Мотор

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.

В следующее мгновение рабочий ход будет в первом цилиндре, затем во втором, в четвёртом и т. д.

Отрегулировав открывание клапанов и подачу искры в цилиндры, мы заставим двигатель работать плавно и непрерывно. Надо только сообщить мотору начальное вращение, чтобы засосать и сжать горючую смесь в цилиндре, а затем мотор заработает сам.

И когда шофёр с помощью ручки заводит мотор своего автомобиля, он и даёт мотору начальное вращение. Тогда в каком-либо из четырёх цилиндров произойдёт первая вспышка, необходимая для дальнейшей самостоятельной работы двигателя.

Подавляющее большинство современных автомобильных и авиационных моторов работают, совершая четыре такта.

5. Мотор сегодня

На протяжении многих лет развивался двигатель внутреннего сгорания, пока не превратился в обычный автомобильный мотор сегодняшнего дня.

Не раз, вероятно, подходил заинтересованный читатель к остановившемуся автомобилю, рассматривая застывший или работающий мотор.

Посмотрим теперь и мы, как устроен самый обычный четырёхцилиндровый четырёхтактный двигатель автомобиля. Для простоты мы помещаем рисунок одноцилиндрового двигателя в разрезе (рис. 10). Автомобильный четырёхцилиндровый мотор отличается только числом таких же цилиндров и поршней.

Все четыре цилиндра мотора расположены рядом, вертикально. Это одна чугунная отливка — так называемый блок мотора, в теле которого проделаны четыре сквозных отверстия — цилиндры, отполированные изнутри. Внутри цилиндров находятся поршни; они свободно двигаются вверх и вниз, будучи связаны через шатуны с коленчатым валом. Снизу отверстия цилиндров открыты, а сверху закрыты обшей крышкой; это головка блока — глухая стенка цилиндров. Под крышкой цилиндров находится углубление — камера сгорания, куда выходят по два клапана на каждый цилиндр — для впуска горючего и для выхлопа газов; там же находится запальная свеча для подачи в цилиндр электрической искры. Внешне клапаны напоминают шляпку грибка на длинной тонкой ножке; они плотно прижимаются пружиной к своим гнёздам — отверстиям, ведущим на выхлоп или же к горючей смеси. Каждый клапан поднимается автоматически с помощью выступов на кулачковом вале, связанном зубчатой передачей с коленчатым валом мотора. Открытие клапанов происходит соответственно тому такту, который должен осуществляться в данном цилиндре.

Поршень — это самая подвижная часть двигателя. При работе мотора он мечется вверх и вниз по цилиндру несколько тысяч раз в минуту. Во время вспышки горючего температура над поршнем превышает тысячу градусов. Условия работы поршня крайне тяжелы. Поршни почти всех современных двигателей делаются из алюминия для уменьшения их веса и для лучшего отвода от них тепла. Для уменьшения износа поршня от трения о стенки цилиндров, а также для увеличения плотности между цилиндром и поршнем на последний одевают несколько пружинящих колец. Кольца плотно прижимаются к стенкам цилиндров. Со временем они хотя и стираются, однако благодаря тому, что они пружинят, всё же продолжают плотно прилегать к стенкам цилиндра.

Рис. 10. Разрез одноцилиндрового бензинового двигателя.

С помощью шатунов все четыре поршня связаны с коленчатым валом. На валу сидит маховик. Усилие двигателя передаётся на колёса автомобиля через особую передачу и зубчатые шестерни.

Поршни мотора работают в такой последовательности, что на каждый полуоборот вала приходится рабочий ход одного из поршней, так что в каждый момент какой-либо из четырёх поршней толкает вал двигателя.

При работе поршень сначала опускается и засасывает через поднявшийся впускной клапан смесь паров бензина с воздухом. Затем клапан закрывается, и поднимающийся поршень сжимает горючую смесь. В последний момент сжатия в запальной свече, сделанной в виде пробки, ввинченной через головку блока в камеру сгорания, проскакивает весьма сильная электрическая искра. Она производит взрыв сжатой горючей смеси. Взрыв отбрасывает поршень вниз. Поршень через шатун поворачивает коленчатый вал, а затем вновь устремляется в цилиндр, выталкивая газы сквозь открывшийся выхлопной клапан. Всё это происходит много десятков раз в секунду.

Как же при таких скоростях регулируется открытие и закрытие клапанов, а также подача искры? Ведь достаточно хотя бы на мгновение нарушить чёткую последовательность этих операций, как двигатель перестанет работать. Однако ошибки здесь быть не может. Подъём клапанов, как мы уже говорили, производится с помощью специального кулачкового валика, который получает вращение от основного коленчатого вала мотора через зубчатые колёса. Таким образом, положение коленчатого вала точно определяет положение кулачкового валика, а тем самым и соответствующее положение клапанов во всех четырёх цилиндрах.