Байкадемия

Все о мотоциклах

Анатомия мотоцикла: двигатель

Какие же требования выставляются к пламенным «гоночным» сердцам мотоциклов? В голову немедленно приходят максимальная мощность и минимальный вес, но это только начало. Размышляя о мощности, нельзя ограничиваться только ее максимальной величиной. Огромную роль в успехе того или иного мотора играет то, как он отдает свою мощность во всем диапазоне оборотов. Для простоты это называют характером, но с научной точки зрения правильнее говорить о кривых мощности и крутящего момента. Почему же эти кривые настолько важны?

Трехцилиндровый двигатель Aprilia так и не смог привести производителя к мировому титулу MotoGP

Все дело в дозировании газа. Поворот ручки газа на определенный угол соответствует определенному приросту мощности. Другими словами, на каждый градус приходится какое-то количество волосатых лошадиных задов (л.з., нет, извиняюсь – л.с.). И чем мощнее двигатель, тем больше л.с. на градус поворота ручки газа, а, следовательно – сложнее дозировать мощность. Но это еще полбеды.

На двигатель Kawasaki ZX-RR установлено сухое сцепление

Если кривая мощности нелинейная (а у большинства двигателей она именно такая), то получается, что при увеличении оборотов на одно и то же значение (например, на 3000 об./мин.) прибавка в мощности в одном диапазоне оборотов (скажем, с 3000 до 5000 наш условный двигатель «набирает» 15 л.с.) будет значительно отличаться от прироста в другом диапазоне (например, с 5000 до 8000 он наберет 25 л.с.). А отсюда следует, что и количество л.с. на градус поворота ручки газа с 3000 до 5000 и с 5000 до 8000 тоже получится разным (с 5000 до 8000 – больше, другими словами в этом диапазоне оборотов у двигателя произойдет «подхват»). Как следствие – точно дозировать «газ» в диапазоне 5000-8000 об./мин. будет тяжелее. С одной стороны, это добавляет эмоций и впечатлений. Но у гонщиков и того, и другого более чем достаточно. Поэтому на треке большую ценность имеет форма кривой мощности, максимально приближенная к линейной.

Двигатель “шестисотки” класса “суперспорт”

«Плоская» кривая говорит о том, что характер двигателя прогнозируемый (т.е. пилот заранее знает, как двигатель отреагирует на тот или иной поворот ручки газа), и у него нет ярко выраженных «подхватов» и «провалов», в которых трудно дозировать мощность. Требование к линейности характеристики двигателя настолько важно, что иногда ради его выполнения жертвуют даже пиковой мощностью.

Следующее требование связано с надежностью. Из-за огромных нагрузок, которые испытывают внутренние компоненты двигателя, зачастую непросто обеспечить необходимый ресурс гоночных моторов. Другими словами, двигатель должен выдерживать хотя бы один этап гонок.

Мотор RC211V – один из самых плотноупакованных

Размеры двигателя также играют немалую роль в успехе. Если конструкторам удается сделать мотор более компактным, то это позволяет в больших пределах «играть» с положением центра тяжести, который непосредственно влияет на многочисленные нюансы поведения мотоцикла. Меньшие размеры двигателя также облегчают задачу централизации масс, что влияет на «поворотливость».
Последнее серьезное требование к гоночным двигателям сродни одному из условий, предъявляемым к тормозным системам. Так как в двигателе есть множество вращающихся (и порой очень быстро!) частей, то они, как и колеса с тормозными дисками, представляют собой гироскопы и маховики. Гироскопический эффект вращающихся частей двигателя влияет на способность мотоцикла быстро изменять траекторию, а маховиковый – быстро ускоряться. Как и в случае с тормозами, и то и другое желательно минимизировать.

Ужаснувшись сложности поставленной задачи, давайте посмотрим, как все эти технические требования выполняются (если выполняются!) в мотоциклах различных классов.

