на что влияет ход поршня в двигателе
Техноблогер показал, как ход поршня и его диаметр влияют на мощность и обороты двигателя
Чем короче ход поршня двигателя, тем больше оборотов, а значит, выше его мощность
Известно, что современные двигатели болидов «Формулы-1» способны выдавать порядка 15 000 об/мин, показатели, недоступные для автомобилей общего пользования. Это возможно благодаря тому, что конструктивно силовые агрегаты болидов имеют очень короткий ход поршней и более широкий цилиндр (соответственно, увеличенный диаметр поршня). Шатуны поршней в таком случае при работе испытывают огромные нагрузки, но это всего лишь плата за дополнительную мощность.
Джейсон Фенске, хорошо знакомый нам автомобильный гуру с канала Engineering Explained, в опубликованном на YouTube ролике как всегда доходчиво, убедительно и доказательно объясняет, почему и как именно изменение в двигателе может развить бόльшую мощность, даже если его общий объем остается прежним.
Известно, что максимальная мощность двигателя зависит от того, сколько оборотов в минуту он может производить. Чем больше число оборотов, тем мощнее двигатель. Формула, по которой высчитывается мощность в лошадинных силах — крутящий момент умноженный на число оборотов двигателя (об/мин * Нм)
Так что вполне логично, что самые мощные двигатели также имеют самые высокие обороты. Соответственно, поршень с коротким циклом может покрыть большее расстояние за то же время по сравнению с двигателем, у которого длиннее ход и меньше диаметр цилиндра. Это обеспечивает лучшую «оборотистость» силовой установки. Аналогично больший диаметр цилиндра означает большие клапаны, а это значит, что двигатель может прогонять через себя больше воздуха в каждом цикле, позволяя смеси лучше сгорать. Таким образом, чем больше воздуха, тем больше энергии.
Этот же принцип работает в обратную сторону. Допустим, ваша цель — эффективность, а не мощность. Таким образом, следует ориентироваться на двигатель с меньшими в диаметре цилиндрами и большим ходом. Почему? Потому что чем больше площадь поверхности цилиндра во время сгорания, тем меньше энергии теряется на нагрев, что приводит к более эффективному циклу.
Больше подробностей и полезностей — на предлагаемом видео
Советы по Тюнингу.
1 Увеличение рабочего объема.
Увеличение рабочего объема двигателя, – наиболее понятный всем способ увеличения крутящего момента и мощности двигателя. Дополнительный объем может быть достигнут либо увеличением хода поршня (т.е. заменой коленвала), либо увеличением диаметра поршня, либо в комплексе. Установка коленвала с большим ходом влечет за собой либо использование доработанных поршней, либо более высокого блока, либо укороченных шатунов. Наиболее оптимальным вариантом с точки зрения снижения боковых нагрузок со стенок цилиндра будет использование высокого блока и по возможности более длинного шатуна. Но другие варианты тоже имеют право на существование ввиду невысоких расходов.
При увеличении диаметра цилиндра больше чем на 1 мм желательно использовать толстостенный блок, так как при расточке стандартного блока стенки цилиндра становятся настолько тонкими, что это может привести к их «раздуванию» в процессе работы, что в свою очередь приводит к повышенному расходу масла, снижению компрессии и, как следствие – потери мощности. Кроме того, на тонких стенках цилиндра возможно появление трещин.
Если речь идет о форсировании двигателя используемого для повседневной езды, то применение кованых поршней влечет за собой ряд вопросов. Во-первых, материал, используемый при их изготовлении, обладает более высоким коэффициентом расширения, поэтому требуется увеличенный монтажный зазор между поршнем и цилиндром. Это ведет к повышенному расходу масла как при прогреве так и в рабочих режимах. Во-вторых, этот материал более плотный, что в совокупности с неидеальной геометрией поршней представленных на российском рынке приводит к повышенному износу цилиндра. Поэтому, при доработке двигателей, предназначенных не для спортивной езды, мы стараемся дорабатывать стандартные поршни, либо подбирать импортные аналоги под конкретную геометрию двигателя.
