Книга юного мотоциклиста

Газ работает

Двигатели мотоциклов относятся к категории двигателей внутреннего сгорания. Весь процесс преобразования тепловой энергии в механическую происходит внутри цилиндра. Полученная механическая работа затем приводит в движение различные механизмы. Как заставить работать двигатель?

Для этого использовали свойства упругости газов. То, что окружающий нас воздух и другие газы обладают свойством упругости и, расширяясь, могут производить работу, известно было давно.

…Высоко над домами старой Вены подымались башни. Зоркие глаза пожарников день и ночь внимательно осматривали крыши домов.

Над городом спустилась ночь. Все спали. С Дуная дул сильный ветер. Вдруг пожарник заметил вспышку пламени. Сомнений нет — пожар.

Быстро написав что-то на бумажке, пожарник свернул ее трубкой, вложил в металлический патрон, патрон вставил в трубу и изо всей силы начал качать кузнечные меха, пристроенные здесь же, на каланче. Качнув несколько раз, он бросил рычаг и стал всматриваться в разгоравшийся пожар.

Не прошло и минуты, как сонный город был разбужен ударами пожарного колокола и тревожными звуками рожка.

Что же написал пожарник? Почему он качал рычаг кузнечного меха? И, наконец, почему на башне оказался кузнечный мех?

Пожарник передал в пожарную команду сообщение о замеченном им пожаре. На записке он написал адрес горевшего дома. Записка была вложена в металлический патрон. Патрон вставлен в трубу, которая шла от помещения пожарной команды до башни. Когда пожарник качал за рычаг меха, сжатый воздух направлялся в трубу. Патрон сжатым воздухом в одно мгновение был доставлен в комнату к дежурному.

Такая сигнализация была установлена в Вене в 1792 году. В этом примере показана работа сжатого воздуха.

Возьмем металлический стакан (рис. 18) и вставим в него хорошо притертую пробку.

Рис. 18. Превращение теплоты в механическую работу.

Давайте нагреем стакан лампой. Воздух в стакане станет нагреваться и делать попытки расшириться. Чем больше нагреется стакан, тем больше возрастет давление воздуха. Наконец, пробка не выдержит давления воздуха и медленно пойдет вверх.

Воздух, расширяясь, произведет работу.

Мы затратили тепловую энергию для нагревания воздуха — взамен получили механическую работу. Наш цилиндр (стакан), пробка и лампа — простейший тепловой двигатель.

Проделаем теперь другой опыт. Возьмем тот же цилиндр и станем с силой давить на пробку сверху вниз. Сначала пробка пойдет легко, но чем ближе она начнет подходить ко дну, тем больше будет чувствоваться сопротивление воздуха. Газ сжимается.

Если бы мы теперь измерили давление и температуру газа, то установили бы, что они повышаются. На этих свойствах газа и основана работа двигателей, установленных на мотоциклах и автомашинах. В нашем примере воздух нагревался от источника теплоты, расположенного вне цилиндра. В мотоциклетных же двигателях теплота, необходимая для нагревания газов, получается от сжигания топлива непосредственно в цилиндре. Такие двигатели называются двигателями внутреннего сгорания.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Каждый из вас знает, как стреляет ружье. В казенную часть вставляют патрон, заряженный порохом. Когда боек ударяет по капсюлю, порох воспламеняется, начинает гореть. Получаемые от сгорания пороха газы нагреваются. Давление газов сильно возрастает, и они выталкивают пулю из ствола. И здесь тепловая энергия превращается в механическую работу. А нельзя ли эту работу использовать для приведения в действие машин? Практически нельзя. Получаемая при выстреле энергия слишком велика, да и давление газов нарастает рывком. Вместо пороха надо взять вещества, которые при сгорании дают толчок более плавный. Пригодными оказались пары бензина.

Возьмем цилиндр, зарядим его смесью паров бензина с воздухом и закроем пробкой. Воспламеним смесь. Наша пробка вылетит из цилиндра, словно пуля. Но мы один раз выстрелили — и пробка улетела. Чтобы второй раз выстрелить, надо, очевидно, иметь другую пробку. А если стрелять час, сколько понадобится таких пробок! А, кроме того, нам ведь нужна не пушка, а двигатель, который приводил бы в движение другие механизмы. Что если нашу пробку при помощи рычага прикрепить так, чтобы она не улетала, а после каждого «выстрела» возвращалась обратно в цилиндр. Теперь осталось соединить рычаг от пробки-поршня с деталями так, чтобы работа поршня не пропадала даром. Как же все это выглядит в двигателе?

Главные части двигателя

Двигатель внутреннего сгорания (рис. 19) имеет цилиндр, по которому вверх и вниз движется поршень.

Рис. 19. Главные части двигателя.

Сверху цилиндр закрывается крышкой с углублением. Это головка цилиндра с камерой сгорания.

Поршень вверх может подниматься до определенного уровня. Самое верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (в. м. т.). Вниз поршень может двигаться тоже до определенного положения. Это положение называется нижней мертвой точкой (н. м. т.).

В верхней части цилиндра сделано два отверстия — каналы, которые могут закрываться и открываться при помощи клапанов. Через один из этих каналов в цилиндр поступает смесь паров бензина с воздухом. Он называется впускным. Через другой, он называется выпускным, из цилиндра уходят продукты горения — отработавшие газы.

Горючую смесь надо чем-то воспламенить. Воспламенение производится электрической искрой, которая появляется в свече зажигания, ввернутой в головку цилиндра.

Поршень при помощи стального стержня-шатуна соединен с валом, имеющим изгиб — колено. Это коленчатый вал с кривошипом. Коленчатый вал вращается в подшипниках. На одном конце коленчатого вала насажено массивное колесо, которое называется маховиком.

Если мы станем поворачивать коленчатый вал с того положения, когда поршень находится в верхней мертвой точке, то колено будет уходить в сторону и через шатун потянет поршень вниз. Это будет происходить до тех пор, пока поршень не пройдет половину пути. Продолжая движение, колено повернется вниз, а поршень достигнет мертвой точки. Коленчатый вал повернется на 180°, поршень опустится вниз. Из нижнего положения коленчатый вал будет, продолжая движение, поворачиваться вверх. Конечно, и поршень пойдет вверх из н. м. т. в в. м. т. Расстояние от в. м. т. до н. м. т. называется ходом поршня.

Объем цилиндра, заключенный между мертвыми точками, называется рабочим объемом. Его принято измерять в кубических сантиметрах. Сумма объемов камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом цилиндра.

Четыре такта

Мы уже знаем, что для того, чтобы двигатель мог работать, надо сначала зарядить его горючей смесью.

Как же это делается? Поставим поршень в верхнюю мертвую точку и станем вращать коленчатый вал. Поршень будет уходить вниз, и пространство над ним увеличится. Давление воздуха в цилиндре станет меньше атмосферного. В цилиндре образуется разрежение. Одновременно с этим открывается впускной клапан, и горючая смесь, приготовленная в особом приборе — карбюраторе, быстро заполнит цилиндр (рис. 20).

