МОЙ МОТОЦИКЛ

Нередко можно встретить мотоциклы с одной лишь выхлопной трубой, без каких-либо изменений сечения внутри. Чаще всего так делают либо самые невежественные владельцы, либо желающие повысить проходимость любой ценой. Но наиболее совершенной на сегодняшний день является выпускная система, состоящая из мощностной заслонки, регулирующей высоту выпускных окон в зависимости от оборотов или нагрузки двигателя, и идущих за ней резонатора и глушителя.

Теперь обо всем по порядку.
Многочисленные исследования работы двухтактных двигателей внутреннего сгорания показывают, что с ненастроенной выпускной системой или совсем без нее у двигателя происходит потеря значительной части топливовоздушной смеси через выпускные окна, с которых, собственно, выпускная система и начинается. От их формы и размеров во многом зависит мощность и быстроходность мотора.

Угловая ширина выпускного окна ограничивается опасностью повреждения поршневых колец, и по данным исследований фирмы «Ямаха» не должна превышать 65 для серийных двигателей и 70 для спортивных. Если же нужно их увеличить, делают два или три окна, разделенные перемычками. Высота выпускных окон оказывает существенное влияние на мощность двигателя. Увеличение высоты ведет к быстрой очистке цилиндра от отработавших газов, что способствует повышению оборотов, но в то же время возрастает доля потерянного хода, так как после открытия выпускных окон газы уже не оказывают давления на поршень. Это приводит к снижению крутящего момента в области низких и средних частот вращения. Избавиться от таких нежелательных явлений и помогают мощностные заслонки, которые ограничивают высоту выпускных окон на низких и средних оборотах и полностью открывают их на высоких. Кстати, мощностные заслонки в настоящее время стали почти обязательной принадлежностью приличного двухтактного двигателя. К сожалению, изготовить в наших условиях такое эффективное устройство крайне сложно, поэтому мы не будем на нем долго останавливаться, а продолжим далее знакомство с выпускной системой. После выпускных окон, как правило, устанавливается резонатор, или мощностная часть, говоря по научному. Основная его задача — препятствовать выбросу свежей смеси. Выбор оптимальных параметров резонатора достаточно сложен, но я попытаюсь внести ясность в этот вопрос.
Для благоприятного протекания процесса газообмена необходимо, чтобы у выпускного окна в первой половине фазы продувки создавалось невысокое разрежение, способствующее очистке цилиндра от отработавших газов. К моменту подхода продувочной смеси к выпускному окну давление в выпускной системе (у окна) должно возрасти и поддерживаться в таком состоянии до его закрытия. Эта волна давления создает обратное движение в цилиндр части продувочной смеси, попавшей в систему выпуска при продувке.
При неблагоприятном изменении давления может произойти «закупоривание» выпускной системы, ухудшающее очистку и наполнение цилиндра. Значительное разрежение в системе выпуска в конце продувки способствует беспрепятственному выбросу горючей смеси через выпускное окно.
Настройка выпускной системы, как правило, осуществляется на один режим работы. Она сводится к подбору геометрических размеров резонатора, показанного на рисунке 2.
Отработавшие газы, вырываясь из выпускных окон со сверхзвуковой скоростью, устремляются в резонатор, который сначала расширяется, образуя так называемый прямой конус, а затем сужается, образуя обратный конус. При этом давление газов сначала снижается, а после возрастает. Возникает отраженная волна, устремляющаяся назад к цилиндру. Для каждой конкретной выпускной системы эта волна имеет определенную скорость. В результате настройка выпускной системы заключается в подборе длин и диаметров резонатора таким образом, чтобы отраженная волна подходила к выпускным окнам в нужный момент. Естественно, что для разных частот вращения коленчатого вала требуется своя конкретная выпускная система, которая на других частотах, к сожалению, не может обеспечить оптимальных условий выпуска отработавших газов. Приходится идти на компромисс, выбирая наиболее предпочтительную частоту, на которой будет идти отсос отработавших газов и дозарядка цилиндра. В большинстве случаев эти оптимальные обороты находятся в диапазоне между средними и высокими. На мотоциклах с хорошо настроенной выпускной системой нередко замечается резкий подхват при достижении определенных оборотов. Зачастую он сопровождается таким ускорением, что незадачливому экспериментатору, не привыкшему к подобным сюрпризам, может представиться случай лицезреть удаляющийся от него на заднем колесе мотоцикл, догнать который уже невозможно.

