Заняття 4 Особливості будови і роботи двохтактних автомобільних двигунів

1. Призначення, характеристика, загальна будова двохтактних двигунів

2. Будова та робота двохтактного двигуна внутрішнього згорання.

1. Загальний пристрій

Будь мототранспортних засобів складається з двигуна, ходової частини, трансмісії (силової передачі), органів управління і додатково го обладнання (рис. 1.4).

Двигун прообразует теплову енергію, що виділяється при згорянні палива, у механічну. Для роботи двигуна необхідні системи живлення, газорозподілу, випуску, змащення, охолодження і запалювання.

Трансмісія передає крутний момент від двигуна на провідне? колесо (заднє). До складу трансмісії входять: первинна (моторна) передача, зчеплення, коробка передач, вторинна (задня) передача і пуско вої механізм.

Рама мотоцикла служить основою для кріплення двигуна, трансмісії та ходової частини.

Ходова частина мотоциклів включає заднє і переднє колеса разом з їх підвісками і гальмами.

Органи управління мотоцикла - кермо, важелі і педалі управління, а також електричні кнопки і перемикачі.

Крім того, на мотоцикли встановлюють сідло для водія і паспжиру, грязьові щитки, декоративні облицювання та інше.

Перераховані вузли, механізми та деталі існували в тому чи іншому вигляді вже на перших мотоциклах, але конструкція всіх без винятку елементів на сучасних мотоциклах зазнала значних змін. Повний внутрішній об'єм циліндра складається з робітничого об'єму та об'єму камери згоряння. Відношення повного об'єму до об'єму камери згоряння називається ступенем стиску; чим вона вища, тим більш ефективно відбувається робочий процес двигуна. Сучасні двигуни мають ступінь стиснення 9-10 одиниць (у спортивних моделей зустрічаються великі значення).

У двох-і чотиритактних ДВЗ протікання робочого процесу і компановки деталей трохи різняться. У чотиритактних двигунах робочий цикл відбувається за чотири ходи поршня (такти) і два обороти колінчастого валу (рис. 2.2): впуск - поршень опускається від ВМТ і горюча суміш через відкритий впускний клапан; стиск - піднімається від НМТ поршень стискає робочу суміш при закритих клапанах; робочий хід - суміш згорає, запалитися від електричної іскри, і утворюються гази, розширюючись, переміщують поршень вниз (цей хід поршня називається робочим, оскільки під час нього і вчиняється корисна робота); випуск - рухається вгору поршень виштовхує відпрацьовані гази через відкритий випускний клапан. Сучасний чотиритактний двигун показаний на рис. 2.3.

У двотактних двигунах один робочий цикл відбувається за один оборот колінчастого) впала (рис. 2.4). Інша їх особливість - відсутність клапананів (впускних та випускних) з механічним приводом. Їх роль виконує сам поршень, відкриваючи й закриваючи спеціальні вікна і канали на дзеркалі циліндра. Об'єм картера під поршнем також використовується при газообміні.

При русі поршня вгору від НМТ відбувається впуск робочої суміші в подпоршневом просторі, а в надпоршневому - спочатку витіснення відпрацьованих газів, що залишилися від попереднього циклу, а пізніше, коли вікна закриваються кромкою поршня - стиснення. Близько ВМТ суміш в камері згоряння запалюється електричною іскрою, що утворюється між електродами свічки. Палаюча паливо-повітряна суміш розширюється і штовхає поршень вниз - відбувається робочий хід. Опустившись приблизно на 2/3 свого ходу, верхня кромка поршня відкриває вікна в циліндрі. Відпрацьовані гази, що знаходяться йод надлишковим тиском, виходять через випускне вікно у випускну трубу. Через інші вікна в циліндр надходить свіжий заряд з порожнини картера, де опускаючийся поршень створює надлишковий тиск. Це перетікання суміші називається продувкою, а вікна і канали - продувними.

Сучасні двотактні ДВЗ мають багатоканальну (3 - 7 каналів) зворотно-петлеву продувку. Крім того, на вході в циліндр ставлять зворотний пластинчастий (пелюстковий) клапан, яким керує розрідження в картері (рис. 2.4). Під час впуску в картер (поршень рухається від НМТ до ВМТ) під дією розрідження в подпоршневом просторі пластинки клапана відкривають прохід горючої суміші від карбюратора. При зворотному русі поршня (під час продувки) надлишковий тиск в картері закриває пластини клапана, перешкоджаючи зворотному викиду суміші з картера в карбюратор. Пелюстковий клапан покращує наполпсніе циліндра, підвищує потужність і економічність двигуна, особливо на малих і середніх частотах обертання колінчастого валу. Багато двигуни також мають спеціальний механізм, що змінює висоту випускного вікна (а значить тривалість випуску) залежно від частоти обертання колінчастого вала двигуна (так званий «керуючи випуск»). Незважаючи на вжиті заходи по поліпшенню газообміну двотактних ДВЗ, деяка частина суміші йде з відпрацьованими газами, що знижує їх економічність в порівнянні з чотиритактними.

