Что такое обороты двигателя мотоцикла
Что такое обороты двигателя мотоцикла
пятница, 13 июня 2014 г.
Сердце мотоцикла. Двигатель.
Неискушенный покупатель чаще всего смотрит на единственный параметр мотоцикла, активно тиражируемый маркетологами – максимальную мощность. Следовательно, крутизна движка определяется исключительно поголовьем «лошадей». Отсюда рождаются мифы о том, что имеющий менее 100 л.с. мотор «не едет» и прочие глупости.
Мы ни в коем случае не пытаемся отговорить тебя от покупки первого в жизни Yamaha R1, но перед походом в салон все же прочитай эту статью. И определись, чего ты хочешь от мотоцикла, какие задачи он будет выполнять и в каких условиях.
Итак, какие двигатели ставят на мотоциклы? Наибольшее распространение получили, конечно же, бензиновые двигатели внутреннего сгорания. Они бывают 2-тактными и 4-тактными.
 |
| Как работает двухтактный двигатель (англ. язык) |
В двухтактном двигателе рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе происходят так же, как и в четырехтактном, но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки.
Двухтактники до сих пор используются в производстве малокубатурной техники. Благодаря простоте конструкции и отличному соотношению вес/мощность они заслуженно пользуются любовью в кругах скутеристов, любителей оффроуда и шоссейно-кольцевых гонок. Гражданские 2-тактные мотоциклы практически не выпускаются, за исключением некоторых 50- и 125-кубовых моделей. В целом, это неплохой выбор как для первого мотоцикла. Отличительная черта 2-тактного двигателя – огромный резонатор. В отсутствие клапанов отвод отработанных газов полностью возложен на плечи выхлопной системы, которая должна работать предельно эффективно.
 |
| Цикл работы двухтактного двигателя с резонатором, работающим по принципу Каденасси. |
 |
| Цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход (возгорание) и выпуск. |
4-тактные двигатели технически более современны, у них сложнее конструкция, меньше вредных выбросов и ниже уровень потребления топлива. Их проще обслуживать, чем двухтактники. Первый четырёхтактный двигатель разработал немецкий инженер Николаус Отто в 1876 году. Принцип работы мотора называется «цикл Отто» или четырёхтактный цикл. С уверенность можно сказать, что на данный момент четырёхтактные ДВС имеют самое широкое применение. Ими оснащаются почти все автомобили, грузовики и мотоциклы. Современному 4-тактному мотору достаточно регулярной замены масла – и он будет безотказно служить тебе многие тысячи километров. Такими ДВС оснащаются 99% современных мотоциклов.
В отличие от автомобильного мира, в мотопроме существует намного большее количество вариантов компоновки моторов. Большинство авто оснащают 3- или 4-цилиндровым рядником, реже – 4-цилиндровым оппозитом. Все остальные вариации находятся за гранью финансовых возможностей большинства автолюбителей. С мотоциклами все интереснее.
Мощность против крутящего момента.
Крутящий момент – это произведение силы на длину плеча ее действия (измеряется в ньютон-метрах). Мощность – это произведение момента на его угловую скорость, то есть количество работы, произведенное на определенных оборотах (измеряется в лошадиных силах). Крутящий момент, создаваемый движком, зависит от площади поршня, радиуса кривошипа коленвала, давления внутри цилиндра и других параметров. Мощность – прежде всего от оборотов движка.
