страница - 11
Рис. 1.17а Типичный одноцилиндровый двухтактный двигатель
в противоположном ему направлении (см, рис. 1.1 Бб, стр. 1.27]. На валу размешаются противовесы, масса и расположение которых тщательно рассчитывается. Как показывает рисунок 1-1 Вв,стр,157.сипы,создаваемые противовесами на уравновешивающем валу, устраняют вибрацию. Если вал используется для борьбы с силами первого порядка, то он вращается с той же частотой, что и коленчатый вал, но в противоположном направлении. Если дал используется для борьбы с силами второго порядка, то частота его вращения вдвое превышает частоту вращения двигателя, и опять же он вращается в противоположном коленчатому вапу направлении.
17 Схемы двигетелей -
одноцилиндровые двигатели
Простейшей схемой двигателя служит одноцилиндровая схема (см. рис. 1.17а-б). Ее основными достоинствами являются простота и небольшие габариты. Это означает, что себестоимость и трудоемкость изготовления такого двигателя невелики, и он проще в обслуживании и ремонте. Поэтому одноцилиндровый двигатель идеально подходит для мопедов, скутеров и небольших внедорожных мотоциклов. Действительно, в этом классе намного машине двигателем,укоторого число цилиндров превышает один. Также одноцилиндровый двигатель применяется на спортивных мотоциклах для бездорожья (кроссовых мотоциклах), так как он объединяет в себе простоту и относительно невысокий вес и размер, в связи с чем безграничнопопулярен. Но на самом деле он обладает множеством недостатков с точки зрения характеристик двигателя.
Поскольку воспламенение смеси в одноцилиндровом четырехтактном двигателе происходит один раз за каждые 720 градусов поворота коленчетого вала, для поддержания вращения двигателя до его следующего рабочегоходанеобходимы большие маховики.
Рис. 1.176 Типичный одноцилиндровый четырехтактный двигатель
Для того чтобы избежать чрезмерного увеличения веса, маховики должны обладать большим диаметром и небольшой толщиной. Приходится максимально облегчать поршень, также необходим длинный шатун, и в итоге получается двигатель.нээываемыйдлинноход-ным.Характеристики такого двигателяхороши до определенного момента; он экономичен, обладает хорошей кривой мощности и характеристики момента таковы, что он может относительно легко обеспечивать динамичный разгон с низких частот вращения двигателя. Для использования великолепной характеристики мощности передаточные числа коробки передач могут быть "растянуты", за счет этого управление машиной становится не столь напряженным. Действительно, влияние вибрации двигатепядо определенной степени субъективно и, как правило, довольно высокие уровни низкочастотных колебаний предпочтительнее менее интенсивного, но более раздражающего "драбезжания". Однако если попытаться заставить такой двигатель работать при больших частотах вращения, егонедостатки станут очевидными. Наличие массивных маховиков означает большое количество накопленной энергии или инерции, и ускорение, по сегодняшним меркам, будет ограничиваться медленным набором скорости. Маленький диаметр цилиндра и большой ход поршня означают высокие скорости линейного перемещения поршня, а следовательно, высокий уровень износа этих узлов. При попытке уменьшить ход поршня сглаживающий эффект больших маховиков теряется, а неуравновешенные силы увеличиваются. Это плохо сказывается на комфортабельности мотоцикла - покладистый одноцилиндровый двигатель превращает его в "дрель, передвигающуюся по дороге". Другая проблема двигателей большого объема связана с затруднением запуска, даже если дпяэтого применяетсяэпектрический стартер. Но, поскольку большинство одноцилиндровых двигателей большого объема используются для соревнований в условиях бездорожья и не оснащаются электрическим запуском, то
каждый раз коленчатый вал приходится устанавливать в положение, когда он чуть не доходит до ВМТ на такте сжатия, а затем давать ему здоровенный пинок, чтобы заставить его вращаться. Кроме того, есть проблема отдачи, которая проявляется, когда коленчатый вал установлен неправильно или когда на кик-стартер нажали недостаточно сильно. При этом усилия для того, чтобы поршень миновал такт сжатия, надостаточно, и dh резко отскакивает назад из-за воздействия компрессии. При этом рычаг кик-стартера отпрыгивает назад и перекидывает вас через руль или ломает вам ногу. Некоторые одноцилиндровые двигатели оснашаются декомпрессором, предназначенным для облегчения запуска и уменьшения отдачи. Компания Honda разработала систему, в которой при нажатии на кик-стартер небольшой кулачок воздействует на выпускной клапан с цепью немного приоткрыть его в ВМТ на такте сжатия. Это снижаетусилие, необхддимое для прокручивания коленчатого вала двигателя. Второй кулачок начинает работать, когда происходит отдача, также слегкаприоткрывая выпускной клапани снижая силу отдачи.