Робочий процес як двох-, так і чотиритактних ДВЗ відбувається в циліндрі. Поршень переміщається по внугренней поверхні (Зеркалу) циліндра або вставний гільзи. У сучасних двигунах замість сталевих або чавунних гільз застосовують твердосплавні нікель-кремнієві композиції («Нікас»), напилені безпосередньо на алюмініву основу циліндра. В залежності від прийнятого типу системи охолодження, сорочки циліндра мають ребра (повітряне охолодження) або внутрішні порожнини для проходу охолоджуючої рідини.

Поршень сприймає тиск газів при згорянні робочої суміші. Він складається з днища, верхньої та нижньої частини (відповідно головки і спідниці) і бобишок кріплення поршневого пальця (рис. 2.5). Форма днища буває плоскою або опуклою, у чотиритактних двигунів в днищі часто роблять виїмки під клапани. У спідниці поршня у двотактних двигунів виконані вирізи, через які проходить горюча суміш, адже у цих двигунів поршень керує газорозподілом (впусканням, продувкою і випуском). Головка поршня має утамувати щенние стінки, в яких розміщуються 1-3 компресійних кільця, виготовлених з спеціального чавуну або сталі. Ці кільця ущільнюють зазор між поршнем і дзеркалом циліндра, відводять теплоту в стінки циліндра. У чотиритактних двигунів, крім компресійних кілець, на поршні мається маслос'емноє кільце, що видаляє надлишки масла з дзеркала циліндра.

Бобишки служать опорою для поршневого пальця, в них є проточки для стопорного кільця та отвори для мастила масляним туманом. Спідниця направляє рух поршня. Через неоднакового теплової) розширення різних час тей поршні його зовнішньої поверхні надають складну форму: бочкообраз1гую (конусну) але висоті і овальну - по колу. Виготовляють поршні з високоякісних алюмінієвих спла вов з великим вмістом крем ня, що витримують високі теплові та механічні навантаження, і в той же час володіють низьким коефіцієнтом розширення.

Поршневий палець шарнірно з'єднує поршень з шатуном. Зазвичай застосовують плаваючу посадку пальця в бобишках поршня; його фіксація від осьових переміщень здійснюється пружинними стопорними кільцями.

Шатун передає зусилля від поршня до колінчастого валу з стержня (двотаврової) або еліптичного перетину і головок: верхньої та нижньої (рис. 2.0). Залежно від типу двигуна і застосовуваної системи змащення, головки шатуна виконують з підшипниками ковзання (з втулку або вкладишами) або кочення (роликові, голчасті). Коли в нижній головці застосовують підшипник ковзання, саму головку виконують рознімною.

Колінчастий вал сприймає зусилля від поршня (чорний шатун), перетворює його на обертальний рух і потім передає крутний момент до трансмісії. Крім того, від колінчастого валу приводяться в дію інші системи і механізми: газорозподільний механізм (ГРМ), масляний насос (в чотиритактних ДВЗ), генератор, насос системи охолодження, що врівноважують вали. Залежно від числа циліндрів двигуна і конструктивної схеми колінчастий вал може мати одне або декілька колін, кожне з яких утворене двома щоками і шатунної шийкою. Поміж племенами і по краях валу розташовуються корінні шийки, що спираються на підшипники.

Колінчасті вали (рис. 2.7) виготовляють складовими, або нерозбірними (цілісними). Тип підшипників його опор (корінних шийок) залежить від застосовуваної системи змащення. Для підвищення плавності роботи двигуна (адже тільки один хід поршня є робочим, а решта - один у двотактного двигуна, та три у чотиритактного - вимагають витрати. Енергії) колінчасті вали мають виносний маховик, масивні щоки і противаги. Крім того, багато сучасні двигуни мають специ ціальні врівноважують вали, що приводяться. Губчастої передачею від ко ленчатого валу.

Картер виконують нероз'ємним або з площиною роз'єму (поздовжньою, поперечною). У чотиритактних вигунах картер (або його піддон) зазвичай є резервуаром для масла, що стікає з змащуваних деталей. Багато двигуни мають загальний картер зі зчеплення і коробкою передач. У двотактних багатоциліндрових двигунах обсяг картера кожного циліндра повинен бути відокремлений від інших, що ускладнює конструкцію вала, картера і перешкоджає збільшенні) числа циліндрів.

