Мир скутеров. Модели, выбор, тюнинг, ремонт и вождение. >> Устройство и принципы работы. Двигатель.
<< Предыдущая :: Оглавление :: Следующая >>
Устройство и принципы работы
Все разновидности скутеров можно разбить на два класса — с двухтактными и с четырехтактными моторами, Конструкция и особенности
работы всех систем также обусловлены типом двигателя.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания: 1 — головка цилиндра; 2 — цилиндр; 3 — поршень; 4 — шатун; 5 — коленчатый вал;
6 — картер; 7 — свеча зажигания. Объем камеры сгорания Полный объем Рабочий объем Ход поршня ВМТ НМТ.
Принципы работы ДВС
Смесь топлива и воздуха, она же горючая или рабочая смесь, приготовленная в карбюраторе, засасывается в цилиндры двигателя,
затем сжимается поршнем и воспламеняется электрической искрой от свечи зажигания. При сгорании смеси расширяющиеся газы
давят с большой силой на расположенный в цилиндре поршень. Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во
вращение коленчатого вала посредством кривошипно-шатунного механизма. Маховик, закрепленный на конце коленчатого вала,
сглаживает неравномерность его вращения и аккумулирует кинетическую энергию, необходимую для движения поршня в цилиндре
во время нерабочих тактов. 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. Полный внутренний объем цилиндра складывается из рабочего объема и объема камеры сгорания над
поршнем. Отношение полного объема к объему камеры сгорания называется степенью сжатия; чем она выше, тем более эффективно
происходит рабочий процесс двигателя. Современные скутерные двигатели имеют степень сжатия 8,5-10 единиц. Двигатели скутеров
подразделяются по способу работы на двух- и четырехтактные, причем у обоих типов имеются как достоинства, так и недостатки.
Двухтактный двигатель конструктивно устроен проще, чем четырехтактный, поскольку у него нет механизма управления клапанами
и системы смазки под давлением.
На скутеры устанавливают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), в цилиндрах которых тепловая энергия сгорающей топливо-воздушной
смеси превращается в механическую работу. Хотя многими фирмами проводятся опыты с другими источниками энергии — электрическими
и топливными элементами, говорить об их массовом применении на скутерах пока рано.
На скутерах с большим рабочим объемом двигателя чаще применяются четырехтактные двигатели, ввиду их преимуществ в протекании
крутящего момента, большей экономичности и, что самое главное, меньшей токсичности.
Рабочий процесс четырехтактного двигателя: а — впуск; б — сжатие; в — расширение (рабочий ход); г — выпуск; 1 — впускной
клапан; 2 — свеча зажигания; 3 — выпускной клапан.
Четырехтактные двигатели
В этих 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 горючую 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 в это время и
совершается полезная работа); выпуск — движущийся вверх поршень выталкивает отработавшие газы через открытый выпускной клапан.
Двухтактные двигатели
У двухтактных двигателей, в отличие от четырехтактных моторов, рабочий цикл происходит за один оборот коленчатого вала.
Другая особенность — отсутствие клапанов (впускных и выпускных) с механическим приводом. Их роль выполняет сам поршень,
открывая и закрывая специальные окна на поверхности цилиндра. Объем картера под поршнем также используется для газообмена.
