Задумав форсировать мотор, пилот зачастую начинает с облегчения 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 «момент 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 (hю/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 - hю/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.

Конструкция юбки поршня:
1 - обычная, применяется в двигателях, развивающих максимум 7000-8000 об/мин;
2 - Т-образная - в выожооборотистых моторах (птах 10 000-11 000 об/мин).

       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.

Пределы изменения мощности длинноходного двигателя за счет установки кованых поршней.

       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.

       ПОЯСНИМ, что есть длинно- и короткоходный коленвал. Принято следующее деление: длинноходная конструкция - диаметр цилиндра меньше хода поршня; короткоходная - наоборот, диаметр поршня больше, чем длина хода. Пограничное решение - «квадратная» конструкция: диаметр равен ходу поршня. Большинство современных моторов делают именно «квадратными» - они компромиссно сочетают в себе достоинства тяговитого и быстроходного двигателей.

Отличие двигателей по признаку «диаметр - ход поршня»:
а - длинноходный; б - «квадратный»; в - короткоходный.

Источник материала : журнал "МОТО"