ПОВЫШЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЧЕРЕЗ ПОВЫШЕНИЕ ЕГО ЭФФЕКТИВНОГО КПД.

(1800—1875) — русский историк, писатель, журналист и публицист. Академик Петербургской Академии наук (1841). Сын крепостного крестьянина, отпущенного на волю в 1806 г. Окончил Московский университет в 1821 г., а с 1826 г.— его профессор. Признание самобытности русской истории, в которой отсутствует внутренняя борьба в отличие от Западной Европы, составляло основу исторических и общественно-политических взглядов Погодина. По ряду вопросов его взгляды были близки к воззрениям славянофилов. В своей обширной публицистике также придерживался.официальных, охранительных взглядов на государственный строй и общественный порядок. Проповедовал теорию официальной народности в духе формулы Уварова «православие, самодержавие и народность». Поддерживал славянские национальные движения на Балканах и в Австро-Венгрии. В 1841—1856 гг. издавал в Москве журнал «Москвитянин».

ИСТОРИКО-ПОЛИТИЧЕСКИЕ ПИСЬМА И ЗАПИСКИ В ПРОДОЛЖЕНИЕ КРЫМСКОЙ ВОЙНЫ

XI

против мысли о содействии

ВОЙНОЮ РЕВОЛЮЦИОННОМУ ДВИЖЕНИЮ В ЕВРОПЕ

(в июле 1854)

Говорят, что главная задержка этой войны заключается в опасении Государя подать повод к Европейской войне, вооружиться против консервативного государства и ободрить революционную партию.

==792

ПОГОДИН МИХАИЛ ПЕТРОВИЧ

Австрия есть консервативное государство — так зачем же она не осталась с нами? Она сама не боится подать повода к нарушению у себя порядка, а мы должны останавливать свои действия, уступать нападающим, для того чтоб у нее порядок не нарушился. Ведь здесь смысла нет! Мы должны заботиться о спокойствии врагов наших больше, нежели они сами заботятся о себе, и приносить в жертву их спокойствию свои выгоды, между тем как они разоряют нас и хотят обобрать, ослабить и унизить.

Государь не может идти, говорят, против того порядка, который он сам поддерживал и установлял в продолжение тридцати лет. Но разве этот порядок остался с ним? Этот порядок изменил Ему, предал Его, вооружился против Него и поставил в такое критическое положение Россию, в каком она никогда не бывала, то гладить по головке этот законный, Австрийский порядок — противно всякой логике. — Мы должны жертвовать своими обязанностями и выгодами для отвращения революции от Европейских государств, кои сами ее накликают на себя, даже за нами идучи против России. Черт с вами, если вы этого хотите! Один человек бьет и грабит другого, да и требует, чтоб тот молчал и не оборонялся, а то, говорит, со мною случится дурно, а ты будешь виноват. Что же? — другой, под ею ударами, начинает ему в самом деле кланяться, опасаясь, чтоб с ним не случилось ничего дурного. Не лучше ли бы простаку сказать: да перестань сам драться, если боишься, чтоб с тобой ничего не случилось. В таком точно положении находятся те, кто задерживает войну из опасения, чтоб у наших врагов не поднялась революционная партия.

Да полно, революционная ли? Болгары и сербы и прочие Славяне имеют такое же полное и законное право восстать против Турок, какое имели Греки, какое имели мы восстать против Татар. Австрийцы с Турками имеют только то различие, что исповедуют Христианскую веру, а поступают со своими покоренными Славянами в отношении к вере и языку, то есть в отношении к самым драгоценным и священным чувствованиям человека, гораздо хуже Турок.

Наши политики, если не подкупленные, то близорукие, пользуясь расположением и прежним образом мыслей, от которого в политике еще мудренее отставать, чем в науке (такова сила предрассудков, мнение есть часть нас самих), закричат, что наша политика переменяется! Да она и должна перемениться, даже не по нашему выбору, а по собственной вине наших врагов. Если б остались с нами, так были бы целы. Кто же виноват?

Но разве мы виноваты, если правительства нас предали и не хотят идти с нами, и порядок, нами утвержденный,

==793

ПОГОДИН МИХАИЛ ПЕТРОВИЧ

обрушили на нас? Не укреплять же нам его опять себе на голову! Нам ничего не остается больше, как обратиться к народам.

И такими-то софизмами наши дипломаты удерживают нас от твердого ведения войны, которую враги наши все-таки нимало не ослабляют.

