страница - 6
10 Четырехтактный двигатель
Из предыдущих параграфов, описывающих принцип действия двухтактного двигателя, очевидно, что технические основы двигателя достаточно просты - необходимо сжигать определенное количество топлиза в заданный момент времени и удалять получившиеся в результате этого отработавшие газы - но практическая реализация этого представляет собой огромную проблему. Как было скаэановпараграфеЭ.альтернетивой двухтактному двигателю является четырехтактный. Но в то время как четырехтактный двигатель может устранить многие из недс-стэтков, свойственных двухтактному, у него есть свои собственные недостатки. В итоге нельзя сказать, какой из них лучше другого, все зависит от предназначения двигателя. У каждого двигателя есть свое место е мире мотоциклов, где он работает наилучшим образом и идеально подходит для э t ого, как ни один другой.
Пока сложно оспаривать достоинство четырех-тактных двигателей с точки зрения расхода топлива и уровней выбросов, однако их повышенная сложность означает удорожание производства, что приводит к сложившейся ситуации, благодаря которой двухтактные двигатели идеальны для небольших мотоциклов серийного производства и скутеров, стоимость которых относительно невысока (хотя по-прежнему они занимают свое место среди спортивных машин с высокими показателями, по крайней мере, в настоящее время]. Четырехтактные двигатели идеальны дпя большинства мотоииклсз от 125 куб.см. и выше, от учебного мотоцикла до спортивных машин большой кубатуры с отличными характеристиками. В свое время были распространены двухтактные двигатели среднего объема (от250до750куб см.), которые очень активно противостояли четырехтактным двигателям равного или большего объема, но те дни прошли, и теперь редко встретишь на дороге диух1актник объемом больше 250 куб, см.
Впуск, сжатие, воспламенение, выпуск
В двухтактных двигателях внутреннего сгорания четыре процесса (наполнение, сжатие.рабочий ход и выпустили каких иногда называют: впуск, сжатие, воспламенение, ныпуск) взаимопереплетены. в четырехтактном днигзтеле границы между процессами более чпткие.ивпринципекаждомупроиессу отведен спой такт в цикле (хотя на практике, как будет позже рассмотрено в параграфа 15. это не совсем так].
Конструктивно четырехтактный двигатель подобен двухтактному и состоит из основных узлов, а именно: поршня, цилиндра, шатуна и коленчатого вала. Однако у него есть множество дополнительных узлов и деталей, в совокупности известных как клапанный механизм,который служит для управпенияизадания фаз впуска и выпуска. Управление наполнением
происходит при помощи впускного клапана, а выпуском управляет выпускной клапан, в принципе в четырехтактном двигателе они заменяютпоршень и дисковый или лепестковый клапан. Можно рассмотреть множество различных схем, но все они отражают различные подходы к достижению одного и того же конечного результата.
На рисунке 1.10а проиллюстрирован принцип действия типичного четырехтактного двигателя. Обратите внимание на отличие головки цилиндра от головки двухтактного двигателя и на отсутствие каналов вцилиндре. Кроме того, поступающая смесь попадает непосред-ственновкамерусгорания.икартербопьшене участвует в процессе наполнения. Несмотря
на усложнение конструкции и уменьшение числа рабочих тактов вдвое, появляется возможность точнее управлять процессами впуска и выпуска и, таким образом, обеспечивать достаточно высокую эффективность двигателя.