Рис. 20. Рабочий цикл четырехтактного двигателя.

Процесс заполнения цилиндра горючей смесью получил название такта впуска.

Коленчатый вал за это время повернется на 180°, и впускной клапан закроется. Цилиндр «заряжен». Но поршню некуда «лететь», так как дальше н. м. т. он никуда не может уйти. Вспомните двигатель Ленуара. Газ сжигался после того, как он заполнял цилиндр. Двигатель был неэкономичным, «пожирателем газа». Необходимо перед воспламенением смеси сжать ее — коэффициент полезного действия двигателя от этого значительно повысится.

Коленчатый вал продолжает подниматься кверху и толкает поршень. Горючая смесь сжимается. Давление и температура ее повышаются. Сжатие будет закончено, когда поршень придет в верхнюю мертвую точку.

У современных двигателей давление в конце сжатия достигает 8 атмосфер и более, а температура —300° и выше. Само собою разумеется, что впускной и выпускной клапаны при этом закрыты.

Процесс сжатия горючей смеси называется тактом сжатия. Коленчатый вал за это время повернется на 180°.

Смесь можно сжимать в несколько раз. Узнать, во сколько раз сжата смесь, легко. Для этого надо разделить полный объем цилиндра на объем камеры сгорания. Получится отвлеченная величина, которая называется степенью сжатия. При более высокой степени сжатия лучше идет процесс горения. Чем сильнее сжата смесь, тем больше мощность двигателя. В современных мотоциклетных двигателях степень сжатия составляет примерно 5–6, а у гоночных достигает 9,5 и больше.

Сжатую смесь надо воспламенить. Это делается при помощи электрической искры. Температура в цилиндре повышается до 2000 °C, а давление — более чем до 20 атмосфер. Под действием давления газов поршень начинает быстро двигаться вниз, с силой давя на шатун. Этот процесс называется тактом расширения, или рабочим тактом. Рабочий такт происходит на протяжении хода поршня от в. м. т. до н. м. т. Коленчатый вал за это время повернется на 180°. При этом впускной и выпускной клапаны закрыты. Тепловая энергия, выделяемая сгоревшим топливом, превратилась в механическую работу. Вместо горючей смеси в цилиндре создались продукты горения — отработавшие газы. Надо очистить от них цилиндр и освободить место для свежей смеси. Когда поршень придет в нижнюю мертвую точку, открывается выпускной клапан. Так как давление газов, хотя и понизилось в конце рабочего такта, все же выше атмосферного, то часть газов сразу же устремляется наружу. Продолжая вращаться, коленчатый вал толкает поршень вверх. Идя вверх, поршень выталкивает газы через выпускной канал, ускоряя очистку цилиндра. Когда поршень придет в верхнюю мертвую точку, цилиндр очистится от отработавших газов.

Процесс очистки цилиндра от отработавших газов называется тактом выпуска. Такт выпуска происходит на протяжении хода поршня от н. м. т. до в. м. т. За это время коленчатый вал повернется на 180°. Цилиндр снова можно заряжать горючей смесью.

Такты последовательно повторяются. Сумма этих последовательно повторяющихся тактов получила название рабочего цикла двигателя. Двигатель, в котором рабочий цикл происходит за четыре такта, называют четырехтактным. Весь цикл происходит за два оборота коленчатого вала. По такому циклу работает двигатель мотоцикла М-72.

Вдумайтесь в работу этого двигателя. Из четырех тактов только один — рабочий такт — дает энергию для вращения коленчатого вала. Только при рабочем такте теплота превращается в механическую работу. Чтобы могли совершаться такты впуска, сжатия, выпуска, надо затратить работу — значит коленчатый вал должен вращаться.

Откуда же берется энергия для вращения вала? Эту энергию дает маховик.

Проделайте простой опыт. Попробуйте с одинаковой силой толкнуть два шарика. Но вес одного из них должен быть раза в три больше веса другого. Легкий шарик быстро сдвинулся с места, но остановить его легче. Тяжелый шарик толкнуть труднее и труднее остановить.

Газы с силой давят на поршень только во время рабочего хода, т. е. один такт из четырех. Почему же коленчатый вал движется равномерно, а не рывками? Главная роль в этом принадлежит маховику. Маховик — тяжелая и большая деталь. Трудно сдвинуть ее с места. Зато, вращаясь по инерции, коленчатый вал с маховиком обеспечивают равномерное движение поршня. Маховик делает вращение коленчатого вала более плавным.

Два такта

Есть двигатели, у которых весь рабочий цикл происходит за два хода поршня, за один оборот коленчатого вала. Это двухтактные двигатели (рис. 21).

Рис. 21. Рабочий цикл двухтактного двигателя.

Они устанавливаются на многих мотоциклах и мотороллерах, например ИЖ-56, К-55, М-1-М, «Вятка»-150 и «Тула»-200.

Как же они работают? Цилиндр двухтактного двигателя имеет несколько окон: впускное, два перепускных и выпускное. Иногда бывает одно перепускное окно. Через впускное окно горючая смесь из карбюратора поступает в картер двигателя.

Перепускные окна служат для перепуска горючей смеси из картера в цилиндр двигателя.

А через выпускное окно отработавшие газы выходят наружу.

Предположим, что поршень находится в верхней мертвой точке.

Смесь при этом сжата. Горючая смесь у двухтактного двигателя поступает в нижнюю часть двигателя — картер и заполняет его. В это время впускное окно открыто. Поршень, идя от нижней мертвой точки к верхней, уходит от картера. В картере давление падает — образуется разрежение. Сжатая в цилиндре над поршнем смесь воспламеняется. Поршень идет вниз. Отойдя на некоторое расстояние от в. м. т., он открывает выпускное окно. Отработавшие газы немедленно устремляются наружу. Начинается процесс очистки цилиндра. Двигаясь вниз, поршень оказывает давление на горючую смесь, находящуюся в картере. Давление в картере повышается. Поршень открывает перепускные окна, смесь из картера по перепускным каналам быстро двигается в верхнюю часть цилиндра и заполняет его. Но в цилиндре еще много отработавших газов. Свежая смесь направляется в камеру сгорания и выталкивает оттуда оставшиеся продукты горения. Цилиндр окончательно очищается.

А не уйдет ли свежая смесь вместе с отработавшими газами наружу? Безусловно, некоторое количество ее уйдет. Это, конечно, нежелательное явление, но оно неизбежно. Когда свежая смесь попадает в цилиндр, происходит продувка двигателя.

Если вы хотите быстро и хорошо проветрить комнату, вы открываете окно и двери. В комнате образуется сквозняк. Ветер быстро проносится по комнате и уносит с собой загрязненный воздух. Нечто подобное происходит и при очистке цилиндра. Но вот поршень пришел в нижнюю мертвую точку. За один ход совершилось три процесса: рабочий такт, выпуск и впуск.

