По старой-доброй традиции нашего сайта — изучение устройства двигателя мы с вами будем проводить на реальном примере. С поиском жертвы для примера особо мучится мы не будем, а возьмем самый обычный четырехтактный двигатель китайского производства — распилим его и заодно изучим его внутреннее содержимое.
Тем более, что двигатели современных скутеров, имеют очень схожее устройство и единую компоновочную схему, поэтому двигатель, который мы сегодня с вами будем рассматривать по своей конструкции и устройству практически ни чем не будет отличаться от своих собратьев из Японии или Европы. За исключением незначительных мелочей.
В данном двигателе есть несколько важных или не очень узлов механизмов и систем без которых невозможна его полноценная работа. Каждый узел механизм или система, по ходу статьи мы с вами будем рассматривать более детально.
Система питания
Система питания данного двигателя состоит из двух основных элементов: карбюратора и воздухоочистителя, также в систему питания входят дополнительные элементы в виде патрубков, коллекторов, топливных кранов и трубок.
Расположение элементов системы питания на других моделях двигателей может существенно отличатся, а некоторые элементы могут и вовсе отсутствовать, например — карбюратор. На современных двигателях его уже и не ставят в виду несовершенства конструкции.
Принцип работы системы питания
Под действием разряжения — создаваемым поршнем в камере сгорания — атмосферный воздух сначала устремляется в впускное отверстие воздухоочистителя где он подвергается очистке от пыли и далее — уже очищенный воздух через соединительный патрубок поступает в карбюратор.
В карбюраторе воздух насыщается парами бензина до необходимой пропорции и потом в виде горючей смеси по впускному коллектору — через открытый впускной клапан — поступает прямиком в камеру сгорания где происходит процесс горения.
Система охлаждения
Система охлаждения установленная на этом двигателе — относиться к системам охлаждения воздушно-принудительного типа. Данные виды систем охлаждения очень просты, дешевы в производстве, надежны не требуют обслуживания и практически никогда не ломаются, но малоэффективны.
Устройство системы охлаждения
Система охлаждения, в нашем случае воздушно-принудительного типа — устроена не просто, а очень просто, можно даже сказать, что до безобразия просто… В основе ее конструкции находиться самый обычный вентилятор центробежного типа, или если говорить правильно: крыльчатка вентилятора, которая прикручена болтами к жестко связанному с коленчатым валом ротору генератора.
После запуска двигателя — крыльчатка вентилятора начинает вращаться — создавая поток воздуха, который для повышения эффективности работы системы охлаждения с помощью специальных кожухов движется в нужном направлении для обдува наиболее нагреваемых деталей двигателя: головки блока цилиндров и самого цилиндра.
Крыльчатка вентилятора спрятана за кожухом охлаждения, расположенным с правой стороны двигателя.
Кожухи охлаждения по которым нагнетаемый вентилятором воздух движется вдоль охлаждаемых деталей двигателя — равномерно обдувая и далее — через специальные каналы в кожухах охлаждения — горячий воздух отводится наружу.
Наиболее нагреваемые детали двигателя: головка блока цилиндров и цилиндр — имеют развитое оребрение, что позволяет увеличить в несколько раз площадь охлаждения и тем самым улучшить эффективность работы системы охлаждения.
Генератор
Генератор устанавливаемый на данном двигателе относиться к генераторам маховичного типа, переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Генератор состоит из двух основных элементов: ротора и статора, также для обеспечения своевременного формирования искры на свече зажигания в генератор внедрен дополнительный модуль в виде магнитоиндукционного датчика.
Добраться до статора генератора можно будет только после снятия крыльчатки вентилятора и ротора с цапфы коленчатого вала.
Система смазки
Система смазки установленная на данном двигателе относиться к системам смазки комбинированного типа: часть деталей смазывается под давлением, а другая часть разбрызгиванием или посредством «масляного тумана», который образуется во время работы двигателя.
Система смазки является одной из самых важных систем двигателя — без которой невозможна его работа. Любые неисправности в данной системе заканчиваются для двигателя либо разрушением деталей либо полным «клином» двигателя, а чаще всего и тем и другим.
Также стоит учитывать, что система смазки является дополнительным элементом системы охлаждения двигателя.
Система смазки состоит из двух основных деталей: масляного насоса и его привода. На данном двигателе привод масляного насоса осуществляется шестерней непосредственно от коленчатого вала двигателя. На других моделях двигателей привод масляного насоса может быть осуществлен посредством цепи.
Также, для обеспечения полноценной работы системы смазки в ее конструкции существует несколько дополнительных модулей: обратные клапана, фильтры, маслопроводы, радиаторы, щупы, датчики давления и прочие устройства.
