Почему "летают" мотоциклы

ПОЧЕМУ «ЛЕТАЮТ» МОТОЦИКЛЫ

]

ОБОЗРЕНИЕ ЗР 

ПОЧЕМУ «ЛЕТАЮТ» МОТОЦИКЛЫ

Теперь мы, автомобилисты, все чаще задаемся этим вопросом, видя, как двухколесная машина в ярком обтекателе срывается с места и пулей исчезает из глаз. Дело не только в малой массе — мотоциклетные моторы ныне в большинстве своем намного превосходят автомобильные, особенно по удельным показателям. О том, какими техническими ухищрениями достигнуто это превосходство, специально для «За рулем» рассказывает обозреватель журнала «Мото» Александр ВОРОНЦОВ.

Сфера применения мотоцикла (будем называть так любую двухколесную машину с двигателем внутреннего сгорания) чрезвычайно широка, поэтому и вариантов исполнения мотоциклетных двигателей неисчислимое множество. Подробный обзор всех этих конструкций — тема не статьи, а весьма объемистой книги. Здесь постараюсь обозначить лишь основные тенденции развития двигателей для мотоциклов*.

Спор между двухтактными и четырехтактными двигателями в автомобилестроении был решен в пользу четырех тактов еще в 50-е годы (правда, не окончательно — процесс, разработанный австралийской фирмой «Орбитал», весьма заинтересовал крупнейшие автомобильные компании мира). В мотоциклостроении же обе принципиальные схемы мирно уживаются, поделив сферы влияния. Причем двухтактные двигатели закрепились в двух совершенно различных областях — они применяются либо на дешевых машинах утилитарного назначения, либо на мотоциклах ярко выраженного спортивного характера. В первом случае их ценят за простоту. Во втором — за двукратный перевес в мощности над четырехтактным двигателем того же рабочего объема (в теории). Правда, в силу присущих двухтактному двигателю недостатков — прежде всего, продувки топливно-воздушной смесью — это преимущество на практике никогда не удается воплотить полностью. Но все же перевес получается солидным — не зря в мотогонках Гран-при четырехтактные двигатели не появляются уже более десяти лет.

ВСЕГО ДВА ТАКТА

Двухтактные моторы машин утилитарного назначения весьма традиционны по конструкции и фактически застыли на уровне, достигнутом к началу 70-х годов. У них относительно невысокая (для мотоциклостроения) литровая мощность — не более 100 л. с./л. Как правило, эти двигатели — одноцилиндровые, с отлитым из алюминиевого сплава цилиндром и чугунной гильзой. Смазка — в смеси с топливом либо раздельная. Зажигание — незамысловатая электронная бесконтактная схема. Во впускном тракте установлен лепестковый клапан, препятствующий обратному выбросу смеси. Это простое и эффективное устройство позволяет расширить рабочий диапазон двигателя и повысить КПД, потому двухтактники, где нет этого узла, можно пересчитать по пальцам.

СЛОЖНЕЕ, ЕЩЕ СЛОЖНЕЕ...

Есть и более изысканные конструкции — у двухтактных двигателей мотороллеров и легких мотоциклов, выпускаемых в Европе и Японии. Мотороллерные моторы — с воздушным принудительным охлаждением, а наиболее форсированные (до 140 л. с./л) — даже с жидкостным. Чугунную гильзу у таких двигателей заменяет специальное покрытие, обычно никелькремниевое. Раздельная система смазки применяется обязательно — иначе «двухтактник» не вписывается в довольно жесткие нормы чистоты выхлопа. Не редкость на современных мотороллерах и мопедах и катализатор в выпускной системе. Объединяет «утилитарные» двухтактные моторы одно: их рабочий объем не превышает 200 см3 — при большем разрыв в топливной экономичности двух- и четырехтактных двигателей становится слишком заметным. Лишь два исключения — наш ИЖ и чешская «Ява» — конструкции, корни которых уходят в полувековую давность, подтверждают это правило. Бывают исключения и с «другой стороны»: не редкость утилитарные машины с четырехтактными двигателями объемом 125 и даже 100 см3 (причем у «Хонды», а также ее многочисленных копий из Юго-Восточной Азии «полтинник» и тот может быть четырехтактным).

