страница - 13
Рис. 1.21 Рядный шестицилиндровый двигатель
вибраций, Но еще давно было обнаружено, что улучшение однихпоказателей обычно приводит к ухудшению других, что хорошо для одного типа мотоциклов, неприемлемо для другого. Налагаемые поршневыми двигателями ограничения уже на стадии проектирования заставляют идти на компромиссы и принимать оправданные решения, если от машины ожидается получить требуемые характеристики. Если не думать об этом, абсолютное разнообразие конструктивных схем двигателя указывает на затруднительное положение, в котором оказываются конструкторы - ведь идеального двигателя не существует. Если бы был такой двигатель, можно с уверенностью предположить, что все изготовители применяли бы исключительно его, но лучшее, что может быть достигнуто на практике, это выбрать двигатель, максимально соответствующий требованиям конкретногоприменения.азатем вводить в него изменения и усовершенствования, устраняющие наиболее существенные недостатки. Большинство схем мотоциклетных двигателей, рассмотренных ранее, образовались благодаря такому подходу. Кроме того, он способствовал развитию менее традиционных конструкций. В основном, у них было слишком мало преимуществ посравнениюс существующими конструкциями, чтобы получить массовое распространение, или они пострадали от традиционного недоверия мотоциклистов к нововведениям. Среди примеров, перечисленных ниже, некоторые [например, уже упомянутый V-об разный трехцилиндровый двухтактный двигатель) могут в ближайшее время бесследно исчезнуть, а другие (например, новый V-обраэный пятиципиндровый четырехтактный двигатель] может стать реальным вызовом рядному и V-образному четырехци-пиндровому. и V-об разному двухцилиндровому двигателям.
V-образный пятицилиндровый двигатель
С появлением четырехтактных двигателей в соревнованиях класса Gran Prix в 2002 году производители обратили свое внимание на разработку машин, согласующихся с всевозможными ограничениями веса и размеров. Для себя компания Honda сделала вывод, что V-обраэный пятицилиндровый двигатель служит идеальной схемой, отвечающей этим ограничениям. Этот двигатель с тремя цилиндрами, расположенными спереди, и двумя сзади, с поперечным расположением коленчатого вала в раме, подобен старому V-образному трехцилиндровому двухтактному двигателю и чрезвычайно компактен. Это не первый пятицилиндровый мотоциклетный двигатель [при том они очень популярны в автомобильной отрасли). Еще в 1965 году компания Honda [впервые] создала рядный пятицилиндровый двухтактный двигатель, способный развивать частоту 20.000 оборотов в минуту.
Рядный шастицилиндровый двигатель
Увеличение числа ципиндров-это один из путей дальнейшего снижения вибрации рядного четырехцилиндроаого двигателя (см. рис. 1.21].Притщатепьнойпроработке конструкции можно избавиться от бопыиинотвасил первого и второго порядков и получить уравновешенный шестицилиндровый двигатель. Относительно небольшие поршни такого двигателя сформируют равномерный выходной крутящий момент - таким образом, потребность в больших массивных маховикахотпадает, Плата за эту равномерность-сложность конструкции, высокая стоимость и неизбежная ширина силового агрегата.
Наиболее известным среди шестицилиндровых мотоциклов является модель СВХ1 ООО ком-
пании Honda. Компания Kawasaki тоже испробовала рядный щестиципиндровый двигатель на модели Z1300, которая изначально разрабатывалась, как туристическая машина и отличалась жидкостным охлаждением и карданной передачей. Среди европейских производителей только компания Benelli применила рядный шестицилиндровый двигатель для исследования его возможностей насвоей750кубовой моделиБе1,котораястала первой серийной моделью.
Шестицилиндровый двигатель с противолежащим (горизонтальным] расположением цилиндров (оппозитный шастицилиндровый двигатель] В 18ВВ году компания Honda продолжила развитие своего опгюзитного четырахципинд-ровога двигателя объемом 1200 куб.см., добавив к нему еще два цилиндра и соответствующие им 300 куб.см. Получившийся в результате двигатель объемом 1500 куб.см. применялся на моделях Gold Wing до 2001 года, когда его объем еще раз увеличили до 1800 куб.см. Подобно своему предшественнику, скорее всего, такой двигатель - единственный представитель такой компоновки среди мотоциклов.
V-образный восьмицилиндровый двигатель
Несомненно, V-обраэный восьмицилиндровый двигатель - это уже крайность, они были чрезвычайно популярны в качестве автомобильных двигателей напротяжении ряда лет за равномерность работы и высокую мощность, но,по вина своих размеров исложности, редко встречаются на серийных мотоциклах. Модель V-8 Nemesis компании Norton представляет собой самую позднюю разработку в этом направлении.
Подобно большинству идей, V-обраэный восьмицилиндровый двигатель уже был опробован на мотоцикле компанией МоСоОитОнасреди немногих добилась успеха в реализации данной схемы,выпустивв1855годуопережавшийсвое время двигатель объемом500куб .см., картер которого даже изготавливали из магния. К сожалению, рама и шины были недостаточно хороши для двигателя и мотоцикла, страдавшего плохой управляемостью. Его последний лучший результат был зафиксирован на гонках1957 года.ког да он достиг невероятной скорости 17В миль в час в гонках "Masta" по прямой, в местечке Ола е Бельгии.