В спортивных двигателях, где все компоненты испытывают максимальные нагрузки, применение кованых высокопрочных поршней – крайняя необходимость. Также как и использование стального коленчатого вала, облегченных шатунов и т.д. По желанию клиента мы можем собрать мотор любой геометрии, в рамках того, что можно использовать в стандартном или высоком блоке. Мы поможем вам выбрать вариант двигателя, учитывая предполагаемую область применения, стиль езды и желаемый результат по мощности и крутящему моменту.
ДОПОЛНЕНИЕ:
При выборе конфигрурации двигателя в процессе увеличения его рабочего объема выбирают между «длинноходным» и «короткоходным» вариантами, определяющими, какой из параметров — ход поршня («длинноходный» вариант) или диаметр цилиндра («короткоходный» вариант) преимущественно будет увеличиваться. При этом не следует забывать, что рабочий объем двигателя влияет не только на величину максимальной мощности, но и на то, при каких оборотах будут получены максимальные значения мощности и крутящего момента. В общем случае, при увеличении хода поршня максимальные значения мощности и крутящего момента достигаются при меньших значениях оборотов двигателя. К тому же, более «длинноходный» двигатель обеспечивает меньшее значение максимальной мощности, но большее значение крутящего момента по сравнению с «короткоходным». «Короткоходные» двигатели при этом достигают максимальной мощности при более высоких оборотах и при том же рабочем объеме развивают большую мощность, но почти всегда это сопровождается меньшими значениями крутящего момента на низких оборотах.
2 Есть ли необходимость полировки впускного коллектора?
НЕТ! Практикой доказано, что на эти операции уходит очень много времени, однако для тюнинга двигателя результат «никакой», т.е. на педали не чувствуется.
Причина столь неутешительного результата кроется в процессах, происходящих внутри впускного тракта. При движении в каналах часть топлива оседает на их стенках виде тонкой пленки и, если шероховатость очень низкая (полировка), то топливо продолжает двигаться дальше в цилиндр. При этом оно окажется уже излишним, нарушив оптимальное соотношение «бензин-воздух» в заряде смеси, направляющимся в камеру сгорания. Соответственно вырастет расход топлива и ухудшится токсичность выхлопа.
В результате получается, что масса сил потрачена зря, и все разговоры о том, что «заполируй коллектор — получишь результат» приводят к результату прямо противоположному. То есть вы не только не получаете прибавки в мощности, но и ухудшаете работу двигателя за счет пере обогащения смеси. То не большое снижение аэродинамических потерь, кот. получается при полировке, в реальных условиях почувствовать не возможно.
Для желающих получить ощутимый результат своими силами можно посоветовать произвести легкую доработку. Прежде всего совместить каналы коллекторов и головки блока ( это серьезно улучшит движение смеси и даст прирост мощности около 5 л.с.). После этого в каналах требуются снять крупные неровности и обработать их шкуркой зернистостью 120-180. Наличие небольших микро неровностей на поверхности каналов будет способствовать турболизации смеси в при стеночном слое и срыву топливной пленки, при этом не создавая помех для движения заряда смеси, т.е. небольшая шероховатость оказывается необходима.
Более сложную доработку можно произвести только в специализир. мастерских с использованием соответствующего оборудования. О необходимости полировки стоит говорить только применительно к спортивным моторам, когда обороты двигателя превышают 10.000. Тогда полировка приобретает актуальность и становится просто необходимой т.к. изменение аэродинамических потерь от числа оборотов происходит по квадратичной зависимости.
3 Компрессия и степень сжатия. Что это такое?
4 Необходимо ли применять свечи с измененным калильным числом при форсировании мотора?
