УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯПроф. Е. ЧУДАКОВ Статья вторая Рабочий процесс автомобильного 1. Основные детали двигателя двигателяв цилиндре двигателя; для того, чтобы газы, находящиеся под большим давлением, не утекали через зазор между поршнем и цилиндром, на № 2 журнала „За Рулем", в нашей первой статье был дан перечень основных мехапоршень надеваются специальные пружинящие низмов автомобиля и определено их накольца, которые все время плотно прижимаются к стенкам цилиндра; на фиг. 3 дан общий вид значение; дальше в отдельных статьях мы рассмотрим вопрос о том, как работают эти мепоршня, а на фиг. 5 дан разрез через поршень, ханизмы, из каких частей они состоят и что трегде видно соединение поршня с поршневым пальцем „в". Последний устанавливается в соотбуется для правильного их действия. В первую очередь мы рассмотрим автомобильветствующих выступах поршня, называемых порный двигатель, являющийся источником движушневыми шашками. щей силы автомобиля. Цилиндр двигателя представляет собою деталь,. Автомобильный двигатель представляет собой в которой происходит сгорание горючей смеси двигатель внутреннего сгорания, работающий на топлива и воздуха. Так как при этом сгорании бензине или еще на каком нибудь легко исполучается очень высокая температура, могущая паряющемся топливе. Двигателем внутреннего вредно отозваться на цилиндре, то почти во сгорания называется такой двигатель, у которого всех автомобильных двигателях цилиндры имеют сгорание топлива происходит внутри его рабоводяное охлаждение. Для этой цели, как это чего цилиндра; в отличие от этого у паровых видно из фиг. 2, цилиндр в своей верхней чамашин сгорание топлива производится под пасти — головке — имеет двойную стенку, внутри ровым котлом, и уже полученный в котле пар которой циркулирует вода. Наружная стенка ципоступает в рабочие цилиндры машины. линдра носит название водяной рубашки. На фиг. 1 представлен общий вид автомоНа фиг. 1 был дан общий вид блока четыбильного двигателя с правой ис левой сторон рехцилиндрового двигателя, имеющего общую и дан перечень основных его деталей. водяную рубашку. Верхняя часть цилиндров ноНа фиг. 2 дан схематический рисунок попесит название головки или крышки, внутренняя же его полость, где установлены клапана и элеречного разреза автомобильного двигателя с указанием лишь основных, наиболее существенктрическая свеча, называется камерой сгорания, так как здесь происходит воспламенение и гореных его деталей: ние рабочей смеси. А — цилиндр. Б — шатун. Цилиндры двигателя крепятся болтами на картере, устройство которого выясняется из фиг. 1 В — поршень, „в"— поршневый пелец. и 2. Картер представляет собой раз'емную коГ — картер. робку, посредине которой расположен коленчаД — коленчатый вал. тый вал, и на который помимо цилиндров двиЕ — цилиндрическая шестерня, укрепленная гателя крепятся механизмы по обслуживанию на коленчатом валу А. Ej и Е%— цилиндрические шестерни, укредвигателя, как-то: приборы зажигания, охлаждения и смазки двигателя. пленные на кулачковых валиках Ж. Жх иЖ2 — кулачковые валики. Поршень движется в цилиндре вверх и вниз вдоль его оси, коленчатый вал вращается в своих 3tи32 — толкатели. подшипниках; благодаря соединению их шатуном, RL иИ2 —клапаны. усилие от поршня передается коленчатому валу. Л — клапанные пружины. Таким образом, части: цилиндр, поршень, шатун, М — карбюратор. К — электрическая свеча для зажигания раколенчатый вал и картер образуют так называемый кривошипный механизм двигателя, служабочей смеси в цилиндре двигателя. Коленчатый вал четырехцилиндрового двигащий для изменения прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого теля совместно с укрепленными на нем шатунами и поршнями представлен отдельно на фиг. 3. сала. Круглые точеные части коленчатого вала, за Клапаны двигателя И сложат для впуска в которые хватаются шатуны, называются шатунцилиндр свежего газа и выпуска из него сгоревными шейками; круглые точеные части „е" шего. Как это видно из фиг. 2, клапаны подниколенчатого вала, лежащие в подшипниках кармаются при помощи толкателей 3, которые в тера, называются коренными шейками: плоские свою очередь приводятся в движение при помощи части Д, соединяющие шатунные шейки с кокулачковых валиков Ж, связанных с