Поиски, идеи, разработкиТем, кто связан с гоночной автомобильной или мотоциклетной техникой или просто интересуется конструкцией спортивных машин, хорошо знакомо имя инженера Вильгельма Вильгельмовича Бекмана — автора книг «Гоночные автомобили» и «Гоночные мотоциклы». Не раз он выступал и на страницах «За рулем». Недавно вышло в свет третье издание книги «Гоночные мотоциклы»* (второе было выпущено в 1969 году), переработанное и дополненное сведениями о новых конструктивных решениях и анали-В настоящее время двухтактные гоночные двигатели превосходят по мощности своих четырехтактных соперников в нлассах от 50 до 250 смз; в классах большего рабочего объема четырехтактные двигатели пока сохраняют конкурентоспособность, так как высокая форсировка двухтантных двигателей этих классов труднее, причем более заметным становится известный недостаток двухтактного процесса — повышенный расход топлива, требующий увеличения объема топливных банов и более частых остановок для заправни. Прототипом большинства современных двухтактных двигателей гоночного типа является конструкция, разработанная фирмой МЦ (ГДР). Работы по усовершенствованию двухтактных двигателей, выполненные этой фирмой, обеспечили гоночным мотоциклам МЦ классов 125 и 250 смз высокие динамические качества, и их конструкция в той или иной степени была скопирована многими фирмами в других странах мира.высоких, так и на средних частотах вращения. При обычном устройстве газораспределения раннее открытие впускного окна неизбежно связано с большим запаздыванием его закрытия; это полезно для получения мансимальной мощности, но связано с обратным выбросом горючей смеси на средних режимах и соответствующим ухудшением характеристики крутящего момента и пусновых качеств двигателя. На двухцилиндровых двигателях с параллельными цилиндрами диеновые золотники устанавливают по концам коленчатого вала, что при выступающих справа и слева карбюраторах дает большие габариты по ширине двигателя, увеличивает лобовую площадь мотоцикла и ухудшает его внешнюю форму. Для устранения этого недостатка иногда применяли конструкцию в виде двух спаренных под углом одноцилиндровых двигателей с общим картером и воздушным охлаждением («Дерби», ЯВА). В отличие от двигателя ЯВА цилиндрыГазораспределение двухтактныхРис. 2. Мембранные впускные клапаны двигателя-.«Ямаха»: а — схема устройства; б ••;—Начало наполнения картера; . в г1- гКодсос смеси через клапаны в цилиндр; 1 — ограничитель; 2 — момбрана; 3 — окно в поршне. ' _^0$ганптпв£Выпуск Рис. 1. Гоночный двухтактный * двигатель МЦ 125 смз: а — общий •л вид; б —• расположение газораспределительных каналов.Рис. 3. Системы продувки: „ '•— t третьим продувочным окном; б — с двумя дополнительными продувочными каналами; в — с разветвляющимися продувочными каналами. спаренных двигателей могут занимать вертикальное положение; при этом требуется водяное охлаждение, так как задний цилиндр заслонен передним. По такой схеме был изготовлен один из гоночных двигателей МЦ 125 смз. Трехцилиндровый двигатель «Сузуни» (50 смз, литровая мощность около 400 л. с./л) с диеновыми золотнинами по существу состоял из объединенных в одном блоне трех одноцилиндровых двигателей с самостоятельными коленчатыми валами; два цилиндра были горизонтальными, один вертикальным. Двигатели с золотниками на впуске конструировались ив четырехцилиндровых вариантах. Типичным примером могут служить двигатели «Ямаха», изготовленные в виде двух спаренных шестеренной передачей двухцилиндровых двигателей с параллельными цилиндрами; одна пара цилиндров расположена горизонтально, вторая — под углом вверх. Двигатель 250 смз развивал до 75 л. с , а мощность варианта 125 смз достигала 44 л. с. при 17 800 об/мин. По аналогичной схеме сконструирован и четырехцилиндровый двигатель ЯВА (350 смз, 48x47) с золотнинами на впуске, представляющий собой два спаренных двухцилиндровых двигателя с водяным охлаждением. Он развивает мощность 72 л. с. при 1300 об/мин. Еще больше мощность четырехцилиндрового двигателя «Морбиделли» класса 350 смз такого же типа — 85 л. с. Ввиду