Мотор

В заключение посмотрим, от чего зависит мощность современного двигателя внутреннего сгорания.

В первую очередь она зависит от числа цилиндров в двигателе — чем больше их, тем значительнее мощность мотора. Мощность зависит также и от размеров самого цилиндра, от объёма его. Когда говорят, что двигатель имеет объём столько-то кубических сантиметров — этим характеризуют мощность двигателя. Наконец, с увеличением числа оборотов мотора, естественно, растёт и его мощность. Есть и ещё одна величина, влияющая на мощность мотора, — это степень сжатия горючей смеси перед её зажиганием. В обычных двигателях смесь сжимают в Б или 6 раз. Увеличение сжатия увеличивает и мощность двигателя, но не беспредельно. При степени сжатия свыше 8–9 горючее начинает самовоспламеняться или, как говорят, двигатель детонирует. Об этом свойстве самовоспламенения горючего мы расскажем в следующей главе.

6. Дизель

Рассмотренный нами двигатель внутреннего сгорания даёт по сравнению с паровой машиной огромную экономию топлива. Однако для своей работы он требует весьма дорогостоящего горючего — бензина.

Изобретатели задались целью — создать наиболее экономичный двигатель, который, обладая качествами бензинового мотора, работал бы на более дешёвом жидком горючем.

Такой двигатель, работающий на керосине, удалось создать изобретателю инженеру Дизелю, именем которого и назван новый двигатель внутреннего сгорания. Дизель же, работающий на самом дешёвом жидком топливе — на сырой нефти, был создан в России.

Рис. 15. Четыре такта работы дизеля.

Дизель показал высокое полезное использование тепла горючего — 34 процента против 24 процентов у бензинового мотора и 10–15 процентов у паровой машины.

Как же работает и устроен дизель? Чем он отличается от бензинового мотора?

Представьте себе обычный четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания с цилиндром, поршнем, коленчатым валом и маховиком. Создадим этому двигателю несколько иные условия работы и рассмотрим четыре такта его рабочего процесса (рис. 15).

Первый такт: в цилиндр двигателя всасывается чистый воздух, а не горючая смесь воздуха с парами бензина, как в обычном моторе.

Второй такт: воздух обратным движением поршня подвергается очень большому сжатию (до 35 атмосфер). В результате сжатия он мгновенно нагревается (до 700 градусов). Эта температура вполне достаточна для того, чтобы горючее вспыхнуло без зажигания электрической искрой. Поэтому, если в такой раскалённый сжатый воздух впрыснуть теперь жидкое топливо, оно самовоспламенится. Это и осуществляется в следующем такте.

Третий такт: горючее подаётся в цилиндр постепенно с тем, чтобы оно не взрывалось, а сгорало. При таком сгорании газы, расширяясь, будут давить на поршень во время всего рабочего хода, а не только в момент взрыва, как это было в бензиновом двигателе.

При четвёртом такте поршень выталкивает отработанные газы в выхлопную трубу.

— Но, — скажет поверхностный наблюдатель, — ведь почти то же самое происходит в бензиновом моторе. Правда, у него давление сжатия смеси меньше… Надо, видимо, увеличить давление…

Оказывается, в высоком давлении при сжатии заключается основное преимущество дизеля. Такое давление даёт наилучшее использование горючего. В обычном двигателе нельзя применить высокое давление, так как сжимаемая здесь горючая смесь при большом давлении может преждевременно самовоспламениться и нарушить всю работу мотора.

Горючее подаётся в цилиндр дизеля постепенно и так же постепенно сгорает в нём. Это позволяет сжигать в дизеле тяжёлое горючее: нефть, соляровое масло и т. п.

Как мы уже говорили, первые зарубежные дизели работали на бензине и керосине. Только после того, как в России, на Балтийском заводе в Петербурге, в 1899 году был построен первый в мире двигатель внутреннего сгорания, работавший на нефти, успех дизелей окончательно утвердился в технике.

Был создан самый дешёвый и экономичный двигатель внутреннего сгорания.