коленчаренными, носят название щек коленчатого вала. тым валом цилиндрическими шпрстернями Е. Шатун Б, общий вид которого дан на фиг. 4, Шестерни Е располагаются с переднего конца двиимеет две головки, представляющие собой подгателя, как это показано на фиг. 6. Кулачковый вал шипники; верхняя—целая — охватывает поршнеимеет на некоторой части своей окружности выстувый палец, показанный сверху отдельно, а нижпы „к", которые при определенном положении этого валика заставляют толкатели 3 приподниматься, няя — раз'емная — шатунную шейку коленчатого открывая тем самым клапаны. При вращении вала. Таким образом, шатун подвижно соединяет кулачкового валика эти выступы будут регулярно между собой поршень и коленчатый вал. подходить к толкателям и таким образом осуПоршень представляет собой цилиндрическое ществится регулярное поднимание клапанов. Кутело, на которое непосредственно действуют газыВ19 лачковый вал производит только под'ем клапана, а посадка его на место совершается при помощи цилиндрической пружины, обозначенной на фиг. 2 .буквой Л. В различных конструкциях двигателя применяется разное расположение клапанов, и число кулачковых валиков чаще равняется одному, как это, например, представлено на фиг. 6. На фигуре же 2 дана схема менее употребительной конструкции с двумя кулачковыми валами ис клапанами, расположенными по обе стороны цилиндра, для того чтобы с большей ясностью представить себе действие всего механизма. На фиг. 6 представлен общий вид клапанного механизма четырехцилин црового двигателя, из которого видно устройство его деталей. Весь клапанный механизм, включая шерстерни Е, кулачковые валики Ж, толкатели 3и клапаны Ei, Е 2 носит название распределения двигателя. В автомобильном двигателе для получения от него полезной работы сжигается смесь паров бензина (или какого-либо другого соответствующего топлива) и воздуха. Для того, чтобы эта смесь, будучи воспламенена электрической искрой, сгорала хорошо, она должна быть правильно приготовлена, а именно: А—Цилиндры двигателя Г—Картер двигателя 1) Соотношение . Д—Коленчатый вал количества бензиДг~ Маховик на и воздуха долК—Свечи М—Карбюратор жно быть определенным: примерно 15 кг воздуха на 1 кг бензина. 2) Бензин должен по возможности весь испариться и хорошо смешаться с воздухом. Для осуществления этой задачи в автомобильном двигателе служит особый прибор, называемый карбюратором, который на фиг. 2 обозначен буквой М. К карбюратору М по отдельной трубке из бака подводится бензин, который внутри карбюратора и должен быть распылен и хорошо смешан с воздухом в надлежащей пропорции. Для лучшегоперемешивания бензина с воздухом первый по тонкой трубке подводится к суженному сечению карбюратора, как это видно из фиг. 2; здесь, благодаря большой скорости воздуха, бензин высасывается из трубки, распыливается и хорошо смешивается с воздухом. Наиболее употребительные типы карбюраторов мы рассмотрим далее в отдельной статье. Воспламенение горючего газа в цилиндре двигателя производится при помощи электрической искры, получающейся в свече К (фиг. 1 и 2) при пропускании через нее электрического тока высокого напряжения. На фиг. 7 представлена отдельно такая свеча. Ток подводится к штифту „а", изолированному от других деталей свечи при помощи фарфорового изолятора „Б". Далее ток со штифта „а" проскакивает через контакты „в" к телу свечи „г", образуя между контактами электрическую искру. Ток для зажигания получается при помощи специального прибора, называемого магнето высокого напряжения, общий вид которого дан был на фиг. 1, а детальное описание которого будет приведено при рассмотрении вопроса о зажигании в автомобильных двигателях. Как уже сказано было выше, для предупреждения перегрева цилиндра он охлаждается П—Вентилятор водой. Для того, С—Магнето Т —Водяной насос чтобы эта вода в У—Подвод холодной воды свою очередь не Ф—Отвод горячей воды перегрелась и не Ц—Труба для отходящих газов начала кипеть, она при помощи специального водяного нососа, укрепленного на картере двигателя, прогоняется как через водяную рубашку двигателя, так и через специальный прибор — радиатор, служащий для охлаждения самой воды. Все механизмы, предназначенные для охлаждения двигателя, носят общее название приборов охлаждения и будут нами рассмотрены ниже. Наконец, для