страница - 2
Глава 1
Двигатель
Содержание
Введение................................................................................................................1
Какой двигатель?...................2
Основные принципы действия.......................................................................3
Улучшенные конструкции двухтактного двигателя -
влияние на течение газа............................................................................5
Улучшенные конструкции двухтактного двигателя -
лепестковые клапана....................................................................................6
Улучшенные конструкции двухтактного двигателя -
дисковые клапана [золотниковое распределение]................ ......7
Улучшенные конструкции двухтактного двигателя -
расположение выпускного окна..............................................................8
Улучшенные конструкции двухтактного двигателя -
система впрыска топлива...........................................................................9
Четырехтактный двигатель.........................................................................10
Конструкция четырехтактного двигателя -
клапенный механизм.......................................................................11
Улучшенные конструкции четырехтактного двигателя -
многоклапанные головки........................................................................12
Улучшенные конструкции четырехтактных двигателей-
десмадромный привод клапанов.........................................................13
Системы впуска четырехтактных двигателей -
альтернативы тарельчатым клапанам..............................................14
Фазы газораспределения четырехтактных двигателей.................15
Конструкция двигателя -
вибрация и значение уравновешенности........................................16
Схемы двигателей - одноцилиндровые двигатели...........................17
Схема двигателей - двухцилиндровые двигатели.............................1S
Схемы двигателей - трехцилиндровые двигатели............................19
Схемы двигателей - четырехцилиндровые двигатели....................20
Схемы двигателей - более четырех цилиндров..................................21
В поиске мощности - диаметр и ход......................................................22
Роторный двигатель......................................................................................23
1 Введение
У всех двухколесных транспортных средств с двигателем много общего, даже несмотря на то, что на первый взгляд 50-кубоваму скутеру далеко до спортивного мотоцикла с двигателем большого объема. У каждого есть два колеса, двигатель и силовая передача (трансмиссия), которые соединены друг с другом посредством рамы, колеса обычносвяэаны с ней при помощи подвески раэпичныхтипов. В этой главе мы рассмотрим различные типы двигателей, чтобы выяснить, как они работают и почему необходимо такое множество двигателей различных форм и размеров. Двигатель вырабатывает энергию, необходимую для приведения мотоцикла в движение. К числу основных деталей и узлов, рассматриваемых в этой главе, мы относим голавку
цилиндров, цилиндр [ры), поршень [ни], шатун [ны] и коленчатый вал.
У всех двигателей, за исключением роторного [РПД1, есть эти узлы; главное различие между двигателями заключается в числе цилиндров, поршней и их расположении. Почти во всех современных конструкциях детали двигателя размещены внутри или прикреплены к питому изготовленному из сплава корпусу. Эти корпуса почти повсеместно называют кривошипными камерами (картерами] даже несмотря на то. что в них расположено намного больше деталей, чем одинтолько коленчатый вал. Во многих ранних английских конструкциях, а до недавнего времени и в некоторых американских мотоциклах двигатель выполнялся полностью отдельным от трансмиссии, а крутящий момент передавался цепью или ремнем (см. рис. 1.1а]. В современных конструкциях все узлы транс-
миссии почти всегда располагают в пределах картера, обычна их упоминают как "единую конструкцию" ("моноблочная конструкция") [см. рис. 1.16, стр. 1.2), Эта название обязано более ранней компоновке агрегатов, называемой "составной", по очевидным причинам. Существует ряд двигателей, которые являются исключением из правил, их нельзя отнести ни к "составным", ни к "моноблочным". Они занимают междунимипромежугочноеположение. трансмиссия таких силовых агрегатов скорее размещается в отдельном картере, при этом картер коробки передач непосредственна крепится болтами к картеру двигателя, а не устанавливается отдельно на раме [см. рис. 1.1 в. стр. 1.2). Наибольшую известность компоновка такого типа получила благодаря долговечным и надежным конструкциям otBMW иMoto Guzzi, и, конечно, такая компоновка используется в большинстве автомобильных двигателей.
Рис. 1.1а Силовые агрегаты с раздельным расположением двигателя и трансмиссии
А На рисунке слева хорошо видны разделенные между собой двигатель и коробке передач.