Хорош и Историк Гизо, который стращает Императора Николая революцией во Франции, забывая, что Российский Государь должен заботиться не о Франции, а о России, и что в России есть своих 70 миллионов жителей. Гизо Француз...

Европейскою войною мы и можем теперь только облегчиться, если не хотим на одних своих плечах нести всеобщего нападения. Поднять Турцию, поднять Австрию, поднять Грецию, поднять Польшу, — а Италия поднимется сама, может быть и Франция: вы хотели войны — так вот вам она: иначе нельзя нам отделаться, если не хотим уступить Крыма, Кавказа, Финляндии, Польши, да заплатить тысячу миллионов рублей военных издержек, принять на себя позор и уйти со стыдом в Азию. Выбор, кажется, не трудный: всю Европу иметь против себя, или поставить одну половину ее на другую? Грех не на нашей совести. Впрочем, грех такой, какой принимал на свою душу Сергей чудотворец, благословляя Московскую рать идти на Куликово поле. Это не грех, а подвиг спасения, священная обязанность, которую только враги, предатели сатанинскими своими софизмами стараются представить в глазах великодушного Русского Царя или близоруких, бездушных дипломатов в уровень с неистовствами какой-нибудь западной революции.

Это есть освобождение от чужого ига.

Какой порядок заведут они по свержении ига? Это не наше дело, а их дело. Ни Кошута, ни Мадзини бояться нам нечего. Разумеется, восстановленные государства захотят воспользоваться приобретенною свободою после столь долгих страданий. Свобода гораздо мудренее покорности и бывает умнее, большей частью, только в состоянии отрицательном, а чуть из него выйдет, так и попадет в страшные затруднения: примеры видали мы на Испании, пример видели на республике Французской 24 Февраля, да и вообще на всей Франции с 1789 года. В новых государствах начнется длинный процесс опытов, которые можем мы наблюдать, изучать — и только!

Но не будут ли эти соседние опыты опасны для нас? Не будут ли учреждения свободных государств подле России соблазнительны для нее самой? Не послужит ли их революция примером для нашей?

Несчастные опасения, которыми люди, не знающие России, хоть и благонамеренные, смущают Государя и мешают

==794

ПОГОДИН МИХАИЛ ПЕТРОВИЧ

ему давно в его благих намерениях, в его прекрасных движениях, в его благородных чувствованиях.

Это люди, не знающие языка (я не исключаю здесь Русских, между которыми есть очень мало исключений), не имеющие понятия о Русской вере, которая составляет сущность Русского человека, не знакомые с Русской историей, не знающие России и всех ее местных условий. Если некоторые из них проезжали иногда по той или иной губернии, то в приготовленных встречах, по исправленным, к их проезду, большим дорогам, не только нельзя узнать ее, но напротив, они должны были получить самое превратное понятие, а все официальные рапорты есть чистый обман, напоминающий басню Крылова об ершах, плясавших на сковородке.

Все наши агенты — люди, родились большей частью в Петербурге, учились у Французских гувернеров и всю жизнь провели на службе: какое же средство есть им узнать Россию? Да прибавьте к тому, что они ничего не читают по-Русски, — этого нет у них и заведения, — а по-французски читают только «Indépendance Belge», составляющую для них и Академию и Университет.

Вследствие сих причин, о Русских предметах, например: раскольниках, крестьянах, уездных городах и проч., они имеют понятия самые дикие и решительно не знают, где бояться и где оставаться в покое.

Всякая революция условливается историей той страны, где происходит. Революции не перенимаются, а происходят каждая на своем месте, из своих причин. Подражания оканчиваются всегда ничем. Деспотическая Франция несколько сот лет существовала подле конституционной Англии. Древняя Русь и древняя Польша жили одна подле другой, одна с liberum veto, другая с восточною безусловною покорностью. Австрийские Нидерланды подверглись весьма мало влиянию соседней Голландии.

Россия представляет совершенно противоположное государство Западным. Восток есть Восток, а Запад есть Запад — вот какой простой истины не могут понять ни западные мудрецы, ни наши их бледные копии. Семян западной революции в России не было, следовательно, мы не должны были бояться западных революций; но находятся люди, которые сами, задним числом, усердно посевают теперь ее! Господи, удержи их руку от пагубного сеяния!

Печатается по: Историко-политические письма и записки в продолжении Крымской войны.—М., 1874.— С. 198—202.