При движении поршня вверх от НМТ объем под поршнем увеличивается и в нем создается разрежение. Под его действием горючая
смесь поступает в подпоршневое пространство. В это же время движущийся вверх поршень вытесняет из цилиндра отработавшие
газы, оставшиеся от предыдущего цикла. Одновременно с вытеснением этих газов в цилиндр поступает рабочая смесь, попавшая
сюда при продувке, о которой речь пойдет чуть позже. По мере движения поршня вверх он закрывает перепускные окна на
внутренней поверхности цилиндра, в результате чего в объеме над поршнем начинается сжатие горючей смеси. Около ВМТ смесь
в камере сгорания воспламеняется электрической искрой. Сгорающая топливовоздушная смесь расширяется и толкает поршень
вниз — совершается рабочий ход. Опустившись примерно на 2/3 своего хода, верхняя кромка поршня открывает выпускное
окно на поверхности цилиндра. Отработавшие газы, находящиеся под избыточным давлением, выходят через это окно в выпускную
трубу. Через другие окна в цилиндр поступает свежий заряд горючей смеси из полости картера, где опускающийся поршень
создает избыточное давление. Это перетекание смеси называется продувкой, а окна и каналы — продувочными. Современные
двухтактные двигатели имеют многоканальную (3-5 каналов) возвратнопетлевую продувку. Кроме того, на входе в цилиндр
ставят обратный пластинчатый (лепестковый) клапан, которым управляет разрежение в картере. Во время впуска (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 прижимает пластины
клапана к его корпусу, препятствуя обратному выбросу смеси из картера в карбюратор.
Рабочий процесс двухтактного двигателя: а — впуск в кривошипную камеру, сжатие в цилиндре; б — воспламенение (до ВМТ) и
последующее сгорание в цилиндре; в — выпуск отработавших газов из цилиндра и продувка горючей смесью из картера;
1 — продувочный канал; 2 — выпускной канал; 3 — свеча зажигания; 4 — лепестковый клапан во впускном канале; 5 — впускной
канал; 6 — кривошипная камера.
Цилиндр
Поршень перемещается по внутренней поверхности цилиндра, называемой зеркалом цилиндра. На скутерах до последнего времени
применялись цельнолитые цилиндры из чугуна, хотя на мотоциклах от этого материала из-за большей массы и худшего, чем у
алюминия, теплоотвода отказались давно. У скутеров принудительное воздушное охлаждение не позволяет чугунному цилиндру
перегреваться, и решающим фактором в пользу применения последнего становится более низкая стоимость цельнолитого цилиндра
(для алюминиевого цилиндра требуется вставная гильза). В современных двигателях на алюминиевую основу цилиндра наносят
твердосплавные никелькремниевые композиции («никасил»), отказываясь от применения стальных или чугунных гильз. В зависимости
от принятого типа системы охлаждения, рубашка (внешняя поверхность) цилиндра имеет ребра (при воздушном охлаждении) или
внутренние полости для прохода охлаждающей жидкости.
Лепестковый клапан улучшает наполнение цилиндра, повышает мощность и экономичность двигателя, особенно на малых и средних
оборотах коленчатого вала.
Конструкция двухтактного двигателя обеспечивает раздельное нахождение в цилиндре отработавших газов и горючей смеси.
Внешний вид лепесткового клапана.
Поршень
Эта важная деталь цилиндропоршневой группы воспринимает давление газов при сгорании рабочей смеси. Поршень состоит из днища,
верхней и нижней частей (соответственно головки и юбки) и бобышек фиксации поршневого пальца. Форма днища бывает плоской или
выпуклой, у четырехтактных двигателей в днище часто предусматривают выемки под клапаны. В юбке поршня у двухтактных
двигателей выполнены вырезы, через которые проходит горючая смесь, поскольку у этих двигателей поршень управляет
газораспределением (впуском, продувкой и выпуском). Головка поршня имеет утолщенные стенки, где в специальных канавках
размещаются два (реже — одно) компрессионных кольца, изготовленных из специального чугуна или стали. Эти кольца уплотняют
зазор между поршнем и зеркалом цилиндра, а также отводят теплоту от поршня в цилиндр. Бобышки служат опорой для поршневого
пальца, в них имеются проточки для стопорных колец и отверстия для смазки пальца масляным туманом. Юбка направляет движение поршня.
Поршневой палец
Он 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, установленными в бобышках поршня.
Схема лепесткового клапана: 1 — корпус лепесткового клапана; 2 — ограничитель; 3 — упругая пластина.