На практике, в частности при наших предложениях, такой необходимости нет. Увеличение степени сжатия находится в пределах допуска по калильному числу свечи.
Другое дело, что необходимо использовать только качественные и строго следить за интервалом замены — от вроде бы копеечной детали зависит слишком многое.
Исключением из сказанного являются моторы, при подготовке которых была сильно повышена степень сжатия. В этом случае, при частом использовании режимов максимальной мощности резко растет температура в камере сгорания. Юбка свечи перестает справляться с отводом тепла, керамическая вставка, удерживающая центр. электрод, раскаляется. Возникает калильное зажигание. При этом происходит интенсивный износ деталей двигателя ( смесь поджигается в непредсказуемый момент, при этом на поршни воздействуют колоссальные ударные нагрузки, передаваемые дальше — на палец, колен. вал ). Как следствие — падение мощности, резкое снижение ресурса, увеличенный расход топлива.
В этом случае необходимо применять более «холодные» свечи и использовать только качественный высокооктановый бензин.
5 «Кованные» поршни. Что это такое?
В наших предложениях кованные поршни встречаются постоянно. Все дело в том, что на форсированных моторах их детали испытывают большие механические и температурные нагрузки (температура на днище поршня, например, достигает 300…350 гр.С ). Поэтому, для производства поршней с повышенными механическими характеристиками применяют высококремнистые (содержание Si > 12%) сплавы алюминия, обладающие более высокой жаропрочностью, меньшим коэф. расширения, лучшими прочностными характеристиками по сравнению с обычными ( Si 
6 Есть ли необходимость облегчения маховика, срезания противовесов колен. вала?
С целью улучшения разгонных характеристик двигателя необходимо уменьшать движущиеся массы. С этой точки зрения и облегчение маховика, и срезание противовесов колен. вала выглядит оправданным. Но не все так просто. Двигатель представляет из себя сложный организм, «живущий» по законам механики. Поэтому любая серьезная доработка повлечет изменение расклада сил, действующих на двигатель. Следовательно, срезать противовесы к.вала без предварительного расчета не рекомендуется, т.к. они рассчитаны таким образом, что бы центр тяжести приведенной системы масс находился на оси вращения к.вала (противовесы уравновешивают силу Fr — силу инерции вращательно-движущихся масс). Облегчение маховика в этом отношении проще, но и здесь есть свои «минусы»: ухудшается неравномерность крутящего момента в зоне низких частот вращения к.вала (увеличивается вибрация двигателя), соответственно, затруднено троганье на невысоких оборотах за счет снижение инерции маховика, возможность разрушения маховика из-за вскрытия внутр. дефектов структуры (все маховики проходят обязательную дефектоскопию).
Из всего сказанного видно, что основные проблемы возникают в зоне невысоких оборотов, но ведь цель этой доработки как раз активная динамичная езда, с быстрой раскруткой мотора до максимальных оборотов. Учитывая такую постановку задачи, вышеперечисленными минусами можно пренебречь, точнее с ними нужно смириться. При этом с доработанными деталями поведение двигателя становится намного интересней. Существенно улучшается динамика раскрутки, мотор быстрее реагирует как на подачу, так и на сброс газа. Это позволяет намного точнее регулировать тягу на ведущих колесах, что при активной, фактически на пределе, езде становится жизненно важным. Особенно это касается переднего привода. При динамичной городской езде почувствовать результат можно при резких стартах, разгонах, когда разница в наборе оборотов станет ощутимой.
В любом случае, эта доработка рассчитана на продвинутых любителей, которые в состоянии почувствовать нюансы поведения двигателя и умеющих этим воспользоваться.
Провести такого рода операции без соответствующих расчетов не целесообразно, а то и просто опасно, т.к. возможно снижение запаса прочности деталей по наиболее нагруженным зонам. Эта работа не для гаража. Для получения надежных результатов по уравновешиванию двигателя следует тщательно провести развесовку деталей КШМ и динамич. балансировку к.вала в сборе с маховиком и корзиной сцепления.
