Двигатель- рабочий процесс

Обычно на мотоциклах устанавливают одноцилиндровые четырёхтактные или двухтактные двигатели. Однако на некоторые из них устанавливаются также и двухцилиндровые рядные, V-образные двигатели и двигатели с противолежащими цилиндрами.

Мотоциклетные двигатели с малым рабочим объёмом чаще всего являются двухтактными. Поэтому ниже двигатель этого типа рассмотрен более подробно.

Четыре такта цикла (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск) в цилиндре четырёхтактного двигателя происходят в течение двух оборотов коленчатого вала или за четыре хода поршня. В двухтактном двигателе эти процессы протекают в течение одного оборота коленчатого вала или за два хода поршня. Если поршень находится в н.м.т. и цилиндр заполнен рабочей смесью, то при движении поршня вверх происходит первый такт - сжатие. Около в.м.т. смесь в результате воспламенения искрой сгорает, а продукты сгорания, расширяясь, перемещают поршень вниз, т.е. происходит рабочий ход. Чтобы циклы могли следовать один за другим, в промежутках между рабочими ходами и тактами сжатия нужно цилиндр очищать от отработавших газов и наполнять горючей смесью. Отсюда понятен принцип работы любого двухтактного карбюраторного двигателя: около н.м.т. поршень открывает выпускные окна, а затем продувочные, через которые в цилиндр поступает определённое количество горючей смеси.

Во время впуска в цилиндре находится некоторое количество отработавших (остаточных) газов, а давление в нём несколько больше атмосферного. Поэтому смесь  нужно нагнетать под давлением, превышающим давление в цилиндре, что улучшает очистку его от отработавших газов. Следовательно, необходимо дополнительное устройство, обеспечивающее очистку цилиндра и наполнение его горючей смесью.

Двухтактные двигатели отличаются один от другого по способу продувки. Очистка цилиндра должна быть, возможно, более полной и не должна сопровождаться большими потерями горючей смеси, так как выпускные и продувочные окна открыты одновременно.

Наиболее простыми двухтактными двигателями являются двигатели с тремя окнами в стенках цилиндра, которые при возвратно-поступательном движении поршня обеспечивают газораспределение двигателя. Процессы, происходящие в двухтактных двигателях, могут быть разделены на процессы, происходящие над поршнем и под ним.

Процессы, происходящие над поршнем:

-    поршень, перемещаясь вверх, закрывает продувочное и выпускное окна и сжимает рабочую смесь; проскакивает воспламеняющая её искра; газы, расширяясь, перемещают поршень вниз; поршень открывает выпускное окно, и отработавшие газы выходят в атмосферу;
-    перемещаясь вниз, поршень открывает продувочное окно; горючая смесь поступает в цилиндр и выталкивает остатки отработавших газов в атмосферу.

Процессы, происходящие под поршнем:

-     когда поршень находится около в.м.т., открывается отверстие, через которое смесь из карбюратора поступает в картер; разрежение в картере достигает максимального значения; поршень, перемещаясь вниз, сжимает смесь в картере, сжатая смесь поступает в цилиндр через продувочный канал; дефлектор направляет смесь к свече зажигания.

Приведённые выше схемы не обеспечивают хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и снижения потерь горючей смеси. Поэтому усилия конструкторов направлены на усовершенствование двухтактных двигателей путём более рационального размещения окон.

Вместо того, чтобы располагать выпускные и продувочные окна одно против другого, их размещают под прямым углом, вследствие чего смесь проходит больший путь и лучше очищает верхнюю часть цилиндра (петлевая продувка).

Двигатель, имеет два цилиндра с одной общей камерой сгорания в головке. Два поршня, связанные с помощью шатунов с одной общей шатунной шейкой коленчатого вала, выполняют различные функции: один поршень осуществляет выпуск, а другой - продувку. Стенка, которая разделяет цилиндры, образует неподвижный дефлектор (отклонитель) и обеспечивает последовательную очистку цилиндров в поперечном направлении.

