К ходовой, или, как ее иногда называют, экипажной, части мотоцикла относятся рама, подвеска, колеса, тормоза и органы управления.
Начнем с узла, на котором крепятся все агрегаты и детали, — рамы. Она является как бы скелетом, остовом, и от того, насколько он прочен и долговечен, как хорошо противостоит невзгодам эксплуатации, в значительной мере зависит
срок службы мотоцикла в целом. Все это, конечно, знает и учитывает конструктор при выборе рамы.
Именно «при выборе», а не «при расчете». И вот почему. Нагрузки, приходящиеся на раму, довольно легко можно подразделить на две разновидности. Первая зависит от веса водителя и пассажира, двигателя и других агрегатов, от усилий, возникающих при разгоне и торможении или обусловленных боковым прицепом. Она сравнительно легко определяется и поддается учету. А вот
вторая, зависящая от динамических усилий, возникающих при переезде препятствий, изменяется в столь широких пределах и настолько неопределенна, что учесть ее почти невозможно.
В итоге до настоящего времени нет строгой системы аналитического (по формулам) расчета рам. Для каждого отдельного случая раму выбирают эмпирическим путем и подвергают многочисленным — сначала стендовым, а затем ходовым — испытаниям, по результатам которых судят о ее работоспособности.
Принято различать одинарные и двойные, закрытые и открытые рамы.
Самый распространенный тип — одинарная закрытая рама (рис. 1). У нее верхний стержень и подкос, идущий от головки вниз к двигателю, сделаны каждый из одной трубы, и вся передняя часть представляет собой замкнутый многоугольник. Именно такие рамы имеют все ИЖи, «восходы», мотоциклы минского завода.
Рис. 2. Двойная (дуплексная) рама. Пример применения — наши тяжелые мотоциклы.
Если у рамы оба названных стержня или хотя бы только один подкос сделаны из двух труб, несколько расходящихся по мере удаления от головки (рис. 2), ее называют двойной (дуплексной). Такая конструкция отличается большей жесткостью и прочностью.
Встречаются рамы, контурный многоугольник которых не замкнут снизу, — они называются открытыми (рис. 3). В таком случае роль недостающего силового стержня выполняет картер двигателя, и его приходится делать более жестким. Интерес представляет разновидность этого варианта — так называемая хребтовая рама (рис. 4), у которой совсем нет переднего подкоса, зато необычайно развит верхний стержень. Силовой агрегат при этом подвешивается за заднюю часть картера, а иногда и за головку цилиндра. Рамы этого типа, иногда даже состоящие из двух штампованных половин, применяются преимущественно на мопедах и микромотоциклах.
Как мы уже говорили, рама воспринимает разнообразные нагрузки. Самые неприятные из них те, что передаются на нее через колеса во время движения. Чтобы уменьшить их, обеспечить плавность хода мотоцикла и его устойчивость, колеса соединяют с рамой не жестко, а через упругие элементы — подвеску. В качестве таких элементов используются обычно спиральные пружины (у мотоцикла) или рессоры и торсионные. валы (у бокового прицепа).
Но сами по себе пружины или рессоры еще не могут нас устроить: при любом толчке на неровности дороги мотоцикл в таком случае очень долго будет раскачиваться, пока колебания не затухнут. Поэтому в дополнение к упругим элементам вводятся гасители колебаний.
Прежде они состояли из фрикционных дисков, прижатых один к другому. Сила трения между дисками энергично противодействовала упругой силе пружин, и колебания быстро гасли. Сейчас фрикционные устройства повсеместно вытеснены более совершенными — гидравлическими, в которых используется сопротивление жидкости, продавливаемой через отверстия малого диаметра. Наконец, помимо упругих элементов и гасителей в подвеску входит направляющее устройство. Его назначение — обеспечить перемещение колеса строго в заданном направлении. Роль такого устройства играют подвижные и неподвижные трубы телескопических вилок, качающиеся (маятниковые) вилки.
Все сказанное относится к подвеске вообще, в широком значении этого слова. Конструктивно на мотоцикле она разделена на две независимые самостоятельные части — переднюю и заднюю подвески.
Наиболее распространенный тип передней подвески — телескопическая вилка (рис. 5), названная так из-за некоторого сходства с астрономическим инструментом (одна труба скользит внутри другой). Такая вилка довольно сложна по конструкции (в нее встроен пружинно-гидравлический амортизатор), но обеспечивает хорошую устойчивость и управляемость в разных дорожных условиях, а потому и применяется почти на всех мотоциклах.
Реже используются в передней подвеске рычажные вилки (рис. 6). При этом в зависимости от схемы работы различают вилки толкающего типа (ось качания рычагов расположена сзади оси колеса) и тянущего (ось качания рычагов впереди оси колеса). И те и другие могут быть длиннорычажными или короткорычажными. Если длина рычага близка по величине к радиусу колеса — вилку называют длиннорычаж-ной. Если рычаг много меньше радиуса — вилка короткорычажная. Например, на мотоцикле К-750 вилка толкающего типа, короткорычажная. А на мотороллере Т-200М — длиннорычажная, тянущего типа. Рычажные вилки во многом уступают телескопическим и потому применяются все реже.
