Глава III. Стальное сердце

Знакомьтесь - автомобиль

Рождение лошадиных сил

Каждый знает, как стреляет ружье. В казенную часть его вставляют патрон, заряженный порохом. Удар курка по капсюлю воспламеняет заряд. Образующиеся при горении пороха газы от тепла, расширяются и толкают пулю по стволу. Тепловая энергия, полученная при сгорании пороха, превращается в механическую работу. Ружье - это своеобразный двигатель.

А нельзя ли использовать порох в автомобильном двигателе, чтобы заставить его энергию приводить в действие механизм автомобиля? Оказывается, нельзя. Порох сгорает быстро, точнее - взрывается. А это вредно отразится на двигателе. К тому же и теплотворная способность пороха - количество выделяемого при горении тепла - незначительна: раз в десять меньше, чем у нефтяного топлива. А ведь это очень важно: чем больше тепла выделит топливо, тем больше его можно превратить в работу. Несравненно выгоднее в двигателе применять бензин: он и горит более спокойно и выделяет больше тепла.

Принцип работы двигателя

Чтобы уяснить принцип работы двигателя, проделаем простой опыт. Возьмем небольшой цилиндр, плотно закроем его пробкой и поставим на спиртовку. При нагревании воздух в цилиндре будет расширяться и вытеснять пробку.

Примерно то же самое происходит в цилиндре автомобиля. Толькси цилиндр не подогревают, а внутри его сжигают топливо. Полученная при горении теплота нагревает продукты горения - газы, те расширяются и энергично толкают пробку-поршень.

Так тепловая энергия превращается в работу, "рождаются" лошадиные силы, движущие автомобиль.

При выстреле пуля вылетает из ствола ружья. А если бы поршень при работе цилиндра также вылетал, то для непрерывной работы понадобилась бы целая куча их. Но в действительности цилиндр все время "заряжается" горючей смесью и "стреляет" одним и тем же поршнем, потому что он "привязан" с помощью деталей к специальному механизму. Вот послушайте, как это сделано.

Решение задачи

Поршень движется прямолинейно, вдоль цилиндра, совершая движение вверх и вниз:

А посмотрите на мчащийся автомобиль: колеса его совершают круговое движение. Значит, двигатель должен преобразовать прямолинейное движение во вращательное. Инженеры остроумно решили эту задачу.

Поршень посредством стального стержня-шатуна соединил с валом, имеющим колена-кривошипы, а потому и получившим название коленчатого вала. Верхний конец шатуна соединен с поршнем, а нижний - с шейкой коленчатого вала.

Теперь, когда поршень станет двигаться вниз, он будет толкать шатун, в результате повернется колено вала. Если коленчатый вал вращать дальше, колено его станет подниматься и начнет толкать вверх шатун, а через него поршень. Как видите, поршень все время ходит вверх-вниз, а коленчатый вал вращается. Таким простым способом и решается задача превратить прямолинейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм, который это осуществляет, получил название кривошипно-шатунного механизма,

Начало и конец

Началом работы двигателя является заполнение цилиндра горючей смесью. Как это происходит?

При движении поршня вниз давление в цилиндре понижается до 0,8 атмосферы. Над поршнем создается разрежение.

Но цилиндр сообщается с прибором, приготовляющим горючую смесь. Смесь поступает через впускное отверстие с клапаном.

На верхнем левом рисунке вы видите процесс заполнений цилиндра горючей смесью - такт впуска. Когда закончится заполнение цилиндра, смесь надо сжать. Процесс сжатия показан на правом верхнем рисунке. Клапаны здесь закрыты, чтобы смесь не могли уйти из цилиндра, поршень, двигаясь вверх, сжимает ее. Но вот смесь сжата. Теперь ее воспламеняют, происходит процесс горения, давление резко повышается. Под давлением газов поршень быстро движется вниз - это рабочий такт (левый рисунок). Такт выпуска показан на правом нижнем рисунке

Поршень пошел вниз,- клапан открывается, и горючее устремляется в разреженное пространство над поршнем.

Чем больше смеси войдет в цилиндр, чем лучше он наполнится тем больше теплоты выделится при горении и тем большую работу произведет продукт горения - газ.

Процесс заполнения цилиндра горючей смесью получил название такта впуска. Он начинается тогда, когда поршень станет уходить из самого верхнего положения - от верхней мертвой точки. Почему верхнее положение поршня называют мертвой точкой? А потому, что здесь поршень меняет свое направление на обратное, в течение ничтожной доли секунды он стоит на месте и скорость его равна нулю. Точно так же нижнее положение поршня называют нижней мертвой точкой.

Расстояние между нижней и верхней мертвыми точками составляет ход поршня. Его измеряют в миллиметрах. Объем цилиндра, ограниченный мертвыми точками, назвали рабочим объемом. Пока поршень придет из верхней мертвой точки в нижнюю, коленчатый вал успеет повернуться на 180 градусов, совершить полоборота.

После того как поршень минует нижнюю мертвую точку, он пойдет вверх. В это время впускной клапан закрывается. Двигаясь вверх, поршень все больше и больше сжимает смесь. Когда он придет в верхнюю мертвую точку, такт сжатия будет закончен. Давление смеси к этому времени достигнет семи, а в некоторых двигателях даже десяти атмосфер. Чем выше давление, тем больше мощность двигателя.

Самое верхнее положение поршня в цилиндре называют верхней мертвой точкой, а самое нижнее - нижней мертвой точкой. Когда поршень достигнет этих точек, он как бы на одно мгновение останавливается, теряет свою скорость, 'замирает' на одном месте. После мертвой точки он начинает двигаться в обратном направлении: с верхней - вниз, с нижней - вверх

Известно, что при сжатии газ нагревается. К концу такта сжатия температура смеси в цилиндре повысится до 350-400 градусов.

Международном 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 принцип действия ручного тормоза 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 промышленную выставку в Англию.

За разговорами время бежало быстро, не заметили, как наступила полночь. Разошлись, условившись в семь утра встретиться за тем же столиком, позавтракать и закончить беседу.

Но утром бельгийцы, тщетно ждали своего талантливого попутчика.

- Непонятно, почему опаздывает господин Дизель,- нетерпеливо проговорил один из них.- На сколько мне известно, это не в его правилах-инженер весьма пунктуален.

А море бушевало по-прежнему. Свирепый осенний ветер гнал по небу черные дождевые тучи.

По просьбе бельгийцев пригласить Дизеля к завтраку отправился кельнер. Через несколько минут он вернулся:

- Господина Дизеля в каюте нет. По всей вероятности он и не ночевал там: ночная рубашка лежит на кровати неразвернутая.

Через полчаса все на корабле говорили о таинственном исчезновении известного изобретателя.

Знакомьтесь - автомобиль

А в это время одинокая рыбачья лодка, подбрасываемая разбушевавшимися волнами, медленно пробивалась к устью реки Шельды. Двое рыбаков напрягали силы, чтобы выдержать курс.

- Смотри, что там плывет?

- Смотри, что там плывет?- Я вскрикнул один из них.- Э, дружище, да это мертвец. Видно, море взяло еще одну жертву.