Клапана
Отличительной особеностью всех четырехтактных двигателей являются клапана, если говорить точнее - тарельчатые клапана, через которые смесь попадает в камеру сгорания, а иные газы отводятся из нее. Во всех совре-менныхконструкциях клапана спроектированы исходя из срормы головки цилиндра. До 50-х годов прошлого века существовало много
Рис. 1.1 Da Приниип работы четырехтактного двигателя
Рис. 1.10б Тарельчатый клапан
А Тарелка клапана Б Стержень клапана В Кольцевая канавка
машин, у которых клапана открывались вверх в попость камеры сгорания, расположенную сбоку от цилиндра. Такие двигатели носят название нижнеклапанных или двигателей с боковым расположением клапанов, Хотя они прошев изготовлении, их эффективность ниже по сравнению с двигателями с верхним расположением клапанного механизма. Тарельчатый клапан состоит из круглой тарелки, прикрепленной к длинному стержню, и похож на гвоздьс большой шляпкой 1см. рис. 1.106]. У тарелки клапана есть коническая уплотняющая поверхность, переходящая в стержень клапана, которая предназначена для уплотнения по соответствующей поверхности седла, расположенного в головке цилиндра ,£ияи полости камеры сгорания на нижнеклэ-ранных двигателях]. Стержень клапана проходит черезнаправляющую в гоповкеципиндра и выступает снаружи.
Клапан самостоятельно закрывается и удерживается в закрытом положении сильной пружиной [иногда применяются две пружины), которая зафиксирована упоромпружины, в свою очередь, закрепленном при помощи двух сухарей, установленных в канавку в верхней части стержня клапанэ[см. Рис. 1.1 Ов). Привод клапанов может быть различным, но принцип один и тот же, вне зависимости от схемы газораспределительного механизма, однако за исключением распредвала используемые при этом детали сильно отличаются.
Распредвалы
Распредвал можно обнаружить на всех традиционных четырехтактных двигателяхс тарельчатыми клапанами. Непосредственно или косвенно он используется для открытия изакрытия каждого клапана в заданной точке четырехтактного цикла. В связи стем, что цикл занимает четыре хода поршня [которые соответствуют двум полным оборотам коленчатого вала] и тем, что каждый клапан необходимо открыть один раз за цикл, частота вращения распредвала вдвое меньше частоты врашения коленчатого вала, Это означает, что за время двух полных оборотов коленчатого вала распредвал совершает один оборот. Это осуществляется эасчетпростогошестеренчатого,цепногоили ременного привода между этими валами, при этомушестерни или звездочки,установленной на коленчатом вапу, вдвое меньшее число зубьев по сравнению с ответной деталью, установленной на распредвале.
Рис. 1,1 Ов Детали клапанного механизма
1.Сухарь
2.Тарелка пружины клапана
3.Внешняя пружина
4.Внутренняя пружина
5.Маслоотражатепьный холла чок
6.Опорная шайба внутренней пружины
7.Опорная шайба наружной пружины
8.Направляющая втулка клапана
9.Гоповка цилиндров
10.Клапан
По длине распредвала выполнены выступы называемые кулачками, которые служат для приведения в действие деталей клапанного
механизма и открытия в заданный момент времени соответствующего клапана [см. рис. 1.1 Ог).
Рис. 1. Юг Типичный распределительный вал: видна форма и расположение кулачков
Направляющая втулка клапана
Клапанная пружина
Устройство
для регулировки зазора
Рис. 1.11а Конструкция нижнеклапанного механизма
11 Конструкция четырехтактного двигателя -
клапанный механизм
В принципе, gee четырехтактные двигатели похожи, они отличаются только расположением и приводом впускных и выпускных клапанов. Как и многое другое в мотоцикле, стремление достичь высоких скоростей и мощностей привело к существенно му у сове р-шенствованию четырехтактного двигателя. Ниже рэссмотреныразпичные схемы, начинея С нижнеклапанной. которая, несмотря не то, что во многом устарела, послужит для демонстрации степени развития современных конструкций с верхним распредвалом.
Нижнеклапанный механизм газораспределения [SV)
Нижнеклапанный двигатель является относительно простой реализацией четырехтактного цикла, в нем используется минимум деталей для передачи усилия от респредвала кклапану. Привод распредвала осуществляется шестеренчатой или цепной передачей, расположенной рядом с коленчатым валом. Кулачки опираются на толкатели, которые представляют собой короткие штанги, перемещающиеся параллельно оси цилиндра (см. рис. 1.11а]. В этих штангах есть регулировочные винты с контргайками, при помощи которых можно изменять длину для обеспечения требуемого "зазора в клапанах" между толкателем и
стержнем клапана. Такое расположение клапанов означает, что они находятся в выступе камеры сгорания сбоку от цилиндра, а не в головке, как в других четырехтактных двигателях.
