Принцип действия и конструкция двигателей подвесных моторов

Рабочий цикл двухтактного ДВС

Практически все отечественные подвесные моторы снабжены двигателями, работающими по двухтактной схеме. Проследим, как совершается рабочий цикл в двухтактном двигателе.

При движении поршня вверх от НМТ (нижней мертвой точки) в картере двигателя увеличивается разрежение и через впускное окно, расположенное в средней части картера, всасывается бензовоздушная смесь — происходит впуск (рис. 1, I). Достигнув верхней мертвой точки (ВМТ), поршень направляется вниз. Смесь в картере начинает сжиматься (рис. 1, III), т. к. к этому моменту впускное окно уже перекрыто (механизм управления впуском описан ниже). Когда верхняя кромка поршня дойдет до выпускного окна, камера сгорания соединится с атмосферой (однако выпуска не произойдет, потому что воспламенения смеси еще не было). Двигаясь дальше, верхняя кромка поршня открывает продувочное окно и смесь, предварительно сжатая в картере, устремляется в камеру сгорания.

После прохождения НМТ поршень снова движется вверх. В картере под поршнем начинается процесс формирования нового заряда для продувки, а в камере сгорания смесь в это время сжимается. Поршень, двигаясь вверх, перекрывает сначала продувочные окна, а затем выпускные окна — продувка заканчивается и начинается сжатие (рис. 1, II). В момент подхода поршня к ВМТ в запальной свече возникает искра, топливо воспламеняется и возросшее давление толкает поршень вниз — происходит рабочий ход (рис. 1, IV). Выпускные окна открываются — начинается выпуск, давление в камере сгорания падает. Отработанные газы улетают через выпускное окно в атмосферу, а после открытия продувочных окон поступающая через них свежая смесь выталкивает остатки отработанных газов — происходит продувка.

Система продувки

Если процессы сжатия, сгорания и расширения в двух и четырехтактных двигателях аналогичны, то очистка цилиндра от остаточных газов и наполнение его свежей смесью у них существенно различаются. В четырехтактном двигателе основная масса остаточных газов вытесняется поршнем при его ходе к ВМТ (верхней мертвой точке). В двухтактном двигателе отработанные газы вытесняются свежей смесью, предварительно сжатой в картере, при открытых продувочных и выхлопных окнах, т. е. продувка и выпуск происходят одновременно. При больших конструктивных преимуществах такая система очистки имеет и свои минусы: свежая смесь частью смешивается с остатками продуктов сгорания, а частью вылетает в атмосферу через выпускную систему. Чтобы свести к минимуму эти нежелательные явления при наилучшей очистке цилиндра от остаточных продуктов сгорания, конструкторами двухтактных двигателей разработаны различные системы продувки цилиндра.

Таких систем несколько: контурная, в которой поток продувочной смеси движется по контуру цилиндра, прямоточная с движением смеси от одного конца цилиндра к другому и др.

В настоящее время в двухтактных двигателях подвесных лодочных моторов повсеместно применяется возвратно-петлевая схема продувки. Здесь рабочая смесь направляется из нижней части цилиндра в верхнюю, описывает петлю и выталкивает отработавшие газы. Петлевая схема продувки конструктивно проста — это и определило ее выбор для лодочных и мотоциклетных двигателей, хотя она и характеризуется наличием не продутых зон в цилиндре в большей степени, чем прямоточная и контурная.

Конструкция двигателя

Конструктивно двигатель подвесного мотора (рис. 11) состоит из неподвижных деталей — цилиндров, головок, картера и подвижных — коленвала, поршней, шатунов, маховика (рис. 12).

Цилиндры двигателей выполняются из алюминиевого сплава в виде блока («Ветерок», «Нептун», «Вихрь», «Москва») либо каждый отдельно («Салют», «Привет-22») с залитыми или запрессованными гильзами из серого чугуна. Цилиндры со стороны ВМТ закрываются головкой, отливаемой из алюминиевого сплава в одном блоке или отдельно на каждый цилиндр.

