Двигатели внутреннего сгорания (часть 2)
Казалось, двигатель Отто был шагом назад в сравнении с двигателем Ленуара. Цилиндр вертикальный. Вращаемый вал размещен сбоку. Вдоль оси поршня к нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Работа двигателя происходила следующим образом: вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего образовывалось разряженное пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. При взрыве давление под поршнем возрастало до 4 атм. Под воздействием давления поршень поднимался, и давление вновь падало. При подъеме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень, сперва под давлением газа, а затем по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разряжение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в этом двигателе с максимальной полнотой. Это и была главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, после того как давление в цилиндре уравнивалось с атмосферным, открывался выпускной вентиль, поршень своей массой вытеснял отработанные газы. КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15%, но кроме этого он превосходил КПД даже самых лучших паровых машин того времени. Это был прорыв.
Главной проблемой при такой конструкции двигателя было создание механизма передачи движения рейки на вал. Для этой цели было изобретено особое передаточное устройство с шариками и сухариками. Когда поршень с рейкой поднимался вверх, сухарики, охватывавшие вал своими наклонными поверхностями, взаимодействовали с шариками таким образом, что те не препятствовали перемещению рейки, но как только рейка начинала двигаться вниз, шарики скатывались по наклонной поверхности сухариков и прижимали их к валу, вынуждая его вращаться. Такая конструкция обеспечивала жизнеспособность двигателя.
Двигатели Отто оказались почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, на них сразу появился огромный спрос, их было выпущено около пяти тысяч штук. Но Отто продолжал упорно работал над усовершенствованием конструкции. Вскоре зубчатую рейку заменяет кривошипно?шатунная передача. Но главное изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто патентует новый двигатель с четырехтактным циклом. Этот цикл и по сей день лежит в основе работы практически всех ДВС (двигателей внутреннего сгорания). Уже в следующем году новые двигатели были приняты в производство.
Во всех более ранних газовых двигателях топливная смесь воспламенялась в рабочем цилиндре при атмосферном давлении. Но энергия взрыва росла с усилением давления. Следовательно, при сжимании смеси отдача должна увеличиться, должна стать сильной. В своем новом газовом двигателе Отто использовал этот эффект. Газ сначала сжимался до 2, 5 или 3 атм, что позволило уменьшить размеры двигателя, а мощность возросла. Для подачи смеси цилиндр на одной из своих сторон был удлинен. Когда поршень доходил здесь до своего конечного положения, еще оставалось некоторое пространство, которое наполнялось сжатой газовой смесью. Это позволило производить взрыв при конечном положении поршня, когда он при перемене движения имеет нулевую скорость. При такой системе зажигания, в мертвой точке избегались удары, толчки и сотрясения поршня о стенки цилиндра, присущие прежним двигателям. Ход поршня был следующий. 1) При первом ходе поршня всасывалась бедная газом смесь через открытый впускной клапан и клапан для впуска смеси, состоявшая из 1/10 газа и 9/10 воздуха. 2) При обратном ходе поршня впускное отверстие закрывалось, смесь сжималась в цилиндре. 3) В конце этого хода в мертвой точке происходило воспламенение и давление газообразных продуктов взрыва перемещало поршень. В начале третьего такта давление достигало 11 атм, а при расширении понижалось почти до 3 атм. 4) При вторичном обратном ходе поршня открывался выпускной клапан, и поршень вытеснял из цилиндра продукты горения. Когда он доходил до крайней точки, в цилиндре еще оставались некоторые остатки продуктов горения, но на дальнейшую работу они не могли повлиять. Наоборот, их присутствие дало положительный эффект — вместо резкого взрыва происходило более ровное горение, отчего ход поршня получался ровным, без рывков, а двигатель смог получит применение там, где прежде это казалось недопустимым — например, для приведения в движение ткацких станков или динамо-машин. Для того чтобы сделать вращение вала еще более равномерным, его начали снабжать массивным маховиком. Поскольку из четырех ходов поршня только один соответствовал полезной работе, маховик должен был дать энергию для трех последующих ходов, чтобы работающие машины могли идти без замедления хода. Воспламенение смеси производилось по-прежнему открытым пламенем. Из?за кривошипно?шатунного соединения с валом получить расширение газа до атмосферного не удалось, и поэтому повысить КПД двигателя намного по сравнению с предыдущими моделями не удалось, но, как сказано выше, он был самым высоким для тепловых двигателей того времени.
Продолжение следует.
Категория: История,
Добавлено: Александр Баринов 11.12.2006 в 4:43 PM |
|
|