==795

 

ПОВЫШЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЧЕРЕЗ ПОВЫШЕНИЕ ЕГО ЭФФЕКТИВНОГО КПД.

Современная теория рассматривает только тепловой расчёт двигателей внутреннего сгорания (ДВС), хотя любой двигатель – это не только тепловая машина, но и механизм со своими методами преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращение вала; наиболее распространённый – кривошипно-шатунный механизм (КШМ).

Рис. 1

Индикаторная диаграмма реального изменения давления в поршневом двигателе с кривошипно-шатунным механизмом очень наглядно изображается в так называемой P,V-диаграмме (Рис. 1). Как видим, в реальном двигателе давление переменное. По принятой методике диаграмма давления в цилиндре двигателя преобразовывается в среднее индикаторное давление Pi, и далее рассматривается процесс при p = const – как перемещение поршня под действием постоянной силы.

Наиболее близкое к такому теоретическому процессу преобразование тепловой энергии в механическую происходило бы в паровых двигателях с реечной передачей крутящего момента на вал (если бы такие двигатели существовали). В этом случае пар в цилиндр подается при постоянном давлении (постоянная сила, действующая на поршень), и постоянная длина плеча обеспечивает постоянное сопротивление, обусловленное вращением вала под нагрузкой.

Нахождение работы как произведения силы на перемещение возможно только при поступательном движении, т.к. в этом случае сила постоянна, и, соответственно, постоянна скорость перемещения.

В поршневом двигателе с КШМ работа находится как произведение крутящего момента на обороты двигателя, т.е. мы рассматриваем не силы, приложенные к поршню, а крутящий момент, действующий на вал.

Крутящий момент является важнейшей характеристикой любого двигателя. Если бы для преобразования тепловой энергии в механическую можно было использовать реечный механизм (Рис. 2), кинематически связанный с поршнем, то при неизменной длине плеча (L) на величину крутящего момента влияла бы только переменная величина силы, возникающая от давления газов на поршень.

Рис. 2

Современная методика расчёта ДВС на основе среднего индикаторного давления довольно хорошо соответствует как раз этому варианту, ведь в этом случае не надо учитывать изменение плеча – оно постоянное. Тогда крутящий момент зависит только от силы, приложенной к поршню, которая в свою очередь зависит от изменения давления в цилиндре и от площади поршня. Но рейка вместе с поршнем движется по возвратно-поступательному принципу, и связать непрерывное вращение вала с возвратно-поступательным движением рейки пока никому не удалось. Решив эту задачу, можно резко поднять механический КПД двигателя.

Если же мы говорим о реальном ДВС, в котором применяется КШМ, то современная методика не совсем точно отображает происходящие в нём процессы – по двум основным причинам:

– давление в цилиндре уменьшается при удалении поршня от верхней мёртвой точки (ВМТ);

– происходит изменение длины плеча, через которое сила приложена к валу.

Оставив пока в стороне первую особенность, сосредоточимся на второй.

Плечо в КШМ определяется как перпендикуляр, опущенный из оси вращения коленвала на шатун (или на ось шатуна, если шатун и кривошип образуют тупой угол). Оно меняется от нуля в ВМТ до максимального значения в тот момент, когда кривошип и шатун составляют прямой угол, и затем опять до нуля в НМТ (нижней мертвой точке).

Кстати, ВМТ и НМТ потому и называются «мёртвыми», что в этих точках не совершается никакая работа. В ВМТ сила, приложенная к поршню, максимальна, так как в этот момент в цилиндре как раз создаётся максимальное давление (Рис. 1). Поскольку в ВМТ эта максимальная сила не совершает работу, то вся нагрузка от неё передаётся на опорные шейки коленвала, что приводит к перегрузке кривошипно-шатунного механизма и резкому снижению ресурса двигателя. Также в ВМТ самые максимальные тепловые потери: так как тепловая энергия не преобразовывается в механическую, то вся теплота отдаётся через систему охлаждения в окружающую среду. Дополняет картину тепловой удар по поршню и головке цилиндров.

Теперь о первой из отмеченных выше особенностей ДВС.

