Игорь Сикорский - Воздушный путь
Бензиновый двигатель
Ознакомимся в общих чертах с тем, как устроен и как работает бензиновый мотор. Главную часть каждого такого двигателя составляет один или несколько цилиндров, каждый из которых представляет из себя как бы стакан от 3-х до 6-ти дюймов[ 9 ] в поперечнике и приблизительно в 2 раза больше в длину. Стакан этот делается обычно из чугуна или стали, и внутренняя стенка его точно обтачивается на токарном станке и должна быть совершенно гладкой, а поперечник цилиндра — совершенно одинаковым на всей его длине. Внутри цилиндра двигается п о р ш е н ь, т. е. металлический стакан несколько меньших размеров, обточенный с своей наружной стороны и пригнанный к цилиндру вплотную таким образом, что воздух не может проходить между стенками цилиндра и поршня. В дне цилиндра имеется обычно 3 отверстия; 2 из них закрываются особыми клапанами,а в третье наглухо завинчивается так называемая свечка. Клапаны сделаны для того, чтобы в нужное время открывать доступ газам во внутренность цилиндра, которые производят работу, и затем дать им возможность, после того как работа будет совершена, выйти наружу. Клапаны мотора имеют приблизительно такое же назначение, как водопроводный или самоварный кран. Цилиндры соединены вглухую с остовом двигателя, а поршни с помощью особой промежуточной части — шатуна, присоединены к изгибам коленчатого вала, т. е. главной оси мотора. Когда коленчатый вал вращается, то поршни двигаются попеременно то в одну, то в другую сторону внутри цилиндров. Таким образом, поршень то приближается к днищу цилиндра, то удаляется от него. Если бы мы пожелали заполнить жидкостью все пространство внутри цилиндра, то когда поршень находится ближе всего к днищу цилиндра, жидкости войдет около 1-го чайного стакана, когда же поршень находится дальше всего от дна цилиндра, то жидкости войдет около 5-ти стаканов[ 10 ]. Свечка представляет из себя небольшой приборчик, в который проводится электрический ток, обычно доставляемый маленькой электрической машиной — магнето, вращаемой самим мотором. Как было указано, свечка ввинчивается в цилиндр так, что конец ее оказывается во внутренней его части. В этой части свечки в необходимый момент проскакивает электрическая искра. В моторах, о которых идет речь, работающим веществом является смесь паров бензина с воздухом. Смесь эта приготовляется особым небольшим прибором, который называется карбюратором. Через широкое отверстие в этот прибор попадает снаружи воздух. Кроме того, по небольшой трубочке в него же течет бензин из резервуара. Количество подаваемого бензина и воздуха можно, по желанию, изменять, пользуясь особенными краниками и заслонками, т. к. в зависимости от погоды, качества бензина и т. д. приходится несколько иначе составлять рабочую смесь, чтобы получить наилучшее действие двигателя.
Большая часть бензиновых моторов вообще и все без исключения двигатели, которыми пользуются в воздухоплавании, делаются по типу, называемому «четырехтактным». Такое название дано этим двигателям, т. к. во время работы их в каждом цилиндре происходят одно за другим четыре различных действия или, как их называют, четыре такта. Действия эти происходят в следующем порядке:
1) Поршень удаляется от дна цилиндра. В это время открывается клапан, впускающий рабочую смесь из карбюратора, и освободившееся между дном цилиндра и поршнем пространство заполняется этой смесью воздуха с парами бензина.
2) Поршень приближается к дну цилиндра. В это время оба клапана остаются закрытыми[ 11 ]. Места внутри цилиндра становится меньше, но смеси выйти некуда, т. к. все отверстия закрыты. Поэтому смесь паров бензина и воздуха в это время сжимается, сдавливается.
3) Поршень удаляется от дна цилиндра. В самом начале этого действия[ 12 ] в свечке, о которой упоминалось выше, проскакивает электрическая искра, воспламеняющая смесь. Сгорание паров бензина, смешанных с воздухом, происходит страшно быстро, иначе говоря, происходит маленький взрыв. Стенки цилиндра делаются достаточно крепкими, чтобы выдержать этот взрыв, и все его давление уходит на то, чтобы с силою толкнуть поршень в направлении от дна цилиндра. В течение всего этого действия оба клапана продолжают оставаться закрытыми.
4) Поршень приближается к дну цилиндра. В самом начале[ 13 ] этого действия открывается другой клапан, позволяющий сгоревшей смеси свободно выйти из цилиндра. При приближении поршня к дну цилиндра места в последнем остается очень немного, и т. к. имеется свободный выход через открытый клапан, то все, что осталось от взрыва, уходит прочь, оставляя цилиндр свободным и готовым для нового наполнения рабочей смесью.