18 Схема двигателей -
двухцилиндровые двигатели
Четырехтактный рядный двухцилиндровый двигатель с чередованием вспышек через ЗбО градусов
Исторически рядный двухцилиндровый двигатель был удивительно похож на одноцилиндровый, измененный соответствующим образом для того, чтобы вместить два цилиндра, порш ня иша туна(см. рис. 1.1 Ва]. Чтобы было понятнее, стоит отметить, что в традиционном английском двухцилиндровом четырехтактном двигателе поршни перемещаются вверх и вниз одновременно, но вспышки в цилиндрах чередуются через один оборот двигателя (или с интервалом в ЗБО градусов). Поэтому он получил название двухцилиндрового рядного двигателя с чередованием вспышек через 360 градусов.
На первый взгляд может показаться, что выбор такого коленчатого вала нерационален, поскольку проблемы, которые появлялись при уравновешивании одноцилиндровых двигателей, остались, хотя в некоторых отношениях конструкция двигателя улучшилась. Вес коленчатого вала увеличился, потому что вал расширился, чтобы разместить дополнительный палец кривошипа и шатун Это изменение носит противоречивый характер, так как диаметр валауменьшился, Неуравновешенные силы можно несколько уменьшить за счет установки поршней достаточно большого диаметра и уменьшения их хода. При этом мы неустраняем неуравновешенность, но все-таки она снижается. Гораздо значительнее то, что традиционный "толчок" рабочего хода одноцилиндрового двигателя сглаживается при
Рис. 1.1 Ва Четырехтактный рядный двухцилиндровый двигатель с чередованием вспышек через 360 гредусов
наличии двух меньших импульсов мощности, равномерно распределенных в пределах двух оборотов коленвэла двигателя. Двухцилиндровый рядный двигатель с углом чередования вспышек через 360 градусов не был лишен недостатков, но обладал множеством преимуществ в отношении увеличения мощности по сравнению с одноцилиндровым, Главное преимущество скорее связано с конструктивными ограничениями одноцилиндровых двигателей, а не с самой задачей уравновешивания.
Четырехтактный рядный двухцилиндровый двигатель с чередованием вспышек через 160 градусов
Альтернативой рядному двухцилиндровому двигателю с коленчатым валом, обеспечивающим чередование вспышек через 360 градусов, может служить двигатель, пальцы кривошипа которого выполнены раздельно и располагаются через 180 градусов (см. рис. 1.1 Вб). При такой схеме неуравновешенные силы первогопо рядка сводятсякминимуму. На первыйвзг ляд, такой двигатель намного лучше, чемтот, у которого вспышки чередуются чераз 360 градусов, и е современных конструкциях используется именно такая схема. Один недостаток такогокопенчатоговапавтом.что в пределах двух оборотов ребочиехода следуют неравномерно, а другой в том, что он образует тек называемую "качающуюся пару". Этот эффект со странным названием проявляется на двигателях всевозможных конструкций, числоципиндров которых превышает один, за исключением V-образнога двухцилиндрового двигателя, о котором чуть позже. ПраДставьте воздействие на коленчатый вал в моментвспышкив одном из цилиндров; по мере движения поршня вниз давление на эту сторону коленчатого вала возрастает, и у него появляется стремление "накрениться" на одну из сторон. Когда воспламенение происходит во втором цилиндре, воздействие на коленчатый
Рис. 1.186 Четырехтактный рядный двухцилиндровый двигатель с чередованием вспышек через 180 градусов
вал повторяется, "накреняя" его на другую сторону. Единственный способ, позволяющий избежать этого, заключается в том, чтобы расположить оба кривошипных пальца в одной и той же плоскости, но в рядном двухцилиндровом двигателе это физически невозможно. Если сравнить две этих схемы, можно обнаружить, что чередование вспышек как чераз 360 градусов, так и через 1 ВО имеет свои собственные преимущества и на достатки, исходя из чего невозможно сказать, какая из схем лучше. Чтобы еще больше облегчить задачу уравновешивания, необходима большее количество цилиндров.
