ДВИГАТЕЛЬ

ОБЩАЯ КОМПОНОВКА И КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

На рис. 11 показан двухтактный двигатель мотоцикла М-104. В общем силовом агрегате сосредоточены двигатель, сцепление, коробка передач и генератор. Подобную же компоновку силового агрегата имеюх двухтактные одноцилиндровые двигатели мотоциклов и мопедов отечественного производства, а также двигатели многих зарубежных мотоциклов и мотороллеров, например «Панония» и MZ, завода «Йва» и также скомпонованы и двухцилиндровые двухтактные двигатели мотоцикла ИЖ «Юпитер» (рис. 12) и мотоцикла Ява-350.

Четырехтактные двигатели мотоциклов с карданной передачей, например мотоцикл АВО-425 (рис. 13) или М-62 «Урал» (рис. 14), вместе со сцеплением автомобильного типа и коробкой передач представляют собой единый силовой агрегат, хотя и не имеют общего литого картера. Такая компоновка четырехтактных двигателей, в особенности для дорожных мотоциклов, удобна при обслуживании.

На рис. 14 показан двухцилиндровый с противолежащими цилиндрами, четырехтактный верхнеклапанный двигатель мотоциклов «Урал», созданный на базе двигателя мотоцикла М-72. Совершенно новую конструкцию в этом двигателе имеют цилиндры, верхнеклапанные головки цилиндров и поршни. Картер незначительно отличается от картера двигателя М-72; кривошипный механизм и распределительный вал такие же, как и у двигателя М-52. У мотоциклов «Урал» и М-72 конструкции сдепления и коробки передач в основном одинаковые.

В одной из модификаций двигателя мотоцикла «Урал» изменены также картер, расположение и устройство масляного насоса. Съемная крышка картера находится впереди его, а не сзади. Масляный насос не имеет отдельного корпуса; полости его для шестерен расточены в передней съемной крышке картера. Привод насоса осуществлен непосредственно от шестерни коленчатого вала с помощью большой цилиндрической шестерни с косыми зубьями, а не от распределительного вала, как у прежней модели двигателя.

Двухцилиндровый рядный двигатель гоночного мотоцикла С-259 показан на рис. 15. Двигатели с такой компоновкой получили широкое распространение. Рабочий объем двигателя 247 см3, степень сжатия 10,7—11,0; максимальная мощность 38—39 л. с. при 11 500—11 900 об/мин. Рядные двигателя, объединенные в силовой агрегат со сцеплением и коробкой передач или устанавливаемые отдельно от них, применяются на зарубежных мотоциклах различного назначения. На мотоциклах V-образные двухцилиндровые двигатели в настоящее время применяются редко.

Для двигателей мотороллеров, в частности мотороллеров «Тула», применяется обычная компоновка двухтактного мотоциклетного двигателя. Только у мотороллеров некоторых типов встречаются оригинальные компоновки силового агрегата. Например, у мотороллера ВП-150 (рис. 16) в силовом агрегате объединены не только двигатель, сцепление, коробка передач и генератор, но и задняя передача с осью заднего колеса и тормозами.

УСТРОЙСТВО И РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ

В мотоциклетном двигателе тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в полезную механическую работу.

Мотоциклетный двигатель состоит из кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов и имеет системы смазки, охлаждения, питания и зажигания. Кривошипный механизм служит для преобразования прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. С помощью газораспределительного механизма осуществляется своевременный впуск в цилиндр горючей смеси и освобождение его от отработавших газов.

Ниже даны основные определения, необходимые для ознакомления с работой двигателя.

Крайние положения движущегося в цилиндре поршня называются мертвыми точками (рис. Д).

Положение, при котором поршень максимально удален от оси коленчатого вала, называется верхней мертвой точкой (в. м. т.). Положение, когда поршень находится на минимальном расстоянии от оси коленчатого вала, называется нижней мертвой точкой (н. м. т.).

