Двигатели мотоциклов: устройство, принцип работы, технические характеристики
Про автомобильные двигатели написано очень много статей, есть масса различной информации. Про двигатели мотоциклов такого количества статей, схем, описаний нет. Попробуем восполнить этот пробел. Любителей мототехники достаточно много. Среди них также есть начинающие, которые пока мало знают про устройство ДВС в мотоциклах.
На мототехнике преимущественно устанавливают двухтактные, четырехтактные, роторные и оппозитные двигатели. Последние распространены не так широко, но определенные производители их применяют.
Общее устройство и принцип действия
Мотоциклы оснащаются агрегатами, в камерах сгорания которых тепловая энергия, выделяющаяся от сгорания топлива, превращается в механическую. Поршень двигателя мотоцикла воспринимает энергию продуктов сгорания, после чего начинаются возвратно-поступательные движения. Благодаря кривошипно-шатунному механизму вращается коленчатый вал. Это основные узлы в ДВС.
Четырехтактный двигатель
В моторах такой конструкции цикл составляет четыре рабочих такта. В чем суть его работы? За один цикл коленчатый вал делает два оборота. На фазе впуска коленчатый вал уходит в нижнюю мертвую точку, а в цилиндр под воздействием разряжения попадает топливная смесь. Далее происходит такт сжатия. Что происходит в этот момент? Поршень поднимается и сжимает рабочую смесь. В это время впускной и выпускной клапаны закрыты и горючее поджигается от свечи. При сгорании топлива газы существенно расширяются и производят полезную работу. Далее поршень при движении вверх выдавливает газы через выпускной клапан.
V-образный двухцилиндровый агрегат
Этот агрегат один из самых древних. Но сегодня эта схема еще жива и используется. Эта схема с двумя цилиндрами, общей шейкой шатунов и V-образной конструкцией не имеет никаких проблем с эффектом качающейся пары. Лучшим углом развала цилиндров считается 90 градусов. Вибрации от этого агрегата во время работы незначительны.
Это практически идеальный двигатель мотоцикла, но угол развала делает габариты больше, что затрудняет монтаж его в раму. Но сделать такое возможно – это подтверждается мотоциклами от «Дукати». Данная компоновка нетрадиционная, но все равно до сих пор есть на спортивных машинах, участвующих в мировых чемпионатах.
Двухтактный мотор
В двигателях мотоциклов такой конструкции рабочий цикл осуществляется за один оборот коленвала. Еще одна особенность – отсутствие в конструкции впускного и выпускного клапана. Их функция возложена на поршни. Последние при движении открывают и закрывают каналы для подачи топливной смеси и выпуска отработанных газов. На некоторых моделях на впуске может быть установлен лепестковый клапан. Под поршнем в двухтактных моторах есть картер, который также участвует в процессе газообмена.
Двухтактные рядные двухцилиндровые ДВС
Практически все моторы, действующие по этому принципу, работают по одной схеме. В ней задействуется коленвал, а шатунные шейки на нем расположены под углами в 180 градусов. Эти модели по сравнению с четырехтактными аналогами имеют меньшее количество недостатков. Это можно связать с тем, что искра в каждом цилиндре проскакивает после полного оборота коленчатого вала. В результате отсутствует неравномерность вспышек, которая есть в четырехтактных моторах.
Но велик эффект так называемой качающейся пары. При высоких частотах оборотов коленвала этот эффект может проявиться в навязчивых вибрациях. Проблема осложняется еще и тем, что этим двухцилиндровым моторам нужны отдельные камеры. Это означает наличие в конструкции центрального коренного подшипника, а также сальников. В результате коленвал будет более широким, чем в четырехтактном аналоге.
Двухтактный V-образный мотор
Двигатель, построенный по этой схеме, является сейчас большой редкостью. Один из примеров такого агрегата – NS 250 от «Хонда».
Рядный трехцилиндровый мотор
Этот агрегат, установленный поперечно, является развитием рядного двухцилиндрового двигателя. Инженеры пытались найти компромиссы между вибрацией и размерами четырехцилиндрового ДВС. Такая схема была основной в 70-х годах.
