В свою очередь выпускному клапану полагается открываться во время нахождения поршня в нижней мертвой точке, а закрываться по достижении им верхней мертвой точки. И опять за время, отведенное для очистки цилиндра, коленчатый вал повернется на 180 градусов.
Так должна бы работать распределительная система двигателя, если бы времени на очистку цилиндра было больше. Скажем, столько, чтобы коленчатый вал повернулся на 200 градусов. Или даже на 240. Очевидно, тогда цилиндр мог бы лучше очиститься. Соответственно увеличение времени наполнения позволило бы цилиндру принять больше горючего.
Но хорошо сказать: увеличить время выпуска и впуска. Как это сделать? Где взять его, это время?
А нельзя ли хотя бы немного совместить такты работы двигателя? Скажем, еще рабочий ход не закончился, поршень идет вниз, а уже открыть выпускной клапан? Попробовали – получилось. Стали применять на практике.
На двигателе автомобиля «Волга», например, выпускной клапан открывается с опережением в 50 градусов оборота коленчатого вала. Закрывается же он, когда поршень пройдет верхнюю мертвую точку и начинается такт впуска, с запозданием на 22 градуса. Легко подсчитать теперь, что продолжительность очистки цилиндра будет равна времени поворота вала на 252 градуса (50+180+22). Действительно, цилиндры стали очищаться лучше.
А как обстоит дело с заполнением цилиндра? Оказывается, и выпускной клапан открывается не тогда, когда поршень пошел вниз и в цилиндре уже создалось разрежение, а значительно раньше, когда он еще движется вверх, выталкивая отработавшие газы. Конечно, в это время «добровольно» смесь в цилиндр не пойдет, она поступает туда под напором. Под влиянием разности давлений.
В двигателе автомобиля «Волга» впускной клапан открывается с опережением в 24 градуса, а закрывается с запозданием в 64 градуса. Продолжительность заполнения цилиндра составит время, необходимое для поворота коленчатого вала на 268 градусов (24+180+64).
А теперь разберемся, нет ли в наших рассуждениях противоречий? В самом деле, чтобы лучше очищался цилиндр и благодаря этому увеличилась мощность двигателя, выпускной клапан открывается до окончания рабочего такта. К чему это приводит? К тому, что в атмосферу уходят газы, еще не отдавшие некоторой части тепловой энергии, а в результате двигатель теряет часть мощности. Короче говоря, приобретается мощность за счет потери мощности!
Все это верно. И однако конструкторы идут на некоторую потерю энергии, ибо выигрыш мощности от лучшей очистки цилиндров несравненно больше проигрыша мощности в результате раннего открытия выпускного клапана. С наибольшей силой давят газы на поршень сразу же после вспышки. К концу рабочего хода давление их резко падает и серьезного влияния на мощность двигателя не оказывает.
Но это не все. Существует еще один кажущийся парадокс. Мы уже говорили, что закрывается выпускной клапан, когда поршень пройдет верхнюю мертвую точку, в цилиндре возникнет разрежение и начнет поступать горючая смесь. Но разве могут газы покинуть цилиндр, если в нем разрежение? Казалось бы, наоборот, их оттуда ничем не вытолкнешь. И тем не менее это факт, что газы продолжают уходить в атмосферу. К настоящему вопросу мы еще вернемся, а пока рассмотрим, как происходит заполнение цилиндра горючей смесью.
Впускной клапан открывается с опережением, в конце такта выпуска. Но ведь во время такта выпуска в цилиндре образуется давление, которое не пустит туда горючую смесь. Так почему же не считаются с этим, почему действуют наперекор логике?
И это не все. Закрывается впускной клапан уже после того, как поршень минует нижнюю мертвую точку и начнется такт сжатия, когда поршень, казалось бы, должен выталкивать через впускное отверстие смесь, уже поступившую в цилиндр. Выходит, и здесь какая-то несуразность. Но это только на первый взгляд. Фактически все оказывается значительно проще и находится в пределах действующих в природе физических законов.
Возьмем, к примеру, питание двигателя горючей смесью. Смесь поступает в цилиндры по очереди, но непрерывным потоком и с большой скоростью. Поэтому она обладает известной силой инерции.
А что такое сила инерции? Попробуйте мгновенно полностью перекрыть щитом русло быстрого потока. Вода забурлит и так обрушится на запруду, что легко может сорвать ее.