Шатун
Эта деталь 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 бронзовыми втулками или вкладышами) или качения (роликовые, игольчатые). Когда в нижней головке применяют
подшипник скольжения, саму головку выполняют разъемной.
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, генератор, насос системы охлаждения, уравновешивающие валы (если это предусмотрено конструкцией).
Коленчатый вал одноцилиндрового двигателя (а таких двигателей на скутерах подавляющее большинство) имеет одно колено,
образованное двумя щеками и шатунной шейкой. Концы вала, или коренные шейки (их еще называют цапфами), опираются на подшипники.
Поршень (1), игольчатый подшипник (2) и поршневой палец (3) двухтактного двигателя.
У четырехтактных двигателей, помимо компрессионных колец, на поршне имеется маслосъем-ное кольцо, удаляющее излишки масла
с зеркала цилиндра.
Из-за неодинакового теплового расширения различных частей поршня его наружной поверхности на заводе 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 обладающих малым
коэффициентом расширения.
Поршень и криво-шипно-шатунный механизм
двухтактного двигателя: 1 — коленчатый вал; 2 — поршень; 3 — компрессионные кольца; 4 — кольцо-расширитель верхнего
поршневого кольца; 5 — стопорные кольца поршневого пальца; 6 — поршневой палец; 7 — шатун.
Уравновешивание
Любой поршневой ДВС, а в особенности четырехтактный одноцилиндровый, имеет высокую неравномерность работы. Это связано с тем,
что только один ход поршня является рабочим, а остальные — один у двухтактного двигателя, и три у четырехтактного — требуют
затраты энергии. Для повышения плавности работы двигателя коленчатые валы имеют выносной маховик, массивные щеки и противовесы.
Картер
Чаше всего он образован двумя частями, с продольной плоскостью разъема. В четырехтактных двигателях картер (или его поддон)
обычно является резервуаром для масла, стекающего со смазываемых деталей.
Схемы механизмов газораспределения: а — ОНС, б — DOHC: 1 — кулачок; 2 — толкатель; 3 — коромысло (рокер).
Газораспределительный механизм (ГРМ)
Периоды времени, когда открыты впускные и выпускные клапаны, называются фазами газораспределения; они согласованы с ходами
поршня. Газораспределением в четырехтактных ДВС управляет распределительный (или кулачковый) вал, который вращается в два
раза медленнее коленчатого. При вращении распределительный вал своими кулачками взаимодействует с толкателями, которые
непосредственно или через передаточное звено (коромысло, рокер) открывают клапаны (впускной и выпускной); их закрытие происходит
под действием клапанных пружин. Для лучшего наполнения цилиндра горючей смесью впуск начинается, когда поршень еще не дошел
до ВМТ. При дальнейшем ходе поршня от ВМТ к НМТ он засасывает через открытый впускной клапан горючую смесь; заканчивают
впуск после прохождения НМТ, когда часть смеси поступает в цилиндр по инерции.
На современных четырехтактных скутерных моторах применяется, как правило, два типа ГРМ: ОНС и DOHC. Двигатели с ГРМ типа
ОНС имеют «верхний» распределительный вал, воздействующий на толкатели клапанов посредством рычагов (рокеров). В современных
многоклапанных головках с четырьмя клапанами на цилиндр часто используют два распределительных вала, каждый из которых своими
кулачками непосредственно воздействует на толкатели клапанов (схема DOHC). Такая конструкция имеет минимум возвратно-поступательно
движущихся деталей. Из-за этого снижена инерционность привода клапанов, что позволяет повысить частоту вращения коленчатого
вала двигателя, а значит, и его мощность. 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, из-за чего стучат и, кроме того, теряется мощность.
Многие двигатели современных скутеров имеют ГРМ с гидрокомпенсаторами, автоматически поддерживающими необходимые клапанные
зазоры. Их приводит в действие масло из системы смазки. В двигателях без такой системы зазор в ГРМ регулируется при
техническом обслуживании (ТО).
