Организация образовательного процесса в вузе

Идея сжигания топлива внутри цилиндра поршневой машины возникла еще в конце XVIII века, но только во второй половине XIX века создались условия для разработки и производства двигателя внутреннего сгорания. Первый такой двигатель, нашедший практическое применение в качестве силовой установки, был создан в 1860 г. французским механиком Э. Ленуаром и работал на светильном газе по двухтактному циклу без предварительного сжатия заряда. Этот двигатель имел один цилиндр, в который подавался газ через золотниковое распределительное устройство. В процессе поступления газа он воспламенялся и сгорал без предварительного сжатия. Мощность двигателя равнялась 0,8 кВт с эффективным кпд 3...4%, что значительно ниже эффективности паровых машин (7... 10%). Двигатель Ленуара явился прототипом современных двухтактных двигателей.

Совершенствование двигателей в последующие годы привело к созданию многих конструкций в различных странах. 1 января 1862 года Бо-де-Рошем (Франция) был взят патент на рабочий процесс четырехтактного двигателя, а в 1876 году Н. Отто (Германия) был создан газовый двигатель, работающий по этому процессу. Двигатель П. Отто имел мощность около 1,75 кВт при частоте вращения 150 об/мин и массе около 2000 кг. Экономичность этих двигателей была значительно выше, чем у паровых машин того времени, что и привлекло к ним общее внимание.

Впервые жидкое топливо (бензин) было применено на двигателе Брайтона (США) в 1876 году, в котором бензин в испарительном карбюраторе превращался в пар и подавался в цилиндр двигателя. Широкое применение бензина на автомобильных двигателях началось с момента создания первых автомобилей и двигателей для них Готлибом Даймлером (1885 год), Карлом Бенцем (1886 год) и Фордом (1896 год). Второго февраля 1892 года Рудольфом Дизелем (Германия) был взят патент, а в 1897 году создан двигатель с самовоспламенением от сжатия.

В 1877... 1878 гг. немецкий изобретатель Н. Отто построил газовый четырехтактный двигатель с предварительным сжатием, который существенно превосходил по экономичности машину Э. Ленуара и получил промышленное применение. Практическая реализация четырехтактного цикла с предварительным сжатием явилась существенным этапом в развитии двигателестроения.

В 1879 г. в России И.С. Костович создал проект двигателя, работавшего на жидком топливе (бензине), для дирижабля. В 1896 г. немецкий инженер Р. Дизель конструирует двигатель с воспламенением от сжатия. В России в 1899 г. впервые начали строить такой двигатель, работавший на нефти. Ценный вклад в развитие бескомпрессорных дизелей внесли разработки российских изобретателей Г. В. Тринклера и Я. В. Мамина.

Развитие науки о двигателях шло параллельно с развитием термодинамики. Впервые теория двигателя была обобщена в работе Р. Дизеля «Теория и расчет рационального теплового двигателя» в 1893 году. Отечественные ученые успешно разрабатывали и вопросы теории. Так, профессор МВТУ В.И. Гриневецкий в 1906 г. обосновал метод теплового расчета двигателя и опубликовал капитальный груд «Тепловой расчет рабочего процесса». Этой работой, построенной на общих положениях термодинамики, В.И. Гриневецкий заложил фундамент научного изучения теории двигателей внутреннего сгорания и теплового расчета их рабочих процессов и оказал огромное влияние на развитие науки о двигателях. Теория рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания получила дальнейшее развитие в трудах отечественных ученых Н.Р. Брилинга, Е.К. Мазинга Б.С. Стечкина, A.C. Орлина, Д.Н. Вырубова, В.Н. Болтинского, Н.С. Ждановского, И.М, Ленина, М.Г. Круглова и др. Первый учебник на русском языке по двигателям внутреннего сгорания был написан Н.Р. Бриллингом. Дальнейшее развитие науки о двигателях шло по пути уточнения и углубления метода В.И. Гриневецкого в области изучения рабочих процессов карбюраторных и дизельных двигателей. Основным научным центром автомобильных двигателей является научно - исследовательский автомоторный институт (НАМИ). Кроме того, большие работы проводятся и в ведущих вузах страны на кафедрах двигателей внутреннего сгорания.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания, работающие на жидком топливе нефтяного происхождения, явились надежной основой развития автотракторостроения. Современные моторостроительные заводы, научно-исследовательские и учебные институты ведут работу по совершенствованию конструкций двигателей, улучшению удельных показателей и эксплуатационных качеств, повышению моторесурса.