Задняя подвеска практически на всех мотоциклах одинакова: рычажная, с отдельными пружинно-гидравлическими амортизаторами. (Кстати, обратите внимание: если в автомобильной терминологии амортизатор — это только гаситель колебаний, то в мотоциклетной — это конструктивный узел, объединяющий и упругий элемент — пружину — и гидравлический гаситель колебаний.)
Вилка шарнирно соединена с рамой. При наезде на препятствие центр колеса перемещается по дуге окружности. При этом ось качания всегда стараются
расположить как можно ближе к выходному валу коробки передач. Чем полнее удается решить эту задачу — тем на меньшую величину изменяется расстояние между осью колеса и выходным валом при срабатывании амортизатора. А значит — меньше меняется натяжение цепи задней передачи и мотоцикл движется плавнее.
Прежде широко применялась так называемая свечная подвеска, при которой центр колеса перемещался только по прямой. Теперь эта конструкция почти не встречается.
Следующий, очень важный элемент конструкции — колесо. Оно состоит из ступицы, обода, шины и спиц.
Размеры колес по диаметру обода колеблются от 10 до 20 дюймов, а по ширине профиля шины — от 2,3 до 4 дюймов. (Обозначение размеров в дюймах— дань истории. Шинная промышленность постепенно переходит на метрическую систему. 1 дюйм = 2,54 см.) Самые маленькие, 10—12-дюймовые применяются на мотороллерах. -Самые большие, 20-дюймовые сейчас встречаются крайне редко, и то лишь на специальных спортивных машинах. Дорожные мотоциклы, как правило, имеют колеса с ободами 16—19 дюймов. Каждый из этих размеров имеет достоинства и недостатки, сопоставляя которые можно сделать вывод о целесообразности того или иного решения.
Например, 19-дюймовые колеса хорошо «держат дорогу», меньше ощущают ее мелкие неровности. На большой скорости повернуть руль при таком переднем колесе довольно трудно — поэтому мотоцикл устойчив, меньше подвержен заносу. Да и к пробуксовке это колесо не так склонно, как маленькое, потому что его площадь соприкосновения с дорогой («пятно контакта») больше.
У колеса малого диаметра — 16 дюймов — свои преимущества. Оно, безусловно, легче — значит, быстрее раскручивается, мотоцикл с такими колесами динамичнее. При маленьком колесе можно очень низко расположить грязевой щиток, это улучшает обдув двигателя встречным потоком воздуха. Центр тяжести мотоцикла несколько понижается — значит, устойчивость повышается. Несколько выше и маневренность мотоцикла.
Эти «за» и «против» привели к тому, что на большей части мотоциклов в последние годы стали применять колеса с ободами «нейтрального» размера — 18 дюймов, — сочетающие в себе достоинства тех и других.
Обод со ступицей соединяется спицами, обычно их 36 или 40. Они располагаются таким образом, что половина их, направленная в одну сторону, воспринимает основные нагрузки при разгоне мотоцикла, а другая половина, имеющая противоположную направленность, работает главным образом при торможении.
Вот мы и подошли к последнему звену сегодняшней темы — к тормозам. (Об органах управления мы здесь говорить не будем, потому что принципиально они устроены на всех мотоциклах одинаково.) Наиболее распространены пока барабанные односторонние тормоза с нерегулируемым упором. Попробуем расшифровать эти определения.
Обычный барабанный тормоз всем знаком и понятен. Он располагается справа или слева — но только с одной стороны колеса, и потому называется односторонним.
Если колодки одним концом опираются на неподвижный палец (ось) — говорят, что это тормоз с нерегулируемым упором. Именно так устроены тормоза всех отечественных мотоциклов.
Замедление мотоцикла при торможении достигается за счет сил трения между накладками и барабаном. При этом и накладки и барабан сильно нагреваются. По данным исследований, мгновенные значения температур достигают в зоне соприкосновения 700—800°С! А при многократном торможении с интервалом в одну минуту температура тормозного барабана стабилизируется около 350°С после 18—20 нажимов на педаль. Уже при таком нагреве эффективность торможения уменьшается на 30 процентов. Если же тормоза перегреваются еще больше — из фрикционного материала накладок начинают испаряться некоторые связующие компоненты. Поверхности трения разделяются этой тонкой полужидкой — полугазообразной пленкой, работающей как смазка, и мотоцикл остается почти без тормозов. Конечно, в обычных условиях такой перегрев колодок почти невозможен. Но нужно отчетливо представлять себе, что такое перегрев и чем он опасен.
Чтобы улучшить отвод тепла, все чаще штампованные ступицы заменяют литыми из легкого сплава, с развитым оребрением.
Б. ДЕМЧЕНКО,
мастер спорта
Как работает мотоцикл ? На самом деле примерно так же, как и автомобиль, оснащённый задним приводом. Хотя некоторые начинающие (или будущие) мотоциклисты, не имея представления о принципах управления мототранспортом, опасаются на нём ездить. На самом деле ничего страшного нет! Все же ездили в детстве на велосипеде? Наверняка. Так вот, когда вы едете на велосипеде, он же не заваливается набок, верно? Элементарная физика. Если ехать медленно, то инерция слабее, и завалиться в сторону проще, но на более высокой скорости что велосипед, что мотоцикл можно наклонять под значительным углом, не опасаясь падения.