Картеры двигателей отливаются из алюминиевого сплава и конструктивно выполняются с одним или несколькими разъемами в плоскости, перпендикулярной к оси коленвала («Салют», «Вихрь», «Нептун», «Привет-22»), по оси коленвала («Москва») или туннельного типа без разъемов («Ветерок»). В средней части картера («Вихрь», «Нептун», «Привет-22») расположен впускной канал, расходящийся на верхнюю и нижнюю кривошипные камеры, впуск смеси в которые производится через золотниковые шайбы, вращающиеся вместе с коленвалом (см. рис. 9). На двигателях с клапанным впуском («Ветерок», «Москва», «Прибой») к картеру крепится клапанная перегородка с пластинчатыми клапанами, открывающимися при образовании достаточного разрежения в кривошипной камере.

Коленвалы двигателей подвесных лодочных моторов изготовляются цельными при разъемных нижних головках шатунов («Ветерок», «Прибой», «Москва») или составными при неразъемных головках («Вихрь» «Нептун», «Привет-22», «Салют»). Разборные коленвалы двухцилиндровых двигателей состоят из двух кривошипов, соединяемых между собой с помощью оси («Нептун»), торцевых шлиц («Вихрь») или цанговым соединением («Привет-22»). На верхнем клапане коленвала предусматривается конус со шпонкой для посадки маховика. Нижний конец для соединения с вертикальным валом имеет отверстие со шлицами («Ветерок», «Москва», «Прибой», «Нептун») или квадратный хвостовик («Вихрь», «Привет-22», «Салют»). Коленвалы штампуются из легированной хромоникелевой стали.

Маховики двигателей подвесных лодочных моторов помимо основного назначения — уменьшения неравномерности вращения коленвала — используются для размещения магнитной системы магнето. В обод маховика заливаются («Ветерок», «Москва») или крепятся с помощью винтов («Вихрь», «Нептун», «Привет-22») постоянные магниты с полюсными наконечниками.

Шатуны штампуются из легированной стали. Их стержни выполняются двутаврового сечения, хорошо противостоящего изгибу. Разъемная кривошипная головка шатуна имеет крышку с фиксирующим изломом, соединяющуюся с телом шатуна двумя шатунными болтами. Неразъемная конструкция головки обеспечивает более высокие жесткость и надежность кривошипно-шатунного механизма, но вызывает необходимость замены всего узла (коленвала с шатуном) при износе или повреждении одной из деталей. Шатунные подшипники в двигателях подвесных лодочных моторов выполняются роликовыми или игольчатыми со свободными иглами («Ветерок», «Салют») или с сепаратором («Нептун», «Привет-22», «Вихрь», «Москва-25»). В поршневую (верхнюю) головку шатуна запрессовывается бронзовая втулка, служащая подшипником скольжения для поршневого пальца (кроме мотора «Привет-22» с игольчатым подшипником верхней головки шатуна).

Поршни отливаются из алюминиевых сплавов. Днище поршня в зависимости от типа продувки может быть выпукло-сферической формы или со специальным козырьком (дефлектором). Уплотнение зазора между цилиндром и поршнем производится двумя — тремя поршневыми кольцами, изготовляемыми из высокопрочного мелкозернистого чугуна. Для исключения проворачивания колец и поломок из-за попадания их замков в просветы окон кольца фиксируются общим или индивидуальными для каждого кольца стопорами.

Поршневые пальцы, как правило, плавающей конструкции — вращаются не только в верхней головке шатуна, но и в бобышках поршня. От перемещений в осевом направлении палец фиксируется двумя пружинными стопорными кольцами, устанавливаемыми по его концам в канавки бобышек поршня. Изготовляются поршневые пальцы из цементируемой низкоуглеродистой стали.

