Рис. 1. Схема двигателя внутреннего сгорания с основными определениями по рабочему циклу:
1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — поршневой палец; 4 — шатун; 5 — нижняя головка шатуна; 6 — коленчатый вал; 7 — маховик; 8 — картер

Таким образом, тепловая энергия, образующаяся при сгорании топлива, превращается в механическую энергию вращающегося вала двигателя.

Периодически повторяющийся в определенной последовательности процесс, происходящий в цилиндре и вызывающий превращение тепловой энергии в механическую работу, называется рабочим циклом двигателя.

Схема двигателя внутреннего сгорания приведена на рис. 5. В цилиндре находится поршень, связанный через поршневой палец с верхней головкой шатуна. Нижняя головка шатуна соединена с кривошипом коленчатого вала, который, в свою очередь, связан с маховиком. Коленчатый вал установлен в картере на подшипниках.

Крайние положения движущегося в цилиндре поршня назы-аются мертвыми точками.

ва Положение, при котором поршень максимально удален от оси оленчатого вала,— верхняя мертвая точка (ВМТ). К Нижняя мертвая точка (НМТ) — это положение поршня, когда он „аходится на минимальном расстоянии от оси коленчатого вала.

Расстояние между верхней и нижней мертвыми точками называется ходом поршня.

Пространство над поршнем при положении его в верхней мертвой точке называется объемом камеры сгорания.

Рис. 2. Схема рабочего процесса четырехтактного двигателя:
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г – такт выпуска

Пространство в цилиндре, освобождаемое при перемещении поршня из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку, называется рабочим объемом цилиндра.

Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра называется полным объемом цилиндра.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия.

По принципу работы мотоциклетные двигатели делятся на двухтактные и четырехтактные. Двигатель, в котором рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, что соответствует двум оборотам коленчатого вала, называется четырехтактным, а двигатель, в котором рабочий цикл совершается за два хода поршня, т. е, за один оборот коленчатого вала,— двухтактным.

Четырехтактные двигатели установлены на тяжелых мотоциклах киевского и ирбитского заводов.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя начинается с такта впуска (а), затем следуют такты сжатия (б), расширения (в) (рабочий ход) и выпуска (г).

За время такта впуска цилиндр заполняется горючей смесью. Кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборо-та, а связанный с ним шатун перемещает поршень от верхней мертвой точки к нижней. В это время впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. По мере перемещения поршня увеличивается объем над поршнем, создается разрежение, и в цилиндр всасывается горючая смесь. После заполнения цилиндра горючей смесью впускной клапан закрывается.

Во время такта сжатия кривошип коленчатого вала совершает пол-оборота, заставляя поршень перемещаться от нижней мертвой точки к верхней. Оба клапана остаются закрытыми. При этом рабочая смесь сжимается и нагревается, распыленные частицы горючего испаряются, создаются благоприятные условия для сгорания рабочей смеси. В конце этого такта электрическая искра воспламеняет рабочую смесь. Во время такта расширения (рабочий ход) рабочая смесь сгорает. При этом выделяется большое количество тепла, давление образующихся в цилиндре газов резко возрастает. Под давлением газов поршень, перемещаясь от верхней мертвой точки к нижней, при помощи шатуна вращает коленчатый вал двигателя. Кривошип коленчатого вала совершает пол-оборота. Оба клапана при этом закрыты. По мере перемещения поршня объем над ним увеличивается, в результате чего давление и температура газов в цилиндре падают.

Во время такта выпуска цилиндр очищается от продуктов сгорания. Коленчатый вал под воздействием накопившего энергию маховика совершает следующие пол-оборота, а поршень перемещается от нижней мертвой точки к верхней. В это время впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. По мере перемещения поршня отработавшие газы выталкиваются из цилиндра.

Рабочий цикл заканчивается и в той же последовательности начинается новый.

Таким образом, в рабочем цикле четырехтактного двигателя только один такт — такт расширения — является рабочим, остальные три такта вспомогательные и требуют затраты энергии. Эту энергию накапливает и расходует маховик.

