Воспламенение топлива от сжатия

Разговор об автомобиле почти никогда не обходится без упоминания о бензине. Мы говорим: бензиновый автомобиль, бензиновый двигатель, бензобак, бензозаправочная станция. Понятия «бензин» и «автомобиль» тесно связаны друг с другом в нашем сознании. Причина такой связи ясна: большинство современных автомобилей работает на бензине.

Но бензин — топливо сравнительно дорогое. Его получают в основном из нефти, где его не очень много. После удаления бензина из нефти остается менее ценная, но зато более значительная часть. Это так называемые тяжелые виды жидкого топлива — керосин, мазут и т. д. Тяжелое топливо воспламеняется не так легко, как бензин, и поэтому применение его в двигателе внутреннего сгорания сопряжено с некоторыми трудностями.

Но мысль превратить сравнительно дешевое тяжелое топливо в горючее для транспортных двигателей заманчива, и конструкторы издавна работают над решением этой задачи. Серьезные успехи впервые были достигнуты русскими конструкторами. Еще в начале XX века они приспособили двигатель внутреннего сгорания, созданный Р. Дизелем и работающий на тяжелом топливе, для транспортных целей. Первые теплоходы, подводные лодки с дизелями, тепловозы были построены в нашей стране.

Гораздо более сложным делом оказался перевод на тяжелое топливо автомобиля. Долгое время не удавалось преодолеть затруднения, связанные с тем, что дизели сравнительно тяжелы и тихоходны. Только в последнее время их начали широко применять на грузовых автомобилях. . |

В Советском Союзе дизели используются на тяжелых грузовиках и автобусах. Их нетрудно узнать по характерному постукиванию. Над радиаторами ярославских грузовиков красуется фигура медведя — старинный герб города Ярославля; на машинах минского завода — могучая фигура беловежского зубра.

Предпринимаются попытки установить дизели и на легковые машины. Некоторые западногерманские, итальянские, английские фирмы снабжают до половины выпускаемых ими автомобилей дизелями. Несмотря па большой вес дизеля, шумиость работы и повышенную его стоимость, дизельные автомобили оказываются выгодными: расходы по их эксплуатации вдвое меньше, чем по эксплуатации автомобиля с карбюраторным двигателем.

Работа большинства дизелей на первый взгляд мало отли- ^г чается от работы четырехтактного бензинового двигателя — те же такты впуска, сжатия, воспламенения (рабочий ход) и выпуска отработавших газов сменяют друг друга. При впуске так же открывается впускной клапан, а при выпуске — выпускной. Но при тех же четырех тактах работа дизеля существенно отличается от работы бензинового двигателя.

Во время первого такта в цилиндр дизеля входит не горючая смесь, а воздух. Во время второго такта поршень сжимает воздух. Давление его доходит до 30 атмосфер, при этом температура повышается до 500 градусов. В момент наибольшего сжатия и нагрева насос впрыскивает в цилиндр порцию нефтяного топлива. Высокая температура в цилиндре заставляет топливо взорваться. В этом существенное отличие дизеля от бензинового двигателя. Дизель не имеет электрического зажигания, которое доставляло, да и по сей день доставляет автомобилистам много хлопот при регулировке и уходе.

Третий такт дизеля — рабочий ход. Газы, образовавшиеся при взрыве смеси, давят на поршень и заставляют его при помощи шатуна вращать коленчатый вал двигателя. Во время четвертого такта поршень выталкивает из цилиндра через открывшийся в этот момент выпускной клапан отработавшие газы.

Из рассказа о процессе работы дизеля отчетливо видны его достоинства. Прежде всего он не нуждается в карбюраторе — I приборе для распыливания топлива и смешивания его с воздухом. Без такого прибора не обходится двигатель легкого топлива, в цилиндры которого поступает сразу горючая смесь. Далее, дизель избавлен от капризной системы электрического зажигания. Наконец в карбюраторном двигателе топливо, входящее в состав горючей смеси, как бы вдыхается двигателем, а потому должно быть легким, хорошо испаряющимся. Дизельное топливо подается в цилиндр под давлением, а его испарению способствует высокая температура воздуха в цилиндре, поэтому оно может быть более тяжелым.

Дешевизна потребляемого топлива — дизельное топливо примерно вдвое дешевле бензина — не единственное достоинство дизеля. Практика показала, что для выполнения одной и той же работы дизель расходует раза в полтора меньше дешевого топлива, чем карбюраторный двигатель — бензина.

