Цилиндры

Головка цилиндра у большинства современных двух-тактных двигателей мотоциклов отлита из алюминиевого сплава. Наружная ее поверхность в случае естественного охлаждения сильно оребрена. Внутри располагается камера сжатия, или, как ее чаще называют, камера сгорания.
В головке имеется несколько сквозных отверстий для крепления ее к цилиндру и одно резьбовое, выходящее в камеру сгорания — для свечи зажигания. Прежде на многих двухтактных двигателях в головке делали еиде одно резьбовое отверстие для клапана-декомпрессора. Сейчас его ставят все реже.
У верхне клапанных четырехтактных двигателей головка гораздо сложнее: в ней сделаны гнезда, направляющие и каналы клапанов. Зачастую тут же располагается распределительный вал с коромыслами: головка имеет патрубки для крепления карбюратора и выпускной системы.
Форма камеры сгорания бывает разной. Но она отнюдь не произвольна, поскольку сильно влияет на качество сгорания. Прежде часто применялись такие формы, как полусферическая и «жокейный козырек».
Сейчас широкое распространение получила камера, как бы состоящая из двух сфер — в ней обеспечивается наиболее эффективное сгорание смеси.
Это чистая правда. Цилиндр пассивен. Поршень же воспринимает давление горячих газов сгорающей смеси и через поршневой палец и шатун передает его на коленчатый вал. Двигаясь возвратно-поступательно в цилиндре, он с частотой до 100 раз в секунду разгоняется до максимальной скорости и тормозит до нуля, испытывая огромные инерционные нагрузки. Действительно, это одна из самых нагруженных деталей двигателя.

Рассмотрим строение поршня.