Тем же, кому подобный характер мотора по душе, можно посоветовать попробовать настроить систему выпуска своего мотоцикла, используя некоторые приведенные ниже зависимости и соотношения размеров по рисунку:

D1=sqrt((4*F1/pi));
где F1:=(1.3—1.75)*F0вып;
F0вып:площадь сечения выпускных окон.
F1:площадь сечения выпускной трубы.
При увеличении L1 кривая изменение крутящего момента сдвигается в сторону
малых частот вращения, а при уменьшении L1 — в область высоких частот.
Оптимальная длина
L1:=(5—6)*D1.
Угол *alfa* раскрытия первого конуса принимается из условия обеспечения
безотрывного прохождения потока газа
alfa:=6…10гр .
Длина конической части L2 определяется углом *alfa* и диаметром D2,
который принимается из соотношения
D2:=sqrt((4*F2/pi));
где F2:=(3.5—4.5)*F1;
F1:площадь сечения выпускной трубы.

Изменяя длину L3 цилиндрической части и положение обратного конуса, можно смещать характеристику двигателя в необходимом направлении. Выбирая длину L3 можно повысить максимальную эффективную мощность в определенном диапазоне частот вращения благодаря дозарядке цилиндра. Однако на других частотах происходит ухудшение показателей. С увеличением длины L3 уменьшается максимальная мощность но значительно возрастают ее значения в диапазоне средних оборотов. Длина L4 обратного конуса влияет на показатели двигателя следующим образом. Если конус участка L4 невелик (большая длина L4 ), то мощность двигателя при оборотах выше номинальных снижается медленно. При малой длине L4 мощность падает быстро. Рекомендуемая длина L4:=(1—2.5)D1 Концевой участок трубы длиной L5 также оказывает некоторое влияние на показатели двигателя, При росте L5 и уменьшении диаметра максимальная мощность двигателя смещается в область высоких частот вращения. Уменьшение длины L5 способствует повышению мощности на малых оборотах. Уменьшение диаметра D3 вызывает перегрев днища поршня. Глушащая часть выпускной системы положительного влияния на мощность не оказывает, зато благоприятно сказывается на состоянии органов слуха. Огромные, сигаровидные глушители отечественных мотоциклов включают в себя сразу мощностную и глушащую части, а выхлопная труба является отдельным элементом. Нередко она входит в прямой конус настолько глубоко, что нарушается безотрывный характер истечения газов. В таком случае идеальным был бы вариант отказа от соединения трубы и конуса с помощью накидной гайки или хомута в пользу сварки. По крайней мере, следует укоротить выступающую внутрь конуса часть. Здесь же кроется самый простой способ частичной настройки выпускной системы. Можно пододвинуть глушитель вперед, укоротив выхлопную трубу. При этом следует ожидать улучшения работы мотора на высоких оборотах, либо наоборот, для получения большей тяговитости на низких оборотах отодвинуть глушитель подальше и удлинить первую трубу. Удлинение или сокращение цилиндрического участка также не вызовет сложностей. Глушитель распиливается, и из него удаляется либо вваривается кусок необходимой длины.

Кроме формирования характеристик двигателя и снижения шума выхлопа, выпускная система рассеивает в пространство значительную часть тепла. Так, однажды во время дальней поездки на «ИЖе» автор проголодался и остановился на обед. Запах, исходящий от мотоцикла, наводил на мысль, что еда уже готова. После поисков источника запаха из сумки, стоящей на нижней полке багажника и касающейся глушителя, был извлечен изрядно поплавившийся пакет с почти готовой яичницей. Подвеска тщательно перемешала все составляющие блюда, а глушитель его поджарил. Жаль, только, что мотоцикл не отделил скорлупу от яиц и обертку от масла! В большинстве же случаев нежелательный контакт с выпускной системой заканчивается не .так удачно. Возможны ожоги и даже пожар. Про это не следует забывать при модернизации или самостоятельном изготовлении выпускной системы

А. Гарагашьян, Ленинградская обл., д. Нюрговичи

Двухтактный двигатель: устройство и принцип работы, отличия от четырехтактного

Двигатели внутреннего сгорания построены по одному принципу – энергия сгорания топлива превращается в кинетическую энергия вращения коленвала. Существуют два типа моторов – двухтактные и четырехтактные. Оба обладают своими преимуществами и недостатками, попробуем разобраться в чем отличия.