Подлинный шедевр современной техники — двухтактные двигатели спортбайков и машин типа «эндуро». Сложностью «начинки» они не уступают четырехтактным моторам! Кроме лепесткового клапана на впуске, появилась еще и специальная заслонка — так называемый мощностной клапан — на выпуске. Дело в том, что для двухтактного двигателя чрезвычайно важное значение имеет не только форма камеры сгорания и каналов в «теле» двигателя, но и настройка впускной и выпускной систем. Это связано с продувкой цилиндра, во время которой часть топливно-воздушной смеси вылетает в выпускную систему. Смесь удается вернуть в камеру сгорания, используя волновые процессы. Но лишь в определенном диапазоне оборотов. Мощностной клапан, перекрывая часть проходного сечения выпускного патрубка, меняет сопротивление выпускной системы и тем самым ее настройку, расширяя диапазон наиболее эффективной работы двигателя. Такие системы появились в начале 80-х годов на двухтактных моторах кроссовых и гоночных мотоциклов. Поначалу они имели центробежные регуляторы механического типа, но сейчас управление мощностными клапанами возложено на электронику.

Поскольку литровая мощность описанных двигателей очень высока — до 300 л.с./л — и, соответственно, тепловой режим весьма напряженный, то их охлаждение только жидкостное. Электронные системы зажигания — более сложные, с цифровым процессором, что позволяет задавать оптимальное опережение в зависимости от оборотов двигателя.

Будущее двухтактных двигателей, очевидно, за системами впрыска топлива, которые позволят, наконец, разделить процессы продувки и наполнения цилиндра. Характерно, что в конце 1996 года появились сразу две модели совершенно различного назначения с двухтактными двигателями, оснащенными впрыском топлива, — 50-кубовый мотороллер «Веспа-50ЕТ2» и 500-кубовый спортбайк «Бимота V-Дуэ».

ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЕ

Конструкции таких моторов не менее, а, пожалуй, даже и более разнообразны, чем двухтактных. Подходы к проектированию двигателей для машин утилитарного назначения и для дорогих тяжелых мотоциклов опять-таки совершенно различны. Для «рабочей лошадки» характерен одноцилиндровый двигатель рабочим объемом 125–250 см3, с почти вертикальным расположением цилиндра, воздушным охлаждением, верхним распределительным валом с приводом цепью, двухклапанной головкой цилиндра.

В отличие от автомобиля, где двигатель всегда закрыт капотом и его дизайном начали заниматься лишь в последние годы, для мотоцикла внешний вид двигателя часто имеет решающее значение. Только, пожалуй, в американском автомобилестроении мода влияла на число и расположение цилиндров. А для мотоцикла такое — в порядке вещей: вот уже 15 лет не проходит мода на двухцилиндровые V-образные четырехтактные двигатели, представленные великим множеством вариантов рабочего объема — от 125 до 1500 «кубиков». Своеобразные достоинства этой компоновочной схемы — особая вибрация и характерный неровный звук мотора — в общем, мотоциклетные радости мало понятны завзятому автомобилисту.

Но вершина развития мотоциклетных двигателей — это, конечно, рядные «четверки». Моторы подобного типа всегда на два-три шага опережают автомобильные. Например, четырехклапанная схема, которая лишь в последние годы стала общепринятой в автомобилестроении, получила широкое распространение на мотоциклетных четырехцилиндровых моторах уже в конце 70-х годов. Да и сегодня много ли найдется автомобильных двигателей с удельной мощностью 175 л. с./л, способных работать на 12 000 об/мин? А вот 105-сильная «Хонда-CBR600R», из технической характеристики которой взяты эти параметры, не считается слишком уж «горячим» спортбайком — так, разъездная лошадка на каждый день.

Поскольку четырехцилиндровые моторы весьма популярны и в автомобилестроении, то интересно подробнее рассмотреть конструкцию такого двигателя, чтобы понять, как достигают столь высоких показателей.

Прежде всего бросается в глаза целая батарея карбюраторов — по одному на каждый цилиндр. Такое решение позволяет убить целую стаю зайцев: каждый цилиндр получает смесь оптимального состава, обеспечивается равномерность наполнения (конечно, при условии синхронизации карбюраторов), впускной тракт получается минимальной длины, поэтому топливо не конденсируется на его стенках. Кроме того, форма тракта — почти прямая, без изгибов и выступов. Своеобразна и конструкция карбюраторов. Кроме дроссельной заслонки, они оснащены дроссельным золотником с дозирующей иглой, подвешенным на гибкой мембране. Полость над мембраной соединена с впускным трактом. Заслонка регулирует количество смеси, при этом в соответствии с ее положением и скоростным режимом работы двигателя золотник с иглой автоматически обеспечивает постоянное разрежение у распылителя и тем самым — точное дозирование смеси. По сути, батарея индивидуальных карбюраторов дает почти те же преимущества, что и распределенная система впрыска топлива, но за меньшую цену. Это и определяет пока еще умеренное распространение систем впрыска на мотоциклах (на рядных «четверках» впрыск применяет лишь БМВ и на одной модели — «Ямаха»).