Коленчатый вал продолжает вращаться. Поршень идет вверх. Сначала он открывает впускное окно. В картере снова образуется разрежение, и он начинает заполняться горючей смесью. Поршень закрывает продувочные и выпускные окна. Смесь снова сжата.

Снова появляется искра, и цикл повторяется. Эти двигатели более просты по своему устройству и не сложны в обращении. Правда, они менее экономичны по сравнению с четырехтактными.

Устройство двигателей мотоциклов

Двигатель, установленный на современных мотоциклах и мотороллерах, устроен гораздо сложнее того, о котором мы только что говорили (рис. 22).

Рис. 22. Двухтактный двигатель мотоцикла М-1-М.

К основным механизмам четырехтактного двигателя относятся: кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, система смазки, система охлаждения, система питания и зажигания. В двухтактных двигателях нет самостоятельных механизмов газораспределения и смазки.

Совместная дружная работа всех механизмов и систем обеспечивает бесперебойную работу двигателя. Познакомимся с работой каждого из них.

Кривошипно-шатунный механизм. Этот механизм состоит из цилиндра, поршня, шатуна, коленчатого вала и маховика. Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление горящих газов, превращает прямолинейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Цилиндр. Мотоциклы ИЖ-56, К-55, М-1-М имеют по одному цилиндру, установленному вертикально. Мотоциклы М-72, М-52 имеют по два цилиндра, расположенных горизонтально (рис. 23).

Рис. 23. Левый цилиндр двигателя мотоцикла М-72-Н.

Обычно цилиндр отливается из чугуна, иногда — из алюминия, но тогда для прочности в них вставляются чугунные гильзы. Такие цилиндры лучше охлаждаются и имеют меньший вес. У четырехтактных двигателей при боковом расположении клапанов имеется прилив, в котором расположены впускной и выпускной клапаны. Внутренняя часть цилиндра хорошо обработана. Она называется рабочей поверхностью, или зеркалом, цилиндра.

Головка цилиндра также делается из алюминия. Чтобы головка плотно присоединилась к цилиндру, — а это очень важно, так как в противном случае газы будут проходить через щель, — между ними поставлена прокладка — алюминиевая или асбестовая. Прокладка должна хорошо переносить высокую температуру.

В головке цилиндра двухтактного двигателя установлен декомпрессор (рис. 24).

Рис. 24. Цилиндр двухтактного двигателя М-1-М.

Он состоит из корпуса и клапана. Клапан при помощи пружины всегда держится в закрытом положении.

Клапан декомпрессора можно открыть. Для этого он соединен при помощи троса с рычагом, расположенным на руле. Достаточно нажать на рычаг, как усилия руки передадутся на трос, трос сожмет пружину декомпрессора и откроет клапан.

Для чего же нужен декомпрессор? Само название говорит о том, что он снижает «компрессию» — т. е. давление в конце сжатия. Когда клапан декомпрессора открыт, то сжатая горючая смесь через него выходит наружу.

А разве надо выпускать смесь наружу? Ведь в этом случае на воздух будет выбрасываться и часть горючего.

Да, в некоторых случаях это нужно и с расходом горючего не считаются. Это бывает тогда, когда перед пуском двигателя его нужно продуть. Дело в том, что при стоянке мотоцикла, а особенно в холодную погоду, в цилиндре и на свечах оседает масло. Кроме того, там могут быть остатки несгоревшего топлива.

Все это затрудняет запуск двигателя. Вот тогда-то и приходит на помощь декомпрессор. Когда открывается его клапан, масло и остатки несгоревшего топлива вместе со свежим зарядом горючей смеси вылетают наружу. Полость камеры сгорания очищается.

Поршень и кольца. Поршень играет важную роль в работе двигателя. Он воспринимает на себя давление газов и передает это давление коленчатому валу. У двухтактных двигателей, кроме того, он открывает и закрывает окна. Поршень движется с огромной скоростью, и каждый раз, когда он переходит нижнюю или верхнюю мертвую точку, возникают огромные силы инерции, которые вызывают усиленный износ деталей двигателя. Величина сил инерции зависит от скорости движения поршня и от его веса. Ясно, что надо как можно больше уменьшить эти силы.

Чтобы уменьшить скорость движения, надо снизить число оборотов. Но это невыгодно, так как тогда уменьшится мощность двигателя. Значит, необходимо снизить вес поршня. Поршни делают пустотелыми, как стакан, и, кроме того, из легкого алюминиевого сплава. Этот сплав хорошо отводит теплоту, что позволяет повышать степень сжатия.

Верхняя часть поршня называется головкой, а нижняя — юбкой (рис. 25).

Рис. 25. Поршень двигателя мотоцикла М-72.

Головка поршня имеет днище, которое воспринимает непосредственное давление газов. Днище может иметь разную форму — выпуклую, как у поршня двигателя К-55, ИЖ-56, или плоскую, как у поршня двигателя М-72. У некоторых двигателей, например мотороллера «Вятка» и мотоцикла М-52, днища поршней имеют более сложную форму.

Юбка поршня служит для направления его движения по цилиндру. У двухтактных двигателей она имеет вырезы для открывания окон. У мотоцикла ИЖ-56 на юбке имеется прорезь. При нагревании поршня прорезь предохраняет поршень от заедания в стенках цилиндра. Примерно на середине поршня сделаны два сквозных отверстия. Эти отверстия с внутренней стороны снабжены приливами. Отверстия с приливами называются бобышками.

В бобышки вставляется поршневый палец, соединяющий поршень с шатуном. Палец делается пустотелым — это облегчает его вес. Материалом для него служит мягкая сталь, которая хорошо переносит удары, не ломается. А чтобы палец не изнашивался быстро, поверхность его термически обрабатывается.

При работе двигателя палец поворачивается в бобышках и в верхней головке шатуна. Такое крепление называется плавающим. Специальные стопорные кольца удерживают палец и не дают ему выйти из бобышек. Цилиндр и поршень при работе двигателя нагреваются и расширяются. Чтобы не произошло заклинивания поршня в цилиндре, поршень вставляют в цилиндр так, что между ним и стенками цилиндра всегда имеется некоторый зазор. В верхней части поршня, которая больше нагревается, этот зазор больше, а в нижней — меньше.

Зазор неизбежен, но при такте сжатия смесь сможет пройти в него, давление в двигателе упадет, а это вызовет понижение мощности. От этого предохраняют специальные кольца — поршневые. Они сделаны из чугуна и вставлены в кольцевые канавки на головке поршня. Кольцо имеет разрез — замок. Когда кольцо наденут на поршень и вставят в цилиндр, оно плотно прижимается к его стенкам. Кольцо заполняет зазор между стенками цилиндра и поршнем и преграждает путь газам. Такие кольца называются компрессионными: они сохраняют компрессию — давление.

