получил патент на двигатель четырехтактного цикла, но не смог реализовать его. Существенной в проекте де Роша была идея предварительного сжатия газо-воздушной смеси перед воспламенением.

В 1866 г. в Германии Николаус Август Отто получил патент на атмосферный четырехтактный вертикальный газовый двигатель. На Парижской выставке 1867 г. компания «Отто и К°» представила первую рабочую модель одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. В 1876 г. Отто строит двигатель на доменном газе. В 1878 г., использовав принцип предварительного сжатия, Отто совместно с Евгением Лангеном смог создать двигатель, КПД которого достиг 15–16 %, т. е. сравнялся с паровыми машинами, достигшими к тому времени уже достаточной степени совершенства. Был реализован классический цикл работы четырехтактного двигателя: рабочий процесс в цилиндре совершается за четыре хода поршня (такта) — впуск, сжатие, воспламенение и расширение (рабочий ход), выпуск. Первый четырехтактный одноцилиндровый двигатель простого действия показан на Всемирной выставке в Париже 1878 г. Оказалось, правда, что еще в 1872–1873 гг. свой вариант четырехтактного газового двигателя независимо изготовил германский часовщик Христиан Рейтман, причем, в отличие от Отто, он использовал не золотниковый, а более перспективный клапанный механизм газораспределения. Но Рейтман не смог продвинуть свою конструкцию на рынок.