Усовершенствование дизелей на этом не прекратилось.

Вскоре был построен дизель, работающий двухтактно (рис. 16). Зачем на один рабочий ход поршня тратить три вспомогательных хода, когда весь рабочий процесс двигателя можно завершить при двух ходах поршня?

В двухтактном двигателе поршень не производит всасывания и выхлопа. Эти такты заменены искусственной продувкой цилиндра свежим воздухом, который выталкивает выхлопные газы и заполняет цилиндр перед сжатием.

Продувка совершается в тот момент, когда поршень выдвигается из цилиндра. В это короткое мгновение через специальные окна в цилиндр врывается струя сжатого свежего воздуха, вытесняет выхлопные газы и заполняет цилиндр. После этого сжатие и рабочий ход происходят, как обычно.

Рис. 16. Схема работы двухтактного дизеля.

Казалось, в этом случае, когда каждый рабочий ход приходится на два такта поршня, мощность двигателя должна возрасти вдвое. Практически же она возрастает процентов на семьдесят. Но при этом двухтактный двигатель потребляет и больше горючего, чем четырёхтактный. Может быть, поэтому в технике до сих пор ещё не решён вопрос о том, какой из двигателей лучше: четырёхтактный или двухтактный.

Двухтактными бывают не только нефтяные, но и бензиновые двигатели — чаще всего мотоциклетные.

7. Современный дизель

Рис. 17. Разрез транспортного дизеля.

Перед нами современный транспортный дизель (рис. 17). Часть чугунного блока двигателя представляет собой несколько вертикально расположенных цилиндров. Каждый цилиндр имеет двойные стенки. Наружные стенки составляют уже известную нам по автомобильному мотору «водяную рубашку», внутренние — сам цилиндр. Для того чтобы в случае износа не менять всего блока цилиндров, стенки цилиндров иногда делаются в виде вставных гильз — отрезков трубы, которые при необходимости можно заменять.

Внутри цилиндра ходит поршень. Сверху цилиндр закрыт крышкой, также имеющей «водяную рубашку». Между верхней крышкой и поршнем находится камера сгорания.

Коленчатый вал укреплён на подшипниках в блоке двигателя и приводится во вращение от поршней через шатуны.

Тяжёлый маховик, насаженный на коленчатый вал, обеспечивает двигателю плавный ход.

Ввиду того, что давление воздуха в цилиндре двигателя достигает в момент сжатия 30–35 атмосфер, горючее должно поступать в камеру сгорания с ещё большим давлением. Существует два способа такой подачи топлива: компрессорный и бескомпрессорный.

При первом способе специальный воздушный насос-компрессор, приводимый в движение от коленчатого вала двигателя, накачивает воздух в особый резервуар высокого давления, откуда воздух и подводится к топливной форсунке — прибору, разбрызгивающему горючее. К моменту рабочего хода поршня насос подаёт небольшую порцию горючего в форсунку, где оно подхватывается струёй сжатого воздуха и распыляется в камере сгорания. Такая установка довольно сложна. Однако достоинством этой установки является то, что сжатый воздух можно использовать для запуска самого двигателя. Благодаря большому давлению сжатия запуск дизеля является довольно трудным делом.

За последние годы в дизелестроении начали широко применять бескомпрессорную подачу топлива. Она применена и на изображённом на рисунке 17 дизеле. В этом случае горючее нагнетается в камеру сгорания под огромным давлением в 350–400 атмосфер, а в некоторых случаях даже до 600 атмосфер.

Такое давление создаётся небольшим топливным насосом. Плотно пригнанный поршенёк, двигаясь внутри насоса, сжимает горючее, пытаясь его вытеснить через тончайшие отверстия форсунки. Поскольку эти отверстия имеют диаметр не более 0,2–0,4 миллиметра, вытесняемое насосом топлива не может вытекать сразу и врывается в цилиндр под огромным давлением. Распыляясь и смешиваясь с раскалённым от сжатия воздухом, оно вспыхивает.