22 В поиске мощности
диаметр и ход
Рассмотрев различные компоновки двигателя, мы увидели, что всегда перед разработчиком двигателей стояле сложная задача. По существу, двигатель должен быть максимально простым, а, следовательно, дешевым в производстве и надежным в эксплуатации. Такой
Большой ход
Маленький ход
Длинноходный
Короткоходный
Рис. 1.22 Соотношение диаметра цилиндра и хода поршня
подход был оправдан в послевоенные годы, когда низкая стоимость была главной чертой любого мотоцикла и служила основной причиной популярности одноцилиндрового двигателя на протяжении многих пет. В то время как те же требования остаются сегодня актуальными для внедорожных мотоциклов и мопедов, сущность мотоцикла в основном изменилась. Хотя многие используют его в качестве основного транспорта, это уже не говорит о том, что главные требования • дешевизне и недежность. Характеристики- вот главные требования среднего мотоциклиста на сегодняшний день.
Наиболее очевидным способом добиться повышения мощности любого двигателя является увеличение его объема с учетом соображений, рассмотренных в предшествующих параграфах. Однако, обычно существовали достаточно серьезные основания для сосредоточения внимания на получении большей мощности от двигателя заданной размерности. Главное из них связано с тем, что во многих странах существует закон, ограничивающий максимальный объем для водителей с определенным возрастом или опытам вождения. Даже, там где законодательство менее жесткое, стоимость страхования возрастает пропорционально объему двигателя, образуя тем самым добровольное ограничение объема для большинства людей. Не менее важна проблема, поста впенная перад изготовителем, которому надо убедить потребителя, чтоего четырахиилиндровый двигатель объемом 600 куб.см. превосходит других, а лучший способ доказать это- сделать его так, чтобы скорость, динамика и внешний вид были лучше, чемуконкурентов. Уже были отмечены некоторые изменения в
традиционных двухтактных и четырехтактных конструкциях, которые способствуют повышению их эцЬфективности при эксплуатации. Кроме того, существуют факторы, которые влияют на то, как будет получена мощность от двигателя, в первую очерадь к этим факторам относят диаметр цилиндра и ход поршня. Для любого заданного рабочего объема цилиндра существует множество комбинеиий диаметра цилиндраиходапоршня[см. рис.1.22).Можно условиться, что в нашей теоретической модели двигателя диаметр цилиндра равен ходу поршня. Данная схема носит название "квадратной". Если увеличить ход и уменьшить диаметр до получения заданного объема двигателя, то полученная схема будет носить название "дпинноходной", в то время как в другомпредельном варианте может использоваться большой диаметр в комбинации с небольшим ходом для получения так называемой "короткоходной" схемы двигателя. Прежде чем продолжить, следует рассмотреть два важных термина-эфрвк7Ивнаямошность и крутящий момент. Эффективная мощность - величина, применяемая для определения мощности, вырабатываемой двигателем при любой заданной частоте врашения. Наиболее простое определение крутящего момента можнопрадставитьввиде "тяговоймощности" двигателя. Обе эти величины определяются при испытаниях двигателя на устройстве, называемом динамометром, в широком диапазоне частот врашения двигателя; таким образом, показания полученной эффективной мощности и выходного крутящего момента можно представить в виде графика. Без углубления в сложные математические выводы, преимущества и недостатки различных конструкций можно подытожить следующим образом.
Длинноходная конструкция
Длинноходный двигатель отличается пологой характеристикой крутящего момента в широком диапазоне частот врашения двигателя, Крутящий момент является следствием достаточно большого плеча рычага, на котором прилагается усилие от длинного шатуна, и именно ато позволяет длиннохо дному двигателю развивать высокое тяговое усилие при низких частотах вращения Если нарисовать кривую крутящего момента, то можно было бы отметить его незначительное увеличение по мере роста частоты вращения двигателя с достижением максимума, после которого моментначинает понижаться. Учитываято, что двигатель наиболее эффективно работает при максимальном крутящем моменте.становится очевидным, что желательно иметь максимально пологую характеристику крутящего момента. В этом отношении длинноходный двигатель превосходит другие. Где длинноходный двигатель проигрывает, так это вобшем запасе мощности, измеряющемся в эсрфективной мощности (Ne). Онаочень мала при низких частотах вращения двигателя, раэко возрастает по кривой и снижается только при очень высоких скоростях. Для получения максимальных мошностных показателей необходим двигатель, работающий с максимально возможной честотой вращения, и в этом случае длинный ход менее удобен: высокая скорость поршня налегает ограничение, при превышении которого происходит или повреждение, или ускоренный износ двигателя, аэто, всвою очередь, ограничивает запас располагаемой мощности.
