Недостатки парового двигателя. Двигатель Отто

 

По теме "тепловоз"

Cпециальные проекты

Реклама

Партнеры и спонсоры

Что еще?

Предыстория появления тепловозов на железных дорогах

Основные недостатки парового поршневого двигателя — низкий коэффициент полезного действия, громоздкость и тихоходность— с развитием производительных сил и повсеместным распространением машин-двигателей становились всё более и более ощутительными. К повышению экономичности паровой машины, как мы видели, стремились уже первые русские теплотехники: Ползунов прибегал к использованию отходящего тепла для подогрева воды, идущей в котёл; Черепанов положил начало тепловой модернизации паровоза, увеличивая количество трубок в котле для повышения паропроизводительности.
Продолжавшаяся целое столетие работа над совершенствованием паровой машины не привела к полной победе. И сегодня паровой поршневой двигатель остаётся самым неэкономичным из всех других машин-двигателей.
В результате создавшегося положения, в ответ на запрос промышленности, поставленную задачу начали решать десятки и сотни техников, конструкторов и изобретателей. Одни из них шли к своей цели ощупью, чисто эмпирическим путём, в поисках счастливого случая, как Ленуар, Отто, но, даже напав на такой случай, не умели его использовать вследствие отсутствия теоретических знаний и способности к анализу; другие, наоборот, шли к своей цели от теоретических предпосылок, но, подойдя вплотную к решению задачи, не могли добиться практического успеха, так как думали не о пользе общему делу своей родины, учитывая её возможности и потребности, а служили «чистой науке».
Из всех разнообразных предложений, сделанных во второй половине прошлого века, к концу века практическое значение получили только двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины.
У паровой машины топливо сгорает в топке котла, а в цилиндре работает водяной пар. В двигателе внутреннего сгорания горючее сгорает в самом цилиндре, а рабочим телом являются образующиеся при этом внутри цилиндра газы.
Вот почему такие моторы называются двигателями внутреннего сгорания.
Надо сказать, что в простейшем своём виде они возникли раньше парового двигателя. В сущности уже обыкновенная пушка представляет собой своеобразный двигатель внутреннего сгорания с той особенностью, что «поршень», т. е. снаряд, вовсе вылетает из цилиндра.
Попытки создать годный для работы двигатель внутреннего сгорания начались после того, как был найден способ получать из разного твёрдого топлива путём нагревания его без доступа воздуха светильный газ. Газ, подобно водяному пару, легко и удобно подводить в цилиндр из газогенератора. Попытка многих изобретателей не имела успеха. Практическое применение нашёл газовый двигатель французского самоучки-рабочего Жана Ленуара, взявшего свой патент в I860 году.
Двигатель Ленуара конструктивно копировал паровой двигатель, с той лишь разницей, что в цилиндр подавался не водяной пар, а светильный газ, смешанный с воздухом. Смесь взрывалась электрической искрой, газ и воздух распределялись коробчатым золотником, а прямолинейно-возвратное движение поршня превращалось во вращательное на валу двигателя при помощи кривошипа.
Потребность в небольшом, удобном для мелкой промышленности двигателе, не нуждающемся в громоздком паровом котле, была так велика, что даже маломощный и далеко не экономичный двигатель Ленуара имел большой, хотя и кратковременный успех. На новый двигатель возлагались такие надежды, ему сулили столь блестящие перспективы, что немецкий купец Николай Отто, забросив свои торговые дела, взялся за то же дело. Без всякой научной и практической подготовки он стал производить опыты с построенным для него газовым двигателем. Отто заставлял машину засасывать смесь воздуха и газа в самых разнообразных пропорциях, производил взрыв смеси при самых различных положениях поршня и после каждого опыта записывал, рассчитывал, соображал. Уважение к расчёту, привитое Отто торговым делом, он перенёс и в своё техническое предприятие.
Таким образом, этот купец экспериментировал не ради проверки теоретических положений, о которых он понятия не имел, а в поисках случая, который бы показал ему, при «каких условиях лучше всего может работать газовый двигатель.
В результате Отто убедился, что взрыв надо производить при самом начале хода поршня. И вот, однажды, выключив зажигание и желая вернуть поршень к его крайнему положению, когда смесь уже находилась в цилиндре, Отто повернул маховое колесо, а затем дал искру. Возвращаясь к своему верхнему положению, поршень, естественно, резко сжал находившуюся в цилиндре горючую смесь. Произведя затем взрыв, Отто, к великому своему удивлению и не меньшей радости, увидел, что маховое колесо на этот раз получило необычайно сильный толчок и сделало значительно больше оборотов, чем обычно.
Горючая смесь, подвергнутая предварительному сжатию, совершила гораздо большую работу, чем без сжатия. Случай открыл купцу истинный и верный путь к созданию наивыгоднейшего процесса работы в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, но ему нехватало хотя бы элементарных теоретических знаний, чтобы немедленно пойти по этому пути.
Ничего толком не понимая в рабочем процессе, происходящем в цилиндре двигателя, Отто не сразу воспользовался своим открытием. Сначала он стал выпускать в продажу вертикальные атмосферные газовые двигатели. В таких двигателях поршень взлетал вверх под давлением газов, расширяющихся после взрыва, а опускался под давлением атмосферного давления и собственной тяжести.
Однако впоследствии, продолжая свои занятия, Отто вспомнил о своём открытии и построил четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания. Топливом для него служил газ. Это было уже в 1876 году.
Четырёхтактный рабочий процесс, лежащий в основе всего современного моторостроения, состоит в том, что пущенный в ход посторонней силой двигатель при первом ходе поршня втягивает в цилиндр смесь газа и воздуха, а при втором, обратном, ходе сжимает смесь поршнем в запертом цилиндре примерно до одной пятой первоначального объёма. При третьем ходе смесь взрывается электрической искрой, и образующиеся продукты сгорания, расширяясь, толкают поршень назад с большой силой. Обратным, четвёртым ходом поршня отработавшие газы выбрасываются из цилиндра.
Первые два хода и последний совершаются за счёт инерции маховика. Один только третий ход из четырёх является рабочим. Первый ход, или такт, называется ходом всасывания, второй — сжатием, третий — рабочим, а четвёртый — выхлопом. Приведённая в движение посторонней силой машина начинает далее работать самостоятельно, повторяя свой четырёхтактные циклы. Впуск газа и воздуха, как и выхлоп, совершается при помощи клапанов, автоматически открывающихся в нужный момент.

Рекомендовать эту статью

Термины, пояснения и исторические справки

Новости из интернета

  

Места на карте, упоминающиеся на сайте 1520mm.ru

Будьте в курсе наших новостей


© 2002—2017 Nicos
Страница сгенерирована за 0,0061 сек.
Rambler's Top100 Яндекс.Метрика