Устройство системы впуска 2т лодочных моторов

На всех двухтактных подвесных лодочных моторах, зприменяются работающие на легком топливе двигатели, кривошипная камера которых используется и в качестве продувочного насоса. Основные технические показатели такого двигателя — литровая мощность и экономичность — находятся в прямой зависимости от степени наполнения горючей смесью рабочей камеры (камеры сгорания).

Рассмотрим зависимость наполнения рабочей камеры от качества работы системы впуска, основное назначение которой — обеспечивать наиболее полное заполнение кривошипной камеры, т. е. объема ниже поршня, свежей горючей смесью.

Не касаясь процессов, происходящих в рабочей камере, т. е. выше поршня (сжатие горючей смеси, воспламенение ее и расширение), посмотрим, что происходит в кривошипной камере — картере, в чем заключается принцип действия системы впуска и каковы ее наивыгоднейшие, оптимальные характеристики.

При движении поршня в цилиндре двигателя вверх от нижней мертвой точки (НМТ) после закрытия продувочных окон в пространстве под поршнем возникает все увеличивающееся разрежение. Если в этот момент открыть канал, соединяющий кривошипную камеру с карбюратором, в нее будет засасываться горючая смесь. Когда, миновав верхнюю мертвую точку (ВМТ), поршень начнет двигаться вниз, поступившая смесь будет сжиматься (чтобы при этом не произошло ее обратного выброса, впускной канал после прохождения поршнем ВМТ должен быть перекрыт).

Иными словами, кривошипная камера и поршень служат насосом, всасывающим смесь из карбюратора и подающим ее под давлением в камеру сгорания.

На рис. 1 показана иллюстрирующая сказанное теоретическая круговая диаграмма газораспределения. На ней схематически показано протекание во времени процессов всасывания (собственно впуск), выхлопа (выпуск) и продувки за один полный оборот коленчатого вала. Понятно, что продолжительность и моменты начала и конца этих процессов обусловлены расположением и размером (по высоте цилиндра) продувочных и выхлопных окон и выбором момента открытия впускных окон. В этой связи необходимо подчеркнуть, что картина газораспределения, показанная на рис. 1, условна, так как не учитывает инерции движущейся с большой скоростью (до 100 м/сек) горючей смеси. Если построить двигатель по такой теоретической диаграмме, работать он, конечно, будет, но его литровая мощность, т. е. мощность в л. с. на 1000 см3 рабочего объема, будет значительно ниже обычно достигаемого уровня.

Для обеспечения эффективности работы кривошипной камеры как насоса на практике, с учетом инерции потока (см. рис. 2), всасывающие окна открывают несколько раньше — на величину до 20° угла поворота коленвала, чем поршень перекроет продувочные окна, и закрывают не в тот момент, когда поршень дошел до ВМТ, а позже — на величину до 60-70° угла поворота коленвала за ВМТ. Первая из этих мер обеспечивает подсасывание свежей смеси из карбюратора за счет кинетической энергии потока смеси, поступающей в цилиндр при еще продолжающейся продувке. Благодаря второй — происходит дополнительная дозарядка кривошипной камеры за счет кинетической энергии установившегося потока смеси в канале от карбюратора к кривошипной камере. Диаграмма такого вида (рис. 2) оптимальна с точки зрения получения наивысшей литровой мощности и экономичности.

Угол ф1 от момента открытия всасывающего канала до ВМТ называется углом предварения впуска, а угол ф2 от ВМТ до момента закрытия всасывающего канала — углом запаздывания закрытия.

Продолжительность продувки по углу поворота коленчатого вала обычно равна 110-130°. Если принять, что в среднем продолжительность продувки равна 120°, а всасывающее окно открывается на 15° раньше окончания продувки, угол предварения впуска

ф1 = 180° — 120°/2 + 15° = 135°.

Угол запаздывания закрытия обычно на нефорсированных моторах принимается равным 40-50° (при большей его величине наблюдается обратный выброс смеси в карбюратор) и доходит до 65-70° на гоночных высокооборотных двигателях. Если принять ф2 равным 45°, общий угол ф = ф1+ф2, т. е. оптимальная продолжительность всасывания, получается

Итак, мы установили оптимальные характеристики газораспределения и в частности — всасывания. Посмотрим теперь, как они реализуются практически, как работает управляющий механизм системы впуска.

В двигателях подвесных моторов применяются механизмы управления всасыванием трех типов: поршневые, клапанные и золотниковые.

Поршневое управление впуском. Само название механизма показывает, что управление впуском, точно так же, как и продувкой и выхлопом, выполняется непосредственно самим поршнем. Поршень при движении нижней кромкой периодически перекрывает впускное окно, прорезанное в зеркале цилиндра. При поршневом управлении диграмма всасывания (см. рис, 3) всегда симметрична относительно ВМТ в силу того, что поршень открывает и закрывает впускное окно на одинаковых расстояниях до и после ВМТ. Угол запаздывания закрытия, как мы уже отмечали, невыгодно делать больше 60-70°; поэтому и угол предварения открытия также будет равным 60-70°. Продолжительность всасывания получается

т. е. меньше оптимальной на 50°.