7 Можно ли поставить наддув на стандартный двигатель?
Вопрос не совсем конкретный, так как существуют три вида наддува бензиновых двигателей:
• резонансный
• с помощью объемного нагнетателя
• газотурбинный
Для понимания разницы между этими методами придется вкратце пояснить различие в принципах работы между ними, хотя не смотря на конструкцию конечная цель у наддува одна — повысить крутящий момент и, соответственно, мощность. Резонансный наддув в большинстве случаев реализовывается на двигателях с распределенным впрыском топлива, у которых длинна каналов впускного коллектора практически одинакова для каждого цилиндра. Задача резонансного наддува при частоте 3.000-3.500 об\мин обеспечить повышенное давление смеси перед впускным клапаном в момент его открытия за счет использования частоты колебаний смеси о впускном коллекторе. Как правило, объем ресивера и определяет достаточно узкий диапазон работы такого наддува. В принципе существуют многокамерные ресиверы, но это отдельная тема.
Объемный нагнетатель наиболее согласован по своим расходным характеристикам с работой двигателя. Фактически это механический компрессор (различной, при необходимости, производительности), жестко закрепленный на блоке цилиндров и приводимый в движение от колен.вала через шкив ременной передачей.
Однако их применение сдерживается необходимостью монтажа их привода, смазки, громозкостью и повышенной шумностью работы. Основное применение — большие автомобили, т.к. требуется много места для организации работы. Очень популярны в Америке. Где с успехом устанавливаются распространенных там аппаратах с огромными моторами и массой места под капотом, у Chevrolet Tahoe, например.
Совсем другое дело газотурбинный наддув, нашедший широкое применение на легковых автомобилях. Простота конструкции (технологическая сложность здесь не учитывается) и прекрасная отдача позволили этому методу прочно закрепиться на рынке. Принцип достаточно прост. Отработавшие газы на выходе из двигателя вращают турбину, кот. нагнетает воздух во впускной коллектор. Первоначально существовавшие проблемы типа «турбо ямы», перегрева, еа многих современных компрессорах решены. Появившиеся корректоры по наддуву, которыми в обязательном порядке комплектуются системы, позволяют существенно улучшить мощностные и экономич. Показатели двигателя, и, кроме того, сформировать нужную характеристику работы двигателя. Применение малоразмерных компрессоров (с малым моментом инерции) позволило практически устранить запаздывание срабатывания наддува при работе двигателя в разнопеременных нагрузках.
В зависимости от степени наддува мощность можно увеличить до 40%. Это результат для серийных моторов. Для экстремальных целей возможности наддува ограничены надежностью мотора.
Подводя итог, на поставленный вопрос можно ответить так: если у вас карбюраторный мотор, то решение только в газотурбинном наддуве, если инжекторный, то возможно применение и резонансного метода.
В любом случае будет прекрасная отдача, хотя удовольствие не дешевое. Турбонаддув удел дорогих, технически совершенных моделей.
8 Распред. валы с измененными фазами. Для чего используются — для поднятия момента или максимальной мощности?