Двухтактный двигатель имеет два цилиндра с одной общей камерой сгорания в головке. Два поршня, связанные с помощью шатунов с одной общей шатунной шейкой коленчатого вала, выполняют различные функции: один поршень осуществляет выпуск, а другой - продувку. Стенка, которая разделяет цилиндры, образует неподвижный дефлектор (отклонитель) и обеспечивает последовательную очистку цилиндров в поперечном направлении.

Если продувочные окна разместить в нижней части цилиндра, а выпуск осуществить с помощью управляемого выпускного клапана, расположенного в верхней части цилиндра, то можно добиться очистки цилиндра в вертикальном направлении (прямоточная продувка).

Наконец, вместо того, что бы сжимать горючую смесь в картере, можно использовать поршневой или роторный продувочный насос (нагнетатель).

Двухтактный цикл вследствие повышенного расхода топлива используют лишь для двигателей с небольшим рабочим объёмом, так как ухудшение топливной экономичности в этом случае компенсируется такими преимуществами, как простота конструкции и меньшая стоимость.

Для уменьшения неравномерности крутящего момента число цилиндров увеличивают до двух. При V-образном расположении цилиндров их оси, как правило, образуют между собой угол в 45^о. Нижние головки шатунов при этом связаны с одной общей шатунной шейкой коленчатого вала. Вспышки в цилиндрах производят последовательно, но неравномерно.

У двигателя с противолежащими цилиндрами последние расположены горизонтально по обеим сторонам коленчатого вала. Коленчатый вал имеет два противоположно расположенных кривошипа, и поэтому поршни сближаются и удаляются один от другого одновременно. Это позволяет значительно лучше уравновесить движущиеся возвратно-поступательные части двигателя и равномерно распределить вспышки.

Двигатели рассмотренных типов устанавливают на мотоциклах, рабочий объём двигателей которых должен быть свыше 500 см³.

Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы

Обычно цилиндр и картер представляет собой две соединённые одна с другой детали. Цилиндр имеет такую же съёмную головку, как и цилиндры автомобильного двигателя.

Картер двигателя отливают из алюминиевого сплава. Как правило, он образует единое целое с картерами сцепления и коробки передач. Обычно картер не используют как резервуар для масла. Он должен быть герметичным для обеспечения предварительного сжатия смеси. У двигателя мотоцикла разъёмной является одна из боковых частей картера, которую снимают при установке коленчатого вала.

Шатун имеет неразъёмные нижнюю и верхнюю головки. В нижней головке запрессован цилиндрический роликовый подшипник. Соединение нижней головки шатуна с шатунной шейкой возможно вследствие того, что коленчатый вал сделан разборным (состоит из двух коренных шеек, двух противовесов и шатунной шейки).

Газораспределение в двухтактном двигателе осуществляется поршнем, открывающим и закрывающим выпускные и продувочные окна.

Декомпрессор

Пуск двигателя мотоцикла производят, как правило, ногой с помощью пускового механизма, называемого кик-стартером . Если при этом к рычагу механизма нужно прикладывать большое усилие, то для его уменьшения используют декомпрессор.

У двухтактных двигателей декомпрессор представляет собой небольшой клапан, который для предотвращения самопроизвольного его открытия при работе двигателя нагружен пружиной повышенной жёсткости. Перед пуском двигателя клапан на некоторое время открывают с помощью ручного привода, вследствие чего давление в цилиндре и усилие на рычаге пускового механизма уменьшаются, что облегчает пуск. У четырёхтактных двигателей с этой целью посредством такого же ручного привода приподнимают впускной клапан.

Карбюратор

Топливо, необходимое для образования смеси, поступает из топливного бака в карбюратор самотёком.

Устанавливаемые на мотоциклах карбюраторы позволяют обогащать смесь также по желанию водителя, который для этого использует воздушную заслонку. Воздушной заслонкой водитель управляет вручную, наибольшее распространение получили карбюраторы, у которых компенсация смеси осуществляется иглой и пневматическим торможением топлива. Карбюратор, представляет собой карбюратор с горизонтальным потоком и имеет поплавковую камеру, в которой поддерживается постоянный уровень топлива.