Из круговой диаграммы виден и основной недостаток поршневого управления всасыванием: значительная часть хода поршня — от момента закрытия продувочных окон и до открытия всасывающих — при всасывании не используется. По этой причине такая система распространения не получила, хотя и применялась на наших одноцилиндровых подвесных моторах «ЛМ-1», «ЛМР-6», «ЗИФ-5», «Стреле» и некоторых других. В то же время шведская фирма «Монарк-Кресчент» уже много лет применяет поршневой впуск на моторах различной кубатуры; высокие литровая мощность (до 90 л.с./л) и экономичность моторов «Кресчент», несмотря на ограниченные возможности симметричной диаграммы, — результат длительной отработки конструкции и специальной настройки системы газораспределения.

В принципе следует отметить, что настройка системы газораспределения вообще является одним из эффективных средств повышения мощности любых двухтактных двигателей. В частности, при настройке системы впуска приходится подбирать длину и сечение впускного патрубка, диаметр диффузора карбюратора, характеристики глушителя всасывания, оптимальную степень сжатия в картере и т. п. Выполнение этих довольно трудоемких работ по настройке и позволяет получать высокие технико-экономические показатели даже при поршневом управлении впуском.

Уместно подчеркнуть, что благодаря исключительной простоте и надежности поршневое управление впуском широко используется на транспортных двигателях — в первую очередь для мотоциклов и мотороллеров.

Клапанный механизм впуска. Известны две конструкции клапанного механизма — с автоматическим и принудительным открытием и закрытием. Будем рассматривать только первый вариант, так как второй применяется крайне редко — буквально в единичных конструкциях.

Для автоматизации системы достаточно установить на пути потока смеси от карбюратора к кривошипной камере клапан, который под напором потока открывается при ходе поршня к ВМТ и закрывается при обратном движении.

Обратимся к круговой диаграмме (рис. 4). Поршень, двигаясь вверх от НМТ, закрывает верхней кромкой продувочное окно; начинает расти разрежение; под действием разницы давлений клапан впуска открывается и горючая смесь поступает в кривошипную камеру. После прохода поршнем ВМТ объем кривошипной камеры начинает уменьшаться и происходит сжатие горючей смеси, но автоматический клапан еще некоторое время остается открытым под напором установившегося движения потока смеси и впуск продолжается. Таким образом при использовании автоматического клапана, в отличие от поршневой схемы, получается несимметричная диаграмма всасывания.

Чаще всего в подвесных моторах применяют пластинчатые лепестковые клапаны с ограничителями отгиба, расположенными на перегородке из алюминиевого сплава или пластмассы, крепящейся к передней части картера. Перегородка эта делается плоской (моторы «Ветерок», «Москва-12,5», «Прибой») или конической («Москва-25»). Сами пластинки клапана изготовляются из стали или бериллиевой бронзы одинарными («Ветерок», см. рис. 5), двухлепестковыми («Прибой»), трехлепестковыми («Москва-12,5») или даже многолепестковыми (американские «Эвинруды», см. рис 6).

Своеобразное расположение клапана впуска — на средней опоре коленчатого вала — применено на американских моторах «Меркюри». Такое решение делает конструкцию двигателя более компактной и снижает шум впуска, но затрудняет смену клапана.

Получение больших литровых мощностей в двигателях с впускными пластинчатыми клапанами, особенно при малых рабочих объемах, затруднительно, поскольку сами клапаны создают большое аэродинамическое сопротивление, а увеличение размеров впускных окон ведет к увеличению объема кривошипной камеры. Применение же обладающих меньшим сопротивлением менее жестких клапанов ограничивается необходимостью обеспечить прочность и надежность клапана и перегородки.

Золотниковый механизм впуска. Управление впуском смеси производится вращающимся золотником, жестко связанным с коленчатым валом и повторяющим его вращение. Таким образом регулировкой положения на оси и угла сектора золотника можно обеспечить открытие и закрытие впускного окна в любой момент — независимо от положения поршня и степени разрежения в картере. Благодаря этому конструктор имеет возможность максимально приблизить круговую диаграмм двигателя к наивыгоднейшей, оптимальной.

Конструктивно золотники выполняются различно: в виде трубки, цилиндра или диска с вырезами. Первые два варианта не получили большого распространения и применялись на подвесных моторах небольшой мощности («Чайка»). Наиболее часто применяется дисковый золотник из пластмассы или стали, размещаемый непосредственно в картере (и скрепляемый со щечкой коленчатого вала) либо в специальном приливе картера.

В боковой стенке картера прорезано всасывающее окно. При совмещении выреза в диске золотника с этим окном происходит всасывание смеси; при закрытии окна сплошной частью золотника картер разобщается с карбюратором, происходит сжатие. Золотник смазывается маслом, растворенным в горючей смеси; благодаря этому трение о стенки картера незначительно.

Управление всасыванием с дисковыми золотниками, расположенными в картере, применяется на моторах «Вихрь» (золотники из текстолита) и «Нептун» (из капрона, см. рис. 9). На моторе «Салют» дисковый золотник также выполнен из текстолита, но размещен в специальном приливе картера.

Еще раз подчеркнем, что золотниковое управление всасыванием, по сравнению с поршневым и клапанным, обеспечивает наилучшее, наполнение кривошипной камеры; это делает перспективным применение золотниковых механизмов в двухтактных двигателях лодочных моторов с высокой литровой мощностью и особенно — в двигателях гоночных моделей.

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.