И для того и для другого. Просто это разные задачи и инструменты их достижения (в данном случае р.валы) то же различны. В принципе, появление этих валов обязано спросу, кототрый возник на волне повального увлечения активной ездой у наиболее продвинутой части автообщественности. Желание улучшить динамику и максимальную скорость было у многих, и самым простым способом небольшой прибавки стола замена стандартного р.вала на р.вал с измененными фазами газораспределения. Но дело в том, что на моторах путем замены р.вала невозможно добиться одинакого хорошего подъема как момента, так и макс. мощности. На продвинутых моторах иностранных фирм существуют системы изменения фаз газораспределения в зависимости от оборотов двигателя, которые позволяют поддерживать макс. значение крутящего момента в широком диапазоне оборотов. На отечественных моторах это не возможно, поэтому приходиться применять р.валы с измененными, но все-таки фиксированными параметрами кулачка (угол запаздывания закрытия впускн. клапана и угол перекрытия клапанов). На деле, чаще всего требуется увеличить динамику автомобиля. Для этого необходимо поднять значение крутящего момента Мкр в зоне низких частот вращения — 2.000-3.000 об\мин., при том что на большинстве стандартных моторов Мкр находится в пределах 3.500-4.000 об\мин. В принципе, для лучшего понимания, как можно улучшить динамику, стоит на секунду отвлечься на теорию. В механике для оценки динамики введен коэффициент динамичности Кд:
В большинстве случаев реально поднять Мкр и опустить его макс. значение в зону низких оборотов получается путем уменьшения угла запаздывания закрытия впускного клапана. При этом «обратный выброс» смеси при подъеме поршня от н.м.т. к в.м.т. практически отсутствует и наполнение цилиндра свежей бензо-воздушной смесью оптимально. На практике, за счет корректировки угла закрытия впускн. клапана достигается повышение Мкр при 2.000- 3.000 об\мин на 25-30 %. В качестве недостатка стоит отметить, что в зоне высоких скоростных режимов такие р.валы ограничивают наполнение цилиндров свежей смесью за счет недоиспользования инерции заряда во впускном тракте. Что, естественно, ограничивает макс. мощность двигателя. Для увеличения мощности применяются другие р.валы, что обусловлено необходимостью увеличить обороты колен.вала. В бензиновом двигателе главным ограничителем оборотов является ограниченность наполнения цилиндров свежей бензо-воздушной смесью из-за роста газодинамических потерь во впускном тракте. Для достижения макс. оборотов на практике, в основном в спорте, идут на серьезное увеличение угла запаздывания впускного клапана, что бы максимально использовать «дозарядку» цилиндра за счет инерции потока смеси во впускном тракте. Кроме того, увеличивают угол перекрытия клапанов для улучшения продувки (освобождения от отработавших газов) камеры сгорания. Такие мероприятия позволяют улучшить nmax с 5.500 — 6.000 об\мин до 10.000 — 12.000 об\мин. При этом требуются соответствующие доработки и других систем автомобиля. При работе двигателя в этих режимах возникает много других нюансов. «Обратная тяга» (т.е. поршень идет вверх к в.м.т. и выталкивает в выпускной коллектор часть смеси, уже попавшей в цилиндр через открывающийся впускн. клапан) очень сильна, что приводит к огромному расходу топлива и высокой токсичности. Кроме того, эти моторы просто не могут работать на режиме холостого хода в нормальном понимании этого слова (около 800 об\мин). Так что необходимость применения р.валов, пришедших из спорта в повседневной жизни очень сомнительна. Тем не менее, и в варианте с поднятием момента и с поднятием мощности много нюансов, к которым мы еще не раз вернемся.
9 Разрезная шестерня привода р/вала. Есть ли в ней необходимость?
В наших текстах по предложениям о доработках моторов шестерня упоминается достаточно часто. Связано это с тем, что для получения оптимальных результатов того или иного комплекта доводки необходимо применение р.валов с измененными фазами газораспределения. При этом нарушается положение р.вала относительно в.м.т. по колен.валу. Если для моторов предыдущего поколения ( ВАЗ-классика, УЗАМ) ошибка в установке р.вала 3-4 градуса относительно колен.вала не приведет к заметным нарушениям в работе двигателя, то для более современных моторов семейства 2108 погрешность установки фаз газораспределения имеет куда более существенное значение. Те же самые 3-4 градуса ошибки приведут к резкой потере мощности, ухудшению экономичности и токсичности. Именно поэтому, для реализации наилучших характеристик двигателя при установке различных (по конструкции кулачков) р.валов, применение универсальной «разрезной» шестерни привода р.вала становится однозначно необходимым. На практике, наилучший результат достигается при установке р.вала, например, когда поршень 1-го цилиндра находится в.м.т., а в 4-ом подъем впускного и опускание выпускного клапанов составляют одинаковую величину (фаза перекрытия).