Чтобы получить одновременно мощный и моментный двигатель, нужно заставить большие поршни двигаться очень быстро, вращая длинные рычаги коленвала. К сожалению, это вещи взаимоисключающие. Намного проще раскрутить до бешеных оборотов маленькие поршни с коротким рабочим ходом. Что важнее: высокая мощность или классный крутящий? Важны не их пиковые значения, которые указывает производитель в ТТХ мотоцикла, а распределение «лошадей» и ньютон-метров в рабочем диапазоне. Именно поэтому мы стараемся давать к тест-драйвам график с результатами диностенда (устройства, с помощью которого измеряют мощность и крутящий двигателя).
 |
| Для мотоцикла важно наличие тахометра, чтобы райдер мог контролировать оптимальные обороты двигателя, где мощность и крутящий достигают максимальных значений. |
Бензиновые автомобильные моторы спроектированы таким образом, чтобы демонстрировать высокий крутящий момент на низких и средних оборотах. Ближе к «верхам», которые у стандартного автомобильного движка ограничены 6000-7000 об/мин, крутящий плавно спадает, хотя мощность при этом достигает своего пика. Автомобиль – намного более массивное транспортное средство, чем мотоцикл, и чтобы сдвинуть его с места или уверенно толкать вперед на подъеме, нужно много ньютон-метров. Причем сразу. За максимальной скоростью, которой можно достичь на высоких оборотах, производители семейных седанов и универсалов не гонятся.
С мотоциклетными движками ситуация несколько иная. Она, скажем так, более разнообразна, но при этом все бензиновые двигатели для мототехники делят в общих чертах на одноцилиндровые, многоцилиндровые и двухцилиндровые.
У одноцилиндровых моторов принцип работы схож с тракторным дизельным двигателем, то есть таковой обладает значительным крутящим моментом, который отлично показывает себя уже на небольших оборотах, однако высокой мощности от такого ждать не нужно. Данные двигатели применяют на байках, которые предназначены для езды по бездорожью, где необходимо в ограниченном объеме мотора выполнять достаточно много нагрузки. Среди преимущества такого рода двигателей является их небольшой вес и малые габариты. В многоцилиндровых двигателях количество цилиндров может составлять 3, 4, 6 и выше. Такие моторы отлично и быстро набирают высокую мощность, потому соответственно и высокие скоростные показатели им по силам. Однако при всем этом данные двигатели гораздо тяжелее и объемнее в габаритах. Потому такой мотор вполне подойдет для туреров, в которых больший вес лишь выигрывает, или для спортивных мотоциклов, в которых чем больше л.с., тем лучше. Даже не пробуйте ездить по бездорожью на такого рода байке.
Но разберемся с компановкой мотора подробнее.
Моноцилиндр. Самый простой и самый популярный вариант устройства мотоциклетного движка. Чаще всего его можно увидеть на различных эндуро, мотардах и кроссачах. Преимущества одноцилиндрового мотора: компактность, простота конструкции и обслуживания, хороший крутящий момент на низких и средних оборотах. Недостатки: ограничение по объему цилиндра, вибрации, ограниченный рабочий диапазон.
Параллельный твин. Двигатель с двумя цилиндрами, установленными в ряд, можно встретить на круизерах, шоссейниках и кроссоверах. Преимущества: относительная простота обслуживания, эффективное охлаждение, хороший крутящий момент на средних оборотах. Недостатки: ограниченный рабочий диапазон, невысокая максимальная мощность.
V-твин. «Воздушными» вэшками такого формата оснащают все Харли и прочие круизеры. Почему? Во-первых, такой движок красив. Также V-твины, правда, жидкостные, традиционно любят итальянские мотопроизводители, которые научились выжимать из них нешуточные ТТХ. Поэтому следует разделять «воздушники» и «водянки», которые очень сильно отличаются. Преимущества первых: отличный крутящий на низких оборотах, эстетичный внешний вид, простота конструкции. Недостатки: узкий рабочий диапазон, вибрации, недостаточное охлаждение заднего цилиндра. Жидкостные вэшки имеют такие плюсы: широкий рабочий диапазон, высокие мощность и крутящий, узость конструкции. Их минусы: сложность и часто дороговизна обслуживания.