Основные элементы системы смазки
Масляный насос в снятом виде
Работа системы смазки
Во время работы масляного насоса — моторное масло находящееся внутри картера двигателя под действием разряжения — создаваемым масляным насосом начинает увлекаться в приемное отверстие масляного фильтра и далее через масляный канал поступает в приемное отверстие корпуса масляного насоса.
В корпусе масляного насоса — моторному маслу сообщается давление под действием которого оно через масляный канал устремляется в основную масляную магистраль.
Основная магистраль в свою очередь разделяется на два отдельных канала, по одному из которых — моторное масло под действием давления через канал в цилиндре поступает к головке блока цилиндров — смазывая и охлаждая детали газораспределительного механизма, а по второму каналу — моторное масло поступает в специальную полость расположенную на щеке коленчатого вала.
Масляные каналы системы смазки деталей головки блока цилиндров
Все остальные детали двигателя смазываются посредством разбрызгивания масла либо масляным туманом.
Кривошипно-шатунный механизм
Кривошипно-шатунный механизм состоит из двух основных деталей — поршня и коленчатого вала. Поршень воспринимает на себя энергию расширяющихся газов в камере сгорания головки блока цилиндров — совершая возвратно-поступательные движения, а коленчатый вал через жестко связанный с поршнем шатун посредством поршневого пальца — преобразует возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Основные детали кривошипно-шатунного механизма
Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм установленный на этом двигателе имеет тип: ОНС и состоит из нескольких деталей: впускного и выпускного клапана, распределительного вала, коромысел, приводной цепи, натяжителя приводной цепи, направляющих приводной цепи и других деталей.
Газораспределительный механизм осуществляет своевременную подачу рабочей смеси в камеру сгорания и отвод из нее отработавших газов.
Работа газораспределительного механизма
Во время работы двигателя — распределительный вал приводимый во вращение цепью от коленчатого вала с помощью кулачков расположенных на его поверхности поочередно открывает впускной и выпускной клапан.
Для предотвращения соскакивания цепи газораспределительного механизма с звездочек — цепь находиться в постоянном натяжении с помощью специального натяжителя цепи, и ограничена от смещения с оси двумя направляющими: верхней и нижней.
Кулачок расположенный на рабочей поверхности распределительного вала в определенный момент — подходит к опоре коромысла и далее под действием кулачка — коромысло проворачивается на своей оси и второй опорой воздействует на стержень клапана.
Положение распределительного вала когда клапан закрыт
Положение распределительного вала когда клапан открыт
Детали привода газораспределительного механизма
Механизм электрического запуска двигателя
Механизм электрического запуска состоит из двух основных деталей: электрического стартера и механизма взаимодействия стартера с двигателем скутера, в нашем случае роль механизма взаимодействия — выполняет бендикс, на других моделях скутеров вместо бндикса может устанавливаться обгонная муфта стартера.
Каждый из этих механизмов взаимодействия имеет ряд достоинств и ряд недостатков, но в любом случае — обгонная муфта стартера, по своим эксплуатационным свойствам предпочтительнее бендикса.
Работа механизма электрозапуска
После нажатия кнопки «Start» — выходной вал электростартера начинает интенсивно вращать первичную шестерню бендикса. По достижении определенных оборотов — первичной шестерни — механизм внутри бендикса срабатывает — вторичная шестерня входит в зацепление с зубьями наружного шкива вариатора — между стартером и двигателем образуется прямая связь, двигатель начинает вращаться и происходит его запуск.
После запуска — вторичная шестерня бендикса, в автоматическом режиме выходит из зацепления и связь стартера с двигателем разрывается.
Трансмиссия двигателя
Трансмиссия, установленная на этом двигателе относится к автоматическим типам трансмиссий — полностью освобождающая водителя от необходимости включать-выключать передачи, либо управлять работой сцепления или производить какие-либо другие действия.
Функцию передачи крутящего момента от двигателя на задний редуктор и затем на заднее колесо скутера — осуществляет автоматический вариатор механического типа — находящийся в жесткой связке с автоматическим центробежным сцеплением.
Передача крутящего момента в вариаторных типах трансмиссий скутеров осуществляется с помощью клинового ремня.
Основные детали трансмиссии
Работа трансмиссии скутера
После запуска двигателя, передний шкив вариатора жестко связанный с коленчатым валом, начинает вращаться — передавая определенную часть своего вращения с помощью ремня, второму шкиву вариатора.
В зависимости от оборотов двигателя и настройки вариатора — количество оборотов передаваемое на задний шкив вариатора может быть разным.
