(О форсировании двигателей)
Скорость, приемистость, маневренность…
Как часто к нам в редакцию приходят письма от конструкторов аэросаней с одним и тем же вопросом: как добиться высокой скорости машины, если на ней установлен серийный мотоциклетный двигатель? Отвечает на него один из старейших конструкторов аэросаней, инженер И. Н. ЮВЕНАЛЬЕВ.
Следует сразу же предупредить: увеличение мощности двигателя, или, как выражаются в технике, форсирование, не всегда допустимо и целесообразно.
Прочность каждого двигателя, его моторесурс рассчитывают, исходя из номинальной мощности. Естественно, ее увеличение усилит нагрузки, действующие на детали двигателя, повысит его температурный режим. Это приведет к перегреву деталей и понижению их прочности, к разжижению масла. И все же разумное форсирование двигателя — высвобождение его скрытых резервов — зачастую необходимо.
КАК ЖЕ ЕГО ВЫПОЛНЯТЬ?
Сначала несколько, казалось бы, азбучных истин.
Цилиндры каждого двигателя имеют вполне определенный объем, который во время работы, в такте всасывания, заполняется горючей смесью. Если бы смесь заполняла весь объем и при работе двигателя не возникало никаких сопротивлений, то определить мощность двигателя не представляло бы труда.
Но во время работы двигателя возникает множество помех. Цилиндр наполняется смесью далеко не полностью, при движении поршня в цилиндре, коленчатого вала в подшипниках и т. д. возникают силы трения, да и сам поршень при возвратно-поступательном движении развивает огромные силы инерции, на преодоление которых также затрачивается энергия.
И все это значительно снижает мощность двигателя.
Задача наша и будет заключаться в том, чтобы обеспечить максимально возможное использование тепловой энергии топлива и снизить вредные сопротивления. В № 11 нашего журнала писалось о том, что далеко не всякое форсирование приемлемо для аэросанных двигателей. И прежде всего им противопоказано увеличение степени сжатия выше 8,0.
НАПОЛНЕНИЕ ЦИЛИНДРА. Что мешает заполнить цилиндр свежей горючей смесью на все 100 процентов?
Свежая горючая смесь — бензин с воздухом — проходит по всасывающим каналам и поступает в цилиндр в такте всасывания и в первой фазе такта сжатия. Наступает момент, когда сгоревшая в предыдущем такте смесь (выхлопные газы) еще уходит через выхлопной клапан, а свежая смесь уже начинает поступать в цилиндр через открывшийся всасывающий клапан. Перекрытие клапанов (а в двухтактных двигателях — окон) позволяет осуществить продувку цилиндра, но заполнить его свежей горючей смесью полностью не удается. Мешают этому сопротивление, которое возникает при движении воздуха через карбюратор и всасывающие каналы, и противодействие от еще не вышедших из камеры сгорания выхлопных газов.
Следовательно, чтобы увеличить коэффициент наполнения, нужно уменьшить сопротивление на всасывании и на выхлопе.
Надо помнить, что при этом может возникнуть детонация — самовоспламенение топлива с его мгновенным сгоранием и резким повышением давления и температуры.
Появление детонации приводит к прогоранию поршней, перегреву электродов свечей, выгоранию смазки и часто даже к разрушению двигателя.
Даже при небольшом повышении степени сжатия необходимо для предупреждения появления детонации применять специальные сорта топлива, высококалильные свечи зажигания.
