Кулачки служат для плавного и быстрого подъема и посадки клапанов в гнезда. Быстрые подъем и посадка клапанов дают возможность увеличить наполнение цилиндров двигателя горючей смесью, так как при медленном подъеме клапанов проходное сечение их возрастает медленно, что в свою очередь тормозит поступление в цилиндры горючей смеси. При плавном подъеме и посадке клапанов уменьшаются силы инерции клапана, поэтому подъем и посадка не сопровождаются стуками клапана о гнездо и головку толкателя.
Большую роль в работу механизма газораспределения играет форма кулачков. Форма и высота кулачков подбираются таким образом, чтобы обеспечивалось максимальное наполнение цилиндров двигателя горючей смесью.
При работе двигателя кулачок воздействует на толкатель, между кулачком и головкой толкателя возникает трение, что в свою очередь вызывает перекос толкателя в его направляющей, а также износ кулачка у головки толкателя. Для уменьшения вредного действия сил трения на износ деталей механизма распределения в мотоциклетных двигателях применяются следующие меры:
— ось толкателя смещается относительно оси симметрии кулачка;
— ось толкателя располагается под углом к оси клапана;
— между кулачком и толкателем устанавливается промежуточный рычаг.
Смещение оси толкателя относительно оси симметрии кулачка применяется при тарельчатых толкателях. Кулачок, выполненный за одно целое с шестерней привода, воздействует на тарельчатый толкатель, ось которого смещена влево от оси симметрии кулачка. При этом кулачок опирается большей частью своей поверхности на правую половину тарелки толкателя. Во время работы двигателя усилие, возникающее на правой половине тарелки, будет больше, чем на левой, и толкатель во время каждого подъема будет поворачиваться на некоторый угол. Таким образом, следующий удар кулачка придется на новый участок поверхности тарелки толкателя, и поэтому износ тарелки будет равномерным по всей поверхности.
Расположение оси толкателя под углом к оси клапана применяется на двигателе мотоцикла М-72. Ось клапана и ось толкателя расположены под некоторым тупым углом, и касание торца клапана приходится несколько выше центра головки регулировочного винта толкателя. Во время работы двигателя распределительный валик вращается против хода часовой стрелки. Кулачок набегает на толкатель снизу, и за счет трения между кулачком и толкателем последний перекашивается в направляющей втулке. Но по мере перемещения толкателя и клапана между их торцами также возникает усилие, которое стремится опрокинуть толкатель в направлении, противоположном действию усилий на толкатель от кулачка, поэтому перекос толкателя в его направляющей сводится к минимуму.
При установке между кулачком и толкателем промежуточного рычага кулачок скользит по выступу промежуточного рычага и поднимает клапан.
Поверхность промежуточного рычага подбирается такой, чтобы толкатель не испытывал при подъеме боковых усилий. Поверхность головки толкателя выполняется сферической.
4. Газораспределение двухтактных двигателей
Применяемое у двухтактных мотоциклетных двигателей щелевое распределение может быть разделено по способу продувки цилиндров свежей горючей смесью на три основные группы: с поперечной продувкой цилиндров, с петлевой продувкой и с прямоточной продувкой цилиндров.
Щелевым распределением с поперечной продувкой цилиндров называется такое распределение, при котором выталкивание отработавших газов из цилиндра свежей горючей смесью осуществляется в основном поперек цилиндра, причем для лучшей очистки цилиндра и лучшего наполнения его поток свежей горючей смеси на своем пути сначала поднимается к. головке цилиндра, а затем опускается к выпускному окну.
На рис. 47, а представлена простейшая схема щелевого распределения с петлевой продувкой цилиндров, применяемая у двигателя мотоцикла К1Б.
Рис. 47. Схемы двухтактных двигателей с симметричным распределением: а — схема продувки с отражателем; б — схема продувки с плоским поршнем; в — диаграмма распределения; 1 — выпускное окно; 2 — отражатель поршня; 3 — продувочный канал.
Сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по продувочному каналу 3 в цилиндр двигателя. Ударяясь об отражатель 2 поршня, горючая смесь поднимается и затем у противоположной стенки цилиндра опускается. При этом через выпускное окно 1 отработавшие газы, а также часть горючей смеси выходит наружу. Такая схема продувки не экономична и не обеспечивает хорошего наполнения цилиндра двигателя, так как горючая смесь при поступлении в цилиндры частично перемешивается с отработавшими газами, а частично выбрасывается с ними наружу. Выбрасывание части горючей смеси вместе с отработавшими газами в выхлопную трубу происходит вследствие того, что выпускное окно, открываемое ранее продувочного для предварительного освобождения цилиндра от отработавших газов и при ходе поршня вверх на такте сжатия, закрывается позднее продувочного.
Для улучшения наполнения цилиндров следовало бы закрывать выпускное окно несколько ранее, но при имеющейся схеме кривошипного механизма это невозможно. Поэтому при петлевой продувке увеличение наполнения цилиндров, а следовательно, и увеличение мощности обеспечиваются улучшением освобождения цилиндров от остаточных газов. В основном улучшение очистки цилиндров достигается увеличением сечения продувочных и выпускных окон и подбором угла наклона оси окон относительно оси цилиндра.
На рис. 47, б представлена схема щелевого распределения с петлевой продувкой цилиндра двигателя мотоцикла M1А. Два продувочных окна расположены диаметрально противоположно, и оси этих окон пересекаются в точке, находящейся на некотором расстоянии от стенки цилиндра. Выпускное окно расположено между продувочными. Потоки горючей смеси, поступающей при продувке из кривошипной камеры через продувочные окна, встречаются около стенки цилиндра. Поднимаясь затем по стенке, противолежащей выпускному окну, поток горючей смеси освобождает от отработавших газов камеру сжатия и потом, опускаясь по противоположной части стенки цилиндра, выталкивает отработавшие газы наружу.
При петлевой и поперечной продувке как начало открытия, так и конец закрытия поршнем какого-либо из окон происходит в момент, когда поршень находится на определенном расстоянии от мертвой точки. В этом случае угол поворота коленчатого вала от начала открытия окна до мертвой точки равен углу поворота от мертвой точки до конца закрытия окна. Фазы распределения таких двигателей называются симметричными.
На рис. 47, в представлена диаграмма симметричных фаз распределения.
Как было указано ранее, при движении поршня от ВМТ на такте расширения вначале открывается выпускное, а затем продувочное окно. Соответственно при движении поршня от нижней мертвой точки на такте сжатия вначале закрывается продувочное окно, а затем выпускное. При этом находящаяся в цилиндре двигателя рабочая смесь в период от момента закрытия продувочного до момента закрытия выпускного окна выталкивается поршнем в выпускную трубу.
Чтобы повысить экономичность и увеличить наполнение цилиндров горючей смесью, необходимо обеспечить открытие выпускного окна ранее окна продувочного для своевременной очистки цилиндров от продуктов сгорания и вместе с тем обеспечить закрытие выпускного окна ранее окна продувочного, т. е. осуществить различный сдвиг фаз продувки и выпуска — создать несимметричные фазы.
Наиболее распространенным способом, дающим возможность получения несимметричных фаз продувки и выпуска, является применение двухпоршневых двигателей прямоточной продувки с П-образным расположением цилиндров, имеющих общую камеру сжатия. На рис. 48, б приведена схема устройства такого двигателя с так называемым вильчатым шатуном.
