Изучающим мотоцикл

К системе питания двигателя внутреннего сгорания обычно относят топливный бак, карбюратор, впускной патрубок, выпускную трубу и глушитель. В таком порядке мы и будем эти элементы рассматривать. Как явствует из названия, в баке на мотоцикле хранится запас топлива: чистого бензина для четырехтактного двигателя или бензино-масля-ной смеси для двухтактного. Это — основное назначение бака. Но он является также важным элементом эстетического оформления. Его форма, размеры и расположение существенно влияют на удобство посадки водителя, на расположение общего центра тяжести мотоцикла. Емкость бака должна обеспечивать пробег в 300—400 километров без заправки. Все эти соображения заставляют конструкторов для каждого мотоцикла искать свою форму топливного резервуара, придавать ему индивидуальные размеры.

Система питания: 1 — топливный бак; 2 — бензокран; 3 — глушитель шума впуска; 4 — воздушный фильтр; 5 — выпускная труба; 6 — впускной патрубок; 7 — карбюратор: 8 — глушитель.

Бак имеет заливную горловину с пробкой и краник, в пробке обязательно есть небольшое отверстие, через которое внутренний объем бака сообщается с атмосферой. Несколько слов о назначении этого отверстия. Вспомните школьный урок физики. Наверняка, преподаватель показывал вам такой опыт: стакан, наполненный до краев водой, накрывал листом бумаги и переворачивал. Вода не выливалась. Ее удерживало в стакане атмосферное давление. Нечто подобное можно наблюдать и на мотоцикле, если отверстие в пробке бензобака засорится: бензин перестанет вытекать из краника. Такой пустяк может стать причиной «необъяснимого» отказа двигателя в пути, а потому и нужно отверстие в пробке периодически продувать.

Если это отверстие не засорено, а отстойник (или фильтр) бензокраника чист, топливо самотеком поступает в гибкий бензопровод и затем в поплавковую камеру карбюратора.

Описывать устройство и работу карбюратора не будем: статьи на эту тему опубликованы в № 3 и 4 нашего журнала за 1972 год. Отметим лишь главное: в карбюраторе топливо смешивается с воздухом, и уже эта рабочая смесь в виде эмульсии, пленки, поступает в двигатель. От того, насколько удачно смесь приготовлена и подана в цилиндр, зависят легкость пуска и вся работа двигателя. Рабочие свойства (качество) смеси определяются главным образом тем, в какой пропорции находятся в ней бензин и воздух.

Смесь называют нормальной, если бензин и воздух связаны в ней весовым соотношением 1:15. Мощность двигателя при работе на такой смеси на 4—5 процентов ниже максимальной, а расход топлива примерно на столько же выше наименьшего возможного.

Наибольшую мощность двигатель развивает, когда работает на обогащенной смеси, в которой это соотношение колеблется от 1 : 12,5 до 1:13.

В тех же случаях, когда нужно добиться наибольшей экономичности, количество воздуха, приходящееся на 1 килограмм бензина, увеличивается до 16—16,5 кг (обедненная смесь).

При дальнейшем увеличении относительного расхода воздуха смесь все больше обедняется и вскоре становится совершенно неработоспособной.

Если же, наоборот, уменьшать относительное содержание воздуха, то уже при соотношении от 1 : 12 до 1 : 6,5 (богатая смесь) двигатель «плохо тянет» из-за большой потери мощности и работает крайне неэкономично, а еще большее обогащение приводит к тому же результату, что и переобеднение: мотор перестает работать.

Качество смеси обеспечивается главным образом устройством карбюратора и его дозирующими системами — диаметрами диффузора, жиклеров, распылителя; конструкцией дроссельной заслонки. Оно зависит и от того, насколько хорошо топливо перемешивается с воздухом, и от того, насколько большое сопротивление движению смеси оказывают трубопроводы и каналы. Дозирующие элементы карбюратора подбирают для каждого типа двигателя сначала расчетным путем, а затем по результатам испытаний. Чтобы уменьшить сопротивление на входе воздушного потока, соответствующее отверстие у карбюраторов делают конусообразным, а карбюраторы гоночных мотоциклов зачастую имеют воронкообразную насадку (в последнем случае воздушный фильтр не устанавливают). Чтобы уменьшить потери на трение, стараются внутренние поверхности диффузора и впускных каналов делать без выступов и шероховатостей, нарушающих целостность потока смеси.