Двухтактный рядный двухцилиндровый двигатель
Почти все двигатели, работающие по двухтактному циклу, работают по одной и той же схеме, в которой используется коленчатый вал с расположением шатунных шеек под углом 180градусов,Утакихдвигателейпо сравнению с четырехтактными аналогичной схемы меньше недостатков. Это связано с тем, что вспышка в каждом цилиндре происходит после одного целого оборота коленчатого вапа, и, следовательно, в данном случае отсутствует неравномерность вспышек, обнаруженная в четырехтактном двигателе. Однако неприятный эффект "качающейся пэры" все еще велик, и при болае высоких частотах вращения, обычно присущих двух-тактным двигателям, неуравновешенные сипы могут проявиться в виде довольно навязчивого уровня вибраций. Эта проблема осложняется тем, что двухцилиндровым двухтактным двигателям необходимы отдельные кривошипные камеры, что означает наличие центрального коренного подшипника и сальников. В итоге коленчатый вал получается шире, чем на аналогичном четырехтактном двигателе. Таким образом, с учетом увеличившегося плеча полученный на шатунных шейках эффект "качающейся пары" возрастает.
Рис. 1.18в Четырехтактный V-обраэный двухцилиндровый двигатель
Четырехтектный V-образный двухцилиндровый двигатель
Возраст идеи V-образного двухцилиндрового двигателя сравним с возрастом самого мотоцикла. Тот факт.чтонасегодняшнийдень она все ещажива, служит доказательством ее разумности (см. рис. 1.18в). Первоначальная схема двигатепяс V-обраэным расположением двух цилиндров и обшей шатунной шейкой избегает проблем "качающейся пары" двухцилиндрового рядного двигателя - особенно, если нижняя головка одного шатуна располагается внутри вильчатой головки другого. При расположении двух шатунов на одной пинии эффект "качающейся пары" отсутствует, и даже тогда, когда два обычных шатуна располагаются рядом на более широкой шатунной шейке коленвэла, смещение настолько мало, что эффект оказывается незначительным. Сточки эренияурэвновешивания, лучший угол развала цилиндров - 90 градусов. Если поступательно движущиеся массы поршней и шатунов полностью сбалансированы (100% показатель уравновешенности], то неуравновешенные силы одного цилиндра неизбежно уравновешиваются противодействующими сипами в середине хода другого. Все еще присутствует задача суммарных сил, которые служат причиной горизонтальной вибрации двигателя, но такая вибрация сравнительно умеренна по отношениюк уже рассмотренным уровням вибраций. На практике продольно установленный двигатель обладает относительно незначительным уровнем вибраций, в основном обязанным своим происхождением "толчкам" при каждом рабочем ходе поршня (чередование вспышек через 270 и 450 градусов]. При поперечном расположении двигателя сипы ощущаются сильнее, как раскачивэниеиз стороны в сторону при низких частотах вращения, но, опять же, они гораздо менее разрежающие, чем на двухцилиндровом рядном двигателе.
В то время как V-образный двухцилиндровый двигатель с углом развала 90 градусов
Рис. 1Л Вг Двухтактный V-образный двухцилиндровый двигатель
кажется идеальным мотоциклетным двигателем, его широко раздвинутые цилиндры увеличивают габариты и, таким образом, затрудняют его установку в мотоциклетную раму, В то же время сделать это возможно, что подтверждается примером компании Ducati. Такэясхема до сих пор не стала традиционной, хотя становится все популярнее на спортивных моделях благодаря успеху этой компании в мирозых чемпионатах класса Супербайк. Большинство конструкций с продольной установкой V-обраэного двухцилиндрового двигателя представляют собой компромисс между оптимальной уравновешенностью и компактностью за счет меньшего угла развале между цилиндрами [хотя это влияет на интервалы между вспышками, которые становятся еше более неравномерными), например, как это сделала компания Harley Davidson. У продольного расположения V-образного двухцилиндрового двигателя есть свое преи-мущество-двигательполучаетсяболее узким, но, если не использовать жидкостное охлаждение, задний цилиндр может работать в условиях большей теплоналряженности, чем передний.
Поперечное расположение V-обраэного двухци-пиндровогодвигатепяуспешноприменяетсяв течение многих лет компанией Moto Guzzi, такой двигатель легко располагается в раме и имеет превосходное охлаждение, поскольку обе головки обдуваются встречным потоком воздуха. Кроме того, такая конструкция оптимальна с точки зрения использования карданного вала.
Двухтактный V-образный двухцилиндровый двигатель
Двухтактный V-образный двухцилиндровый двигатель большая редкость, но существует пример такого двигателя - модель NS 250 компании Honda, предназначенная для японского рынка (см. рис. 1.18г). Поскольку двигатель двухтактный, и каждый цилиндр нуждается в отдельной кривошипной камера, использовать общую шатунную шейку четырехтактного V-образного двигателя невозможно. Следовательно, двигательнеиабежно подвергается acb-сректу "качающейся пары", характерному для
всех двухтактных двухцилиндровых двигателей. Но даже в этом случае многие неуравновешенные силы, свойственные рядному двухцилиндровому двигателю, исчезают.