На поршне четырехтактного двигателя, кроме компрессионных, устанавливается маслосбрасывающее кольцо. Это кольцо при движении вниз снимает масло со стенки цилиндра. Это уменьшает образование нагара.

Устанавливая кольца на поршне, надо следить, чтобы замки их не находились на одной линии. Если замки окажутся на одной линии — образуется сквозной канал из зазоров, по которому газы могут свободно проходить из верхней части цилиндра в картер.

В двухтактных двигателях замки должны быть установлены так, чтобы они не совпадали с окнами; а чтобы они во время работы не могли повернуться и не сломались бы, их закрепляют штифтами.

Шатун. Усилие от поршня коленчатому валу передается через поршневый палец и шатун.

Шатун состоит из трех частей: верхней головки, тела и нижней головки. В отверстие верхней головки запрессована бронзовая втулка. В нее входит поршневый палец. Бронзовая втулка служит для уменьшения трения. Головка имеет отверстие для смазки.

Нижняя головка шатуна служит для соединения шатуна с коленчатым валом (рис. 26).

Рис. 26. Шатун с коленчатым валом двигателя мотоцикла М-1-М.

В ней находится роликовый или игольчатый подшипник. Головка имеет прорезь, через которую масло поступает для его смазки. Тело шатуна имеет двутавровое сечение, похожее на сечение железнодорожных рельсов.

Шатун всегда обращен своей узкой частью в сторону вращения. Это сделано не случайно. Дело в том, что в узкой части он имеет большее сопротивление, чем в широкой. Возьмите обыкновенную деревянную линейку. Попробуйте ее сломать. По широкой стороне вам это удастся сравнительно легко. Но если вы попытаетесь сломать ее по ребру, то вам придется приложить значительно большие усилия, прежде чем она переломится.

Коленчатый вал. Воспринимая на себя усилия, передаваемые от поршня, коленчатый вал передает их через силовую передачу на ведущее колесо. Коленчатый вал мотоциклетных двигателей изготовляют или вместе с маховиком, или отдельно от него.

Например, в двигателе мотоцикла М-1-М он сделан вместе с маховиками, а в М-72 отдельно от маховика (рис. 27).

Рис. 27. Шатун с коленчатым валом двигателя мотоцикла М-72.

Кроме маховика, к коленчатому валу двигателя М-1-М относятся две коренные и одна шатунная шейки.

Шатунная шейка и два маховика (щеки) образуют колено, или кривошип вала.

Коренные шейки вращаются на шариковых подшипниках. На коренных шейках установлены два сальника, которые задерживают масло в картере и в двухтактном двигателе создают герметичность картера.

У двигателей с одним цилиндром коленчатый вал имеет одно колено.

Две коренные и две шатунные шейки коленчатого вала мотоцикла М-72 соединены между собой щеками. На крайних щеках вала имеются противовесы. Этот вал имеет два колена: двигатель имеет два цилиндра. На одном конце вала насажен маховик.

Коленчатый вал двигателя делает до 5000 оборотов в минуту. При такой скорости вращения в нем возникают большие центробежные силы. Достаточно излишка металла в несколько граммов на какой-нибудь щеке, как под влиянием центробежной силы он превращается в килограммы. Центробежные силы стремятся сдвинуть вал в сторону. Вал с силой давит на коренные подшипники, вызывая их усиленный износ. Надо нейтрализовать вредное действие центробежной силы. Для этого коленчатый вал М-72 снабжен противовесами.

Центробежные силы, возникающие при вращении коленчатого вала и щек, равны, но направлены в противоположные стороны. Силы уравновешивают друг друга и разгружают подшипники.

Картер. Картер служит основанием для механизмов. Кроме того, картер защищает внутренние части двигателя от загрязнения (рис. 28 и 29).

Рис. 28. Картер двигателя мотоцикла М-1-М.

Рис. 29. Картер двигателя мотоцикла М-72.

У четырехтактных двигателей в картере помещается масло для смазки двигателя, а в двухтактных находится горючая смесь, поступающая из карбюратора. Картеры изготовляются из алюминиевых сплавов. На мотоциклетных двигателях картеры бывают «сухие» и «мокрые». Есть двигатели, у которых основное количество масла хранится в масляном баке. Такие двигатели называются двигателями с сухим картером. У других двигателей в картерах помещается все масло, необходимое для смазки двигателя. Это двигатели с мокрыми картерами.

Устройство картеров тоже неодинаково. Бывают картеры разъемные и неразъемные. Картер мотоцикла М-1-М относится к типу разъемных. Он состоит из двух половинок, между которыми помещается прокладка. Половинки картера соединяются болтами.

Как цилиндр заполняется горючей смесью

Двигатель может работать непрерывно несколько часов подряд. Но для этого цилиндры в нужный момент надо заполнить горючей смесью и своевременно очистить от продуктов горения. Эта ответственная работа поручена механизму газораспределения.

Механизмы распределения бывают двух основных типов: бесклапанные и клапанные. Бесклапанные механизмы газораспределения применены на отечественных двухтактных двигателях ИЖ-56, К-175, К-55, М-1-М, «Вятка»-150, «Тула»-200. Клапанные же механизмы установлены на четырехтактных двигателях, в том числе на М-72, М-52 и др.

Бесклапанный механизм газораспределения

Как происходит наполнение цилиндра горючей смесью и очистка его от отработавших газов, мы уже знаем. О них мы говорили, когда изучали работу двухтактного двигателя. Чтобы закончить знакомство с этой системой, надо еще сказать, что на большинстве двигателей применена так называемая возвратно-петлевая продувка. Горючая смесь, поступая в цилиндр, делает поворот и выталкивает отработавшие газы в выпускные окна. Такая система способствует лучшему удалению оставшихся продуктов горения.

Клапанный механизм газораспределения

Механизмы газораспределения четырехтактных двигателей различаются по расположению клапанов: нижнее (боковое) или верхнее (подвесное). Верхнее расположение клапанов у мотоциклов М-52 и М-61, нижнее — у мотоцикла М-72. При верхнем расположении клапанов впускные и выпускные каналы находятся в головке цилиндров. Если расположение клапанов нижнее (боковое), каналы проходят в теле цилиндра. Части каналов, куда садится головка клапана, называются седлами.

Клапан похож на гриб. Верхняя часть — шляпка — это головка клапана, а нижняя — ножка — стержень (рис. 30).

Рис. 30. Клапан двигателя мотоцикла М-72.

Края головки клапана срезаны на конус — клапан плотно входит в седло.

Открытием клапанов ведает распределительный вал, а закрытием — пружины.

Распределительный вал на теле имеет кулачки. Каждому клапану соответствует свой кулачок. Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала. Для этого шестерня распределительного вала зацеплена с шестерней коленчатого вала. Обе шестерни называются распределительными. Между стержнем клапана и кулачком помещен толкатель.