Принцип работы ДВС

Рабочий цикл двухтактного двигателя состоит из впуска и выпуска происходящего за один оборот коленчатого вала, тогда как 4-х тактный имеет следующие циклы — впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. И протекают они за два оборота маховика. В двигателе с 4 тактами впуск и выпуск осуществляются в виде разных процессов, в двухтактнике они совмещены со сжатием топливной смеси и расширением рабочих газов. Принцип действия двухтактного двигателя:

1. Первый такт – сжатие. Происходит движение поршня от нижней мертвой точки, при этом вначале закрывается продувочное окно. Отработанные выхлопные газы выводятся через выпускное отверстие. В этот момент в кривошипной камере под днищем поршня образуется область разрежения, куда поступает обогащенная топливная смесь из карбюратора (инжектора). Эта порция свежего воздуха выталкивает остатки выхлопных газов в выпускной коллектор. В момент наивысшего положения поршня происходит воспламенение смеси от свечи зажигания.
2. Второй такт – рабочий ход или расширение. Температура и давление газов в камере сгорания резко увеличивается, под его действием поршень начинает движение к нижней мертвой точке, совершая полезную работу. Повышенное давление в кривошипной камере перекрывает впускной клапан, препятствуя попаданию отработанных газов в карбюратор. Через систему выпускных окон отработавшие газы уходят в глушитель, а через продувочное окно начинает поступать свежая горючая смесь в камеру сгорания. В самой нижней точке действие второго такта заканчивается и процесс повторяется.

Двухтактный дизельный двигатель работает по такому же принципу, только у него отсутствует свеча зажигания, а воспламенение топлива происходит от сжатия. Поэтому степень сжатия в дизельных двс намного выше бензиновых.

Особенности мотора с двумя тактами

Двухтактный двигатель совершает полный цикл за один оборот коленвала, это позволяет получить большую удельную литровую мощность чем у 4-х тактного движка при тех же оборотах двигателя. Однако, кпд двухтактника будет ниже из-за несовершенства механизма фаз газораспределения, неизбежных потерь топливной смеси в процессе продувки и неполного рабочего хода поршня.

Двухтактный двигатель сильно греется, потому что во время работы высвобождается большая тепловая энергия. Иногда может потребоваться дополнительное охлаждение. В мотоциклах редко используются двухтактные моторы с большим количеством цилиндров, чаще всего применяется одноцилиндровый мотор с воздушным охлаждением.

При работе по двухтактному циклу поршень совершает меньше движений за один такт, а нагрузка вспомогательных газораспределительных, смазочных и охлаждающих систем на коленвал ниже или отсутствует совсем. Поэтому износ поршневой группы у них будет ниже. Если для легкой техники это не является решающим фактором, то тихоходный двухтактный дизельный двигатель может иметь в несколько раз больший ресурс, чем все остальные двс. Поэтому они нашли широкое распространение в тепловозах, генераторах, судовых двигателях.

Двухтактный бензиновый двигатель быстрее набирает обороты максимальной мощности. Этим активно пользуются мотоспортсмены, особенно в кроссовых дисциплинах, когда необходим мгновенный отклик на рукоятку газа. Кроме того, он проще в обслуживании, дешевле и легче четырехтактного.

Расход топлива у двухтактника будет выше на 25-30 %, шумность и вибрации тоже. Двигатель невозможно вписать в жесткие экологические нормы, даже если использовать инжекторные системы впуска и наддув. Большой расход воздуха требует применения специальных воздушных фильтров.

Система смазки и приготовление топлива

Работа двухтактного двигателя требует эффективной смазки движущихся узлов. Централизованная раздельная система смазки с масляным насосом, как у четырехтактных двигателей, здесь отсутствует, поэтому масло добавляется в бензин в соотношении 1:25 – 1:50. Полученный состав, находясь в поршневой и кривошипно-шатунной камере, смазывает подшипники шатуна, стенки цилиндра и поршневые кольца. При воспламенении воздушной смеси масло сгорает и удаляется вместе с выхлопными газами.

Моторное масло должно быть специальное — для двухтактного двигателя, обычно оно имеет маркировку 2Т на канистре. Использование обычного автомобильного масла недопустимо по ряду причин:

• Масло для двухтактных двигателей обязано обладать хорошей растворимостью в бензине;
• Обладает прекрасными смазывающими свойствами, улучшая работу двигателя и уменьшая трение;
• Защита от коррозии трущихся деталей поршневой группы;
• Двухтактное масло должно сгорать без остатка, не образовывая нагар и сажу. Высокая зольность обычного масла приводит к закоксовыванию поршневых колец.

Подачу смазки в двухтактный двигатель можно осуществить двумя способами. Первый и самый простой – смешивать с топливом в нужной пропорции. Второй – это раздельная система смазки двухтактного двигателя, когда состав из топлива и масла готовится непосредственно перед попаданием внутрь в специальном патрубке. В этом случае устанавливается отдельный бачок для масла, а его подача осуществляется с помощью специального плунжерного насоса.

Эта система получила широкое распространение на современных мотоциклах и скутерах. Кроме удобства использования (теперь не нужно доливать масло в бак на глаз каждую заправку), происходит серьезная экономия масла, потому что впрыск его зависит от оборотов двигателя. На холостых оборотах пропорция масла может составлять всего 1:200.

