ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ


ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение двигателя внутреннего сгорания открыло новую эру в развитии транспорта — наземного, водного и воздушного.

В 1885 году немецкий инженер Г. Даймлер построил двигатель внутреннего сгорания мощностью около 10 лошадиных сил, работавший на керосине, и установил его на экипаже. Эта дата и считается днем рождения бензинового мотора.

Изыскания советских исследователей говорят, что над созданием бензинового мотора работал инженер Игнатий (Огнеслав) Степанович Ко-стович (1851—1916).

Костович родился в Венгрии, но большую часть жизни прожил в России. В качестве командира русского военного парохода на Дунае он участвовал в войне с Турцией и после тяжелого ранения переселился в Петербург. Здесь до конца жизни он занимался изобретательской деятельностью в разных областях техники и военного дела.

В августе 1879 года в Петербурге на заседании кружка любителей воздухоплавания бывший моряк русского флота капитан Костович показал собравшимся чертежи изобретенного им дирижабля и восьмидесятисильного двигателя к нему. Проект дирижабля представлял огромный интерес, а его двигатель открывал новую главу в энергетической технике. Он должен был работать на бензине, зажигание горючей смеси в цилиндрах происходило с помощью электрической искры. Оригинальный проект Коетовича привлек к себе внимание. Изобретателя поддержал увлекавшийся вопросами воздухоплавания Д. И. Менделеев. На строительство летательного аппарата были собраны по подписке деньги. На Охтенской судостроительной верфи начали строить дирижабль.

В первую очередь сооружался двигатель. В 1884 году мотор был готов и к концу года подвергся испытаниям.

В восьми горизонтально расположенных цилиндрах под действием вспышек бензиновых паров перемещались поршни. С помощью штоков и промежуточных шатунов они передавали усилия на общий коленчатый вал, поднятый почти на метр над цилиндрами. Тяжелый маховик обеспечивал равномерность вращения вала двигателя.

Четыре карбюратора, которые производили смесь бензиновых паров с воздухом, бцли соединены с четырьмя запальными коробками. Каждая из коробок обслуживала одновременно два противолежащих цилиндра. В запальной коробке находились клапан для пуска горячей смеси, клапан для выпуска отработанных газов и вращающийся электроконтакт для создания искры.

Открытие клапанов и вращение запального контакта осуществлялись автоматически от коленчатого вала через шестерни и цепные передачи.

Охлаждение мотора было водяное. Заключенные в специальные кожухи цилиндры омывались с внешней стороны водою. Для уменьшения

Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания, созданный И. С. Костовичем.

«Биротативный» двигатель Уфимцева.

трения цилиндры и поршни были сделаны из бронзы и усиленно вмазывались.

При мощности в 80 лошадиных сил двигатель весил всего лишь 240 килограммов, то есть на каждую лошадиную силу мощности приходилось 3 килограмма веса.

Испытания двигателя Костовича дали хорошие результаты. Однако использован на дирижабле двигатель не был, так как средств на постройку огромного летательного аппарата у изобретателя не хватило. О судьбе, постигшей дирижабль талантливого русского изобретателя, мы расскажем в главе «Для защиты Родины».

Важно отметить, что создание мотора не случайная удача Костовича. В литературе есть указания, что за несколько лет до начала строительства дирижабля Костовичем была построена моторная лодка также с бензиновым мотором. Чертежи и описание этого мотора не сохранились, но работа над ними послужила, видимо, изобретателю серьезной подготовкой к созданию описанного выше двигателя.

В 1888 году, желая закрепить за собой изобретение, автор подал заявку и в 1892 году получил привилегию на свой бензиновый мотор. Ко-стович не был одинок в своем творчестве. Почти в те же годы в России трудились другие талантливые изобретатели двигателей.

В 1885 году молодой конструктор Б. Г. Луцкой построил четырехцилиндровый, а затем и шестицилиндровый двигатель внутреннего сгорания с вертикальным расположением цилиндров в один ряд. Эти двигатели были прообразом современных автомобильных и судовых моторов, в которых принято такое же ^расположение цилиндров.

Больше десяти двигателей внутреннего сгорания разных мощностей и конструкций построил Луцкой для транспорта. В 1904 году он создал пятидесятисильный двигатель для моторной лодки, а еще через два года — мотор колоссальной мощности, в 6 тысяч лошадиных сил, установленный тогда на миноносце Балтийского флота «Видный».

Много было сделано русскими моторостроителями для создания двигателей внутреннего сгорания авиационного типа.