Что дает соотношение хода поршня к диаметру цилиндра
Что касается двух и четырехтактных двигателей, выбор соотношения между ходом поршня и диаметром цилиндра действительно очень важен для определения характеристик отбора мощности. Если ход поршня меньше диаметра цилиндра, соотношение меньше 1, получаем двигатель с коротким ходом (тип «super-square»). Если ход поршня и диаметра цилиндра равны, соотношение равно 1 (тип «square»). Если ход поршня больше диаметра цилиндра, соотношение больше 1, получаем двигатель с длинным ходом (тип «under-square»). При одинаковом объеме двигателя и аналогичных значениях важных параметров наблюдается следующая тенденция: как правило, двигатели с длинным ходом поршня, по сравнению с двигателями с коротким ходом, имеют больший крутящий момент и лучшую тягу, но меньшие обороты и максимальную мощность. Кроме того, благодаря меньшей камере, они, похоже, имеют улучшенное сгорание и меньшее выделение не сгоревших газов. И все же сегодня среди двухтактных двигателей с наилучшими эксплуатационными характеристиками, и не только гоночных, все чаще встречаются те, у которых диаметр цилиндра и ход поршня равны.
Рассмотрим причины, обусловившие этот выбор
В двухтактном двигателе с отличными эксплуатационными характеристиками соотношение между ходом поршня и диаметром цилиндра очень важно для получения рациональной и эффективной с точки зрения гидроаэромеханики компоновки детали типа «link stud» <связывающая стойка).
Преимущества длинного и короткого хода поршня.
В мире специальных мощных гоночных двухтактных двигателей уже вряд ли есть место длинному ходу поршня. В картинге появление на треке двигателя Rotax, 100 смЗ, тип «square», определенно привело к закату эры славных двигателей с длинным ходом поршня (имевших, как правило, типовые размеры 48 мм х55мм), доминировавших до 1988 г.
Вообще говоря, двигатель с длинным ходом поршня способен развивать более высокий момент вращения на меньших оборотах. У него тяжелее шатун, даже если поршень, по теории, может быть легче. При длинном ходе поршня, по сравнению с коротким ходом поршня, ведущий вал всегда имеет больше пространства между пальцем шатуна и шатунной шейкой, поэтому он не столь жесткий, и имеет маховик большего диаметра.
Двигатели с соотношением ход поршня /диаметр цилиндра меньше или равным 1 имеют следующие особенности: наличие клапана на выхлопе, новейшей коробки скоростей с цифровым зажиганием, водяного охлаждения (позволяющих вам работать с большими коэффициентами сжатия, а также с опережением зажигания и бедной карбюрацией) и точной гидроаэромеханики в части перепускных окон. Эти факторы позволили им достичь хороших результатов на малых и средних оборотах, вращаясь с частотой, немыслимой для двигателей сдпинным ходом, развивать очень высокую мощность.
Также двигатели с соотношением ход поршня /диаметр цилиндра меньше или равным 1, по сравнению с двигателями с длинным ходом, имеют следующее преимущество: они могут рассчитывать на меньшую среднюю скорость поршня при той же частоте вращения. Это означает меньшее температурное и механическое напряжение, не говоря об очевидных преимуществах при наполнении насоса с отводом. Что касается продувки, двигатель с коротким ходом поршня имеет преимущество, поскольку короче путь, который свежие газы должны совершать для полной замены выхлопных, а площадь контакта между границами свежих и выхлопных газов меньше. Однако у двигателя с коротким ходом больше проблем с охлаждением, и, как следствие, более высокая чувствительность, исходя из вариации соединения цилиндр/поршень.