В систему питания и смесеобразования двигателей подвесных лодочных моторов входят топливный бак, гибкий соединительный топливный шланг с ручной подкачивающей грушей, топливный насос, карбюратор и соединительные шланги (рис. 13). Более просто устроена система питания маломощных одноцилиндровых подвесных лодочных моторов («Салют», «Стрела») со встроенным бензобаком и поступлением топлива самотеком. Карбюраторы поплавкового типа оборудованы системами и устройствами, обеспечивающими обогащение топливной смеси при пуске двигателя, работу в эксплуатационном диапазоне нагрузок и быстрый переход от малой нагрузки к полной, стабильность качественного состава смеси при полной нагрузке и экономичность. Карбюратор мотора «Салют-М» — с центральной поплавковой камерой и цилиндрическим золотником. Карбюраторы КЗЗБ («Ветерок-8Э») и КЗЗВ («Ветерок-123») — горизонтального типа, с боковым расположением поплавковой камеры — максимально унифицированы между собой и отличаются только размерами диффузора.

Карбюратор типа К36 — поплавкового типа с горизонтально расположенной камерой — используется на моторах «Нептун-23» (К36Л) и «Москва-25», «Москва-30» (К36Н). Карбюраторы моторов семейства «Вихрь» и мотора «Привет-22» — поплавкового типа с горизонтальным расположением поплавковой камеры. Они отличаются диаметром проходного сечения главного жиклера и диффузора, мм:

«Вихрь»	«Вихрь-М»	«Вихрь-30»	«Привет-22»
Главный жиклер	1,2	1,25	1,5	1,2
Воздушный жиклер	0,52	0,52	0,52	0,52
Диффузор	25	25	26,5	25

В двигателях подвесных лодочных моторов системы питания и смазки совмещены — масло добавляется непосредственно в топливо и подается в двигатель по общей топливной системе. Смесь бензина с маслом распыливается в карбюраторе, смешивается и засасывается в картер, где масло оседает на поверхности деталей, покрывая их тонкой пленкой. Масляный туман, образующийся в картере при вращении кривошипа, смазывает шатунные и коренные шейки коленвала, подшипники верхних головок шатуна, поршневые пальцы, зеркало цилиндра.

Прочие агрегаты и системы подвесного мотора

Пусковое устройство подвесных лодочных моторов оборудуется механизмом с самоубирающимся шнуром. Можно выделить два конструктивных решения пускового устройства лодочных моторов: механизм верхнего расположения, в котором зацепление с маховиком производится посредством собачки или собачек, расположенных на шкиве-блоке («Вихрь», «Нептун», «Москва» (см. рис. 14), «Салют»), и механизм нижнего расположения, пусковая шестерня которого входит в зацепление с зубчатым ободом маховика («Ветерок» (см. рис. 15), «Привет-22», «Прибой»). В качестве аварийного на всех моторах предусмотрен запуск с помощью шнура, наматываемого на верхнюю часть маховика. Лодочные моторы «Вихрь-30» и «Москва-25АЭ» («Москва-ЗОЭ») снабжены электрозапуском. В моторе с электрозапуском «Вихрь-30» система электропитания дополнена аккумуляторной батареей 6СТ42 (6СТ45), выпрямителем для подзарядки аккумуляторной батареи и электростартером.

Система охлаждения отечественных подвесных лодочных моторов — водяная, проточная, состоящая из водозаборника, насоса и трубопроводов (рис. 16). Охлаждающая вода подается в двигатель насосом, в качестве которого используется преимущественно помпа коловратного типа. Коловратная помпа состоит из корпуса и резиновой крыльчатки, в ступицу которой залита латунная втулка («Ветерок», «Москва», «Нептун», «Вихрь»). На моторах «Привет-22» и «Салют-М» установлен водяной насос бесконтактного вихревого типа.

Подвеска мотора

Подвеска обеспечивает крепление мотора к транцу лодки, поворот относительно вертикальной оси для изменения направления движения и откидывание при задевании подводной части за препятствия (рис.4). Для удержания мотора в откинутом состоянии при длительных остановках и движении на веслах в подвеске имеется подпружиненный упор. Для установки мотора под нужным углом относительно транца в зависимости от загрузки лодки и угла наклона транца подвеска снабжена устройством, позволяющим ступенчато регулировать этот угол. У моторов с реверс-редукторами имеются устройства, исключающие откидывание мотора при работе на задний ход.

