страница - 3
минуть [до шестнадцати тысяч на некоторых двигателях). Впредставпеннойформе.аднако, он имеет небольшое отношение к передвижению мотоцикла: сначала его необходимо преобразовать во вращательное движение. Принцип действия коленчатого вала хорошо известен и каждодневно используется множеством людей. Когда вы катаетесь на велосипеде или открываете автомобильное окно, вы преобразуете более или менее линейное перемещение во вращение, и можно увидеть сходство между воздействием руки на рукоятку и поршнем, вращающим коленчатый вапвдвигателе(см.рис, 1.36. стр. 1.3]. Маховик выполняет очень важную роль; по мере того как поршень движется вниз в цилиндре двигателя и вращает коленчатый вал, маховик накапливает энергию, которая используется для перемешенияпоршнявципиндре вверх, то есть для продолжения процесса. Точно так же, если проводить аналогию с воздействием руки, мы предполагаем, что рукоятка двигается благодаря тому, что ее толкают в одном направлении [но не тянут в другом], создаваемый импульс будет поддерживать вращение маховика до тех пор, пока он не окажется в необходимом для придания импульса вращения положении.
Чтобы наша модель коленчатого вала была работоспособной, необходимо одно или два усовершенствования. Во-первых, для снижения трения в нижней или большой головке шатуна связывающего поршень и маховик, должен присутствовать какой-нибудь подшипник. Это может быть втулка, шариковый или игольчатый роликовый подшипник, установленный в
проушину нижней головки шатуна и вращающийся вокруг пальца кривошипа. Точно так же в верхней или малой головке шатуна необходимо позволить поршню качаться относительно шатуна. В верхней головке шатуна также используется втулка или подшипник, а поршень закрепляется коротким пальцем, называемым поршневым. На реальном двигателе маховики обычно установлены с каждой стороны от нижней головки шатуна и соединены между собой пель-ием кривошипа, вокруг которого вращается шатун [см. рис, 1.3а, стр. 1.3]. Маховики удерживаются центральным валом, который вращается в подшипниках, установленных в легкогосппавный корпус или картер. Цилиндр зафиксирован на картере отперемещений при помощи болтов или гаек, а на многих современных спортивных мотоциклах dh является частью картера, в которой вращается коленчатый вал.
Замечание: Маховики коленчатого вала обычно называются щеками, и часто их форма отличается от окружности (по причинам, которые будут пояснены позже).
4 Двухтактный двигатель
Теперь, установив технические требования к простому двигателю внутреннего сгорэния.мы можем рассмотреть, как сделать его пригодным для использования в качестве источника энергии для мотоцикла, Наиболее прост стехнической точки зрения двухтактный двигатель, в котором поршень выполняет
работу распределительного органа [см. рис. 1,4а). На рис. изображен двигатель в разрезе, ивыдолжны узнать узлы двигателя.показанные на предыдущих рисунках. Обратите внимание, что на поверхности цилиндра двигателя выполнено несколько отверстий. Их называют окнами, и они принципиальны для двухтактного цикла. Предназначение впускных и выпускных каналов достаточно очевидно - впускное окно позволяет топливовоздушной смеси попасть в двигатель для последующего сгорания, а выпускное окно обеспечивает отвод полученных в результате сгорания газов из двигателя. Продувочный канал служит для обеспечения перетекания из кривошипной камеры, в которую она поступила ранее, в камеру сгорания, где происходит Сгорание. Здесь возникает вопрос, почему смесь поступает в пространство картера под поршнем, а не непосредственно в камеру сгорания над поршнем. Чтобы понять это, следует отметить, что в двухтактном двигателе кривошипная камера выполняет важную второстепенную роль, являясь своего рода насосом для смеси. Она образуетсобойгерметичнуюкамеру.закрытую сверху поршнем, из чего следует, что объем этой камеры, а, следовательно, и давление внутри нае, изменяется, поскольку поршень перемешается возвратно-поступательно в цилиндре [по меретого.какпоршень двигается вверх, объем увеличивается, и давление падает ниже атмосферного, создается разрежение; наоборот, при движении поршня вверх объем уменьшается, и давление становится выше атмосферного).