Как уже сказано, современный расчёт ДВС совершается через нахождение среднего индикаторного давления. Средним индикаторным давлением называют такое условное, постоянное по величине давление – Pi, Рис. 1, – которое, действуя на поршень, за один его ход от ВМТ до НМТ совершает работу, равную полезной работе газов за рабочий цикл. Как видим из определения, в расчёте ДВС не учитывается неравномерность давления по ходу поршня. Но ведь в действительности газы расширяются, давление падает. Картину усложняет ещё то, что предполагается вращение коленчатого вала с постоянной угловой скоростью. Это значит, что скорость изменения объёма в цилиндре (скорость перемещения поршня) не будет постоянной – в ВМТ и НМТ (нижняя мёртвая точка) она вообще равна нулю.

Получается, что усреднение давления, удобное для упрощения расчётов, по сути дела в корне не верно, оно приводит к ошибке в понимании ДВС. Фактически мы через условную величину проводим расчёт реального двигателя. Надо признать, что, вследствие использования большого количество эмпирических зависимостей, расчёт получается достаточно точным; но не даёт настоящего понимания работы ДВС.

Для того чтобы учесть кинематику ДВС и приблизить расчётную методику к реальной картине его функционирования, предлагается положить в основу такой методики крутящий момент.

Для нахождения его построим диаграмму индикаторного давления в зависимости от угла поворота коленчатого вала (Рис. 3) и диаграмму изменения длины плеча в зависимости от угла поворота кривошипа (Рис. 4). Место нахождения максимальной длины плеча по углу поворота коленвала зависит от отношения длины шатуна к кривошипу. Чем длиннее шатун, тем ближе максимальное плечо к 90º после ВМТ; чем короче шатун, тем ближе максимальное плечо к ВМТ.

В реальном двигателе максимальное плечо лежит в диапазоне от 70º до 85º. Чем ближе максимальное давление и максимальное плечо друг к другу по углу поворота коленвала, тем больше крутящий момент. Пунктирной линией на Рис. 4 показано, как изменяется длина плеча от угла поворота кривошипа реального двигателя ВАЗ-2106.

Рис. 5. Диаграмма крутящего момента.

C учётом этих двух диаграмм построим индикаторную диаграмму крутящего момента (Рис. 5). Как видим из диаграммы, максимальный крутящий момент находится около 35º градусов от ВМТ по ходу вращения коленчатого вала при рабочем такте в двигателе с внешним смесеобразованием, и в 35º до ВМТ в момент сжатия рабочей смеси. Индикаторную диаграмму крутящего момента удобней всего строить без учёта площади поршней. Все постоянные величины (площадь поршня, количество поршней и т.д.) удобно подставлять уже при окончательных расчётах. Полезный крутящий момент за один цикл, совершаемый газами, определяется разностью площадей F1 и F2 (Рис. 5).

По общепринятым методикам расчёты ДВС ведутся для ВМТ. Считается, что она оптимальная, хотя, как мы уже выяснили, на самом деле она «мертвая». Исходя из вышесказанного, максимальный крутящий момент для каждого двигателя будет индивидуальным, он зависит от геометрического расположения (по углу поворота коленвала от ВМТ), длины шатуна, длины кривошипа и ряда других параметров. Хочется подчеркнуть, что повышения эффективности работы двигателя можно достичь, даже только ИЗМЕНЯЯ ОТНОШЕНИЕ ДЛИННЫ ШАТУНА И РАДИУСА КРИВОШИПА, Т.Е. ЧИСТО ГЕОМЕТРИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ.

Рис. 6. Цикл при подводе тепла на расширении.

Если построить диаграмму цикла, исходя из всего выше сказанного, то получается, что оптимальным для поршневого двигателя с КШМ, является цикл со смещённым подводом тепла, т.е. на расширении. Повышение давления должно быть тоже на расширении (рис. 6). Этот универсальный цикл приемлем для двигателей с любым типом смесеобразования – как внешним, так внутренним.

Здесь можно отметить преимущество дизельного двигателя. Его отличительная особенность заключается в том, что впрыск топлива растянут по времени (по углу поворота), и процесс сгорания, а значит, и максимальное давление, находятся в наиболее благоприятном положении по длине плеча – тем самым создаётся высокий крутящий момент. То есть чем дальше максимальное давление от ВМТ по ходу вращения коленвала, а значит, ближе к максимуму по плечу, тем выше КПД двигателя. Отсюда вывод: у любого современного двигателя есть резервы по повышению мощности и по уменьшению расхода топлива. Показательным в этом случае является заметное отличие эффективного КПД у бензинового и дизельного двигателей.