Повышение производительности автомобилей и тракторов в значительной степени определяется ростом их энерговооруженности, т.е. мощности двигателей, приводящих их в движение. Эта задача решается применением комбинированных двигателей, состоящих из поршневого двигателя и лопаточных машин - турбокомпрессоров. Одним из видов комбинированных двигателей является дизель с газотурбинным наддувом. Турбонаддув двигателей позволяет не только форсировать двигатель - увеличивать его удельную мощность, но и обеспечивать комплексное повышение показателей его технического уровня: топливную экономичность, экологические качества, надежность.

Впервые применение наддува было осуществлено Р. Дизелем в 1896 г. В результате исследований работы двигателя с наддувом была увеличена мощность на 30 %, но Р. Дизель ставил задачу улучшения экономичности двигателя. По этому показателю двигатель имел худшие данные (396 г/(кВт ч) против 258 г/(кВт*ч)) и поэтому применение наддува было отложено на многие годы. В 1905 г. Альфред Вохи (Швейцария) предложил вместо механической связи лопаточной машины с поршневым двигателем газовую, т.е. применил газотурбинный наддув. Проведенные испытания по газотурбинному наддуву позволили реализовать его в 1921 г. на гоночных автомобилях. В конце 40-х годов резко возросшие автомобильные перевозки привели к необходимости роста грузоподъемности автомобилей, скоростей их движения, что вызвало рост мощности двигателей. Уже в 50-е годы был начат ограниченный выпуск двигателей с турбонаддувом для грузовых автомобилей, используемых на лесоразработках. В это же время двигатели с турбонаддувом стали успешно применяться в промышленных тракторах с большим тяговым усилием. Появились первые фирмы (Ярославский моторный завод), специализирующиеся на выпуске агрегатов наддува для двигателей автомобильных и тракторных типов. Это способствовало повышению качества, снижению себестоимости агрегатов наддува, которая в тог период доходила до 10 % от стоимости двигателя.

На начальной стадии внедрения турбонаддува отмечались такие недостатки двигателей с наддувом: снижение надежности, ухудшение протекания характеристик и приемистости, увеличение тепловой нагруженности деталей цилиндропоршневой группы. К 60-м годам эти недостатки в основном были устранены, и надежность двигателя повысилась до уровня двигателей без наддува. Созданы предпосылки для дальнейшего форсирования и улучшения экономичности и снижения токсичности.

В 70-х годах началось широкое применение среднего турбонаддува на автомобильных и тракторных дизелях с мощностью до 120 кВт. Все современные тракторные двигатели для тракторов класса 2 и выше имеют турбонаддув. Благодаря повышению эффективности и надежности турбокомпрессоров, стало возможно применение высокого наддува с промежуточным охлаждением воздуха. В настоящее время стало технически и экономически оправданным применение турбонаддува для дизелей небольшой мощности, включая и двигатели для легковых автомобилей. На базе достижений в области конструирования и доводки турбокомпрессоров и развития микропроцессорной техники стало возможным внедрение турбонаддува на двигателях с принудительным зажиганием. Современные автомобильные и тракторные двигатели с турбонаддувом, доведенные до большой степени совершенства, находят все более широкое применение. Если на первоначальном этапе применения турбонаддува ставилась задача только повышения мощности, то в настоящее время турбонаддув используется для улучшения экономических и экологических показателей двигателей.

7. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ

Предыстория (1896...1920 гг.). Первый русский автомобиль был построен петербургскими изобретателями П.Л. Яковлевым и П.Л. Фрезе, С 1 июня 1896г. он демонстрировался на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде, лишь на год позже, чем в США. Это был легковой автомобиль, но вскоре П.А. Фрезе, владелец автомобильно-экипажных мастерских в С. Петербурге, организовал выпуск и грузовых автомобилей. Примерно через 10 лет на заводе Лесснера в С. Петербурге впервые в России освоили серийное производство автомобилей. Среди двух десятков отечественных компаний экспериментировавших в области автомобильного производства, были каретные и велосипедные фабрики, заводы сельскохозяйственных машин, станкостроительные предприятия и машиностроительные комбинаты в Москве, Смоленске, Ростове-на-Дону, Орле, Одессе. Самую значительную роль в развитии российского автомобилестроения до первой мировой войны сыграл Русско-Балтийский вагонный завод в Риге («Русско-Балт»), изготовивший в 1909 - 1915 гг. более 400 автомобилей.

Первая мировая война дала мощные импульсы автомобилизации России. Для нужд армии пришлось закупить за рубежом многие тысячи автомобилей. Необходимость создания собственной современной автомобильной промышленности была осознана на правительственном уровне. В соответствии с государственной программой начали форсированное строительство шести специализированных автомобильных заводов общей производительностью 7,5 тыс. машин в год: «Русско-Балта» в Филях под Москвой, «Русского Рено» в Рыбинске, «Аксая» в Ростове-на-Дону, Ярославского автомобильного («В.А. Лебедев»), «Бекоса» в подмосковных Мытищах и AMO в Москве. К концу 1917 г. ни один из них не был полностью отстроен. В наилучшем положении находился московский AMO, где работы были выполнены на 2/3. Революция, Гражданская война, экономический хаос нанесли новорожденной автомобильной промышленности сильнейший удар, от которого она не смогла оправиться долгие годы. Достаточно отметить, что в истории нашего флагмана автомобильной промышленности «АвтоЗИЛа» - отмечено: техническая документация на первые десять автомобилей АМО-Ф15 с тремя типами шасси, техническими расчетами на выпуск этого 1,5-тонного автомобиля в объеме 1500 шт. хранилась невостребованной с 1916 до 1921 г., когда вернувшиеся из эмиграции в Америку 123 специалиста - автомобилестроителя во главе с А.А Аламсом и А.Ф. Гладуновым обратились к В.И. Ленину с просьбой разрешить организовать на AMO в короткие сроки производство. Это было поддержано. Но разруха, социальные и экономические потрясения за эти годы были столь велики, что только к 1924 году удалось выпустить первую машинную серию, демонстрировавшуюся на

Красной площади. До 1931 г., когда выпуск АМО-Ф15 был прекращен, их было создано 6285 шт. С 1929 года началось создание крупной производственной базы для действительно массового изготовления автомобилей и развития самостоятельной крупной отрасли машиностроения автомобилестроения.

Отсчет истории советского автомобилестроения традиционно ведут с 1924 г., когда в Москве на заводе AMO выпустили первую партию грузовиков. В последующие годы их стали изготавливать также в Ярославле (на бывшем заводе В.А Лебедева), а легковые автомобили малыми сериями - на московском заводе «Спартак».

С конца прошлого века и до периода нэпа включительно автомобильное производство в России (и СССР) носило полукустарный либо мелкосерийный характер. Потребности страны в автомобильной технике на 80 — 90% приходилось удовлетворять путем закупок по импорту. К концу 20-х гг. в нашей Стране ежегодно выпускали менее 2000 автомобилей, а по численности автомобильного парка она уступала даже Португалии и Румынии.

Создание массового автомобильного производства. Массовое автомобилестроение в СССР было создано в 30-е гг. в рамках программы «социалистической индустриализации». В 1929 г. было принято решение об организации массового производства автомобилей в СССР. При составлении плана первой пятилетки было запроектировано строительство двух автомобильных заводов: в г. Москве и в г. Горьком. Буквально за шесть лет. с 1931 по 1937 г., производство автомобилей в нашей стране выросло в 50 раз — до 200 тыс. штук в год. Советский Союз вошел в пятерку ведущих автомобилестроительных держав. Причем по выпуску грузовиков, составлявших 90% общего объема производства автомобилей, он вышел на второе место в мире после США. Общее число автомобилей в стране приблизилось к I млн.. Из их хронического импортера СССР превратился в их экспортера. В отрасли произошла революция, связанная с внедрением конвейерного производства.