Автоматическое сцепление, которое находиться в жесткой связке с задним шкивом вариатора, по достижении определенных оборотов заднего шкива вариатора — срабатывает, между двигателем и задним колесом скутера образуется прямая связь, за счет чего происходит трогание и дальнейшее движение скутера.
После дальнейшего увеличения оборотов двигателя — вариатор в зависимости от скорости движения скутера и оборотов двигателя в полностью автоматическом режиме изменяет передаточное число трансмиссии до оптимального значения.
Пoршень четырёхтактного двигателя поднимается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с б́ольшей степенью сжатия требуется топливо с б́ольшим октановым числом, которое дороже.
Незадолго до окончания такта сжатия горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. Во время следования поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда пoршень будет находиться в ВМТ. Тогда использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Скороть горения топлива практически не меняется, то есть занимает фиксированное время, следовательно чтобы достичь максимальной производительности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания пропорционально уровню оборотов коленвала. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла используется электронное опережение зажигания.
После НМТ такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и четырёхтактный цикл начинается сначала.
Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндра/-ов горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндра/-ов четырёхтактного двигателя от отработанных газов.
Четырехтактный двигатель скутера:
Для ещё большей наглядности посмотри видеоролик, наглядно показывающий работу четырёхтактного двигателя. На этом видео демонстрируется автомобильный четырёхцилиндровый шестнадцатиклапанный (то есть, в каждом цилиндре по два впускных и выпускных клапана, для лучшей продувки) двигатель, однако сути это не меняет.
Пятидесяти кубовый двигатель скутера. Четырех или двухтактный?
Всего лишь несколько лет назад на подавляющее большинство скутеров и мопедов с объемом двигателя до 50сс устанавливали исключительно двухтактный двигатель скутера. Сейчас же ситуация кардинально изменилась. Найти новый двухтактный скутер становиться все сложнее и сложнее. Причем если китайские производители все же еще выпускают такие скутера, то японцы и европейцы отныне производят исключительно четырехтактники. Хотя на довольно обширном вторичном рынке, найти двухтактный скутер из страны восходящего солнца пока еще не проблема.
Четырехтактный двигатель скутера
Как можно понять из названия, рабочий цикл четырехтактного двигателя делиться на четыре такта:
Двухтактный двигатель скутера
Двухтактный двигатель скутера обладает гораздо более простым строением. В отличии от четырехтактного в нем отсутствует такт впуска и такт выпуска. Есть лишь такт сжатия и такт рабочего хода. А вместо клапанов установлены впускной и выпускной коллектор. Правда, впускной коллектор все же оснащается обратным клапаном, который не дает топливной смеси выйти обратно в карбюратор во время такта сжатия. Впускной и выпускной коллекторы установлены на разных уровнях и во время работы цилиндр поочередно, то «открывает», то «закрывает» их.
Сам же рабочий процесс у двухтактного двигателя происходит следующим образом:
Поскольку во время такта сжатия часть топливной смеси неизбежно вылетит через выпускной коллектор еще до воспламенения, двигатель скутера часто оснащают глушителем, который выполняет функции резонатора. Резонатор это, по сути два направленных на встречу друг другу конуса различной длины. Он позволяет во время рабочего хода вернуть назад в цилиндр часть неотработанной топливовоздушной смеси, повысив тем самым топливную эффективность скутера.
Рассмотрим же теперь какими преимуществами обладает четырехтактный двигатель скутера над двухтактным и наоборот.
Четырехтактный двигатель скутера. Преимущества и недостатки
Основными преимуществами, которыми обладает четырехтактный двигатель скутера, и к которым постоянно апеллируют, те, кто устанавливает такой двигатель на аппараты с кубатурой до 50сс, это его экономичность и экологическая чистота.
В принципе, всё верно, четырехтактный двигатель скутера действительно потребляет меньше бензина, кроме того он не сжигает масло вместе с топливом, что также положительно сказывается как на экономии, так и на экологической чистоте. Также четырехтактный двигатель скутера меньше шумит, пыхтит, вибрирует и в целом комфортней в езде.
Но вместе с тем, он гораздо дороже стоит, больше весит, сложнее и дороже в ремонте. Кроме того удельная мощность при той же кубатуре у четырехтактника гораздо ниже, чем у его двухтактного коллеги.