Особо следует остановиться на интересном авиационном двигателе, разработанном и построенном в 1909 году изобретателем Анатолием Георгиевичем Уфимцевым. Его двигатель имел удельный вес всего лишь 1,4 килограмма на лошадиную силу. Особенность этого двигателя заключалась в том, что цилиндры его вращались в одну сторону, вал — в другую. Этот шестицилиндровый двигатель так называемого «би-ротативного» типа вращал одновременно в разные стороны два пропеллера, развивая мощность в 90 лошадиных сил, — почти вдвое большую, чем мощность обычных двигателей того же веса и объема.

Показанный на Международной авиационной выставке в Москве, этот мотор привлек всеобщее внимание, создатель его был награжден серебряной медалью.

❖ * *

Русские ученые много сделали для создания двигателей внутреннего сгорания, работающих не на дорогом бензине, а на более дешевом топливе, на нефти.

В 1893 году знаменитый немецкий изобретатель Дизель приступил к изготовлению опытного образца двигателя внутреннего сгорания, кото-

!рый должен был работать на дешевом горючем, по принципу, отличному от обычных моторов внутреннего сгорания.

Новый принцип был направлен к тому, чтобы более полно использовать запас энергии, заключенной в горючем. Такое использование возможно при сильном сжатии горючей смеси в цилиндре и при постепенном сгорании ее, а не при взрыве, как это происходит в бензиновом моторе.

Когда поршень сильно сжимает воздух в цилиндре и давление достигает4 нескольких десятков атмосфер, сжатый воздух саморазогревает-ся до 700 градусов. Впрыскиваемое горючее при такой температуре вспыхивает и постепенно по мере поступления сгорает. Горючие газы оказывают давление на поршень, связанный через кривошипный механизм с валом двигателя.

Больше трех лет бился изобретатель над созданием действующей модели машины, отбрасывая многое из того, что было задумано им раньше Сначала он отказался от применения в качестве горючего предложенного им угольного порошка. Затем пришлось отказаться и от применения нефти. Созданные двигатели, названные в честь их изобретателя дизелями, были огромным достижением техники, но они работали только на дорогом топливе — бензине и керосине.

Нефтяной же двигатель —* мощный и экономичный — так и оставался некоторое время мечтой. Создан был такой двигатель в 1899 году группой инженеров и техников петербургского машиностроительного завода «Русский дизель».

Это был своеобразный, прекрасно разработанный двигатель, продуманный во всех своих конструктивных особенностях. Удачные топливный насос и форсунка для подачи нефти в цилиндр почти без изменения сохранились на дизелях некоторых конструкций до наших дней.

Русский двигатель был очень экономичным. Имея мощность в 25 лошадиных сил, он расходовал всего 240 граммов сырой нефти на лошадиную силу в час — результат для того времени невиданный!

Слава русского завода быстро облетела моторостроительные предприятия Европы. Зарубежные предприниматели ухватились за самый простой и экономичный двигатель — они начали выпускать моторы по образцам «русской нефтянки».

Несколько лет спустя совсем в другом конце России, в селе Балакове, на Волге, в небольшой мастерской изобретателем Яковом Васильевичем Маминым был создан двигатель новой конструкции (о его многогранном творчестве мы еще расскажем в последующих главах).

Двигатель этот также работал на сырой нефти; он имел один горизонтально расположенный цилиндр с воздушным охлаждением. Запатентованный в 1903 году, этот двигатель мощностью в 12 лошадиных сил выпускался сериями. Он обладал исключительной выносливостью, длительное время мог работать с перегрузкой до 60 процентов.

Но заслуга русской техники состоит не только в создании первых двигателей на нефти. В России этому двигателю было найдено и серьезное применение. Так, двигатель Мамина стал впоследствии основой первого русского колесного трактора, а петербургскую нефтянку использовали в судостроении. В 1903 году был построен теплоход «Вандал». Его дизель вращал ротор динамо-машины, питавшей электромоторы, соединенные с водяными винтами.

«Русская нефтянка».

Нефтяной двигатель Мамина.

16 Рассказы

В следующем году был построен другой волжский теплоход — «Сармат». На нем стояли два дизеля. О «Сармате» заговорил весь мир, да и было о чем говорить: вместо 48 тонн нефти, нужной пароходу для пути от Баку до Астрахани, теплоход сжигал всего 9 тонн!

Таким образом, русские инженеры-судостроители К. П. Боклев-ский, Д. Д. Филиппов, Р. А. Корейво и другие, применив новые двигатели, открыли и новое направление в судостроении — строительство теплоходов.

Русские строители двигателей решили ряд принципиально важных технических задач.

Петербургский машиностроительный завод «Русский дизель» впервые разработал и применил на своих нефтяных двигателях топливные насосы, которые позволяли . изменять количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя, а тем самым и изменять число оборотов. Уже на теплоходе «Сармат» в 1904 году были установлены двигатели такой конструкции.