Через несколько минут утопленник лежал в лодке. Черный фрак туго обтягивал посиневшее тело. На скрюченных руках блестели перстни с бриллиантовыми камнями. Это оказался труп Рудольфа Дизеля.

А тайна гибели изобретателя навсегда осталась нераскрытой...

Дизель создал совершенно новый, более мощный тип двигателя. Вероятно, кому-то была невыгодна встреча ученого с англичанами.

Так в чем же особенность двигателя, разработанного Дизелем?

Мы уже знаем, что чем больше сжата горючая смесь, тем больше теплоты выделяется при ее горении. Значит, надо стремиться увеличит давление в цилиндре.

Но практика показывает, что бензин при значительном давлении взрывается, как говорят, детонирует, а этого допускать нельзя.

В своем двигателе Дизель применил тяжелое топливо. К тому же он изменил и порядок подачи его в цилиндр. У дизеля вначале в цилиндр поступает воздух. Он сжимается в 14-18 раз, отчего давление повышается до 35-40 атмосфер, а температура - до 500-700 градусом. Только тогда в камеру с плотным раскаленным воздухом впрыскивается горючее и моментально сгорает, выделяя большое количество тепла. Я дизеле, как видите, даже не требуется искры. К тому же это самый экономичный двигатель, в котором теплотворная способность топлива используется наилучшим образом.

На рисунке показана работа четырехтактного дизеля. Когда поршень идет вниз, в Цилиндре создается разрежение, цилиндр заполняется воздухом. Затем поршень начинает двигаться вверх, сжимать воздух. При сжатии температура повышается, воздух раскаляется. В сжатый воздух под большим давлением подается топливо, оно пробивает эту толщу и моментально воспламеняется. Совершается рабочий такт

Однако не всем дизель хорош. Двигатели эти громоздки. Их трудно заводить в холодное время года. В автомобилях их используют чаще всего на тяжеловозах.

Дизель изобрел четырехтактный двигатель. Позже появились и двухтактные. А сейчас на дорогах стран мира ходят миллионы автомобилей, работающих на тяжелом топливе.

Настоящий двигатель

Среди всех механизмов автомобиля наиболее ответственную роль выполняет двигатель. Его деталям приходится работать в тяжелейших условиях при высокой температуре, большой давлении, при частых и резких сменах скорости движения. Какой же прочностью и устойчивостью должны обладать его детали, чтобы уберечься от быстрого износа и поломок! Вот почему они изготовляются из особо прочных материалов и подвергаются специальной термической обработке.

На рисунке показаны коленчатый вал, маховик, шатунно-поршневая группа и механизм газораспределения. Коленчатый вал имеет коренные и шатунные шейки. Шатунная шейка и две прилегающие к нему щеки образуют кривошип или колено. Вал вращается на коренных шейках, о коренных подшипниках, которые устанавливаются в картере двигателя. На заднем конце вала имеется фланец, к нему крепится маховик. На переднем конце укреплена распределительная шестерня, находящаяся постоянно в зацеплении с шестерней распределительного вала

Главная часть двигателя - цилиндр. Он отливается из чугуна. Внутренняя поверхность его хорошо, до блеска отшлифована, почему называется зеркалом. Внутри цилиндра ходит поршень. Как бы зеркало ни было прочно, от трения оно изнашивается, теряет правильную форму, на его поверхности появляются царапины.

Ремонт зеркала - шлифовка, расточка - дело хлопотное. Чтобы упростить его, в цилиндр стали вставлять стальные или чугунные трубки - гильзы. Износится гильза, ее выбивают и ставят новую.

Двигатели могут иметь не один, а несколько цилиндров. Чаще всего автомобильные двигатели бывают четырех, шести или восьмицилиндровыми. Все цилиндры у них отлиты вместе, из одной заготовки, называемой блоком цилиндров. Цилиндры могут стоять вертикально, горизонтально или под углом. Сверху блок закрывается чугунной или алюминиевой крышкой - головкой блока. Между головкой и блоком ставится прокладка. Она создает герметичность в цилиндрах и не пропускает газы. Часть головки блока, обращенная к цилиндрам, плоская, и поршень, дойдя до верхней мертвой точки, должен бы приблизиться к головке вплотную. А где же тогда находиться горючей смеси? Для нее, выходит, нет места?

Блок цилиндров. Сверху он закрывается крышкой, головкой блока, в которой имеются углубления камеры сгорания. Между блоком и головкой ставится металло-асбестовая прокладка. Нижняя часть блока - картер двигателя - закрывается поддоном

Инженеры нашли выход. В головке блока, в местах, обращенных к цилиндрам, и по числу их имеются неглубокие выемки, где происходит воспламенение сжатого горючего. Эти выемки и являются камерами сгорания.

Форма камеры выбрана не случайно. Она должна быть такой, чтобы при сжатии происходило завихрение горючей смеси. Зачем нужно завихрение? Оказывается, оно способствует наиболее полному перемешиванию бензина с воздухом и лучшему распространению пламени.

Нижняя часть блока цилиндров вместе с крышкой-поддоном называется картером. В картере крепится кривошипный механизм и механизм газораспределения, а в поддоне помещается масло для смазки трущихся частей двигателя.

На специальных подшипниках в картере вращается коленчатый вал, Подшипники именуются коренными, число их в различных двигателях бывает различным - от трех и более, в зависимости от его размеров и мощности. Для облегчения ремонта и замены изношенных подшипники снабжены съемными вкладышами, покрытыми уменьшающим трение сплавом. Хорошо и удобно.

В особенно трудных условиях работает поршень, а значит, он должен быть прочным. Металлами, которые лучше противостоят высокой температуре, разному давлению продуктов горения, а также являются стойкими в отношении действия газов, зарекомендовали себя чугун и :алюминий. Правда, алюминиевые поршни имеют перед чугунными некоторые преимущества: они легче и лучше отводят теплоту,

Поршень имеет форму стакана, перевернутого вверх дном. Верхняя часть его называется головкой, а нижняя - юбкой. В головке сбоку имеются канавки для упругих компрессионных и маслосъемных колец.

При работе двигателя масло в картере разбрызгивается, попадает на стенки цилиндров. На стенки - хорошо, но масло нельзя допускать в камеру сгорания. Если оно проникнет туда, то на днище поршня, на клапанах и стенках камеры сгорания образуется нагар. К тому же масло может забрызгать свечи и тогда не будет искры. Вот маслосъемные кольца и служат для того, чтобы во время движения поршня счищать масло со стенок цилиндра и сбрасывать его в картер.