V4. Достаточно редкий и высокотехнологичный мотор, который очень любят в гонках MotoGP. Впрочем, используется не только на спортбайках, но и туристах. Преимущества: компактность, высокие мощность и крутящий, равномерная отдача ньютон-метров. Недостатки: навороченность конструкции, сложное ТО, высокая стоимость самого агрегата. 3-цилиндровый рядник. Этот движок – экзотика в наших краях. Его используют Triumph, Benelli и MV Agusta (с недавних пор и Yamaha), комплектуя им свои стриты, спортбайки и туристы.
Трехцилиндровый мотор – разумный компромисс между не очень мощным параллельным твином и мощным, но сложным 4-цилиндровым рядником. Преимущества: относительная компактность, небольшие вибрации, хорошие мощность и крутящий. Недостатки: возможные проблемы с сервисным обслуживанием.
 |
| Модель четырехцилиндрового четырехтактного рядного двигателя. |
4-цилиндровый рядник. Этот мотор устанавливают на быстрые байки. Главная особенность рядника – любовь к высоким оборотам. Такой двигатель можно и нужно крутить, только тогда он покажет все, на что способен. Преимущества: высокая мощность, минимум вибраций, эластичность, широкий выбор кубатуры – от 400 до 1450 см3. Недостатки: широта конструкции, сложное ТО, мало крутящего на низких оборотах.
Оппозит. Эта компоновка и аббревиатура BMW – близнецы-братья. По сути, тот же V-твин, но с развернутыми на 180° цилиндрами. На самом деле немцы позаимствовали такую компоновку у англичан. В свою очередь, СССР украл ее у BMW, выпустив на просторы нашей бывшей необъятной родины популярные до сих пор «Днепры» и «Уралы». Преимущества оппозита: высокий крутящий момент, эффективное охлаждение цилиндров, низкий центр тяжести. Недостатки: ширина и сложность конструкции (в частности системы ГРМ).
Отдельно нужно сказать о единственном в своем роде 6-цилиндровом оппозите, который устанавливается на Honda Gold Wing. Этот 1832-кубовый мотор жидкостного охлаждения считается идеально сбалансированным (то есть в нем почти отсутствуют вибрации), у него низкий центр тяжести и отличный крутящий момент на низких и средних оборотах. Впрочем, такой рабочий объем делает движок почти автомобильным по своим характеристикам.
Помимо мотоциклов с бензиновым двигателем в современном мире можно встретить еще несколько типов мотоциклетных двигателей, среди которых дизельный двигатель, электродвигатель и пневмодвигатель. Такие мотоциклы — большая редкость.
Что такое обороты двигателя мотоцикла
В инструкциях к мотоциклам приводятся обороты коленчатого вала двигателя при максимальных мощности: и крутящем моменте. Почти в каждой новой модели их число выше, чем в предыдущей. Имеет ли это значение для практического вождения?» — спрашивает И. Абдураимов из Казани.
О взаимосвязи основных данных двигателя просят рассказать также мотолюбители В. Сокоренко из Полтавы, К. Лапшин из Иванова и другие.
Ответы на их вопросы содержатся в публикуемой статье инженера Э. В. КО-НОПА.
Мотоциклисты со стажем хорошо помнят ветерана ИЖ—49, с которым, кстати говоря, многие его владельцы, особенно из сельской местности, упорно не желают расставаться до сих пор.
В чем причина такой привязанности? А в том, что на этой машине почти по любым, самым скверным дорогам может ездить даже не очень опытный мотоциклист, тогда как не каждому удается столь же легко проехать там на более мощных «Юпитере» или «Планете». Попробуем разобраться в чем же тут дело. А для этого обратимся сначала к простейшей теории, без которой здесь не обойтись.
Внешняя скоростная характеристика двигателя, то есть зависимость его мощности и крутящего момента от числа оборотов коленчатого вала (или, как сейчас говорят, от частоты его вращения), графически показана на рис. 1.
1. График зависимости мощности (N, л. с.) и крутящего момента (Мкр, кГм) от частоты вращения коленчатого вала (п. об/мин) при полностью открытом дросселе (скоростная характеристика): Nрасп — располагаемая мощность: Мкр.раск — располагаемый крутящий момент; nMмакс — обороты максимального момента; nNмакс — обороты максимальной мощности.