Горизонтально расположенный патрубок , соединённый со впускным трубопроводом двигателя, имеет цилиндр, в котором может перемещаться установленный в нём дроссельный золотник. Нижний конец золотника со стороны входа воздуха в карбюратор выполнен в виде диффузора. Под действием пружины дроссельный золотник стремиться перекрыть смесительную камеру, но так как его нижний конец имеет форму диффузора, то смесительную камеру перекрывает лишь его задняя кромка.

В средней части дроссельного золотника расположена дозирующая игла, конический конец которой входит в топливной канал и, перемещаясь в нём, изменяет проходное сечение отверстия, служащего для истечения топлива в смесительную камеру.

Воздушную заслонку, нагруженную пружиной, можно поднимать или опускать в отверстии дроссельного золотника, что позволяет изменять проходное сечение диффузора, а следовательно, и состав горючей смеси.

При работе двигателя на холостом ходу топливо по каналу поступает в камеру, сообщённую со смесительной камерой двумя небольшими отверстиями, одно из которых расположено перед дроссельным золотником, а другое - за ним. Минимальное число оборотов холостого хода двигателя регулируют вручную с помощью винта холостого хода, перекрывающего отверстие, через которое в систему поступает воздух.

Для повышения скорости движения мотоцикла приподнимают вверх с помощью гибкого троса дроссельной золотник и дозирующую иглу, вследствие чего воздух свободно проходит через диффузор карбюратора. Расход топлива в этом случае ограничивает главный топливный жиклер. Необходимый состав смеси зависит от диаметра этого жиклера.

Для понижения скорости движения мотоцикла золотник опускают и тем самым уменьшают проходное сечение диффузора, что позволяет дозирующей игле прикрыть отверстие главного топливного канала, в результате чего уменьшается содержание топлива в смеси.

Количество воздуха, поступающего в смесительную камеру, изменяют с помощью воздушной заслонки.

На режиме малых чисел оборотов двигателя дроссельный золотник опущен почти полностью, и отверстия А и Б оказываются расположенными с разных его сторон. Около отверстия Б создаётся сильное разряжение, в то время как давление около отверстия А равно атмосферному, так как оно сообщено с атмосферой. В результате этого топливо проходит не через главный жиклер, а через отверстие Б. Расход топлива регулируют путём изменения количества воздуха, проходящего через отверстие В при подъёме дроссельного золотника разрежение в смесительной камере увеличивается, и количество воздуха, проходящего через отверстие А, уменьшается, что повышает расход топлива, которое вытекает из отверстия Б.

Зажигание

Рабочую смесь в цилиндрах мотоциклетных двигателей воспламеняют с помощью магнето, системы батарейного зажигания или магдино.

Зажигание от магнето. Магнето мотоцикла в общем напоминает автомобильное магнето, но по конструкции оно значительно проще. Для одноцилиндрового двигателя распределитель не требуется, нужно соединить проводом вторичную обмотку трансформатора со свечёй зажигания.

Валик магнето одноцилиндрового четырёхтактного двигателя вращается с угловой скоростью, которая вдвое меньше угловой скорости коленчатого вала. Поэтому искра между электродами свечи зажигания проскакивает через один оборот коленчатого вала, тогда как достаточно, чтобы она проскакивала через два его оборота. Но так как вторая искра проскакивает в конце такта впуска, то никакого влияния на рабочий процесс двигателя она не оказывает.

В одноцилиндровом двухтактном двигателе искра проскакивает между электродами свечи через один оборот коленчатого вала, и магнето работает так же, как магнето, имеющего распределитель.

Батарейное зажигание. Для обеспечения работы приборов освещения мотоцикла необходимо так же, как и на автомобиле, иметь генератор, который вырабатывает электрический ток и заряжает аккумуляторную батарею. По устройству генератор мотоцикла напоминает автомобильный генератор, но его размеры значительно меньше. Система зажигания, кроме источников тока, включает в себя так же катушку зажигания, прерыватель, конденсатор, выключатель зажигания и провода низкого и высокого напряжения.