Ход поршня — это расстояние между верхней и нижней мертвыми точками. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на пол-оборота (180°). Поршень делает два хода за полный оборот (360°) коленчатого вала.

Объем, освобождаемый в цилиндре при движении поршня от в. м. т. до н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра. Рабочий объем измеряется в кубических сантиметрах или в литрах. У одноцилиндрового двигателя рабочий объем цилиндра является рабочим объемом двигателя. Если цилиндров несколько, то рабочий объем двигателя является суммой рабочих объемов всех цилиндров. Рабочий объем двигателя называют также литражом.

Объем камеры сжатия или камеры сгорания — объем над поршнем при положении его в в.м. т.

Объем над поршнем при положении его в н. м. т. складывается из рабочего объема цилиндра и объема камеры сжатия и называется полным объемом цилиндра.

Отношение полного объёма цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия.

Степень сжатия указывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси в цилиндре при перемещении поршня из н. м. т. в в. м. т.

Часть рабочего цикла, происходящая в цилиндре за один ход поршня, называется тактом. Четырехтактный двигатель — двигатель, у которого рабочий цикл совершается за четыре хода поршня. Двухтактный двигатель — двигатель, у которого рабочий цикл совершается за два хода поршня.

Смесь паров бензина и воздуха называется горючей смесью.

Горючая смесь, смешавшаяся в цилиндре с остаточными газами, называется рабочей смесью.

Эффективная мощность — мощность, получаемая на валу двигателя.

Литровая мощность — эффективная мощность, приходящаяся на 1 л рабочего объема двигателя. Литровая мощность повышается в результате улучшения наполнения цилиндра горючей смесью, увеличения степени сжатия, увеличения числа оборотов коленчатого вала и уменьшения внутренних потерь в двигаеле.

Налоговая мощность — условная - мощность. По ее величине финансовые органы определяют размер налога. Налоговая мощность подсчитывается по формуле:

где i — число цилиндров; S — ход поршня в м; D — диаметр цилиндра в см.

Для приближенного определения налоговой мощности можно принимать, что каждые 250 см3 рабочего объема двигателя соответствуют 1 л. с. налоговой мощности. Двигатели с рабочим объемом до 50 см3, устанавливаемые на велосипедах, мопедах, мокиках и т. д., налогом не облагаются.

Приведенная формула налоговой мощности была принята в ряде стран в начале XX в. и соответствовала примерно эффективной мощности. По мере того как совершенствовались двигатели, эффективная мощность их, возрастая всё более, превышала налоговую мощность.

Важным показателем работы двигателя является расход бензина. По нему можно судить об экономичности двигателя.

Приемистостью двигателя называет его способность к быстрому увеличению числа оборотов коленчатого вала под нагрузкой, т. е. к увеличению мощности при прдъеме дроссельного золотника.

Уравновешенность двигателя обеспечивает при его работе меньшие сотрясения мотоцикла и способствует увеличению срока службы двигателя и мотоцикла.

Равномерность работы двигателя улучшается при прочих равных условиях главным образом с увеличением массы маховика. Кроме того, равномерность работы улучшается с увеличением количества цилиндров и рабочих ходов, приходящихся на один оборот коленчатого вала. При равномерной работе двигателя движение мотоцикла будет более плавным, особенно при небольшой скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Удельным весом двигателя называется вес, приходящийся на 1 л.- с. Он уменьшается в результате применения более рациональной конструкции и легких металлов и при условии более высокой литровой мощности.

У четырехтактного двигателя рабочий цикл (рис. 18) совершается за четыре хода поршня, или два оборота коленчатого вала, и состоит из тактов впуска, сжатия, сгорания или рабочего хода и выпуска отработавших газов. За рабочий цикл поршень дважды проходит в. м. т. и дважды н. м. т.