Сердце любого мотоцикла — двигатель, и тут отличий от автомобиля ещё меньше. Типичный мотоцикл работает по тому же принципу, что и машина — двигатель внутреннего сгорания. Крутящий момент подаётся с вала двигателя на заднее колесо посредством одного из трёх типов главной передачи — кардан, ремень или цепь. Цепной привод сродни таковому на велосипеде, только цепь, разумеется, другого типа и обладает большей прочностью. Остальные два типа привода чаще всего ставятся на чопперы и круизеры, хотя споры о том что же лучше — — не утихают никогда.
Большинство мотоциклов имеют цепной привод. Имеется две звёздочки — одна, маленькая, на валу, вторая, побольше — на заднем колесе. Вращаясь, вал вращает и звезду, заставляя цепь передавать момент на заднее колесо. В случае с ременным приводом всё аналогично, только вместо звёзд используются шкивы. Карданный же привод работает на мотоцикле так же, как на любом заднеприводном автомобиле.
Двигатели обычно бывают нескольких типов. Самый распространённый — рядный, с числом цилиндров от одного до четырёх, хотя попадаются и шестицилиндровые моторы — ярким примером может служить модель . Ещё есть V-образный, обычно двух- или четырёхцилиндровый. V-образная двойка — самый часто встречающийся на мотоциклах класса двигатель. Также существуют оппозитные двигатели, которые ставятся в наше время в основном на мотоциклы BMW, ну и на люкс-туристы «Хонда» серии Gold Wing, например, .
Что касается коробки передач, то на подавляющем большинстве мотоциклов она механическая. Принцип её работы не отличается от такового на автомобиле, только сцепление выжимается левой рукой, а передачи переключаются левой ногой. Впрочем, на скутеры, вроде , обычно ставят вариаторы, а есть и мотоциклы с полноценной автоматической роботизированной коробкой передач, например, Honda DN-01
или . Хотя стоит заметить, что популярностью всё-таки пользуется именно классическая «механика».
Понять, как работает мотоцикл, несложно, и научиться управлять им на базовом уровне тоже труда не составляет. Так что если у вас есть желание приобщиться к двухколёсной братии — не бойтесь. Это не сложнее, чем научиться ходить.
Подобно автомобилю мотоцикл "кушает" бензин, чтобы получить энергию для своего движения. Существенное отличие между ними заключается в том, что мотоцикл имеет всего два колеса. Энергия двигателя у него передается на заднее колесо. И хотя зачастую его мощность намного меньше мощности автомобильного двигателя, мотоцикл благодаря своему обтекаемому профилю и меньшему весу может развивать те же скорости, что и автомобиль. Кроме того мотоциклы обычно разгоняются быстрее автомобилей и более подвижны на узких дорогах и на бездорожье.
Схема устройства мотоцикла
Как передается энергия на колесо
Работа двигателя мотоцикла во многом похожа на работу автомобильного двигателя. Топливо, сгорающее в цилиндрах двигателя, толкает поршни (на рисунке сверху), которые вращают коленчатый вал. В коробке передач вращательное движение коленчатого вала передается цепи. Она-то и вращает заднее колесо. Но коробка передач мотоциклу тоже нужна: чтобы уменьшить слишком большую скорость вращения, получаемую от двигателя. И в конце концов заднее колесо делает один полный оборот за два оборота коленчатого вала.
Чтобы легче двигаться
Система пружинной подвески устанавливается на оба колеса мотоцикла. Она оберегает мотоциклиста и двигатель от ударов из-за неровностей на дороге.
Подвеска переднего колеса
Ударопоглощающие пружины спрятаны внутри полых вилок, залитых маслом. Эти пружины уменьшают толчки и колебания.
Подвеска заднего колеса
Задний механизм ударопоглощения крепится к самой раме мотоцикла - по одному с каждой стороны колеса.
Двухтактный двигатель дает больше мощности
В автомобилях обычно используют четырехтактные двигатели. Цикл их работы состоит из четырех частей: впуск смеси, сжатие, сгорание и выхлоп. На это требуется два движения каждого поршня туда-сюда. Двухтактный мотоциклетный двигатель (рисунок вверху) выполняет все те же операции за одно полное движение поршня туда-сюда: когда поршень поднимается (левый рисунок), происходит впуск и сжатие. А когда опускается, сгорание и выхлоп (правый рисунок). Поэтому теоретически при одинаковой частоте вращения, то есть одинаковом количестве оборотов в минуту, двухтактный двигатель должен быть в два раза мощнее четырехтактного. Однако на практике из-за размеров двухтактного двигателя и повышенного трения в нем преимущества его не так велики. И все-таки мощность двухтактного двигателя внутреннего сгорания примерно в 1,5 раза выше мощности четырехтактного.
