Мотор - [5]

По такой схеме работал первый газовый двигатель, сконструированный в 1860 году.

В цилиндр этого двигателя поступал газ, смешанный с воздухом. Зажигался он электрической искрой. Для того чтобы поршень и цилиндр не перегревались от постоянно повторяющихся вспышек, цилиндр снаружи охлаждался водой. Как говорят, на цилиндр одевается «водяная рубашка». Эта первая газовая машина вошла в историю под метким прозвищем «пожирателя газа», так как она расходовала огромное количество газа, а в полезную работу превращала меньше 5 процентов тепла от его сгорания. Основная масса тепла уносилась с охлаждающей водой. Такой газовый двигатель оказался невыгодным. В жизнь вошёл другой способ сжигания горючей смеси, осуществляемый при так называемом четырёхтактном процессе работы двигателя.

4. Четыре такта

Основа этого процесса — сжатие горючей смеси перед её вспышкой. Это нововведение повысило полезное использование тепла в двигателе с 4 до 18 процентов.

Для того чтобы лучше уяснить себе работу четырёхтактного двигателя, рассмотрим отдельные положения поршня в цилиндре.

Каждое перемещение поршня с одного края цилиндра к другому называется тактом. В четырёхтактном двигателе поршень четыре раза переходит от одного края цилиндра к другому, и за это время лишь один раз происходит вспышка горючей смеси в цилиндре.

Посмотрите на рисунок 8. Поршень связан при помощи шатуна с коленчатым валом, на который насажено тяжёлое маховое колесо. Если поршень вдвинуть как можно глубже в цилиндр, кривошип удержит поршень от того, чтобы он ударил в закрытую крышку цилиндра. Между крышкой и поршнем останется небольшое свободное пространство, называемое камерой сжатия. Как мы увидим, здесь будет сжиматься горючая смесь. В камере сжатия находятся два отверстия с клапанами: одно — для впуска горючей смеси, другое — для выпуска продуктов горения. Сюда же подведена электрическая запальная свеча для зажигания.

Рис. 8. Четыре такта работы мотора.

Начнём поворачивать маховик, выдвигая тем самым поршень (рис. 8, а). При таком движении поршень будет создавать разрежение в цилиндре, и, если открыть клапан для впуска, горючая смесь засосётся поршнем и заполнит освобождающийся объём цилиндра.

Это движение поршня, вызывающее всасывание горючей смеси, и есть первый такт работы двигателя — всасывание.

Будем продолжать вращение махового колеса, но предварительно закроем клапан подачи горючего (рис. 8, б). Сделав полоборота, маховое колесо будет через кривошип загонять поршень обратно в цилиндр. Тогда горючая смесь, только что заполнявшая весь объём цилиндра, будет сжиматься до тех пор, пока поршень не станет в своё первоначальное положение. Это — второй такт — сжатие.

Теперь остаётся поджечь сжатую горючую смесь. Это делают с помощью искры, получаемой на электрической свече. Смесь взорвётся, и газы с огромной силой надавят на стенки цилиндра и поршень. Величина этого давления достигает 40–45 килограммов на квадратный сантиметр площади поршня. В результате этого газы будут стараться вытолкнуть поршень из цилиндра. Поршень нажмёт на шатун, шатун повернёт кривошип, а вместе с ним и маховое колесо (рис. 8, в).

Это — третий такт двигателя — рабочий ход. Рабочим ходом он называется потому, что именно при этом такте двигатель совершает полезную работу — раскручивает маховик.

Разогнав маховик, поршень уже под его действием вновь загоняется в цилиндр. Но в это время открывается выпускной клапан, и отработанные газы выталкиваются из цилиндра наружу (рис. 8, а).

Это — четвёртый такт двигателя — выхлоп.

При выхлопе поршень опять занимает первоначальное положение, но вращающийся по инерции маховик заставляет его вновь засосать, а затем и сжать горячую смесь. Её снова поджигают искрой (рабочий ход), и все процессы повторяются. Таким образом, двигатель будет работать, и маховое колесо будет безостановочно вращаться.

Давление газов при вспышке настолько велико, что одного рабочего хода поршня вполне достаточно на три вспомогательных такта: всасывание, сжатие и выхлоп. При этом будет вращаться не только сам маховик двигателя, но и присоединённые к двигателю станки или другие машины.

Однако мотор с одним цилиндром работает толчками.

Обычно у двигателя внутреннего сгорания бывает не один цилиндр и поршень, а несколько. В этом случае поршни работают на один маховик через несколько колен коленчатого вала. Естественно, чем больше цилиндров, тем мощнее получается мотор, тем плавнее он работает. Теперь есть авиационные моторы с количеством цилиндров свыше тридцати.

Рис. 9. Схема четырёх цилиндрового четырёхтактного мотора.

Если мотор имеет четыре цилиндра (рис. 9), мы можем так отрегулировать работу клапанов и время зажигания в цилиндрах, что в любой момент один из четырёх поршней будет иметь рабочий ход, вращающий маховик. Когда, например, в одном цилиндре открыт впускной клапан и происходит всасывание горючей смеси, в другом цилиндре в это время оба клапана закрыты, и смесь сжимается. В третьем — электрическая искра даёт вспышку горючей смеси, и поршень совершает рабочий ход. В четвёртом цилиндре при открытом выпускном клапане происходит выхлоп отработанных газов.