Впускное окно на стенке цилиндра большую часть времени закрыто юбкой поршня, оно открывается, когда поршень приближается к верхней точке своего хода. Созданное разрежение всасывает свежий заряд смеси в кривошипную камеру, затем, по мере того как поршень движется вниз и создает давление в кривошипной камере,этасмесьвытесняетсяв камеру сгорания через продувочный канал. Последовательность описана и проиллюстрирована ниже (см. рис. 1.46 и в): А) Поршень приближается к верхней точке своегохоцэ, сераязаштрихованнаяобласть над ним указывает на то, что сжимаемая топливовоздушная смесь готова к сгоранию. Приперемешвниипоршнявверхобъем кривошипнойкамерыувеличивается. ноиз-за ее герметичности создается разрежение. Затем поршень проходит впускное отверстие, и свежая топливовоздушная смесь (обозначенная серыми стрелками) всасывается в кривошипную камеру из карбюратора. Большая черная стрелка указывает движение поршня. Б) Свеча зажигания воспламеняет сжатую смесь, и расширяюшиесягазыперемещают поршень вниз. Поршень перекрывает продувочные и впускные окна и начинает сжимать свежую смесь, находящуюся под ним в кривошипной камере. Как только днище поршня открывает окно выпускного канала, газы в камере сгорания (обозна-
Впускной канал о ткрыт. Свежая топливовоздушная смесь поступает в кривошипную камеру
Продувочный канал закрыт
Кривошипная камера
Рис. 1.46 Наполнение кривошипной камеры свежей топливовоздушной смесью и сжатие смеси уже присутствующей в камере сгорания
Выпускной канал открыт. Отработавшие газы покидают цилиндр
Продувочный канал открыт. Свежая топливовоздушная смесь поступает в цилиндр
Впускной
канал
закрыт
Рис. 1.4в Воспламенение заряда и выпуск отработавших газов, и поступление свежей топливовоздушной смеси в камеру сгорания
ченные черными стрелками), которые все еше находятся под некоторым давлением (хотя большинство полезной энергии использовано для перемещения поршня), стремительно вытекают через впускной канал. Затемднишепоршняоткрывает окно продувочного канала, и свежая смесь начинает перетекать из кривошипной камеры в камеру сгорания. Следует отметить, что окно продувочного канала направляет поступающую смесь вверх, что способствует вытеснению отработавших газов. Если этого не сделать, то поступающая смесь будет стремиться покинуть цилиндр (явление, известное как "поперечная продувка") прямо через выпускной канал. Приэтом теряется топливо и остается часть отработавших в результате последнего рабочего хода газов. Поршень достигает нижней точки своего хода и снова начинает двигаться вверх, Продувочные и выпускныеканалыперекрываются, ивкамере сгорания происходит сжатие смеси. По мере того, как поршень продолжает двигаться вверх, создавая разрежение в кривошипной камере, впускное окно открывается и цикл заканчивается и затем повторяется снова. Данная конструкция, в которой поршень играет рольраспределительногооргана поочевидным причинам, является самой простой разновидностью двухтактного двигателя, число перемещающихсячастейвнейне значительно. Во многих отношениях это является значительным преимуществом, однако оставляет желать лучшегосточки зрения эффективности (КПД). В свое время почти во всех двухтактных двигателях поршень выполнял роль органа раслредепения.ноасовременных конструкциях эта функция отводится более сложным и эффективным устройствам.
5 Улучшенные конструкции двухтактного двигателя -
влияние на течение газа
Одна из причин неэффективности вышеописанного двухтактного двигателя-неполная очистка от отработавших газов. Оставаясь в цилиндре, они мешают проникновению всего объема свежей смеси, и, следовательно, снижают мощность. Также существует свя-заннаясэтим проблема: свежая смесь из окна продувочного канала поступает прямо в выпускной канал, и. как было упомянуто ранее, чтобыэтоминимизироеать.окнопродувочного канала направляет смесь вверх
Поршни с дефлектором
Эффективность очистки и топливная экономичность могут быть улучшены за счет создания более эффективного течения газа внутри цилиндра. На ранней стадии усовершенствование двухтактных двигателей было достигнута за счет придания днищу поршня особой формы для отклонения смеси от впускного канала к головке цилиндра - данная
Поршень
Рис. 1,5а Поршень с дефлектором
Поступающая смесь (обозначенная серыми отрепками) отклоняется в верхнюю часть камеры сгорания, способствуя вытеснению отработавших газов (обозначенных черными стрелками), оставшихся от предыдущего рабочего хода. Это препятствует перемешиванию свежей смеси с отработавшими газами и свободному выходу свежей смеси через выпускное окно.
конструкция получила название "поршня с дефлектором" [см. рис. 1.5а]. Однако использование поршней с дефлектором на двухтактных двигателях было непродолжительным в связи с проблемами расширения поршня. Тепловыделение в камере сгорания двухтактного двигателя обычно выше, чем у четырехтактного, потому что сгорание происходит вдвое чаше, кроме того, головка, верхняя часть цилиндра и поршня являются наиболее нагретыми частями двигателя. Это приводит к проблемам, связанным с тепловым расширением поршня. Фактически, поршню при изготовлении придается такая форма, чтобы он слегка отличался от окружности и был конусным кверху (овапо-бочкообразный профиль), таким образом, когда он расширяется при изменении температуры, он становится круглыми и цилиндрическим. Добавление несимметричного металлического выступа в виде дефлектора на днище поршня, изменяет характеристики его расширения (если поршень будет чрезмерно расширяться в неправильном направлении, его можетзаклинить в цилиндре), а также приводит к его утяжелению сосмещением массы от оси симметрии. Этот недостаток стал намного более очевидным по мере того, как двигатели усовершенствовались для работы при более высоких скоростях вращения.