Это семейство деталей образует шатунно-поршневую группу. Поршень напоминает собой стакан, изготовленный либо из алюминиевого сплава, либо отлитый из чугуна. Верхняя часть его называется головкой, а нижняя - юбкой. Головка заканчивается днищем. На теле поршня имеются канавки для компрессионных и маслосбрасывающих колец. Кольца изображены над поршнем. Шатун состоит из верхней и нижней головок и тело

Компрессионные же кольца, наоборот, имеют целью не пропустить горючую смесь и газы из цилиндра в картер. А что же поршень? Оказывается, сам он выполнить эту задачу не в состоянии. И вот почему. При работе двигателя поршень нагревается и, значит, расширяется. Если бы диаметр поршня точно соответствовал диаметру цилиндра, то при расширении его бы просто заклинило. Чтобы избежать этого, поршень Делается немного меньше диаметром, чем диаметр цилиндра, следовательно, между его стенкой и стенкой цилиндра имеется небольшой зазор. Таким образом, в первые минуты работы двигателя, пока поршень не нагрелся, в этот зазор могут свободно уходить и горючее, и газы. Но не уходят, а препятствуют этому компрессионные кольца. А что же, они! разве не расширяются? Кольца, конечно, тоже расширяются, но они не сплошные, имеют разрез с зазором. При нагревании кольцо удлиняется, а диаметр не изменяется - заполняется только зазор.

Интересно, что в расчете на расширение поршня форма его стакана не круглая, а овальная. Почему?

Опять по той же причине: избежать заклинивания.

Мы уже знаем, что поршень соединяется с шатуном с помощью специального прочного стального пальца. В тех местах поршня, где находятся отверстия для пальца, стенки стакана для прочности утолщены. А раз здесь больше металла, то и расширение при; нагревании будет значительнее. Вот почему в местах крепления пальца поршень вроде бы немного сдавлен.

В алюминиевых поршнях на юбке потому же делается специальный разрез с зазором. При нагревании поршень не расширяется, уменьшается лишь зазор в месте разреза.

Все сказанное лишний раз убеждает в необходимости компрессионных колец. Изготовляются они из чугуна или стали, специально обрабатываются. Зазор в месте разреза должен находиться в пределах 0,2-0,5 миллиметра. На поршнях двигателя "Москвич-408" устанавливаются по два компрессионных кольца, а на поршнях некоторых других автомобилей - по три. Отличаются компрессионные кольца от маслосъемных тем, что последние имеют сквозные прорези. Маслосъемных колец устанавливается по одному-два на поршне,

Коленчатый вал шест и цилиндрового двигателя

Шатун, которому поршень передает усилие, полученное от газов для прочности имеет двутавровое сечение, такое, как у рельса. У него две головки - нижняя и верхняя. В верхнюю вставлена втулка, в которой вращается поршневой палец, Нижняя головка сделана разъемной, две ее части соединяются болтами и крепятся на шатунной шейке каленчатого вала. В этой головке помещается шатунный подшипник.

На рисунке вы видите коленчатый вал двигателя. Обычно он изготовляется из стали. Но на некоторых автомобилях применяются коленчатые валы, отлитые из специальных сортов чугуна.

Гайка с зубьями на передней части вала называется храповиком! Обычно водитель обходится без ее помощи. Храповик нужен лишь в тех редких случаях, когда приходится прибегнуть к услугам заводной ручки. Ее конец входит в храповик, зацепляется за зубья и заставляет вращаться коленчатый вал.

Еще на передней части коленчатого вала имеется шестерня, сцепленная с шестерней распределительного валика, и небольшое колесо называемое шкивом. Последний ремнем соединен со шкивами вентилятора и генератора тока. Получается целая система зацеплений. Повернулся, например, коленчатый вал, и, как мы знаем, в движение пришел кривошипно-шатунный механизм. Кроме того, шестерня заставила вращаться распределительный вал, а ременная передача привела в движение генератор, вентилятор и водяной насос.

В задней части коленчатый вал заканчивается небольшим круглым приливом с отверстиями - фланцем. К нему крепится тяжелый маховик, на котором устанавливается сцепление. Но об этом позже.

Колесо смеха

В павильонах аттракционов всегда людно. Большая толпа любителей острых ощущений собралась у "колеса смеха". Несколько человек уселись на нем. Включен мотор, и колесо начало вращаться, постепенно ускоряя бег. У пассажиров уже слегка дружится голова, они весело смеются. Смеются и те, кто наблюдает за ними и ждет своей очереди.

Бегут секунды, скорость вращения все нарастает. Какая-то неведомая сила старается сбросить пассажиров. А удержаться не за что, поверхность гладкая. Один пассажир более плотного телосложения уже соскользнул с колеса, за ним последовал другой, третий... Какая же сила сбросила их? Центробежная сила энерции.

В жизни с этими силами мы встречаемся на каждом шагу. Автомобиль сделал крутой поворот на большой скорости, и пассажира прижало к стене кузова. Не будь стенки, и он вылетел бы наружу. В чем же дело? Оказывается, пришли в действие центробежные силы. Они возникают всегда, когда тело совершает непрямолинейное движение, и особенно велики при вращении. Причем, чем быстрее вращается тело и больше его вес, тем больше и центробежные силы инерции. Они возрастают пропорционально квадрату скорости.

Коленчатый вал двигателя вращается с огромной скоростью. Возникают центробежные силы, которые увеличивают нагрузку на подшипники, ускоряют их износ, уменьшают срок службы. На верхнем рисунке вы видите спортсмена с гирей в одной руке, которую вращает вокруг себя. Груз тянет в сторону. Ему трудно стоять на одном месте, спортсмен все сильнее вращает гирю, центробежные силы нарастают, и он уже не может устоять на месте, они увлекают его в сторону. Теперь спортсмен берет две одинаковых гири, в каждую руку по одной. Он начинает вращаться, вытянув руки с гирями в противоположные стороны. Гири растягиают ему руки, тянут с равной силой в противоположную сторону, но спортсмен твердо стоит на одном месте

А ведь коленчатый вал делает четыре тысячи и более оборотов в минуту. При таком вращении возникают центробежные силы, величина которых может измеряться тысячами килограммов. Представляете, какой вред это может причинить двигателю: расшатать его механизмы, ускорить износ подшипников и деталей. И эти силы нельзя уничтожить. А как же быть? Можно уменьшить их вредное действие! Силы можно уравновесить, разгрузить подшипники.

В одну руку возьмем веревку с привязанной небольшой гирей и станем вращать. Возникающие при этом центробежные силы потянут нас в сторону. И чем быстрее мы будем вращаться, тем труднее будет устоять на месте.

А теперь проделаем другой опыт. Возьмем и в другую руку такую же веревку с таким же грузом. Вытянем руки в противоположные стороны и станем вращаться. Веревки натянутся, и гири станут тянуть нас в противоположные стороны с одинаковой силой, и нам легко устоять на месте. Почему? Да потому, что силы уравновесили друг друга. Этот принцип применен для уравновешивания центробежных сил в двигателе.

При изготовлении коленчатых валов металл вокруг его оси стараются расположить так, чтобы вес его распределялся равномерно. Но ведь трудно отличить или выковать такой идеальный вал, всегда может в одном месте оказаться металла больше, в другом меньше. Всего на какие-то граммы, но мы уже знаем, какая огромная центробежная сила возникает при скорости вращения в несколько тысяч оборотов в минуту.

Вот и приходится коленчатый вал подвергать проверке на специальных станках. В тех местах, где металла больше, его удаляют сверлением. Именно по этой причине на некоторых коленчатых валах можно видеть ямочки от сверла.

