Двигатели мотоцикла под микроскопом.

«В мотоцикле все определяется двигателем и все объединяется им в стройное целое», — эти слова, взя­тые из книги более чем семидесятилетней  давности, не уста­рели и сегодня. Они как нельзя более точно характе­ризуют этот агрегат. Поэтому, чтобы в подробностях— как под микроскопом — изучить современный мотоцикл, обратимся к его двигателю. Сейчас на мотоциклах применяются только двигате­ли внутреннего сгорания. Паровые модели давно уже стали преданьем странны глубокой, и возврат к ним едва ли возможен., При одинаковой мощности с порш­невым двигателем внутреннего сгорания паровой двига­тель и котел весят очень много. Применение же газо­вых турбин сдерживается их неэкономичностью. Во всяком случае дальше постройки нескольких экспери­ментальных газотурбинных мотоциклов дело не пошло. А электродвигатели? Опытные образцы снабженных ими мопедов и мотороллеров не раз экспонировались на международных выставках. Серийного же выпуска электромотоциклов в сколько-нибудь значительных мас­штабах развернуть не удалось. Причина тому одна — недостаточная емкость, значительный вес и ,длитель­ность зарядки современных аккумуляторов. На протяжении последних лет несколько фирм вели опыты по применению на мотоциклах роторных двига­телей. Пока к серийному выпуску мотоциклов с «ван- келями» приступила "лишь японская «Ямаха». Она поставила на производство модель RZ-201 с двухроторным двигателем, который при рабочем объеме 660 см³ развивает мощность 68 л. с. Поскольку его наиболее ответственные детали работают в весьма тяжелых температурных условиях, на этом мотоцикле применено водяное охлаждение корпуса двигателя и масляное — внутренней полости ротора. Сам по себе относительно несложный двигатель потребовал установки водяного и масляного радиаторов и применения водяной рубашки. В целом это приводит к удорожанию машины и, как следствии  не дает ей решающего преимущества на рынке перед мотоциклом с поршневым двигателем. Среди поршневых двигателей внутреннего сгорания за последние 15—20 лет значительно укрепили свои позиции двухтактные. На их стороне — дешевизна про­изводства, простота обслуживания и ремонта, В резуль­тате двухтактные двигатели почти полностью, вытеснили своих четырехтактных собратьев в самых дешевых классах вплоть до 350 см³. Но присущие им хрониче­ские недостатки — большой расход топлива, меньшая но сравнению с четырехтактными двигателями, долго­вечность — с ростом рабочего объема становились все более ощутимыми. Как следствие на тяжелых мотоцик­лах двухтактные двигатели встречаются редко. Теоретически двухтактный двигатель, где рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала, в то время как у четырехтактного он совершается за два оборота, должен быть вдвое мощнее четырехтакт­ного. В действительности этого нет. Виной тому недо­статочно хорошие наполнение цилиндров рабочей смесью и очистка их от отработавших газов. Какие только хитроумные конструкции не предлагались для разрешения этой проблемы! Двухступенчатые поршни, крестообразная продувка, цилиндрические и дисковые золотники, продувочные насосы, клапанное распределе­ние, П-образные цилиндры, разного рода системы пря­моточных продувок — все было испытано и отставлено как не дающее по тем или иным причинам решающих преимуществ. Из всего многообразия предложенных методов лече­ния «двухтактных недугов» на вооружение взято три. Первый и важнейший метод — подбор глушителей. Как это не парадоксально звучит, но для двухтактного двигателя мощность без глушителя оказывается мень­шей, чем в случае с правильно выбранным глушителем.

Почему так получается?

