Горизонты техники для детей, 1963 №2 (9)

Все об автомобиле

Сегодня хочу рассказать вам, ребята, о «чёртике», который ворчит внутри автомобиля, то есть о двигателе. Что такое двигатель? Как он выглядит? Пока мы с вами знаем только, что он ворчит и приводит в движение автомобиль.

Представьте себе кусок стальной трубки, ровно обрезанной с обоих концов. Такой вид имеет цилиндр двигателя. На один конец трубки надеваем крышку, которая называется головкой цилиндра. Внутри трубки, или иначе, внутри цилиндра ходит поршень. По виду он напоминает стакан, только сделан не из стекла, а из прочного металла. Поршень установлен в цилиндре таким образом, что его дно (дно стакана) обращено в сторону головки двигателя и может свободно передвигаться вдоль цилиндра от головки до противоположного конца.

Так выглядит простейший автомобильный двигатель. Установим поршень в таком положении, при котором он наиболее отодвинут от головки цилиндра. В цилиндр напускаем смесь бензина с воздухом, состоящую из небольшого количества бензина и большого количества воздуха. Смесь такая получается в специальном устройстве, о котором я вам расскажу позднее. Начнем передвигать поршень вдоль цилиндра к его головке. Что же произойдет со смесью? Она будет сжата, то есть заключена в небольшом пространстве, остальную же часть цилиндра займет поршень. Когда же поршень будет совсем близко к головке цилиндра, остановим его и подожжём смесь. Что произойдет? Смесь быстро и бурно сгорит, то есть взорвется. Образуется много так называемых газообразных продуктов сгорания, которые не могут поместиться в маленьком пространстве и сильно давят на все стенки цилиндра. Но ни стенки цилиндра, ни головка не могут раздвинуться, а начинает опускаться только поршень. Он отодвигается под давлением газов всё дальше от головки. Наш двигатель заработал. Сейчас все опять начинается сначала: наполняем цилиндр смесью, смесь сжимаем, поджигаем, газообразные продукты сгорания давят на поршень, толкая его обратно вниз, после чего удаляем из цилиндра эти газы, наполняем его смесью и цикл опять повторяется. Итак, поршень цилиндра уже работает. Надо его теперь присоединить к другим частям автомобиля.

Давайте вспомним, как выглядит велосипед. Нажимая ногами на педали, поднимая и опуская то одну, то другую ногу, приводим во вращение большое цепное колесо. Почти то же происходит и с двигателем. Поршень нажимает на шатун, который своим вторым концом давит на кривошип кривошипного вала, приводя его во вращательное движение. Кривошип кривошипного вала (называемый часто телом кривошипа) выполняет ту же роль, что педали в велосипеде.

Я понимаю, что вам трудно сразу запомнить все эти сложные названия и понять, как это всё вместе работает. Посмотрите на чертеж. Найдите поршень, на который давят газообразные продукты сгорания; поршень надавливает на шатун, шатун на кривошип кривошипного вала (тело кривошипа), который начинает вращаться.

Скажете: «хорошо, — газообразные продукты сгорания нажимают на поршень, поршень идет вниз. Но почему же поршень идет вверх, сжимая смесь?».

Для того, чтобы поршень пошел вверх и сжал смесь, конструкторы установили на конце кривошипного вала большое колесо, выполненное из куска стали. Это колесо называется маховым колесом. Когда маховое колесо начнет вращаться, трудно его сразу остановить. Точно также трудно остановить быстро бегущего товарища, а тем более едущего на велосипеде спортсмена. Маховое колесо разгоняется при взрыве смеси; когда поршень идет вниз, оно силой разгона толкает поршень вверх, сжимая смесь. Весь путь поршня от самого нижнего положения в конечное верхнее, или обратно называется в технике ходом поршня. Когда поршень пройдет вдоль всего цилиндра, мы говорим, что он совершил один ход. Когда поршень идет вверх и сжимает смесь, говорим, что он совершил ход сжатия. Когда же после взрыва он дойдет до крайнего нижнего положения, мы говорим, что поршень совершил рабочий ход. Кроме того, двигатель совершает еще два хода: ход впуска и ход выпуска. Сразу же, я знаю, вы спросите: «а что это такое? Для чего это нужно? Ведь поршень уже сжимает смесь, смесь взрывается и газообразные продукты сгорания давят на поршень. Этого уже вполне достаточно для работы двигателя». Не забываете, ребята, о том, что сначала смесь надо как-то извне втолкнуть в цилиндр. После того, как смесь сгорит, необходимо отработавшие газы выбросить наружу.