Мы видим, что мощность растет лишь при повышении оборотов до определенной величины nNмакс(режим максимальной мощности), а затем падает. Это объясняется тем, что при очень большой скорости вращения чрезмерно возрастают механические потери в двигателе, ухудшается работа его систем, наполнение цилиндров свежей смесью и т. д.
Крутящий момент двигателя МКр (кГм) и его мощность N (л. с.) связаны зависимостью МКр = 716,2 N/n (n — частота вращения двигателя в об/мин).
Мотоцикл снабжен коробкой перемены передач, которая позволяет в зависимости от условий движения изменять общее передаточное число от двигателя к ведущему колесу, а значит, и тяговое усилие на нем. На первой передаче при оборотах максимальной мощности мотоцикл развивает сравнительно небольшую скорость, но взамен водитель получает большой крутящий момент на заднем колесе и наибольшее тяговое усилие. Это позволяет легко трогаться с места, преодолевать крутые подъемы, тяжелые участки дороги.
Высшая же передача обычно выбирается из расчета достижения максимальной скорости при некоторых средних условиях: она зависит от множества факторов, таких, как рост и вес водителя и пассажира, их посадка на мотоцикле и одежда, тип шин и давление в них, покрытие дороги.
Для оценки характеристик мотоцикла удобно, зная общее передаточное число от двигателя к заднему колесу, вычислять крутящий момент, передаваемый к нему двигателем. На рис. 2 показана такая зависимость на выбранной нами (например, четвертой) передаче.
Рис. 2. График зависимости крутящего момента, передаваемого на заднее колесо (располагаемого момента Мрасп) от частоты вращения коленчатого вала n и скорости мотоцикла V.
С повышением скорости мотоцикла увеличиваются действующие на него силы сопротивления и создаваемый ими момент сопротивления на заднем колесе (или так называемый потребный момент). Это отражает соответствующая кривая Мсопр, которая поднимается более круто при повышении скорости. Кроме того, сопротивление движению растет при снижении давления в шинах, прямой посадке, установке чрезмерно большого ветрового щитка.
Если сравнивать движение двух водителей на одинаковых мотоциклах, то больший момент сопротивления и более крутое его нарастание с повышением скорости отметим на мотоцикле с водителем большего роста и веса.
Сопротивление на горизонтальном участке шоссе при безветрии показано кривой Мсопр1» а на участке с подъемом — кривой Мсопр2» проходящей в зависимости от угла подъема несколько выше. Встречный ветер изменяет вид кривой — она (МСОпр в) поднимается более круто.
Максимальная скорость мотоцикла при тех или иных условиях устанавливается тогда, когда по мере роста оборотов двигателя момент сил сопротивления становится равен располагаемому моменту, то есть тому, которым располагает водитель.
Из рис. 2 видно, например, что на горизонтальном участке шоссе при безветрии один и тот же водитель, не меняя посадки на мотоцикле, не может превысить скорость Vмакc (соответствует точке 1). Почему? Потому, что дальше момент сопротивления, продолжая увеличиваться, становится более располагаемого момента (двигатель, как принято говорить, «не тянет» машину быстрее). Но достаточно, например, водителю пригнуться, как сопротивление снизится (кривая опустится) и двигатель начнет «раскручиваться» уже до более высоких оборотов, увеличивая скорость мотоцикла.
Для других названных условий максимальная скорость определена точками пересечения соответствующих кривых М сопр2 и Мсопр в с кривой располагаемого крутящего момента. Обороты, при которых крутящий момент достигает максимума, меньше оборотов максимальной мощности, причем, чем более «выпукла» кривая Nрасп, тем больше разность между ними.