В нем различают головку с днищем и юбку. В юбке (она играет роль направляющей) имеются специальные приливы — бобышки с отверстиями, в которых располагается поршневой палец.
На боковой поверхности головки, в ее верхней части, проточены канавки. В них устанавливаются поршневые кольца.
Поршень непосредственно подвергается температурному воздействию со стороны горячих газов. Охлаждается же он плохо, только свежей смесью и через контакт с зеркалом цилиндра.
Поскольку поршень отливается из алюминиевого сплава, то при нагревании он значительно расширяется. Чтобы его не заклинивало, поршень устанавливают в цилиндр с зазором. Причем зазор по высоте поршня различен: головка имеет наименьший диаметр, нижний пояс юбки — наибольший. Кроме того, юбка еше и овальна в поперечном сечении: она вытянута в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу Учитывая столь сложную форму поршня, условились измерять его диаметр в одном месте: под нижним поршневым кольцом. По этому размеру и подбираются поршни к цилиндрам.
Поршни четырехтактных нижнеклапанных мотоциклетных двигателей имеют плоское днише. У верхнеклапанных оно плоское, с выемками для предохранения клапанов.
Поршни двухтактных двигателей, как вы помните, не только сжимают рабочую смесь в камере сгорания, но и управляют впуском, выпуском и продувкой. В юбке такого поршня имеются специальные вырезы или окна, соответствующие по конфигурации окнам на зеркале цилиндра. А в канавках для поршневых колец устанавливаются стопорные штифты, которые не позволяют кольцам поворачиваться на поршне и тем предохраняют их стыки от попадания в окна и от поломки.
Поршневые кольца разрезные, их изготавливают из таких сортов чугуна или стали, которые обладают пружинящими свойствами. За счет этого кольца хорошо прилегают к зеркалу цилиндра, уплотняя зазор между ним и поршнем. Кольца по назначению бывают двух видов: уплотнительные (или компрессионные) и маслосъемные. Двухтактный двигатель маслосъемных колец не имеет. На поршне четырехтактного такое кольцо устанавливается ниже уплотнительных. При движении поршня оно снимает со стенок цилиндра излишнее масло и сбрасывает его в картер. Больше трех колец на поршень не ставится: степень уплотнения увеличивается мало, а потери на трение заметно растут.
Стык поршневого кольца называется замком. Замки бывают прямые или косые (у четырехтактного двигателя). На поршне двухтактного двигателя кольцо в замке соответствует форме и расположению стопорного штифта.
Поршневой палец стальной, пустотелый, термически обработанный. В бобышках поршня он чаше всего устанавливается по так на-зываемой плавающей посадке — то есть может свободно поворачиваться. Однако нередко используется и горячая посадка, когда палец зафиксирован в бобышках и поворачиваться может только во втулке.
Осевое перемещение пальца ограничивают пружинные стопорные кольца, установленные в проточки бобышек.
Прежде чем перейти к другой детали, отвлечемся немного и поговорим о том, как связаны между собой диаметр цилиндра и ход поршня.
Это не только интересно, но имеет прямое отношение к дальнейшим рассуждениям.
Если сопоставить, к примеру, эти соотношения мотоциклов разных лет, то даже неспециалист заметит, что непрерывно идет процесс уменьшения хода поршня и увеличения его диаметра. Чем это вызвано?
В первую очередь, конечно же, тем, что мотоцикл при этом становится легче: наименьшая поверхность цилиндра достигается при отношении хода поршня к диаметру, равном 1. При уменьшении хода поршня существенно изменяется расстояние, которое он проходит, и, соответственно, средняя скорость, а это не только продляет срок жизни поршня, но и позволяет увеличить частоту вращения коленчатого вапа. Небезынтересно отметить: величина средней скорости поршня уже много лет остается почти неизменной, так как за уменьшением хода тут же следует увеличение частоты вращения — благодаря этому растет мощность.
Для четырехтактных двигателей увеличение диаметра цилиндра выгодно еще и потому, что позволяет использовать более крупные клапаны или, что еще лучше, увеличить их число. А это уже влияет на наполнение и тоже поднимает мощность. Существует даже такой термин: «поршневая мощность». Она выражается соотношением, в котором фигурирует площадь поршня, и позволяет судить о степени форсированности двигателя. Увеличить эту площадь можно, увеличивая число цилиндров и уменьшая отношение хода поршня к диаметру В современных двигателях это отношение близко к единице. А уменьшение его ниже 0,8 совершенно нецелесообразно.
Коленчатый вал и шатун образуют кривошипно-шатунный механизм. Его главное назначение — преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Простейший коленчатый вал одноцилиндрового двигателя состоит из коренных и шатунных шеек и щек. Шатунная шейка охватывается нижней головкой шатуна, на коренных вал вращается в подшипниках, установленных в картере. Коленчатые валы многоцилиндровых четырехтактных двигателей часто отливают целиком из высокопрочного чугуна, а затем шейки механически обрабатывают
Как правило, валы неразборные. Даже в том случае, когда коренные шейки (полуоси) и шатунная шейка соединяются со щеками в горячем состоянии. Так, например, устроен коленчатый вал «Урала» .
Отечественный двухцилиндровый двухтактный двигатель «ИЖ-Юпитер» — это, по существу, два одноцилиндровых мотора, объединенные общим картером. Поэтому и коленчатый вал — это два самостоятельных вала, соединенные выносным маховиком. Входящие в маховик коренные шейки фиксируются шпонками, а разрезной маховик стягивается мощным болтом.
Маховик — массивный диск, обычно закрепляемый на конце коленчатого вала. Обладая значительной массой, а, следовательно, и инерцией, маховик при вращении коленчатого вала накапливает значительную энергию, которая расходуется во время вспомогательных тактов и сглаживает неравномерность крутящего момента.
Как правило, маховик четырехтактного двигателя мотоцикла располагается на заднем конце коленчатого вала, выходящем из картера, и является частью сцепления. На наружном ободе маховика обычно имеются метки, помогающие устанавливать опережение зажигания и контролировать число оборотов. Если двигатель имеет электрический запуск, то на обод маховика напрессовывается зубчатый венец, в зацепление с которым входит шестерня стартера.
Шатун шарнирно связывает поршень с коленчатым валом. В поперечном сечении шатун чаще всего имеет форму двутавра. Самый предпочтительный материал — сталь. Конструктивно в шатуне различают верхнюю головку, тело и нижнюю головку. В верхней головке располагается подшипник поршневого пальца. Прежде в большинстве случаев это была бронзовая втулка. Сейчас все чаще — игольчатый подшипник: он более долговечен и надежен при высоких оборотах.
В нижней головке также установлен подшипник. Часто его внутренней обоймой является сама шейка коленчатого вала, а наружной — специальное термически обработанное кольцо, запрессованное в головку шатуна. Иногда нижняя головка бывает разъемной — тогда в нее устанавливаются вкладыши.
В отличие от роликового подшипника качения такой вариант называется подшипником скольжения. Так устроен, например, шатун мотоцикла «Днепр».