Чтобы обеспечить более равномерную работу двигателя, его делают двухцилиндровым (иногда и с большим числом цилиндров), Сдвигая такты в цилиндрах один относительно другого.

Несколько иначе протекает рабочий процесс в двухтактном двигателе (рис. 7). Он происходит за один оборот коленчатого вала.

В отличие от четырехтактного двигателя, имеющего клапанную систему газораспределения, двухтактный двигатель такой системы не имеет.

Здесь цилиндр, картер и поршень имеют усложненную конструкцию. В теле цилиндра отлиты каналы (окна), кривошипная камера при закрытых окнах должна быть герметичной.

Рассмотрим, как работает такой двигатель. Горючая смесь из карбюратора поступает сначала в кривошипную камеру — прост-анство картера, где размещены коленчатый вал, шатун, вплоть до внутренней стенки поршня. Кривошипная камера является своего рода продувочным насосом. Во время движения поршня вверх под ним (в картере) образуется разрежение. Когда нижняя кромка поршня открывает впускное окно, из карбюратора поступает горючая смесь. При этом перепускное (продувочное) и выпускное окна закрыты. Затем поршень начинает опускаться и, закрыв впускное окно, сжимает горючую смесь в картере. Это происходит до тех пор, пока верхний срез поршня не откроет продувочное окно. Тогда горючая смесь, поступая по продувочным (перепускным) каналам в надпоршневое пространство, заполняет цилиндр. Поступление горючей смеси в цилиндр продолжается до тех пор, пока при ходе поршня вверх не закроются верхние продувочные окна. Однако в это время остается открытым еще выпускное, более высокое окно — через него интенсивно удаляются продукты сгорания, вытесняемые свежей смесью: идет продувка цилиндра. Затем закрывается и выпускное окно и поступившая в цилиндр рабочая смесь сжимается и воспламеняется от искры. Дальше происходит такт расширения. Поршень движется вниз под давлением газов, которые образуются при сгорании рабочей смеси. При движении поршня вниз открывается выпускное окно, начинается выпуск отработавших газов.

Рис. 3. Рабочий цикл двухтактного двигателя:
а — сжатие; б — рабочий ход; в — выпуск; г — продувка; 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — впускное окно; 4 — выпускной патрубок; 5 — свеча зажигания; 6 — цилиндр; 7 — поршень; 8 — продувочный канал; 9 — картер

Вслед за выпускным окном открываются продувочные окна, горючая смесь из картера вновь наполняет цилиндр. Поступление ее в цилиндр способствует лучшей очистке цилиндра от отработавших газов, происходит снова «продувка», т. е. цилиндр одновременно с наполнением свежей горючей смесью освобождается от отработавших газов. Очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его горючей смесью происходят одновременно.

Такой процесс перепуска горючей смеси из картера в цилиндр при одновременном выпуске продуктов сгорания может производиться посредством различного типа продувок. По расположению продувочных окон и каналов различают три типа продувок – поперечные, крестообразные, возвратно-петлевые.

Поперечная продувка — это такая продувка, когда выпускные и впускные окна расположены диаметрально противоположно.

Возвратно-петлевая двухканальная продувка — это такая продувка, когда продувочные и выпускные окна расположены рядом ра одной стороне цилиндра. Поступающая с большой скоростью смесь, отражаясь возвратным потоком, удаляет остатки отработавших газов из цилиндра. Поперечная продувка осуществляется через перепускное и выпускное окна (каналы), расположенные на диаметрально противоположных сторонах цилиндра, крестообразная —по двум и четырем, возвратно-петлевая продувка — по двум, трем и четырем каналам.

Рис. 4. Схемы продувок двухтактных двигателей:
а — поперечная; б — крестообразная; б — возвратно-петлевая; 1 — продувочные окна; 2 — выпускные окна; 3 — впускное окно; 4 — путь горючей смеси из карбюратора в кривошипную камеру; 5 — превышение выпускного окна над продувочным; 6 — путь смеси при продувке из кривошипной камеры в цилиндр и частично в атмосферу

На отечественных мотоциклах устанавливаются двухтактные двигатели с кривошипно-камерной двухканальной и четырехканальной возвратно-петлевой продувкой.