Двухтактные двигатели в MotoGP теперь часть истории

Начнем ковыряние в моторах с жужжащих двухтактных «вонючек» классов “GP-125” и “GP-250”. Малый рабочий объем этих одно- и двухцилиндровых двигателей непосредственно ограничивает мощность и сужает диапазон оборотов, в котором она вырабатывается. Причем мощность получается настолько маленькой (по сравнению с классами MotoGP и SBK), что тут уж не до линейной характеристики. В этом классе даже пол-лошади стоят дорого. Поэтому выжимают мощность до последней капли. Для снижения потерь на трении количество поршневых колец уменьшают до одного. Ширину беговых дорожек коренных подшипников делают минимально возможной. Еще одна капля мощности приходит от использования гоночного радиатора повышенной пропускной способности. Его применение позволяет помпе легче перекачивать воду в системе охлаждения. Результат – еще одна «нелишняя» «пони». Кстати, температура двигателя тоже непосредственно влияет на мощность. Общее правило таково: больше температура – меньше мощность, и наоборот. Поэтому гоночные двигатели особенно критичны к охлаждению.

Степень сжатия поднимают до невероятных для двухтактного мотора величин, а карбюратор, выпуск и систему зажигания настраивают для работы на максимальных оборотах. Все это приводит к чудовищной нелинейности кривых крутящего момента и мощности. Благо ее сравнительно немного. Из-за этого и способности мотоциклов GP-125 и 250 проходить повороты на огромных скоростях больших трудностей с дозированием мощности не возникает – многие повороты просто не требуют сбрасывать газ.
Надежность двухтактных двигателей GP-125 и 250 из-за высокой степени форсировки и особенностей смазки невелика. Богатые команды меняют поршни каждый гоночный день, а менее обеспеченные – перед каждым этапом.

Двигатели Ducati доминируют в чемпионате Супербайк

Следующая ступень «двигательной» иерархии – класс Superbike. Нам он особенно интересен тем, что эти двигатели (кроме Foggy Petronas FP-1) происходят от моторов обычных дорожных спортбайков. В чемпионате WSB работают двигатели трех конфигураций: V-образные «двойки», рядные «тройки» и «четверки». Но от своих дорожных собратьев эти «генераторы мощности» ушли чудовищно далеко.

Механики команды Suzuki работают с двигателем GSX-R1000

В качестве примера проведем трепанацию двигателя Suzuki GSX-R1000 2005 модельного года. Как говорят англичане – “Devil is in the details” (в вольном переводе – «Собака зарыта в мелких нюансах»). Двигатель «джиксера» весь состоит из них. Кованые поршни с «мини-юбкой», титановые клапаны, гоночные распредвалы – только начало. При ближайшем рассмотрении поражает форма поршневых колец. Их сечение не прямоугольное, а трапецеидальное. Это позволяет снизить потери на трении. Коленвал мотоцикла идет идеально сбалансированным уже с завода. Сцепление изначально «проскальзывающее». Причем его конструкция оказалась настолько удачной, что некоторые команды меняют только диски и пружины, а саму «корзину» оставляют серийной. Но самый большой сюрприз – в конструкции картера. В опорах коленвала, разделяющих картерное пространство, сделаны отверстия. Они призваны облегчить дорогу картерным газам, вытесняемым опускающимися поршнями в соседние отсеки, где поршни поднимаются. Только это техническое решение дает прибавку около двух л.с.

Картер Honda RC211V с окошком контроля уровня масла

В королевском классе MotoGP дизайн двигателей представляет собой апофеоз инженерного искусства и разрушает все технические преграды. Из-за колоссальной мощности требование к линейности характеристики двигателя в MotoGP самое жесткое. Одним дизайном двигателя добиться плоской кривой мощности уже не удается, и в игру вступает электроника (см. материал «Электроника» в одном из ближайших номеров). Но даже умные электронные системы управления двигателем не способны полностью справиться с табунами в 250 л.з. Класс MotoGP – территория «Большого Взрыва»* (сноска: см. «Мото» №1 2006г.). Только с ее помощью гоночным командам удалось чувствительно облегчить задачу пилотов, уставших бороться с бесконечными пробуксовками.
Отдельного упоминания заслуживает блок сцепления. Мощность в классе MotoGP настолько большая, что обычное многодисковое сцепление в масляной ванне становится малоэффективным и часто начинает проскальзывать.