С концом 4-го действия клапан выпуска закрывается, другой клапан — впускной — открывается, и все действия повторяются в прежнем порядке. Таким образом, источником работы мотора внутреннего сгорания является взрыв смеси воздуха с парами бензина, керосина или с газом. Взрыв, который в каменноугольных копях, в местах, где хранятся запасы бензина и др. горючих жидкостей, может причинить огромные бедствия — этот самый взрыв, производимый теми же веществами, но в маленьком виде внутри цилиндра двигателя, может быть послушным помощником человека. Он может в этом случае двигать автомобиль, моторную лодку, воздухоплавательный аппарат; может совершать и огромное число других мирных работ в промышленности и в сельском хозяйстве. Работающий двигатель можно также сравнить с ружьем, в котором пуля не может вылететь из ствола, а лишь способна, двигаясь внутри него, дать толчок, полученный от взрыва порохового заряда, некоторой ручке, вращающей колесо, — в данном случае — коленчатому валу. Выстрелы непрерывно следуют один за другим по 10-15 в секунду, и каждый раз дается небольшой толчок вращающемуся колесу. Сравнивая работающий двигатель с ружьем, мы должны были бы считать: первый такт, или первое действие — заряжанием; второе — забивкой, уплотнением заряда; третье действие — выстрелом и четвертое — очисткой ствола от дыма и копоти. Когда мотор действует, то в каждом его цилиндре одну четверть времени продолжается полезная работа, а три четверти состоит в подготовлении условий, нужных для работы. Чередование работы и промежутка идет очень быстро — в одну секунду каждый цилиндр дает 10-15 таких толчков. На главный вал мотора надевают обычно тяжелое стальное колесо, называемое маховиком[ 14 ].
Делается это по следующей причине: как было сказано, работа в цилиндрах происходит не равномерно, а в виде толчков. Поэтому во время вспышки — взрыва в цилиндре, мотор с силой дергал бы механизм, который он должен вращать, а все остальное время он не давал бы никакой силы и даже мог бы перестать вращаться. Быстро вращающееся маховое колесо как бы впитывает в себя эти толчки. Известно, что тяжелое колесо нельзя заставить сразу вращаться быстро. Его также нельзя сразу остановить, если оно быстро вертится. Поэтому такое колесо делает в двигателе толчки незаметными, а всю его работу — плавной. На моторных лодках и в промышленности очень часто пользуются двигателями с одним цилиндром и с тяжелым маховиком. В воздухоплавании, где все части делаются легкими и тонкими и где все вообще стараются делать возможно легче, моторы никогда не делаются одноцилиндровыми; их всегда делают с большим числом сравнительно малых цилиндров, получая, таким образом, еще более ровную работу и более легкий вес.
Во время работы цилиндры от ряда непрерывно происходящих внутри них взрывов сильно нагреваются. Это могло бы даже разрушить их материал и, во всяком случае, сделало бы невозможной работу двигателя, т. к. на раскаленных металлических стенках не удержалось бы никакое смазочное масло, если бы цилиндры не были охлаждены снаружи специальными приспособлениями. В большинстве двигателей цилиндры охлаждаются следующим образом: на цилиндр снаружи надевается металлический колпак, так, чтобы между ним и стенками цилиндра оставалось свободное пространство, приблизительно в палец толщиной[ 15 ]. К этому колпаку или, как его называют, водяной рубашке, приделываются с противоположных сторон две трубы. В одну из них все время с помощью небольшого насоса подается холодная вода, через другую вода выходит из рубашки цилиндра. Холодная вода, касаясь стенок цилиндров, все время охлаждает их, но зато нагревается сама. В моторной лодке это не страшно, так как холодная вода накачивается все время из-за борта. На автомобиле или на воздухоплавательном аппарате, где запас воды приходится брать с собою, вся вода в несколько минут закипела бы и очень скоро испарилась бы, если бы пустить ее из мотора прямо в тот сосуд или резервуар, в котором она взята с собою. Поэтому воду, которая охлаждает работающей двигатель, приходится в свою очередь тоже охлаждать. Для этой цели обычно пользуются так называемым радиатором. Делается этот прибор следующим образом: два металлических резервуара соединяются между собой большим числом тонких трубочек. Весь радиатор располагается таким образом, чтобы на трубочки возможно сильнее дул ветер. Иногда для этого делают небольшой вентилятор, который создает искусственный ветер между трубочками. Горячая вода из мотора идет по трубе в верхнюю часть радиатора и затем по тонким трубочкам медленно течет в нижнюю его часть. Проходя медленно по тонким трубочкам, обдуваемым снаружи ветром, вода, значительно охладившись, поступает в нижнюю часть радиатора, а оттуда насосом накачивается опять в двигатель, охлаждая его, нагревается сама, т. е. уносит из него избыток теплоты в радиатор. Это продолжается во все время работы, и сравнительно небольшого количества воды достаточно, чтобы обеспечить надолго исправное действие мотора. Так, например, в аэропланный двигатель в 100 лош. сил надо было вливать около 2 ведер воды, чтобы заполнить рубашки цилиндров, радиатор и все трубы. Летом, часов через 10 полета, требовалось подлить около одной четверти ведра.
