что такое обороты двигателя мотоцикла
Что такое обороты двигателя мотоцикла
В инструкциях к мотоциклам приводятся обороты коленчатого вала двигателя при максимальных мощности: и крутящем моменте. Почти в каждой новой модели их число выше, чем в предыдущей. Имеет ли это значение для практического вождения?» — спрашивает И. Абдураимов из Казани.
О взаимосвязи основных данных двигателя просят рассказать также мотолюбители В. Сокоренко из Полтавы, К. Лапшин из Иванова и другие.
Ответы на их вопросы содержатся в публикуемой статье инженера Э. В. КО-НОПА.
Мотоциклисты со стажем хорошо помнят ветерана ИЖ—49, с которым, кстати говоря, многие его владельцы, особенно из сельской местности, упорно не желают расставаться до сих пор.
В чем причина такой привязанности? А в том, что на этой машине почти по любым, самым скверным дорогам может ездить даже не очень опытный мотоциклист, тогда как не каждому удается столь же легко проехать там на более мощных «Юпитере» или «Планете». Попробуем разобраться в чем же тут дело. А для этого обратимся сначала к простейшей теории, без которой здесь не обойтись.
Внешняя скоростная характеристика двигателя, то есть зависимость его мощности и крутящего момента от числа оборотов коленчатого вала (или, как сейчас говорят, от частоты его вращения), графически показана на рис. 1.
1. График зависимости мощности (N, л. с.) и крутящего момента (Мкр, кГм) от частоты вращения коленчатого вала (п. об/мин) при полностью открытом дросселе (скоростная характеристика): Nрасп — располагаемая мощность: Мкр.раск — располагаемый крутящий момент; nMмакс — обороты максимального момента; nNмакс — обороты максимальной мощности.
Мы видим, что мощность растет лишь при повышении оборотов до определенной величины nNмакс(режим максимальной мощности), а затем падает. Это объясняется тем, что при очень большой скорости вращения чрезмерно возрастают механические потери в двигателе, ухудшается работа его систем, наполнение цилиндров свежей смесью и т. д.
Крутящий момент двигателя МКр (кГм) и его мощность N (л. с.) связаны зависимостью МКр = 716,2 N/n (n — частота вращения двигателя в об/мин).
Мотоцикл снабжен коробкой перемены передач, которая позволяет в зависимости от условий движения изменять общее передаточное число от двигателя к ведущему колесу, а значит, и тяговое усилие на нем. На первой передаче при оборотах максимальной мощности мотоцикл развивает сравнительно небольшую скорость, но взамен водитель получает большой крутящий момент на заднем колесе и наибольшее тяговое усилие. Это позволяет легко трогаться с места, преодолевать крутые подъемы, тяжелые участки дороги.
Высшая же передача обычно выбирается из расчета достижения максимальной скорости при некоторых средних условиях: она зависит от множества факторов, таких, как рост и вес водителя и пассажира, их посадка на мотоцикле и одежда, тип шин и давление в них, покрытие дороги.
Для оценки характеристик мотоцикла удобно, зная общее передаточное число от двигателя к заднему колесу, вычислять крутящий момент, передаваемый к нему двигателем. На рис. 2 показана такая зависимость на выбранной нами (например, четвертой) передаче.
Рис. 2. График зависимости крутящего момента, передаваемого на заднее колесо (располагаемого момента Мрасп) от частоты вращения коленчатого вала n и скорости мотоцикла V.
С повышением скорости мотоцикла увеличиваются действующие на него силы сопротивления и создаваемый ими момент сопротивления на заднем колесе (или так называемый потребный момент). Это отражает соответствующая кривая Мсопр, которая поднимается более круто при повышении скорости. Кроме того, сопротивление движению растет при снижении давления в шинах, прямой посадке, установке чрезмерно большого ветрового щитка.
Если сравнивать движение двух водителей на одинаковых мотоциклах, то больший момент сопротивления и более крутое его нарастание с повышением скорости отметим на мотоцикле с водителем большего роста и веса.
Сопротивление на горизонтальном участке шоссе при безветрии показано кривой Мсопр1» а на участке с подъемом — кривой Мсопр2» проходящей в зависимости от угла подъема несколько выше. Встречный ветер изменяет вид кривой — она (МСОпр в) поднимается более круто.