Петлевая продувка
Поскольку у поршня с дефлектором слишком много недостатков, а плоское или слегка скругленное днише поршня не сильно влияет не движение поступающей смеси или вытекающих отработавших газов, был необходим другой вариант.Он был раэработанвЗОхгодах XX века благодаря использованию двух продувочных окон вместо одного, и этот принцип известен как "петлевая продувка Шнурле". по
Топливовоздушная смесь отклоняется продувочными каналами в цилиндре назад и вверх к головке цилиндра
Рис. 1.5Ь Схема петлевой продувки Шнурле
имени доктора Е. Шнурле, который его изобрел и запатентовал [хотя.по обшемупризнанию, он первоначально спроектировал его для двухтактного дизельного двигателя). Продувочные окна расположены напротив друг друга на стенкецилиндраиналраеленылод углом вверх и назад [см. рис. 1.56). Таким образом, поступающая смесь наталкивается на заднюю стенку цилиндра и отклоняется вверх, затем, образуя наверху петлю, падает на отработавшие газы и способствует их вытеснению через выпускное окно. Следовательно, хорошая продувка цилиндра может быть получена подбором расположения продувочных окон. Необходимо тщательно прорабатыватьформу ираэмер каналов. Если сделать каналслишком широким,поршневое кольцо, минуя его.может попасть в окно и заклинить, тем самым вызывая поломку. Поэтому размер и форма окон выполняется так, чтобы гарантировать безударный проход колеи мимо окон, а некоторые широкие окна соединены в середине перемычкой, спужашейопороЙдлякопец.Вкачест-ве еше одного варианта можно предложить использование большего числа окон меньших размеров.
Газораспределение I двигателя
Под фазами газораспределения двигате-i ля понимают отрезок времени, отводимый на каждый процесс: наполнений, сжатия, рабочего хода и выпуска. Фазы газораспределения наиболее часто упоминаются вугпахповорота I коленчатого вала, связанных с положением I поршня в цилиндре с указанием направления его движения вверх или вниз. Положение поршня, когда он находится в самой верхней точке цилиндра, называют верхней мертвой точкой (ВМТ). Положение поршня, когда он находится в самой нижней точке цилиндра, называют нижней мертвой точкой(НМТ). Когда он находится в промежуточном положении, то принято определять положение поршня посредством числа градусов до или после ВМТ или НМТ, и эти сокращения выглядят так: "до ВМТ", "после ВМТ", до НМТ" и "посла НМТ".
Когда положение поршня определяется как "после ВМТ" или "до НМТ",это значит, что он движется вниз. Когда положение поршня определяется как "после НМТ* или до ВМТ*, это значит, что он движется вверх. Исходя из этого, может быть отмечено, что 90 после ВМТ соответствует 90 до НМТ. Аналогично, 190 до ВМТ фактически соответствует НМТ. С целью предотвращения путаницы, для описания фаз газораспределения один поворот коленчатого вала двигателя разбит на четыре сектора по 90 градусов, а на два по 1 ВО, или один по 360 градусов. Первые 90 градусов поворота коленчатого вала (от 1 до 90 ] - от 1 до 90 посла ВМТ. вторые 90 (от 91 до 190) - от 1 до 90 до ВМТ, третий сектор в 90градусов(от191 до270]-от1 доЭОпосле НМТ, четвертые 90 градусов [от 271 до 360 ] - от 1 до 90 до ВМТ.
В двухтактном двигателе наполнение и выпуск определяются моментом открытия окон, которые закрыты в соответствующих секторах двухтактного цикла. В четырехтактном двигателе наполнение и выпуск определяются моментами открытия или закрытия клапанов, подробно это описывается в параграфе 15. На всех двигателяхвоспламенение (момент, в который свече зажигания восппаменяеттопливо-воэдушную смесь) иэменяетсяустановкой угла опережения зажигания, что описывается в Главе 3.
На данный момент существует множество вариантов расположения, численности и размеров окон, сыгравших большую роль в увеличении мощности двухтактных двигателей [см. рис. 1.5в]. Некоторые двигатели снабжены продувочными окнами, служащими для единственной цели - улучшения продувки, они открываются незадолго до открытия главных продувочных окон, которые подают большую часть свежей смеси,
Но пока это всё. что можно сделать для улучшения газообмена без использования дорогих в производстве деталей. Чтобы продолжать улучшать характеристики, необхо-димоболееточноуправпятьфээойнапопнения.
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]