Как же происходит открытие клапана? Коленчатый вал, вращаясь, через свою шестерню передает вращение шестерне, насаженной на кулачковый распределительный вал (рис. 31).

Рис. 31. Распределительный вал двигателя мотоцикла М-72.

Кулачок набегает на толкатель и приподнимает его. Толкатель действует на стержень клапана и также поднимает его. Канал открывается.

При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок уйдет от толкателя: он не станет его поддерживать в поднятом состоянии.

Так должно происходить. Но в действительности же дело обстоит несколько сложнее. Распределительный вал в одну минуту может делать до 2200 и более оборотов. Это значит, что каждый клапан каждую минуту должен подняться 2200 раз, или 40 раз в секунду. Силы инерции не дадут ему закрыться, а поэтому, если не заставить его принудительно закрываться, он при работе двигателя никогда не будет закрыт. Это устраняет пружина. Пружина верхним концом упирается в направляющую стержня клапана, а нижним — в опорную шайбу, закрепленную на стержне клапана. Стержень имеет кольцевую выточку и сухари.

Когда клапан поднимается, то вместе с ним поднимается и опорная шайба. При этом пружина сжимается. Но как только кулачок уйдет от толкателя, сжатая пружина станет толкать стержень клапана вниз. Головка клапана плотно сядет в седло.

Клапан работает в тяжелых условиях: при горении смеси он сильно нагревается, подвергается химическому воздействию отработавших газов. Поэтому на изготовление клапанов идет специальная сталь, хорошо переносящая колебания температуры и устойчивая против химического действия газов.

Ясно, что при работе двигателя клапаны нагреваются, а следовательно, и расширяются. Стержень клапана удлиняется. Но он может удлиниться настолько, что упрется в толкатель и пружина не закроет его плотно. Однако никакой зазор между седлом и головкой клапана недопустим. Это нарушит нормальную работу двигателя.

Между толкателем и стержнем клапана устанавливается зазор. Стержень не упрется в толкатель, так как зазор даст ему возможность удлиниться. Этот зазор очень небольшой, всего 0,1 мм, и должен быть выверен, когда двигатель холодный.

А что если зазор будет меньше?

Тогда даже при небольшом нагревании стержень упрется в толкатель, и отверстие не будет плотно закрываться. А что если больше? Тогда при работе двигателя клапан будет стучать и не будет полностью открываться.

Обратите внимание на размеры шестерен распределения. Шестерня, сидящая на распределительном валу, в два раза больше шестерни, насаженной на коленчатый вал.

Значит, распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее, чем коленчатый вал.

А что было бы, если бы они имели одинаковые размеры? Тогда за два оборота коленчатого вала два раза открылся бы впускной клапан и два раза — выпускной. Вот в цилиндре, скажем, происходит рабочий такт, а клапан открыт. Вместо того чтобы давить на поршень, производить работу, газы уйдут наружу. Двигатель работать не будет.

В верхнеклапанном двигателе для управления клапаном служит рычаг, насаженный на ось (коромысло). Одним концом коромысло упирается в стержень клапана, а другим концом — в толкающую штангу.

Фазы газораспределения

Коленчатый вал двигателя вращается с большой скоростью, достигающей 5000 оборотов в минуту. За одну минуту цилиндр четырехтактного двигателя должен около 2500 раз заполниться горючей смесью и очиститься от отработавших газов. Чтобы цилиндр мог заполниться горючей смесью, ему отведено около 0,06 секунды. Это ничтожно малое время. И все же цилиндр успевает заполниться свежей смесью и очиститься от отработавших газов. Чем лучше цилиндр очистится от продуктов горения, тем больше горючей смеси в него войдет, тем большую мощность он разовьет.

Хорошая очистка цилиндра и хорошее заполнение его горючей смесью в первую очередь зависят от размера каналов и клапанов и от того, насколько полно они открываются. Значит, надо каналы делать больших размеров и возможно больше надо поднимать клапаны. Но это не всегда удается. Кроме того, заполнение и очистка зависят еще от времени, в течение которого они происходят. За большее время цилиндр лучше заполнится свежей смесью и очистится от отработавших газов.

Помните, мы рассказывали о рабочем цикле двигателя? Мы предполагали, что впускной клапан начинает открываться в момент, когда поршень от верхней мертвой точки двигается вниз, а закрываться — когда поршень придет в нижнюю мертвую точку. Выпускной же клапан, как мы предполагали, начинает открываться, когда закончится рабочий такт и поршень придет в нижнюю мертвую точку, а закрываться — когда он придет снова в верхнюю мертвую точку.

Заполнение и очистка цилиндров происходят на протяжении 180° поворота коленчатого вала. В действительности же это не так.

В двигателе мотоцикла М-72 впускной клапан начинает открываться тогда, когда поршень еще не дошел до верхней мертвой точки на 76°,то есть в период, когда еще идет выпуск отработавших газов. Впускной клапан, как принято говорить, открывается с опережением на 76°. Закрывается же он тогда, когда н. м. т. уже пройдена и коленчатый вал успел повернуться на 92°. Уже началось сжатие смеси, а впускной клапан еще открыт. Горючая смесь продолжает поступать в цилиндр.

Впускной клапан, как говорят, закрывается с запозданием на 92°. Значит, заполнение цилиндра, начинаясь еще до прихода поршня в в. м. т., продолжается во время движения поршня от в. м. т. к н. м. т. и заканчивается уже в такте сжатия.

Конечно, в этом случае смеси войдет в цилиндр больше, чем тогда, когда клапан открыт только на протяжении 180° поворота коленчатого вала.

А как же происходит очистка цилиндра?

Впускной клапан начинает открываться, когда еще не закончен рабочий такт, с опережением на 116°, а закрывается уже при такте впуска, когда поршень пройдет в. м. т. на 52° поворота вала. Цилиндр хорошо очищается от отработавших газов.

Как видите, при работе двигателя бывает момент, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Свежая смесь поступает в цилиндр, а отработавшие газы выходят из него. Такое положение называется перекрытием клапанов.

Поток горючей смеси движется — он обладает силой инерции. Впускной клапан открывается. Поток врывается в цилиндр, преодолевает давление оставшихся продуктов горения и начинает заполнять цилиндр двигателя. Но в это время открыт выпускной клапан, и свежая смесь выталкивает оставшиеся продукты горения. Поршень идет вниз, в цилиндре создается разрежение, — это ускоряет заполнение цилиндра горючей смесью. Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, а у двухтактных двигателей окон в градусах поворота коленчатого вала и получили название фаз газораспределения.

Трение — враг двигателя

Вращается коленчатый вал. С огромной скоростью движется в цилиндре поршень, в бобышках поворачивается поршневый палец, вращается распределительный вал. Детали двигателя соприкасаются друг с другом. Между ними происходит трение.