Но это не все. Даже при равномерном распределении веса кривошипы создадут инерционные силы. А это разрушающе скажется на коренных подшипниках. Чтобы воспрепятствовать возникновению центробежных сил, коленчатый вал снабжается специальными отливками противовесами, размещенными против каждого кривошипа.

Тайна плавности

Сейчас на автомобилях нет двигателей с одним цилиндром, Конструкторы предпочитают ставить цилиндров больше: четыре, шесть, восемь, двенадцать и даже двадцать четыре, Зачем! такое множество? Разумеется, для повышения мощности. А разве нельзя обойтись одним цилиндром, но больших размеров? Нельзя, автомобиль не будет иметь плавного хода.

Вспомните, как работает двигатель, Во время рабочего хода поршня он получает сильный толчок, а затем часть энергии расходует на выполнение других тактов, то есть для подготовки нового рабочего хода. Скорость вращения коленчатого вала при этом будет падать до очередного толчка при новом рабочем такте. Получается так: рывок и замедление, рывок и замедление. Представьте, что с таким ритмом движение и передавалось бы на колеса, скажем, автобуса. Двигался бы он рывками, и у пассажиров всю душу вымотал.

Но ведь в действительности так не бывает. Вы едете на автобусе и никаких рывков не ощущаете, машина идет плавно. В чем же дело? За счет чего удается устранить рывки, сделать вращение коленчатого вала плавным?

Во-первых, плавность хода современного автомобиля обеспечивает маховик, который сидит на заднем фланце коленчатого вала. Он достаточно тяжелый, чтобы не дать коленчатому валу рывком набрать скорость при рабочем ходе и быстро снизить ее при других тактах.

Чем тяжелее маховик, тем равномернее будет вращаться коленчатый вал. Если на мощный одноцилиндровый двигатель поставить совсем большой маховик, то можно обеспечить равномерность вращения вала и плавность хода автомобиля. Но большой маховик слишком утяжелил бы вес машины, да к тому же его неудобно было бы разместить на двигателе. Поэтому от установки тяжелых маховиков отказались.

На современных автомобилях стоят маховики сравнительно небольших размеров, а плавность хода обеспечивается в основном за счет увеличения числа цилиндров.

В нижней части двигателя - картере - проходит длинный коленчатый вал с несколькими коленами, по числу цилиндров. Получается как бы сумма нескольких одноцилиндровых двигателей с общим коленчатым валом. Предположим теперь, что в одном из цилиндров произошел рабочий ход. Коленчатый вал получил скорость вращения и привел в движение все остальные поршни. Но вот вал повернулся на 180 градусов, в нашем цилиндре начался такт выпуска, когда двигатель затрачивает некоторое количество энергии. Скорость вращения вала должна бы уменьшаться. Однако в этот момент произойдет рабочий ход в другом цилиндре и коленчатый вал снова получит ускорение. Еще полоборота, и рабочий такт произойдет в третьем, потом в четвертом цилиндрах. В результате за два оборота коленчатого вала в четырехцилиндровом двигателе будет четыре рабочих такта, а не один, как это имеет место в одноцилиндровом..

И вообще, чем больше цилиндров у двигателя, тем больше будет рабочих тактов, тем равномернее станет вращаться коленчатый вал. Большого маховика не потребуется.

А можно ли обойтись совсем без маховика? Нет, нельзя. Маховик обеспечивает плавное трогание автомобиля с места.

Очередность тактов для каждого двигателя постоянна. В четырех-цилиндровом двигателе автомобиля "Волга" применен такой порядок: 1-2-4-3. Это значит, что если рабочий такт произойдет в первом (считая от радиатора) цилиндре, то следующий будет во втором, затем четвертом и, наконец, в третьем цилиндре. В двигателе автомобиля "Москвич" используется другой порядок работы: 1-3-4-2.

Зависит порядок работы двигателя от расположения колен вала и кулачков распределительного валика. В четырехцилиндровых двигателях колена вала размещены по отношению друг к другу под углом в 180 градусов, причем первый и четвертый кривошипы обращены в одну сторону, а второй и третий - в противоположную. Так, что когда крайние поршни идут, скажем, вниз, то средние движутся кверху и наоборот.

Организация снабжения

Ни один двигатель не может работать, если его цилиндры не будут заполняться горючей смесью и очищаться от продуктов сгорания. И очень важно, чтобы работы эти выполнялись в строго определенные моменты, были согласованы с движением поршней. Представьте себе, что поршень в цилиндре идет вверх, а мы в это время откроем впускной клапан. Или, наоборот, поршень пошел вниз, в цилиндре создается разрежение, а нам вздумалось открыть выпускное отверстие. Ясно, что ничего путного из этого не выйдет, двигатель работать откажется.

В момент, когда поршень идет вверх и сжимает смесь, впускное и выпускное отверстия должны быть закрыты. Иначе смесь уйдет из циллиндра. Точно также, если поршень идет вверх после рабочего хода, надо открыть выпускной клапан - пусть отработавшие газы выходят наружу, освобождают место в цилиндре для новой порции горючего. Поршень дошел до верхней мертвой точки и опять пошел вниз, в цилиндре создается разрежение. Теперь надо закрыть выпускной, клапан и открыть впускной. Ну, а во время рабочего хода оба отверстия должны быть, конечно, закрыты.

Кто же так бдительно следит за тем, чтобы в цилиндре вовремя подавалось горючее или он своевременно очищался от газов? Механизм газораспределения. Состоит он из распределительного вала и клапанов.

Клапан имеет форму гриба. Верхняя часть его - шляпка - называется головкой, а нижняя - ножка - стержнем. Клапаны сидят в гнездах, иначе называемых седлами. Чтобы легче было войти в седло, краям клапанной головки придана форма конуса.

Детали распределительного вала

Изготовляются клапаны из очень прочной стали. Это и понятно,, ведь работают они в тяжелых условиях: то нагреваются до высоких температур, то резко охлаждаются, когда поступает горючая смесь, К тому же на них постоянно действуют газы, способные разъедать металл,

Открытием клапанов ведает распределительный вал, имеющий на своем теле выступы - кулачки. Каждый клапан управляется своим кулачком - эксцентриком.

Сколько клапанов у одного цилиндра? Два. Значит распределительный вал четырехцилиндрового двигателя должен бы иметь восемь кулачков. В действительности он имеет девять. На распределительном вале каждого двигателя число кулачков на один больше, чем клапанов. Этот лишний кулачек-эксцентрик предназначен для привода топливного насоса. Он давит на рычаг насоса и заставляет его работать.

Между кулачками и стержнями клапанов установлены небольшие металлические стержни - толкатели. При вращении распределительного вала, а раньше мы говорили, что он с помощью шестерен получает движение от коленчатого вала, кулачок в нужный момент набегает на толкатель и приподнимает его. Толкатель в свою очередь нажимает на стержень клапана, заставляет его открыть отверстие.

Вал продолжает вращаться, и кулачок постепенно отходит от толкателя. Клапан садится в свое гнездо.

Чтобы клапан закрывался быстро и плотно, его снабдили сильной пружиной. Один конец ее упирается в тело двигателя, другой соединен со стержнем клапана. Когда кулачок поднимает клапан, пружина сильно сжимается, а уходит кулачок от толкателя, и пружина разжимается, моментально возвращая клапан в седло.

