Знакомьтесь - автомобиль - Иван Максимович Серяков
В двигателе автомобиля «Волга» впускной клапан открывается с опережением в 24 градуса, а закрывается с запозданием в 64 градуса. Продолжительность заполнения цилиндра составит время, необходимое для поворота коленчатого вала на 268 градусов (24+180+64).
А теперь разберемся, нет ли в наших рассуждениях противоречий? В самом деле, чтобы лучше очищался цилиндр и благодаря этому увеличилась мощность двигателя, выпускной клапан открывается до окончания рабочего такта. К чему это приводит? К тому, что в атмосферу уходят газы, еще не отдавшие некоторой части тепловой энергии, а в результате двигатель теряет часть мощности. Короче говоря, приобретается мощность за счет потери мощности!
Все это верно. И однако конструкторы идут на некоторую потерю энергии, ибо выигрыш мощности от лучшей очистки цилиндров несравненно больше проигрыша мощности в результате раннего открытия выпускного клапана. С наибольшей силой давят газы на поршень сразу же после вспышки. К концу рабочего хода давление их резко падает и серьезного влияния на мощность двигателя не оказывает.
Но это не все. Существует еще один кажущийся парадокс. Мы уже говорили, что закрывается выпускной клапан, когда поршень пройдет верхнюю мертвую точку, в цилиндре возникнет разрежение и начнет поступать горючая смесь. Но разве могут газы покинуть цилиндр, если в нем разрежение? Казалось бы, наоборот, их оттуда ничем не вытолкнешь. И тем не менее это факт, что газы продолжают уходить в атмосферу. К настоящему вопросу мы еще вернемся, а пока рассмотрим, как происходит заполнение цилиндра горючей смесью.
Впускной клапан открывается с опережением, в конце такта выпуска. Но ведь во время такта выпуска в цилиндре образуется давление, которое не пустит туда горючую смесь. Так почему же не считаются с этим, почему действуют наперекор логике?
И это не все. Закрывается впускной клапан уже после того, как поршень минует нижнюю мертвую точку и начнется такт сжатия, когда поршень, казалось бы, должен выталкивать через впускное отверстие смесь, уже поступившую в цилиндр. Выходит, и здесь какая-то несуразность. Но это только на первый взгляд. Фактически все оказывается значительно проще и находится в пределах действующих в природе физических законов.
Возьмем, к примеру, питание двигателя горючей смесью. Смесь поступает в цилиндры по очереди, но непрерывным потоком и с большой скоростью. Поэтому она обладает известной силой инерции.
А что такое сила инерции? Попробуйте мгновенно полностью перекрыть щитом русло быстрого потока. Вода забурлит и так обрушится на запруду, что легко может сорвать ее.
Так и поток горючей смеси. Врываясь в цилиндр вначале такта впуска, он преодолевает сопротивление остатка отработавших газов и, вытолкнув, занимает их место.
Затем поршень придет в нижнюю мертвую точку и направится вверх. Смесь начнет сжиматься. Но, хотя впускной клапан открыт, из цилиндра она не убежит. Напор потока смеси будет настолько велик, что преодолеет возрастающее давление при сжатии и наполнение цилиндра продлится. В цилиндр больше поступит смеси.
Закрывается впускной клапан после того, как поршень пройдет верхнюю мертвую точку и начнет такт впуска. Некоторое время оба клапана, как впускной, так и выпускной остаются открытыми – отработавшие газы еще не освободили цилиндр, остатки их уходят наружу, а уже поступает горючая смесь. Такое положение назвали перекрытием. В момент перекрытия горючая смесь как бы продувает цилиндры, очищая их от газов.
Цилиндр лучше очищается от отработавших газов, больше освобождается места для новых порций горючей смеси. Двигатель полнее заполняется ею, больше тепла выделяется при горении, мощность повышается.
Угол поворота коленчатого вала между открытием и закрытием клапанов, выраженный в градусах, назвали фазами газораспределения. У каждой марки двигателя они особые.
Не подмажешь – не поедешь
С трением в двигателе мы встречаемся на каждом шагу. Вращается коленчатый вал – происходит трение между его шейками и подшипниками. Скользят по стенкам цилиндра поршни, и тут трется металл о металл. Вообще во всех узлах двигателя, где имеется вращение или прямолинейное движение, непременно происходит трение. Величина его довольно внушительная.
А что оно дает двигателю? В большинстве случаев трение приносит вред – вызывает износ деталей и снижает полезную мощность двигателя, ибо на преодоление трения приходится расходовать значительную энергию. Нередко пятнадцать, а то и двадцать процентов.
Отчего зависит сила трения? В первую очередь от нагрузки на трущиеся части. Пустую бочку легко везет на санках мальчик, но попробуйте наполнить ее водой, и тащить санки станет трудно даже взрослому человеку. Сила трения возрастает с ростом силы, с которой одна трущаяся деталь прижмется к другой, то есть прямо пропорциональна этой силе.
Зависит сила трения и от характера поверхности, по которой скользит деталь. Хорошо отшлифованная поверхность создает меньше трения, чем плохо обработанная.
Кроме трения скольжения существует трение качения. Он значительно меньше первого. Мужчина, например, с трудом тянет бочку по земле, и в то же время легко сможет ее катить.
Царица Екатерина II решила в Петербурге возвести памятник Петру I, тот самый, который после Пушкина известен как «Медный всадник». Для него необходим был гранитный пьедестал. Возле деревни Лахта, недалеко от Петербурга, на болоте нашлась подходящая гранитная глыба. Но как ее доставить, ведь вес глыбы достигал несколько тысяч тонн? Тащить волоком нечего было и думать. Выручила народная смекалка: местный кузнец предложил приспособление, заменившее трение скольжения трением качения.
По его плану от места залегания камня до Финского залива соорудили сплошной прочный желоб. В желоб уложили медные шары, а на них поставили металлические сани.
Камень погрузили на сани, и четыреста человек толкали их. По шарам сани катились легче, глыбу благополучно доставили к заливу и погрузили на специальное судно.
В технике, чтобы уменьшить потери на трение, там, где этой можно, стараются заменить трение скольжения трением качения. На автомобиле тоже широко применяются шариковые и роликовые подшипники, основанные как раз на этом принципе.
Величина силы трения определяется и скоростью, с которой движутся трущиеся части. Чем скорость выше, тем больше трение.
Имеет значение и материал деталей. Если трущиеся части сделаны из одного металла, то трение будет большим, а если из разных – меньшим. Давление тоже имеет значение.
В народе бытуют две поговорки: «Не подмажешь – не поедешь» или «Идет, как по маслу». Обе они имеют глубокий смысл. Давным-давно было замечено, что скольжение по мокрой поверхности происходит лучше, чем по сухой. Обратите внимание, с какой легкостью фигурист выделывает свои замысловатые фигуры на льду. А с какой скоростью несется конькобежец! И откуда у него такая легкость? Скажут:
– Это потому, что лёд гладкий.
Но ведь стекло глаже. А попробуйте на тех же коньках прокатиться по стеклянному полу, и вы тут же убедитесь, что легкости, как не бывало. Значит, дело не только