Подвеска служит для легкосъемного крепления подвесного мотора на транце мотолодки в вертикальном положении. Она обеспечивает поворот мотора вокруг вертикальной оси при маневрировании и поворот вокруг горизонтальной оси для откидывания его на стоянке или при ударе на ходу о препятствие.

Подвеска состоит из двух кронштейнов — правого и левого, соединенных двумя шпильками. При помощи двух зажимных резьбовых болтов, на концах которых установлены опорные шайбы, кронштейны жестко закрепляют на транце. Мотор соединен с кронштейнами резиновыми амортизаторами, чем достигается значительное снижение передачи вибрации и шума мотора на корпус лодки.

Подвеска позволяет устанавливать мотор на лодках, имеющих различные углы наклона транца. Поэтому упорная пластина для дейдвуда, крепящаяся к низу кронштейнов, может переставляться в пять фиксированных положений.

На подвеске размещено специальное запорное устройство — защелка, удерживающая мотор от откидывания при запуске или движения на заднем ходу. Усиление пружин защелки регулируется так, чтобы она расцеплялась с пластиной кронштейнов и позволяла откинуться мотору при наезде на препятствие. Тем самым мотор и транец лодки предохраняются от серьезных поломок. Защелка может быть выключена вручную при нажатии на рычаг, расположенный спереди межцу кронштейнами, и мотор может быть легко откинут и зафиксирован на подставке в этом положении. Подвеска всех подвесных моторов имеет сходную конструкцию (см., например, рис. 4). У всех моторов семейства «Вихрь» подвеска полностью идентична и взаимозаменяема в узлах и деталях.

ГЛАВА 1. ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О ПОДВЕСНЫХ ЛОДОЧНЫХ МОТОРАХ

Назначение и конструкция подвесных лодочных моторов.

Подвесные лодочные моторы представляют собой совершенно обособленную от судна винто-моторную установку, распола­гаемую за кормой судна. Они предназначаются в основном для установки в качестве главных двигателей(1) на малых судах: ялах, прогулочных шлюпках, туристских судах, скутерах, а более мощные моторы (в 50—60 л. с.) —на различных про­мысловых судах, баржах, баркасах, а также на плавучих технических средствах: ремонтных плотах, кранах и транс­портерах.

Как независимая винто-моторная установка подвесной мотор может без разборки свободно переноситься с одного судна на другое, лишь бы на последнем имелся транец(2), к которому и крепится мотор (рис. 1).

Удобная переноска мотора, простота и быстрота крепле­ния на место, простота ухода делают такой мотор доступным и пригодным как для коллективов, так и для индивидуально­го пользования.

Серийный выпуск подвесных моторов в СССР начался только в годы первых пятилеток. В середине тридцатых годов на ряде наших заводов стало налаживаться производ­ство подвесных моторов.

После Великой Отечественной войны производство под­весных моторов в нашей стране получает дальнейшее разви­тие. Советскими конструкторами разработаны новые марки подвесных моторов (например, ЛММ-6, ЛММ-6А, ЛМР-6), выпускаемые отечественными заводами.

Так как подвесной мотор является переносным и пред­назначается в основном для работы на легких судах, то к нему предъявляется требование: не только давать достаточную мощность, необходимую для сообщения судну нужной ско­рости, но и быть легким по весу, удобным для переноски и крепления на судах.

Мощность двигателя подвесного мотора в основном расхо­дуется на преодоление сопротивления воды и воздуха дви­жению судна, которое зависит от ряда трудно учитывае­мых факторов, например от формы днища судна, его обво­дов, характера движения (скользящее или плавающее), а больше всего от скорости. Чем выше скорость, тем большее сопротивление испытывает судно, тем большая мощность требуется от двигателя.

Характер изменения сопротивления воды движению судов в зависимости от скорости и типа примерно может быть изо­бражен графиком (рис. 2).

Расположение подвесных моторов за бортом судна и спо­соб крепления их посредством кронштейна к транцу, верти­кальное положение оси коленчатого вала двигателя и пере­дача мощности на горизонтальный вал гребного винта через специальную подводную часть сильно отличают подвесные мо­торы от стационарных двигателей, выделяя их в особую группу.