На рисунке изображены два типа механизмов газораспределения: слева - механизм с нижним расположением клапанов, справа - с верхним расположением. На левом рисунке вы видите кулачок распределительного вала, толкатель, пружину и клапан. Когда кулачок набегает на толкатель, то он приподнимается и поднимает клапан кверху. На правом рисунке кулачок действует на толкатель ,штангу, а она приподнимает правый конец коромысла. В этот момент левый конец коромысла опускается вниз, открывает клапан. Закрывается клапан также под действием пружины

Сколько раз во время всего рабочего цикла двигателя должны открыться клапаны? Вспомним: за два оборота коленчатого вала в цилиндре должен быть один такт впуска и один - выпуска. Значит, за это же время должен один раз открыться впускной клапан и столько же выпускной. Должны быть такты, при которых клапаны закрыты.

Мы знаем, что клапаны открываются в то время, когда кулачки распределительного вала набегают на толкатели. Если бы распределительный вал вращался с той же скоростью, как и коленчатый, то за полный рабочий цикл впускной и выпускной клапаны открывались бы по два раза. Но ведь тогда при каждом такте один из клапанов был бы открыт, а следовательно, двигатель не смог бы работать.

Надо чтобы клапаны открывались по разу за рабочий цикл. А как это сделать? Очень просто. Необходимо в два раза замедлить вращение распределительного валика. Достигается это установкой на нем шестерни с числом зубьев в два раза большим, чем на шестерне коленчатого вала. Передаточное число один к двум.

Посмотрите теперь на форму зубьев у шестерен коленчатого и распределительного валов,- они косые. И это неспроста. Дело в том, что коленчатый вал вращается неравномерно: то быстро, то медленно. Более того, изменение оборотов нередко происходит рывками. А из практики известно, что прямые зубья при неравномерном вращении стучат, издают лязг. Это не только увеличивает шум, но и усиливает износ шестерен, Косые же зубья входят в зацепление не сразу по всей длине, а лишь частично. Это делает работу их плавной, бесшумной. В некоторых двигателях распределительная шестерня делается из пластмассы - текстолита, Этим тоже снижается шум.

Сейчас на многих автомобильных двигателях устанавливаются подвесные клапаны. Они стоят головками вниз. Здесь для управления клапанами служит насаженное на ось коромысло.

Когда кулачок набежит на толкатель, тот идет вверх и поднимает специальную толкающую штангу. Штанга в свою очередь приподнимает одно плечо коромысла. Другое плечо пойдет вниз и надавит на стержень клапана.

Всем известно, что при нагревании металл расширяется. Клапан при горении смеси цилиндрах сильно нагревается, и стержень его удлиняется. Элементарный закон физики.

Представьте себе, что мы установили бы клапан таким образом, что в холодном виде его стержень плотно прилегал к толкателю. Тогда во время работы двигателя и при удлинении стержня он упрется в толкатель и не позволит головке сесть в седло. Через щель начнет проходить горючая смесь. Чтобы этого не произошло, между стержнями и толкателями устанавливаются температурные зазоры в 0,2-0,3 миллиметра.

Исключение из правил

Конструкторы стремятся повышать мощность двигателей. Проще всего это достигается увеличением размеров цилиндров и их числа. Но чрезмерное увеличение здесь пользы не да агрегат получится тяжелым и громоздким. Автомобилю же требуется двигатель сравнительно легкий и компактный.

Как же быть? Оказывается, можно избрать другой путь повышения мощности - увеличить число оборотов коленчатого вала, чтобы в единицу времени происходило больше рабочих тактов, улучшить наполнение цилиндра горючей смесью и увеличить степень сжатия.

В настоящее время созданы двигатели, в которых коленчатый вращается с молниеносной быстротой, делая по четыре тысячи и даже больше оборотов в минуту. Следовательно, за одну минуту каждый цилиндр должен две тысячи раз заполниться горючей смесью и столько же раз очиститься от отработавших газов. В одну секунду цилиндр должен заполниться и очиститься более тридцати раз!

Когда желают подчеркнуть быстроту, говорят: "Не успеешь глазом моргнуть". А много ли надо времени, чтобы глазом моргнуть? Около одной десятой доли секунды. Цилиндр же за это время успеет заполниться горючей смесью более трех раз! Выходит, времени для заполнения и очистки цилиндра расходуется очень мало.

Заполнение цилиндра смесью и очистка его от отработавших газов зависят от ряда причин. И прежде всего от размера впускных и выпускных окон, от времени, в течение которого они остаются открытыми.

Размеры окон имеют пределы, ограниченные диаметром цилиндра и размерами камеры сжатия. А продолжительность открытия клапанов. Если бы удалось увеличить время, в течение которого клапаны могут остаться открытыми, тогда цилиндр смог бы лучше очиститься, в него поступило бы больше горючей смеси. На первый взгляд это кажется невозможным, ведь время открытия клапанов определено ходом поршня. Впуск смеси должен начаться, когда поршень минует верхнюю мертв. И точку и в цилиндре создается разрежение. Заканчивается же наполнение цилиндра, когда поршень придет в нижнюю мертвую точку. Другими словами, за время, отведенное для наполнения цилиндра, коленчатый вал повернется на 180 градусов.

В свою очередь выпускному клапану полагается открываться во время нахождения поршня в нижней мертвой точке, а закрываться по достижении им верхней мертвой точки. И опять за время, отведенное для очистки цилиндра, коленчатый вал повернется на 180 градусов.

Так должна бы работать распределительная система двигателя, если бы времени на очистку цилиндра было больше. Скажем, столько, чтобы коленчатый вал повернулся на 200 градусов. Или даже на 240. Очевидно тогда цилиндр мог бы лучше очиститься. Соответственно увеличение времени наполнения позволило бы цилиндру принять больше горючего.

Но хорошо сказать: увеличить время выпуска и впуска. Как это сделать? Где взять его, это время?

А нельзя ли хотя бы немного совместить такты работы двигателя? Скажем, еще рабочий ход не закончился, поршень идет вниз, а уже открыть выпускной клапан? Попробовали, - получилось. Стали применять на практике.

На двигателе автомобиля "Волга", например, выпускной клапан открывается с опережением в 50 градусов оборота коленчатого вала. Закрывается же он, когда поршень пройдет верхнюю мертвую точку и начинается такт впуска, с запозданием на 22 градуса. Легко подсчитать теперь, что продолжительность очистки цилиндра будет равна времени поворота вала на 252 градуса (50+180+22). Действительно, цилиндры стали очищаться лучше.

А как обстоит дело с заполнением цилиндра? Оказывается, и выпускной клапан открывается не тогда, когда поршень пошел вниз и в цилиндре уже создалось разрежение, а значительно раньше, когда он еще движется вверх, выталкивая отработавшие газы. Конечно, в это время "добровольно" смесь в цилиндр не пойдет, она поступает туда под напором. Под влиянием разности давлений.

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 давления, 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 смеем уже поступившую в цилиндр. Выходит, и здесь какая-то несуразности. 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 пси ступает в цилиндры по очереди, но непрерывным потоком и с большем 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 велики 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 цилиндр 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 закрытие" 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.

