Бушует пламя в цилиндрах двигателя. Давление газов то по- дымается высоко, то падает низко. Носятся вверх и вниз поршни. Вращается коленчатый вал. Теплота превращается в механическую работу, которая измеряется в калограммометрах. Килограммометр — это работа, затраченная на поднятие 1 килограмма на высоту 1 метра. Работа, которая совершается в какую-нибудь единицу времени, называется мощностью. Обычно для определения мощности берут работу, совершаемую в 1 секунду.
Какова мощность двигателя? На этот вопрос никому и в голову не придет ответить так: 2625 килограммометров в секунду. Это и длинно и непонятно. Но зато на этот вопрос всегда ответят так: 35 лошадиных сил. А что же такое лошадиная сила? Лошадиной силой условились считать мощность, равную 75 килограммометрам работы в секунду. Но почему же выбрали 75 килограммометров, а скажем, не 100 или 200? Наконец почему сравнивают ее с лошадью, а не с волом или мулом? На этот счет существует забавный рассказ.
Известный изобретатель Джемс Уатт жил бедно. Ему часто приходилось прибегать к помощи местного пивовара — брать в долг деньги. В конце концов он задолжал изрядную сумму. Как покрыть долг? думал Уатт и решил предложить пиво- вару установить на его заводе паровую машину. Пивоваренный завод был расположен на холме, а внизу протекала небольшая речка. Для производства пива потребляется большое количество воды, и много труда нужно было затратить, чтобы доставить воду из речки на завод. Пивовар для обслуживания насосов, качающих воду, содержал целую конюшню. Дорого обходилось содержание ее. Завод расширялся, все больше и больше отправлялось пива в кабачки Портсмута, Лондона, Манчестера, все больше завод требовал воды.
Предложение Уатта заинтересовало предприимчивого дельца, и он дал согласие. Но при этом поставил непременное условие: паровая машина должна иметь такую мощность, как и лошадь, обслуживающая насос. Уатт согласился. Но, прежде чем приступить к работе, решено было определить, какую же мощность развивает лошадь, работающая на подаче воды. Надо было произвести «испытание» лошади. Хитрый пивовар решил обмануть изобретателя. Он выбрал на конюшне самую сильную лошадь и целую неделю кормил ее отборным зерном и не заставлял работать. Қогда лошадь отдохнула, набрала сил, ее впрягли в насос.
Дюжий конюх нещадно бил лошадь кнутом, она выбивалась из сил. Вода рекой лилась в чаны завода. Но вот лошадь выбилась из сил, ее выпрягли.
Когда подсчитали работу, выполненную лошадью, то оказалось, что в течение 1 секунды сильная лошадь, подстегиваемая кнутом, смогла дать только 70 килограммометров работы в секунду. Пивовар потребовал установить ему машину, которая бы имела такую мощность, как и лошадиная сила, т. e. совершила бы 70 килограммометров работы в секунду. Но Джемс Уатт установил машину в 75 килограммометров. Лошадиная сила паровой «лошади» равна 75 килограммометрам работы в секунду. Паровая лошадиная сила значительно больше силы лошади. Средняя лошадь на протяжении длительного времени обычно может развивать 0,7-0,8 паровых лошадиных сил.
От чего же зависит мощность двигателя? Прежде всего от количества цилиндров и их размеров. Чем больше цилиндров, чем больше их размеры, тем больше смеси в них помещается, тем больше и мощность. Дальше мощность зависит от давления газов на поршень. Чем больше это давление, тем двигатель будет мощнее. Давление же, в свою очередь, зависит от степени сжатия. Чем больше степень сжатия, тем меньший объем будут занимать газы перед началом горения, тем больше им будет простора для расширения и они произведут больше работы. Мы уже знаем, что мощность двигателя зависит от количества горючей смеси, поступающей в двигатель. Количество же ее зависит прежде всего от размеров и числа цилиндров. Но не только.
