Мотор

Скан: AAW, обработка, формат Djv: DNS, 2011

ПОД РЕДАКЦИЕЙ АКАДЕМИКА В. И. ОБРАЗЦОВА

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТЕХНИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ МОСКВА 1949 ЛЕНИНГРАД

16-2-1

Редактор В. А. Мезенцев.

Техн, редактор Л. А. Кушнер

Подписано к печати 9/У1 1949 г. 3,5 печ. л. 3 уч. — изд. л. 36 000 тип. зн. в печ. л. А04400. Тираж 200 000 экз. Цена книги 90 коп. Формат бумаги 84Х1С81/₃₂. Заказ № 337.

Первая Образцовая типография имени А. А. Жданова Главполиграфиздата при Совете Министров СССР. Москва, Валовая, 28.

Введение

Утро. Вы проснулись, умылись, согрели чай на газовой или электрической плитке, наконец, вышли из дома и сели в автобус. Навстречу идут трамваи, троллейбусы, автомашины. Вы сходите с автобуса, и бесшумный эскалатор спускает вас на станцию метро. Просторная платформа залита электрическим светом. Автоматически открываются двери подошедшего поезда, и через минуту поезд мчится по тоннелю. Вы и не думаете о том, сколько машин за этот короткий срок совершали для вас самую разнообразную работу. Подавали воду и газ насосы, работал мотор автобуса, вращались электродвигатели эскалатора, генераторы посылали электрическую энергию для освещения и вентиляции метро, сжатый воздух открывал двери вагона…

Техника так прочно вошла в нашу жизнь, мы так привыкли к ней, что часто не замечаем её.

Основой современной техники, сердцем любой современной машины является двигатель — мотор.

«Всякая вполне развитая машина, — писал К. Маркс, — состоит из трёх существенно различных частей: двигательного механизма, трансмиссии (передаточного механизма), наконец, исполнительного механизма или собственно рабочей машины. Двигательный механизм действует как движущая сила всей машины. Он или сам порождает свою двигательную силу, как, например, паровая машина, калорическая машина (действующая нагретым воздухом), электромагнитная машина и т. д., или же получает импульс извне от какой-либо готовой силы природы, как водяное колесо от падающей воды, крыло ветряной мельницы от ветра и т. д.».

Много тысяч лет назад человек научился получать огонь трением сухих кусков дерева друг о друга. Так впервые механическая работа трения была переведена в теплоту.

Прошли тысячелетия, и человек научился управлять обратным процессом — преобразовывать тепло в механическую работу; был создан первый тепловой двигатель — паровая машина.

Первую паровую машину изобрёл и построил в 1764 году на Алтае горный мастер Барнаульского завода Иван Иванович Ползунов. С тех пор человек заставил работать на себя огромное количество тепловой энергии, скрытой в угле, нефти, дровах, газах.

Топливо сжигается в специальных топках паровых машин и нагревает воду в котле. Вода превращается в пар, который приводит в движение паровую машину. Такие машины и служат двигателями пароходов и паровозов.

Однако в топке и в котле теряется значительная часть энергии топлива, — нередко 90–95 процентов. Кроме того, само устройство топки и котла сложно и громоздко, а это особенно неудобно для городского транспорта. Необходимо было создать небольшой по размерам двигатель, в котором энергия топлива использовалась бы наиболее экономно, то-есть чтобы топливо сгорало не в отдельной топке, а в самой машине. Топливом в данном случае может служить горючий газ, бензин или нефть.

Первый такой двигатель внутреннего сгорания, работавший на сырой нефти, был создан в России. В России же были построены первый теплоход и первый тепловоз.

С появлением лёгкого и всегда готового к действию двигателя стало возможным развитие автомобилестроения, тракторной промышленности и авиации.

Двигатели внутреннего сгорания — наиболее выгодные моторы. Казалось, человечество имеет в своих руках мотор, который может быть установлен на транспорте любого вида. Однако в последние годы авиацию уже не удовлетворяет «обычный» авиационный мотор. На смену ему приходит двигатель внутреннего сгорания особого рода — реактивный двигатель. Честь создания и применения в авиации реактивного двигателя принадлежит великому русскому учёному Константину Эдуардовичу Циолковскому.

У самых истоков развития моторостроения и на пороге его будущего стоят русские изобретатели. Их дело с успехом продолжают советские учёные и конструкторы.

Рис. 1. Широко применение двигателей внутреннего сгорания в технике.