Более выпуклая, плавная форма кривых располагаемых мощности и крутящего момента характерна для мало форсированных, дорожных двигателей, а более «острая», пикообразная, с ярко выраженной вершиной — для сильно форсированных (рис. 3).
Рис. 3. График крутящих моментов Мкр и мощности N дорожного и форсированного двигателей.
Дело здесь в том, что при создании специальных форсированных двигателей для достижения максимума мощности все их системы вынужденно «настраивают» на определенный узкий диапазон высоких оборотов. В этом режиме выбранные размеры окон и каналов, фазы газораспределения, тип и размеры карбюратора, конструкция и размеры деталей системы впуска (воздухоочиститель, фильтр, патрубки) и выпуска, тип и характеристики свечей зажигания, система охлаждения действуют согласованно, все «сыграно», как в хорошем оркестре, для достижения наибольшего эффекта. Но на других, меньших оборотах в работе систем появляется разнобой, и характеристики двигателя, естественно, ухудшаются.
По этой причине на дорожных мотоциклах, предназначенных для повседневной эксплуатации рядовыми водителями малой и средней квалификации, применяются лишь умеренно форсированные двигатели, такие, как, например, все модели «ИЖ—Планета» (кроме «ИЖ—Планеты-спорт»), «ИЖ—Юпитер», «Восход», поставляемые к нам ЯВЫ.
Разумеется, со временем понятие умеренной форсировки изменяется, и потому все современные дорожные двигатели намного мощнее своих одноклассников, вышедших на дороги 20— 30 лет тому назад.
Как ведет себя двигатель, если при движении на максимальной скорости (запас мощности исчерпан) увеличивается нагрузка, например при подъеме. Посмотрим на рис. 2. Обороты двигателя были n1, на подъеме они, естественно, упадут до значения n2, а скорость снизится до V2. Крутящий момент двигателя на этих уменьшившихся оборотах больше, чем при максимальных, поэтому он и преодолеет возросшую нагрузку. Двигатель, как принято говорить, «приспособился» к новым условиям движения. Таким образом, правее точки 3 кривой крутящего момента (Мрасп) двигатель работает устойчиво, автоматически компенсируя повышение момента сопротивления вплоть до максимального значения, равного Мрасп. Теперь посмотрим, что происходит левее.
После повышения момента сопротивления до значения, при котором обороты двигателя на полном «газе» упадут иже величины nMмакс дальнейшее движение в тех же условиях на выбранной передаче может оказаться невозможным. Например, если при попытке преодолеть на «Планете-2» крутой затяжной подъем скорость от максимальной упадет до 75—80 км/час, немедленно следует включить низшую передачу. Значит, угол подъема на этом участке дороги больше предельно допустимого для четвертой передачи, которому на рис. 2 соответствует кривая Мсопр3. Она не пересекает кривой располагаемого момента, а лишь касается ее в точке 4, находящейся левее точки 3, так как кривая момента сопротивления вблизи этих значений скоростей имеет некоторый наклон к горизонтальной оси.
Точка 4, таким образом, делит кривую располагаемого крутящего момента на два принципиально важных участка: на правом двигатель может устойчиво работать, автоматически приспосабливаясь к случайным увеличениям момента сопротивления до максимума, а на левом двигатель работает неустойчиво, и здесь любое случайное повышение сил сопротивлений может привести к его остановке.
Заметим, что кривые моментов сопротивления протекают более круто при больших значениях скоростей. На малых и средних скоростях (практически же на всех скоростях для мотоциклов с двигателями умеренной мощности) наклоном этих кривых к горизонтальной оси можно пренебречь и считать, что точки 3 и 4 совпадают. Отсюда — простое правило при движении машины с максимальными нагрузками на двигатель: включать ту передачу, при которой двигатель работает на оборотах более высоких, чем обороты максимального крутящего момента (nMмакс).