Двигатель с двумя горизонтальными противолежащими цилиндрами (двухцилиндровый оппозитный двигатель)
Двухцилиндровый оппозитный двигатель предлагает почти идеальное решение задачи уравновешивания, которая затрагивалась в конструкциях, рассмотренных ранее. Если оба поршня перемещаются одновременно в противоположных направлениях неуравновешенные силы первого порядка от поршня и шатуна одного цилиндра компенсируются другим(см. рис. 1.1 Вд).Но.так как приходится применять две шатунные шейки вместо одной, между двумя этими цилиндрами возникает эсрфект "качающейся пары", однако возникающий в итоге уровень вибраций обычно небольшой.
Более практическое соображение - как усте-нэвливать столь наудобный аграгэт в раму мотоцикла. Существует несколько случаев продольной установки - например, довоенные модели компании Douglas, хотя это и приводит к удлинению машины и затрудняет поиск соответствующего места для узлов трансмиссии. Другая проблема связана с задним цилиндром, который затенен основной частью двигателя, а, следовательно, перегревается. Наиболее известный пример конструкции оппоэитного двигателя на современном мотоцикле производит компания BMW. Как в большинстве других конструкций, она использует поперечную схему установки оппоэитных двигателей, которая также упрощает использование карданного вала в качестве главной передачи.
19 Схемы двигателей -
трехцилиндровые двигатели
Рядный трехцилиндровый двигатель
Рядный трехцилиндровый двигатель, установленный поперечно, в действительности представляет собой развитие конструкции рядного двухцилиндрового в попытке обрести компромисс между проблемами вибрации последнего и шириной четырехципиндрового двигателя (см. рис. 1.1 Эа]. В особенности это относится к двухтактным двигателям, кривошипные камеры которыхстановятся чрезмерно широкими в трехцилиндровом варианте, а в четырехцилиндровом он был бы безусловно громоздким.
Двухтактный трехцилиндровый двигатель был фаворитом фирм в 70-х, тому есть мно-жествопримеров среди мотоциклов компаний Suzuki и Kawasaki. Оба этих изготовителя даже решиписьнэ создание двухтактных двигателей объемом 750 куб. см; GT750 с водяным
Рис. 1.18д Четырехтактный двухцилиндровый олпоаитный двигатель
охлаждением от компании Suzuki и КН750 от Kawasaki. Шатунные шейки коленчатого вала располагались между собой под углом 120 градусов, и силы первого порядка были достаточно хорошо сбалансированы, но из-за сложного эффекта "качающейся пары" (ско-рае, "качающейся тройни*], они прославились высоким уровнем высокочастотной вибрации, особенно, если агрегат был недостаточно хорошо изолирован от рамы резиновыми подушками.
Четырехтактных представителей такой схемы также достаточно много, от BS A RocketThree, и Triumph Trident конца 60-х, до "туреров" с карданным валом откомпании Yamaha-XS75Q и В50, а также трехцилиндровых мотоциклов компании Laverda, выпускавшихся в 70-х и 80-хгодах. Много леткомпания Laverda использовала коленчатый вал, в котором шатунные шейки располагались под углом 180/360 градусов [когда центральный поршень достигает ВМТ. два других - НМТ и наоборот), см. рис. 1.1 Эб, но позже пераняла схему с 120-градусным коленчатым валом, и следующий двигатель стал более уравновешенным, Triumph осталась верна трехцилиндровому двигателю, многие модели компании Hinckley Triumph отличаются рядным трехцилиндровым двигателем поперечного расположения. Однако, по мнению большинства изготовителей, у трехцилиндрового двигателя есть небольшое преимущество по сравнению с рядным четырехцилиндровым.онпредставпяет собой превосходный компромисс между ниэкооборотным двухцилиндровым двигателем и четырехцилиндровым с его запредельной мощностью.
Рядный трехцилиндровый двигатель горизонтального расположения
Компания BMW выступила с интересной вариацией не вышеупомянутую тему в виде своего К75,ципиндры которогорэспопагаются горизонтально в ряд, а коленчатый вал -продольно вдоль рамы мотоцикла;по существу он был развитием их горизонтального четырехципиндрового двигателя, появившегося ранее[см. рис, 1.206, стр. 1.32).Несмотряна то, что на первый взгляд двигатель несколько необычный (головка цилиндра этого двигателя располагаетсяс одной стороны, а кривошипная камера - с другой], он достаточно узок и компактен, а также обладает низким центром
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74]