Конструкция привода клапана в схеме DOHC: 1 -регулировочная шайба; 2 — толкатель; 3 — сухари; 4 — наружная пружина; 5 — клапан.
У современных двигателей для снижения вибраций иногда устанавливают специальные уравновешивающие валы, которые приводятся
зубчатой передачей от коленчатого вала.
Особенности конструкций современных двигателей
Последние несколько лет четырехтактные моторы имеют преимущественное распространение и на 50-кубовых скутерах. В настоящее
время в развитых странах скутеры с двухтактными двигателями имеют ограниченное применение, в основном это старые модели.
В обозримом будущем ожидается полное запрещение производства этих двигателей из-за высокой токсичности отработавших газов.
Исключение составляют моторы, которыми оснащаются скутеры компании «Априлия». Двигатели этих скутеров комплектуются системой
питания и газораспределения Ditech-Direct (непосредственное впрыскивание топливновоздушной смеси в камеру сгорания и продувка
цилиндра смесью воздуха с маслом).
Схема привода распределительного вала цепью: 1 — цепь; 2 — успокоитель цепи; 3 — звездочка распределительного вала;
4 — башмак натяжителя цепи; 5 — натяжитель; 6 — звездочка коленчатого вала.
Компоновки двигателей скутеров не отличаются разнообразием. Двигатели абсолютного большинства скутеров имеют один цилиндр,
кроме моторов с рабочим объемом выше 500 см3 — здесь применяются двухцилиндровые рядные и V-образные конструкции. Из
малокубатурных машин исключение составляет скутер «Италджет» Formula Twin 125, у которого 114,5-кубовый двухтактный двигатель
имеет два цилиндра. Учитывая, что в большинстве стран существует законодательное ограничение максимальной скорости «малых»
скутеров до 50 км/ч, многие фирмы устанавливают разного рода ограничители (иначе говоря, «душат» моторы). Удаление заводских
ограничителей является одним из направлений тюнинга скутеров, который подробнее рассмотрен в конце издания. У скутеров с
рабочим объемом двигателя более 50 см3 подобных ограничений нет. Так, «Сузуки» Burgman AN650, с рабочим объемом двигателя
638 см3, обладает мощностью 55 л. с. при 7000 об/мин. Двигатели скутеров, особенно большого объема, имеют жидкостное
охлаждение, четырехклапанные головки цилиндров с двумя верхними распределительными валами, систему впрыска топлива. Моторы
с двухклапанными головками и карбюраторами считаются устаревшими. Для снижения токсичности отработавших газов в систему
выпуска все чаще устанавливают каталитические нейтрализаторы и систему подачи чистого воздуха для дожигания токсичных соединений.
В экспериментальном порядке модели «Хонда» Julio и Crea Scoopy оснащены системой Idle-Stop для автоматического выключения
двигателя, если он работает на холостом ходу более 3 с. Пуск мотора осуществляется в этом случае поворотом ручки «газа».
Перспективный двухцилиндровый четырехтактный двигатель «Пьяджо».
Очистка цилиндра от отработавших газов начинается, когда поршень еще не дошел до НМТ, а в цилиндре имеется избыточное давление.
При ходе поршня от НМТ к ВМТ поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы через выпускной клапан. Закрывается выпускной
клапан после прохождения поршнем 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 профилем кулачков распределительного вала. Самые
совершенные двигатели имеют специальные устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в зависимости от частоты
вращения коленчатого вала.
Диаграмма фаз газораспреления четырехтактного двигателя: 1 — открытие впускного клапана; 2 — закрытие впускного клапана;
3 — закрытие выпускного клапана; 4 — открытие выпускного клапана; угол а — перекрытие клапанов. Искровой разряд вмт нмт.
<< Предыдущая :: Оглавление :: Следующая >>
Мир скутеров. Модели, выбор, тюнинг, ремонт и вождение. >> Устройство и принципы работы. Двигатель.
Источник: //www.motovelosport.ru/cat/scooter_mir_directive/08.php