Начинающие водители иногда думают, что самое главное качество, которое имеют двигатели мотоциклов, - это количество лошадиных сил, и считают, что средство будет ездить хорошо, лишь обладая мощностью более ста сил. Однако, помимо этого показателя, существует множество характеристик, влияющих на качество работы мотора.
Виды двигателей мотоциклов
Бывают двухтактные и четырехтактные моторы, принцип работы которых несколько отличен.
Также на мотоциклах устанавливают разное количество цилиндров.
Помимо родного карбюраторного мотора, часто можно встретить инжекторные агрегаты. И если первый вид мотоциклисты привыкли исправлять самостоятельно, то инжекторный двигатель с прямой системой впрыска своими руками чинить уже проблематично. Давно уже выпускают и даже с электродвигателем. В статье будут рассматриваться характеристики двигателя мотоцикла карбюраторного типа.
Как работает двигатель
В последнем типе имеется минимальное количество элементов, благодаря чему коленчатый вал может вращаться быстрее. Поэтому DOHC получает все большее распространение.
Четырехтактные моторы имеют более сложную конструкцию по сравнению с двухтактными, так как имеют и газораспределительный механизм, отсутствующий у двухтактников. Тем не менее они стали широко распространяться из-за экономичности и менее вредного воздействия на окружающую среду.
Двигатели мотоциклов чаще всего бывают одно-, двух- и четырехцилиндровыми. Но встречаются агрегаты и с тремя, шестью и десятью цилиндрами. Цилиндры при этом бывают рядными — продольными или поперечными, горизонтальными оппозитными, V-образными и L-образными. Рабочий объем моторов обычно имеют не выше полутора тысяч кубов эти мотоциклы. Мощность двигателя — от ста пятидесяти до ста восьмидесяти лошадиных сил.
Моторное масло
Смазка необходима для того, чтобы между деталями мотора не возникало чрезмерное трение. Она реализуется при помощи моторных масел, имеющих стойкую структуру от воздействия высоких температур и малую вязкость при низких показателях. Помимо этого, они не образуют нагар, не агрессивны к пластмассовым и резиновым деталям.
Масла бывают минеральными, полусинтетическими и синтетическими. Полусинтетика и синтетика стоят дороже, но эти виды предпочитают больше, так как считается, что они полезнее для двигателя. Для двухтактников и четырехтактников применяются разные виды масел. Также они отличаются по степени форсировки.
«Мокрый» и «сухой» картер
В используют три способа подачи масла:
разбрызгивание;
подача под давлением.
Причем большинство трущихся пар смазываются под давлением от масляного насоса. Но есть и те, которые смазываются масляным туманом, образующимся вследствие разбрызгивания кривошипно-шатунного механизма, а также детали, к которым масло стекается по каналам и желобам. При этом поддон картера служит резервуаром. Его называют в этом случае «мокрым».
В других мотоциклах предусмотрена система «сухого» картера, где одной секцией масло откачивается в бак, а другой подается под давлением к местам трения.
В духтактниках смазка происходит маслом, которое находится в парах топлива. Его смешивают с бензином предварительно, или во впускном патрубке оно подается насосом-дозатором. Этот последний вид получил название «система раздельной смазки». Он особенно распространен на зарубежных моторах. В России система входит в двигатель мотоцикла «Иж Планета 5» и «ЗиД 200 Курьер».
Система охлаждения
Когда топливо в двигателе сгорает, выделяется тепло, из которого почти тридцать пять процентов уходит на полезную работу, а остальное рассеивается. При этом, если процесс неэффективен, детали в цилиндре перегреваются, что может привести к их заклиниванию и повреждению. Чтобы такого не произошло, применяется система охлаждения, которая бывает воздушной и жидкостной в зависимости от вида мотора.
Воздушная система охлаждения
В этой системе детали охлаждаются за счет встречного воздуха. Иногда для лучшей работы поверхности цилиндра его головки делают ребристыми. Иногда используется принудительное охлаждение с помощью вентилятора с механическим или электроприводом. У четырехтактников еще и тщательно охлаждают масло, для чего поверхность картера увеличивают и устанавливают специальные радиаторы.
Жидкая система охлаждения
Вариант подобен тому, что устанавливается на автомобилях. Теплоносителем здесь выступает антифриз, который является низкозамерзающим (от минус сорока до минус шестидесяти градусов по Цельсию) и высококипящим (от ста двадцати до ста тридцати градусов по Цельсию). Помимо этого, антифризом достигается антикоррозийный и смазывающий эффект. Чистую воду в этом качестве использовать нельзя.
Перегрев системы охлаждения может быть вызван перегрузкой или загрязнением поверхностей, отводящих тепло. Также в ней могут сломаться отдельные элементы, из-за чего жидкость вытечет. Поэтому за работой охлаждения необходимо постоянно следить.
Система питания
В качестве топлива для карбюраторных мотоциклов используют бензин, октановое число которого не ниже 93.
Двигатели мотоциклов имеют систему питания, в которую входит топливный бак, кран, фильтр, воздушный фильтр и карбюратор. Бензин находится в баке, который в большинстве случаев установлен выше мотора для того, чтобы самотеком поступать в карбюратор. В иных случаях он может подаваться при помощи специального насоса или вакуумного привода. Последний можно встретить на двухтактниках.