Вот на снегу стоят санки. Толкните их посильнее. Впереди нет никаких препятствий и нет подъема. Однако санки движутся тише, тише — и вот совсем замерли. Их остановила сила трения. Санки стремились вперед, а трение как бы тянуло назад. Сила трения была направлена против движения. Трение, которое возникает тогда, когда одно тело скользит по другому, называется трением скольжения.

На ровной площадке лежит шарик. Толкните его. Он покатится быстро, а потом скорость движения станет все меньшей и меньшей. Между шариком и площадкой тоже возникло трение. Только здесь шарик не скользит, а перекатывается. Такое трение называется трением качения.

Трение качения меньше трения скольжения во много раз. Чтобы уменьшить сопротивление, всегда, где только возможно, стремятся заменить трение скольжения трением качения.

Отчего же зависит величина трения? В первую очередь от силы, с которой одна деталь прижимается к другой. Чем больше эта сила, тем больше и трение.

Важное значение имеет качество обработки поверхности. Трение между грубо обработанными поверхностями будет больше, чем между хорошо отшлифованными.

Чем больше поверхности, тем больше между ними и трение.

На величину трения и материал оказывает влияние. Поверхности из однородного материала вызывают большее трение, чем поверхности, сделанные из разных материалов.

Скорость перемещения деталей также влияет на величину трения. Чем больше скорость движения, тем больше и сила трения.

Но это справедливо только до известного предела.

Трение существует не только между твердыми телами.

Когда движутся жидкости и газы, то между отдельными слоями, имеющими разные скорости, происходит трение. Это внутреннее, или вязкое, трение.

Вам приходилось наблюдать течение реки? Попробуйте бросить в воду два поплавка — один ближе к берегу, а другой на середину реки. Пройдет немного времени, и вы увидите, что поплавок, брошенный на середину реки, уйдет далеко от поплавка, брошенного ближе к берегу. На середине реки течение быстрее, чем у берегов. Этим и объясняется, между прочим, то, что навстречу течению легче плыть, придерживаясь ближе к берегу. Слои воды, находящиеся ближе к берегу, испытывают большее трение, так как, соприкасаясь с берегом, течение их тормозится.

На преодоление трения надо затрачивать мощность. В двигателе внутреннего сгорания на преодоление его затрачивается около 10–15 % всей мощности, развиваемой двигателем. Куда же девается мощность, затрачиваемая на преодоление трения? Исчезнуть бесследно она не может. Отчего нагревается пила, когда пилят дрова? Отчего загорается спичка, когда вы ее чиркнули? Работа превращается в теплоту. Поэтому-то и детали двигателя нагреваются. Теплота затем рассеивается в окружающей среде. Работа, затраченная на нагревание, — это бесполезные потери в двигателе.

Трение — враг двигателя. С ним ведут борьбу, стараются не допускать, чтобы детали соприкасались друг с другом непосредственно. Там, где возможно, стремятся заменить трение скольжения трением качения.

Откуда взялась поговорка

В повседневной жизни нам часто приходится слышать поговорку: «идет как по маслу», «не подмажешь — не поедешь».

Эти поговорки имеют глубокий смысл. Давным-давно было известно, что по мокрой поверхности скользить легче, чем по сухой. Обратите внимание, с какой легкостью конькобежец выделывает замысловатые фигуры на льду и при этом летит, словно птица. А посмотрите на лыжника: он движется так быстро, что, пожалуй, и поезд может обогнать.

Почему же лед скользкий? Потому что он гладкий, могут сказать некоторые. А разве отполированное стекло не гладкое? Но попробуйте на тех же коньках прокатиться по стеклу — и сразу же заметите, что легкости движения как не бывало! Значит, дело в чем-то другом. В чем же секрет? В том, что конькобежец даже в трескучий мороз движется не по льду, а… «плывет» по воде! Когда коньки скользят, то между лезвием и льдом происходит трение — лед нагревается и тает, превращаясь в воду. Под лезвием конька образуется маленький ручеек.

Этим же объясняется и легкость движения лыжника. При движении между лыжей и снегом также образуется тонкий слой воды. В этом легко убедиться: посмотрите внимательно на лыжню и вы заметите на ней тонкий слой льда.

Растаивающий лед и снег «подмазали» коньки и лыжи, и они двигались «как по маслу».

Трение в этом случае происходит не между коньками и льдом, а между частицами воды. Чтобы уменьшить трение, надо между трущимися деталями положить слой жидкости — смазки.

При движении деталей слои масла будут перемещаться вместе с деталями. Трение будет происходить между частицами масла.

А как происходит смазка подшипников? Между шейкой вала и подшипником всегда имеется зазор. Вращаясь, вал как бы втягивает масло в зазор. Зазор заполняется маслом. Как только вал начинает вращаться, начинает вращаться и прилипший к нему слой масла. Между подшипниками и шейкой вала образуется масляный клин; чем быстрее вращается вал, тем больше масла втягивается в зазор — коленчатый вал как бы плавает по маслу.

Во время работы двигателя детали изнашиваются. В масле появляются металлические частицы, они загрязняют его. Кроме того, под влиянием высокой температуры часть масла разлагается — и образуется нагар или смола. Частицы металла и нагар смешиваются с маслом, усиливая износ деталей. Смазка, циркулируя в зазорах, уносит эти частицы, а поэтому предохраняет детали от усиленного износа.

Мы уже знаем, что при горении смеси в цилиндре развивается высокая температура. Кроме того, детали цилиндра нагреваются и от трения.

Масло, циркулируя по зазорам, уносит часть теплоты и тем самым способствует охлаждению деталей.

Картер двигателя должен быть хорошо изолирован от верхней части цилиндра, где совершается рабочий цикл. Мы уже знаем, что важная роль в этом деле принадлежит поршневым кольцам; но и масло помогает преграждать путь газам в картер. Масло, попадая в зазор между поршнем и стенками цилиндра, образует плотную перегородку и преграждает доступ газам в картер.

Чем смазывают двигатель

Почему двигатель смазывается маслом? А разве нельзя смазывать его водой? Ведь нам надо только создать слой жидкости, чтобы он разделял трущиеся детали. Вода плохо прилипает к деталям, а поэтому она не будет держаться между ними. Сцепление между ее частицами крайне недостаточно, и она просто-напросто не сможет образовать сплошной пленки. При нагревании деталей она испаряется и, кроме того, вызывает окисление металла. А масло? Масла бывают животные, растительные и минерального происхождения. Какое же из них лучше?

Условия работы двигателя тяжелые: на детали действуют большие нагрузки, детали нагреваются до 200 и больше градусов. Днище поршня может иметь температуру 300 градусов, головка поршня — 100–200, а юбка — 100–150.

Попробуйте залить в двигатель животное или растительное масло: пройдет несколько минут — и вы почувствуете характерный запах горящего масла. Масло сгорит, и детали окажутся несмазанными. Ни животное, ни растительное масла не годятся для смазки: они не обладают необходимой температурной стойкостью и вязкостью. Исключением является только касторовое масло, но оно слишком дорого.

