На мотоциклы устанавливают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), в цилиндрах которых тепловая энергия сгорающего топлива превраща­ется в механическую работу. Возвратно-поступательное движение поршня, воспринимающего давление газов, преобразуется во вращение коленчатого вала посредством кривошипно-шатунного механизма, кото­рый состоит из цилиндра, поршня с кольцами, поршневого пальца, шату­на и коленчатого вала. Крайние положения перемещающегося в цилиндре поршня называют мертвыми точками — верхней мертвой точ­кой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ).

Поршневой двигатель внутреннего сгорания: 1 - головка цилиндра; 2 - цилиндр; 3 - поршень; 4 - шатун; 5 - коленчатый вал; в - картер; 7 - свеча зажигания

Рабочий процесс четырехтактного двигателя: а - впуск; б - сжатие; в - расширение (рабочий ход); г - выпуск;
1 - впускной клапан; 2 - свеча зажигания; 3 - выпускной клапан

Расстояние от ВМТ до НМТ называется ходом поршня, а образуемое пространство — рабочим объе­мом цилиндра. Полный внутренний объем цилиндра состоит из рабоче­го объема и объема камеры сгорания. Отношение полного объема к объ­ему камеры сгорания называется степенью сжатия; чем она выше, тем более эффективно происходит рабочий процесс двигателя. Современ­ные двигатели имеют степень сжатия 9 — 10 единиц (у спортивных моде­лей встречаются большие значения).

У двух- и четырехтактных ДВС протекание рабочего процесса и кон­струкция деталей несколько различаются. В четырехтактных двигателях рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (такта) и два оборота коленчатого вала; впуск — поршень опускается от ВМТ и заса­сывает горючую смесь через открытый впускной клапан; сжатие — под­нимающийся от НМТ поршень сжимает рабочую смесь при закрытых клапанах; рабочий ход — смесь сгорает, воспламенившись от электричес­кой искры, и образующиеся газы, расширяясь, перемещают поршень вниз (этот ход поршня называется рабочим, поскольку во время него и совершается полезная работа); выпуск — движущийся вверх поршень выталкивает отработавшие газы через открытый выпускной клапан.

В двухтактных двигателях один рабочий цикл происходит за один обо­рот коленчатого вала. Другая их особенность — отсутствие клапа­нов (впускных и выпускных) с механическим приводом. Их роль выполняет сам поршень, открывая и закрывая специальные окна и каналы на зеркале цилиндра. Объем картера под поршнем также используется при газообмене.

При движении поршня вверх от НМТ происходит впуск рабочей сме­си в подпоршневом пространстве, а в надпоршневом — сначала вытес­нение отработавших газов, оставшихся от предыдущего цикла, а позже, когда окна закрываются кромкой поршня — сжатие. Около ВМТ смесь в камере сгорания воспламеняется электрической искрой, образующей­ся между электродами свечи. Горящая топливо-воздушпая смесь рас­ширяется и толкает поршень вниз — происходит рабочий ход. Опустив­шись примерно на 2/3 своего хода, верхняя кромка поршня открывает окна в цилиндре. Отработавшие газы, находящиеся под избыточным дав­лением, выходят через выпускное окно в выпускную трубу. Через дру­гие окна в цилиндр поступает свежий заряд из полости картера, где опускающийся поршень создает избыточное давление. Это перетекание смеси называется продувкой, а окна и каналы — продувочными.

Конструкция современного четырехтактного двигателя («БМВ- F650CS»): 1 - форсунка системы впрыска топлива; 2 - многоклапанная головка fDOHC); 3 - насос жидкостной системы охлаждения; 4 - поршень, рассчитанный на высокую частоту вращения коленчатого вала; 5 - электростартер; 6 - датчик управления микропроцессорными системами зажигания и питания; 7 - масляный фильтр

Рабочий процесс двухтактного двигателя: а - впуск в кривошипную камеру, сжатие в цилиндре; б - воспламенение (до ВМТ) и последующее сгорание в цилиндре; в - выпуск отработавших газов из цилиндра и продувка горючей смесью из картера; г - схема лепесткового клапана; д - внешний вид лепесткового клапана;
1 - продувочный канал; 2 - выпускной канал; 3 - свеча зажигания; 4 - лепестковый клапан во впускном канале; 5 - впускной канал; 6 - кривошипная камера; 7 - корпус лепесткового клапана; 8 - ограничитель; 9 - упругая пластина

Современные двухтактные ДВС имеют многоканальную (3 — 7 кана­лов) возвратно-петлевую продувку. Кроме того, на входе в цилиндр ставят обратный пластинчатый (лепестковый) клапан, которым управляет разряжение в картере. Во время впуска в картер (поршень движется от НМТ к ВМТ) под действием разряжения в подпоршневом пространст­ве пластинки клапана открывают проход горючей смеси от карбюратора. При обратном движении поршня (во время продувки) избыточное давле­ние в картере закрывает пластины клапана, препятствуя обратному вы­бросу смеси из картера в карбюратор. Лепестковый клапан улучшает наполноние цилиндра, повышает мощность и экономичность двигателя, осо­бенно на малых и средних частотах вращения коленчатого вала. Многие двигатели также имеют специальный механизм, изменяющий высоту вы­пускного окна (а значит продолжительность выпуска) в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя (так называемый «управля­емый выпуск»). Несмотря на принимаемые меры по улучшению газооб­мена двухтактных ДВС, некоторая часть смеси уходит с отработавшими газами, что снижает их экономичность по сравнению с четырехтактными.

