Устройство мотоцикла. Двигатель. Часть вторая
Наконец, для очень быстроходных моторов придумали вариант с двумя распредваламй в головке – он называется DOHC (D – это double, то есть дубль). Тут уж вовсе отсутствуют возвратно-поступательно движущиеся толкатели или штанги – а потому моторы могут развивать до 11-12 тысяч об./ мин.
Впрочем, пружина, как выяснилось, тоже обладает «временем срабатывания». И при каких-то, пусть даже очень высоких частотах вращения распредвала она не успевает разжиматься. Для таких особо сложных случаев придуман так называемый десмодромный механизм, в котором клапаны и закрываются, и открываются под действием кулачков, пружин в нем нет вообще (рис. 30). Эту схему придумали конструкторы итальянской фирмы Ducati. И она себя оправдала её гоночный двигатель объемом 125 см3 развивал 16 тыс. об/мин и был при этом очень надежным. Недостаток у этой конструкции один: она дорого обходится в производстве и сложна в эксплуатации. Однако это не мешает итальянцам использовать ее даже на дорожных мотоциклах.
Самая распространенная на сегодня схема газораспределения – DOHC. По ней работает большинство современных четырехтактных моторов. Причем все чаще вместо двух клапанов на цилиндр применяют 4, 5, а иногда уже и 6 клапанов. Благодаря этому общее проходное сечение для впуска и выпуска становится больше, улучшаются очистка и наполнение цилиндров. Клапаны меньшего диаметра лучше охлаждаются, их масса меньше, значит, можно еще хоть на немного поднять обороты двигателя. К сожалению, и это усложнение конструкции заметно повышает стоимость мотоцикла и потому не применяется в тех случаях, когда на первом месте стоят дешевизна и простота.
В автомобильных двигателях привод распредвала осуществляется цепью или ремнем. А как это делается в мотоциклетных моторах?
Тип привода распредвала зависит в первую очередь от того, где располагается распредвал. Если он находится внизу, в картере, то все очень просто: достаточно обычной шестеренной передачи. Она обеспечивает точность фаз газораспределения и очень надежна.
Если же вал находится в головке цилиндров, то привод шестернями становится неудобным, очень громоздким. И ему на смену приходит втулочно-роликовая цепь. Ее преимущества очевидны: она легче, компактнее и дешевле. Но столь же очевидны и недостатки. Цепь изнашивается и вытягивается, заметно нарушая фазы; цепь «шумит» и требует постоянного наблюдения и ухода.
А потому, как и на автомобильных моторах, на мотоциклах все чаще вместо цепи применяется зубчатый ремень. Он, конечно, тоже со временем изнашивается. Но цена ремня невелика, и заменить его в назначенный срок – дело совсем не трудное.
Таким образом, мы рассмотрели основные механизмы двигателя и теперь переходим к рассмотрению его систем. Их пять: системы смазки, охлаждения, питания, выпуска и электрооборудования.
6. Система смазки
Трение – злейший враг любого механизма, в том числе и двигателя внутреннего сгорания. Когда трущиеся поверхности тщательно обработаны, трение меньше; при грубой обработке силы трения могут достигать таких величин, что детали будут нагреваться вплоть до спекания и оплавления.
Сущность и смысл процесса смазки заключается в том, что масло подается между трущимися поверхностями, образует масляный клин и разъединяет эти поверхности. Сухое трение заменяется
жидкостным, которое в сотни раз меньше. Кроме того, масло отводит тепло от деталей и уносит из зоны контакта продукты износа.
В четырехтактных двигателях традиционно применяется закрытая циркуляционная система смазки. При этом масло из картера забирается масляным насосом и под давлением подается к коренным подшипникам коленчатого вала, распределительному валу, толкателям, коромыслам и некоторым другим деталям, от которых потом сбрасывается снова в картер.
Под давлением, а частично за счет масляного тумана смазывается подшипник нижней головки шатуна.
Система смазки мотоцикла «Урал»: 1 – масляный насос; 2 – масляный фильтр; 3 – редукционный клапан; 4 – канал подвода масла к левому цилиндру; 5 ~ каналы подвода масла в кожухи штанг и головки цилиндров; 6 – отверстия в бобышках поршня для смазывания пальцев
В некоторых случаях зеркало цилиндра, поршень и поршневой палец смазываются за счет разбрызгивания масла – тогда система называется комбинированной.
В описаниях зарубежных четырехтактных мотоциклов нередко встречается термин «сухой картер». Это значит, что при таком исполнении масло хранится в отдельном масляном баке, а после того как отработает в узлах трения и будет сброшено в картер, с помощью насоса тут же снова через фильтр отправится в свою емкость.