Масла должны обладать определенными свойствами. Главным свойством их является вязкость — свойство масла образовывать сплошную пленку между трущимися деталями и держаться между ними. Вязкость измеряется в условных единицах. Она зависит в первую очередь от сорта масла — одни сорта обладают большей вязкостью, другие — меньшей. Но и один и тот же сорт масла может иметь разную вязкость, в зависимости от температуры, примесей в нем.

Если температуру масла повысить, то вязкость его понизится, и наоборот — при понижении температуры вязкость его повысится.

Важное значение для вязкости имеют и посторонние примеси — бензин, керосин, вода: они понижают вязкость масла. Капельки воды, падая между трущимися деталями, разрывают масляную пленку и увеличивают трение.

Зимой надо применять более жидкие масла, летом — более густые.

Более вязкое масло будет иметь большее сцепление частиц, а значит, и большее внутреннее трение. А это потребует от двигателя дополнительной затраты мощности. Если двигатель сильно изношен, а зазоры между деталями слишком велики, лучше применять более густое масло.

Чтобы улучшить качество масла, к нему на заводах иногда добавляют различные примеси — присадки. Одни их них повышают вязкость, другие понижают температуру застывания, третьи придают устойчивость против окисления.

Для смазки мотоциклов и автомобилей выпускается несколько сортов масел, например А-6, АК-10, АКЗп-6 и АКЗп-10 или АС-5, АСп-5, АСп-9,5.

Что обозначают буквы и цифры? Первая буква говорит о том, что это масло автомобильное. Вторая буква указывает на способ заводской очистки масла: если эта буква «К» — очистка кислотная (кислотами), если же буква «С» — очистка селективная (жидким стеклом). Если в обозначении есть буква «п», то это значит, что в масле есть присадки. Буква же «З» говорит о том, что масло загущенное. Последние цифры означают вязкость масла в условных, единицах. Чем больше эти цифры, тем больше и вязкость масла. Сорта масла надо подбирать, руководствуясь в первую очередь вязкостью. Например, если у мотоцикла двигатель мало изношен, то летом надо пользоваться маслом АК-10, а зимой — АК-5 или АС-5. Другое дело, если двигатель изношен сильно, зазоры в нем увеличены — масла надо брать более густые: летом — АКЗп-10 или АСп-9,5, а зимой — АКЗп-6.

Масло должно храниться в чистой посуде.

Смазка двухтактного двигателя

Смазка двухтактных двигателей происходит весьма просто. Масло смешивается вместе с бензином и заливается в топливный бак. Для новых мотоциклов приготовляют смесь с большим количеством масла (на 10 литров бензина 0,5 литра масла), а для машин, прошедших обкатку, такое же количество масла добавляют к 12,5 литра бензина.

Смесь, поступая через карбюратор в картер, при работе двигателя разбрызгивается, попадает на стенки цилиндра, на поршневый палец и другие детали и смазывает их. Такая смазка проста, но мало надежна, так как необходимое количество масла к трущимся поверхностям подать невозможно. Приготавливать смесь бензина с маслом надо очень тщательно. Лучше это делать в специальной посуде. Пробка топливного бака снабжена мерным стаканчиком, в который входят 100 граммов масла.

Смазка четырехтактного двигателя

Посмотрим, как происходит смазка двигателя мотоцикла М-72 (рис. 32).

Рис. 32. Схема смазки двигателя мотоцикла М-72.

Через наливное отверстие, расположенное с левой стороны двигателя, заливается масло. Отверстие завинчивается пробкой, к которой прикреплен стержень для измерения уровня масла. Для полной заправки двигателя надо 2 литра масла. Существует несколько способов подачи масла к трущимся поверхностям. Первый, самый простой, способ — разбрызгивание. Мы о нем уже рассказывали.

Другой способ — самотеком. Масло под влиянием собственного веса поступает к трущимся поверхностям и смазывает их.

И, наконец, третий способ заключается в том, что масло под некоторым давлением с силой подается к трущимся поверхностям. Давление создается насосом.

В двигателе М-72 применяются все три способа, а поэтому такая система смазки получила название комбинированной.

В картере двигателя помещен масляный насос. Он состоит из корпуса, внутри которого есть две шестерни — ведущая и ведомая.

Ведущая шестерня приводится во вращение от валика насоса, соединенного со штангой. Штанга же соединяется с валиком при помощи муфты.

На верхнем конце соединительной штанги имеется ведомая шестерня привода. Она находится в постоянном зацеплении с шестерней привода, сделанной заодно с распределительным валиком.

При работе двигателя распределительный вал станет вращать через червячные шестерни соединительную штангу. Вместе со штангой будет вращаться и ведущая шестерня.

Ведущая шестерня насоса находится в зацеплении с ведомой шестерней. Насос погружен в масло и снабжен сетчатым фильтром.

Вращаясь, шестерни захватывают зубьями масло, продавливают его в зазор между зубьями и корпусом и подают в канал. Масло в канале находится под давлением в 2–3 атмосферы.

Масляный насос качает масло по вертикальному каналу в главную магистраль (рис. 33).

Рис. 33. Масляный насос двигателя мотоцикла М-72.

Магистраль имеет три выходных канала. Через канал, расположенный в передней части двигателя, часть масла поступает к коренному подшипнику, проходит по специальной кольцевой выточке в его гнезде и подходит к трубке, через которую смазывает шестерни распределения. Часть масла из этого канала поступает в маслоулавливатель, из которого под действием центробежной силы через отверстие в шатунной шейке смазывает шатунный подшипник.

Масло же, попадающее в канал, расположенный в задней части двигателя, смазывает коренной подшипник и вторую шатунную шейку. По среднему каналу масло поступает по специальной вырезке, сделанной во фланце левого цилиндра. В цилиндре сделаны три отверстия, которые соединяют выточку с полостью цилиндра.

Когда поршень находится в верхней мертвой точке, масло через отверстия смазывает цилиндр. Когда же поршень двигается к нижней мертвой точке, слой масла на зеркале цилиндра смазывает юбку поршня.

Почему же потребовалось подводить масло к левому цилиндру и смазывать его принудительно? Когда коленчатый вал вращается, разбрызгиваемое масло летит по направлению часовой стрелки — так вращается вал. При этом масло попадает только на нижнюю часть левого цилиндра.

Правый цилиндр, поршневые пальцы, кулачки, двигатели, шестерни привода масляного насоса смазываются разбрызгиванием. Опоры распределительного вала смазываются самотеком из специальных маслосборников — карманов. В маслосборники масло попадает разбрызгиванием.

Отработанное масло, смешанное с воздухом, стекает в нижнюю часть картера в виде пены. Верхняя и нижняя части разделены между собой сетчатым перекрытием. Когда масло проходит через него, то часть пены уничтожается. Попав в картер, масло снова нагнетается насосом в магистраль. Так, все время совершается круговорот.