Знакомьтесь - автомобиль

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 скольжении 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. Возя 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 предложили 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 разного 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 в поверхности. В чем же?

Оказывается, конькобежец даже в трескучий мороз движется по смоченному льду, Между лезвием конька и льдом происходит трение, а теплота, получаемая при этом, расплавляет лед. Между коньками и поверхностью льда образуется мизерный слой жидкости, но достаточные, чтобы отделить конек ото льда. Образуется своеобразный смазочный слой. Конькобежец "плывет по воде".

В технике, чтобы уменьшить трение, также применяют составы, которые разделяют трущиеся детали. Трение между деталями заменяется трением между частицами смазки.

Материал для смазки

Конечно, самым дешевым смазочным материалом явилась бы вода. К сожалению, применить ее для этой цели невозможно. При нагревании двигателя во время работы вода испарится и трущиеся части окажутся без смазки. К тому же смоченные водой металлические детали заржавеют и быстрее износятся.

В качестве смазочных материалов применяются минеральные или растительные масла.

Много лет назад, когда в деревне только-только стали появляться тракторы, в газете появилась любопытная информация. В ней говорилось, что в одной сибирской деревне в качестве смазки тракторного двигателя применили свиное сало. Но лишь только трактор завели, от него повалил дым- сало загорелось, и двигатель вышел из строя.

Свиное сало оказалось непригодным для смазки потому, что при высокой температуре оно потеряло смазочные качества. А ведь некоторое время назад растительные и животные масла применялись довольно широко. Правда, тогда скорости вращения были несравненно меньше нагревались детали машин незначительно.

В настоящее время механизмы двигателя во время работы нагреваются до 100 градусов и выше. Температура днища поршня, например, может повыситься до 200-300 градусов, а коренные подшипники нагреваются до 100-120 градусов.

Сейчас в двигателях используются минеральные масла - продукты перегонки нефти. Они и в других отраслях почти полностью вытеснили животные и растительные масла.

Итак, качество смазывающих веществ определяется их вязкостью. Вязкость понижается при нагревании, но по-разному у разных масел. В двигателях используются материалы, менее "подверженные влиянию температурных перепадов.

В летнее время для смазки двигателя применяются масла АК-10, АКп-10, АС-9,5, обладающие большей вязкостью. Когда же наступают холода, шоферы запасаются маслами, которые имеют марки: АКп-6, АСп-6, АКЗп-6, АКЗп-10. Что означают индексы в наименовании масел? Буква "А" указывает, что масло автомобильное, а цифры характеризуют вязкость. Чем больше цифра, тем вязкость выше. Буква "К" сообщает, что масло очищено кислотным способом, а "С" - селикативным способом. Если на паспорте масла имеется буква "З", это означает, что в масло добавлен загуститель, а буква "п", что в масле содержится присадка, улучшающая его качество.

Доставка на место

В современных двигателях почти ко всем подшипникам масло поступает принудительно, под давлением.

Подачей его от картера к трущимся деталям ведает специальный масляный насос. Он состоит из корпуса внутри которого помещается приводной вал и две зацепленных шестерни. Когда двигатель работает, вращается и вал насоса. Шестерни захватывают зубьями масло и гонят его через выходное отверстие по каналам к коренным подшипникам коленчатого вала. Оттуда по сверлению в щеках коленчатого вала оно поступает к шатунным подшипникам.

Масло в двигателе должно быть всегда в меру. Для определения его количества служит масляный указатель - Щуп с метками. Масла нельзя наливать больше верхней метки и нельзя допускать снижения уровня - ниже нижней метки

Часть масла из коренных и шатунных подшипников при вращении коленчатого вала вытекает и разбрызгивается. Внутри двигателя создается масляный туман, который каплями оседает и смазывает стенки цилиндров, поршневые кольца и другие детали. В некоторых двигателях капли тумана попадают на стержни клапанов и кулачки. Из сказанного видно, что часть деталей двигателя смазывается масляным туманом, к другим масло поступает самотеком, а к третьим - под давлением. Подобная система смазки, применяемая почти во всех автомобильных двигателях, называется комбинированной.

Масло может содержать механические примеси. Кроме того, во время работы двигателя в него может попасть нагар, частицы металла. Поэтому важное значение имеет постоянная его очистка.

Знакомьтесь - автомобиль

В автомобильных двигателях очистку масла осуществляют два фильтра. Грубая, предварительная очистка масла производится фильтром грубой очистки, который показан на рисунке. Он имеет чугунный корпус с отстойником, внутри которого на стержне укреплены стальные пластинки с вырезами. Набор пластин образует фильтрующий элемент. Масло насосом гонится в корпус фильтра и продавливается через щели между пластинками. Крупные частицы масла задерживаются. Осевшая грязь попадает в отстойник. Чтобы очистить щели от осевшей грязи, служат очищающие пластинки. Насаженные на стержень, они стоят неподвижно. Но если повернуть рукоятку, то повернется и фильтрующий элемент. Он то и выбросит в отстойник частицы грязи, застрявшие между пластинками. Она поступает в картер.

Насос полает масло под давлением из поддона двигателя в масляные магистрали, к трущимся деталям. На нижнем конце валика насоса посажена ведущая шестерня, которая зацепляется с ведомой. На распределительном вале двигателя нарезана специальная шестерня, находящаяся в зацеплении с шестерней привода, укрепленной на верхнем конце валика насоса. Когда вращается валик насоса, он приводит в движение, и шестерни. Шестерни захватывают масло, предварительно прошедшее через сетчатый фильтр, и гонят его по каналу в масляные магистрали

По небрежности водителя может статься, что щели пластин засорятся и масло проходить через них не сможет. Тогда выручает перепускной клапан: неочищенное масло идет на смазку.

Канал, по которому масло подводится к фильтру, и канал, по которому оно отводится, соединены отверстиями. Обычно отверстие закрыто шариком, который прижимается к нему пружиной. Когда же фильтр засорится, давление в канале резко возрастет, масло поднимает шарики и через открытое отверстие уйдет неочищенным, Двигатель будет спасен, он получит смазку, хотя и неочищенную.

Фильтр грубой очистки

Кроме фильтра грубой очистки, имеется фильтр тонкой очистки. Он так же состоит из корпуса, внутри которого помещается фильтрующий элемент - набор тонких картонных дисков. Проходя в зазоры между дисками, масло оставляет там мельчайшие частицы грязи.

За работой системы смазки двигателя надо внимательно следить, своевременно прочищать фильтр грубой очистки, менять фильтрующий элемент фильтра тонкой очистки. Нельзя допускать чрезмерного повышения давления в системе или снижения его. Контролировать давление помогает маленький прибор, указатель которого помещается на щитке водителя.

