Двигуни (двотактні та чотиритактні) скутеретт / скутербайків / скутерів / мопедів

5. Двигуни (двотактні та чотиритактні)

Компонування скутерних двигунів в основному стандартні - один похилий або горизонтальний циліндр, але іноді зустрічаються і двоциліндрові рядні, або V-подібні конструкції, як правило, об'єм таких двигунів вище 250 см 3 .

Потужність двигунів серійних 50-кубових скутерів сьогодні знаходиться в межах 2,5-7 к.с. при масі апарату 75-100 кг.

Всі скутери, що зустрічаються сьогодні, можна розбити на дві великі категорії за типом двигуна - двотактні і чотиритактні. Характерні особливості кожної конкретної моделі також зумовлені типом двигуна.

Незважаючи на те, що багато виробників зараз експериментують з новими, більш екологічними та економічними типами двигунів та джерелами живлення для них (електричними та паливними елементами), поширення ці типи двигунів поки не отримали, тому виділяти їх в окрему категорію ще рано.

>

Кожен тип двигуна має свої плюси і мінуси, які зумовлюють їх застосування на різних типах скутерів. Так, наприклад, у скутерах з малою кубатурою двигуна використовуються такі переваги двотактних двигунів як простота, дешевизна у виробництві, висока питома потужність.

На великокубатурних моделях застосовуються в основному чотиритактні двигуни, що мають рівну характеристику потужності, більшу, порівняно з двотактними двигунами, економічність і меншу токсичність вихлопу.

Геометричні параметри та основні деталі двигуна:

1. картер;
2. колінчастий вал;
3. шатун;
4. циліндр;
5. поршень;
6. головка циліндра;
7. свічка запалювання

Чотирьохтактний двигун

Чотирьохтактний двигун отримав свою назву від кількості тактів, необхідних для повного проходження робочого циклу - впуск, стиснення, робочий хід, випуск.

Робочий процес у чотиритактному двигуні

Впускний цикл починається в момент, коли поршень знаходиться у верхній мертвій точці (ВМТ) при закритих клапанах. При повороті колінчастого валу поршень йде вниз, відкривається впускний клапан, суміш засмоктується в циліндр. У момент проходження поршнем нижньої мертвої точки (НМТ) впускний клапан закривається, обмежуючи кількість бензо-повітряної суміші, що засмоктується в циліндр. Цикл впуску завершено. Колінчастий вал двигуна продовжує обертання, поршень знову йде до ВМТ, стискаючи суміш у циліндрі, відбувається другий такт — стиск.

Суміш виявляється стиснутою у невеликому просторі камери згоряння, вона готова до займання іскрою свічки запалювання. У цей момент спрацьовує свічка, підпалюючи суміш, що змушує гази розширюватись з величезною силою, діючи на навколишні деталі. Оскільки поршень – це єдина частина, яка може рухатися, тиск переміщує його аж до нижньої мертвої точки – це і є такт робочого ходу.

Тепер необхідно видалити з циліндра залишки згорілої суміші, для цього відкривається випускний клапан, поршень знову рухається вгору до ВМТ, виштовхуючи гази, що відпрацювали назовні, у вихлопну трубу і, далі в глушник. Коли поршень досягає ВМТ, випускний клапан закривається, закінчивши таким чином такт випуску.

Двотактний двигун

Двотактний двигун відповідно до назви здійснює весь свій робочий цикл за два такти та один оборот колінчастого валу. Перший такт - це всмоктування свіжої суміші в кривошипну камеру і стиснення суміші, робочий хід, що знаходиться в циліндрі, а другий такт - запалювання суміші в камері згоряння, продування камери згоряння свіжою сумішшю і випуск газів, що відпрацювали.