Сцепление Foggy Petronas – сухое

Выходов из этой ситуации два. Можно либо увеличить количество дисков (и тем самым массу корзины сцепления и мотоцикла в целом), либо сделать сцепление сухим. Практически все команды MotoGP выбрали второй путь. Сухое сцепление при меньшем количестве фрикционных дисков позволяет передавать большую мощность и не загрязняет продуктами трения масло. Но у него есть и существенный недостаток – сложность охлаждения. В отличие от привычного сцепления в масляной ванне, сухое сцепление охлаждается только потоком воздуха. Из-за этой особенности его очень легко перегреть, особенно на старте. Именно поэтому сухое сцепление в состоянии пережить всего два гоночных старта, после чего потребует ремонта.

Сухое сцепление мотоцикла MotoGP Honda RC211V

Еще одна задача, которая лежит на плечах сцепления – предотвращение блокировки заднего колеса при переключении сразу нескольких передач вниз. Проскальзывающее сцепление частично справляется с этим отрицательным эффектом, но зачастую приходится прибегать к дополнительной помощи электроники. Но об этом – позже.

В разговоре о двигателях болидов MotoGP нельзя не упомянуть об устройстве газораспределительного механизма. Из-за огромных оборотов нагрузка на распредвалы, клапаны и пружины двигателей MotoGP воистину чудовищная. Чтобы ее хоть как-то уменьшить, надо применять более мягкие пружины. Но при этом растет риск зависания клапанов. Конечно, можно изготавливать их из легкого титанового сплава, но это все равно полностью не решало проблему. Пружины остаются достаточно жесткими, и огромные обороты быстро приводят к их разрушению (известны случаи, когда механикам приходилось менять клапанные пружины каждый день!). Выход из сложившейся ситуации давно известен и применяется в F1. Пневматические клапаны, где вместо пружин используется сжатый воздух. Но в отличие от F1, эта технология пока не нашла признания в мотогонках. Ее испытывали несколько команд, включая ушедшую Aprilia, но успеха не добился никто. Тем не менее, в этом году Suzuki возобновила тестирование пневматической технологии. А нам остается наблюдать, к чему это приведет.

Двигатель супербайка Yamaha YZF-R1 внешне почти не отличается от стокового

Последнее, о чем хочется упомянуть в нашем исследовании двигателей MotoGP – влияние гироскопического эффекта на поведение мотоцикла. Как уже было сказано, быстровращающиеся части мотоцикла представляют собой гироскопы, препятствующие любым изменениям направления движения. Это – одна из основных причин, которая вынуждает конструкторов снижать вес колес и коленвала (основные гироскопы мотоцикла). Но у гироскопов есть интересное свойство. Если они вращаются в одном направлении, их гироскопический эффект суммируется, если же направление вращения противоположное, то эффекты вычитаются, частично компенсируя друг друга. Это свойство и пытались применить в гоночных двигателях их конструкторы. Еще во времена GP-500 некоторые команды тестировали двигатели с двумя коленвалами, вращающимися в противоположном направлении. Это действительно компенсировало их гироскопический эффект, но и существенно увеличивало потери мощности. В конце концов от применения двух коленвалов отказались. Но современная Yamaha М1 пошла дальше. Конструкторы, вместо компенсации гироскопического эффекта одного только коленвала, решили уменьшить влияние всех гироскопов мотоцикла. Для этого они заставили коленвал вращаться в направлении, противоположном вращению колес. В результате суммарный гироскопический эффект уменьшился и мотоцикл стал намного проворнее.

Сухое сцепление фирмы STM на мотоцикле KR Proton

Еще один класс гоночных мотоциклов, двигатели которых представляют интерес – Endurance. Здесь, как и в случае с тормозами, требования радикально отличаются от остальных классов. Раз гонки «на выносливость», то двигатель должен быть именно таковым. Как же поднять ресурс мотора? Достаточно просто его не форсировать! Механики Endurance зачастую ограничиваются классическим тюнингом: «нулевой» воздушный фильтр, система управления двигателем («мозги») и полная выпускная система. «Ограниченность» форсировки мотора также позволяет удержать потребление топлива на приемлемом уровне, а это сокращает количество пит-стопов. А вот что играет важную роль, так это механическая прочность двигателя, ведь даже падения не должны выводить мотоцикл из строя. Для поднятия «живучести» мотора в случае падений штатные крышки генератора и сцепления уступают место усиленным, способным пережить не один контакт с асфальтом. Немного отвлекусь, ибо умолчать об этом не могу: на борту гоночных мотоциклов Endurance имеются набор инструментов и даже фонарик – чтобы пилот мог выполнить небольшой ремонт даже вдали от паддоков.