Максимальная скорость мотоцикла при тех или иных условиях устанавливается тогда, когда по мере роста оборотов двигателя момент сил сопротивления становится равен располагаемому моменту, то есть тому, которым располагает водитель.
Из рис. 2 видно, например, что на горизонтальном участке шоссе при безветрии один и тот же водитель, не меняя посадки на мотоцикле, не может превысить скорость Vмакc (соответствует точке 1). Почему? Потому, что дальше момент сопротивления, продолжая увеличиваться, становится более располагаемого момента (двигатель, как принято говорить, «не тянет» машину быстрее). Но достаточно, например, водителю пригнуться, как сопротивление снизится (кривая опустится) и двигатель начнет «раскручиваться» уже до более высоких оборотов, увеличивая скорость мотоцикла.
Для других названных условий максимальная скорость определена точками пересечения соответствующих кривых М сопр2 и Мсопр в с кривой располагаемого крутящего момента. Обороты, при которых крутящий момент достигает максимума, меньше оборотов максимальной мощности, причем, чем более «выпукла» кривая Nрасп, тем больше разность между ними.
Более выпуклая, плавная форма кривых располагаемых мощности и крутящего момента характерна для мало форсированных, дорожных двигателей, а более «острая», пикообразная, с ярко выраженной вершиной — для сильно форсированных (рис. 3).
Рис. 3. График крутящих моментов Мкр и мощности N дорожного и форсированного двигателей.
Дело здесь в том, что при создании специальных форсированных двигателей для достижения максимума мощности все их системы вынужденно «настраивают» на определенный узкий диапазон высоких оборотов. В этом режиме выбранные размеры окон и каналов, фазы газораспределения, тип и размеры карбюратора, конструкция и размеры деталей системы впуска (воздухоочиститель, фильтр, патрубки) и выпуска, тип и характеристики свечей зажигания, система охлаждения действуют согласованно, все «сыграно», как в хорошем оркестре, для достижения наибольшего эффекта. Но на других, меньших оборотах в работе систем появляется разнобой, и характеристики двигателя, естественно, ухудшаются.
По этой причине на дорожных мотоциклах, предназначенных для повседневной эксплуатации рядовыми водителями малой и средней квалификации, применяются лишь умеренно форсированные двигатели, такие, как, например, все модели «ИЖ—Планета» (кроме «ИЖ—Планеты-спорт»), «ИЖ—Юпитер», «Восход», поставляемые к нам ЯВЫ.
Разумеется, со временем понятие умеренной форсировки изменяется, и потому все современные дорожные двигатели намного мощнее своих одноклассников, вышедших на дороги 20— 30 лет тому назад.
Как ведет себя двигатель, если при движении на максимальной скорости (запас мощности исчерпан) увеличивается нагрузка, например при подъеме. Посмотрим на рис. 2. Обороты двигателя были n1, на подъеме они, естественно, упадут до значения n2, а скорость снизится до V2. Крутящий момент двигателя на этих уменьшившихся оборотах больше, чем при максимальных, поэтому он и преодолеет возросшую нагрузку. Двигатель, как принято говорить, «приспособился» к новым условиям движения. Таким образом, правее точки 3 кривой крутящего момента (Мрасп) двигатель работает устойчиво, автоматически компенсируя повышение момента сопротивления вплоть до максимального значения, равного Мрасп. Теперь посмотрим, что происходит левее.
После повышения момента сопротивления до значения, при котором обороты двигателя на полном «газе» упадут иже величины nMмакс дальнейшее движение в тех же условиях на выбранной передаче может оказаться невозможным. Например, если при попытке преодолеть на «Планете-2» крутой затяжной подъем скорость от максимальной упадет до 75—80 км/час, немедленно следует включить низшую передачу. Значит, угол подъема на этом участке дороги больше предельно допустимого для четвертой передачи, которому на рис. 2 соответствует кривая Мсопр3. Она не пересекает кривой располагаемого момента, а лишь касается ее в точке 4, находящейся левее точки 3, так как кривая момента сопротивления вблизи этих значений скоростей имеет некоторый наклон к горизонтальной оси.