Робочий процес у двотактному двигуні:

1. Картер;
2. впускний канал;
3. випускний колектор;

Основною конструктивною відмінністю двотактного двигуна від чотиритактного є відсутність клапанів та механізму їх приводу. Функції клапанів виконує сам поршень, що відкриває та закриває відповідні вікна на дзеркалі циліндра. Простір картера під поршнем (кривошипна камера) також використовується для газообміну. Ще одна відмінність двотактного двигуна від чотиритактного — це відсутність мастила деталей двигуна під тиском — олива надходить разом із бензоповітряною сумішшю.

Олива у двотактний двигун потрапляє з окремого бачка (роздільна мастило), або заздалегідь, у певній пропорції змішується з паливом у бензобаку. У чотиритактному двигуні олива присутня в картері і циркулює окремо від бензоповітряної суміші.

Головна перевага двотактного двигуна в тому, що в ньому менше частин, що рухаються, він дешевше, робочий хід відбувається при кожному обороті колінчастого валу.

Мінус же, в порівнянні з «чотирма тактами» у меншій економічністі та меншому ресурсі деталей двигуна, що пов'язано зі змащенням усіх деталей паливною сумішшю. Олива в цьому випадку розбавлена ​​бензином і його змащувальна здатність набагато нижча.

В останні роки чотиритактні двигуни стали переважати не лише серед повнорозмірної мототехніки, а й на 50-кубових скутерах. Причиною цього — нові стандарти та обмеження щодо шумності та токсичності вихлопу. У майбутньому можна прогнозувати повну заборону на виробництво класичних двотактних карбюраторних двигунів через їх невідповідність сучасним вимогам.

Система організації двотактного робочого процесу DiTech

Відродження інтересу до двотактних двигунів можливе лише при використанні принципово нових технічних рішень. Наприклад, компанія Aprilia разом із фірмою Orbital розробила систему організації двотактного робочого процесу під назвою DiTech. Двигуни цих скутерів комплектуються системою живлення та газорозподілу ditech-direct (безпосереднє впорскування паливоповітряної суміші в камеру згоряння та продування циліндра сумішшю повітря з маслом). Трохи пізніше до неї приєдналися Peugeot, який назвав свою систему TSDI, а нещодавно – головний італійський карбюраторобудівник Dell'Orto з його DDI. Не залишився осторонь і концерн Piaggio. Намучавшись зі своєю системою FAST аналогічного призначення (але не електронної, а механічної; по суті, варіацією на тему продування типу «Юнкерс» - тієї, що з поршнями, що зустрічно рухаються), він вступив в альянс з Aprilia і почав оснащувати свої мотори її компонентами, обзиваючи інжекторні модифікації (щоправда, поки що одну) Purejet.

Конструктивна особливість цієї системи полягає в тому, що в картер, через пелюстковий клапан, надходить лише повітря з доданим до нього у впускному патрубку розпиленим маслом для мастила деталей циліндропоршневої групи та підшипників колінчастого валу. Далі маслоповітряна суміш через продувальні вікна надходить в циліндр і камеру згоряння. Частина повітря стискається нагнітачем з механічним приводом та подається в додатковий інжектор.

І бензин, і олива надходять з резервуарів за допомогою спеціальних електронасосів, керованих «мозками» всієї системи – ECU (Electronic Control Unit), так як кількість палива, що подається, і масла має точно дозуватися. На особливу увагу заслуговує бензонасос (Electronic Fuel Pump), здатний розвивати тиск приблизно в шість атмосфер, незважаючи на низьке споживання енергії в порівнянні з традиційними насосами. Від бензонасоса паливо надходить до голівки циліндра, у верхню частину якої і вмонтовано всю систему впорскування (Air-Fuel Rail). Вона складається із трьох основних частин:

1) Первинний інжектор (Fuel Injector) є звичайною форсункою, перевіреною роками експлуатації цих пристроїв на автомобілях. Але тут вона виконує лише підготовчу роль – подає рівно необхідну кількість палива безпосередньому (вторинному) інжектору, тобто її завдання – лише відміряти кількість бензину, необхідного на черговому такті роботи двигуна. Інформація про цю кількість подається із центрального процесора системи (ECU).