Известно, что в одно и то же ведро можно налить различное количество воды, в зависимости от того, как его наполнить. Так и здесь количество горючей смеси будет зависеть от того, как наполнить цилиндры. Чем лучше наполняют цилиндры, тем больше смеси войдет в них и тем больше теплоты будет выделено при ее горении. Мощность двигателя будет больше.
Скорость сгорания также влияет на мощность двигателя. Если смесь горит медленно, то толчки от давления будут вялыми, слабосильными, а мощность при этом незначительной. Когда в смеси паров бензина мало, а воздуха много, горение будет медленным. То же самое произойдет, если в смеси будет очень много паров бензина, а воздуха мало. На скорость горения влияет и степень охлаждения двигателя. При слишком большом охлаждении горение будет проходить медленно.
Мощность зависит и от количества вспышек в каждом цилиндре в минуту или в час, а они, в свою очередь, зависят от числа оборотов коленчатого вала. Чем больше вспышек, т. е. чем больше число оборотов коленчатого вала в минуту, тем больше до известного предела и мощность двигателя. Возможность увеличения мощности двигателя при повышении числа оборотов хорошо использовали конструкторы: они стали уменьшать размеры и вес двигателя и увеличивать при этом число оборотов. Это привело к увеличению мощности двигателя.
Как узнать, какую мощность развивает двигатели? Как ее измерить? Для этого служит прибор, называемый индикатором. C помощью индикатора сначала определяют величину среднего давления газов в цилиндре двигателя, а затем подсчетом. по специальной формуле определяют его мощность. Это мощность получила название индикаторной. Индикаторная мощность - это мощность, развиваемая горящими газами внутри цилиндров двигателя.
Газы давят на поршни, поршни на шатуны, а шатуны вращают коленчатый вал. Работа газов передается коленчатому валу. Мощность, измеренная на валу двигателя, получила название полезной, или эффективной. Эффективная мощность всегда меньше индикаторной мощности, так как часть работы газов, получаемой в цилиндрах, теряется. При движении поршней в цилиндрах возникает трение; вращение коленчатого вала в подшипниках, поворот поршневых пальцев, вращение распределительного вала также сопровождаются трением. Это трение надо преодолеть, а на преодоление его затрачивается часть мощности. Қроме того, часть мощности расходуется на преодоление возникающих при вращении сил инерции и на вращение вспомогательных механизмов.
Индикаторная мощность двигателя автомобиля «Победа» составляет около 60 лошадиных сил, а эффективная - всего лишь 55. Следовательно, пять лошадиных сил затрачивается на преодоление трения.
Кроме индикаторной и эффективной мощности, существует и еще одна - литровая. Если разделить эффективную мощность на рабочий объем двигателя, то получим литровую мощность. Литровая мощность показывает, сколько эффективных лошадиных сил приходится на 1 литр рабочего объема двигателя. Чем больше лошадиных сил можно получить с 1 литра рабочего объема, тем совершеннее считается двигатель.
Можно ли сжечь весь бензин, находящийся в составе смеси, так, чтобы полностью была использована его теплотворность? Оказывается, нельзя. Во-первых, бензин полностью никогда не сгорает. То не хватает воздуха, то смесь не успевает сгореть, и часть бензина, не сгорая, выбрасывается наружу. Подсчитали, что, если принять за 100 % всю теплоту, которая вместе с бензином вводится в цилиндры двигателя, большая часть ее уносится охлаждающей водой и уходит с отработавшими газами и лишь около 25 % ее превращается в работу в цилиндрах двигателя, т. е. в индикаторную мощность. Но и эта работа не вся используется: часть ее расходуется на преодоление трения внутри двигателя. Только 20-30 % теплоты, введенной в цилиндры двигателя, превращается в полезную (эффективную) мощность.
Но эти потери являются неизбежными. Они свидетельствуют о том, как еще несовершенны применяемые на автомобилях двигатели. Еще много придется поработать конструкторам и изобретателям, чтобы улучшить использование теплоты в двигателе, или, как говорят, повысисить коэффициент полезного действия двигателя.