В 1908 году машиностроительный завод в Петербурге построил реверсивный дизель. Система обратного хода для него была предложена инженером К. В. Хагелиным. Этот двигатель безукоризненно давал обратный ход.

Он сразу же нашел себе применение, был установлен на подводной лодке «Минога».

Профессор Н. А. Быков, руководитель испытаний отечественных двигателей, писал: «Насколько просто и легко управление машиной, показывает уже одно то, что я... производил без всяких затруднений перекидку реверса, и двигатель под моими руками менял направление движения с «полного вперед» на «полный назад» в течение десятидвенадцати секунд».

Самостоятельную схему реверса монщых нефтяных двигателей почти одновременно с конструкторами петербургского завода разработали инженеры Коломенского машиностроительного завода. Таким образом, была решена считавшаяся столь трудной проблема создания судового двигателя.

Через десять лет после спуска на воду первого теплохода их насчитывалось в разных странах уже свыше восьмидесяти, причем из этого числа на долю России приходилось около семидесяти судов.

В 1906 году Петербургский машиностроительный завод построил двухтактный дизель с картерной продувкой и выхлопом через клапаны.

В 1911 году тот же завод построил У-образ-ный двигатель для судов.

Инженеры Коломенского машиностроительного завода построили в 1908 году по проекту инженера Корейво судовой двухтактный нефтяной двигатель с расходящимися поршнями и щелевой продувкой. Этот двигатель демонстрировался через два года на Международной выставке в Петербурге.

Четырехтактный реверсивный нефтяной двигатель.

Тот же Коломенский завод построил по проекту* Д. Д. Филиппова четырехтактный двигатель двойного действия большой мощности.

Все эти примеры подтверждают огромную силу творческого предвидения русских теплотехников.

Значительны достижения наших теоретиков тепловых двигателей.

В 1907 году профессор Василий Игнатьевич Гриневецкий (1871 — 1919) создал научный метод теплового расчета рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. Этот метод лег в основу теоретических исследований в области расчета тепловых двигателей.

Гриневецкий стал Основоположником русской школы теплотехников. Его труды до последнего времени остаются весьма значительными в этой области. В результате технического и научного творчества многих поколений русских изобретателей нефтяной двигатель внутреннего сгорания окончательно вошел в жизнь. На необычайную высоту подняли эту область техники советские ученые — конструкторы двигателей внутреннего сгорания.

Когда мы сейчас видим могучие тепловозы, теплоходы, тракторы, автомобили и самолеты с поршневыми двигателями, работающими на легком и тяжелом топливе, мы не должны забывать, что эти экономичные и удобные моторы вошли в технику при активном содействии русской изобретательской мысли.

* * *

Как ни экономичен поршневый двигатель внутреннего сгорания, он обладает недостатком, свойственным поршневым паровым машинам: возвратно-поступательное движение поршня в нем приходится преобразовывать во вращательное движение вала.

Этот недостаток устранен в самом совершенном двигателе внутреннего сгорания — газовой турбине.

Энергия потока газов, получающихся от непрерывного сгорания топлива, здесь преобразуется во вращение вала турбины. Устройство газовой турбины во многом подобно устройству паровой турбины, но лопатки в ней обдуваются не паром, а раскаленными газами — продуктами сгорания топлива.

Не сразу подошли изобретатели к созданию газовой турбины.

В годы, когда паровые турбины уже существовали, русские изобретатели сделали попытку построить двигатель промежуточного типа — паро-газотурбину.

В 1892 году известный изобретатель П. Д. Кузьминский составил проект паро-газо-турбомашины и специального котла к ней.

В «Записках Русского технического общества» в феврале 1895 года изобретатель определил особенности этого двигателя постоянного горения. В статье «Из областей механики воздухо- и водоплавания» Кузьминский писал: «Я... лишь недавно и в последнее время вынужден был заявить привилегию на прибор (газопарород), в котором сгорание горючих тел совершается непрерывно и под давлением...»

Турбина Кузьминского имела два диска с лопатками — подвижный и неподвижный — и была соединена с камерой горения. В эту камеру через форсунку под давлением в 10 атмосфер впрыскивался керосин. Сгорая, он смешивался с водяными парами, образовавшимися з змеевике, уложенном по стенкам камеры. Смесь пара и продуктов горения ке

росина под большим давлением врывалась в турбину и вращала ее диск.

Газовая турбина промышленного значения строилась в 1897 году на патронном заводе в Петербурге. Турбина и камера горения предназначались для небольшого катера.