Одним из двигателей объемом 100 смЗ, на котором чаще других в истории картинга выигрывали гонки, несомненно, является DAP T75. Он несколько раз побеждал в 80-х годах; его характеристическое соотношение 48 мм х 55 мм, это двигатель с длинным ходом поршня, и отличным крутящим моментом на малых оборотах. Макс, частота вращения — 175000 об/мин.
Двигатель с соотношением ход поршня/диаметр цилиндра, равным 1: идеальное решение…
Соотношение ход поршня /диаметр цилиндра, равное 1, идеальное решение для изготовления специального высокомощного гоночного двигателя (а также для использования на дорогах). Кроме того, сочетание преимуществ, свойственных двигателям с длинным и коротким ходом, позволяет рассчитывать на лучшее соответствие между перепускными и выхлопными окнами. Вообще говоря, это решение позволяет окнам с идеальным соотношением высота/ширина обеспечивать лучшее «дыхание» двигателя при любых оборотах.
Например, рассмотрим обычный двигатель 125 смЗ, с диаметром цилиндра 56 мм и ходом поршня 50,6 мм (типично для двигателей Yamaha). Оказывается, обычное выпускное окно (со штифтом и бустером) и единственное находящееся напротив него окно иногда связаны не 4 боковыми перепускными окнами (что свойственно двигателям типа «square»), a 6. Это решение часто использовалось в двигателях с коротким ходом, поскольку у двигателя с объемом 125 смЗ и соотношением 56 мм х 50,6 мм часто оказывалось, что боковые поперечные окна излишне расширялись: они требовали существенного внутреннего давления и скорости расхода для обеспечения хорошей продувки, хорошего повторного заполнения, а такие значения давлений можно было получить только на высоких оборотах. Эту проблему в некоторых моделях двигателей можно решить разделением первичного (а иногда и вторичного) перепускного окна на два, уменьшая секцию расхода и получая более чистую подачу на средних оборотах.
Rotax стал первым производителем, вернувшимся к выпуску двигателей типа «square» (ход поршня равен диаметру цилиндра) с объемом 100 смЗ для картинга. Омологация прошла в 1988 г. Превосходство этого двигателя на быстрых треках ознаменовало историческую перемену: на некоторых треках самые последние двигатели типа «square» с объемом 100 смЗ превышают показатель 21000 об/чин. Более глубокие исследования в области гидроаэромеханики сделали возможным применение решения с 5 перепускными окнами и на двигателях с коротким ходом. Причина, по которой решили не отказываться от использования двигателей этого типа в гонках, в том, что двигатели типа «square» имеют лучше мощность на малых и высоких оборотах. В то же время, двигатель с соотношением 56 х 50.6 мм сохранял такое преимущество, как близкая к максимальной мощность на средних оборотах (в аналогичных двигателях это, понятно, является базовой концепцией!). Последним из производителей мотоциклетных двигателей, перешедшим от двигателя с соотношением 56×50.6 мм на чемпионате мира с объемом 125 смЗ, стала Yamaha, представители которой — инженер Бартол и гонщик — на личном опыте смогли почувствовать разницу между двумя решениями. Сразу после перехода с 56×50.6 мм на 54×54 мм показатели фирмы выросли, и вскоре она стала непримиримым соперником таких компаний, как Aprilia и Honda.
Конфигурация link stud с 4 противолежащими боковыми перепускными окнами и корректирующим перепускным окном всегда гарантирует наилучшие результаты продувки и эффективности наполнения.