Автор Антон Барсуков, фото автора.

Пожалуйста авторизуйтесь

You need to be logged in to upload Media or to create Album.

Двигатели мотоциклов: устройство, принцип работы, технические характеристики

Про автомобильные двигатели написано очень много статей, есть масса различной информации. Про двигатели мотоциклов такого количества статей, схем, описаний нет. Попробуем восполнить этот пробел. Любителей мототехники достаточно много. Среди них также есть начинающие, которые пока мало знают про устройство ДВС в мотоциклах.

На мототехнике преимущественно устанавливают двухтактные, четырехтактные, роторные и оппозитные двигатели. Последние распространены не так широко, но определенные производители их применяют.

Общее устройство и принцип действия

Мотоциклы оснащаются агрегатами, в камерах сгорания которых тепловая энергия, выделяющаяся от сгорания топлива, превращается в механическую. Поршень двигателя мотоцикла воспринимает энергию продуктов сгорания, после чего начинаются возвратно-поступательные движения. Благодаря кривошипно-шатунному механизму вращается коленчатый вал. Это основные узлы в ДВС.

Четырехтактный двигатель

В моторах такой конструкции цикл составляет четыре рабочих такта. В чем суть его работы? За один цикл коленчатый вал делает два оборота. На фазе впуска коленчатый вал уходит в нижнюю мертвую точку, а в цилиндр под воздействием разряжения попадает топливная смесь. Далее происходит такт сжатия. Что происходит в этот момент? Поршень поднимается и сжимает рабочую смесь. В это время впускной и выпускной клапаны закрыты и горючее поджигается от свечи. При сгорании топлива газы существенно расширяются и производят полезную работу. Далее поршень при движении вверх выдавливает газы через выпускной клапан.

V-образный двухцилиндровый агрегат

Этот агрегат один из самых древних. Но сегодня эта схема еще жива и используется. Эта схема с двумя цилиндрами, общей шейкой шатунов и V-образной конструкцией не имеет никаких проблем с эффектом качающейся пары. Лучшим углом развала цилиндров считается 90 градусов. Вибрации от этого агрегата во время работы незначительны.

Это практически идеальный двигатель мотоцикла, но угол развала делает габариты больше, что затрудняет монтаж его в раму. Но сделать такое возможно – это подтверждается мотоциклами от «Дукати». Данная компоновка нетрадиционная, но все равно до сих пор есть на спортивных машинах, участвующих в мировых чемпионатах.

Двухтактный мотор

В двигателях мотоциклов такой конструкции рабочий цикл осуществляется за один оборот коленвала. Еще одна особенность – отсутствие в конструкции впускного и выпускного клапана. Их функция возложена на поршни. Последние при движении открывают и закрывают каналы для подачи топливной смеси и выпуска отработанных газов. На некоторых моделях на впуске может быть установлен лепестковый клапан. Под поршнем в двухтактных моторах есть картер, который также участвует в процессе газообмена.

Двухтактные рядные двухцилиндровые ДВС

Практически все моторы, действующие по этому принципу, работают по одной схеме. В ней задействуется коленвал, а шатунные шейки на нем расположены под углами в 180 градусов. Эти модели по сравнению с четырехтактными аналогами имеют меньшее количество недостатков. Это можно связать с тем, что искра в каждом цилиндре проскакивает после полного оборота коленчатого вала. В результате отсутствует неравномерность вспышек, которая есть в четырехтактных моторах.

Но велик эффект так называемой качающейся пары. При высоких частотах оборотов коленвала этот эффект может проявиться в навязчивых вибрациях. Проблема осложняется еще и тем, что этим двухцилиндровым моторам нужны отдельные камеры. Это означает наличие в конструкции центрального коренного подшипника, а также сальников. В результате коленвал будет более широким, чем в четырехтактном аналоге.

Двухтактный V-образный мотор

Двигатель, построенный по этой схеме, является сейчас большой редкостью. Один из примеров такого агрегата – NS 250 от «Хонда».