Впуск Сжатие Рабочий ход Выпуск
Рис. 1.23 Принцип действия роторного двигателя
Короткоходная конструкция
Короткоходный двигатель может работать при более высоких скоростях, чем длинноходный того же объема, и, следовательно, за определенный промежуток врамени происходит большее количество рабочих ходов (повышается мощность). Недостаток заключается в том, что меньший ход означает уменьшение плеча рычага коленчатого вала, а это, в свою очерадь, приводит к менее пологой характеристике крутящего момента. Таким образом, короткоходные двигатели более мощные, но в узком диапазоне частот вращения двигателя. Как вы, без сомнения догадывались, ответ - в компромиссе между двумя этими крайностями, а-именно - "квадратном" двигателе, описанном ранее. На практике многие современные мотоциклетные двигатели близки к квадратной* схеме с небольшими отклонениями, обусловленными конкретными требованиями к их использованию. Хотя с популярностью спортбайков(спортивных мотоциклов) чис по короткоходных двигателей воз росло, для того чтобы обеспечить потребителей тем уровнем мощности, который им хочется иметь не бумаге, деже несмотря на то, что на таких машинах, с объемом двигателя более 600 куб.см., вряд пи можно будет лерадвигаться по обычным дорогам.
23 Роторный двигатель История
Самым простым примером роторного двигателя является турбина. Это превосходный двигатель для судов, самолетов и вертолетов, но он не очень соответствует необходимому условию изменяемой скорости мотоциклов [несмотря на сказанное, в настоящее время существует мотоцикл, на котором применяется двигатель от вертолета- он способен достигать нелепых скоростей, а на холостом ходу работает с частотой выше 20.000об/мин!].
В 20-х годах XX века доктор Феликс Ванкель представил на обсуждение конструкцию двигателя, ныне носящего его имя. Первоз практическое применение этой идеи произошло в 50-х, когда компания N.S.U. для повышения мощности четырехтактного двигателя объемом 125 куб.см. от рекордного мотоцикла использовала нагнетатель, работающий по принципу Ванкеля. Компания N.S.U. обладала патентами на конструкцию Ванкеля и установила первый двигатель серийного производства на небольшом спортивном автомобиле в середине 60-х. За ним компания N.S.U. представила автомобиль RoBO -амбициозный проект, обанкротивший компанию. Лицензии на производство двигателя Ванкеля компания N.S.U. продала многим фирмам по всему миру, плодом этих лицензионных соглашений в конце 60-х и начале 70-х годов стали: ряд спортивных автомобилей Mazda, мотоциклетные и стационарные двигатели, произведенные компанией Norton. Кроме того, с двигателем Ванкеля были выпущены мотоциклы компаниями Suzuki (RE5), DKW/Hercules [W2000] и Van Veen.
Принцип действия
Двигатель работает благодаря форме ротора икамеры, в которойонарашэется. Ротор имеет " трохоидальную* форму, а камера - "эпи-трохоида льную". При дв ижении ротора в камере по круговой траектории его углы все время удерживаются в контакте со стенкой камеры. Это означает, что при вращении ротор разделяет объем камеры на три части, при его повороте взаимодействие профилированной поверхности камеры с поверхностью ротора подобно действию поршня. Вращением управляет зубчетое колесо внутреннего зацепления, выполненное на боковой поверхности ротора. Оно приводит во вращение шестерню меньше го диаметра. закрепленную на пластине, образующей стенку камеры Эта зубчатая передача позволяет ротору совер-
шать движение по круговой траектории вокруг вала двигателя. Круглый кулачок, который расположен эксцентрично на вале двигателя, устанавливается в подшипник в центре ротора. Перемещение ротора заставляет вал вращаться.
В роторном двигателе присутствуют все четыра неотъемлемых процесса двигателя внутреннего сгорания - наполнение, сжатие, рабочий ход и выпуск. Но они не распределяются на два или четыре хода, а происходят за один поворот ротора (см. рис 1.23]. Поскольку у ротора есть три стороны, выполняющих функцию поршня, то происходят три по лныхцикла, следовательно, за каждый оборот ротора получается три рабочиххода.
Отверстия, выполненные в стенке камеры, выполняют функции впускного и выпускного окон, как на двухтактном двигателе. Поданная смесь перемещается вместе с ротором по камера, сжимаясь и воспламеняясь от свечи зажигания. Высокое давление газа воздействует на поверхность ротора и через эксцентрик проворачивает вал двигателя, но, благодаря зубчатой передаче между ротором и корпусом, за это врамя вал совершаеттри оборота. В роторном двигателе исключается возвратно-поступательное перемещение деталей, создающих неуравновешенные силы. Следовательно, его легко уравновесить, учитывая наличие только центробежных сил, и можно максимально облегчить, так как на него воздействует меньшая нагрузка. В результате получается чрезвычайно эластичный двига-тепь.Кегонедостаткамможноотнести:плохую формукамеры сгорания, которая препятствует распространению пламени, потребность в специальных запальныхсвечэхи высокийизнос уплотнения граней ротора (грани уплотняют камеру сгорания, и износ уплотняющих граней служит причиной потари компрессии и прорыва газов].
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74]