«Днепр»
Этот мотоцикл считался культовым среди увлеченных людей. Здесь устанавливался оппозитный мотор. Многие ругают эту конструкцию за высокий расход топлива. Но по сравнению с другими двигателями такого типа, двигатель мотоцикла «Днепр» был более совершенным.
Устройство
Размещение цилиндров здесь оппозитное (такое же, как и на других советских мотоциклах в классе тяжелых). По особенностям конструкции и техническим характеристикам это отечественный форсированный ДВС для мотоциклов дорожного типа.
Индекс агрегата – МТ8. Кроме конструктивных отличий, он превосходил прочие моторы и в технических характеристиках. Так, мощность составляет 32-35 лошадиных сил. Максимальная скорость составляла 90-105 километров в час, если мотоцикл был оснащен коляской. Расход топлива составил шесть литров на 100 километров. При этом объем двигателя мотоцикла – всего 650 кубических сантиметров.
Преимущества конструкции
Главное отличие этого двигателя от всех прочих – это камеры сгорания более совершенной конструкции. Они имеют гильзу из чугуна, которая заключена в рубашку охлаждения из алюминиевого сплава. Здесь уже нет чугунных литых цилиндров, которые постоянно были подвержены перегреву на «Уралах» и других тяжелых мотоциклах.
Двигатели ИЖ
Созданный в 87-м году на ижевском заводе мотоцикл ИЖ до сих пор популярен среди любителей мототехники. И ведь есть за что его любить – это надежный и качественный мотоцикл. Он имеет строгий классический дизайн и ряд преимуществ перед “Юпитером”. Однако имеется и минус – коленчатый вал двигателя мотоцикла ИЖ значительно больше и массивнее. На что это влияет? Ввиду этого мотор работает на более низких оборотах, за счет чего снижена мощность. Это двухтактный одноцилиндровый двигатель. Заправляют его смесью из масла и бензина.
При мощности в 22 силы объем двигателя мотоцикла составляет 346 кубических сантиметров. Это хороший показатель для такого небольшого объема. Если использовать агрегат по максимуму, то можно достичь скорости в 120 километров в час.
Китайские двигатели
Сейчас не все могут себе позволить восстанавливать отечественную мототехнику, приобретать качественные японские или американские мотоциклы. Китайская продукция на порядок дешевле и пользуется хорошим спросом. Моторов, которые бы разработали китайские инженеры, нет. Все агрегаты – это переработанные ДВС от «Хонда», «Ямаха», «Сузуки» или же проданные лицензированные агрегаты от этих же брендов. Четырехтактные экземпляры вполне качественные, так как изготавливаются на японских линиях. А вот по поводу двухтактных ДВС у многих мнения сугубо негативные.
Моторы из Китая имеют две маркировки. Одна применяется для внутреннего использования, а вторая нужна для всего остального мира. Первые буквы в названии – это завод. Цифра 1 означает, что мотор с одним цилиндром, 2 – соответственно, с двумя. Третья буква – это объем. Так, I – это двигатель мотоцикла 125 см 3 . A,B — 50 см 3 , G – до 100 см 3 . L – до 200 кубических сантиметров.
Масло для мотоциклетных моторов
Каким бы надежным и устойчивым ни был силовой агрегат, качество его работы зависит от того, какое масло использует владелец. Необходимо заливать только рекомендуемый производителем продукт. Он может быть полусинтетическим, синтетическим или даже минеральным. Масло для каждого двигателя разное, и конкретную маркировку нужно смотреть в инструкции по эксплуатации. Также стоит помнить, что для двух- и четырехтактных двигателей используют разную смазку.