Представим себе порцию отработанных газов только что вырвавшихся из выпускного окна как незримую пробку, которая с большой скоростью скользит по выпускной трубе и глушителю. Если к моменту сле­дующего «выхлопа» она еще находится в трубе, то, естественно, затруднит движение следующей порции отработавших газов. Можно укоротить выпускную тру­бу или снизить сопротивление глушителя так, чтобы к моменту поступления в них очередной газовой проб­ки, предыдущая' уже давно успела выйти в атмосферу. Тогда отработавшие газы смогут беспрепятственно по­кидать цилиндр. Можно однако так подобрать сопротивление глуши­теля (и в частности его длину и другие размеры), что­бы очередная газовая пробка попадала в выпускную систему сразу же после того, как предыдущая пробка ее покинет. Покинет, оставляя за собой быстро исчеза­ющую зону разрежения. И если в тот момент, пока в выпускной системе еще сохраняется разрежение, от­кроется выпускное окно, то очередная порция отрабо­тавших газов будет буквально отсосана из цилиндра. Настроив выпускную систему в резонанс с частотой «выхлопов» из цилиндра, можно получить довольно большой прирост мощности, но  только при определен­ном числе оборотов. Поэтому специалисты по доводке двухтактных двигателей ведут сложную работу подбора размеров для различных элементов выпускной системы. С помощью одного глушителя можно настроить дви­гатель так, чтобы он давал очень большую мощность на высоких числах оборотов. С помощью другого он приобретает повышенные тяговые свойства ценой по­тери мощности. Третий дает выигрыш в экономичности, но за счет некоторого проигрыша в лошадиных силах. Впервые эти секреты настройки были раскрыты 60 лет назад и нашли применение на гоночных мото­циклах «Адлер» и ДКВ. Позже резонансным подбором глушителей, в первую очередь для спортивных мото­циклов, стали заниматься многие заводы. Насколько кропотлива эта работа можно судить по тому, что, на­пример, завод HONDA  в поисках наивыгоднейшего вари­анта для гоночной модели опробовал свыше шести де­сятков различных глушителей. Резонансные глушители, имеющие характерную фор­му, сегодня можно видеть на всех двухтактных гоноч­ных двигателях. Примечательно, что на кроссовых мотоциклах их стараются разместить по возмож­ности выше, так как вмятина на корпусе (не говоря уже о случае, когда при наезде на препятствие глушитель бывает оторван) снижает мощность. Бес­спорно, гоночный опыт получил широкое при­менение и при подборе глушителей для серийных мотоциклов. 

Второй путь повы­шения мощности двухтактных двигателей усовершенствование продувки. Когда вслед за выпускным окном верхняя кромка поршня открывает перепускные окна, поток свежей смеси «проветривает» цилиндр, вымывает из него отработавшие газы и одно­временно занимает освободившееся пространство, обра­зуя «заряд» для следующего рабочего хода. При этом свежая смесь и остатки отработавших газов перемеши­ваются. Следовательно, цилиндр заполнен горючей смесью не на 100%, а значительно меньше, и степень его наполнения зависит от совершенства продувки, очи­стки его от продуктов сгорания.Потоки смеси, врываясь в цилиндр через продувочные окна, совершают в нем петлю, увлекая с собой в выпускное окно отработавшие газы. Такая схема была предложена в конце 20-х годов неким Шнюрле и впо­следствии под названием петлевой продувки получила широчайшее распространение. Форма, размеры и количество продувочных каналов в значительной мере влияют на мощность и экономич­ность двухтактного мотора. Двух- и четырехканальная схемы встречаются часто. В конце 50-х годов на гоноч­ных двигателях стали применять нечетный (третий или пятый) канал, расположенный против выпускного окна. Он не только способствовал улучшению продувки, по служил для охлаждения самой нагретой части днища поршня, обращенной как раз к выпускному  окну. В настоящее время в двигателях некоторых гоноч­ных мотоциклов «Ямаха» предусмотрено шесть проду­вочных окон большого сечения. Они способствуют хо­рошим продувке и наполнению цилиндра, но их пло­щадь занимает значительную часть поверхности ци­линдра. Как следствие удельное давление поршня на  узкие перемычки между окнами довольно велики, что приводит к их быстрому износу. Не удивительно, что цилиндры на гоночных «ямахах» заменяют почти после каждой гонки. Кроме резонансных глушителей и усовершенствова­ний в области продувки, третьим важным шагом в деле повышения мощности двухтактных двигателей явилось применение несимметричных . фаз газораспределения. Что это такое?