Двухтактный двигатель скутера. Преимущества и недостатки
Главным преимуществом двухтактника является его простота и дешевизна. Двухтактный двигатель скутера обладает гораздо меньшим количеством деталей, имеет меньшую массу и размеры, он намного проще в ремонте. Кроме того двухтактный двигатель скутера примерно на 60-70% мощнее чем четырехтактный двигатель скутера с такой же кубатурой. Так как двухтактник совершает весь рабочий цикл за 1 оборот коленчатого вала, а не за 2 как четырехтактник.
Конечно, за это приходиться платить увеличенным расходом бензина и масла, а также меньшим комфортом при езде из-за более высокого уровня шума и вибрации.
Итоги
Резюмируя, хочу сказать, что, по моему мнению, установка четырехтактного двигателя на скутера кубатурой в 50сс это скорее новомодная тенденция вызванная порой иррациональны стремлением к экологичности и экономичности, чем объективный технический прогресс.
На самом деле четырехтактный двигатель скутера объемом в 50сс обладает настолько малой мощность, что китайские производители зачастую врут, оснащая свои аппараты двигателями в 65сс или даже 82сс, при этом выдавая их за 50сс. Естественно, что чем больше объем, тем больший расход топлива. Японские производители никогда не врут на счет кубатуры своей продукции и добиваются от 50сс четырехтактника нормальной мощности путем применения более дорогих технологи, что сказывается на цене. Учитывая, что скутера с объемом в 50сс используются в основном для поездок на малые расстояния, японский четырехтактник, вряд ли окупит свою стоимость за время эксплуатации по сравнению с китайским двухтактником.
Бытует мнение, что четырехтактный двигатель скутера более надежен, так как лучше смазывается. Но объективность этого тезиса можно поставить под сомнение, учитывая, что двухтактник обладает меньшим количеством деталей, которые могут поломаться. Кроме того, для скутеров со столь малым объемом куда важнее будет не возможность долгой работы без поломки, а возможность эту поломку оперативно устранить с помощью подручных средств. Так что и здесь двухтактный двигатель скутера обладает преимуществом.
Двухтактный двигатель скутера и мопеда — устройство и принцип работы
Этому есть ряд причин, основой из которых можно выделить стремление к уменьшению выброса вредных веществ в развитых странах, где все уже помешались на стандартах и прочих запретах. В тех же странах, а это в основном европейские государства, присутствует мода на экономию топлива, а четырехтактные двигатели, как известно, экономичнее. Ну и стремление внедрять что-то новое пробудило моду на четырехтактники по всему миру. Безусловно, это хорошо, но не на полтинниках. Мощность такого двигателя при пятидесяти кубах ничтожна, по сравнению с двухтактным. Набор скорости происходит крайне вяло, скутер не реагирует должным образом на ручку газа и все происходит с опозданием. Этим можно обьяснить, почему китайские производители, скрывая кубатуру своей четырехтактной техники, выдают их за полтинники, оснащая при этом скутеры двигателем 65сс или 82сс. Все очевидно, так они хоть как-то компенсируют ту нехватку мощности, причем абсолютно без лишних затрат. Японские производители идут иным путем, объем цилиндра у них всегда указывается правильно, а из ситуации они выходят путем применения дорогостоящих технологий, таким образом четырехтактные японские скутеры объемом 50сс имеют сносную динамику и скоростные характеристики.
Очевидно, что в данном случае использование двухтактного двигателя более рационально, экономичнее и проще.
Так как большинство скутеров, которые эксплуатируются у нас, представляют собой модели японского производителя прошлых лет, они в основном двухтактные. Для примера можно выделить всем известные скутеры Yamaha Jog, Honda Dio, Honda Lead, Suzuki Sepia, Suzuki Address.
Любой владелец такой техники должен знать, как работает его двигатель, что из себя представляет. Рассмотрим основной принцип работы двухтактного двигателя и его строение. Никакого отличия в принципе работы между моделями нет, поэтому углубляться в недра каждой модели мы не будем, отличий там практически нет.
Устройство двухтактного двигателя
Приведенная выше схема используется на скутерах Honda. Видно, что ручка газа управляет также и маслонасосом. Для подачи бензина используется бензонасос, так как бензобак обычно находится под ногами водителя, в отличие от моделей скутеров Yamaha и Suzuki. Поршень помещается внутрь цилиндра, непосредственно сверху в головке цилиндра находится свеча. Воспламеняясь смесь взрывается и толкает поршень вниз, он в свою очередь, через шатун крутит коленвал. Такие аппараты просты в ремонте и обслуживании.
Рабочий процесс двухтактного двигателя
Рассмотрим рабочий процесс двухтактного двигателя
Он состоит из двух тактов — такт сжатия и такт рабочего хода. Во время такта сжатия, смесь сжимается, создавая большое давление в камере сгорания, затем происходит воспламенение и так рабочего хода, который и является основой двигательной силы.