Когда карбюратор крепится непосредственно к цилиндру, то путь движения смеси сокращается до минимума, и на этом пути устранить шероховатости и выступы довольно просто. Казалось бы, такое крепление должно быть наилучшим — ведь при этом, ко всему прочему, карбюратор легко нагревается от цилиндра, испарение бензина улучшается и смесь образуется более однородная. До некоторых пор так и было (например, на послевоенном ИЖ-49). Но со временем двигатели становились все мощнее, их температурные нагрузки — все больше, и вот обнаружилось, что слишком интенсивное испарение топлива ухудшает наполнение цилиндров, в самых тонких каналах карбюратора образуются паровые пробки. Решили сначала устанавливать между цилиндром и карбюратором теплоизоляционные прокладки, а затем — и специальный переходной патрубок, примерно такой, какой стоит сейчас на «ИЖ-Планете».

У мотоциклов с оппозитно (один против другого) расположенными цилиндрами проявилась другая неприятность: длина впускного патрубка настолько велика, что горючая смесь по пути успевает сконденсироваться и поступает в цилиндр в виде крупных капель. Пришлось пойти на новые хитрости: либо устраивать дополнительный подогрев патрубков (что не очень удобно), либо устанавливать на каждый цилиндр по отдельному карбюратору. Так в основном и поступают.

Наконец, исследованиями было установлено, что длина впускного патрубка самым непосредственным образом сказывается на мощностных показателях двигателя, и ее следует подбирать, руководствуясь главным образом именно этим соображением.

Попробуем несколько подробнее рассмотреть процессы, происходящие во время впуска.

То, что впуск — фаза периодическая, несомненно. То, что поток топливо-воздушной смеси обладает совершенно определенной массой (а значит— и инерцией!) — также ясно. Следовательно, когда впускной клапан закрывается, поток топливо-воздушной смеси во впускном трубопроводе продолжает еще некоторое время двигаться вперед, и у клапана создается зона повышенного давления. В какое-то следующее мгновение скорость потока падает до нуля, и тогда волна давления устремляется в обратном направлении. Такие колебания протекают во впускном трубопроводе постоянно. Их характер зави* сит от числа оборотов, средней площади поперечного сечения, длины впускной системы и некоторых других факторов. Выгоднее всего так подобрать параметры, чтобы волна повышенного давления создавалась в непосредственной близости от впускного окна в момент его открытия. В результате улучшается наполнение цилиндра, а следовательно, повышается мощность. Это хорошо видно на примере двухтактного 125-кубового двигателя, который с впускным патрубком длиной 140 мм развивал 6 л. с. при 4500 об/мин. С увеличением этого размера до 250 мм мощность выросла на 0,4 л. с., а обороты максимальной мощности снизились до 4000—4200.

Известно, что злейшим врагом двигателя является пыль, проникающая в него вместе с воздухом. Чтобы ее задержать, на пути воздушного потока устанавливают различные устройства. Простейшие из них состоят из металлических или капроновых сеток. Они очищают воздух всего на 70—80 процентов. Это значит, что от 30 до 20 процентов содержащейся в нем пыли беспрепятственно проникает в двигатель. Ясно, что на грунтовых дорогах с таким очистителем ездить нельзя.

Воздушные фильтры: 1 — сетчатый; 2 — бумажный; 3 — инерционно-масляный.

Гораздо лучше работает инерционно-масляный фильтр. В нем воздух, проходя через толстый слой капроновой «путанки», очищается от наиболее грубых включений. Затем, ударяясь о поверхность масла, налитого в специальную ванну, он круто меняет направление. За счет инерции из него отсеивается еще часть механических примесей, и, уже очищенный и увлажненный маслом, воздух поступает в карбюратор. Такие устройства обеспечивают довольно высокий процент очистки — до 95.