Точка 4, таким образом, делит кривую располагаемого крутящего момента на два принципиально важных участка: на правом двигатель может устойчиво работать, автоматически приспосабливаясь к случайным увеличениям момента сопротивления до максимума, а на левом двигатель работает неустойчиво, и здесь любое случайное повышение сил сопротивлений может привести к его остановке.
Заметим, что кривые моментов сопротивления протекают более круто при больших значениях скоростей. На малых и средних скоростях (практически же на всех скоростях для мотоциклов с двигателями умеренной мощности) наклоном этих кривых к горизонтальной оси можно пренебречь и считать, что точки 3 и 4 совпадают. Отсюда — простое правило при движении машины с максимальными нагрузками на двигатель: включать ту передачу, при которой двигатель работает на оборотах более высоких, чем обороты максимального крутящего момента (nMмакс).
До сих пор мы рассматривали условия движения при полной нагрузке. При нагрузках меньших, чем ограниченные кривой М расп (см. рис. 2), двигатель может нормально работать с оборотами значительно меньшими, чем nМмакс. горизонтальном участке шоссе при благоприятных погодных условиях на той же «ИЖ—Планете-2» можно ехать со скоростью около 35—40 км/час на четвертой передаче. Это близко к значениям минимальных оборотов nмин1 И скорости Vмин1 показанным на рис. 2. Разумеется, «опускаться» ниже этих значений при выбранных условиях на четвертой передаче нельзя.
Таким образом, заштрихованный участок на рис. 2, ограниченный кривыми Мрасп и Мсопр1. полностью характеризует возможности мотоциклиста: минимальную и максимальную скорости на четвертой передаче, максимальный преодолеваемый угол подъема или максимально возможное ускорение при любых скоростях — от минимальной до максимальной.
Как поступать, чтобы быстро разогнать мотоцикл? Помимо того, что нужно давать «полный газ» и быстро переключать передачи, крайне важно делать это своевременно! Переключать передачи мгновенно могут разве что гонщики-шоссейники. Мотолюбителям же следует стремиться к тому, чтобы в момент перехода на следующую пере-дачу обороты двигателя были близки к оборотам максимального крутящего момента. Для этого нужно запомнить соответствующие значения скорости на каждой из передач, «почерпнув» их из технического описания мотора. Иногда «переходные» значения скорости заводы-изготовители отмечали непосредственно на шкалах спидометров (например, мотоциклов ЯВА и ЧЗ до 1962 г.). Как преждевременное, так и запоздалое переключение передач («недокрутка» или «перекрутка» двигателя) на быстроте разгона мотоцикла сказываются отрицательно.
Вернемся же к «старине» ИЖ—49. Благодаря чему он так мил сердцу сельского мотоциклиста?
На рис. 4 показаны кривые располагаемых крутящих моментов двигателей ИЖ—49 и «ИЖ—Планеты-2». Запомним, что общие передаточные числа от двигателей к задним колесам у них одни и те же, и это позволяет их легко сравнить.
Рис. 4. График крутящих моментов двигателей ИЖ—49 и «Планеты-2».
Крутящие моменты двигателей одинаковы при числе оборотов около 3100 в минуту, но при меньших значениях крутящий момент двигателя «Планеты» быстро падает, тогда как «нефсрсиро-ванный» ИЖ—49 даже при 2000 об/мин обеспечивает крутящий момент в 2 кГм!
На этих мотоциклах 2000 об/мин соответствует скорость 16,5 км/час на первой передаче, но для безопасного движения по скользким, «раскисшим» проселкам нередко нужна скорость пешехода, на которой ИЖ—49 намного «тяговитее» «Плане-ты-2» — здесь ему практически нет равных.
Что же заставляет конструкторов форсировать двигатели, и чем все-таки «Планета-2» или «Планета-3» лучше старенького ИЖ—49? Вспомним же, что было сказано ьыше об ускорении мотоцикла: оно определяется разностью располагаемого и потребного крутящих моментов, то есть запасом крутящего момента. А этот запас при скоростях выше 70—75 км/час больше у «Планеты-2», что очень важно, если учесть год от года растущие скорости движения по магистральным дорогам. На высоких скоростях современный мотоцикл гораздо динамичнее своего «дедушки», на нем легче выполнять обгоны, преодолевать подъемы.