В топливном баке имеется крышка со специальным отверстием, куда поступает воздух. Во многих зарубежных мотоциклах, впрочем, воздух попадает через угольные резервуары. А некоторые имеют на крышке замок.
Благодаря топливному крану предотвращается подтекание топлива.
Через воздушный фильтр в карбюратор поступает воздух. Фильтр бывает трех видов.
Как известно, двигатели внутреннего сгорания (ДВС), бывают трех типов, а именно двухтактные, четырехтактные и роторные. Последние не сильно распространены но некоторые мотопроизводители их все же используют (Triumf).
Общее устройство и работа двигателя
На мотоциклы устанавливают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), в цилиндрах которых тепловая энергия сгорающего топлива превращается в механическую работу. Возвратно-поступательное движение поршня, воспринимающего давление газов, преобразуется во вращение коленчатого вала посредством кривошипно-шатунного механизма, который состоит из цилиндра, поршня с кольцами, поршневого пальца, шатуна и коленчатого вала. Крайние положения перемещающегося в цилиндре поршня называют мертвыми точками — верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние от ВМТ до НМТ называется ходом поршня, а образуемое пространство — рабочим объемом цилиндра (см 3). Полный внутренний объем цилиндра состоит из рабочего объема и объема камеры сгорания. Отношение полного объема к объему камеры сгорания называется степенью сжатия; чем она выше, тем более эффективно происходит рабочий процесс двигателя. Современные двигатели имеют степень сжатия 9-10 единиц (у спортивных моделей встречаются большие значения).
Поршневой двигатель внутреннего сгорания
У двух- и четырехтактных ДВС протекание рабочего процесса и конструкция деталей несколько различаются.
Четырехтактные двигатели
В четырехтактных двигателях рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (такта) и два оборота коленчатого вала: впуск — поршень опускается от ВМТ и засасывает горючую смесь через открытый впускной клапан; сжатие — поднимающийся от НМТ поршень сжимает рабочую смесь при закрытых клапанах; рабочий ход — смесь сгорает, воспламенившись от электрической искры, и образующиеся газы, расширяясь, перемещают поршень вниз (этот ход поршня называется рабочим, поскольку во время него и совершается полезная работа); выпуск — движущийся вверх поршень выталкивает отработавшие газы через открытый выпускной клапан.
Рабочий процесс четырехтактного двигателя
Двухтактные двигатели
В двухтактных двигателях один рабочий цикл происходит за один оборот коленчатого вала. Другая их особенность — отсутствие клапанов (впускных и выпускных) с механическим приводом. Их роль выполняет сам поршень, открывая и закрывая специальные окна и каналы на зеркале цилиндра, ну и на некоторых двигателях устанавливается лепестковый клапан на впуске. Объем картера под поршнем также используется при газообмене.
Рабочий процесс двухтактного двигателя
При движении поршня вверх от НМТ происходит впуск рабочей смеси в подпоршневом пространстве, а в надпоршневом — сначала вытеснение отработавших газов, оставшихся от предыдущего цикла, а позже, когда окна закрываются кромкой поршня — сжатие. Около ВМТ смесь в камере сгорания воспламеняется электрической искрой, образующейся между электродами свечи. Горящая топливно-воздушная смесь расширяется и толкает поршень вниз — происходит рабочий ход. Опустившись примерно на 2/3 своего хода, верхняя кромка поршня открывает окна в цилиндре. Отработавшие газы, находящиеся под избыточным дав-лением, выходят через выпускное окно в выпускную трубу. Через другие окна в цилиндр поступает свежий заряд из полости картера, где опускающийся поршень создает избыточное давление. Это перетекание смеси называется продувкой, а окна и каналы — продувочными.
Современные двухтактные ДВС имеют многоканальную (3-7 каналов) возвратно-петлевую продувку. Кроме того, на входе в цилиндр ставят обратный пластинчатый (лепестковый) клапан, которым управляет разрежение в картере. Во время впуска в картер (поршень движется от НМТ к ВМТ) под действием разрежения в подпоршневом пространстве пластинки клапана открывают проход горючей смеси от карбюратора. При обратном движении поршня (во время продувки) избыточное давление в картере закрывает пластины клапана, препятствуя обратному выбросу смеси из картера в карбюратор. Лепестковый клапан улучшает наполнение цилиндра, повышает мощность и экономичность двигателя, особенно на малых и средних частотах вращения коленчатого вала. Многие двигатели также имеют специальный механизм, изменяющий высоту выпускного окна (а значит продолжительность выпуска) в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя (так называемый «управляемый выпуск»). Несмотря на принимаемые меры по улучшению газообмена двухтактных ДВС, некоторая часть смеси уходит с отработавшими газами, что снижает их экономичность по сравнению с четырехтактными.
Рабочий процесс как двух-, так и четырехтактных ДВС происходит в цилиндре. Поршень перемещается по внутренней поверхности (зеркалу) цилиндра или вставной гильзы. В современных двигателях вместо стальных или чугунных гильз применяют твердосплавные никель-кремниевые композиции («никасил»), напыленные непосредственно на алюминиевую основу цилиндра. В зависимости от принятого типа системы охлаждения, рубашки цилиндра имеют ребра (воздушное охлаждение) или внутренние полости для прохода охлаждающей жидкости.