Основу автомобильной промышленности составили два завода-гиганта: ГАЗ и ЗИС (до 1931 г. - AMO, в настоящее время—AMO ЗИЛ). При содействии американской корпорации «Форд» в Нижнем Новгороде (с 1932 г. - г. Горький) в 1932 г. был построен крупнейший автомобильный завод, рассчитанный на производство 100 тыс. машин в год. Выбор Нижнего Новгорода был обусловлен несколькими факторами: наличием квалифицированной рабочей силы, дешевизной подвоза сырья по Волге, близостью уральской металлургической базы и значительной удаленностью от государственных границ. Основными моделями, которые завод выпускал длительное время, были грузовые автомобили ГАЗ-АА и легковые ГАЗ-A. Выпускались и грузовые автомобили повышенной проходимости ГАЗ-ААА. С 1936 г. завод перешел к производству более совершенных легковых автомобилей ГАЗ-М-1.

Московский AMO (ЗИС) в результате реконструкции в 1931 г. многократно увеличил свои мощности: до 70 тыс. машин в год. Завод выпускал грузовые автомобили АМО-3. В 1933 г. был начат выпуск грузовых автомобилей ЗИС-5, а затем на их базе и трехосных автомобилей ЗИС-6. В 1934 г. был освоен выпуск автобусов ЗИС-8. В 1936 г. завод начал выпускать легковые автомобили представительского класса ЗИС-101, а в 1938 г. - автобусы ЗИС-16.

В 1930 г. в столице был также построен автосборочный завод (ныне «Москвич»), рассчитанный на годовой выпуск более 20 тыс. машин. Существенно возросли мощности Ярославского автозавода. В Горьком производили легкие грузовики («полуторки») и легковые автомобили среднего класса, на ЗИСе -средние (по меркам тех лег) грузовики и представительские легковые автомобили, в Ярославле - тяжелые 1рузовые автомобили. Перед самой войной московский автосборочный завод, собиравший прежде грузовики ГАЗ, был перепрофилирован на производство легковых автомобилей.

Период Великой Отечественной войны. В годы Великой Отечественной войны производство автомобилей в СССР сократилось в шесть раз, заводы были основательно переориентированы на выпуск военной техники. Колоссальную роль сыграли поставки от союзников по антигитлеровской коалиции: из США, Канады, Великобритании СССР получил 401 тыс. автомобилей.

За годы войны количество автозаводов в стране выросло с четырех до шести. Эвакуация московского ЗИСа на восток породила два новых автомобилестроительных центра: Ульяновск (1942), освоивший производство легковых автомобилей высокой проходимости ГАЗ-67Б, и Миасс на Урале (1943) начал выпускать грузовые автомобили УралЗИС-5.

В оккупированном Минске был построен авторемонтный завод фирмы «Даймлер - Бенц». После освобождения белорусской столицы в его корпусах начали сборку автомобилей, поступавших в Советский Союз по ленд-лизу. Такова предыстория Минского автозавода. В военные годы началось географическое рассредоточение предприятий автомобильной промышленности. Этот процесс продолжался и в последующие десятилетия.

Вторая половина 40-х - конец 60-х гг. Четверть века после войны - период стабильного эволюционного развития советской автомобильной промышленности. С 1949 г., когда был превышен довоенный уровень производства, и по 1969 г. выпуск автомобилей в СССР вырос в три раза: грузовых - в два раза, легковых - более чем в шесть раз, автобусов - более чем на порядок. Некогда исключительно «грузовая» отрасль все более приобретала пассажирскую направленность. Легковые автомобили стали поступать в свободную продажу. Началась вялотекущая автомобилизация населения. Настоящий бум переживало автобусное сообщение.

В 1946 г. Горьковский автозавод приступил к выпуску грузовых автомобилей ГАЗ-51 и легковых М-20 «Победа», а в 1948 г. - грузовых автомобилей высокой проходимости ГАЗ-63. В 1950 г. завод начал производство комфортабельных легковых автомобилей ГАЗ-12, а в 1952 г. -легковых автомобилей высокой проходимости ГАЗ-69.