До сих пор мы рассматривали условия движения при полной нагрузке. При нагрузках меньших, чем ограниченные кривой М расп (см. рис. 2), двигатель может нормально работать с оборотами значительно меньшими, чем nМмакс. горизонтальном участке шоссе при благоприятных погодных условиях на той же «ИЖ—Планете-2» можно ехать со скоростью около 35—40 км/час на четвертой передаче. Это близко к значениям минимальных оборотов nмин1 И скорости Vмин1 показанным на рис. 2. Разумеется, «опускаться» ниже этих значений при выбранных условиях на четвертой передаче нельзя.
Таким образом, заштрихованный участок на рис. 2, ограниченный кривыми Мрасп и Мсопр1. полностью характеризует возможности мотоциклиста: минимальную и максимальную скорости на четвертой передаче, максимальный преодолеваемый угол подъема или максимально возможное ускорение при любых скоростях — от минимальной до максимальной.
Как поступать, чтобы быстро разогнать мотоцикл? Помимо того, что нужно давать «полный газ» и быстро переключать передачи, крайне важно делать это своевременно! Переключать передачи мгновенно могут разве что гонщики-шоссейники. Мотолюбителям же следует стремиться к тому, чтобы в момент перехода на следующую пере-дачу обороты двигателя были близки к оборотам максимального крутящего момента. Для этого нужно запомнить соответствующие значения скорости на каждой из передач, «почерпнув» их из технического описания мотора. Иногда «переходные» значения скорости заводы-изготовители отмечали непосредственно на шкалах спидометров (например, мотоциклов ЯВА и ЧЗ до 1962 г.). Как преждевременное, так и запоздалое переключение передач («недокрутка» или «перекрутка» двигателя) на быстроте разгона мотоцикла сказываются отрицательно.
Вернемся же к «старине» ИЖ—49. Благодаря чему он так мил сердцу сельского мотоциклиста?
На рис. 4 показаны кривые располагаемых крутящих моментов двигателей ИЖ—49 и «ИЖ—Планеты-2». Запомним, что общие передаточные числа от двигателей к задним колесам у них одни и те же, и это позволяет их легко сравнить.
Рис. 4. График крутящих моментов двигателей ИЖ—49 и «Планеты-2».
Крутящие моменты двигателей одинаковы при числе оборотов около 3100 в минуту, но при меньших значениях крутящий момент двигателя «Планеты» быстро падает, тогда как «нефсрсиро-ванный» ИЖ—49 даже при 2000 об/мин обеспечивает крутящий момент в 2 кГм!
На этих мотоциклах 2000 об/мин соответствует скорость 16,5 км/час на первой передаче, но для безопасного движения по скользким, «раскисшим» проселкам нередко нужна скорость пешехода, на которой ИЖ—49 намного «тяговитее» «Плане-ты-2» — здесь ему практически нет равных.
Что же заставляет конструкторов форсировать двигатели, и чем все-таки «Планета-2» или «Планета-3» лучше старенького ИЖ—49? Вспомним же, что было сказано ьыше об ускорении мотоцикла: оно определяется разностью располагаемого и потребного крутящих моментов, то есть запасом крутящего момента. А этот запас при скоростях выше 70—75 км/час больше у «Планеты-2», что очень важно, если учесть год от года растущие скорости движения по магистральным дорогам. На высоких скоростях современный мотоцикл гораздо динамичнее своего «дедушки», на нем легче выполнять обгоны, преодолевать подъемы.
Намереваясь купить мотоцикл, будущий его владелец должен четко представлять, какая модель лучше подходит для условий его эксплуатации. Так, в местности с тяжелыми дорогами более форсированный «Юпитер» может оказаться менее универсальным и послушным, чем «Планета», и как бы он ни нравился, стоит подумать, не лучше ли более спокойный двигатель «Планеты». Это не значит, что «Юпитер» плох, но в конкретных условиях иногда будет невозможно использовать его преимущества. И знание отдельных элементов теории, о которых только что шла речь, позволит правильно оценить возможности машин разных моделей и более грамотно их эксплуатировать.