Велико и многообразно семейство современных двигателей внутреннего сгорания. В этой небольшой книге мы расскажем только о тех из них, которые применяются на транспорте. Мы расскажем здесь, как устроен и как работает двигатель внутреннего сгорания, как служит он человеку на земле, на воде и в воздухе. Мы расскажем также и о том великом вкладе, который на протяжении многих лет внесли в дело развития и усовершенствования мотора русские мастера, изобретатели и учёные.

1. «Самобеглая» коляска

Вряд ли кому-нибудь из нас автомобиль кажется сейчас чем-либо необычным. Миллионы их бегают по дорогам нашей родины. В горах Памира, на лесных дорогах Сибири, в степях Приазовья без устали мчатся автомашины, перевозя грузы и пассажиров.

Велико значение автомобиля. Крайне разносторонне его применение. Автомашины не только перевозят огромное количество грузов и пассажиров. Автомобиль, закованный в броню, является грозным боевым оружием. Оборудованный техническими средствами, автомобиль выполняет самые разнообразные задачи: походные автопекарни выпекают хлеб, пожарные автомашины своевременно тушат пожар, автомобили заводят моторы самолётов на аэродромах.

В общей цепи изобретений, на основе которых был создан современный автомобиль, велики заслуги русских изобретателей. В течение 150 лет смелая мысль и упорный труд русских мастеров подготавливали создание современного автомобиля.

Первым шагом от кареты к автомобилю была «само-беглая коляска». Коляска эта двигалась с помощью мускульной силы сидящего в ней человека, действовавшего через механизмы на колёса.

Придумал эту коляску и сделал её в Петербурге крестьянин Нижегородской губернии, Яранского уезда, из деревни Большаково — Леонтий Шамшуренков.

В 1741 году в губернскую нижегородскую канцелярию поступило от него заявление о «сделании коляски само-беглой».

В заявлении было написано:

«И такую коляску он, Леонтий, сделать может подлинно, так что она будет бегать без лошади, только правима будет через инструменты двумя человеками, стоящими на той же коляске, кроме сидящих в ней праздных людей, а бегать будет хотя через какое дальное расстояние, но и не только по ровному местоположению, но и к горе, буде где не весьма крутое место… Тому искусству нигде он, Леонтий, не учивался, но может то сделать своею догадкою, чему он и пробу в доме своём, таясь от других, делывал…».

Только через одиннадцать лет, в 1752 году, изобретателя вызвали в Правительствующий Сенат.

Через шесть месяцев самобеглая коляска была готова.

Но не слава ждала изобретателя. Оставленный без поддержки, Шамшуренков бедствует, возвращается в родной Яранск, куда ему, наконец, выслали в награду 50 рублей.

А «куриёзная, без лошадей самобеглая коляска» действовала, видимо, исправно. Об этом можно судить хотя бы по более позднему письму Шамшуренкова: «А хотя прежде сделанная мною коляска находится в действии, но токмо не так в скором ходу, и ежели ещё позволено будет, то могу сделать той прежней упорнее и на ходу скорее и прочнее мастерством», — писал он в Сенат в заявлении, где предлагал, кроме того, «для апробации сделать сани, которые будут ездить без лошадей зимою, а для пробы могут ходить и летом с нуждою», а также брался построить «часы-верстомеры» — первый в мире спидометр — измеритель скорости движения экипажа.

Опережая на десятки, если не на сотни лет своё время, работая в тяжёлых условиях крепостнической России, Шамшуренков не смог найти практического применения своему замечательному изобретению. Самобеглая коляска послужила лишь для развлечения придворной знати и была со временем забыта.

Несколько позже построил самоходную карету знаменитый русский механик Иван Петрович Кулибин, который с 1769 года тридцать лет заведывал мастерскими Академии наук в Петербурге.

Кулибину принадлежит много замечательных проектов в самых различных областях техники. «Самокатка», изобретённая им в 1791 году, представляла собой трёхколёсный экипаж с сидением для пассажиров, за спиной у которых находился человек, нажимавший на педали. Движение педалей особым механизмом передавалось на задние колёса. Чтобы тележка катилась равномерно, Кулибин впервые в технике транспорта применил тяжёлый маховик. Массивное колесо маховика разгонялось и помогало самокатке преодолевать неровности пути и подъёмы. Для уменьшения трения Кулибин также впервые применил в своей тележке подшипники скольжения, весьма близкое подшипникам современных машин.

2 История автомобиля

Попытки отказаться от мускульной силы и применить для движения повозки тягу мотора, то-есть попытки создать первый автомобиль, успешно делались русскими изобретателями.

В 1830 году лафетный мастер К. Янкевич совместно с двумя своими товарищами-механиками разработал интереснейший проект парового автомобиля — «быстроката». Быстрокат Янкевича должен был делать до 30 вёрст в час и мог быстро останавливаться. В это же время в Европе предпринимались первые робкие попытки использовать тихоходные паровые омнибусы. Но стоящие во главе Управления путей сообщения России иностранные советники не пожелали понять значения русского «быстроката» и похоронили это изобретение.