Двухтактные двигатели изначально отдельной системы смазки не имели – это было их большим плюсом, снижавшим стоимость мотоцикла в целом. Масло в определенной пропорции подмешивалось к бензину и в таком виде подавалось в двигатель, смазывая по пути все трущиеся пары.
Соотношение бензина и масла в смеси зависело от конструкции двигателя и его состояния. Для отечественных моторов, как правило, на 10 л топлива нужно было добавить 400 мл масла, то есть соотношение было 25:1. В зарубежных двухтактных моторах, где нередко к подшипникам коленчатого вала масло подавалось отдельно, соотношение было 33:1, а порой и 50:1.
При всей своей простоте и привлекательности такой способ смазки таил в себе множество недостатков.
Во-первых, масло и бензин имеют разную плотность и еще более разную способность испаряться. А потому, попадая в кривошипную камеру, масло сразу же оседает на ее стенках, стекает вниз, и значительная часть его не участвует в процессе смазки.
Во-вторых, при таком способе смазки важно, чтобы бензин и масло были тщательно перемешаны – а это не всегда удается сделать. И последствия в случае плохого перемешивания могут быть для двигателя самыми тяжелыми.
В третьих, масло в смеси подается к трущимся парам всегда в одной и той же пропорции, не зависящей от режима работы двигателя. Это приводит к заведомому перерасходу масла и, что гораздо хуже, к большому выделению вредных веществ с продуктами сгорания.
Кроме того, масло, попадающее вместе с бензином в камеру сгорания, оседает на самых нагретых частях двигателя и образует толстый слой нагара, состоящий из тяжелых невыгоревших смол. Этот слой ухудшает охлаждение деталей, в первую очередь головки цилиндра и днища поршня, и может привести к калильному зажиганию и даже прогоранию поршня. (Калильное зажигание – неблагоприятный процесс, при котором воспламенение смеси происходит не от искры, а от раскаленных частиц нагара или металла).
Нагар активно образуется и на электродах свечей зажигания, увеличивая электрическое сопротивление и ухудшая искрообразование вплоть до полного отказа свечи.
Согласитесь, недостатков оказалось так много, что они затмили все преимущества «старой доброй системы». И конструкторы активно занялись поисками способов улучшения системы смазки, ее оптимизации. Эти поиски привели к созданию так называемой раздельной системы смазки.
Впервые в отечественной практике она была серийно использована на мотоцикле ИЖ-»Планета-Спорт» в 1974 году. И автору довелось участвовать в ее испытаниях.
Потом, когда «ПС» сняли с производства, был довольно длинный период забвения. И только с 1994 года раздельная смазка, пережив модернизацию, избавившись от детских болезней, снова вернулась на серийные ИЖи и другие мотоциклы.
Система обеспечивает строго дозированную смазку деталей цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. Она состоит из отдельной масляной емкости, размещенной в левой крышке картера, но изолированной от полости сцепления; разме-щенного там же винтового масляного насоса, маслопроводов, распылителя и троса управления, соединенного с ручкой «газа». Главная часть системы – насос. Он состоит из собственно винтового насоса, поршневого клапанадатчика, дозатора и диафрагменного обратного клапана.
Масло через канал попадает в корпус насоса, захватывается его винтом и подается под крышку насоса и далее к клапану-датчику. Под давлением масла поршень, преодолевая усилие пружины, отходит от седла (при этом он размыкает электрический контакт и на щитке приборов гаснет лампа, показывая, что в системе смазки есть давление) и освобождает маслу проход к дозатору.
Не будем останавливаться подробно на конструкции дозатора. Скажем лишь, что это устройство связано тросом с ручкой «газа» и в зависимости от положения ручки (а значит, и от режима работы двигателя) уменьшает или увеличивает подачу масла.
Упомянутый нами диафрагменный клапан не позволяет маслу из магистрали стекать обратно в масляную емкость при неработающем двигателе, служит для регулирования минимальной подачи масла на режиме холостого хода двигателя.
Опять-таки опуская длинные и подробные описания процессов, которые вряд ли уместны в нашей книжке» скажем, что при использовании системы раздельной смазки обеспечивается соотношение масло/бензин от 1:100 на режиме холостого хода до 1:25 на режиме номинальной емкости. А средние эксплуатационные соотношения составляют от 1:33 до 1:67. И это не предел: конструкторы утверждают, что при использовании специальных масел для двухтактных двигателей и некоторой доработке насоса расход масла может быть уменьшен еще раза в два!
Понятно, что одно применение раздельной смазки еще не решает всех проблем двухтактного двигателя. Но также понятно, что это очень сильный ход. А потому в 90-е годы для зарубежных мотоциклов с двухтактными двигателями раздельная смазка стала почти обязательным элементом конструкции.