Поршень воспринимает давление газов при сгорании рабочей смеси. Он состоит из верхней и нижней частей (соответственно головки и юбки) и бобышек крепления поршневого пальца. Форма днища бывает плоской или выпуклой, у четырехтактных двигателей в днище часто делают выемки под клапаны. В юбке поршня у двухтактных двигателей выполнены вырезы, через которые проходит горючая смесь, ведь у этих двигателей поршень управляет газораспределением (впуском, продувкой и выпуском).
Поршни двухтактного (а) и четырехтактного двигателей (б)
1 — головка поршня;
2 — выборки под клапаны;
3 — компрессионные кольца;
4 — маслосъемное кольцо;
5 — бобышки крепления поршневого пальца;
6 — юбка поршня;
7 — вырез под продувочное окно;
8 — маслоуловительная полость (холодильник);
9 — вырез под дополнительное продувочное окно
Головка поршня имеет утолщенные стенки, в которых размещаются 1-3 компрессионных кольца, изготовленных из специального чугуна или стали. Эти кольца уплотняют зазор между поршнем и зеркалом цилиндра, отводят теплоту в стенки цилиндра. У четырехтактных двигателей, помимо компрессионных колец, на поршне имеется маслосъемное кольцо, удаляющее излишки масла с зеркала цилиндра.
Бобышки служат опорой для поршневого пальца, в них имеются проточки для стопорного кольца и отверстия для смазки масляным туманом. Часто в зоне бобышек, на внешней поверхности поршня, делают специальные углубления — холодильники.
Юбка направляет движение поршня. Из-за неодинакового теплового расширения различных частей поршня его наружной поверхности придают сложную форму: бочкообразную (конусную) по высоте и овальную — по окружности. Изготавливают поршни из высококачественных алюминиевых сплавов с большим содержанием кремния, выдерживающих высокие тепловые и механические нагрузки, и в то же время обладающие низким коэффициентом расширения.
Поршневой палец шарнирно соединяет поршень с шатуном. Обычно применяют плавающую посадку пальца в бобышках поршня и верхней головке шатуна- его фиксация от осевых перемещений осуществляется пружинными стопорными кольцами в бобышках.
Шатун передает усилие от поршня к коленчатому валу и состоит из стержня (двутаврового или эллиптического сечения) и головок: верхней и нижней. В зависимости от типа двигателя и применяемой системы смазки, головки шатуна выполняют с подшипниками скольжения (с втулками или вкладышами) или качения (роликовые, игольчатые). Когда в нижней головке применяют подшипник скольжения (вкладыш) , саму головку выполняют разъемной. В случае применения игольчатого подшипника, головку выполняют неразьемной и нижнюю шейку вала запресовывают в щеки.
Шатуны
а — с разъемной нижней головкой («Днепр»);
б — с неразъемной нижней головкой («Урал»);
1 — крышка шатуна;
2 — шатунный болт;
3 — шатун;
4 — сепаратор подшипника нижней головки шатуна и ролики;
5 — вкладыши
Коленчатый вал воспринимает усилие от поршня (через шатун), преобразует его во вращательное движение и затем передает крутящий момент к трансмиссии. Кроме того, от коленчатого вала приводятся в действие другие системы и механизмы: газораспределительный механизм (ГРМ), масляный насос (в четырехтактных ДВС), генератор, насос системы охлаждения, уравновешивающие валы. В зависимости от числа цилиндров двигателя и конструктивной схемы коленчатый вал может иметь одно или несколько колен, каждое из которых образовано двумя щеками и шатунной шейкой. Между коленами и по краям вала располагаются коренные шейки, опирающиеся на подшипники.
Коленчатые валы изготавливают составными, или неразборными (цельными). Тип подшипников его опор (коренных шеек) зависит от применяемой системы смазки. Для повышения плавности работы двигателя (ведь только один ход поршня является рабочим, а остальные — один у двухтактного двигателя, и три у четырехтактного — требуют затраты энергии) коленчатые валы имеют выносной маховик, массивные щеки и противовесы. Кроме того, многие современные двигатели имеют специальные уравновешивающие валы, приводимые зубчатой передачей от коленчатого вала.
Коленчатый вал двухцилиндрового двигателя
б — цельный («Днепр»);
1 — шатун с неразъемной нижней головкой и роликовым подшипником;
2 — противовес;
3 D Двигатель мотоцикла
Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания. Как это работает?
Разборка двигателя Honda CBR929RR (часть 1).
Первая часть страшного видео разборки двигателя мотоцикла Honda CBR929RR.
В моторе кто-то поселился и рычит, гремит, стучит.
Придонки решили выяснить кто там живет и изгнать его.
Для этого открутили всё навесное: крышки, генератор, привода и т.д.
Чем ближе к "Чужому" - тем страшнее...