Подвесной мотор в основном состоит из следующих дета­лей и механизмов (рис. 3): двигателя внутреннего сгорания карбюраторного типа 1, про­межуточной передачи 2, дейдвудной трубы 3, подводной части 4 с передачей на греб­ной винт и гребным винтом (движителем) 5, системы пи­тания двигателя, т. е. карбю­ратора 6, бензопровода 7, топ­ливного бака 8, системы зажи­гания 9, системы охлаждения 10, кронштейна крепления мотора к судну 11 и механиз­ма управления (румпеля) 12.

На рис. 4 показана другая конструкция подвесного лодоч­ного мотора, отличающаяся от первой наличием литой дейдвудной трубы вместо сварной и наличием глушителя 10 для выпуска отработан­ных газов в атмосферу, а также иной системой зажигания.

Силовая часть мотора — двигатель со всеми необходимы­ми для его работы деталями — всегда располагается вверху; там же помещается и топливный бак с горючим.

Передача движения с коленчатого вала на горизонталь­ный вал и гребной винт осуществляется посредством проме­жуточного (вертикального) вала, который через зубчатую передачу передает его на горизонтальный вал гребного винта. Соединение горизонтального вала с гребным винтом произво­дится при помощи специальной муфты или штифта.

Крепление подвесного мотора к транцевой доске судна производится двумя винтовыми зажимами (типа барашков). Кронштейн должен быть достаточно прочным, так как он удерживает полный вес мотора и сопротивляется всем воз­никающим в двигателе колебаниям от сил инерции, а также ударам волн о подводную часть мотора и, наконец, он пере­дает тягу гребного винта судну. Рабочее положение мотора на судне показано на рис. 1. Из рис. 5 видно, что мотор сво­бодно может откидываться на оси кронштейна в пределах 90° в диаметральной плоскости(3) судна. Такое откидывание мотора предохраняет гребной винт, а также сам мотор от поломки при наскоке последнего на какое-либо подводное препятствие — камень, бревно, мель (рис. 5) — и позволяет устанавливать мотор под требуемым углом к плоскости ватерлинии(4), что необходимо для лучшего использования тяги.

Управление судном с подвесным мотором осуществляется не рулем, а специальной ручкой — румпелем. Ставя ось греб­ного винта под тем или иным углом к диаметральной плоско­сти судна, мы можем последнее поворачивать вправо или влево и двигаться по различным радиусам циркуляции (рис. 8). Основное усилие тяги гребного винта передается через дейдвудную трубу на башмак с резиновой подушкой 14 (см. рис. 3), расположенный на нижней части кронштейна.

Большинство подвесных моторов выпускается без реверса(5), а задний ход судна дается поворотом румпеля на 180. В этом случае направление действия тяги гребного винта меняется на противоположное и тянет судно назад.

Для связи мотора с дейдвудной трубой при повороте румпеля на задний ход со стороны гребного винта приваривается специальный замок 15, напоминающий собой гребень или широкий дуго­образный зубец, который при повороте румпеля более чем на 90° от диаметральной плоскости судна входит в зацепление с кронштейном и тянет за собой лодку, не позволяя мотору откидываться назад.

Запускается мотор чаще всего вручную, рывком за шнур или круглый ремень, навернутый на обод маховика или специальный шкив. На ободе маховика или пускового шкива для закладывания пускового шнура и предупреждения его от со­скакивания протачивается круговой паз с буртами.

Управление подачей рабочей смеси в цилиндр двигателя осуществляется рычажком на карбюраторе или рычажком га­за на румпеле.

Для уменьшения шума выхлопные газы пропускаются через глушитель или их направляют через коллектор в корпус подводной части, куда сливается и нагретая после охлаж­дения цилиндра вода. Охлажденные водой газы и горячая вода из подводной части через специальные отверстия в дейдвудной трубе, как у ЛММ-6, или через окно сзади подвод­ной части мотора, как у ЛРМ-6, уходят в воду за корму судна.