Цилиндры и головки цилиндров двигателей отливают из алюминиевого сплава. Покрытие на стенках цилиндров — никель-кремниевое, но в последнее время вновь получили распространение чугунные гильзы, обеспечивающие больший срок службы мотора. Охлаждение — жидкостное, по той же схеме, что принята и в автомобиле. В систему смазки включен масляный радиатор, который на наиболее современных двигателях также с жидкостным охлаждением. Специальные распылители брызгают маслом на внутреннюю поверхность поршня, снижая тепловое напряжение этой детали.

Два верхних распределительных вала вращают чаще всего с помощью многозвенной пластинчатой цепи, надежной и малошумной. Для компактности их располагают достаточно близко друг к другу, так что угол между клапанами (два впускных и два выпускных на цилиндр, а у двигателей «Ямаха» — три впускных и два выпускных) составляет около 30°. При этом форма камеры сгорания компактна, с небольшой площадью поверхности, что способствует повышению термического КПД. Часть камеры сгорания образуется выемкой в поршне, так что в верхней мертвой точке периферийная область днища почти соприкасается с головкой цилиндра. Топливно-воздушная смесь в конце хода сжатия с силой выталкивается из этой области в зону свечи зажигания, перемешивая при этом весь заряд смеси (так называемый сквиш-эффект). Таким образом, смесь перед появлением искры находится в интенсивном движении, причем более богатый заряд — как раз у свечи, что помогает надежному воспламенению и быстрому сгоранию смеси.

Применение микропроцессоров в системе зажигания позволяет учитывать большее количество параметров. Так, момент опережения зажигания определяется не только числом оборотов двигателя, но и положением дроссельной заслонки. Поскольку средние цилиндры испытывают, несмотря на жидкостное охлаждение, более напряженный тепловой режим, момент зажигания для них изменяется по иной закономерности, чем для крайних.

С ЧУВСТВОМ ПРЕВОСХОДСТВА

Как и десятилетия назад, мотоциклетные двигатели демонстрируют превосходство в удельной мощности над автомобильными. Пойдет ли развитие последних в том же направлении? Вряд ли. Экономичность и долговечность для мощных мотоциклетных двигателей не столь актуальны — ведь подобный мотоцикл давно уже стал не средством транспорта, а игрушкой взрослого человека. А некоторая непрактичность (например, эксплуатационный расход топлива у 750-кубового мотоцикла выше, чем у малолитражки вдвое больше рабочего объема) игрушке всегда прощалась. Однако такая расточительность непростительна для автомобиля, на котором каждый день ездят на работу.

* Обзор современных мотоциклов — см. ЗР, 1996, № 6. 

Современный двухтактный двигатель с лепестковым обратным клапаном (1) на впуске и регулируемой заслонкой (2) — мощностным клапаном на выпуске («Ямаха-DT125»).

Мощностной клапан (1) управляется сервомотором (2), получающим сигнал от микропроцессора, и обеспечивает оптимальную настройку выпускной системы в зависимости от оборотов двигателя.

Компактная конструкция четырехцилиндрового четырехтактного двигателя («Сузуки-GSX-R750»).

Картерные детали и блок цилиндров двигателя отлиты из алюминиевого сплава. Вместо гильз — никелькремнеуглеродистое покрытие.

Впускной тракт спрямлен для достижения максимального наполнения цилиндра.

Система уравновешивания четырехцилиндрового двигателя «Хонда-СВХ1100ХХ»: 1 — балансирный вал; 2 — промежуточная шестерня; 3 — балансирный вал; 4 — шестерня на коленчатом валу.

Батарея из четырех карбюраторов обеспечивает питание мотоциклетного четырехцилиндрового мотора.

Система инерционного наддува, обеспечивающая лучшее наполнение цилиндров на высоких скоростях («Сузуки-GSX-R600»).

Одноцилиндровый четырехтактный двигатель мотоцикла «Ямаха-SZR660» с пятиклапанной головкой цилиндра.

Двухцилиндровый оппозитный двигатель БМВ нового поколения. Для уменьшения ширины мотора применили привод от верхнего распредвала через короткие штанги и коромысла. БМВ — одна из немногих компаний, использующая на мотоциклетных моторах впрыск топлива.

Двухцилиндровые V-образные двигатели вот уже 90 лет на мотоциклах

(«Хонда-VT750C»).

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Комментарии