Поршневой двигатель свободного хода — это, пожалуй, одна из самых распространенных и старейших разновидностей двигателей внутреннего сгорания, ранние, водяные образцы которого создавались из примитивных материалов и на основе расчетов «на бумаге». Первый водяной двигатель со свободным поршнем был изобретен еще в позапрошлом веке. Такие устройства, изготовленные из современных материалов, основывают свою работу на пневматическом принципе, и режим, в котором они осуществляют свою работу, основывается на внутреннем сгорании топлива в течение каждого цикла. Сегодня мы расскажем о том, какое устройство имеет поршневой двигатель, на чем основывается работа такого двигателя внутреннего сгорания и в чем особенности режимов, в которых он функционирует.
Краткая справка
Первые водяные поршневые двигатели, функционирующие по пневматическому принципу в режиме цикла, изготавливались из не самых совершенных материалов. Помимо прочего, можно отметить не самые точные расчеты, которые легко объясняются отсутствием высокоточной техники и электроники.
Недостаточные расчеты и не самые высокотехнологичные материалы приводили к тому, что производство таких устройств, как водяные двигатели, а впоследствии и двигатели внутреннего сгорания со свободным ходом поршня, в таком режиме предоставляло на рынок двигатели, которые при сравнительно большом объеме обладали невысокой мощностью и ресурсом и, таким образом, достаточно непродолжительным циклом «от ремонта до ремонта».
Тем не менее современная техника способна производить более точные расчеты и проектировать такие двигатели внутреннего сгорания с пневматическим поршнем свободного хода, чья работа во всех режимах была бы удовлетворительной, а при малых объемах мощность стала бы действительно ощутимой. Такие материалы имеют достаточно неплохой ресурс, поэтому даже при высоких оборотах расчеты таковы, что пневматический поршень свободного хода не разрушается и не прогорает.
Очевидно, что основой подобного двигателя внутреннего сгорания является так называемый поршень свободного хода, который функционирует в режиме высокой нагрузки. Поршень свободного хода изготавливается из современных, закаленных материалов и основывает свою работу на пневматическом принципе.
Почему же такое устройство считается пневматическим? Дело в том, что поршень свободного хода в двигателе внутреннего сгорания двигается за счет того, что в цилиндр впрыскиваются пары топлива. Сгорая, эти пары увеличиваются в объеме и могут толкать поршень свободного хода. В течение всего цикла он возвращается в свое прежнее положение. Полный цикл соответствует полному обороту коленчатого вала.
Характеристики
Совершая полный цикл, двигатель при помощи такого устройства, как вал, передает крутящий момент колесам посредством коробки передач. Благодаря использованию более совершенных материалов, удалось повысить ресурс ДВС во всех режимах работы и при любых оборотах. Такие материалы способны переносить перегрузки даже в самых экстремальных режимах, не прогорать и не растрескиваться.
Отчасти благодаря этому удалось повысить эффективность поршневого двигателя внутреннего сгорания и его ресурс. Прогресс настолько продвинулся, что в настоящий момент ресурс достигает в некоторых случаях 500 тысяч километров. Для сравнения, можно отметить, что ресурс двигателя еще несколько десятков лет назад не превышал 70 тысяч без капитального ремонта и дорогостоящих профилактических работ.
Помимо ресурса, важной характеристикой устройства двигателя внутреннего сгорания с поршнем свободного хода является его рабочий объем. Объем — это величина, которая означает, сколько топливной смеси может уместиться во всех цилиндрах за один такт при работе ДВС. Таким образом, если объем двигателя, к примеру, составляет 1500 кубических сантиметров, то именно столько же смеси сгорит в нем за один оборот.
Почему же объем устройства столь же важен, что и ресурс? Дело в том, что именно объем способен напрямую влиять на такую характеристику, как мощность двигателя: чем больше объем, тем выше суммарная мощность.
Такое прямое влияние на рост мощности при работе оказывается по той причине, что поршень, имеющий большее количество смеси под своей лицевой поверхностью, с большим усилием выталкивается до своего крайнего положения, и, таким образом, сильнее толкает коленчатый вал и колеса, которые с ним косвенно связаны.
Мощность, которой обладает поршневой двигатель, измеряется в киловаттах. Эта единица измерения позволяет оценивать мощность наиболее объективно, поэтому практически во всей документации можно обнаружить характеристику мощности именно в таком виде.
Тем не менее для упрощения восприятия в документации введен аналог единицы измерения мощности — лошадиная сила. Эта единица измерения уже давно прижилась в автомобильном мире и чаще используется для сравнения авто между собой.
Подводя итоги
С уверенностью можно сказать, что современный поршневой двигатель является самым распространенным и используется практически на всех видах автомобильного, водного и даже воздушного транспорта. С каждым годом существующие конструкции и применяемые материалы совершенствуются, и за счет этого удается добиться отличных характеристик при высоком ресурсе и экономичности в любых эксплуатационных режимах.