Намереваясь купить мотоцикл, будущий его владелец должен четко представлять, какая модель лучше подходит для условий его эксплуатации. Так, в местности с тяжелыми дорогами более форсированный «Юпитер» может оказаться менее универсальным и послушным, чем «Планета», и как бы он ни нравился, стоит подумать, не лучше ли более спокойный двигатель «Планеты». Это не значит, что «Юпитер» плох, но в конкретных условиях иногда будет невозможно использовать его преимущества. И знание отдельных элементов теории, о которых только что шла речь, позволит правильно оценить возможности машин разных моделей и более грамотно их эксплуатировать.
Передачи на мотоцикле. Принципы переключения.
Для начала разберёмся, зачем вообще переключать передачи на мотоцикле. По сути, переключение передач позволяет подстроить скорость вращения коленвала двигателя под скорость вращения ведущего колеса. Соответственно, вопрос “Какую мне выбрать передачу для данной скорости?” можно переформулировать как “Какие обороты двигателя мне выбрать для данной скорости?”. На практике это выглядит так:
Таким образом, работа с коробкой передач сводится к поддержанию оборотов двигателя в оптимальном для нашей текущей задачи диапазоне.
Какие обороты выбрать?
Как понять, какие обороты являются оптимальными в данной ситуации? Чтобы разобраться с этим вопросом, стоит взглянуть на график мощности двигателя своего мотоцикла. Это довольно странно, но производители обычно такой график не предоставляют. К счастью, для большинства мотоциклов такой график можно найти в интернете.
В качестве примера вот график от мотоцикла Honda CB400SF
На фото изображено два графика:
График крутящего момента
Нетрудно заметить, что он совсем не ровный. Это значит, что двигатель на разных оборотах работает с разной эффективностью и выдает разный момент. По графику крутящего момента легко определить, в каких диапазонах оборотов двигатель работает наиболее эффективно.
График мощности
Касательно мощности, это ни что иное как произведение крутящего момента на скорость вращения коленвала, выраженную в радианах в секунду. Мощность получается в Ваттах. Если мы хотим оперировать более привычными лошадиными силами и оборотами в минуту – то, чтобы получить мощность, надо момент умножить на обороты и поделить на 7032. Это к вопросу о том, что лучше и нужнее – мощность или крутящий момент. На самом деле у двигателя, у которого крутящий момент на каких-то оборотах больше и мощность на этих же оборотах будет больше.
То есть сама постановка вопроса – что лучше, мощность или крутящий момент некорректна без указания задач и желаемого рабочего диапазона оборотов.
Правильные передачи и оптимальные обороты на мотоцикле
Задача 1: максимально быстро разогнаться
Допустим, наша задача максимально быстро разогнаться. Для максимально быстрого разгона двигатель должен совершить как можно больше работы за минимальное время. Иными словами нам требуется наибольшая мощность. Смотрим график мощности, видим, что зона максимума находится в пределах 6-7 тысяч оборотов. Соответственно, наша задача во время разгона с помощью переключения передач поддерживать обороты в районе 6-7 тысяч.
Задача 2: спокойно разогнаться
Теперь, что если нам надо разогнаться, но не супер быстро, а так, спокойно? Особого смысла выдавливать максимальную мощность нет, можно немного сэкономить топливо и ресурс и переключаться так, чтобы держать двигатель в области максимального крутящего момента. В данном случае это 5-6тысяч.
Задача 3: ехать с постоянной скоростью
В случае если мы вообще никуда не разгоняемся, а просто едем с постоянной скоростью, то большая мощность нам не требуется. В этом случае имеет смысл держать обороты в зоне первого пика крутящего момента, в данном случае это примерно от 2800 до 3400. Держать обороты ниже нет особого смысла, потому что топливно-воздушная смесь начинает сгорать неоптимально и повышается расход бензина. А в случае, если понадобится быстро ускориться, придется ждать, пока двигатель раскрутится до оптимальных оборотов. Насчёт движения с постоянной скоростью ещё стоит сказать, что где-то после 80-90км/ч мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, начинает очень быстро расти и удваивается где-то на каждые 40км/ч. То есть, например, на 160 требуется в 4 раза больше мощности чем на 80, хотя скорость выше всего в 2 раза. Аналогично и при езде в горку. Даже если мотоцикл позволяет держать низкие обороты, лучше всё равно переключиться на пониженную, чтобы иметь запас по ускорению.
