Становление универсального двигателя

Непрерывность отдачи работы бы­ла первым и основным требованием, которое предъявлялось к универсаль­ному двигателю со стороны новых ра­бочих машин. Но процесс преобразования теплоты в механическую работу − процесс циклический, принципиально периодический; рабочее тело теплового двигателя отдает работу периодически, прерывно. Перио­дичность действия разных тепловых двигателей не меша­ла приводу в движение периодически действующих паро­вых насосов, но была неприемлема для привода разно­образных станков машинного производства.

Эти обстоятельства дают возможность сформулировать техниче­ское содержание возникшей в свое время задачи об уни­версальном двигателе: сконструировать в системе двига­теля передаточный механизм, прерывно воспринимающий механическую работу от рабочего тела двигателя и не­прерывно отдающий ее потребителю.

В качестве такого передаточного механизма был использован уже известный в технике кривошипно–шатунный механизм, преобразующий возвратно – поступательное движения поршня двигателя во вращательное движение вала, а для непрерывной отдачи работы – маховик с достаточно большой массой.

Распределе­ние усилий в звеньях кривошипно–шатунного механизма таково, что даже при постоянном усилии на поршень вал получает вращающий момент, изменяющийся от нуля до некоторого максимума. Поэтому маховик как метод по­лучения равномерного вращательного движения вала при неравномерности вращающего момента применяется и у двигателей с непрерывной отдачей работы от рабочего тела. Но у двигателя с прерывной отдачей маховик дол­жен выровнять не только неравномерность движения, но и прерывность движения, а поэтому при прочих равных условиях маховик для двигателя прерывного действия должен иметь более чем вдвое большую массу, чем для двигателя непрерывного действия.

Получение непрерывной работы может осуществляться в двух различных конструктивных фор­мах: использованием двух полостей одного цилинд­ра и использованием нескольких цилиндров. В исторически сло­жившейся технической терминологии в первом случае име­ет место двигатель двойного действия, а во втором — многоцилиндровый двигатель.

В цилиндре двигателя двойного действия имеются две рабочие полости, разделенные движущимся поршнем. Когда в одной из полостей происходит процесс расшире­ния рабочего тела, то образующаяся при этом механическая работа через шток двигателя отдается внешнему по­требителю, а частично (непосредственно через поршень двигателя) − рабочему телу второй полос- ти, производя ра­боту сжатия. При обратном движении поршня распределе­ние работы соответственно изменяется. Таким образом, поршень двигателя передает работу внешнему потребите­лю во время движения как в одном, так и в обратном на­правлениях, т. е. непрерывно.

Но маховик и у двигателя двойного действия остается существенно необходимым как для выравнивания неравномерного враща­ющего момента, получающегося в результате применения кривошипно−шатунного механизма, так и для перехода дви­гателя через мертвые положения.

Многоцилиндровый двигатель обладает качеством, которым не может обладать двигатель двойно­го действия. Увеличивая число цилиндров и назначая соответственный сдвиг по времени рабочих ходов этих цилиндров, мы имеем возможность обеспечивать не только непрерывную, но и равномерную отдачу вращающего момента двигателя без применения маховика. Возмож­ность отказа от тяжелого маховика, неприемлемого для транспортных двигателей сделала многоцилиндровый двигатель самым распространенным двигателем транспортной техники.