При рассмотрении рабочего процесса, происходящего в цилиндре двигателя, было выяснено, что для обеспечения максимального наполнения цилиндров горючей смесью и наилучшего освобождения цилиндров от отработавших газов, а следовательно, получения максимальной мощности впуск в цилиндры горючей смеси и выпуск отработавших газов должны быть строго согласованы (для каждого данного момента) с положением поршня в цилиндре двигателя.
Наполнение цилиндра горючей смесью и освобождение его от отработавших газов зависят не только от сопротивления каналов, по которым выходят из цилиндра газы и поступает в него свежая горючая смесь, но и от времени, отведенного на впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов, и от момента начала и конца впуска и выпуска.
Период действия системы впуска и выпуска за один рабочий цикл, выраженный в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, носит название фазы газораспределения.
В качестве примера можно привести фазы газораспределения двигателя мотоцикла М-72.
Начало впуска — 76° до ВМТ.
Конец впуска — 92° после НМТ.
Период впуска — 348°.
Начало выпуска — 116° до НМТ.
Конец выпуска — 52° после ВМТ.
Период выпуска — 348°.
Перекрытие клапанов — 128°.
2. Классификация газораспределения
Газораспределение мотоциклетных двигателей можно разбить в основном на две группы: клапанное и щелевое.
Клапанным называется такое газораспределение, при котором открытие и закрытие впускных и выпускных отверстий цилиндра двигателя осуществляется клапанами. Клапанное распределение наиболее распространено для четырехтактных мотоциклетных двигателей, так как оно отличается простотой изготовления и надежностью работы.
Щелевым называется такое газораспределение, при котором открытие и закрытие впускных и выпускных отверстий производится поршнями, движущимися в цилиндре двигателя. Впускные и выпускные отверстия носят название щелей или окон. Щелевое распределение также отличается простотой устройства. Щели (окна) и каналы служат для прохода горючей смеси из карбюратора, подачи ее в цилиндр двигателя и выпуска из цилиндра отработавших газов.
Основными недостатками щелевого газораспределения является неудобство смазки кривошипного механизма и недостаточное наполнение цилиндров горючей смесью.
Неудобство смазки заключается в том, что картер, в котором размещен кривошипный механизм, служит для предварительного сжатия в нем горючей смеси, поступающей затем в цилиндр двигателя. Поэтому наличие в картере запаса масла невозможно.
Недостаточное наполнение цилиндров горючей смесью происходит потому, что выталкивание отработавших газов из цилиндра осуществляется предварительно сжатой горючей смесью. При этом происходит смешение горючей смеси с отработавшими газами. Кроме того, часть хода поршня у нижней мертвой точки тратится на закрытие окон и поэтому некоторая часть объема цилиндра не используется.
3. Клапанное газораспределение четырехтактного двигателя
Во время работы четырехтактного двигателя впуск горючей смеси в цилиндр двигателя обеспечивается открытием впускного клапана, сообщающего рабочую полость цилиндра с карбюратором. По окончании впуска, который заканчивается обычно после нижней мертвой точки, начинается сжатие рабочей смеси в цилиндре двигателя. При этом оба клапана — как впускной, так и выпускной — должны быть полностью закрыты. Клапаны должны быть закрыты и после того, как поршень достигнет верхней мертвой точки, начнется такт расширения и поршень пойдет к нижней мертвой точке.
При подходе поршня к нижней мертвой точке открывается выпускной клапан и начинается выпуск отработавших газов из цилиндра. Поршень при своем дальнейшем перемещении от нижней мертвой точки к верхней будет выталкивать отработавшие газы во внешнюю среду. Когда поршень подойдет к верхней мертвой точке, выпускной клапан закроется и вновь начнет открываться впускной клапан.
Таким образом, впускной и выпускной клапаны должны быть открыты во время соответствующего такта. Поскольку такты четырехтактного двигателя повторяются через два оборота коленчатого вала, то и клапаны открываются один раз за два оборота коленчатого вала. Открытие и закрытие клапанов должны соответствовать определенным положениям поршня в цилиндре согласно фазам, принятым для данного двигателя.
Клапаны открываются при помощи толкателей, и закрываются пружинами, которые, действуя на стержень клапана, прижимают клапан к гнезду.