того, чтобы движущиеся части двигателя имели между собой возможно малое трение и чтобы они не могли „задрать одна20 На фиг. 8, 9, 10, 11 схеметически представлен автомобильный двигатель при четырех различных положениях своих механизмов (поршня, коленчатого вала' и клапанов). Автомобильный двигатель всегда имеет несколько цилиндров (от 2 до 12), но в каждом из цилиндров рабочий процесс протекает совершенно одинаково; поэтому для изучения рабочего процесса двигателя мы рассмотрим все явление, происходящее в одном цилиндре. Из фиг. 8 мы видим, что в этот момент при вращении коленчатого вала вправо (или, как говорят, по часовой стрелке) поршень движется вниз и создает в полости цилиндра разрежение; т.-е. давление газа здесь должно получиться меньше атмосферного. Кулачковый вал Ж^ управляющий всасывающим клапаном, в это время располагается таким образом, что под толкателем проходит кулачок, т.-е. всасывающий клапан в это время открыт. 2. Рабочий процесс автомобильного Благодаря этому, внутрь цилиндра через этот двигателя клапан начнет засасываться образовавшаяся в карбюраторе смесь бензина и воздуха. Работа в автомобильном двигателе получается Это явление всасывания свежей смеси будет за счет сгорания внутри его цилиндров топлива, продолжаться до тех пор, пока поршень не дойт.-е. за счет тепла, выделяющегося при этом дет до своего крайнего нижнего положения; присгорании. мерно в этот Вся соже момент вокупность кулачок ваявл ени и, лика Ж1 позаполнение верн ется цилиндра настолько, двигателя что минует свежей ратолкатель бочей смевсасываюсью, сгоращего клание этой пана, и посмесии очиследний щение циопустится линдра от на свое меполучивсто, от'едишихся пронивполость дуктов сгоцилиндраот рания—нокарбюрато сит назвара и всание рабочесывающей го процесса трубы. двигателя. Все опиАвтомоФиг. 3 санное явбильный ление всадвигатель сывания служит для зарядки цилиндра свежей по своему рабочему процессу представляет рабочей смесью и представляет собой первый такт собой четырехтактный двигатель внутреннего рабочего процесса двигателя. За этот первый такт сгорания. Ниже мы рассмотрим, как протекает поршень пройдет один свой ход сверху вниз, а этот процесс и из каких отдельных явлений он коленчатый вал сделает половину оборота. слагается. другую, или даже „заесть , между всеми движущимися частями должна быть обеспечена достаточно хорошая смазка. Для этой цели в двигателе служит обычно специальный масляный насос; этот насос через посредство трубок подводит масло к трущимся частям двигателя. Насос и все детали, служащие для смазки двигателя и носящие общее название приборов для смазки двигателя, будут нами рассмотрены в одной из последующих статей. Таким образом, все механизмы двигателя могут быть подразделены на следующие 6 групп. 1) Кривошипный механизм. 2) Распределение. 3) Карбюрация. 4) Зажигание. 5) Охлаждение. 6) Смазка. В дальнейшем в отдельных статьях мы порознь рассмотрим каждый из перечисленных механизмов в приведенном выше порядке. ФИГ. 221 При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начнет из своего нижнего положения подниматься вверх; такой момент изображен на фиг. 9. При этом оба кулачковых валика находятся в таком положении, что их кулачки не подходят к толкателям клапанов, и последние остаются закрытыми за весь ход поршня вверх. Так как при этом полость цилиндра от'единена от наружного воздуха, а об'ем ее уменьшается, то внутри цилиндра происходит сжатие смеси, засосанной за ход всасывания. К моменту верхнего положения поршня сжатие получается максимальным, и для современного автомобильного двигателя оно равно около 6—6,5 атмосфер. Этот процесс сжатия является вторым тактом рабочего процесса двигателя. Он служит для подготовки смеси к ее воспламенению; как и первый такт, он соответствует одному ходу поршня и половине оборота коленчатого вала.