Знакомьтесь - автомобиль - Иван Максимович Серяков
Известно, что при сжатии газ нагревается. К концу такта сжатия температура смеси в цилиндре повысится до 350-400 градусов.
Между дном поршня, достигшего верхней мертвой точки, и головкой, закрывающей цилиндр сверху, остается небольшое пространство, где находится сжатая смесь. Пространство это получило название камеры сжатия или камеры сгорания, потому что в ней-то в основном и происходит горение смеси. Рабочий объем цилиндра вместе с объемом камеры сжатия составляет полный объем цилиндра. А если разделить полный объем цилиндра на объем камеры сгорания, то получим отвлеченную величину – степень сжатия, показывающую, во сколько раз сжата смесь.
Рабочий процесс четырехтактного четырехцилиндрового двигателя (второй полуоборот). Коленчатый вал делает второй полуоборот, повернулся на 360°. В первом цилиндре после рабочего хода начинается выпуск. А в четвертом идет такт сжатия. Во втором цилиндре происходит рабочий такт, а в третьем, после окончания выпуска, – такт впуска.
Выше мы уже могли убедиться, что мощность двигателя прямо зависит от того, какому давлению подверглась смесь или, другими словами, какова степень сжатия.
Итак, поршень достиг верхней мертвой точки. Смесь сжата, нагрелась и полностью подготовлена к сгоранию. Остается только воспламенить ее. Теплота превратится в работу.
Горит смесь моментально. Температура и давление при этом резко повышаются, достигая соответственно 2000-2500 градусов и 30-40 атмосфер. Образовавшиеся при горении газы под таким давлением действуют на поршень, и он устремляется вниз, с силой поворачивая коленчатый вал. Газ произвел полезную работу, поэтому и процесс назвали рабочим тактом. Только при этом такте получается полезная работа.
Рабочий процесс четырехтактного четырехцилиндрового двигателя (третий полуоборот). Коленчатый вал повернулся на 540°. Первый цилиндр успел очиститься от отработавших газов, поршень его идет вниз, происходит заполнение горючей смесью. В четвертом цилиндре поршень также идет вниз. Какой же там такт? Очевидно, рабочий. Во втором и третьем цилиндрах поршни движутся вверх. Во втором – идет выпуск, в третьем – сжатие.
Когда поршень придет к нижней мертвой точке, откроется выпускной клапан, соединяющий цилиндр с атмосферой, и газы, выполнившие свою работу, станут уходить наружу. Вращаясь теперь по инерции, коленчатый вал будет толкать шатун вверх. Поршень, увлекаемый шатуном, подталкивает газы, ускоряя очистку цилиндра. К моменту, когда он придет в верхнюю мертвую точку, цилиндр полностью очистится и будет готов к приему очередной порции горючей смеси.
Рабочий процесс четырехтактного четырехцилиндрового двигателя (четвертый полуоборот). Коленчатой вал повернулся на 720°. Поршни первого и четвертого цилиндров идут вверх, в первом происходит сжатие, в четвертом – выпуск. Во втором цилиндре идет заполнение горючей смесью, в третьем – рабочий такт. За два оборота произошел полный рабочий цикл во всех цилиндрах, а дальше все повторится сначала.
Процесс, когда поршень идет вверх и выталкивает газы, назвали тактом выпуска. На нем собственно рабочий цикл и заканчивается, а дальше все повторяется сначала. Такие двигатели, в которых рабочий процесс совершается за четыре движения поршня между мертвыми точками, назвали четырехтактными.
Как мы уже установили, за один такт коленчатый вал поворачивается на полоборота, или на 180 градусов. Следовательно, за весь рабочий цикл коленчатый вал сделал два оборота.
Один – с сошкой, трое – с ложкой
Теперь вдумайтесь в работу такого двигателя. Лишь один такт из четырех – рабочий ход – является полезным, только при нем тепловая энергия превращается в работу. Три другие такта – впуск, выпуск и сжатие – не только не дают механической энергии, но даже расходуют ту, что получается при рабочем ходе. Энергия тратится на наполнение цилиндра, сжатие смеси и выталкивание продуктов горения. Вот и выходит, что все эти три такта являются тактами-иждивенцами. Перефразируя известную пословицу, можно сказать: «Один – с сошкой, а трое – с ложкой».
Конструкторы подумали: а нельзя ли сократить число тактов-иждивенцев. Оказалось, можно! Они создали двухтактный двигатель, где весь рабочий процесс совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня.
Как же он работает?
Характерным для такого двигателя является то, что горючая смесь в цилиндр поступает не прямо из карбюратора, а побывав предварительно в картере.
Предположим, поршень начал движение кверху. К тому времени цилиндр заполнен смесью и происходит ее сжатие.
Одновременно, уходя вверх, поршень создает в картере разрежение и через открывшееся окно туда устремляется горючая смесь из карбюратора. Сжатие совмещается с впуском.
Наконец поршень достиг верхней мертвой точки, такт сжатия закончился. В цилиндр поступает искра, и горючее вспыхивает. Под давлением газов поршень устремляется вниз – происходит рабочий ход.
Двигаясь вниз, поршень открывает сначала выпускное отверстие, затем впускное, соединяющее цилиндр с картером. Через выпускное продукты горения, уже выполнившие работу, уходят в атмосферу. По специальному же каналу через впускное отверстие в цилиндр устремляется горючая смесь из картера, где идущий вниз поршень создает значительное давление.
Таким образом, пока поршень движется вниз, происходят одновременно три такта: рабочий ход, выпуск отработавших газов и заполнение цилиндра свежей смесью. Во время движения вверх происходит сжатие смеси и подготовка такта впуска – заполнение смесью картера. Весь рабочий процесс происходит здесь за два такта, то есть за один оборот коленчатого вала.
В этом двигателе рабочий процесс происходит за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня. Такой двигатель называется двухтактным
В двухтактных бензиновых двигателях обычно нет клапанов, впускное и выпускное окна закрываются и открываются телом поршня. Они просты по устройству и производство их дешевле.
Казалось бы, имея такие преимущества, двухтактные двигатели должны вытеснить четырехтактные. В практике этого не происходит по той причине, что они менее экономичны. В самом деле, в двухтактных двигателях после начала рабочего хода выпускное отверстие должно открываться раньше, чем в четырехтактных, чтобы успеть за один ход поршня и очистить цилиндр и наполнить его горючей смесью,
Следовательно, в атмосферу уходят газы, успевшие отдать сравнительно меньшую часть своей энергии.
Двухтактные двигатели находят применение в основном там, где не требуется большая мощность – на мотороллерах, мотоциклах, небольших автомобилях, на моторных лодках.
Секретное изобретение
Шел сентябрь 1913 года. Над Европой сгустились тучи мировой войны. Генеральные штабы дни и ночи работали над планами развертывания армий.
И вдруг среди штабных работников и военных разведчиков поползли слухи о том, что немецкий инженер Рудольф Дизель изобрел мощный секретный двигатель, который можно установить на военных кораблях, на автомобилях, тракторах, и что английский генеральный штаб собирается купить у него чертежи.
...Море штормило. Огромные волны подбрасывали пароход «Дрезден», державший курс на Лондон.
Не обращая внимания на качку, за столиком судового ресторана оживленно беседовали трое. Один из них, одетый в черный фрак, с дорогими перстнями на руках, и был Рудольф Дизель. Двое его собеседников – бельгийские инженеры – почтительно замолкали, стоило ему заговорить. Ехали все трое на
