Юбка - не прихоть.

Лыжник и утопленник

       Юбка поршня обязана не только сглаживать момент перекладки. Ее боковому профилю придается особая форма, поддерживающая устойчивый слой смазки (его называют «масляный клин») между поршнем и зеркалом цилиндра. В этом плане наиболее выгодна, потому и распространена, «бочкообразная» юбка. Как она выглядит, показано на рисунке, а как действует, поясню без погружения в теорию трения.

       Представьте двух лыжников: один на лыжах с загнутыми «носками», у другого «полозья» почти без загиба. Ответьте сами: кто чаще зарывается в снег (в нашем случае - не скользит на пленке смазки, а прорывает ее)? Спрашиваю об этом еще по одной причине. Отечественная техника все еще оснащается поршнями с конусной юбкой (ее вид смотри рядом с «бочкой»). При одинаковых размерах поршней «конус», не имеющий ярко выраженного «носка», хуже удерживается на поверхности смазки. Выгода в нем есть, но для производителя: его изготовление обходится в несколько раз дешевле «бочки» А работать без задиров поршню помогает о-о-очень «макси» юбка с hю/D до 0,74 (напомню, давление поршня на масляную пленку убывает по мере увеличения площади контакта поверхностей «юбки-цилиндра»). Что и ограничивает применение таких поршней: они тяжелы, и им место только в «сверхтихоходах» (моторах с оборотами вала до 5 тысяч).

Возможные пределы уменьшения площади юбки
в зависимости от максимальных оборотов коленвала.

       Но и «бочка» - не панацея от трения. Такую юбку можно безбоязненно укоротить относительно «конуса» процентов на 10-15, не нарушив условий смазки. Однако поршень не станет заметно легче. Спросите, почему же в быстроходных моторах вполне надежно работают Т-образные поршни (их вы уже видели на фото), почти не имеющие юбки (hю/D около 0,4)? А потому, что масляный клин «отталкивает» юбку от зеркала цилиндра с силой, растущей пропорционально квадрату скорости перемещения поршня. Разъясню на примере Попробуйте прокатиться на водных лыжах, прицепившись к тихоходной барже. Вы точно утонете. За скоростным же катером будете скользить по водной глади и без лыж - на пятках. Именно поэтому у высокооборогных моторов, в которых поршень перемещается с высокой скоростью, есть возможность радикально сократить размер юбки, в результате и вес детали снизить почти на четверть. А вот тут неоспоримо проявится преимущество кованых поршней: их малый вес (при одинаковых условиях тюнинга) позволяет дополнительно облегчить шатуны и коленвал (динамика мотоцикла возрастет) без ущерба для ресурса мотора.

       Как грамотно подобрать «стиль» юбки при таком тюнинге, приведено на соответствующем графике. Но осознав возникающие перспективы, не торопитесь высматривать в магазинах подходящий «кит» - тюнинговый вал и поршни (или что-то одно) и браться за форсирование мотора по оборотам. Как бы не пришлось расплачиваться за удовольствие.

Продольная форма юбки: а - бочкообразная;
б - конусная Красным цветом выделена форма масляного клина.

Без компромиса

       Такой двигатель «однобок» - максимум мощности сосредоточен в узком интервале, ближе к высоким оборотам. На средних и ниже мотор откровенно перестает тянуть - пилоты спортбайков это знают как «Отче наш». Правомерно предположить, что «узость» тяги исправима. Такие устройства известны. К примеру, можно снабдить мотор устройством, изменяющим фазы газораспределения.

       Можно, но нельзя, господа! Юбка поршня, «настроенная» на поддержание устойчивой смазки в зоне высоких, бессильна против трения на малых оборотах. Оцените соотношение цифр, приведенное на иллюстрации. Коэффициент трения при показателе hю/D=0,45 (Т-образный поршень) и 8-10 тыс. об/мин коленвала очень мал. При 3-5 тыс. об/мин он на порядок больше, т. е. стабильность смазки невысока. Еще «чуть» - и металл поршня пойдет «в сухую» по цилиндру. Если мотор будет работать долго и с постоянно «открытой» ручкой газа на низких оборотах - «мини»-юбка не удержит масляный клин. Когда «сотрете в порошок» поршневую (и деньги, причем немалые) - вопрос времени, ее ресурс может сократиться и на порядок. Так что конструкторы не зря «запретили» таким моторам обзаводиться эластичностью тяги, свойственной тихоходам.

Изменение коэффициента трения юбки поршня в зависимости
от оборотов коленвала (зеленым цветом выделена зона
безопасного трения, розовым - повышенного трения, опасного
для сохранности поршня).

       Завершу сказанное выводом: «В одну телегу (читай мотор) впрячь не можно вола (ровный по оборотам момент) и трепетную лань (высокие обороты вала)». Не покупайтесь, господа, на зазывную рекламу продавцов: «Установи поршни «Т» - и полетишь!» «Улет» состоится, однако теперь вы знаете варианты: по оборотам и прибавке мощности или же развалите мотор в хлам.

Источник материала : журнал "МОТО"