Скорее всего, нижнеклапанный двигатель -самый простой и дешевый из четырехтактных двигателей, и большинство английских и американских компаний широко использовали этовевое время, оснащая такими двигателями утилитарные или дешевые модели. Неудачная форма камеры сгорания, продиктованная расположением клапанов, которые неходятся с одной стороны цилиндре, ограничивает КПД двигателя. В связи с этим нижнеклапанный двигатель развивает меньшую мощность и потребляет большее количество топлива по сравнению с аналогичным верхнеклапанным двигателем.
Неэффективность стала более явнойпри росте частот вращения двигателя, и традиционный нижнеклапанный двигатель эволюционировал в одноцилиндровый двигатель большого объема с относительно низкой мощностью. При оснащении его большими маховиками он развивает высокий крутящий момент при низких частотах вращения двигателя, в связи с чем былпопупяренупривержешев мотоциклов с колясками. Эти эластичные и простые двигатели былиособенно надежны.кроме того, их было очень легко ремонтировать, если возникали какие-то проблемы. Упадок нижнеклапанных двигатепейпришелся на годы после Второй Мировой войны, с появлением современных материалов и технологий производства. Наряду с более кон-
Зазор в клапанах
Небольшой промежуток между стержнем клапана и узлом, воздействующим на наго во всех четырехтактных двигателях (эе исключением оснащенных гидротолкателями, рассматриваемых далее], называется "эвэором в клапанах" (см. рис. 1.11 в, стр. 1.17). Проверке и при необходимости регулировка зазоре в клапанех-нормальная процедура при обслуживании четырехтактных двигателей. Зазор необходим для компенсации теплового расширения узлов. При нагреве зазор необходимо регулировать для компенсации износа. Поскольку выпускной клапан подвергаетоя воздействию более высоких температур, чем впускной клапан, его зазор обычно немного больше.
Клапанный механизм -терминология
Выступы на распредвале, которые служат для привода клапанного механизма, называются кулечками. "Кулачок* - наиболее технически правильный и логичный термин. Узал, на который воздействует кулачок, называется толкателем (замечание: его часто называют толкателем кулечка). В этой книга он будет упоминаться как толкатель. Один особый типтолкателя, известный какчашеоб-раэный" из-за его формы, в этой книге будет упоминаться как чашеобразный толкатель. Однако, при использовании гидраэлики в клапанном м еханиэме узлы, которые приводятся в действие гидравлически, называются гидре-толкателями. В тех конструкциях, где кулачок воздействует на коромысло, часть коромысла, на которую он опирается (чаще всего закаленный подпятник!, называется "ползун".
курентослособной конструкцией ОНА/, нижнеклапанный двигатель исчез из мира мотоциклов, но по прежнему его можно встретить на газонокосилках и подобных машинах, где простота и дешевизна перевешивают любые другие факторы.
Верхнеклапанная конструкция. Мехенизм газораспределения [OHVJ
Строго говоря, термин "верхнеклапанный двигатель" охватывает все четырехтактные двигатели, конструкция механизма газораспределения которых отличается от нижнеклапанной. Однако обычно не применяется в отношении двигателей с верхним распределительным валом (SOHC и ООНС}. а используется для обозначения верхнекпапэнных двигателей с нижним распредвалом и толкателями.
В верхнеклапанном двигателе применяются длинные штанги, проходящие через туннель в блоке и головке цилиндров, расположенный в приливе головки цилиндра невдалеке от стержней клапанов [см, рис. 1.116, стр. 1.16]. Толкатели и торцы стержня клапана связаны короткими коромыслами, которые могут вращаться на оси. Регулировка зазора в клапанах производится при помощи как винта и контргайки на
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]