Съвременните мотоциклети притежават топлинни четиритактови или, все по-рядко, двутактови карбураторни (в общия случай) бензинови двигатели с вътрешно горене. Поради редица трудности при пускането в ход и поддържането им дизелови двигатели в мотоциклетите не се употребяват. Напоследък стават все повече концентуалните разработки на мотоциклети с електродвигатели или хибридни такива с водородни агрегати плюс електромотор.
Тук ще разгледаме основните въпроси, свързани с принципа на действие и конструкцията на масово употребявания, „класическия“ мотоциклетен двигател.
Основното предназначение на мотоциклетния двигател е да произвежда достатъчно механична енергия, необходима за движение на мотоциклета с товара върху него. За целта в цилиндъра/цилиндрите на дригателя се подава и запалва горивна смес, при изгарянето на която се освобождава голямо количество топлинна енергия. Последната чрез коляно-мотовилковия механизъм се трансформира в механична енергия на двигателя.
Поради това, че механичната енергия се получава чрез преобразуването на топлинната енергия на газовете, двигателят се нарича топлинен. Тъй като изгарянето на горивната смес става вътре в работния цилиндър, тези двигатели се наричат двигатели с вътрешно горене. Най-накрая те се наричат и бутални, защото един от основните детайли, посредством които топлинната енергия се преобразува в механична, е буталото.
Мотоциклетният двигател има следните основни механизми и системи:
1. Коляно-мотовилков механизъм – превръща топлинната енергия на газовете в енергия на двигателя.
2. Разпределителен механизъм – в строго определен момент осъществява всмукването на горивната смес в цилиндъра и изпускането на изгорелите газове навън от него.
3. Мазилна система – служи да осигури мазане на всички триещи се части в двигателя; отнема част от топлината, създавана при триенето на тези части, и я отдава в стените на картера на двигателя.
4. Хранителна система – осигурява съхраняването на горивото, приготвянето на горивната смес и подаването й в цилиндъра/цилиндрите.
5. Запалителна система – осигурява в точно определен момент запалването на работната смес в цилиндъра/цилиндрите.
Основни определения.
При работа на двигателя се извършват следните движения: буталото се плъзга по цилиндъра нагоре и надолу, т.е. налице е възвратно-постъпателно движение; коляновият вал се върти в определена посока, т.е. извършва въртеливо движение. Връзката между буталото и вала се осъществява от мотовилката, която също се премества нагоре-надолу (заедно с буталото) и едновременно се клати като хало около буталния болт и шийката на коляновия вал. Буталото при движението си може да достигне две крайни положение: горно крайно положение, наречено горна мъртва точка (ГМТ), и долно крайно положение, наречено долна мъртва точка (ДМТ). Пътят, изминаван от буталото между ГМТ и ДМТ, се нарича ход на буталото.
Такт се нарича част от работния цикъл на двигателя, извършваща се за един ход на буталото.
Работен (ходов) обем се нарича частта от цилиндъра между ГМТ и ДМТ. Работния обем на двигателя е един от основните показатели за техническата характеристика на всеки мотоциклет. Бележи се с Vh, а се измерва в кубични сантиметри или литри. При едноцилиндровите двигатели работният обем на цилиндъра е и работен обем на двигателя. При многоцилиндровите двигатели работният обем на двигателя е равен на сумата от работните обеми на неговите цилиндри.
Горивна камера (компресионен обем) е пространството между челото на буталото, когато то е в ГМТ и главата на цилиндъра. Бележи се с Vс.
Сумата от работния и компресионния обем дава пълния обем на цилиндъра Va:
Va = Vh + Vс
Компресионно отношение е отношението между пълния и компресионния обем. Бележи се с гръцката буква Є и показва колко пъти горивната смес намалява обема си при движението на буталото от ДМТ до ГМТ. Нарича се още степен на сгъстяване или само компресия:
Є = Va / Vс
За един пълен оборот на коляновия вал буталото извъшва два хода в цилиндъра: от ГМТ до ДМТ и от ДМТ до ГМТ. Честотата на въртене на коляновия вал се измерва с броя на оборотите, които той извършва за единица време (обикновено 1 минута) и се обозначава с об/мин.
Работен цикъл се нарича съвкупността от процесите, които протичат последователно в цилиндъра на двигателя по време на неговата работа. Работните цикли следват непрекъснато един след друг.
В зависимост от това за колко такта ще протече един работен цикъл, двигателите се разделят на:
1. Двутактови – един работен цикъл протича за два такта (два хода на буталото).
2. Четиритактови – един работен цикъл протича за четири такта (четири хода на буталото).
Един от основните показатели за определяне качеството на даден двигател е неговата мощност (работата, която двигателят може да извърши за единица време). Тя се измерва в конски сили (к.с.).
Работни процеси в двигателя.
За да се осъществи работния цикъл в двигателя с вътрешно горене, в неговия цилиндър трябва да протекат в строга последователност следните процеси:
1. Всмукване. В цилиндъра през смукателния отвор навлиа определено количество горивна смес (смес от въздух и бензинови пари).
2. Сгъстяване (компресия). За да може процесът на горенето да протече с необходимата скорост, работната смес трябва да бъде сгъстена до определено налягане. Сгъстяването се извършва при движението на буталото от ДМТ към ГМТ, след като се затвори смукателния отвор.
3. Изгаряне и разширение. При достигане на определената степен на сгъстяване запалителната свещ запалва с електрическа искра работната смес. Налягането и температурата на горящите газове рязко се повишават. Налягането преодолява съпротивлението на буталото и го избутва към ДМТ. При това преместване на буталото от ГМТ към ДМТ се извършва полезна работа.
4. Изпускане. За да може в освободения обем да навлезе прясна горивна смес, изгорелите газове трябва да бъдат изхвърлени от цилиндъра. Това се извършва от буталото при движението му от ДМТ към ГМТ. Газовете напускат цилиндъра през специален отвор в него. Изпускането на изгорелите газове никога не може да бъде пълно, т.е. в цилиндъра винаги остава известно количество от тях. Последните, смесени с навлязлата прясна горивна смес, образуват така наречената работна смес.
С изпускането на изгорелите газове работният цикъл на двигателя завършва, след което започва отначало с процеса на всмукване.
Така описаният работен цикъл се осъществява за два такта (т.е. за два хода на буталото) при двутактовия двигател и за четири такта (четири хода на буталото) при четиритактовия двигател.