Остановка двигателя может быть произведена или вы­ключением зажигания кнопкой «Стоп», или отключением подачи топлива, а чаще и тем и другим вместе.

Классификация подвесных моторов. Подвесные моторы можно подразделить:

1. По числу цилиндров — на одноцилиндровые, двухцилиндровые и четырехцилиндровые (рис. 9). Двигатели с другим числом цилиндров на подвес­ных моторах не встречаются.

2. По расположению цилиндров — на двигатели с односторонним, или линейным, расположением цилиндров, когда все цилиндры располагаются с одной стороны и в один или два ряда по вертикальной плоскости, т. е. один над дру­гим (рис. 9,6), и оппозитным, или горизонтально-противоположным, расположением, когда пара ци­линдров располагается в горизонтальной плоскости прямо противоположно друг другу, т. е. под углом в 180° (рис. 9,а и в).

3. По рабочему процессу, осуществленному в двигателе за два или четыре такта, — на двухтактные и четы­рехтактные (см. табл. 3).

4. По назначению и эксплуатации:

а) на моторы индивидуального пользования, рассчитанные на массового потребителя, предназнача­ющиеся для установки на мелкие гребные лодки и шлюпки. Они изготовляются преимущественно двухтактными, просты в изготовлении и эксплуатации. Они надежны, работают на дешевых сортах бензина и даже на керосине, быстроходны (число оборотов нередко достигает 3500—4500 об/мин), их мощность колеблется в пределах 1,5—8 л. с, а вес колеблет­ся в. зависимости от мощности в пределах 6—25 кг;

б) на моторы для туризма, промысловой рыбной ловли и нужд сельского хозяйства, а также для прогулочных судов большого тоннажа. Они имеют мощность примерно от 6 до 25 л. с, вес их ко­леблется от 20 до 55 кг. Скорость хода судна бывает от 12 до 35 км/час. Такие моторы преимущественно строятся двух­тактными, а иногда четырехтактными. Топливо — бензин 1-го пли 2-го сорта;

в) на моторы для промышленно-хозяй­ственных и специальных целей. Мощность их бы­вает от 10 до 35 л. с, а иногда и до 60 л. с, вес от 30 до 100 кг. Моторы больших мощностей изготовляются преиму­щественно четырехтактными. Для них необходимо топливо высокого качества;

г) на моторы спортивные и гоночные. Для спорта применяются моторы самых различных мощностей. Они устанавливаются обычно на спортивных судах скользя­щего типа: скутерах или специальных полускользящих мо­толодках. Удельный вес гоночных моторов колеблется в пре­делах 1—2 кг/л. с. Гоночные суда снабжаются высокофорси-роваиными двигателями(6) повышенного сжатия (со степенями сжатия ε = 9—12 и выше), повышенной скорости и повышенной мощности (от 20 л. с. и выше); они нередко изготовляют­ся четырехтактными. Для достижения больших мощностей при малом весе гоночные моторы часто изготовляются очень сложной конструкции. Большие обороты коленчатого вала этих двигателей, доходящие до 6000 и выше, требуют для изготовления деталей специальных сталей и других высоко­качественных металлов. Спортивные и гоночные подвесные моторы работают непродолжительное время. Их применяют для проведения тренировок, соревнований, установления ре­корда. Они работают на специальных топливах.

5. По литражу двигателя. Для сравнения Двига­телей подвесных моторов между собой их принято делить на классы в зависимости от рабочего объема цилиндров (эта классификация и связанные с ней минимальные требования приведены в табл. 1).

Таблица 1

В табл. 1 приведены показатели спортивных гоночных мо­торов; моторы серийных марок имеют другие данные, кото­рые указаны в табл. 2.

Таблица 2

Рабочий объем цилиндров двигателей подвесных моторов редко превышает 1000 см³ и обычно ограничивается объемом в 500 см3 и меньше. Мощность же подвесных моторов колеб­лется от 1,5 до 60 л. с.

В табл. 3 приводятся основные данные подвесных моторов отечественных марок.