Принцип конструкции двухтактного двигателя
Чтобы разбираться в работе велосипедного двигателя, осуществлять уход за ним и уметь устранять неисправности, возникающие при его эксплуатации, необходимо хотя бы вкратце ознакомиться с принципами его конструкции и работы.
Двигатели, работающие по принципу сгорания рабочей смеси внутри цилиндра, носят название двигателей внутреннего сгорания. Сжатое горючее (смесь из паров бензина или какого-нибудь другого вещества и воздуха), находящееся в цилиндре двигателя, взрывается, причем очень значительно повышаются его температура и объем. Благодаря давлению раскаленных газов поршень, являющийся подвижным дном цилиндра, отходит назад. При помощи шатуна и кривошипа поступательная энергия поршня преобразуется во вращательное движение движителя (колеса автомобиля, винт теплохода или пропеллер самолета), а поршень в силу инерции вращательной системы опять вдвигается внутрь цилиндра.
Двигатели внутреннего сгорания по принципу своей работы делятся на двухтактные и четырехтактные.
Советские велодвигатели работают по двухтактному циклу, т. е всасывание и сжатие горючей смеси, рабочий ход и выпуск отработанных газов совершаются за два хода поршня.
Двухтактный бензиновый одноцилиндровый двигатель (рис. 53) состоит из цилиндра 3, внутри которого находится поршень 2, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. В левой части цилиндра, называемой камерой сжатия, находится запальная свеча /; правая часть цилиндра герметически соединена с картером 6. В картере находится коленчатый вал 5 (на нашей схеме изображен перпендикулярно к плоскости чертежа и поэтому видно только его сечение), преобра-
Рис. 53. Схематический разрез и принцип работы двухтактного одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания: |
I — запальная свеча; 2 — поршень; 3 — гильза цилиндра: 4 — шатун; 5—коленчатый вал; 6 картер; 7~ впускное окно; 8 — камера сжатия; 9 ~ продувочное окно; 10 — выпускное окно.
зующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное. Кроме того, в цилиндре имеются гри отверстия, или окна: впускное 7, продувочное 9 и выпускное 10.
Работа двигателя происходит в следующем порядке. При движении поршня влево в передней части цилиндра происходит сжатие горючей смеси и одновременно разрежение в картере. При дальнейшем движении влево (рис. 53, а) поршень открывает впускное окно 7, и в него из карбюратора засасывается (за счет пониженного давления в картере) горючая смесь. При подходе поршня к крайнему левому своему положению происходит воспламенение сжатой (в камере сжатия) горючей смеси от проскакивающей между электродами свечи искры (рис. 53,6).
При сгорании смеси происходит большое выделение тепла, раскаленные газы, стремящиеся увеличить свой объем, давят на головку поршня и заставляют поршень двигаться вправо. Эта чаёть цикла носит название рабочего хода.
Поршень, двигаясь вправо, открывает выпускное окно 10, через которое начинают выходить отработанные газы, и одновременно сжимает горючую смесь, находящуюся в картере (рис. 53, в). Вслед за выпускным окном открывается продувочное 9, через которое устремляется из картера в камеру сжатия горючая смесь и вытесняет остатки отработанных газов (рис. 53,г). Поршень, дойдя до крайнего правого положения, за счет инерции системы начнет двигаться обратно и перекроет продувочное и выпускное окна, затем откроет впускное окно, и весь цикл повторится.
Расположение, количество окон в цилиндре и способ его продувки конструктивно варьируются в различных моделях двигателей.
Карбюратор. Существенной частью двигателя является карбюратор, преобразующий жидкое топливо в газообразное. На велодвигателях применяются карбюраторы поплавкового типа.