Картер двигателя выполняют неразъемным или с плоскостью разъема (продольной, поперечной). В четырехтактных двигателях картер (или его поддон) обычно является резервуаром для масла, стекающего со смазываемых деталей. Многие двигатели имеют общий картер со сцеплением и коробкой передач. В двухтактных многоцилиндровых двигателях объем картера каждого цилиндра должен быть отделен от других, это усложняет конструкцию картера при числе цилиндров от двух и более.
Газораспределением в четырехтактных ДВС управляет распределительный (или кулачковый) вал, который вращается в два раза медленнее коленчатого. При вращении распределительный вал своими выступами (кулачками) взаимодействует с толкателями, которые непосредственно или через передаточное звено (коромысло, рокер) открывают клапаны (впускной и выпускной); их закрытие происходит под действием клапанных пружин. Периоды времени, когда открыты впускные и выпускные клапаны, называются фазами газораспределения; они согласованы с ходами поршня.
Диаграмма фаз газораспределения четырехтактного двигателя
1 — открытие впускного клапана;
2 — закрытие впускного клапана;
3 — закрытие выпускного клапана;
4 — открытие выпускного клапана;
угол «a
» — перекрытие клапанов
Для лучшего наполнения цилиндра горючей смесью фазу впуска начинают, когда поршень еще не дошел до ВМТ. При дальнейшем ходе поршня от ВМТ к НМТ он засасывает через открытый клапан горючую смесь; заканчивают впуск после прохождения НМТ, когда часть смеси поступает в цилиндр по инерции. Очистку цилиндра от отработавших газов начинают также в конце хода расширения, когда поршень еще не дошел до НМТ, но в цилиндре имеется избыточное давление. Затем, при ходе поршня от НМТ к ВМТ поршень выталкивает отработавшие газы. Закрывают выпускной клапан после ВМТ, чтобы дать части отработавших газов покинуть цилиндр по инерции. Таким образом, существует период времени, когда оба клапана открыты, — его называют «перекрытием клапанов». Каждая модель четырехтактного двигателя имеет свои оптимальные фазы газораспределения, которые задаются на заводе профилем кулачков распределительного вала. Некоторые новейшие мотоциклетные двигатели имеют специальные устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.
На современных четырехтактных ДВС применяется несколько типов ГРМ: OHV, OHC, DOHC.
Схемы механизмов газораспределения
|
а — OHV,
|
7 — тарелка (подпятник);
|
В схеме OHV расположенные в головке цилиндра клапаны приводятся от «нижнего» распределительного вала посредством толкателей, штанг и коромысел; конструкция не обеспечивает четкой работы механизма при высоких частотах вращения коленчатого вала. Двигатели с ГРМ типа OHC имеют «верхний» распределительный вал, воздействующий на толкатели клапанов посредством рычагов (рокеров); вал приводится во вращение цепью или зубчатым ремнем. В современных многоклапанных головках с 4-5 клапанами на цилиндр используют два распределительных вала, каждый из которых своими кулачками непосредственно воздействует на толкатели клапанов (схема DOHC). Такая конструкция имеет минимум деталей и из-за этого снижена инерционность привода клапанов, что позволяет повысить частоту вращения коленчатого вала двигателя, а значит, и его мощность; ГРМ типа DOHC находят все более широкое распространение.
Схема работы OHV
Распределительный вал приводится от коленчатого вала зубчатой, цепной передачей или посредством зубчатого ремня. В последних двух случаях двигатели имеют натяжители и успокоители цепи (ремня).
Для нормальной работы клапанного механизма между стержнем клапана и его приводом должен всегда быть тепловой зазор (0,05-0,15 мм). Когда зазора нет, клапаны закрываются неплотно, вследствие чего обгорают и выходят из строя. При увеличенном зазоре они открываются не полностью (теряется мощность) и, кроме того, стучат. Многие двигатели зарубежных мотоциклов имеют ГРМ с гидрокомпенсаторами (работающими от давления в системе смазки), автоматически поддерживающими требуемые клапанные зазоры. Если такая система не предусмотрена, зазор регулируют при техническом обслуживании (ТО).
Четырехтактные двигатели конструктивно сложнее двухтактных, поскольку имеют дополнительно ГРМ и систему смазки. Тем не менее, начиная с 70-х годов ХХ века, они имеют преимущественное распространение на мотоциклах из-за более «чистого» сгорания и лучшей экономичности. В настоящее время в развитых странах мотоциклы с двухтактными двигателями имеют ограниченное применение — это старые модели, спортивные мотоциклы и мопеды; в обозримом будущем, в частности в Европе, ожидается полное прекращение производства этих двигателей из-за крайне отрицательного воздействия на окружающую среду.
Цилиндров мотоциклетных двигателей чаще всего бывает 1, 2 и 4, хотя встречаются 3-, 6- и даже 10-цилиндровые. Они имеют разнообразные компоновки: рядные (продольные и поперечные), V- и L-образные, горизонтальные оппозитные. Рабочий объем двигателей серийных мотоциклов обычно не превышает 1500 см3, мощность 150-180 л.с.
