1. Цилиндры

Цилиндр мотоциклетного двигателя служит для направления движения поршня.

Цилиндр представляет собой отливку. Его внутренняя шлифованная поверхность называется зеркалом. Цилиндр обычно имеет фланец, с помощью которого он прикрепляется к картеру двигателя. Под фланцем выполнен направляющий поясок, которым цилиндр устанавливается в отверстие картера. У двигателей воздушного охлаждения на внешней поверхности цилиндра расположены ребра, увеличивающие поверхность охлаждения. У двигателей жидкостного охлаждения цилиндр окружен рубашкой, служащей для протекания жидкости, охлаждающей горячие стенки цилиндров. Сверху цилиндр закрыт головкой, в которой расположена камера сгорания. Головка также снабжена или ребрами, увеличивающими поверхность охлаждения головки, или рубашкой для охлаждающей жидкости.

В процессе работы двигателя цилиндр подвергается большим силовым нагрузкам в результате резко изменяющегося давления газов. При сгорании рабочей смеси газы давят на головку цилиндра, стремясь таким образом оторвать его от картера. Кроме того, поршень при своем перемещении в цилиндре опирается на его зеркало, что вызывает боковую нагрузку на цилиндр и износ его внутренней поверхности.

Цилиндр двигателя подвергается также значительным температурным нагрузкам, так как внутренние стенки его соприкасаются с горячими газами. Больше всего температурным нагрузкам подвергается головка цилиндра, в которой происходит сгорание рабочей смеси и которая больший период времени омывается горячими газами. Стенки цилиндра подвержены температурным нагрузкам в меньшей степени, так как горячие газы могут соприкасаться с ними лишь по мере перемещения поршня к нижней мертвой точке в процессе рабочего хода. Кроме того, при перемещении поршня на такте выпуска от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке поверхность соприкосновения горячих газов с зеркалом цилиндра постепенно уменьшается. Таким образом, на цилиндр двигателя действуют механическая и тепловая нагрузки. Поэтому цилиндры должны обладать достаточной прочностью. Они выполняются из чугуна, или чугунная гильза цилиндра имеет алюминиевое оребрение (рис. 16).

Рис. 16. Цилиндр с алюминиевым оребрением.

Цилиндры могут быть выполнены или отдельно, тогда каждый цилиндр крепится к картеру двигателя индивидуально, независимо один от другого, или в одном блоке.

Отдельное выполнение каждого цилиндра имеет то преимущество, что при повреждении одного из цилиндров он может быть легко заменен. Кроме того, отливка отдельных цилиндров более проста в производстве.

Блочное расположение применяется в том случае, когда необходимо при линейном расположении цилиндров установить их возможно ближе один к другому. Достоинство блочного расположения цилиндров по сравнению с отдельно выполненными заключается в большой их жесткости при меньшем весе. Недостатком такого расположения является большая сложность изготовления цилиндров и необходимость замены всего блока при повреждении одного из цилиндров.

Наиболее просты в изготовлении цилиндры, у которых клапаны расположены в головке (рис. 17).

Рис. 17. Цилиндр четырехтактного двигателя с верхним расположением клапанов.

В этом случае цилиндр имеет ребра, поверхность которых увеличивается к головке, фланец для крепления цилиндра к картеру и направляющий поясок. Ребра цилиндра размещены симметрично и только для размещения штоков системы распределения в ребрах сделаны вырезы. В верхней плоскости цилиндра иногда имеется выступающий поясок для посадки уплотняющей прокладки головки цилиндра и отверстия для ввертывания болтов, крепящих головку.

На рис. 18 изображен цилиндр четырехтактного двигателя мотоцикла М-72.

Рис. 18. Цилиндр двигателя мотоцикла М-72: 1 — фланец цилиндра; 2 — впускной патрубок цилиндра; 3 — гнездо клапана; 4 — выпускной патрубок цилиндра.

Гнезда клапанов 3 и патрубки 2 и 4 отлиты вместе с цилиндрами. Вместе с фланцем 1 цилиндра выполнена верхняя часть клапанной коробки, в которой расположены пружины клапанов. Во фланцах цилиндров сделано шесть отверстий для шпилек, соединяющих цилиндры с картером двигателя. На фланце левого цилиндра у направляющего пояска имеется кольцевая выточка, по которой масло из масленой магистрали поступает для смазки верхней части зеркала цилиндра. Кольцевая выточка сообщается с зеркалом цилиндра через три косых сверления в верхней части выточки.

На рис. 19 показан цилиндр двухтактного двигателя мотоцикла К1Б.

Рис. 19. Цилиндр двухтактного двигателя (разрез).

Его выполнение усложнено наличием впускных и выпускных окон и продувочных каналов. В нижней части зеркала цилиндра имеется фаска, облегчающая ввод поршня с кольцами, и выемка для шатуна.

Крепление цилиндров к картеру двигателя осуществляется, как правило, двумя способами:

1) фланец цилиндра крепится шпильками, ввернутыми в картер Двигателя;

2) цилиндры двигателя крепятся силовыми шпильками, проходящими через головку цилиндра.

Крепление цилиндров двигателя мотоцикла М-72 осуществляется шпильками. На боковых стенках картера двигателя расположены плоскости крепления цилиндров. На каждой плоскости в тело картера ввернуты шесть шпилек. Перед установкой цилиндра на плоскость устанавливается уплотнительная прокладка. Затем на шпильки надевается фланец цилиндра и закрепляется гайками. Достоинством этого способа крепления является простота изготовления крепежных деталей и легкость монтажа цилиндра. Головка цилиндра привертывается непосредственно к цилиндру восемью болтами. Недостаток такого крепления цилиндра заключается в том, что в процессе сжатия и особенно сгорания рабочей смеси газы, действуя на головку цилиндра, а через нее и на цилиндр, стремятся оторвать его от картера. Таким образом, во время работы двигателя цилиндры подвергаются большим переменным нагрузкам.

