Обзор одноцилиндровых ДВС

Последние годы в продаже появилось множество полезных устройств с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), как бытовых, так и профессиональных. К их числу относятся миниэлектростанции, мотопомпы, газонокосилки, мотокультиваторы, снегоочистители. В строительстве находят применение мотобетономешалки, сварочные мотогенераторы, вибротрамбовщики, вибраторы и т.д. В большинстве из них установлены одноцилидровые безиновые четырехтактные двигатели внутренного сгорания с воздушным охлаждением. Реже встречаются дизельные двигатели, но эта тема заслуживает отдельного рассмотрения.

Двигатель является наиболее сложной и дорогостоящей состваляющей большинства таких устройств. Поэтому рассмотрим характеристики, которые следует принимать во внимание выбирая двигатель.

По системе питания практически все используемые бензиновые двигатели являются карбюраторными. В большинстве из них применяется электронная система зажигания, хотя наиболее дешевые экземпляры имею систему зажигания в виде магнето. Электронное зажигаение предпочтительнее, т.к. оно обеспечивает хороший пуск двигателя в различных условиях.

В одноцилиндровых двигателях в основном применяется воздушный способ охлаждения. Для интенсивного отвода тепла в поршневой группе используются цилиндры из алюминиевых сплавов с чугунными вставками или полностью литыми цилиндрами из чугуна. Чугунные литые цилиндры являются более предпочтительными т.к. существенно повышается моторесурс двигателя. Хотя применение алюминиевых цилиндров с чугунными вставками вполне допустимо при эксплуатации двигателя в «домашних» условиях, например, в электростанции, которая используется в качестве резервной при редких отключениях основного электропитания. Или в газонокосилке, которая используется летом раз в неделю в течение часа-другого. Для профессионального использования, скажем в строительной технике при ежедневной длительной работе, двигатель с литыми чугунными цилиндрами является обязательным условием его надежной работы.

Существенным является наличие датчика уровня масла. Простейшим способом «угробить» ДВС является его эксплуатация с низким уровнем масла или вообще без масла. При наличии датчика двигатель с недостаточным количеством масла в картере просто не заведется. Хотя во всех руководствах по эксплуатации имеются призывы проверять уровень масла в двигателе перед его запуском, как показывает практика ремонта, далеко не все следуют этой простой и очень разумной рекомендации.

Ниболее существенное влияние на цену и характеристики двигателя оказывает примененный в нем механизм газораспределения. В настоящее время в рассматриваемых одноцилиндровых двигателях используется три типа механизма газораспределения SV, OHV и OHC. Все три типа использовались ранее или используются в настоящее время в автомобильных двигателях.

Двигатели типа SV — английская абревиатура side valve — двигатели с боковым расположением клапанов. В отечественной литературе такие двигатели чаще называют нижнеклапанными. На самом деле впускной и выпускной клапаны расположены внизу и сбоку от цилиндра. Распредвал расположен также внизу и чаще всего имеет шестернчатый привод от коленвала. Одноцилидровые двигатели с такой компоновкой выпускают в больших количествах все основные мировые производители Honda (серия G), Subaru-Robin (серия EY), Briggs&Stratton, Tecumseh и другие. Такие двигатели обычно работаю на низкооктановом бензине (не выше 92) и не любят больших оборотов. Эти двигатели недороги, надежны, хотя отличаются несколько повышенным расходом топлива по сравнению с OHV и OHC. Очень хорошо работают в миниэлектростанциях, где обороты двигателя поддерживаются фиксированными (как правило 3000 об/мин). В большинстве случаев эти двигатели рекомендуются для домашнего применения, хотя японские двигатели этого типа (Honda, Robin) обладают очень большим моторесурсом и хорошо работают в профессиональной технике.

Интересно, что в автомобилестроении двигатели этого типа были популярны в 30-х годах 20 века. В советских автомобилях они прожили дольше и устанавливались на Победу, ЗИС, Москвич 401 и некоторые грузовики (в основном ГАЗ). Основные врожденные недостатки такой конструкции связаны с большой поверхностью сложной формой камеры сгорания и малоэффективным способом работы горючей смеси, что увеличивает расход топлива и тепловые потери в двигателе. Из-за этого двигатели склонны к детонации топливной смеси и не могут работать на высокооктановом бензине. С другой стороны простая система газораспределения и хорошие условия смазки всех ее деталей являются залогом надежности.