Паро-газо-турбомашина, хотя и имела целый ряд конструктивных недостатков, явилась, однако, началом многих интересных работ в этой области. Изобретатель ее правильно предвидел многообразное применение в будущем нового двигателя.

Постройкой газовой турбины и газо-парового генератора к ней занимался в самом начале нашего века еще Петербургский металлический завод.

Газовую турбину не непрерывного горения, а взрывного типа осуществил русский инженер В. В. Кароводин.

В 1906 году он запатентовал свой «(аппарат для получения пульсирующей струи газа значительной скорости вследствие периодических взрывов горючих смесей». Этот аппарат, конструкция которого совпадает с построенным в недавнее время пульсирующим реактивным двигателем, приводил в движение ротор газовой турбины.

Периодически воспламенявшиеся в камере сгорания газы с огромной скоростью двигались по трубе и сквозь сопло вырывались на лопатки турбины. Выходя из трубы, газы, продолжая двигаться по инерции, создавали разрежение в камере сгорания. В результате этого открывался специальный клапан и впускал в камеру новую порцию горючего, которая поджигалась электрической свечой. Цикл повторялся.

«Предлагаемый генератор с пульсирующей струей, — писал автор, — может применяться к газовым турбинам или ко всякому другому приемному аппарату как непосредственно, так и посредством промежуточного или промежуточных аппаратов, служащих для превращения скорости газа в давление».

Основываясь на своем генераторе, Кароводин в 1908 году построил и испытал газовую турбину мощностью около 2 лошадиных сил. Турбина имела четыре камеры сгорания. От камер к диску газовой турбины шли трехметровые трубы. В каждой камере происходило по 30 взрывов в секунду, ротор турбины вращался со скоростью 10 тысяч оборотов в минуту.

Много творческого труда в создание газовой турбины вложил профессор В. М. Маковский. Выдающийся ученый поставил своей задачей осуществить и выдвинутую Менделеевым замечательную идею подземной газификации угля.

Маковский сконструировал и построил опытную газотурбинную установку для работы на шахте подземной газификации угля в Горловке.

Вышедшая в 1925 году книга Маковского «Опыт исследования турбин внутреннего сгорания», а затем книга профессора В. В. Уварова «Газовые турбины» были самыми полными теоретическими трудами в этой отрасли техники.

Теория двинула вперед практику газового турбостроения.

Трудность постройки турбин заключалась в том, что лопатки газовых турбин работают в чрезвычайно напряженных условиях. Нередко число,оборотов турбины достигает 16 тысяч в минуту. 'При этом темпера

тура газов доходит до тысячи градусов» Нагретые почти до красного каления лопатки выносят колоссальную нагрузку. Они одновременно напряжены и размягчены жаром.

Отсутствие подходящего металла для лопаток долгое время сдерживало развитие газовых турбин. Разрешен был этот вопрос недавно. Ученые создали жароупорную сталь, которая не теряет свойств даже при очень высоких температурах.

Сейчас этот двигатель внутреннего сгорания, обязанный своим существованием трудам многих русских ученых, находит применение на транспорте.

Сегодня уже строятся турболокомотивы и морские турбоходы. Газовые турбины применяются также в промышленных установках.

Особо важное значение имеет газовая турбина для развития авиации.

В этой области исключительны заслуги русского военного инженера Михаила Николаевича Никольского. В 1914 году он получил патент на турбовинтовой авиационный двигатель.

Работая на Русско-Балтийском заводе в Петербурге, где перед первой мировой войной строились гиганты-самолеты «Илья Муромец», Никольский решил создать для них более совершенный двигатель: газовую турбину, вал которой был бы непосредственно соединен с воздушным винтом.

Для получения газа Никольский предложил особое топливо — смесь скипидара с азотной кислотой, которые при химическом соединении дают мощную струю раскаленного газа. Струя направлялась на лопатки турбины, на роторе которой был насажен воздушный винт.

После ряда опытов в 1913 году была построена действующая модель нового авиационного двигателя.

Результаты испытаний были настолько хороши, что завод приступил к сооружению крупного авиационного двигателя новой системы мощностью в 160 лошадиных сил. Четыре такие турбовинтовые установки предназначались для воздушного гиганта «Илья Муромец». Успешно продвигалось выполнение заказа. Наступившая война сорвала постройку двигателей.

Изобретение Никольского не только приблизило создание турбовинтовых двигателей, применяемых в настоящее время в авиации, но и создало условия для практического применения топлива нового типа — смеси двух жидкостей.

Идея турбовинтового двигателя для самолета — сочетание газовой турбины с воздушным винтом — была в 1932 году высказана также и Константином Эдуардовичем Циолковским в его научной работе «Стратоплан полуреактивный».



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховиттинов В. 1957