Б На рисунке справа можно увидеть кожух цепи передней передачи, соединяющей двигатель и коробку передач, кроме того, под этим кожухом размешается муфта сцепления.
Рис. 1.16 Силовой аграгат "моноблочной конструкции"
Рис. 1.1.в Компания Moto Guzzi использует такое расположение двигателя, коробки передач и муфты сцепления на своих мотоциклах
2 Какой двигатель? Функция двигателя
Задачей двигатели является преобразование энергии топлива в механическую работу. На всех мотоциклах используются двигатели внутреннего сгорания, в которых топливо сгорает внутри цилиндра. Энергия, образующаяся при сгорании топлива, приводит поршень в движение, а он. в свою очередь, передает его коленчатому валу. Такой двигатель называется двигателем внутреннего сгорания, потому что топливо сгорает внутри него. В двигателях внешнего сгорания, таких, как паровой поршневой двигатель, топливо сгорает снаружи, при этом нагревая воду, благодаря чему создается давление пара, приводящее в движение поршень.
Рабочий цикл двигателя
Во всех двигателях внутреннего сгорания для того, чтобы рабочий цикл был выполнен полностью.должны произойти четыре процесса. Это наполнение и сжатие топливо-воздушной смеси, рабочий ход и выпуск. Большинство мотоциклов оснашается двухтактными или четырехтактными двигателями, известными как "возвратно-поступательные" двигатели, у которых много общего. В обоих двигателях топливовоэдушная смесь сжимается внутри цилиндра и затем воспламеняется искрой от свечи зажигания. Под давлением газов, расширяющихся при быстром сгорании смеси, поршень перемещается вниз по оси цилиндра двигателя.
Поршеньсвязанс коленчатым валом шатуном, и его перемещение вверх и вниз [возвратно-поступательное движение] преобразуется во вращениекопенчатоговала.необходимоедпя приведения в действие заднего колеса и. следовательно, движения машины [см. параграф 3]. Различие в двигателях заключается в том, что 8 двухтактном эти четыре процесса происходят в течение двух ходов поршня (один
вверх, один вниз), в то время как в четырехтактном они полностью выполнятся за четыре хода поршня.
Исключением по отношению к традиционным двух-и четырехтактным конструкциям является роторный двигатель [РИД]. Это тоже двигатель внутреннего сгорания, ноегопринцип действия не сколько отличается от общепринятых двук-и четырехтактных конструкций. Подробно роторный двигатель описан в параграфе 23.
Два такта или четыре?
Если исключить из рассмотрения роторный двигатель, то остается выбор между двухтактными и четырехтактными агрегатами. Каждый имеет свои собственные преимущества и недостатки, поэтому один из них никогда не вытеснит другой. В самом простом варианте двухтактный двигатель намного проще из вышеописанных двух типов двигателей, и, таким образом, егосебестоимость ниже. Раньше это было основной причиной широкого использования таких двигателей на скутерах и легких мотоциклах. У простейшего двухтактного двигателя немного недостатков, все же на определенном этапе, его исчезновение было неминуемо из-эа непреодолимых проблем: высоких уровней шума и загрязнений. Фактически по этим причинам его использование на дорогахв некоторых странах было запрещено. За последние годы двухтактный двигатель в целом стал сложнее, и успехи таковы, что он остается популярным при выборе для при-менениявразличныхиелнх.Нозаисключением скутеров и мотоциклов, предназначенных для загородного сезонного использования, аспект дешевизны в значительной степени исчез, а двухтактный двигатель в современном исполнении на данный момент используется, прежде всего, на спортивных или гоночных машинах из-эа низкого веса и высокой мощности, вырабатываемой при тщательной настройке. Следует отметить, что некоторые крупные производители автомобилей опробовали двухтактные двигатели в небольших автомобилях.