того, что диеновые золотники устанавливаются по концам ноленчатого вала, отбор мощности в многоцилиндровых конструкциях с такой системой впуска обычно производится через шестерню на средней шейне вала между отсеками нартера. При диеновых золотниках рассматриваемого типа увеличение числа цилиндров двигателя свыше четырех нецелесообразно, так нак дальнейшее спаривание двухцилиндровых двига-зом тенденции дальнейшего развития двухколесных машин. Читатель найдет в книге очерк об истории зарождения мотоциклетного спорта и влиянии его на развитие мотоциклетной промышленности, получит сведения о классификации машин и соревнований, познакомится с особенностями конструкции двигателей, трансмиссии, шасси и системы зажигания гоночных мотоциклов, узнает о путях их совершенствования. Многое из того, что применяется впервые на спортивных машинах, затем внедряется на серийных дорожных мотоциклах. Поэтому знакомство с ними позволяет как бы заглянуть в будущее и представить себе мотоцикл завтрашнего дня. Подавляющее количество строящихся ныне в мире мотоциклетных двигателей работает по двухтактному циклу, поэтому к ним мотолюбители проявляют наибольший интерес. Предлагаем вниманию читателей отрывок из книги В. В. Бекмана, посвященный одному из важнейших вопросов развития двухтактных двигателей. Мы сделали только незначительные сокращения, изменили нумерацию рисунков и привели некоторые наименования в соответствие с употребляемыми в журнале.Бекман В. В. Гоночные мотоциклы. Ленинград. «Машиностроение», 1975 288 стр., 25 000 экз. 34Гоночные двигатели МЦ (рис. 1) имеют простую конструкцию и похожи нак по устройству, так и по внешнему виду на обычные двухтактные двигатели. За 13 лет мощность гоночного двигателя МЦ 125 смз выросла с8 до 30 л. с ; уже в 1962 году была достигнута литровая мощность 200 л. с/л. Одним из существенных элементов двигателя является дисковый вращающийся золотнин, предложенный Д. Циммерманом. Он позволяет получить несимметричные фазы впусна и выгодную форму впускного тракта; благодаря этому возрастает коэффициент наполнения картера. Дисковый золотник изготовляют из тонкой (около 0,5 мм) листовой пружинной стали. Оптимальная толщина диена найдена опытным путем. Дисковый золотнин работает как мебранный клапан, прижимаясь к отверстию впуенного канала, когда в картере происходит сжатие горючей смеси. При увеличенной или уменьшенной толщине золотника наблюдается ускоренный износ диска. Слишком тонкий диен прогибается в сторону впускного нанала, что влечет за собой увеличение силы трения между диском и крышкой картера; увеличенная толщина диска также ведет к увеличенным потерям на трение. В результате доводки конструкции срок службы дискового золотника был увеличен с3 до 2000 часов. Дисковый золотнин не вносит особого усложнения в устройство двигателя. Золотник устанавливается на валу посредством скользящего шпоночного или шлицевого соединения, чтобы диск мог занимать свободное положение и не защемляться в узном пространстве между стенкой картера и крышкой. По сравнению с классической системой управления впускным онном нижней кромкой поршня золотник дает возможность раньше открыть впускное окно и долго держать его открытым, что способствует повышению мощности нан на телей привело бы к очень громоздкой конструкции; даже в четырехцилиндровом исполнении двигатель получается на пределе допустимых габаритов. В последнее время на некоторых гоночных двигателях «Ямаха» применяют автоматические мембранные клапаны во впускном канале между карбюратором и цилиндром (рис. 2. а). Клапан представляет собой тонкую эластичную пластинку, отгибающуюся под действием разрежения в картере и освобождающую проход для горючей смеси. Во избежание поломки нлапанов предусмотрены ограничители их хода. При средних режимах работы клапаны достаточно быстро закрываются, чтобы предупредить обратнй выброс горючей смеси, что улучшает характеристику нрутящего момента двигателя. Такие клапаны на основании практических наблюдений могут нормально функционировать при скоростных режимах до 10 000 об/мин. При более высоких числах оборотов их работоспособность проблематична.