Клапаны газораспределительного механизма управляют впуском горючей смеси и выпуском отработавших газов. При схематическом рассмотрении работы двигателя можно исходить из предположения, что открытие и закрытие впускного и выпускного клапанов совпадают с положением поршня в мертвых точках, а искра свечи воспламеняет рабочую, смесь в цилиндре, когда поршень находится в в. м. т. В действительности моменты открытия и закрытия клапанов и проскакивания искры не совпадают с положением поршня в мертвых точках.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя можно представить следующим образом.

Впуск горючей смеси (рис. 18, а): поршень движется от в. м. т. к н. м. т. Впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. Над поршнем образуется разрежение, и в цилиндр из карбюратора поступает горючая смесь. Когда поршень приходит в н. м. т., впускной клапан закрывается.

Сжатие рабочей смеси (рис. 18, б): поршень движется от н. м. т. к в. м. т. при закрытых кланах, сжимая рабочую смесь.

Рабочий ход (рис. 18, в): клапаны закрыты, электрическая искра воспламеняет сжатую – рабочую смесь. Под давлением газов, расширяющихся при сгорании рабочей смеси, поршень движется вниз.

Выпуск (рис. 18, г): выпускной клапан открыт, поршень движется от н. м. т. к в. м. т. и вытесняет отработавшие газы.

Прямолинейное движение поршня, получившего во время рабочего хода толчок, преобразуется кривошипно-шатунным механизмом во вращательное движение коленчатого вала. Маховик во время рабочего хода накапливает энергию, а во время впуска, сжатия и выпуска частично отдает ее для совершения этих подготовительных тактов.

У мотоциклетных двигателей периоды открытия клапанов, называемые фазами газораспределения, сочетаются со следующими положениями поршня в цилиндре: впускной клапан открывается до прихода поршня в в. м. т., закрывается после прихода поршня в н. м. т.; выпускной клапан открывается до прихода поршня в н. м. т., закрывается после прохождения поршнем в. м. т. В результате открытия клапанов с опережением и закрытия с запаздыванием относительно прихода поршня в мертвые точки увеличивается длительность фаз газораспределения, вследствие чего улучшаются наполнение цилиндра горючей смесью и очистка его от отработавших газов.

Установлением соответствующих фаз газораспределения, а также повышением степени сжатия достигается в основном высокая литровая мощность современных мотоциклетных двигателей.

В двухтактном двигателе рабочий цикл (рис. 19) совершается за один оборот коленчатого вала и, следовательно, за два хода поршня, во время которых происходят впуск в картер горючей смеси, предварительное ее сжатие в картере, продувка цилиндра, сжатие рабочей смеси в цилиндре, рабочий ход и выпуск. Таким образом, часть цикла протекает в картере. В связи с этим картер делают герметичным. Поршень выполняет работу распределительного органа, перекрывая впускные, продувочные и выпускные окна цилиндра. Рабочий цикл двухтактного двигателя можно представить следующим образом.

Впуск, сжатие: при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. под поршнем в картере образуется разрежение. В цилиндре заканчивается продувка, а затем происходит сжатие рабочей смеси (рис. 19, а). Приближаясь к в. м. т., поршень нижним краем юбки открывает впускное окно, и смесь из карбюратора поступает под поршень в картер (рис. 19, б).

Рабочий ход, предварительное сжатие, выпуск, продувка: вблизи в. м. т. электрическая искра воспламеняет сжатую в цилиндре рабочую смесь, сильно нагретые газы толкают поршень вниз, т. е. совершается рабочий ход, к концу которого поршень нижним краем юбки закрывает впускное окно и сжимает в картере горючую смесь (рис. 19, б). При приближении поршня к н. м. т. его головка открывает выпускное окно цилиндра, газы устремляются наружу и давление в цилиндре уменьшается почти до атмосферного. Затем поршень проходит вниз еще 3—4 мм, открывает головкой продувочное окно и происходит продувка, при которой предварительно сжатая в картере горючая смесь по продувочному каналу поступает в цилиндр и, заполняя его, вытесняет остатки отработавших газов (рис. 19, г). Продувка заканчивается, когда поршень начинает двигаться вверх.