Рабочий процесс как двух-, так и четырехтактных ДВС происходит в цилиндре. Поршень перемещается по внутренней поверхности (зерка­лу) цилиндра или вставной гильзы. В современных двигателях вместо стальных или чугунных гильз применяют твердосплавные никель-крем­ниевые композиции («никасил»), напыленные непосредственно на алю­миниевую основу цилиндра. В зависимости от принятого типа системы охлаждения, рубашки цилиндра имеют ребра (воздушное охлаждение) или внугренние полости для прохода охлаждающей жидкости.

Поршень воспринимает давление газов при сгорании рабочей смеси. Он состоит из днища, верхней и нижней части (соответственно головки и юбки) и бобышек крепления поршневого пальца. Форма дни­ща бывает плоской или выпуклой, у четырехтактных двигателей в днище часто делают выемки под клапаны. В юбке поршня у двухтактных двига­телей выполнены вырезы, через которые проходит горючая смесь, ведь у этих двигателей поршень управляет газораспределением (впуском, продувкой и выпуском).

Головка поршня имеет утолщенные стенки, в которых разме­щаются 1—3 компрессионных кольца, изготовленных из специ­ального чугуна или стали. Эти кольца уплотняют зазор между поршнем и зеркалом цилиндра, отводят теплоту в стенки цилинд­ра. У четырехтактных двигателей, помимо компрессионных колец, на поршне имеется маслосъемное кольцо, удаляющее излишки мас­ла с зеркала цилиндра.

Бобышки служат опорой для поршневого пальца, в них имеют­ся проточки для стопорного коль­ца и отверстия для смазки масля­ным туманом. Часто в зоне бобы­шек, на внешней поверхности поршня, делают специальные уг­лубления — холодильники.

Поршни двухтактного (а) и четырехтактного двигателей (6):
1 - головка поршня; 2 - выборки под клапаны; 3 - компрессионные кольца; 4 - маслосьемное кольцо; 5 - бобышки крепления поршневого пальца; 6 - юбка поршня; 7 - вырез под продувочное окно; 8 - маслоуловительная полость (холодильник); 9 - вырез под дополни­тельное продувочное окно.

Юбка направляет движение поршня. Из-за неодинакового теп­лового расширения различных час­тей поршня его наружной поверх­ности придают сложную форму: бочкообразную (конусную) по вы­соте и овальную — по окружности. Изготавливают поршни из высоко­качественных алюминиевых спла­вов с большим содержанием крем­ния, выдерживающих высокие тепловые и механические нагрузки, и в то же время обладающие низ­ким коэффициоггтом расширения.
Поршневой палец шарнирно соединяет поршень с шатуном. Обычно применяют плавающую посадку пальца В бобышках порш­ня; его фиксация от осевых перемещений осуществляется пружинными стопорными кольцами.

Шатуны: а - с разъемной нижней головкой [«Днепр»]; б - с неразъемной нижней головкой («Урал»); 1 - крышка шатуна; 2 - шатунный болт; 3 - шатун; 4 - сепаратор подшипника нижней головки шатуна и ролики; 5 - вкладыши

Шатун передает усилие от поршня к коленчатому валу и состоит из стерж­ня (двутаврового или эллиптического сечения) и головок: верхней и нижней. В зависимости от типа двигателя и применяемой системы смазки, головки шатуна выполняют с подшипниками скольжения (с втулками или вкладышами) или качения (роликовые, игольчатые). Когда в нижней головке применяют подшипник скольжения, саму головку выполняют разъемной.

Коленчатый вал воспринимает усилие от поршня (через шатун), пре­образует его во вращательное движение и затем передает крутящий мо­мент к трансмиссии. Кроме того, от коленчатого вала приводятся в дей­ствие другие сие темы и механизмы: газораспределительный механизм (ГРМ), масляный насос (в четырехтактных ДВС), генератор, насос систе­мы охлаждения, уравновешивающие; валы. В зависимости от числа ци­линдров двигателя и конструктивной схемы коленчатый вал может иметь одно или несколько колеи, каждое из которых образовано двумя щеками и шатунной шейкой. Между коленами и по краям вала распола­гаются коренные шейки, опирающиеся на подшипники.

Коленчатые валы изготавливают составными, или неразбор­ными (цельными). Тип подшипников его опор (коренных шеек) зависит от применяемой системы смазки. Для повышения плавности работы двига­теля (ведь только один ход поршня является рабочим, а остальные — один у двухтактного двигателя, и три у четырехтактного — требуют затраты энергии) коленчатые валы имеют выносной маховик, массивные щеки и противовесы. Кроме того, многие современные двигатели имеют специ­альные уравновешивающие валы, приводимые зубчатой передачей от ко­ленчатого вала.

Коленчатые валы двухцилиндровых двигателей: а - составной («Урал»); б - цельный («Днепр»); 1 - шатун с неразъемной нижней головкой и роликовым подшипником; 2 - противовес; 3 - коренная шейка; 4 - шатунная шейка; 5 - щека