В заключение
Как видно, двигатель для мотоцикла практически не отличается от автомобильного. Есть небольшая разница между ними в конструкции. Принцип работы силовых агрегатов тот же. В этих ДВС также имеются инжекторные системы питания, применяются системы жидкостного охлаждения, даже присутствуют экологические нормы. Есть модели и с карбюраторами – это тоже достаточно современная техника. Двигатели и их конструкции постоянно развиваются, возможно, вскоре инженеры придумают идеальный мотоциклетный мотор.
Двигатели мотоциклов: устройство, принцип работы, технические характеристики
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 дизельные мотоциклы и даже с электродвигателем. В статье будут рассматриваться характеристики двигателя мотоцикла карбюраторного типа.
Как работает двигатель
В цилиндрах двигателя тепловая энергия сгорающего топлива преобразовывается в механическую работу. При этом движущийся из-за давления газа поршень приводит к вращению коленчатый вал через кривошипно-шатунный механизм. Этот механизм состоит из коленчатого вала, шатуна, поршня с кольцами, поршневого пальца, цилиндра.
Различия в конструкции ведут к разной работе двух- и четырехтактного двигателя.
Четырехтактный двигатель
Такие моторы имеют рабочий цикл в четыре такта поршня и два оборота коленвала. Схема двигателя наглядно показывает устройство поршневого ДВС и его рабочий процесс.
При впуске поршень опускается от верхней мертвой точки, засасывая смесь через открытый клапан.
При сжатии поршень, поднимающийся от нижней мертвой точки, сжимает смесь.
При рабочем ходе смесь, загоревшись от электрической свечи, сгорает, и газы перемещают поршень вниз.
При выпуске поршень, поднимаясь, выталкивает отработавшие уже газы через открытый выпускной клапан. Когда им снова достигается верхняя мертвая точка, выпускной клапан закрывается, и все повторяется заново.
Преимуществами четырехтактников являются:
менее вредный выхлоп;
масло с бензином предварительно не смешивается.
Конструкцию этого вида может отобразить следующая схема двигателя.
Двухтактный двигатель
Объем двигателя мотоцикла этого вида, как правило, меньше, а рабочий цикл занимает один оборот. Кроме того, в нем нет впускных и выпускных клапанов. Эту работу воспроизводит сам поршень, который открывает и закрывает каналы и окна на цилиндрическом зеркале. Также при газообмене применяется картер.
Преимуществами этого двигателя являются:
при одинаковом объеме цилиндра он имеет мощность, превосходящую четырехтактник в 1,5-1,8 раз;
не имеет распределительного вала и клапанной системы;
изготовление обходится дешевле.
Цилиндры и рабочий процесс в них
Рабочий процесс одного и другого двигателя происходит в цилиндре.
Поршень здесь перемещается по цилиндрическому зеркалу или вставной гильзе. Если работает воздушное охлаждение, то цилиндрические рубашки имеют ребра, а при водном охлаждении — внутренние полости.
Коленвал через шатун воспринимает движение поршня, трансформируя его во вращательное, а затем передавая крутящий момент трансмиссии. Также от него начинают работать газораспределительный механизм, насос, генератор и уравновешивающие валы. Коленчатый вал имеет одно или несколько колен в зависимости от количества цилиндров.
В четырехтактном моторе, чтобы цилиндр лучше наполнялся смесью, впуск начинается еще до достижения поршнем верхней мертвой точки, а заканчивается после прохождения им нижней мертвой точки.
Очистка его начинается еще до достижения нижней мертвой точки, а выталкиваются отработавшие газы при движении поршня к верхней мертвой точке. После этого выпускной клапан закрывается, чтобы газы покидали цилиндр.
На моторе этого вида используются следующие типы газораспределительного механизма:
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 систему смазки 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 четырехтактных двигателях используют три способа подачи масла:
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.
В компактно-масляном типе воздух поступает в центр, поворачивает на 180 градусов и проходит в фильтр. При этом он очищается при повороте потока, где тяжелые частицы оседают в масле. Таким фильтром снабжен двигатель мотоцикла «Урал» и «Иж». Однако за рубежом используются другие виды, бумажные и поролоновые.
Бумажные фильтры являются одноразовыми. Их необходимо менять на каждом техническом обслуживании.