вернется настолько, что его кулачок поднимет выпускной клапан И2, и газы, под влиянием имеющегося внутри цилиндра давления, выбрасываются наружу. Далее клапан И2 остается открытым за все движение поршня вверх, и через него за весь этот ход поршня будет выталкиваться из цилиндра сгоревший газ, как это показано на фиг. 11. Этот процесс очищения цилиндра от сгоревших газов представляет собой четвертый такт рабочего процесса двигателя; он так же, как и предыдущие три такта, занимает один ход поршня или половину оборота коленчатого вала. Когда поршень за процесс выталкивания дойдет до своего верхнего положения, выпускной клапан И2 закрывается, так как к этому времени кулачок валика Ж2 пройдет толкатель клапана И2. Кулачок же валика Ж] к этому моменту подойдет к толкателю всасывающего клапана Когда поршень, двигаясь вверх и сжии откроет последний; затем все явлени: мая рабочую смесь, подходит к своему начнется сначала, и вновь будут чередоверхнему положению, через свечу К проваться четыре такта рапускается элекбочего процесса в той трическая искра, же последовательностиi » ^ / / / » / * чем и вызываетвсасывание, сжатие, расся воспламенеширение (или рабочий ние смеси. ход) и выталкивание. ВоспламененВесь рабочий процесс ная горючая смесь (J,и гд двигателя, охватываюочень быстро " щий четыре указанных (почти мгновентакта,протекаетза четыре но) сгграет, отчего похода поршня, или два оборота вышается ее температуколенчатого вала. ра и давление. ПоследЗа это же время всасываюнее в современных автощий и выпускной клапаны мобильных двигателях открываются по одному разу; к концу сгорания достито-есть: за 2 оборота коленчагает 25—30 атмосфер. того вала кулачки должны поПод давлением сгодойти по одному разу к толкаревших газов поршень телям всасывающего и выпускдвижется вниз, как это ного клапанов. Отсюда следует, показано на фиг. 10, с что за 2 оборота коленчатого Фиг. 5 большой силой заставала кулачковые валы должны вляя повертываться коповернуться на 1 оборот. Это доленчатый вал; так как при этом движении стигается тем, что шестерня Е, сидящая на копоршня вниз об'ем полости цилиндра увеличиленчатом валу, вдвое меньше, чем шестерни Ej и Е2, вается, то давление газа постепенно падает ик связанные с кулачковыми валами. При многоцилинмоменту нижнего дровом двигателе £2. за 2 оборота коленположения поршня ТРЕТИЙ ЦИЛИНДР Фиг. 6 чатого вала в каоно равно около Е2 ВТОРОЙ цилиндр Е, ждом из цилиндров 4—5 атмосфер. Ei. завершится полЭтот процесс ЧЕТВЕРТ. ЦИЛИНДР-... Е2. Е расширения сгоПЕРВЫЙ ЦИЛИНДР ный рабочий процесс; при этом черевших газов и отредование работы дачи их полезной отдельных цилиндработы на коленров устанавливаетчатый вал двигатеся таким образом, ля является третьчтобы вспышки в им тактом раборазных цилиндрах чего процесса двиследовали через гателя. За этот такт одинаковые промеоба клапана—И хи жутки времени. При Иа — остаются затаком чередовании крытыми. вспышек получаетКогда поршень ся наибольшая равбудет подходить к номерность работы своему нижнему подвигателя. ложению, кулачковый валик Ж.> по-22 ФИГ 10 Фи-. 8 - 1 1 Мы видели, что за 2 оборота коленчатого вала или за 4 хода поршня в цилиндре автомобильного двигателя получается только один рабочий такт; или, другими словами, из 4-х ходов поршня только за один ход получается от газа полезная работа. Другие три такта: всасывание, сжатие и выталкивание, требуют затраты работы, которая должна покрываться за счет части работы, получаемой в рабочем такте двигателя. Получив полезную работу от поршня за один его ход, коленчатый вал, продолжая вращаться, должен часть полученной работы отдать обратно поршню, т.-е за три „нерабочих" такта (всасывание, сжатие и выталкивание) усилие передается не от поршня к коленчатому валу, а наоборот, от последнего к первому. За эти три такта коленчатый вал несколько замедлит скорость своего вращения с тем, чтобы вновь ее поднять за рабочий такт.ФИГИЧтобы уменьшить колебания скорости вращения коленчатого вала за рабочий процесс двигателя, на коленчатый вал крепится массивная детальмаховик, который на фиг. 1 обозначен буквой Д[. Чем тяжелее маховик, тем ровнее получается ход двигателя и тем лучше он работает на тихих оборотах. При многоцилиндровом двигателеза2оборота коленчатого вала в каждом цилиндре будет по одному рабочему ходу, а всего получится столько рабочих ходов, сколько имеется цилиндров. Здесь полезная работа, получаемая в одном цилиндре, будет итти на покрытие „нерабочих" тактов в других цилиндрах; поэтому, неравномерность хода двигателя получится меньше; и маховик может быть значительно легче. Чем больше цилиндров у двигателя, тем плавнее ход автомобиля; особенно это заметно на тихом ходу. Проф. Е. Чудаков23