В последние годы все большее распространение получают воздухоочистители со сменными фильтрующими бумажными элементами. Преимущества их неоспоримы: фильтры легки, просты, долговечны, легко заменяются. А процент очистки достигает 99,91 Конечно, бумага требуется специальная, с порами, размер которых не превышает 20 микрон. Такие фильтры применяются, например, на мотоциклах «Иж-Планета-спорт», Ява.

Мы рассмотрели только систему впуска. Как бы продолжением ее является система выпуска, состоящая из выпускных труб и глушителей. Почему надо рассматривать эти системы совместно, мы сейчас увидим.

Основная задача выпускной системы— отвести отработавшие газы из двигателя. Но эти газы в момент выхода из цилиндра обладают еще очень большим запасом энергии (высокие температура и давление). Потому-то выброс газов в атмосферу и сопровождается оглушительным шумом. Возникает вторая задача системы выпуска — уменьшить этот шум, чтобы мотоциклом можно было пользоваться без вреда для здоровья людей. Эту задачу выполняет глушитель. В простейшем случае это какой-то сосуд, емкость которого в несколько раз больше объема цилиндра. В таком резервуаре падает давление, сглаживаются пульсации, затухают колебания потока отработавших газов, гасится его энергия. Часть ее расходуется, нагревая стенки глушителя. Еще часть, обусловленная скоростью, затрачивается на трение струй газа о перегородки, имеющиеся в глушителе. Остаточная энергия уже невелика.

В выпускной трубе, как и во впускном патрубке, происходят непрерывные колебания давления. Чтобы показать, как они влияют на работу двигателя, приходится снова говорить об особенностях двух- и четырехтактного циклов.

Глушитель.

Так, если сопротивление системы выпуска двухтактного двигателя очень мало — отработавшие газы и часть свежей смеси беспрепятственно выбрасываются в воздух (во второй беседе мы назвали эти потери «прямым выбросом»). Уменьшить выброс можно, увеличив сопротивление на выпуске таким образом, чтобы волна повышенного давления создавалась у выпускного окна в тот момент, когда заканчивается выпуск отработавших газов и идет продувка. Такая «газовая пробка» «запрет» цилиндр и предотвратит потери свежей смеси, то есть, в конечном счете, благодаря улучшению наполнения повысится мощность и улучшится экономичность.

Практически это достигается подбором геометрических форм и размеров трубы и глушителя, а также размещением в нем перегородок и отверстий («внутренний набор»), изменяющих направление движения газов. Значит, при двухтактном двигателе глушитель служит не только для уменьшения шума, но и для увеличения мощности! Тот, кто это знает, уже не будет ставить, например, глушитель мотоцикла Ява на ИЖ — это неизбежно приведет к проигрышу. Глушитель для каждого двигателя подбирается индивидуально, с учетом всех особенностей его конструкции и режима работы.

Иная картина — у двигателя четырехтактного. В этом случае выгоднее всего было бы как можно быстрее удалять отработавшие газы, чтобы они не служили препятствием для следующих порций. С этой точки зрения выпускная труба должна бы заканчиваться расширяющимся конусом. Такое решение часто применяется на практике, на спортивных мотоциклах. Для получения максимального эффекта длину и конусность раструба (его называют «мегафоном») тщательно рассчитывают теоретически и подбирают экспериментально. Конечно, пользоваться мотоциклом с мегафоном можно только на специальных трассах, в ходе соревнований или тренировок.

Долгое время основная борьба с шумом велась путем совершенствования системы выпуска. Когда же эта работа дала свои плоды, стали заниматься и шумом системы впуска. Поэтому сейчас на многих мотоциклах воздушный фильтр тоже устанавливают в простейшем глушителе — пластмассовом корпусе, емкость которого примерно в 10 раз больше рабочего объема цилиндра. Изменившаяся оценка роли глушителей послужила основой для важного вывода: при конструировании как впускной, так и выпускной систем следует учитывать необходимость не только глушения шума, но и настройки этих смежных систем для получения наивысшей мощности. Этот вывод и является ответом на вопрос, почему впускная и выпускная системы рассматриваются совместно. И этим ответом можно закончить нашу третью беседу.

Б. ДЕМЧЕНКО,
Мастер спорта

1974N06P4-5