Читаем Юный техник, 2001 № 02 полностью

Каждый тип двигателя завоевал себе прочное место под солнцем. Мотор авиамодели, газонокосилки или мопеда должен быть легким и простым в изготовлении. Высокий расход топлива в таких случаях не пугает. Ведь газонокосилка порою работает всего несколько часов в сезон, а авиамодельный — и вовсе минуты.

Но не все двухтактные двигатели столь просты. На танках, морских судах и тепловозах применяют двигатель с двумя поршнями в каждом цилиндре. Его предложил в начале прошлого века немецкий профессор X. Юнкере (рис. 6.).

Здесь кривошипы соединены зубчатой передачей и вращаются синхронно. Но фазы их не совпадают, поэтому поршни начинают как бы играть в догонялки. Расстояние между ними меняется. Проходя мимо впускных и выпускных окон, поршни совершают рабочие такты. Воздух в цилиндры подается при помощи продувочного насоса. Такие двигатели занимают мало места, легки и экономичны.

На рисунке 7 показана демонстрационная модель подобного двигателя, выполненная из оргстекла. Синхронизация вращения кривошипов производится при помощи зубчатого ремня от автомобиля.

Отметим, что принцип «два поршня в одном цилиндре» использован и в двигателе Стирлинга. Разъяснение его работы возможно с помощью приведенной модели.

Особый интерес представляют роторные ДВС. В них расширение продуктов сгорания так перемещает детали двигателя, что вал начинает вращаться. Поршней и кривошипно-шатунного механизма в их обычной форме здесь нет. Первый патент на двигатель такого рода взял еще Д.Уатт. Сегодня их число достигает многих тысяч. Но лишь один роторный двигатель доведен до уровня серийного производства. Его создал в конце 50-х годов XX века немецкий профессор Ф.Ванкель.

Работа двигателя основана на качении под действием давления газов подвижного ротора по внутренней поверхности криволинейного корпуса-статора (рис. 8).

Рис. 7

Ротор выполняет в то же время роль поршня. Расположенная внутри его шестерня с внутренним зубом соединена с шестерней на конце вала.

При вращении ротора циклически меняются три серповидных объема между ним и статором. В левой половине происходит сгорание, расширение и выпуск отработавших газов, в правой — впуск и сжатие рабочей смеси. За один оборот ротора совершается три четырехтактных рабочих цикла. По такой схеме сегодня выполняются автомобильные двигатели. Они чрезвычайно легки и компактны, но отличаются высоким расходом топлива и очень сложны в изготовлении. По этим причинам применяются они редко.

Демонстрационная модель роторного двигателя в серийном производстве могла бы стоить копейки, но при ее самостоятельном изготовлении встретится немало трудностей. На рисунке 9 изображена плоская модель роторного двигателя со связью ротора и вала через эксцентрик. Она предназначена для демонстрации при помощи кодоскопа.

В заключение скажем, что двигатель внутреннего сгорания существует уже более ста сорока лет. За это время над его улучшением успели поработать многие миллионы специалистов — от вдумчивого рабочего до академика. Поэтому каждая деталь в нем вылизана до предела, но не зря же говорят, что совершенству предела нет.

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

Как устроен наушник, известно, наверное, всем: катушка с большим количеством витков тонкого провода, постоянный магнит, железная мембрана. Но есть наушники, вскрыв которые многие удивятся: ни катушки, ни магнита, а всего-навсего маленькая пластинка и мембрана из пластмассы. Речь идет не о привычном электромагнитном телефоне, а о пьезоэлектрическом.

С пьезоэффектом мы знакомы по школьному курсу физики: переменное напряжение, приложенное к пьезокристаллу, вызывает его механические колебания с частотой подведенных электрических, воспроизводя речь или музыку.

Если присоединить пьезотелефон к звуковому генератору и плавно поднимать частоту электрических колебаний, в какой-то момент можно заметить резкое увеличение громкости тонального сигнала. Всплеск амплитуды колебаний пьезокристалла вызывается явлением резонанса.

Оказывается, пьезокристалл не так прост, его эквивалентная электрическая схема представлена «хитрым» соединением реактивных и активного сопротивлений, как показано на рисунке 1.

Рис. 1

Первый пик громкости происходит, когда наступает последовательный резонанс в цепочке элементов C_q, L_q, R_q, второй пик отвечает параллельному резонансу между этой цепочкой и ветвью с элементом С_о. Повторим, что реально этих деталей в кристалле нет, в нем проявляются лишь их свойства.

Между резонансными частотами кристалл обнаруживает свойства индуктивности, подобно катушке с проволочной обмоткой. Вне указанного промежутка кристалл являет свойства конденсатора. Именно потому пьезотелефон, включенный непосредственно в коллекторную цепь транзисторного каскада УЗЧ, будет молчать — ведь через конденсатор нет ходу постоянной составляющей тока. А чтобы пьезонаушник зазвучал, нужно шунтировать его резистором.