Вентиляция

В двухтактном двигателе давление в картере должно повышаться при рабочем такте и понижаться при такте сжатия. Картер не должен соединяться с наружным воздухом. Иначе двигатель работать не будет. Другое дело у четырехтактного двигателя. Здесь картер не участвует в рабочем процессе и сообщается с наружным воздухом. Давление в картере тоже меняется. Когда поршень идет к верхней мертвой точке, в картере давление понижается, и, наоборот, когда поршень движется к нижней мертвой точке, давление в картере повышается.

Разрежение в картере может вызвать усиленное поступление газов, попадающих из цилиндра в картер. Повышенное давление в картере может привести к выдавливанию масла из картера. Поэтому и пришлось соединить картер с наружным воздухом. Конечно, можно было бы просто сделать отверстие, и воздух свободно входил бы в картер, а газы выходили бы из него. Но вместе с воздухом в картер попадали бы пыль и влага. Установили сапун. Когда давление в картере увеличивается, сапун сообщает полость картера с атмосферой, а когда поршни идут вверх и в картере начинает создаваться разрежение, сапун изолирует ее от наружного воздуха. Сапун устанавливается в крышке распределительного механизма. Он состоит из втулки с фланцем. На втулке два противоположных отверстия. На фланце — восемь отверстий, расположенных по радиусу, и одно отверстие продольное. В продольное отверстие входит штифт и соединяет фланец с распределительной шестерней. Когда вращается распределительный вал, то вместе с ним вращается и сапун.

Для соединения полости картера с наружным воздухом надо, чтобы отверстие втулки совпало с каналом распределительной крышки. Сапун вращается, — следовательно, и совпадение отверстий происходит периодически. В распределительной крышке сделан канал, который через вентиляционную трубу соединен с наружным воздухом.

В потоке встречного воздуха

Сколько же раз в цилиндре воспламеняется горючая смесь, если двигатель делает 500 оборотов в минуту? Если это четырехтактный двигатель — воспламенение происходит 2500 раз, а если двухтактный — 5000 раз.

Надо учесть, что каждый раз при рабочем такте температура в цилиндре достигает 2000 и больше градусов. Пламя соприкасается со стенками цилиндра, с головкой цилиндра, поршнем и, конечно, будет нагревать их.

Напомним, что некоторые сорта чугуна плавятся при 1400 градусов. При такой температуре авария неизбежна, масло сгорит, поршень заклинится в цилиндре.

Ясно — двигатель надо охлаждать. На подавляющем большинстве мотоциклов двигатели охлаждаются потоком воздуха.

Почему поверхность цилиндра и головки покрыта такими большими выступами? Это ребра. Когда цилиндр нагревается, теплота расходится по ребрам. Ребра увеличивают поверхность соприкосновения цилиндра с воздухом, или, как говорят, поверхность охлаждения.

Воздух, соприкасаясь с ребрами, отнимает теплоту. Цилиндр охлаждается. Чем больше воздуха будет проходить около ребер, тем лучше они будут охлаждаться. Между ребрами имеются перемычки; благодаря им у цилиндра создается вихревое движение воздуха, что улучшает охлаждение. Чем быстрее мчится мотоцикл, тем больше воздуха проносится около ребер и тем больше он отнимает теплоты.

Воздушное охлаждение просто по своему устройству. Но на некоторых мотоциклах, например гоночных, воздушное охлаждение не применяется. Оно оказывается недостаточным. Охлаждение может быть водяным — теплота отводится водой, наполняющей водяную рубашку двигателя.

О мощности двигателя

Бушует пламя в цилиндре. С молниеносной быстротой вниз и вверх по цилиндру движется поршень. Теплота превращается в механическую работу.

Как определить работу, совершенную за рабочий такт в цилиндре двигателя?

Сначала надо подсчитать силу, с которой газы давят на днище поршня. Для этого следует умножить давление газов на площадь днища поршня. Кроме того, надо узнать, какое расстояние пройдет поршень. Но работу можно совершить и в одну секунду, и в один час. Работа, совершенная в единицу времени — мощность, и интересует нас. В технике мощность измеряется обычно в лошадиных силах.

Напомним, что это 75 килограммо-метров работы в секунду.

Можно ли сжечь всю горючую смесь, которая находится в двигателе во время вспышки? Нет, практически нельзя.

Пары бензина сгорают только частично, часть их уходит вместе с отработавшими газами. И теплота, полученная от горения смеси, используется не вся. Значительная доля тепла тратится на нагревание стенок цилиндра, головки, поршня и других деталей, много выбрасывается наружу с газами. Подсчитали, что только 20–25 % тепловой энергии используется для полезной работы.

От чего же зависит мощность двигателя? От рабочего объема двигателя. Чем больше объем цилиндра, тем больше в него поступает горючего, тем больше будет выделено тепла при горении смеси.

Мощность, конечно, зависит и от давления в цилиндре при рабочем ходе. А давление? Оно зависит от того, насколько хорошо цилиндр заполнен горючей смесью. Чем больше смеси, тем больше и давление. Затем оно зависит от того, насколько сильно сжата смесь. Чем сильнее сжата смесь, чем больше степень сжатия, тем больше мощность двигателя. В большой мере давление зависит от состава смеси. Смесь, в которой содержится слишком мало или слишком много бензина, даст малое давление.

Скорость горения также имеет весьма существенное значение. Когда смесь горит медленно, давление будет меньше, чем тогда, когда она горит с нормальной скоростью.

Очень важно и число вспышек в цилиндре. Чем больше вспышек, тем больше оборотов коленчатого вала, тем большей мощность.

Но при увеличении количества оборотов мощность увеличивается лишь до определенного предела, после чего обороты могут увеличиваться, а мощность станет падать. Когда мы говорим, что двигатель мотоцикла ИЖ-56 дает 4800 оборотов в минуту — это значит, что при этих оборотах двигатель развивает самую большую мощность, на которую он способен. Конечно, коленчатый вал может дать и 5000 оборотов, но тогда мощность двигателя уже упадет. На очень больших оборотах цилиндры станут хуже очищаться и заполняться горючей смесью. Конечно, речь идет об увеличении числа оборотов данного мотоцикла.

Как узнать, какую мощность развивает двигатель? Для этого его подвергают специальным испытаниям. Особым прибором, называемым индикатором, измеряют так называемое среднее индикаторное давление в цилиндре, а затем при помощи специальной формулы определяют мощность. Индикаторная мощность — это самая большая мощность двигателя. Газ давит на поршень, поршень — на шатун, вращается коленчатый вал. Это часть индикаторной мощности, переданная на коленчатый вал. Когда индикаторная мощность передается на вал, часть ее расходуется на преодоление трения между поршнем и стенками цилиндра в подшипниках, на вращение дополнительных механизмов двигателя, связанных с коленчатым валом. Эффективная мощность обычно меньше индикаторной на 10–15 %.