Юбка – не прихоть!

Print

Юбка – не прихоть!

Задумав форсировать мотор, пилот зачастую начинает с облегчением его деталей, в частности, поршней. Чем нередко вредит двигателю: «невесомость» полезна до определенного предела И вот почему.СТАРЫЕ СТЕРОИДЫ
Способов прибавки мощности мотору несколько. Один из них – поднять крутящий момент. Тут «работают» два основных «стероида»: ход и диаметр поршня. Чем дальше вынесены от оси вала шатунные шейки (длиннее плечо рычага коленвала), тем больше сила, с которой шатун толкает коленвал. А значит, двигатель разовьет высокую тягу. В этом случае вес поршня не критичен. Такие моторы «тихоходны» (крутятся до 6-8 тысяч об/мин), и инерционные нагрузки, приходящиеся на шатуны и коленвал,невысоки.

Массивные поршни требуют другого: когда поршень меняет направление движения при прохождении мертвых точек, возникает перекладка сил, прижимающих его боковую поверхность к зеркалу цилиндра. Разъясню – это и есть «мо- мент истины», проясняющий, зачем поршню нужна юбка. Шатун практически постоянно давит на поршневой палец под углом к оси цилиндра. Причем, каждый раз, миновав мертвую точку, угол меняет «ориентацию» на противоположную. Поэтому при движении вверх поршень прижимается к одной стороне цилиндра, при ходе вниз – к другой. Перекладка должна происходить «мягко», без удара – иначе вскоре поршень развалится на куски.

У моторов с большими плечами коленвала сила прижатия поршня к зеркалу высока (вспомните из школьного курса физики: она растет по мере увеличения угла наклона шатуна). Поэтому юбка поршня обязана быть «макси». Она распределяет нагрузку на большой площади, и поршень проходит мертвые точки без ударов и «разрывов» пленки смазки. Практика создания таких моторов «породила» определенное соотношение длины юбки к диаметру поршня (пю/D). Для тяжело нагруженных моторов мотоциклов (около 0,2 л. с. на килограмм веса экипажа) оно составляет не менее 0,7. На более энерговооруженных машинах (от 0,5 л. с./кг) величина другая – Пю/D ближе к 0,6.

Объяснение тому есть: чем меньше «лошадок» приходится на единицу массы мотоцикла, тем больше нагрузка на поршень (в частности, на его юбку), когда он проходит самую «конфликтную» ВМТ – в такте рабочего хода. Представьте: со стороны камеры сгорания на поршень давят газы – продукты горения, с другой стороны перемещению сопротивляется шатун, нагруженный весом экипажа. А еще он «упирается» в поршень «косо», что, как я уже говорил, затрудняет передачу усилия. Естественно, будь мотор слаб, а мотоцикл тяжел, короткая юбка от такого «двойного удара» деформируется, «вгрызается» в зеркало цилиндра и вскоре «обрастет» задирами.

Форсирование моторов по моменту было популярно до 80-х годов прошлого века. Затем наступил кризис «жанра»: в габариты мотора байка не «впишешь» ни коленвал с «бесконечно» большим ходом поршня, ни Цилиндры «паровозного» диаметра. Не выручили и кованые поршни. Конечно, они легче и прочнее литых, что при прочих равных условиях позволяет увеличить диаметр поршня на 10-15%, не опасаясь появления разрушительной перекладки. Но их высокая цена вряд ли компенсируется незначительным приростом мощности мотора – 5-8% (сравнительные данные привожу на графике).

НОВЫЙ ЖАНР
Потом двигателисты взялись за второй «сомножитель» мощности – обороты коленвала.. Они растут при использовании вала «короткохода» – с небольшим плечом шатуна. Длина пути – сумма расстояний при перемещении поршня за четыре такта – при этом сокращается. Ясно, что за один и тот же отрезок времени поршень такого мотора совершит больше рабочих ходов, чем «единоутробный собрат» с длинноходным валом. Значит, и работу проделает большую – мощность двигателя возрастет. Полезно и то, что размеры мотора уменьшаются – у короткохода меньшие габариты и масса.

Поршни же задали конструкторам задачу. Инерционные нагрузки, создаваемые ими на шатунах и шейках вала, в зависимости от скорости перемещения растут в геометрической прогрессии. Простейший способ борьбы с инерцией – снизить вес поршней, сократив их диаметр. Но для сохранения литража мотора придется делать большее количество цилиндров. А это увеличивает стоимость двигателя в несколько раз. Разработчики пошли на рискованный шаг: юбку поршня стали делать «миди» (hю/D=0,6-0,55), а затем и «мини» (hю/D свели к 0,5-0,45). И поршни выдержали нахальное «оголение» (даже литые) – конструкторы воспользовались особенностями гидродинамического эффекта смазки.