СОПРОТИВЛЕНИЕ НА ВСАСЫВАНИИ. Всасывающий тракт двигателя, по которому до карбюратора проходит воздух, а далее — горючая смесь, состоит из всасывающего канала головки цилиндра с гнездом под клапан, всасывающего патрубка, карбюратора с диффузором, приемного патрубка и воздухоочистителя (рис. 1). Воздух и горючая смесь, движущиеся по этому тракту, встречают значительное сопротивление. Почему? Меняется направление движения в изгибах патрубков, их сечение, шероховатость рабочей поверхности. Испытания двухцилиндрового мотоциклетного двигателя МТ-8 показали, что тщательная шлифовка внутренних поверхностей всасывающих каналов, замена изогнутых патрубков на прямые увеличенного диаметра, снятие воздушного фильтра и установка карбюратора с диффузором ø 26 мм вместо ø 24мм позволяют увеличить мощность на 5 процентов, или для данного двигателя на 2 л. с.
Кроме того, для лучшего наполнения цилиндра можно повысить давление воздуха на всасывании. На некоторых двигателях (гоночных мотоциклов и др.) для этой цели устанавливают специальные нагнетатели. На аэросанях целесообразно осуществлять наддув, использовав для этого скоростной напор потока. Воздух подается во всасывающий трубопровод через специальный воздухозаборник (рис. 2), развернутый своей широкой частью по ходу машины. При движении встречный поток воздуха захватывается широкой частью заборника и под давлением, величина которого зависит от скорости движения, нагнетается во всасывающие тракты.
Воздушный фильтр, устанавливаемый на мотоциклах для очистки воздуха от пыли, зимой на аэросанях можно не ставить, чтобы уменьшить сопротивление на всасывании.
СОПРОТИВЛЕНИЕ НА ВЫХЛОПЕ. Выхлопные каналы головки цилиндров и выхлопной трубопровод, особенно глушители шума выхлопа (рис. 3), оказывают выходящим из цилиндра выхлопным газам сильное сопротивление. Оно мешает полному удалению из цилиндра сгоревшей смеси. Естественно, чем меньше будет сопротивление на выхлопе, тем лучше будет очищаться цилиндр, тем больше он будет наполняться рабочей смесью.
Испытания двигателя МТ-8 показали, что установка глушителя снижает его мощность на 3,7 %. После того как внутренние каналы были зашлифованы, а глушители заменены прямым патрубком длиной 430 мм и ø 32 мм и патрубком ø 37 мм, сопротивление уменьшилось в четыре раза: вместо 8% при ø 32 мм до 2% при ø 37 мм.
Увеличение диаметра выхлопного патрубка, его плавное расширение в виде мегафона (рис. 4) ликвидируют срывы и завихрения выхлопных газов, улучшают работу выхлопной системы.
Проведенные исследования показали, что величина сопротивления выхлопных патрубков не только может быть снижена, но и при подборе длины, краткой волне колебания давления воздушной струи выхлопа, за счет появления резонанса можно получить отсос выхлопных газов из камеры сгорания. Эти колебания создаются за счет импульсов давления при открытии клапанов. (Подробнее о возможностях увеличить мощность двигателя с использованием резонанса мы расскажем в одном из последующих номеров журнала.)
Есть и еще резервы мощности. Тщательный подбор зазоров поршня в цилиндре, подгонка замков поршневых колец и их притирка, облегчение поршня, проверка коленчатого вала на биение, полировка коренных и шатунных шеек коленчатого вала, правильная регулировка опережения зажигания, подбор сорта горючего и особенно масла — вез зти «мелочи» позволяют уменьшить вредные сопротивления и потери мощности на их преодоление.
Несколько слов о других методах повышения мощности, проведение которых требует изменения конструкции по сравнению с серийным двигателем. К ним относятся:
увеличение периода открытия всасывающих клапанов или (для двухтактных двигателей) увеличение прорезей всасывающих окон;
установка вместо подшипников скольжения — шарикоподшипников как на основных, коренных, шейках коленчатого вала, так и на шатунных;
замена карбюратора на более производительный — с увеличенным сечением жиклеров и с большим проходным сечением диффузора.
Эти методы форсирования широко известны и описаны в ряде книг, посвященных мотоспорту, в частности в книге М. Гинзбурга «Эксплуатация и ремонт мотоциклов».