Несколько удачнее сложилась судьба другого изобретателя парового автомобиля — Аммоса Черепанова, племянника знаменитого русского паровозостроителя Ефима Черепанова. «Паровой слон» Аммоса Черепанова был построен на Урале и ходил по дороге между заводами Верхняя и Нижняя Салда, неподалёку от города Тагила, перевозя руду и металл в прицепных повозках. Однако, как и другие изобретения, сделанные на Урале и Алтае, «паровой слон» не был оценён царскими чиновниками, и мысль о широком распространении автомобилей заглохла.

Тяжёлые паровые автомобили требовали хороших дорог. Огромнейшим препятствием новому виду транспорта было полное бездорожье, царившее в те годы в России.

В середине тридцатых годов прошлого столетия изобретатель Василий Петрович Гурьев попытался обойти это препятствие. Он предложил проект «сухопутного парохода», который должен был двигаться по деревянным торцевым мостовым, защищённым от износа железной полосой. «Сухопутный параход» состоял из тягача и нескольких пассажирских и грузовых прицепов. В сочетании с торцевой мостовой «сухопутный пароход» Гурьева представлял собой нечто среднее между паровозом и паровым автомобилем.

Но и это изобретение не нашло себе места в жизни. Конструкторы первого автомобиля понимали, что главное у самоходного экипажа — это двигатель. Вместо тяжёлой паровой машины самоходу был нужен лёгкий мотор. Таким мотором и стал двигатель внутреннего сгорания. Ходовая часть для автомобиля была позаимствована у транспортной техники предыдущих лет: кузов, рама и рессоры были взяты от пролётки; управление — от «самокаток» и «беговых машин» — велосипедов; передача — от станков и фабричного оборудования.

Первые двигатели внутреннего сгорания работали на горючем газе и на жидком топливе — на парах разогретого бензина, керосина или лигроина. Они существовали ещё в семидесятых годах прошлого столетия. Но эти двигатели были крайне несовершенны и для транспортных машин были мало пригодны.

Двигатели, специально созданные для «безлошадного экипажа», были изобретены в 80-х годах прошлого века почти одновременно в ряде стран. Лёгкие быстроходные двигатели вызвали к жизни автомобиль, трактор и, наконец, авиацию.

Один из первых бензиновых лёгких двигателей имел мощность в полторы лошадиные силы. В 1885 году такой мотор был установлен на «моторном велосипеде» и на «безлошадной пролётке».

Рис. 2. «Самоходная карета» — предок современного автомобиля.

Самоходная пролётка представляла собой экипаж, под задним сиденьем которого стоял мотор с цепной передачей на задние колёса (рис. 2). Пролётка двигалась со скоростью до 20 километров в час.

Насколько надёжен был этот автомобиль, можно было судить по тому, что обязательным приложением к «безлошадному экипажу» были съёмное дышло и кнут — это на всякий случай, если придётся впрягать лошадь!

Ещё более оригинально был сделан первый трёхколёсный автомобиль. Он вообще не имел холостого хода: заведя мотор, шофёр тем самым пускал повозку вперёд и на ходу должен был вскакивать на высокое кучерское сиденье.

Однако, несмотря на такого рода технические недостатки первых автомобилей, потребность в них была очень велика; и в 1890 году в Европе было организовано первое автомобильное производство.

Мощность автомобильных моторов с каждым годом увеличивалась. Двигатели уже не умещались под задним сиденьем, и поэтому мотор пришлось перенести вперёд (хотя некоторые шутники считают, что двигатель вылез в автомобиле вперёд якобы потому, что человек издавна привык видеть лошадь впереди экипажа).

Годы шли, и автомобиль всё увереннее занимал своё место в жизни.

Старые автомобили сменялись новыми, с более мощными моторами. Увеличивалась скорость движения автомобилей. В 1909 году рекордная скорость автомобиля составляла уже 202 километра в час; в 1924 году — 234 километра в час; а в 1928 году автомобиль с мотором мощностью в 980 лошадиных сил показал скорость 372 километра в час. В 1935 году гоночная машина со специальным мотором в 2 500 лошадиных сил дала скорость уже 484 километра в час. Наконец, через два года автомобиль с мотором фантастической мощности — 5 000 лошадиных сил — поставил мировой рекорд скорости 555 километров в час.

Это казалось пределом… Но в 1939 году новая гоночная автомашина с двумя авиационными моторами показала скорость 595 километров в час! Этот рекорд до сих пор ещё не побит.