Типы мотоциклетных двигателей
В этой статьеречь пойдет об основных типах двигателей, которые сегодня применяют на мотоциклах. Надеюсь, что получится просто и доступно!
Самый простой одноцилиндровый двигатель. Не самый мощный и не самый тяговитый, к тому же довольно шумный и сильно вибрирующий. Поэтому чаще всего сегодня такие моторы ставят на кроссовые мотоциклы.
Двухцилиндровый мотор. Это уже вполне себе универсальный агрегат, который можно встретить практически на любом типе мотоциклов. Вибраций уже значительно меньше, а мощность больше. Рабочий объем вполне может доходить до 800 «кубиков». А это, между прочим, уже почти литр!
Вот, например, легкий туристический эндуро от компании BMW — модель F 800 GS (его часто называют «маленький гусь»). На нем стоит практически такой же, как и на фотографии выше, двухцилиндровый мотор. Кстати, у этого мотоцикла есть и одноплатформенный «брат-близнец» — городской байк F 800 R, тоже оснащенный таким же двигателем.
Идем дальше. Количество цилиндров прибавляется и здесь их уже три. Обратите внимание, как и в предыдущем случае, они расположены в один ряд. Поэтому такие моторы называют «рядными».
Некогда трехцилиндровая схема считалась довольно экзотической, а сейчас она все больше и больше набирает популярность. И в первую очередь, благодаря возможности получить больший рабочий объем (и соответственно большую мощность), сохранив довольно компактные размеры агрегата.
Очень удачно такие моторы прижились, например, на Ямаховских городских моделях со спортивными задатками. На фото Yamaha FZ-09 прошлого модельного года. Ее трехцилиндровый 850-кубовый мотор выдает уже более 100 л.с. Упаковать этот мотоцикл в пластиковые обтекатели и получится довольно приличный спортбайк!
Но чаще всего для самых быстрых и самых мощных спортбайков используют все же четырехцилиндровые моторы. Здесь уже и рабочие объемы стремятся к литру, и мощность порой вплотную подбирается к отметке 200 л.с.
Вот, легендарная Yamaha R1 прошлого поколения — очень мощный и очень быстрый мотоцикл класса «суперспорт». Четыре цилиндра, объем — один литр, мощность 180 «лошадей».
Ни одного пятицилиндрового мотоциклетного мотора мне что-то на ум не приходит, поэтому перейдем к рядной «шестерке». Шесть цилиндров в ряд, да еще расположенных, как и у всех рядных двигателей, поперек мотоцикла — это впечатляет! Характеристики такого мотора уже вполне автомобильные: объем 1600 куб. см. и мощность более 160 сил. Понятно, что такой агрегат может быть установлен только на какой-нибудь огромный мотоцикл.
Например, на BMW K 1600 GT — большой туристический мотоцикл, предназначенный для очень дальних прохватов по хорошим европейским дорогам. Здесь использование сложной в реализации шестицилиндровый схемы было вызвано прежде всего желанием получить огромный крутящий момент при очень низких паразитных шумах и вибрациях. Получилось. Любой инженер знает, что рядные «шестерки» — самые сбалансированные двигатели!
Идти дальше вширь уже некуда, поэтому от «рядных» схем построения двигателя перейдем к более редким и, на мой взгляд, более интересным конструкторским решениям. На картинке фирменный оппозит от компании BMW.
Именно такими моторами баварцы когда-то и прославились. Цилиндры расположены здесь параллельно и торчат в обе стороны мотоцикла. Поршни в них ходят в разные стороны, как перчатки боксеров на ринге. Поэтому такие моторы часто называют «боксЕрами». Главное преимущество такой схемы, это ее доскональная проработанность и, можно сказать, вылизанность до блеска. У BMW первые мотоциклы с такими моторами появились еще до войны!