сверху вниз. Такая форма впускного транта благоприятна для использования эффекта резонансного наддува. Поток горючей смеси во впуснном тракте непрерывно пульсирует, причем в нем возникают волны разрежения и повышенного давления. Настройка впускного тракта за счет подбора его размеров (длины и проходных сечений) позволяет обеспечить в определенном интервале чисел оборотов закрытие впускного окна в момент входа в картер волны повышенного давления, что увеличивает коэффициент наполнения и повышает мощность двигателя. При значениях коэффициента наполнения картера, превышающих единицу, двухтактный двигатель должен был бы развивать вдвое большую мощность по сравнению с четырехтактным. В действительности этого не происходит вследствие существенных потерь свежей смеси в выхлоп и перемешивания поступившего в цилиндр заряда с остаточными газами от предыдущего рабочего цикла. Не-В двигателях с мембранными клапанами для улучшения наполнения целесообразно поддерживать сообщение между впускным каналом и подпоршневым пространством или продувочным каналом при положении поршня вблизи н.м.т. Для этого в стенке поршня со стороны впуска предусматривают соответствующие онна 3 (рис. 2, б). Мембранные клапаны обеспечивают дополнительный подсос горючей смеси, ногда во время продувки в цилиндрах и картере образуется разрежение (рис. 2, в). Высокую мощность развивают также двухтактные двигатели, у которых процессом впуска горючей смеси в картер управляет поршень, как у подавляющего большинства обычных двигателей массового производства. В основном это относится к двигателям рабочим объемом 250 смз и более. Примерами могут служить мотоциклы «Ямаха» и «ХарлейДавидсон» (250 смз — 60 л. с ; 350 смз — 70 л. с ) , а также мотоцикл «Сузуни» с двухцилиндровым двигателем класса 500 смз мощностью 75 л. с , занявший первое место в гонке Т. Т. * 1973 года. Форсирование этих двигателей осуществляется так же, нан ив случае использования дисковых золотников, тщательной конструктивной проработкой органов газораспределения и на основе изучения взаимного влияния впускного и выпускного трактов. Двухтактные двигатели независимо от системы управления впусном имеют выпрямленную форму впускного тракта, который направлен в подпоршневое пространство, куда поступает горючая смесь; по отношению к оси цилиндра впуснной трант может быть перпендикулярным или с нанлоном снизу вверх или * Т.Т. — «Турист Трофи» — интернацион альные мотоциклетные гонки, проводящ иесяв Англии на острове Мэн (ред.).совершенство рабочего цинла двухтактного двигателя обусловлено одновременным протеканием процессов наполнения цилиндра и его очистки от продунтов сгорания, тогда как в четырехтактном двигателе эти процессы разделены во времени. Процессы газообмена в двухтактном двигателе отличаются большой сложностью и до сих пор плохо поддаются расчету. Поэтому форсирование двигателей ведется, главным образом, путем экспериментального подбора соотношений и размеров конструктивных элементов органов газораспределения от впускного патрубка нарбюратора до концевого патрубка выхлопной трубы. Со временем был накоплен большой опыт по форсированию двухтактных двигателей, описанный в различных исследованиях. В первых конструкциях гоночных двигателей МЦ была использована возратнопетлевая продувка типа «Шнюрле» с двумя продувочными каналами. Значительное улучшение мощностных показателей было получено благодаря добавлению третьего продувочного канала (см рис. 1), расположенного спереди напротив выпускных окон. Для перепуска через этот канал на поршне предусмотрено специальное окно. Дополнительный продувочный канал устранил образование подушки горячих газов под дном поршня. Благодаря этому каналу удалось увеличить наполнение цилиндра. улучшить охлаждение и смазку свежей смесью игольчатого подшипника верхней головки шатуна, а также облегчить температурный режим работы дна поршня. В результате мощность двигателя повысилась на 10 процентов, а прогары поршней и поломки подшипника верхней головки шатуна были устранены. Качество