Некоторые преимущества в гидроаэромеханике, которые можно получить за счет увеличения диаметра цилиндра в четырехтактных двигателях
Не считая самого очевидного преимущества, получаемого при увеличении диаметра, т.е., гарантированного большего прироста объема, чем при увеличении хода поршня, такой подход дает ощутимые преимущества, касающиеся гидроаэромеханики четырехтактных двигателей. Увеличивая зону камеры сгорания, вы, фактически, получаете большее пространство вокруг седел клапанов, и очевидные преимущества, касающиеся заполнения цилиндра и снижения вредных воздействий на зоны между корпусом цилиндра и тарельчатым клапаном, что может иметь существенное значение при высоких оборотах. Затем, в некоторых случаях, вы можете перейти к установке больших клапанов, и это может стать неизбежным в точке, в которой цилиндр потребует более широких каналов для лучшего заполнения на повышенных оборотах.
В отличие от двухтактного, четырехтактный двигатель много выигрывает от снижения хода поршня из-за моментов, не только жестко связанных с диаметром клапана, но и связанных со средней скоростью перемещения поршня, которая, при превышении порога в 25 м/с, начинает вызывать первые проблемы в части надежности.
Четырехтактный двигатель имеет одну фазу (цикл выхлопа), когда поршень поднимается к головке без замедления (при открывании выпускного клапана поршень поднимается, не испытывая влияния противодействующей силы). Этого не происходит в двухтактных двигателях (компрессия начинается, фактически, сразу после выхлопа, и с нею приходит замедление).
Двигатели классов KZ и KF: одной и той же дорогой. На всех двигателях объемом 125 смЗ классов KZ и KF ход поршня равен диаметру цилиндра: на всех — 54 х 54 мм.
Средняя скорость поршня
Сравнение основных конструктивных особенностей.
Сравниваем два двигателя объемом 125 смЗ, имеющие различные конструктивнее особенности. В первом ход поршня и диаметра цилиндра равны между собой, 54 х 54 мм, имеется разделенный выпуск с деталью типа «link stud» (связывающая стойка) (Honda), а во втором — короткий ход, 56 х 50,6 мм (Cagiva). Видно, что конструкции их перепускных окон отличаются.
MBA VR1
Чтобы использовать преимущества и двигателей с коротким ходом, и двигателей типа «square», MBA разработала одноцилиндровый двигатель 125 смЗ с диаметром цилиндра 55 мм и ходом поршня 52 мм Количество боковых перепускных окон — 6, из них основное разделено, для обеспечения достаточного давления в тракте и лучшей продувки также и при средней скорости; пятое перепускное окно также разделено.
Двигатель с коротким ходом oт CRS
В последней омологации от CRS был последний двигатель 125 смЗ KZ, использующий короткий ход с соотношением 56 мм х 50,6 мм; на мировых чемпионатах школа Yamaha постоянно выступала с такого рода двигателями, пока не был выпущен двигатель Харальса Бартола 125 см3 54 мм х 54 мм, а впоследствии — и reed derbi 125 см3, и tkm.
Rotax
Двигатель, который вошел в историю современных двухтактных двигателей: rotax 125 смЗ устанавливается на картах Aprilia, а теперь и на rotax max, с соотношением диаметра цилиндра и хода поршня 54 х 54 мм. Используется компоновка с 4 противоположно расположенными и одним корректирующим перепускными окнами.
Линейная скорость поршня — очень важный параметр в жизни двигателя. Не случайно на двигателе 100 смЗ после расхода 20 литров на средне скоростной кольцевой гоночной трассе, и даже после каждого нагрева на скоростном треке, необходимо устанавливать новый поршень. Не сделав этого, вы рискуете угробить свой двигатель!
По этой формуле вы можете вычислить среднюю скорость поршня любого двигателя. Только вдумайтесь, для двухтактного двигателя еще в середине 80-х порог в 30 м/с казался непреодолимым; затем, с внедрением новейших материалов, достигли 35 м/с, даже на двигателях, способных выдержать только один нагрев в картинге.
В четырехтактных двигателях, где проблема серьезнее, идет расширение в цикле выхлопа (поршень не замедляется при подъеме к ВМТ), предел не должен превышать 25 м/с, хотя во время гонки, и на особенно быстрых двигателях, это предельное значение часто превышалось…