Текст книги "Книга юного мотоциклиста"
Автор книги: Иван Серяков
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 11 страниц)
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.