Двигатели типа OHV

Двигатели типа OHV — английская аббревиатура overhead-valve — двигатели с верхним расположением клапанов. Впускной и выпускной клапаны расположены сверху от цилиндра. Распредвал расположен внизу и чаще всего имеет шестернчатый привод от коленвала (иногда цепной). Клапаны открываются и закрываются с помощью толкателей, штанг и коромысел. Одноцилидровые двигатели с такой компоновкой в своей программе имеют все основные мировые производители Honda (серия GХ), Subaru-Robin (серия EН), Briggs&Stratton (Vanguard), Tecumseh и другие. Такие двигатели обычно работаю на бензине с октановым числом 95. Эти двигатели несколько дороже чем SV, очень надежны, долговечны и экономичны и несколько менее шумны. Они устойчиво работают в широком диапазоне оборотов, эластичны. Эти свойства обусловлены в основном отпимальной формой камеры сгорания двигателя. Не любят очень больших оборотов (более 6500) из-за сложной и достаточно большой по длине системы газораспределения, у которой при больших оборотах снижается жесткость системы и точность фаз газораспределения. Эти двигатели рекомендуются для работы в профессиональной технике. Они универсальны и находят применение практически во всех типах устройств.

В автомобилестроении в настоящее время двигатели с этой схемой газораспределения чаще всего встречаются на американских бензиновых моторах, устанавливаемых в основном на джипы и пикапы и на тихоходных грузовых дизелях. Нередко автомобильные двигатели этого типа проходят миллион колометров без капремонта. Из отечественных двигателей наиболее известны (к сожалению не с лучшей стороны) двигатели Заволжского моторного завода ЗМЗ-401, 402 которые в течение нескольких десятилетий устанавливались на Волги и другие автомобили, а также V-образный ЗМЗ-53, который устанавливался на грузовики.

Двигатели типа OHC

Двигатели типа OHC на сегодняшний день самые распространенные в автомобилестроении. Чего нельзя сказать о применении этой компоновки в небольших одноцилидровых бензиновых двигателях. Аббревиатура OHC расшифровывается как overhead-camshaft, в переводе с английского — “верхнее расположение распредвала”. В таких силовых агрегатах кулачки распределительного вала давят на клапаны непосредственно через толкатели, реже — через коромысла. Привод от коленвала к распредвалу чаще всего осуществляется цепью или зубчатым ремнем. Достоинства такого двигателя — четкая работа в очень большом диапазоне оборотов, экономичность, надежность, низкая шумность, большой моторесурс. Такие двигатели могут быстро набирать обороты и столь же быстро сбрасывать их, что позволяет двигателю быстро приспосабливаться к часто меняющейся нагрузке и не снижать заданную мощность. В двигателях типа OHC максимально используются положительные качества электронной системы зажигания.. Камера сгорания такого двигателя имеет все достоинства двигателя OHV, а система газораспределения заметно легче и не содержит деталей, которые теряют жесткость при больших оборотах или при резком изменении оборотов двигателя.

Одноцилиндровые двигатели с такой компоновкой появились в программе основных производителей относительно недавно (во второй половине 90-х годов) и в модельном ряду занимают пока довольно скромное место. У Honda это серия GC, у Subaru-Robin — серия EX, у Tecumseh модель ENDURO 70 XL/C G. Скорее всего производство таких двигателей будет поступательно расти в ближайшие годы, модельный ряд будет расширяться и они займут достойное положение в производстве бытовой и професcиональной техники с ДВС благдаря своей надежности, универсальности и экономичности.

Собственно благодаря этим качествам двигатели OHC завоевали свое главенствующее положение в автомобилестроении. Они (или их модификации с двумя распредвалами DOHC) установлены на подавляющем большинстве современных автомобилей, включая все модели Жигулей.

Как подключить однофазный двигатель

Чаще всего к нашим домам, участкам, гаражам подведена однофазная сеть 220 В. Поэтому оборудование и все самоделки делают так, чтобы они работали от этого источника питания. В этой статье рассмотрим, как правильно сделать подключение однофазного двигателя.

Асинхронный или коллекторный: как отличить

Вообще, отличить тип двигателя можно по табличке — шильдику — на которой написаны его данные и тип. Но это только в том случае, если его не ремонтировали. Ведь под кожухом может быть что угодно. Так что если вы не уверены, лучше определить тип самостоятельно.