Рядный трехцилиндровый мотор

Этот агрегат, установленный поперечно, является развитием рядного двухцилиндрового двигателя. Инженеры пытались найти компромиссы между вибрацией и размерами четырехцилиндрового ДВС. Такая схема была основной в 70-х годах.

«Днепр»

Этот мотоцикл считался культовым среди увлеченных людей. Здесь устанавливался оппозитный мотор. Многие ругают эту конструкцию за высокий расход топлива. Но по сравнению с другими двигателями такого типа, двигатель мотоцикла «Днепр» был более совершенным.

Устройство

Размещение цилиндров здесь оппозитное (такое же, как и на других советских мотоциклах в классе тяжелых). По особенностям конструкции и техническим характеристикам это отечественный форсированный ДВС для мотоциклов дорожного типа.

Индекс агрегата – МТ8. Кроме конструктивных отличий, он превосходил прочие моторы и в технических характеристиках. Так, мощность составляет 32-35 лошадиных сил. Максимальная скорость составляла 90-105 километров в час, если мотоцикл был оснащен коляской. Расход топлива составил шесть литров на 100 километров. При этом объем двигателя мотоцикла – всего 650 кубических сантиметров.

Преимущества конструкции

Главное отличие этого двигателя от всех прочих – это камеры сгорания более совершенной конструкции. Они имеют гильзу из чугуна, которая заключена в рубашку охлаждения из алюминиевого сплава. Здесь уже нет чугунных литых цилиндров, которые постоянно были подвержены перегреву на «Уралах» и других тяжелых мотоциклах.

Двигатели ИЖ

Созданный в 87-м году на ижевском заводе мотоцикл ИЖ до сих пор популярен среди любителей мототехники. И ведь есть за что его любить – это надежный и качественный мотоцикл. Он имеет строгий классический дизайн и ряд преимуществ перед “Юпитером”. Однако имеется и минус – коленчатый вал двигателя мотоцикла ИЖ значительно больше и массивнее. На что это влияет? Ввиду этого мотор работает на более низких оборотах, за счет чего снижена мощность. Это двухтактный одноцилиндровый двигатель. Заправляют его смесью из масла и бензина.

При мощности в 22 силы объем двигателя мотоцикла составляет 346 кубических сантиметров. Это хороший показатель для такого небольшого объема. Если использовать агрегат по максимуму, то можно достичь скорости в 120 километров в час.

Китайские двигатели

Сейчас не все могут себе позволить восстанавливать отечественную мототехнику, приобретать качественные японские или американские мотоциклы. Китайская продукция на порядок дешевле и пользуется хорошим спросом. Моторов, которые бы разработали китайские инженеры, нет. Все агрегаты – это переработанные ДВС от «Хонда», «Ямаха», «Сузуки» или же проданные лицензированные агрегаты от этих же брендов. Четырехтактные экземпляры вполне качественные, так как изготавливаются на японских линиях. А вот по поводу двухтактных ДВС у многих мнения сугубо негативные.

Моторы из Китая имеют две маркировки. Одна применяется для внутреннего использования, а вторая нужна для всего остального мира. Первые буквы в названии – это завод. Цифра 1 означает, что мотор с одним цилиндром, 2 – соответственно, с двумя. Третья буква – это объем. Так, I – это двигатель мотоцикла 125 см 3 . A,B — 50 см 3 , G – до 100 см 3 . L – до 200 кубических сантиметров.

Масло для мотоциклетных моторов

Каким бы надежным и устойчивым ни был силовой агрегат, качество его работы зависит от того, какое масло использует владелец. Необходимо заливать только рекомендуемый производителем продукт. Он может быть полусинтетическим, синтетическим или даже минеральным. Масло для каждого двигателя разное, и конкретную маркировку нужно смотреть в инструкции по эксплуатации. Также стоит помнить, что для двух- и четырехтактных двигателей используют разную смазку.

В заключение

Как видно, двигатель для мотоцикла практически не отличается от автомобильного. Есть небольшая разница между ними в конструкции. Принцип работы силовых агрегатов тот же. В этих ДВС также имеются инжекторные системы питания, применяются системы жидкостного охлаждения, даже присутствуют экологические нормы. Есть модели и с карбюраторами – это тоже достаточно современная техника. Двигатели и их конструкции постоянно развиваются, возможно, вскоре инженеры придумают идеальный мотоциклетный мотор.