Четырехтактный двигатель традиционно применялся на больших машинах из-за его замечательной характеристики мощности и топливной экономичности. Его главным недостатком была высокая себестоимость производства и относительная сложность, что делает его не лучшим вариантом для двигателей небольшого объема. По мере того, как качество двухтактных двигателей улучшалось, то же происходило и с четырехтактными. Со временем функциональные различия между каждым типом стерлись; небольшие четырех-тактники стали столь же часто применяться, как и большие двухтактники. В итоге двухтактный и четырехтактный двигатели могут рассматриваться как два средства для достижения одной и той же цели, а именно - приведения в движение транспортного средства. У каждого из них есть свои сторонники и противники, и это отражено в каталогах изготовителей, которые для определенных категорий часто предлагают варианты исполнения очень схожих моделей с двух-и четырехтактными двигателями, оставляя выбор на совести предполагаемого владельца. До недавнего времени было достаточно легко посмотреть на определенный тип двигателя и определить его положительные и отрицательные стороны. Сейчас уровень технологии, применяемой при проектировании и производстве двигателей, привел к ситуации, когда почти любой недостаток конструкции может бытьустрененнастадии проектирования,хотя часто это происходит за счет простоты. Позже в этой главе мы изучим двухтактный и четырехтактный двигатели подробнее, но перед рассмотрением резпичий между ними давайте обратим внимание на их сходство.
3 Основные принципы действия
Цилиндр и поршень
Увсехпоршнееыхдвигателей многие основные деталипохожи.иони узнаваемо подабныдаже
Цч -поршень
— Свеча зажигания
Стенка цилиндра -
Топпивоаоздушная смесь - при атмосферном давлении
Движущийся вверх поршень сжимает топпи-вовоздушную
Искра, проскакивающая между электродами, воспламеняет смесь
При расширении газов не поршень воздействует высокое давление...
Рис. 1 .За Сжатие и воспламенение топливовоэдушной смеси в камере сгорания
между крайними случаями двухтактного скутера и четырехтактного "турера" [туристического мотоцикла). Двумя из них являются цилиндр и поршень.
Чтобы преобразовывать топливовоздушную смесьв полезную работу, необходимо ее сжечь строгоконтролируемымобразом.апопученную энергию превратить в движение. Сгорание происходит в цилиндре, получаемая при этом энергия служит причиной движения поршня [см. рис, 1.3а].
1) Смесьтопливаснеобходимым количеством воздухаподаетсявнадпоршневоепростран-ство цилиндра. Поршень с поршневыми кольцами, которые служат для предотвра-шеиия протечек смеси и выступают вокруг него такимобразом, чтобы уплотнить зазор между поршнем и цилиндром двигателя, двигается вверх и сжимает смесь.
2} На данном этапе топливовоздушная смесь занимает намного меньший объем, чем это было при атмосферном давлении. При этом эффективно сосредотачивается энергия, садержашаясп в топливе, или позволяет извлечь максимальную энергию при его сгорании.
3) В соответствуюший момент между электродами свечи зажигания проскакивает искра, воспламеняя смесь. Сгорание происходит очень быстро, и в некотором приближении его можно рассматривать как управляемый взрыв. В результате горения газы резко повышают давление в цилиндре, заставляя поршень двигаться вниз под воздействием гораздо большегоколичества энергии, чем требовалось для первоначального сжатия
1Поршень
2Верхняя (малая) головка шатуна
3Шатун
4Маховик
5Палец кривошипа
6Нижняя [большая) головка шатуна
7Маховик
8Рукоятка
Коленчатый вал
Управляемое сгорание топлива в воздушной среде может использоваться для получения энергии. Для получения относительно непрерывного источника движения этот процесс повторяется множество раз в течение каждой
Рис. 1.36 Кривошип преобразует поступательное перемещение во вращательное, требуемое для привода заднего колеса
А Если попеременно толкать и тянуть рукоятку, можно заставить маховик вращаться. В двух крайних точках хода существенные силы, прикладываемые к маховику, отсутствуют, но накопленная энергия или момент будет способствовать прохождению этих точек.
Б Сравните со схемой (А) на том же рисунке, Действие руки на рукоятку заменяется поршнем и шатуном, воздействующими на подшипник нижней головки шатуна и палец кривошипа.
Рис.1 .Зв Коленчатый вал, шатуны и поршни "параллельного1" двухцилиндрового двигателя
А Палец кривошипа
Вал Маховики
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]