За счет чего достигается эта экономия? Прежде всего за счет высокой степени сжатия. В карбюраторном двигателе рабочая смесь сжимается в семь-девять раз. В цилиндре дизеля воздух сжимается в четырнадцать-шестнадцать раз. Большая степень сжатия в бензиновом двигателе трудно достижима из-за явления детонации, то есть преждевременных взрывов смеси. Помогает экономии и езда накатом, когда дизель отсоединен от силовой передачи (например, при движении автомобиля под уклон дизель вовсе не расходует топлива). Наконец при хранении и заправке дизельное топливо испаряется в атмосферу гораздо меньше, чем бензин.

Не следует, однако, думать, что дизель вовсе лишен недостатков. Прежде всего от карбюратора и электрического зажига ния он избавился ценой использования требующих очень точного изготовления и дорогих топливного насоса и форсунок для впрыска топлива.

Высокие давления, возникающие в цилиндрах дизеля, требуют прочной, а следовательно, и тяжелой конструкции. Тяжелые детали и механизмы системы впрыска топлива ограничивают число оборотов двигателя, поэтому дизель не так быстроходен, как бензиновый двигатель.

Запуск дизелей в холодную погоду, когда температура засасываемого в цилиндры воздуха низка, затруднен. Да и вообще для запуска требуется очень мощный и тяжелый электрический стартер. Вручную или с помощью легкого стартера не преодолеть высокой степени сжатия. Для питания стартера необходим мощный и тоже тяжелый аккумулятор.

Наконец дизели более шумны и дымны, чем карбюраторные двигатели.

Все это задерживает их распространение; в частности, эти причины затрудняют применение дизелей на легковых автомобилях.

Конструкторы ряда американских и советских автомобильных дизелей применили иной принцип работы, чем тот, который только что описан. Эти дизели не четырехтактные, а двухтактные. Весь процесс всасывания, сжатия, воспламенения горючей смеси, расширения образовавшихся газов и выпуска в атмосферу происходит в течение двух ходов поршня, а не четырех. За счет сокращения числа тактов коленчатый вал получает более частые толчки, и число цилиндров может быть уменьшено, что упрощает и облегчает двигатель. При том же объеме цилиндров, что и у четырехтактного, двухтактный дизель более мощный. Каждый цилиндр обладает самостоятельным насосом-форсункой. Благодаря отсутствию общего для всех цилиндров насоса каждый цилиндр как бы превращается в маленький двигатель, и выход из строя одного насоса не приводит к остановке всего двигателя.

Двухтактный двигатель работает следующим образом. Поршень подходит к верхней мертвой точке и сжимает находящийся в цилиндре воздух, насос-форсунка, управляемый от коленчатого вала двигателя, впрыскивает порцию топлива. Начинается рабочий ход. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, он открывает отверстия в боковых стенках цилиндра. В эти отверстия под давлением, создаваемым нагнетателем, врывается чистый воздух, который выталкивает отработавшие газы в открывшиеся в этот момент клапаны и заполняет объем цилиндра. Поршень идет снова вверх, закрывая отверстия своим телом и снова сжимая воздух.

Применение в дизеле отдельных насосов для каждого цилиндра позволило создать семейство двигателей различных размеров и мощности из одинаковых, взаимозаменяемых частей. Поршни, вставные гильзы цилиндров, шатуны, насосы всех двигателей одинаковые.

Самые маленькие члены семейства — одноцилиндровый и двухцилиндровый двигатели для сельских электростанций, для садовых тракторов и других, главным образом сельскохозяйственных, нужд.

Трехцилиндровый дизель по своему весу и мощности удобен для 4-тонных грузовых автомобилей, подобных тем, которые выпускает московский автозавод имени Лихачева. Опытная установка этого дизеля на такой грузовик, проведенная в Научном автомоторном институте (НАМИ), показала его высокие ходовые качества.

«Родство» всех двигателей — от 25-сильного до 165-сильного — между собой имеет огромное значение для народного хозяйства. Оно позволяет упростить производство сложной дизельной аппаратуры, удешевить за счет массовости выпуска изготовление взаимозаменяемых деталей, облегчить ремонт и обслуживание однотипных двигателей, в каком бы далеком уголке нашей страны они ни оказались.

На 25- и 40-тонных самосвалах Минского завода устанавливаются двухрядные V-образные четырехтактные дизели.

Перевозка одной тонны груза на дизельном грузовике обходится примерно вдвое дешевле, чем на грузовике с бензиновым двигателем.

Все это открывает перед советскими дизелями — экономичными и падежными в работе — самые широкие области применения.