Если на мотоцикле установлен одноцилиндровый двигатель, то так же, как и в случае зажигания от магнето, отпадает надобность в распределителе зажигания. Для двухцилиндрового двигателя он необходим.

Магдино. Для двухтактных двигателей, кроме системы батарейного зажигания и зажигания от магнето, используют так же зажигание от магдино маховичного типа, которое одновременно обеспечивает работу приборов освещения мотоцикла. Это магдино обычно объединяет в себе магнето и генератор переменного тока. Оно состоит из неподвижного статора, на который установлены трансформатор, одна или две катушки освещения, конденсатор и прерыватель; вращающегося ротора, на котором закреплены один или два магнита, изготовленые из специальной высококачественной стали. На роторе укреплён кулачок прерывателя. Магдино работает так же, как магнето с вращающимся магнитом.

Зазор между контактами прерывателя магдино при полном их разрыве должен быть равен 0,4 мм. Этот зазор регулируют, когда расстояние между полюсами статора и ротора равно примерно 5 мм. При этом следует также проверить, совпадают ли метки на статоре и роторе, когда поршень находится в положении, соответствующем воспламенению смеси.

Магдино маховичного типа обладает следующими преимуществами:

а) не требуется для его привода цепной или шестерёнчатой передачи, которую необходимо систематически смазывать, так как магдино установлено непосредственно на коленчатом валу. Осуществить такую смазку у двигателей мотоциклов очень трудно, вследствие того, что они обычно не имеют системы смазки;

б) его вращающиеся части заменяют маховик двигателя;

в) позволяет использовать в системе зажигания детали большого диаметра, что обеспечивает надёжность её работы, а также быстрый пуск двигателя;

г) отпадает необходимость в установке генератора.

Электрооборудование

Магнето, приводимое во вращение цепной или шестеренчатой передачей, располагают за цилиндром двигателя, т. е. вместе, защищённом от попадания грязи. Генератор устанавливают в передней части картера двигателя. Аккумуляторную батарею, чувствительную к ударам, размещают, как правило, под седлом. Реле-регулятор располагают на генераторе или под топливным баком, переключатель света - на руле или топливном баке, а фару - посередине передней вилки мотоцикла.

Приборы электрооборудования соединены между собой изолированными электрическими проводами.

На некоторых современных мотоциклах и мотороллерах устанавливают электрический стартер аналогичный автомобильному стартеру.

Смазка двигателя

Смазка двухтактного двигателя отличается от смазки четырёхтактного.

В двухтактном двигателе горючая смесь сначала поступает в картер. Поршень, цилиндр, поршневой палец и подшипники коленчатого вала смазывают маслом, смешанным с топливом (во время обкатки двигателя в топливо добавляют 7,5 % масла, а после неё - 5%). Количество добавляемого в топливо масла измеряют с помощью пробки топливного бака. Некоторые станции обслуживания имеют специальные распределительные насосы, которые используют для добавления в топливо необходимого количества масла.

Недостатком такой смазки двигателя является отложение нагара на стенках камеры сгорания и днище поршня при сгорании масла в цилиндре. Поэтому приходится чаще очищать стенки камеры сгорания, днище поршня и выпускные окна.

Охлаждение двигателя

Двигатели мотоциклов охлаждают воздушным потоком, омывающим цилиндр и его головку. Для усиления охлаждения верхняя часть цилиндра и головка имеют отлитые совместно с ним рёбра.

Интенсивность охлаждения двигателя изменяется автоматически: чем больше скорость движения мотоцикла, тем больше нагревается цилиндр и его головка и тем сильнее охлаждаются они воздушным потоком. Не рекомендуется длительная работа двигателя на холостом ходу при неподвижном мотоцикле, так как двигатель в этом случае охлаждается плохо.

Водитель должен так же заботиться о том, что бы воздух свободно циркулировал около цилиндра. Для этого не следует устанавливать дополнительные экранирующие щитки или обтекатели, так как они затрудняют циркуляцию воздуха.