Теперь рассмотрим каждый процесс в деталях. На рис. 1 обозначен рабочий процесс двухтактного двигателя. Желтым цветом выделено топливо, в нашем случае уже в смеси с двухтактным маслом. Обозначены: — цилиндр (крепится к картеру, служит основой для работы двигателя); — поршень (работает внутри цилиндра, благодаря поршневым кольцам не пропускает газы в кривошипную камеру); — свеча ( в нужным момент воспламеняет топливную смесь); — выпускной коллектор (является выходом для отработанных газов и соединяет цилиндр скутера с выхлопной трубой); — впускной коллектор (соединяет карбюратор скутера с цилиндром, внутри впускного коллектора расположен обратный клапан); — обратный клапан (не позволяет выходить рабочей смеси и газам во время рабочего такта обратно во впускной коллектор, и соответственно в карбюратор); — кривошипная камера (область картера, где происходит смазка всех движущихся частей двигателя скутера топливной смесью)
Дело в том, что в таких двигателях смазка всех рабочих частей происходит непосредственно топливной смесью, поэтому в бензин добавляется масло. В скутерах для масла предусмотрен отдельный бачок, а маслонасос подает его в нужном количестве. Эта смесь, перед тем, как попасть в камеру сгорания, смазывает основные движущие части двигателя, а отдельного масла в картере, как в четырехтактном моторе, не предусмотрено. Так как масло сгорает вместе с бензином, оно должно соответствовать жестким требованиям:
— хорошо гореть — должным образом смазывать все части — после горения не оставлять нагара в камере сгорания.
Последний момент очень важен, и зачастую именно некачественное двухтактное масло может привести к образованию чрезмерного нагара в двигателе и снижению мощности.
На рисунке 2 можно наблюдать расположение поршня в «нижней мертвой точке». В этом положении клапан открыт, а давления в цилиндре нет. Затем, поршень поршень поднимается вверх и перекрывает сначала впускное окно, а затем выпускное. После перекрытия выпускного коллектора, при достижении «верхней мертвой точки», обозначенной на рисунке 2, в цилиндре создается повышенное давление в смеси горючей смеси и воздуха.
Задача свечи, именно в этот момент воспламенить эту смесь, которая взрываясь, толкает поршень вниз с очень большой силой. Стоит заметить, что когда поршень закрывает впускной коллектор, в кривошипной камере под поршнем образуется разряжение. Именно в этот момент под действием этой силы открывается лепестковый клапан, и в камеру попадает новая доза топлива.
Затем, под действием взрыва, поршень уходя вниз, открывает выпускное окно цилиндра, в это время происходит выхлоп в глушителе. Этот процесс можно наблюдать на рисунке 3. Клапан в этот момент закрывается по действием давления, которое образуется при движении поршня вниз, и при достижении впускного окна, в камеру сгорания под давлением попадает топливная смесь.
При этом происходит постоянная смазка двигателя горючей смесью бензина и масла. Как видите, двухтактный двигатель очень прост в работе, обслуживании и ремонте.
Теперь рассмотрим основные плюсы и минусы двухтактных двигателей.
Преимущества двухтактного двигателя:
— простота изготовления; — двухтактный двигатель очень прост в ремонте; — значительная дешивизна, по сравнению с четырехтактным двигателем; — меньше масса и габариты; — меньше рабочих деталей; — мощность двухтактного двигателя почти в два раза превышает четырехтактного.
Недостатки двухтактного двигателя:
— увеличенный расход топлива; — двухтактный двигатель менее тяговит, и любит высокие обороты; — выбросы вредных веществ больше, что актуально в Европе; — менее долговечен, чем четырехтактный.
Как видите, есть преимущества и недостатки, можно услышать много откликов и критики, и но факт остается фактом, и как бы ни внедряли производители мототехники четырехтактные двигатели в свои скутеры, рабочим объемом двигателя меньше 50 кубов, они идут на шаг удорожания своей продукции и, пытаясь идти в ногу со временем, лишают покупателей тех динамических показателей и возможностей, которые они получают от мощной двухтактной техники.
Все это касается лишь скутеров с мотором 50сс, для класса 100сс и выше, конечно, более рациональным вариантом будет установка тяговитого и спокойного четырехтактного двигателя. Это было ясно уже в 80-е годы, и в то время почти вся кубатура комплектовалась четырехтактниками. Современный же мир полтинников несет за собой дефорсировку, а насладиться скоростью и динамикой можно будет только в спортивных моделях, которые как прежде комплектуются двухтактными двигателями.