Пожалуй, самый знаменитый мотоцикл с таким мотором, это «гусь» — большой туристический эндуро BMW R 1200 GS. На таком можно ездить хоть по городу, хоть на «Дакар», хоть в кругосветку! Но в модельной гамме баварцев есть и городские мотоциклы с в точности таким же двигателем. Кстати, по такой же схеме построен мотор и нашего родного отечественного «Урала». И это не удивительно — за его основу когда-то был взят старый, еще довоенный баварский агрегат.
Вот, добрались и до первой экзотики! Если взять оппозит от BMW и «наклонить» его цилиндры немного вверх, то получится V-образный двухцилиндровый мотор.
Из крупных мотопроизводителей сегодня такие использует только итальянская компания Moto Guzzi. Я не знаю почему, даже не спрашивайте. Традиция, наверное. На мой взгляд у такого мотора только одно единственное преимущество перед оппозитником — за счет повернутых вверх цилиндров он получается немного (но не принципиально) уже. А небольшая ширина — довольно важное качество для мотоцикла. Зато с непривычки можно легко обжечь ногу о раскаленный цилиндр!
Представьте: берем поперечный двигатель от Moto Guzzi и поворачиваем его вдоль мотоцикла, потом сводим цилиндры поближе, уменьшая угол между ними и… Получаем классический харлеевский V-Twin! Мотор на фото, кстати, не чисто харлеевский, а тюнинговый, производства известной компании S&S. Но сути дела это не меняет.
Двухцилиндровыми V-образными двигателями такого типа оснащаются практически все модели от Harley-Davidson! И, кстати, от большинства его прямых конкурентов — тоже. На фото Harley-Davidson Fat Boy (семейство Softail). Его мотор при рабочем объеме 1,6 л. выдает всего 80-85 лошадиных сил. Немного, зато крутящий момент получается как у паровоза. Поэтому американцы и не хотят отказываться от этой, по большому счету устаревшей схемы.
И снова представьте: берем харлеевский V-Twin, немного разводим его цилиндры в стороны и слегка наклоняем вперед. Получаем так называемый L-образный мотор — фамильная черта итальянских мотоциклов Ducati.
Типы мотоциклетных двигателей двигатель, двс, мото, мотоцикл
Мотор, который изображен на верхнем фото, устанавливается на супербайк Ducati 899 Panigale. Это уже не харлеевский допотопный агрегат! При меньшем рабочем объеме — «всего» 898 куб. см. его мощность переваливает за 150 л.с. Правда, под пластиковыми обтекателями здесь не виден сам мотор, поэтому вот вам еще один Ducati с аналогичным двигателем:
Еще не пересытились экзотикой? И правда, чего только не придумают инженеры! Вот, например, они могут взять типичный V-образный мотор, точнее — два мотора, и поставить их рядом, объединив в один. Пугающе выглядит?
А едет еще страшнее! Это четырехцилиндровый V-образный двигатель великого и ужасного Yamaha V-Max. Объем — 1 700 «кубиков» и мощность — 200 лошадей. Только вдумайтесь — двести!
И напоследок, приведу самую, наверное, редкую схему построения мотоциклетного двигателя, которую сегодня использует только один единственный производитель. Это оппозитная… «шестерка», цилиндры которой лежат горизонтально — три вправо и три влево. До такого додумались инженеры компании Honda.
Такой мотор ставится на их знаменитый круизе Honda Gold Wing. Огромный крутящий момент и довольно скромная для такого объема (1800 куб. см.) мощность — 120 л.с. Зато двигатель получился практически плоским и центр тяжести мотоцикла очень низким. За счет этого «Голда» приобрела просто феноменальную устойчивость.
Чуть не забыл. А что же, вы спросите, «почти мотоциклы» — скутеры? Вот, вверху типичный скутеры мотор. Одноцилиндровый с лежащим почти горизонтально и направленным вперед цилиндром.
Двигатели такого типа могут ставиться как на самые простые скутеры, на которых ездят только пионеры и пенсионеры, так и на более продвинутые модели, уважительно именуемые максискутерами (на фото). Как правило, рабочий объем таких моторов начинается от 50 см. куб. и заканчивается где-то в районе 250-ти. Все что больше, обычно (но не всегда) уже двухцилиндровое.
Источник
Всем удачи на дорогах и берегите своих «любимцев».