Таким образом, мы приходим к заключению, что в двигателе всё делает поршень. Он сам втягивает в цилиндр смесь, а после сгорания, сам выбрасывает отработавшие газы из цилиндра наружу.

Но как же смесь входит в цилиндр и откуда вылетают отработавшие газы?

Конструкторы подумали и об этом. В головке цилиндра они сделали два отверстия, прикрывающиеся специальными крышками, называемыми клапанами. Крышка-клапан открывается и смесь попадает в цилиндр. Клапан называется впускным клапаном, а крышка, через которую вылетают отработавшие газы — выпускным клапаном.

Как работает двигатель автомобиля?

Установим поршень ближе к головке, откроем всасывающий клапан и начнем передвигать поршень вниз. Через открытый клапан влетает смесь бензина с воздухом и наполняет цилиндр. Когда поршень дойдет до крайнего нижнего положения, всасывающий клапан закрывается. Это был впускной ход. Затем поршень начинает двигаться вверх, сжимая смесь. Это, как вы уже знаете, ход сжатия. Когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, смесь поджигается и наступает взрыв. Поршень под давлением газов опускается вниз. Это — рабочий ход. И, наконец, когда поршень достигнет крайнего нижнего положения, открывается второй, то есть выпускной клапан. Поршень идет вверх и выталкивает через выпускной клапан отработавшие газы в так называемую выпускную трубу. Через эту трубу газы выходят наружу, а труба заканчивается обычно сзади автомобиля. Вы, наверное, не раз видели её.

Как видите, поршень совершает четыре хода: всасывает смесь, сжимает её, сжигает и выбрасывает из цилиндра. Поэтому такие двигатели называются четырехтактными двигателями или четырехходовыми двигателями.

«Мы всегда говорим, что смесь зажигается, — вспомнит кто-нибудь из вас, — но как? Ведь шофер не стоит рядом с двигателем и не зажигает смесь спичками».

Конечно, нет. Смесь зажигается электрической искрой. Специальное устройство, находящееся в автомобиле, создает электрический ток, который в виде искры проскакивает между двумя проволочками в цилиндре, зажигая смесь. Искра должна проскочить точно в тот момент, когда смесь максимально сжата. Приспособление, имеющее две проволочки, между которыми проскакивает искра, называется свечей зажигания. Она ничем не напоминает обычную восковую свечу. Пусть похожее название вас не вводит в заблуждение.

Ну вот, есть у нас поршень, шатун, кривошипный вал. Как же соединить их друг с другом. Начнем с соединения поршня с шатуном. Это соединение должно быть таким, чтобы шатун мог двигаться по отношению к поршню. Многие спросят: почему? Ведь поршень и шатун двигаются только вверх и вниз. Ошибаетесь. Поршень действительно двигается только вверх или вниз, но шатун совершает, кроме того, ещё один вид движения: качается, как маятник висячих часов. Посмотрите на рисунок. Когда поршень идет вниз, нижняя часть шатуна находится правее цилиндра, а когда поршень дойдет до крайнего нижнего положения и начнет подниматься вверх, нижняя часть шатуна перейдет на левую сторону цилиндра. Таким образом, шатун качается, изменяя все время положение по отношению к цилиндру: то он левее, то правее его. Для того, чтобы шатун мот качаться, его надо соответствующим образом подсоединить к поршню. В верхней части шатуна и в поршне имеются специальные отверстия, через которые просунут стальной болт, называемый поршневым дышлом. Сейчас уже поршень правильно соединен с шатуном. Остаётся соединить шатун с кривошипным валом. Кривошипный вал вращается во время работы двигателя в нижней части кривошипа. Здесь нужен подшипник. Подшипник, устанавливаемый между шатуном и кривошипным валом, имеет вид металлического кольца. Вы, конечно, не раз бывали на катке и знаете, что, катаясь на коньках, достаточно раз оттолкнуться, и можно далеко отъехать. На земле или на асфальте вам этого не удастся сделать. Совершенно так же обстоит дело в двигателе. Все передвигающиеся взаимно части должны быть установлены на подшипниках.

В следующий раз я вам расскажу о двигателе, который в отличие от четырехтактного, называется двухтактным.

Инж. Тадеуш Рихтер.