Поролоновые фильтры многоразовые — их можно промывать и вновь пропитывать маслом.
Спортивные мотоциклы, у которых двигатель 250 кубов и выше, сегодня имеют систему так называемого «прямого впуска», когда забор воздуха происходит спереди обтекателя, благодаря чему наполнение цилиндров на высоких скоростях увеличивается.
Карбюратор и его виды
Это устройство подготавливает и дозирует воздушно-топливную смесь, которая после него перейдет в цилиндр. Современные карбюраторы бывают трех видов:
Все отечественные моторы, а также двигатель мотоцикла «Урал» имеют золотниковые карбюраторы. Исключение составляет только «Урал-Восток», на котором установлен карбюратор постоянного разрежения.
В золотниковом карбюраторе ручка газа связана с золотником. Через воздействие на него регулируется поступающий в мотор воздух. С золотником связана конусная игла, которая входит в распылитель. При ее изменении смесь обогащается или обедняется. На распылителе установлен топливный жиклер. А вместе все элементы составляют дозирующую систему.
В карбюраторах постоянного разрежения движение ручки газа передается дроссельной заслонке, которая находится ближе к выходу из карбюратора. Воздух в камере над золотником взаимодействует со смесительной карбюраторной камерой. Так получается, что движение золотника регулируется разряжением во впускном тракте.
Регистровые карбюраторы, которыми снабжены многие иностранные одноцилиндровые четырехтактники, например двигатели Honda, совмещают в себе два предыдущих типа. В нем имеются две смесительные камеры, где в одной золотник приводится от ручки, а в другой — от разрежения в смесительной камере.
Запуск
Для того чтобы завести холодный мотор, необходима обогащенная смесь. В камере некоторых карбюраторов для этого имеется утопитель поплавка. Когда нажимается его стержень, уровень топлива в камере резко возрастает до уровня выше допустимого. Из-за этого топливо начинает перетекать во впускной трубопровод. А часть топлива вытекает наружу. С некоторых пор, правда, конструкции карбюраторов выполняют таким образом, чтобы пары не попадали наружу. Такие конструкции предполагают использование обогатительной смеси, представляющей собой воздушную заслонку или еще один топливный канал. Ее применяют вместо утопителя.
В последнее время четырехтактные двигатели мотоциклов часто имеют систему впрыска топлива на электроуправлении. Она состоит из топливного насоса с электроприводом, аккумулятора, электромагнитных форсунок, электронного БУ, который соединен с различными датчиками, распределительного трубопровода.
Встречаются также системы регулирования моторов, где регулировка систем питания и зажигания объединены, что повышает экономичность и в то же время мощность агрегата.
Основная неисправность системы питания, из-за которой может потребоваться ремонт двигателя мотоцикла, — сокращение или даже прекращение подачи топлива из-за засора. Чтобы этого избежать, используют топливный фильтр. Кроме этого, необходимо следить за состоянием воздушного фильтра и герметичности патрубков.
Система выпуска
Выпускная система состоит из цилиндрического выпускного канала, патрубка и глушителя. В двухтактниках от размеров и формы деталей системы напрямую зависят экономичность и мощность. Поэтому для них используют выпускные системы на каждом цилиндре в отдельности. Они имеют резонатор, патрубок и глушащую насадку.
У четырехтактников выпуском управляют клапаны газораспределительной системы, поэтому резонанс в них особой роли не играет. В них обычно все патрубки сводятся к единственному глушителю.
На некоторых мотоциклах выпуски снабжены каталитическими нейтрализаторами, снижающими токсичность выбросов (они установлены, например, на двигатели Honda и других японских производителей). Такие устройства были разработаны вследствие ужесточающихся требований к отработавшим газам в странах Евросоюза, США и Японии. Для того чтобы предотвратить обратный выброс смеси из цилиндров на холостом ходу и малом вращении коленчатого вала, в выпускных системах многих мотоциклов предусматриваются специальные мощностные клапаны.