Тюнинг двухтактного двигателя

Любой двухтактный мотор имеет возможности для форсировки. Увеличение мощности при таком же объеме оправдано в спорте, а в повседневной эксплуатации двигатель становится эластичнее и экономичнее. Основные способы доработки:

1. Увеличить диаметр выпускного отверстия и обеспечить его максимально продолжительное время открытия. Это позволяет выпустить максимальное количество газов. Таким образом повышаются тяговые возможности двигателя и его крутящий момент.
2. Обеспечить эффективную продувку. Для этого можно увеличить диаметр впускного окна, тогда горючая смесь не будет задерживаться в картере и обеспечится своевременный впрыск в камеру сгорания.
3. Применение на карбюраторе вихревого диффузора, который за то же время подает большее количество топливной смеси. Вместе с ним целесообразно применение воздушного фильтра нулевого сопротивления.
4. Установка резонатора выпуска, расчет которого произведен под конкретный объем двигателя. Такое устройство возвращает часть топливной смеси назад в цилиндр через выпускное отверстие.
5. Доработка шатунно-поршневой группы, ее облегчение и тщательная балансировка. Клапана и каналы должны быть притерты и не иметь заусенец (задиров), тормозящие и завихряющие потоки. Это уменьшает наполняемость цилиндра и снижает мощность.
6. Применение инжекторных систем впрыска и регулирование фазами газораспределения. Это позволяет точнее дозировать количество подаваемого топлива и уменьшить потери горючей смеси во время продувки цилиндра.
7. Установка систем наддува. Обычно это компрессорные нагнетатели, а на двухтактный дизельный двигатель может быть установлен традиционный турбокомпрессор. С его помощью увеличивается количество поступаемого в цилиндры воздуха, соответственно и количество горючего может быть увеличено.

Эксплуатация и причины поломки двигателей

Чаще всего двухтактные моторы встречаются в мототехнике, лодочных двигателях, газонокосилках, цепных пилах и прочих устройствах, где требуется применение легкого и надежного двигателя. Тем не менее, даже такой простой по конструкции движок может выйти из строя из-за нарушения правил эксплуатации.

• Низкое качество бензина. Плохое топливо часто приводит к появлению детонации. Чаще всего это заметно на невысоких оборотах при подгазовках. Возникающие ударные нагрузки приводят к поломке перегородок поршней, чрезмерным нагрузкам на подшипники коленвала. Детонация может возникать из-за перегрева двигателя, нагара на поршне и бедной смеси.
• Низкое качество деталей, из которых собран мотор. Особенно это актуально для китайских производителей, часто допускающих брак в производстве комплектующих. Это приводит к раннему выходу из строя поршня, коленчатого вала, цилиндра и прочих деталей, а затем и капитальному ремонту. Обычно помогает оценить состояние поршневой простой замер компрессии.
• Низкокачественное моторное масло. Топливомасляная смесь для двухтактных двигателей имеет очень важное значение. Именно от его качества будет зависеть как мягко работает мотор, чистота выхлопа, отсутствие перегрева и лишних шумов. Плохое масло приводит к образованию слоя нагара на поршне, в коренных и шатунных подшипниках, к задирам на стенках цилиндра и юбке поршня, проходное сечение глушителя уменьшается из-за нагара. Масла для двухтактных двигателей следует применять синтетические или полусинтетические, использование минералки нежелательно.
• Перегрев на двухтактном двигателе воздушного охлаждения не редкость. К этому приводит длительная работа с полностью открытым дросселем, или неисправность системы охлаждения. Перегрев может быть кратковременным, когда наблюдается потеря мощности и максимальных оборотов, после снижения нагрузки и охлаждения двигателя все приходит в норму. Клин возникает вследствие очень сильного перегрева, когда тепловой зазор между поршнем и цилиндром уменьшается настолько, что силы трения намертво прихватывают их между собой. После него требуется ремонт ЦПГ.
• Карбюратор не настроен. Топливная смесь получается слишком бедной или очень богатой. Езда на переобогащенной смеси чревата высоким расходом топлива, потерей мощности и образованию нагара. Бедная смесь может вызывать детонацию и снижение максимальной мощности двигателя.

Чтобы продлить срок службы и отсрочить капремонт, следует провести правильную обкатку двухтактного лодочного или мотоциклетного мотора. Для этого пропорция масла смешиваемого с бензином должна быть немного выше установленной для нормальной эксплуатации. На такой смеси дать двигателю поработать в режиме неполной мощности несколько часов, что эквивалентно 500-1000 км пробега для скутера и мотоцикла.

Все же из-за токсичности выхлопа двухтактные двигатели постепенно вытесняются современными четырехтактными. Они продолжают использоваться только там, где требуется высокая удельная мощность при минимальной массе и простоте конструкции – мототехника, бензопилы и триммеры, модели самолетов и многое другое.