продувки зависит от степени сжатия горючей смеси в нартере; на гоночных двигателях этот параметр выдерживается в пределах 1,45 — 1,65, что требует весьма номпактной конструкции кривошипно-шатунного механизма. Получение высоких литровых мощностей возможно за счет широких фаз распределения и большой ширины газораспределительных окон. Ширина онон гоночных двигателей, измеренная центральным углом в поперечном сечении цилиндра, достигает 80 — 90 градусов, что создает тяжелые условия работы для поршневых колец. Зато при такой ширине окон в современных двигателях обходятся без склонных к перегреву перемычек. Увеличение высоты продувочных окон сдвигает максимальный крутящий момент в область более низкого числа оборотов, а увеличение высоты выпускных окон создает обратный эффект. Система продувки с третьим дополнительным продувочным каналом (см. рис. 1) удобна для двигателей с золотником, у которых впуснной канал расположен сбоку, а зона цилиндра напротив выпуснного окна свободна для размещения в ней продувочного окна; последнее может иметь перемычку, как показано на рис. 3, а. Дополнительное продувочное окно способствует образованию потока горючей смеси, огибающего полость цилиндра (петлевая продувка). Весьма существенное значение для эффективности процесса газообмена имеют углы входа продувочных каналов; от них зависят форма и направление потока смеси в цилиндре. Горизонтальный угол а, колеблется в пределах 50 — 60 градусов, причем большее значение соответствует более высокому форсированию двигателя. Вертикальный угол а, равен 45 — 50 градусов, отношение сечений дополнительного и основного продувочных окон составляет оноло 0,4. На двигателях без золотника карбюраторы и впускные окна, как правило, расположены на задней стороне цилиндров. В этом случае обычно применяют иную систему продувки — с двумя боковыми дополнительными продувочными каналами (рис. 3,6). Горизонтальный угол входа а, (см. рис. 3,а) дополнительных каналов — около 90 градусов. Вертикальный угол входа продувочных каналов колеблется для различных моделей в довольно широких предпах : на модели «Ямаха» ТД2 класса 2'J смз он составляет для главных продувочных каналов 15 градусов, а для дополнительных — 0 градусов; на модели «Ямаха» ТД2 класса 350 смз соответственно 0и 45 градусов. Иногда применяется вариант этой системы продувки с разветвляющимися продувочными наналами (рис. 3,в). Дополнительные продувочные окна расположены напротив выпускного окна, и, следовательно, подобное устройство приближается к первой из рассмотренных систем, имеющей три окна. Вертикальный угол входа дополнительных продувочных наналов 45 — 50 градусов. Отношение сечений дополнительных и основных продувочных окон танже около 0,4. На рис. 4 показаны схемы движения газов в цилиндре во время процесса продувки. При остром угле входа дополнительных продувочных каналов поступающий из них поток свежей смеси удаляет клубок отработавших газов в середине цилиндра, не захватываемый потоком смеси из основных продувочных каналов. Возможны и другие варианты систем продувки по количеству продувочных окон. Следует заметить, что на многих двигателях продолжительность открытия дополнительных продувочных окон на 2 — 3 градуса меньше, чем у основных. На некоторых двигателях «Ямаха» дополнительные продувочные каналы были выполнены в виде желобков на внутренней поверхности цилиндра; внутренней стенкой канала является здесь стенка поршня при его положениях вблизи от н.м.т. На процессе продувки сказывается и профиль продувочных каналов. Плавная форма без резких изгибов дает меньшие перепады давления и улучшает показатели работы двигателя, в особенности на промежуточных режимах. Приведенные в этом разделе сведения показывают, что двухтактные двигатели выделяются простотой своего устройства. Повышение удельной мощности двигателей этого типа в течение последнего десятилетия не сопровождалось какимилибо существенными изменениями базовой конструкции; оно явилось следствием тщательного экспериментального подбора соотношений и размеров ранее известных конструктивных элементов. 35