Газорозподілом в чотиритактних ДВЗ управляє розподільний (або кулачком) вал, який обертається в два рази повільніше колінчастого. При обертанні розподільчий вал своїми виступами (кулачками) взаємодіє з штовхачами, які безпосередньо або через передавальне ланка (коромисло, рокер) відкривають клапани (впускний і випускну).

2. Діаграма фаз газорозподілу чотиритактного двигуна: 1 - відкриття впускного клапана:

2 - закриття впускного клапана;

3 - закриття випускного клапана.

4 - відкриття випускного клапана; кут «о» - перекриття клапанів

їх закриття відбувається під дією клапанних пружин. Періоди часу, коли відкриті впускні і випускні клапани, називаються фазами газорозподілу; вони узгоджені з ходами поршня (рис. 2.8). Для кращого наповнення циліндра горючою сумішшю фазу впуску починають, коли поршень ще не дійшов до ВМТ. При подальшому ході поршня від ВМТ до НМТ він засмоктує через відкритий клапан горючу суміш; закапчівается впуск після проходження НМТ, коли частина суміші надходить в циліндр за інерцією. Очищення циліндра від відпрацьованих газів починають також в кінці ходу розширення, коли поршень ще не дійшов до НМТ, але в циліндрі є надлишковий тиск. Потім, при ході поршня від НМТ до ВМТ поршень виштовхує відпрацьовані гази. Закривають випускний клапан після ВМТ, щоб дати частини відпрацьованих газів покинути циліндр за інерцією. Таким чином, існує період часу, коли обидва клапани відкриті, - його називають «перекриттям клапанів». Для кожної моделі чотиритактного двигуна є свої оптимальні фази газорозподілу, які задаються на заводі профілем кулачків розподільного валу. Деякі новітні мотоциклетні двигуни мають спеціальні пристрої, що дозволяють змінювати фази газорозподілу в залежність для мости від режиму роботи.

На сучасних чотиритактних ДВЗ застосовується кілька типів ГРМ: ОНV, ОНБ, DOHC (рис. 2.9). У схемі ОНV розташовані в головці циліндра клапани приводяться від «нижнього» розподільного валу за допомогою штовхачів, штанг і коромисел; конструкція не забезпечує чіткої роботи механізму при високих частотах обертання ня колінчастого валу. Двигуни з ГРМ типу ОНБ мають «верхній» розподільчий вал, що впливає на штовхачі клапанів по засобом важелів (рокерів); вал приводиться в обертання ланцюгом або зубчатим ременем. У сучасних багатоклапанних головках з 4 - 5 клапанами на циліндр використовують два розподільчих вала, кожний з яких своїми кулачками безпосередньо впливає на штовхачі клапанів (схема DОНС). У цьому випадку мається мінімум деталей і через це знижена інерційність приводу клапанів, що дозволяє підвищити частоту обертання колінчастого вала двигуна, а значить, і його потужність; ГРМ типу DОНС знаходять все більш широке поширення.

Розподільний вал приводиться від колінчастого вала зубчастої, ланцюгової передачею або за допомогою зубчастого ременя. В останніх двох випадках двигуни мають натягувачі ланцюга (ременя).

Для нормальної роботи клапанного механізму між стрижнем клапана і його приводом повинен завжди бути тепловий зазор (0,05 - 0,15 мм). Коли зазору немає, клапани закриваються нещільно, внаслідок чого обгорають і виходять з ладу. При збільшеному зазорі вони відкриваються не повністю (втрачається потужність) і, крім того, стукають. Багато двигуни зарубіжних мотоциклів мають ГРМ з гідро компенсаторами (працюючими від тиску в системі змащення), автоматично підтримують необхідні клапанні зазори. Якщо така система не передбачена, зазор рейдують при технічному обслуговуванні (ТО).

Чотиритактні двигуни конструктивно складніше двотактних, оскільки мають додатково ГРМ і систему змащення. Тим не менш, починаючи з 70-х років XX століття, вони мають переважне поширення на мотоциклах через більш «чистого» згорання і кращої економічності. В даний час в розвинених країнах мотоцикли з двох-тактними двигунами мають обмежене застосування - це старі моделі, спортивні мотоцикли і мопеди; в осяжному майбутньому, зокрема в Європі, очікується повне припинення виробництва цих двигунів через вкрай негативного впливу на навколишнє середовище.

Циліндрів мотоциклетних двигунів найчастіше буває 1, 2 і 4, хоча зустрічаються 3 -, б-і навіть 10-циліндрові. Вони мають разнооб різні компонування: рядні (поздовжні і поперечні), V-й 1_-образні, горизонтальні опозитні (рис. 2.10). Робочий об'єм дви гунів серійних мотоциклів зазвичай, але перевищує 1500 см3, мощ ність 150 - 1130 к.с.