В принципе поплавковый карбюратор состоит из двух камер — поплавковой и смесительной — и воздушного фильтра, через который в карбюратор поступает воздух, очищенный от пыли. Поплавковая камера представляет собой закрытый сосуд, в который по бензопроводу поступает жидкое топливо. Внутри сосуда находится поплавок, несущий на себе запорную иглу. При наполнении камеры поплавок поднимается вместе с уровнем жидкости и при определенном уровне запирает иглой отверстие бензопровода, прекращая дальнейшую подачу топлива. В поплавковой камере имеются два отверстия: одно в крышке, сообщающееся с наружным воздухом для поддержания в камере атмосферного давления, а через второе топливо по трубке вытекает из поплавковой камеры в смесительную. Конец трубки, имеющий узкое калиброванное отверстие, носит название жиклера. Назначение поплавковой камеры—поддерживать постоянный уровень и напор топлива, подводимого к жиклеру.
Жиклер, служащий для пропуска строго определенного количества топлива в смесительную камеру, помещается в диффузоре — трубке, имеющей сужение в средней части и плавно расширяющейся в оба конца. За диффузором расположен дроссель, который может изменять величину сечения канала смесительной камеры. Один конец камеры через воздухоочистительный фильтр соединен с наружным воздухом, а другой — с впускным окном цилиндра двигателя. Во время понижения давления в картере и при открытом впускном окне в смесительной камере создается ток воздуха. Наибольшую скорость воздушный поток имеет при прохождении диффузора, так как давление здесь особенно сильно понижено. Вследствие разности давлений в поплавковой камере (атмосферное) и в диффузоре (меньше атмосферного) топливо поднимается в канале жиклера и вытекает из него тонкой струей. Воздушный поток разбивает эту струю на отдельные капли, которые, дробясь в нем, интенсивно испаряются, перемешиваются с воздухом и образуют горючую смесь.
Карбюратор, работающий по описанной схеме, может давать горючую смесь нужного состава только при условии работы двигателя на неизменном режиме. Для велодвигателя, изменяющего обороты в широком диапазоне, приходится несколько усложнять конструкцию карбюратора, хотя принципиально она остается такой же.
Зажигание. Горючая смесь в цилиндре двигателя воспламеняется от электрической искры. Для создания электрического тока в велодвигателях применяется генератор переменного тока—магнето. Последний отличается от обычного генератора наличием дополнительной высоковольтной обмотки. Один конец обмотки низкого напряжения подключен к контакту прерывателя, а второй конец замыкается на массу (корпус двигателя) так же, как и второй контакт прерывателя.
При вращении ротора генератора в низковольтной обмотке индуцируется электродвижущая сила, и при замкнутых контактах прерывателя электрический ток течет по замкнутому кругу: обмотка генератора — контакты прерывателя — масса двигателя — обмотка генератора. Изменение электродвижущей силы переменного тока происходит по синусоиде, и в момент ее максимального значения прерыватель размыкается кулачком, соединенным с механической системой двигателя.
Концы высоковольтной обмотки магнето включены в одну цепь с запальной свечой, имеющей искровой промежуток. При вращении ротора магнето переменный ток в низковольтной обмотке индуцирует электродвижущую силу в высоковольтной обмотке, которая в момент размыкания контактов прерывателя достигает максимума (порядка 7000—8000 в). Этого напряжения достаточно для того, чтобы преодолеть зазор в свече. Поэтому в момент разрыва низковольтной цепи, осуществляемого прерывателем, в запальной свече, включенной в цепь высокого напряжения, проскакивает искра и воспламеняет горючую смесь в цилиндре двигателя. Момент проскакивания искры должен совпадать с концом такта сжатия, о чем говорилось при описании работы двигателя.
Запальная свеча представляет собой металлический корпус, в котором находятся электроды. Центральный электрод изолирован от корпуса и другого электрода керамическим жароупорным изолятором. Нижняя часть свечи имеет нарезку для ввертывания в головку цилиндра. В верхней части свечи выведен центральный электрод, оканчивающийся винтовой нарезкой для подключения провода высокого напряжения от магнето. Второй электрод через корпус свечи замыкается на массу, как и второй контакт высокого напряжения магнето. Между концами электродов в нижней части свечи имеется зазор, через который проскакивает искра, вызывающая воспламенение горючей смеси.
Герметичность соединения свечи с головкой цилиндра обеспечивается особой кольцевой прокладкой, под — кладываемой под свечу.