2) Безпосередній інжектор (Direct Injector) відповідає за розпилення бензину в повітряному потоці, що нагнітається повітряним компресором і впорскування розпорошеного палива безпосередньо в камеру згоряння в певний момент (усім цим знову керує ECU). Робота безпосереднього інжектора докорінно впливає роботу всього двигуна. Чим краще бензин буде розпорошено в повітрі, тим оптимальніше йдуть процеси горіння в циліндрі. Точність роботи цього пристрою легко оцінити на наступному прикладі. Автомобільні інжектори розпорошують бензин на частинки розміром близько 50 мікрон, тоді як система DiTech – близько восьми мікрон. Струмінь палива, що впорскується, підхоплюється стислим повітрям з розширеного інжектора і направляється в камеру згоряння. Система упорскування забезпечує дуже тонке розпилювання палива. Наповнення камери здійснюється з такою швидкістю, що двигун може працювати без перебоїв до частоти обертання колінчастого валу, що дорівнює 12 000 об/хв.

3) Ну і остання, третя, ланка системи упорскування – регулятор тиску в системі (Pressure Regulator), який потрібно підтримувати постійним, щоб забезпечити точне та прогнозоване відкриття клапана безпосереднього впорскування.

Повітряний компресор (Air Compressor), що подає повітря під тиском близько п'яти атмосфер у безпосередній інжектор, наводиться ексцентрика, встановленого на колінвалі. Таке рішення дозволило відійти від значного ускладнення конструкції, яке неминуче під час використання зовнішнього компресора.

Центральний мікропроцесор (ECU) – мозок усієї системи. Він забезпечує злагоджену роботу всіх пристроїв, зокрема:

• визначає кількість палива, що впорскується;
• визначає момент, коли відбувається впорскування;
• визначає момент, коли відбувається запалення;
• керує масло- та бензонасосом.

Кількість повітря, що всмоктується через повітряний фільтр, регулюється механічною дросельною заслінкою (Throttle Body), встановленою перед впускним колектором. Керується заслінка, звичайно, ручкою газу. Але ж ручка газу повинна керувати ще й кількістю палива, що подається? Правильно. Для цього дросельна заслінка обладнана ще й електронним датчиком її положення (TPS – Throttle Position Sensor), схожа на те, що використовується на автомобільних інжекторних системах.

Переваги DiTech у порівнянні з класичним двотактним двигуном дуже суттєві.

Перше – економічність, як щодо бензину, так і олії. Економія бензину зростає на 40-50% залежно від умов експлуатації. А все тому, що тепер згоряє паливо, що потрапляє в камеру згоряння. Витрата олії тепер становить 0,3 л на 1000 км у порівнянні з традиційними 0,8 л на тій же Aprilia SR, але з карбюратором та каталізатором. Таких показників вдалося досягти за рахунок того, що в картер DiTech потрапляє тільки повітря з оливою, а отже, бензин не змиває мастило. Це і дозволяє суттєво скоротити подачу оливи.

Динамічні якості - DiTech виграє у каталізаторної Aprilia SR і за динамічними якостями, але, повторимося, каталізаторною SR. Адже SR можна «роздушити», після чого поїде вона, зрозуміло, швидше, ніж DiTech. Звичайно, про жодну відповідність європейським екологічним нормам мови вже не буде, але для Росії, наприклад, це не актуально. А «роздушка» DiTech – це значно складніший і дорогий процес.

Але головне – екологічність. Викиди шкідливих речовин скорочено на 80% порівняно з традиційним двотактником (без каталізатора). DiTech із запасом укладається в норми Euro 1, а при використанні каталізатора - і в Euro 2. А все з тієї ж причини - свіжа паливна суміш не залишає камеру згоряння, поки не згорить. Знову зазначимо, що якщо в Росії екологічність скутера поки що лише на совісті його власника, то для Європи питання це зараз більш ніж актуальне.