ЛЫЖНИК И УТОПЛЕННИК
Юбка поршня обязана не только сглаживать момент перекладки. Ее боковому профилю придается особая форма, поддерживающая устойчивый слой смазки (его называют «масляный клин») между поршнем и зеркалом цилиндра. В этом плане наиболее выгодна, потому и распространена, «бочкообразная» юбка. Как она выглядит, показано на рисунке, а как действует, поясню без погружения в теорию трения.

Представьте двух лыжников: один на лыжах с загнутыми «носками», у другого «полозья» почти без загиба. Ответьте сами: кто чаще зарывается в снег (в нашем случае – не скользит на пленке смазки, а прорывает ее)? Спрашиваю об этом еще по одной причине. Отечественная техника все еще оснащается поршнями с конусной юбкой (ее вид смотри рядом с «бочкой»). При одинаковых размерах поршней «конус», не имеющий ярко выраженного «носка», хуже удерживается на поверхности смазки. Выгода в нем есть, но для производителя: его изготовление обходится в несколько раз дешевле «бочки». А работать без задиров поршню помогает о-о-очень «макси» юбка с Пю/D до 0,74 (напомню, давление поршня на масляную пленку убывает по мере увеличения площади контакта поверхностей «юбки-цилиндра»). Что и ограничивает применение таких поршней: они тяжелы, и им место только в «сверхтихоходах» (моторах с обо- ротами вала до 5 тысяч).

Но и «бочка» – не панацея от трения. Такую юбку можно безбоязненно укоротить относительно «конуса» процентов на 10-15, не нарушив условий смазки. Однако поршень не станет заметно легче. Спросите, почему же в быстроходных моторах вполне надежно работают Т-образные поршни (их вы уже видели на фото), почти не имеющие юбки (hio/D около 0,4)? А потому, что масляный клин «отталкивает» юбку от зеркала цилиндра с силой, растущей пропорционально квадрату скорости перемещения поршня. Разъясню на примере. Попробуйте прокатиться на водных лыжах, прицепившись к тихоходной барже. Вы точно утонете. За скоростным же катером будете скользить по водной глади и без лыж – на пятках. Именно поэтому у высокооборотных моторов, в которых поршень перемещается с высокой скоростью, есть возможность радикально сократить размер юбки, в результате и вес детали снизить почти на четверть. А вот тут неоспоримо проявится преимущество кованых поршней: их малый вес (при одинаковых условиях тюнинга) позволяет дополнительно облегчить шатуны и коленвал (динамика мотоцикла возрастет) без ущерба для ресурса мотора.

Как грамотно подобрать «стиль» юбки при таком тюнинге, приведено на соответствующем графике. Но осознав возникающие перспективы, не торопитесь высматривать в магазинах подходящий «кит» – тюнинговый вал и поршни (или что-то одно) и браться за форсирование мотора по оборотам. Как бы не пришлось расплачиваться за удовольствие.

БЕЗ КОМПРОМИССА Такой двигатель «однобок» – максимум мощности сосредоточен в узком интервале, ближе к высоким оборотам. На средних и ниже мотор откровенно перестает тянуть – пилоты спортбайков это знают как «Отче наш». Правомерно предположить, что «узость» тяги исправима. Такие устройства известны. К примеру, можно снабдить мотор устройством, изменяющим фазы газораспределения. Можно, но нельзя, господа! Юбка поршня, «настроенная» на поддержание устойчивой смазки в зоне высоких, бессильна против трения на малых оборотах. Оцените соотношение цифр, приведенное на иллюстрации. Коэффициент трения при показателе hio/D=0,45 (Т-образный поршень) и 8-10 тыс. об/мин коленвала очень мал. При 3-5 тыс. об/мин он на порядок больше, т. е. стабильность смазки невысока. Еще «чуть» – и металл поршня пойдет «в сухую» по цилиндру. Если мотор будет работать долго и с постоянно «открытой» ручкой газа на низких оборотах – «мини»-юбка не удержит масляный клин. Когда «сотрете в порошок» поршневую (и деньги, причем немалые) – вопрос времени, ее ресурс может сократиться и на порядок. Так что конструкторы не зря «запретили» таким моторам обзаводиться эластичностью тяги, свойственной тихоходам.

Завершу сказанное выводом: «В одну телегу (читай мотор) впрячь не можно вола (ровный по оборотам момент) и тре- петную лань (высокие обороты вала)». Не покупайтесь, господа, на зазывную рекламу продавцов: «Установи поршни «Т»
- и полетишь!» «Улет» состоится, однако теперь вы знаете варианты: по оборотам и прибавке мощности или же развалите мотор в хлам.

 

Задумав форсировать мотор пилот зачастую начинает с облегчением его деталей в частности поршней Чем нередко вредит двигателю невесомость полезна до определенного предела И вот почему

 

Коды, устройства, схемы

Related Posts

Leave a Reply

You must be logged in to post a comment.

Контакты с Администацией

648112778 послать сообщение по ICQ Администратору хостинга Админ