Фильтр тонкой очистки

Водители всегда следят за тем, чтобы приборы, ведающие смазкой, действовали безотказно. И о качестве масла заботятся, и за чистотой его наблюдают Очень важно, чтобы масло было всегда чистым, не содержало бы примесей грязи, воды, кислот. И надо, чтобы заливали его в двигатель столько, сколько требуется. Ни больше, ни меньше. Больше будет - свечи маслом станут забрызгиваться, меньше - смазка будет плохая,

Под холодным душем

Даже если коснуться рукой блока цилиндров работающего двигателя, можно почувствовать, как сильно он нагрет. Внутри же, в цилиндрах, температура в момент горения смеси достигает Двух-трех тысяч градусов. Напомним, что при 1200 градусах начинает плавиться чугун, а при 1500 - сталь. Предвидим удивление читателя: как же металл двигателя выдерживает такую температуру и не плавится?

Ответим вопросом на вопрос: можно ли вскипятить воду в бумажном стакане? Думаете нет? А попробуйте проделать опыт и убедитесь сами, что бумага может выдержать длительное соприкосновение с огнем и не воспламениться. Поставьте бумажный стаканчик с водой на спиртовку или нагревайте на пламени свечи. Через некоторое время вода вскипит, а со стаканчиком ничего не случится.

В чем дело? Почему бумага не горит? Оказывается, вода отнимает у стаканчика теплоту и он не перегревается. По той же причине не плавятся чугунные цилиндры. Вода, циркулирующая в системе охлаждения омывает цилиндры и охлаждает их.

На некоторых двигателях применяется воздушное охлаждение.

Принцип действия воздушного охлаждения

Вам приходилось кипятить молоко? Помните, как оно нагревается и начинает подниматься, бурлить. Вот-вот, кажется, бросится через края кастрюли и зальет плиту. Но стоит дунуть на него, и молоко моментально успокоится, словно усмиренное. Почему? Молоко охладилось. Воздух отнял у него и унес некоторое количество теплоты.

Так и при воздушном охлаждении. Двигатель автомобиля омывается воздухом. Проносясь мимо цилиндров двигателя, воздух нагревается и уносит с собой избыточное тепло.

В одной комнате установлен радиатор, в другой, равной ей, два таких же. Естественно, теплее будет во второй комнате. Почему? Да по той причине, что поверхность соприкосновения с воздухом у двух радия торов больше, и, значит, воздух отнимает больше теплоты. В двигателях с воздушным охлаждением тоже важно увеличить поверхность цилиндров, соприкасающуюся с воздухом. Поэтому наружные стенки цилиндров снабжаются специальными ребрами. Теперь больше частиц встречного воздушного потока непосредственно соприкасаются с двигателем и больше тепла отберут у него.

Воздух проносится над поверхностью молока и охлаждает его

Соответственно охлаждение прямо зависит и от скорости движения автомобиля. Чем больше скорость, тем большее количество воздуха домоет" цилиндры и двигатель лучше охладится. Существуют и искусственные усилители воздушного потока - вентиляторы, установленные, в частности, на "Запорожце".

Следует заметить, что воздушное охлаждение для мощных двигателей оказалось ненадежным. Оно применяется лишь на мало- или микролитражных автомобилях, мотоциклах, мотороллерах, на некоторых видах тракторов.

На большинстве же автомобилей используется более надежное водяное охлаждение. Цилиндры двигателя и их головка имеют двойные стенки, которые образуют пространство, так называемую водяную рубашку. Здесь и находится вода. Когда стенки цилиндра нагреваются, вода отнимает у них часть тепла, но при этом температура ее поднимается. Может статься, вода так нагреется, что закипит и не сможет хорошо охлаждать цилиндры. Как же быть? Очевидно, надо, чтобы вода циркулировала - к цилиндрам подходила охлажденная, а нагревшаяся уходила, и, кроме того, воду необходимо охлаждать.

Так и сделали: воду гоняет по водяной системе специальный насос, а для охлаждения из водяной рубашки она поступает в радиатор, находящийся спереди автомобиля и снабженный множеством трубок малого Диаметра. Трубки отдают теплоту воздуху.

Радиатор состоит из верхней и нижней коробок (бачков), которые уединяются сердцевиной из множества трубок. Трубки вставлены в пластинчатые ребра - и для прочности, и для лучшей теплоотдачи.

Как работает радиатор? Чтобы понять это, рассмотрим простоя пример. Всем ясно, что горячий чай в стакане охлаждается медленнее и чем налитый в блюдце. Почему? Да потому, что сравнительно тонким слой его в блюдце имеет большую поверхность соприкосновения с вози духом, поэтому и отдача тепла здесь идет быстрее. Кроме того, желая остудить чай, мы дуем на него. При этом большее количество воздуха омоет чай и унесет больше теплоты.

Схема водяного охлаждения

Также и в радиаторе. Чтобы вода охладилась быстрее, увеличил™ поверхность соприкосновения ее с воздухом. Для этого верхнюю и нижнюю коробки соединили не одной большой трубой, а множеством маленьких. Проходя по трубкам сверху вниз, вода отдает им свою теплоту. Наружный же воздух, который нагнетает вентилятор, с большой скоростью проносится через сердцевину и забирает теплоту от трубок и ребер.

Так охлаждается вода. Потом она снова поступает в рубашку, снимает тепло с цилиндров и уходит в радиатор охлаждаться. Стенки цилиндров словно постоянно находятся под холодным душем.

Что такое хорошо, что такое плохо

До сих пор мы говорили о необходимости охлаждать воду. А до какой температуры? Если она будет очень холодной, хорошо это или плохо?

Оказывается, слишком охлаждать воду тоже не рекомендуется. Двигатель может переохладиться, температура горения понизится, смесь станет гореть медленнее и даже не успеет сгореть. Мощность двигателя упадет.

Ну, а если вода в водяной рубашке охлаждается недостаточно? Это тоже плохо. Смесь, поданная в цилиндр, соприкасаясь с накаленными цилиндрами, моментально расширяется, давление в цилиндре повысится, Это будет мешать поступлению новых порций смеси, наполнение цилиндра ухудшится, и мощность двигателя опять же упадет.

Не вынесет высокой температуры и масло, оно может разложиться и потерять смазочные качества,

Словом, двигатель надо оберегать как от переохлаждения, так и от перегрева, а температура воды должна находиться в определенных пределах. Регулирует температуру особый прибор - термостат, помещенный в патрубок, через который вода поступает в радиатор. Он состоит из гофрированного цилиндра, гофры которого напоминают меха маленькой гармоники. Внутри цилиндра помещена легкоиспаряемая смесь из воды и спирта. В корпусе имеются два окна, которые открываются и закрываются клапанами.

Схема термостата

В гармонике мехи разводит гармонист" В термостате эту роль выполняет смесь. Если вода, поступающая в радиатор, будет холодной - ниже 70 градусов - смесь охладится, превратится в жидкость, и цилиндр сожмется. При этом клапан закроет окно, через которое вода поступает в радиатор. Зато откроется отверстие, через которое оно пойдет к цилиндрам, минуя радиатор. В таком случае, естественно, вода будет нагреваться быстрее.

Но как только температура ее достигнет 90 градусов, жидкость в цилиндре превратится в пар, "гармоника" растянется и клапаны придут в Движение. Верхний откроет путь воде в радиатор, а нижний перекроет доступ ей в перепускной канал. Вода станет охлаждаться.