В плоскость алюминиевого картера двигателя мотоцикла M1А ввернуты четыре силовые шпильки, верхняя часть которых имеет резьбу. В эти шпильки свободно входят отверстия ребер цилиндра двигателя, уплотнительной прокладки и головки цилиндра. После этого на силовые шпильки навертываются гайки. В этом случае цилиндр оказывается зажатым между головкой цилиндра и картером двигателя и сам непосредственно к картеру не присоединяется. Достоинство этого способа крепления заключается в том, что головка цилиндров связана непосредственно с картером и поэтому цилиндры двигателя разгружены от осевых усилий, возникающих от действия давления газов на головку цилиндра. Недостатком этого способа крепления является некоторое усложнение в производстве деталей крепления.

Головки цилиндров мотоциклетных двигателей изготовляются обычно из алюминия и только в редких случаях из чугуна. Алюминиевые головки имеют то преимущество перед чугунными, что, обладая меньшим весом, они лучше отводят тепло, не коробятся и не растрескиваются при неравномерном нагреве их во время работы двигателя.

Головки цилиндров воздушного охлаждения имеют развитое оребрение, так как в процессе работы двигателя через стенки головок отводится максимальное количество тепла. Головки выполняются для каждого цилиндра отдельно или для двух цилиндров вместе.

В головке цилиндров имеется камера сжатия. Она должна обеспечивать хорошее наполнение цилиндра двигателя рабочей смесью, хорошее распространение пламени, без детонационного сгорания, и минимальные потери тепла.

В основном все камеры сжатия мотоциклетных двигателей можно разделить на три группы: полусферические, шатровые и вихревые.

На рис. 20 показана полусферическая камера сжатия двухтактного двигателя мотоцикла М1А.

Рис. 20. Головка цилиндра двигателя мотоцикла М1А с полусферической камерой сжатия: 1 — головка цилиндра; 2 — камера сжатия.

Полусферическая камера является наилучшей по своей форме, так как она обладает меньшей поверхностью отвода тепла к ребрам. Кроме того, в полусферической камере путь распространения пламени наиболее короткий.

У четырехтактных двигателей полусферические камеры обеспечивают хорошее наполнение цилиндров двигателя горючей смесью, так как горючая смесь поступает из карбюратора в цилиндр по наиболее прямому пути. Но полусферическая камера четырехтактных двигателей имеет более сложное устройство вследствие того, что в ней, кроме свечи, должны быть расположены клапаны.

Это в свою очередь усложняет привод к клапанам, тем более, что при полусферической камере клапаны расположены относительно друг друга под некоторым углом.

Шатровые камеры сжатия (рис. 21) по своей форме очень близки к полусферическим.

Рис. 21. Цилиндр с шатровой камерой сжатия.

Достоинство шатровых камер заключается в том, что в них обеспечивается удобное расположение клапанов максимального диаметра.

Полусферические и шатровые камеры имеют наибольшее распространение на современных мотоциклах, незначительная сложность их производства окупается высокой мощностью двигателей в результате хорошего наполнения цилиндров и хорошего использования тепла в камере сжатия.

Для четырехтактных двигателей дорожных и тяжелых мотоциклов применяется вихревая камера сжатия (рис. 22).

Рис. 22. Цилиндр с вихревой камерой сжатия.

Она расположена в стороне от цилиндра, над клапанами. Гнезда и направляющие втулки клапанов выполнены в теле цилиндра сбоку. При таком расположении клапанов горючая смесь, поступающая из карбюратора через клапан в камеру сжатия снизу вверх, после входа туда резко меняет свое направление и идет из камеры сжатия в цилиндр уже сверху вниз. При такой форме камеры увеличивается сопротивление горючей смеси на входе в цилиндр двигателя и, следовательно, уменьшается наполнение цилиндра. Достоинство этой камеры заключается в том, что пути распространения пламени удлиняются, сгорание рабочей смеси несколько замедляется и двигатель работает более мягко. Кроме того, при небольшом зазоре (2–3 мм) между днищем поршня и стенкой камеры сжатия обеспечивается охлаждение тонкого слоя рабочей смеси, находящейся в этом зазоре и наиболее удаленной от свечи. Это уменьшает способность рабочей смеси к детонационному сгоранию, так как охлажденная в зазоре рабочая смесь к моменту сгорания не успевает образовать с кислородом воздуха нестойкие соединения, сгорающие со взрывной скоростью.

Для уплотнения между головкой и плоскостью цилиндра устанавливаются прокладки, которые препятствуют сообщению с атмосферой в стыке плоскостей головки и цилиндра. Форма этих прокладок зависит от формы плоскости соприкосновения головки и цилиндра. Для изготовления прокладок применяются различные материалы. В частности, на двигателе мотоцикла М-72 прокладка выполнена из мелкой латунной сетки, в которую вплетены волокна асбеста. Перед установкой прокладка покрывается порошком графита, чтобы волокна асбеста не прилипали к плоскости головки и цилиндра. В настоящее время на двигателе мотоцикла М-72 применяется прокладка из алюминия. На некоторых мотоциклетных двигателях применяется прокладка из красной меди. Для увеличения упругости и лучшего уплотнения зазора на прокладке выштампованы канавки.