Так выглядит новый однофазный конденсаторный двигатель

Как устроены коллекторные движки

Отличить асинхронный и коллекторный двигатели можно по строению. У коллекторных обязательно есть щетки. Они расположены возле коллектора. Еще обязательный атрибут движка этого типа — наличие медного барабана, разделенного на секции.

Такие двигатели выпускаются только однофазные, они часто устанавливаются в бытовой технике, так как позволяют получить большое число оборотов на старте и после разгона. Также они удобны тем, что легко позволяют менять направление вращения — необходимо только поменять полярность. Несложно также организовать изменение скорости вращения — изменением амплитуды питающего напряжения или угла его отсечки. Потому и используются подобные двигатели в большей части бытовой и строительной техники.

Строение коллекторного двигателя

Недостатки коллекторных двигателей — высокая шумность работы на больших оборотах. Вспомните дрель, болгарку, пылесос, стиральную машину и т.д.. Шум при их работе стоит приличный. На малых оборотах коллекторные двигатели не так шумят (стиральная машина), но не все инструменты работают в таком режиме.

Второй неприятный момент — наличие щеток и постоянного трения приводит к необходимости регулярного технического обслуживания. Если токосъемник не чистить, загрязнение графитом (от стирающихся щеток) может привести к тому, что соседние секции в барабане соединятся, мотор попросту перестанет работать.

Асинхронные

Асинхронный двигатель имеет статор и ротор, может быть одно и трёхфазным. В данной статье рассматриваем подключение однофазных двигателей, потому речь пойдет только о них.

Асинхронные двигатели отличаются невысоким уровнем шумов при работе, потому устанавливаются в технике, шум работы которой критичен. Это кондиционеры, сплит-системы, холодильники.

Строение асинхронного двигателя

Есть два типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Вся разница состоит в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это необходимо, так как после разгона она только снижает КПД.

В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная — смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.

Более точно определить бифилярный или конденсаторный двигатель перед вами, можно при помощи измерений сопротивления обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки больше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифилярный двигатель и эта вспомогательная обмотка пусковая, а значит, в схеме должен присутствовать выключатель или пусковое реле. В конденсаторных двигателях обе обмотки постоянно находятся в работе и подключение однофазного двигателя возможно через обычную кнопку, тумблер, автомат.

Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей

С пусковой обмоткой

Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов после включения размыкается. Эти размыкающиеся контакты надо будет подключить к пусковой обмотке. В магазинах есть такая кнопка — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.

Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена»

Сначала при помощи измерений определяем какая обмотка рабочая, какая — пусковая. Обычно вывод от мотора имеет три или четыре провода.

Рассмотрим вариант с тремя проводами. В этом случае две обмотки уже объединены, то есть один из проводов — общий. Берем тестер, измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая имеет самое меньшее сопротивление, среднее значение — пусковая обмотка, а наибольшее — это общий выход (меряется сопротивление двух последовательно включенных обмоток).

Если выводов четыре, они звонятся попарно. Находите две пары. Та, в которой сопротивление меньше — рабочая, в которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки, выводим общий провод. Итого остается три провода (как и в первом варианте):

• один с рабочей обмотки — рабочий;
• с пусковой обмотки;
• общий.

С этими тремя проводами и работаем дальше — используем для подключения однофазного двигателя.

Со всеми этими

Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой через кнопку ПНВС

подключение однофазного двигателя

Все три провода подключаем к кнопке. В ней тоже имеется три контакта. Обязательно пусковой провод «сажаем на средний контакт (который замыкается только на время пуска), остальные два — на крайние (произвольно). К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (обратите внимание! не с общим). Вот и вся схема включения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифилярного) через кнопку.

Конденсаторный

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).

Схемы подключения однофазного конденсаторного двигателя

Первая схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже. Схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском (бетономешалки, например), а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Подключение однофазного двигателя: схема с двумя конденсаторами — рабочим и пусковым

При реализации других схем — с одним конденсатором — понадобится обычная кнопка, автомат или тумблер. Там все соединяется просто.

Подбор конденсаторов

Есть довольно сложная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

• рабочий конденсатор берут из расчета 70-80 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
• пусковой — в 2-3 раза больше.

Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 вольт берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, для пусковой цепи ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.

Изменение направления движения мотора

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.

Как все может выглядеть на практике