В зимнее время вентилятор гонит холодный поток воздуха. Чтобы вода не переохлаждалась, некоторые автомобили перед радиатором имеют закрывающиеся створки - жалюзи. Если жалюзи закрыты, встречный воздух не станет проходить через радиатор, вода будет охлаждаться меньше. Жалюзи можно закрывать не полностью, уменьшая или увеличивая доступ холодной воздушной струи и этим регулируя температуру воды в системе охлаждения.

Где быстрее вскипит вода? Конечно, на вершине горы. Это свойства воды применено в закрытой системе охлаждения двигателя, для лучшего использования теплоты, получаемой при сгорании

Установлено, что наиболее выгоден тепловой режим для двигателя, когда температура охлаждающей воды достигнет 105-107 градусов. Но ведь уже при 100 градусах - вода испарится и превратится в пар. Как же быть? А нельзя ли использовать в системе повышенное давление?

Что такое кипение? Это бурное выделение частиц жидкости. Чтобы частицы могли оторваться, пар должен преодолеть не только сцепление между молекулами, но и давление окружающего воздуха. Где быстрее вскипит вода, на вершине высокой горы или у её подножия? Очевидно, на вершине высокой горы, где давление воздуха меньше.

Если нагревать воду в закрытом сосуде, то и при температуре выше 100 градусов она не закипит. Почему? Да потому, что небольшая часть воды, превратившись в пар, повысит давление и дальше парообразование прекратится. Этот принцип и использовали, чтобы повысить температуру воды в охлаждающей системе двигателей.

А вдруг вода перегреется. Тогда давление может так возрасти, что порвет трубки радиатора. Чтобы этого не произошло пробка радиатора имеет паровой клапан. Через него выпускаются избыточные пары воды. А отрегулирован он так, чтобы поддерживать в системе давление на 0,05 атмосферы больше наружного. Этого достаточно - температура воды как раз и будет в пределах 105-107 градусов.

Теперь предположим, что автомобиль работал в трудных условиях. Из радиатора ушло в атмосферу какое-то количество пара.

Но при охлаждении это скажется понижением давления сравнительно с наружным. Для компенсации в пробке радиатора имеется еще один клапан - воздушный. Когда давление в системе охлаждения упадет ниже атмосферного, клапан откроет отверстие в пробке и в радиатор поступит воздух.

Давление в радиаторе и в атмосфере уравновесится. При работе автомобиля открывается то паровой клапан, то воздушный, регулируя давание в радиаторе. Температура воды в радиаторе остается немного выше ста градусов.

Хитрый пивовар

В молодости известный английский изобретатель Джеймс Уатт жил бедно. Он работал день и ночь, но не" прокормить семью и покупать материалы для создаваемой машин" Пришлось пойти к местному богачу пивовару Вильтбреду. За ссуду Уатт предложил пивовару установить на его заводе машину, которая будет подавать воду из протекавшей в низине реки.

- Согласен,- заявил предприимчивый делец,- только при условии, что машина полностью заменит одну лошадь.

- За это ручаюсь - ответил Уатт.

После этого каждый по-своему стал готовиться к эксперименту. Джеймс Уатт спешил закончить машину, продумывал в мельчайших подробностях приспособления, с помощью которых можно заставить качать насос. А пивовар обдумывал, как лучше обмануть изобретатели потребовать от него более мощную машину. С этой целью он выбрал конюшне самого сильного ломовика, освободил его от всяких работ и в дел кормить отборным зерном.

И вот наступил день испытаний. Лошадь впрягли в насос. Дюжий конюх нещадно бил ее кнутом. Восемь часов продолжались испытания. Сильное, откормленное и хорошо отдохнувшее животное покрылось потом и пеной. А когда подсчитали, то оказалось, что в среднем за каждую секунду лошадь выполняла по 70 килограммометров работы.

Пивовар потребовал, чтобы на заводе была установлена машина на меньшей мощности. Двигатель Уатта удовлетворил его, он производил секунду семьдесят пять килограммометров работы.

С тех пор мощность машин стали измерять в лошадиных силах, приравняв одну силу к мощности уаттовского движка. Эта "механическая" лошадиная сила всегда больше силы лошади. Средняя лошадь, работая в течение нескольких часов подряд, развивает лишь 0,7-0,8 процента ее мощности.

Когда говорят о мощности двигателя, то подразумевают эффективную мощность, полученную на коленчатом валу. Она на 15-20 процентов ниже индикаторной, что развивается в цилиндрах, когда тепловая энергия преобразуется в механическую работу. Куда же деваются эти 15-20 процентов мощности? Они расходуются на преодоление трения, на вращение распределительного вала, водяного насоса и некоторых других механизмов. Да и из оставшихся 80-85 процентов на полезную работу пойдет меньше половины, а большая часть расходуется непроизводительно.

Трагедия расточительства

Представляете ли вы, во сколько обходится горючее? Чтобы добраться до нефти, приходится пробивать глубокие-преглубокие скважины. А сколько труда затрачивают геологи-разведчики, чтобы открыть тайны недр, обнаружить залежи черного золота?

Но мало добыть нефть, ее надо еще доставить к местам потребления, переработать на заводах, получить бензин и масло. Словом, много труда тысяч людей заложено в каждом килограмме автомобильного горючего.

Это и обязывает нас бережно, по-хозяйски относится к расходованию горючих материалов.

Автомобильный транспорт нашей страны потребляет много бензина. В год автомобиль может израсходовать до тридцати тонн этого ценного горючего. А ведь машин у нас миллионы.

Теперь представьте себе, что каждая машина в день нерационально расходует килограмм топлива. Какие колоссальные потери это принесет. Что бы вы сказали про истопника, который, не дав полностью сгореть дровам, выбрасывал бы их наружу, а в печь закладывал новые? Наверняка назвали бы его расточителем добра. Пожалуй, такому "специалисту" никто бы не доверил топить печи.

А насколько экономно расходуется топливо в двигателе? Надо прямо сказать: из рук вон плохо. Двигатель с полным основанием можно уподобить нашему бесхозяйственному истопнику.

Посудите сами. В конце рабочего такта температура газов достигает восьмисот градусов. Они выбрасываются наружу, и с ними уходит около тридцати пяти процентов теплоты, полученной при сгорании топлива. И это не все. Много тепла уносит вода, охлаждающая двигатель. А прибавьте сюда те десять - пятнадцать процентов выделенной тепло ты, которые расходуются на преодоление трения, и окажется, что на полезную работу остается всего 25-30 процентов.

Выходит, из залитых в бак автомобиля пятидесяти литров бензина лишь одиннадцать - тринадцать будут израсходованы с пользой, а остальные пройдут впустую. Какие огромные потери несет народное хозяйство от такого крайне нерационального использования бензина!

Знакомьтесь - автомобиль

Есть двигатели еще менее экономичные. В паровой машине, например, лишь около восьми процентов теплоты, полученной при горении топлива, расходуется на полезную работу. Правда, пока такие потери являются неизбежными. Но пытливые мысли ученых, конструкторов продолжают работать, ищут пути, чтобы повысить коэффициент полезной действия.

Инструкция и руководство по эксплуатации японских иномарок Nissan Almera 1 (N15)