Так далеко от «коляски куриёзной, без лошадей самобеглой» шагнуло вперёд развитие автомобиля.

Раньше шофёр самоходной кареты был вынужден зачастую ставить дышло и браться за «резервный» кнут. Надёжность современного автомобильного мотора чрезвычайно высока. В 1935 году был поставлен рекорд продолжительности движения на автомобиле. Малолитражная автомашина, задерживаясь только для смены гонщиков и для заправки горючим, круглосуточно двигалась по замкнутому кругу 133 дня со средней скоростью 93 километра в час. Машина прошла 300 тысяч километров — расстояние, в 7,5 раза большее пути вокруг земного шара, И за всё время пути у двигателя были только несколько раз заменены небольшие детали!

Наша страна имеет молодую автопромышленность, созданную только в годы советской власти, но уже сейчас это — одна из лучших промышленностей мира. Наши автозаводы оборудованы по последнему слову техники. Новые советские автомобили послевоенного выпуска — это последнее достижение современной техники автомобилестроения. Великолепен автомобиль высшего класса ЗИС-110. Машина имеет восьмицилиндровый мотор мощностью 140 лошадиных сил, скорость её — до 140 километров в час (рис. 3). Хороша и оригинальна по конструкции автомашина «Победа» Горьковского автозавода им. Молотова (рис. 4). Выпускаются у нас и малолитражные автомобили «Москвич». В послевоенные годы наши заводы выпустили спортивно-гоночные автомашины разных типов — «Звезда», «Пионер» и «Салют».

Рис. 3. Первоклассный автомобиль ЗИС-110 автозавода им. Сталина.

Рис. 4. Советские легковые автомобили «Победа» и «Москвич»

С каждым годом растёт выпуск советских автомашин. В 1950 году мы должны выпустить машин в 3 раза больше, чем в любой предвоенный год. Мощность всех автомобилей, которые сойдут с конвейеров советских автозаводов в 1950 году, составит свыше 40 миллионов лошадиных сил! Чтобы представить себе, что можно сделать этими «железными лошадьми», обратимся к одному незабываемому факту ближайшего прошлого.

Было это зимой 1942 года. Ленинград был окружён вражеским кольцом, и только маленькая полоска замёрзшего Ладожского озера соединяла город с «Большой землёй».

Тысячи автомашин уверенной рукой были направлены на этот ледяной путь. Под обстрелом и бомбёжкой бойцы-шофёры везли по этой «дороге жизни» продовольствие и боеприпасы, эвакуировали раненых, стариков, женщин и детей. Больше 354 000 тонн груза доставили автомобилисты в город Ленина, больше 500 000 человек вывезли они из осаждённого города. Город был спасён от голодной смерти. Врагу не удалось сломить мужество ленинградцев.

Надёжное и могучее сердце — двигатель — имеет советский автомобиль. С таким сердцем можно итти в далёкую дорогу.

3. Как работает двигатель внутреннего сгорания

Как же работает двигатель внутреннего сгорания?

Каждый из вас, вероятно, знает, как стреляет пушка. Ствол пушки похож на закрытую с одного конца трубу. В него закладывается сначала пороховой заряд, а затем снаряд. Чтобы выстрелить из пушки, пороховой заряд поджигают. Для этого в старину к маленькой дырочке, просверленной в закрытой части ствола, подносили зажжённый фитиль (рис. 5). Порох вспыхивает и, быстро сгорая, образует огромное количество раскалённого газа. Газ с огромной силой давит на донышко снаряда и выбрасывает снаряд из ствола.

Сила взрыва пороха настолько велика, что снаряд из пушки летит зачастую на несколько десятков километров. Уловить и использовать энергию этого взрыва для приведения в движение какой-либо машины крайне затруднительно. Слишком значительна энергия взрыва пороха. Чтобы использовать эту энергию, взрыв надо укротить.

Рис. 5. При выстреле из пушки ядро движется в стволе подобно поршню в цилиндре двигателя.

Рис. 6. Энергию взрыва можно использовать для вращения колеса.

Представим себе другую машину, которая в своей основе мало отличается от только что рассмотренной пушки, но энергию которой можно использовать. Возьмём такую же трубу, как ствол пушки, также закрытую с одной стороны, только значительно короче (рис. 6,а) и прочно укрепим ее. В эту трубу — цилиндр поместим вместо пороха, чтобы не получить слишком сильного взрыва, взрывчатое вещество послабее — например, смесь паров бензина с воздухом. Вместо снаряда вставим хорошо пригнанную металлическую пробку — поршень, который свободно ходит внутри цилиндра.