Расположение цилиндров двигателей современных мотоциклов
|
а — одноцилиндровый двухтактный;
|
е — четырехтактный V-образный с поперечным расположением коленчатого вала;
|
Cистемы смазки и охлаждения двигателя
Смазка деталей ДВС нужна для уменьшения трения между ними и отвода тепла. Она осуществляется моторными маслами, которые обладают стойкостью к воздействию высоких температур в сочетании с малой вязкостью при низких температурах (для уверенного пуска двигателя). Кроме того, моторные масла не должны при сгорании образовывать нагар, не должны быть агрессивными по отношению к резиновым уплотнениям и деталям из пластмасс. Для смазки применяются минеральные масла
(получаемые из нефти путем перегонки), полусинтетические и синтетические. Полусинтетические масла
представляют смесь высококачественных нефтяных и синтетических базовых компонентов. У синтетических масел
нефтяная основа отсутствует, за счет эффективных антифрикционных присадок повышается (по сравнению с минеральными маслами) срок службы двигателя, облегчается его пуск при низких температурах. Несмотря на более высокую цену, полусинтетические и синтетические масла находят все более широкое применение. Производятся специальные моторные масла, причем они различаются для двигателей, отличающихся по тактности (двух- и четырехтактных) и по
степени форсировки. Для российских мотоциклов с четырехтактными двигателями применяют автомобильные масла различной вязкости, с двухтактными — МГД-14, или зарубежные аналоги.
В четырехтактных двигателях применяются три способа подачи масла к трущимся поверхностям: под давлением, разбрызгиванием и самотеком. Большинство пар трения смазывается под давлением, создаваемым масляным насосом. Другие пары трения смазываются масляным туманом, который образуется при разбрызгивании капель масла движущимися деталями кривошипно-шатунного механизма. И, наконец, третья группа деталей смазывается маслом, стекающим по особым каналам и желобам. Картер (поддон картера) обычно является масляным резервуаром (так называемый «мокрый» картер — рис. а).
Системы смазки четырехтактного двигателя
Некоторые зарубежные мотоциклы имеют систему с «сухим» картером (рис. б), из которого масло сначала откачивается одной из секций насоса в отдельный масляный бак, а другой секцией под давлением подается к поверхностям трения. Бак может располагаться в разных местах: возле двигателя, у заднего колеса или в передней части рамы.
Уровень масла во всех системах смазки контролируют при помощи щупа (с метками минимального и максимального уровня) или через специальное контрольное отверстие. Работа двигателя с пониженным уровнем масла недопустима.
Система смазки содержит масляный насос, масляный фильтр, клапаны (обратный и предохранительный) и магистрали в виде каналов (трубок, сверлений в деталях).
Масляные насосы четырехтактных ДВС бывают плунжерного и шестеренного типов.
Типы масляных насосов
а — плунжерный;
б — шестеренный с наружным зацеплением шестерен;
в — с внутренним зацеплением шестерен
Шестеренный насос , получивший наибольшее распространение, состоит из корпуса, в котором расположены одна или две пары шестерен с наружным или внутренним зацеплением; шестерни приводятся во вращение от коленчатого или распределительного вала двигателя. Масло поступает во входную полость корпуса, захватывается зубьями шестерен и нагнетается к выпускной полости. Из фильтров наиболее распространены сменные бумажные.
В двухтактных двигателях смазка трущихся пар осуществляется маслом, находящимся в виде мелких капель в парах топлива. Масло смешивают с бензином либо предварительно в баке (в пропорции 1:25-1:50), либо непосредственно во впускном патрубке, куда оно в необходимом количестве подается специальным насосом-дозатором. Последнюю систему подачи масла называют«системой раздельной смазки» , она имеет преимущественное распространение на зарубежных двухтактных двигателях. В таких системах подача масла на малых нагрузках доводится до соотношения 1:200, что снижает дымность выхлопа, уменьшает общий расход масла и образование нагара в камере сгорания.
Двухтактный двигатель с системой раздельной смазки
1 — масляный бак;
2 — карбюратор;
3 — разделитель троса «газа»;
4 — ручка «газа»;
5 — трос управления подачей масла;
6 — плунжерный насос-дозатор;
7 — шланг, подводящий масло во впускной патрубок
В системах с раздельной смазкой применяют насосы плунжерного типа , приводимые в действие от коленчатого вала или моторной передачи. Масло хранится в специальном баке и поступает к насосу самотеком. Конструкция предусматривает сигнализатор низкого уровня масла в баке. Количество подаваемого во впускной патрубок масла зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя; в некоторых конструкциях имеется еще одна регулировка его производительности — от положения ручки «газа», для чего насос соединен с ней отдельным тросом.
Система охлаждения
При сгорании топлива в цилиндре ДВС выделяется тепло, часть которого (около 35 %) идет на полезную работу, остальное рассеивается в окружающую среду. Если рассеивание тепла недостаточно эффективно, детали цилиндро-поршневой группы перегреваются, и из-за их чрезмерного расширения, а также нарушения условий смазки, может произойти заклинивание и повреждение деталей. Чтобы не допустить перегрева, все мотоциклетные двигатели вне зависимости от тактности имеют
систему охлаждения — воздушную или жидкостную.
Системы охлаждения мотоциклетных ДВС
