Поршневые двигатели

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 

Двигатели Баландина. Работа над этими двигателя­ми началась после Великой Отечественной войны. В те годы Сергей Степанович Баландин вел работы по уни­кальным поршневым двигателям, превосходящим по своим показателям авиационные поршневые двигатели того времени. Эти двигатели были легче, мощнее, эко­номичнее, проще, надежнее и дешевле любого извест­ного в то время. К 1948 г. было разработано и испы­тано семь типов двигателей мощностью от 100 до 3200 л. с, а в 1948—1951 гг. появился сверхмощный поршневой двигатель мощностью 10000 л. с, удельные показатели которого практически равны аналогичным показателям турбореактивных двигателей.

Мощность отработанной базовой ступени, состоящей из четырех крестообразных цилиндров, была столь большой, что поднимался вопрос о ее снижении, так как самолетов, требующих таких мощных двигателей, не было.

Уже самый первый образец двигателя С. С. Балан­дина показал колоссальные преимущества. Он был в 1,5 раза мощнее и в 6(!) раз долговечнее звездооб­разного авиадвигателя М-11, взятого для сравнения. Кроме того, он превосходил его и по другим показате­лям. В книге «Бесшатунные двигатели внутреннего сго­рания» С. С. Баландина сконцентрировано все наибо­лее важное об этих необыкновенных моторах. Трудно

вкратце пересказать содержание этой небольшой книж­ки. Каждая ее страница — открытие. Приводимые циф­ры кажутся невероятными. Но за ними стоят реальные, придирчиво испытанные образцы.

В 1968 г. журнал «Изобретатель и рационализатор» № 4 опубликовал статью под заголовком «Существенно новый двигатель», где речь шла о «бесшатунном меха­низме для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное» (а. с. № 164756). Его ав­тор—молодой севастопольский изобретатель Е. И. Лев. Статья заканчивалась словами: «...хочется, чтобы дви­гатель построили, опробовали в деле». А через полгода стало известно о существовании авторского свидетель­ства № 118471, выданного в 1957 г. С. Баландину на «двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным меха­низмом».

В обеих формулировках присутствует слово «бес­шатунный». Но что стоит за этим словом? Без тща­тельных экспериментов ответить трудно. Двигатель (рис. 6), который сконструировал Е. И. Лев, пока так и не построен — подвела технологическая база. Зато работы С. Баландина позволяют смело сказать: за клю­чевым в обоих авторских свидетельствах словом «бес­шатунный» скрывались необычные двигатели ближай­шего будущего. Пройдет несколько лет и только без­надежные консерваторы будут проектировать двигате­ли с традиционным шатунно-кривошипным механизмом.

Как же устроен бесшатунный механизм С. Балан­дина? Его «изюминка» — коленчатый вал, как бы раз-

Надпись:

Рис. 7. Схема двигателя двойного действия С. С. Баландина (а), ком­поновка автомобильного варианта двигателя одинарного действия (б); 5 — ход поршня:

/ — коленчатый вал; 2 — кривошипы; 3 — шток; 4 — крейцкопф; 5 — синхро­низирующий вал; 6 — шестерня зубчатой передачи

резанный на три части (рис. 7, а). Центральная колен­чатая часть 1 с уменьшенным вдвое против обычного радиусом шеек свободно вращается в подшипниках скольжения, двух кривошипов 2 с тем же радиусом. Центральную часть охватывает штоковый подшипник. На штоке 3 закреплены два поршня (наиболее полно преимущества схемы реализуются при противолежащих поршнях). Чтобы усилия от шеек центральной части вала не передавались поршням, шток в центре имеет специальную направляющую 4, подобную крейцкопфу компрессоров и паровых машин. Только крейцкопф этот разместился в самом центре двигателя. Синхрониза­цию вращения кривошипов обеспечивает вал 5, связан­ный с ними зубчатыми передачами 6. Он же представ­ляет собой вал отбора мощности для привода клапанов и других агрегатов.

Штоковый подшипник перемещается по прямой. Во­круг его центра, Двигающегося возвратно-поступатель­но, описывают свои траектории (окружности) шейки коленчатого вала. А раз у шеек траектория — окруж­ность, то и кривошипы плавно следуют за шейками. Итак, шатуна в двигателе нет. Поэтому через широкие каналы в крейцкопфе по штоку к поршням можно под­вести мощный поток масла, который обеспечит идеаль­ное охлаждение поршней, что, в свою очередь, позво­ляет резко форсировать двигатель. Нагретое масло воз­вращается также через, шток. Для этого он разделен

трубкой на две части. Благодаря крейцкопфу, скользя­щему по масляной пленке, поршни двигателей С. Ба­ландина практически не изнашиваются. Износ шеек ко­ленчатого вала снижается в 3—4 раза. Объясняется это просто. В обычных ДВС на шейки передается вся сила давления газов на поршни, а у двигателей С. Ба­ландина всего лишь полезная разность сил противоле­жащих цилиндров.

Пониженные нагрузки на вращающиеся детали при­водят к трех- четырехкратному (!) снижению потерь на трение. Механический КПД двигателей С. Баландина равен 94%! Всего 6% вместо 15—25% тратится на пре­одоление трения! Габариты уже самых первых двигате­лей Баландина были меньшими, чем у двигателя М-И по крайней мере на длину шатуна, а их литровая мощ­ность (максимальная мощность, деленная на рабочий объем цилиндров в литрах) — самая главная характе­ристика двигателя в 1,5 раза превысила и сейчас завет­ный для всех двигателестроителей рубеж—100 л. с./л. Для примера можно напомнить, что литровая мощность двигателя автомобиля «Жигули» розно вполовину меньше.

По словам С, С. Баландина, от бесглатунных двига­телей взято пока «только с поверхности». Например, только эти двигатели дают возможность конструктив­но просто реализовать двухсторонний рабочий процесс в цилиндрах, повысить мощность двигателей ровно в 2 раза.

Двойное действие — древний термин. От относился к самым первым ДВС Ленуара. А позже почти исчез из технической литературы. Не только потому, что на пути его реализации множество конструктивных труд­ностей. Немногие существующие двигатели двойного действия отнюдь не имеют удвоенной мощности, а по удельным характеристикам они значительно хуже обычных ДВС. Виноват шатун. Он обязательно требу­ет крейцкопфа, установленного следом за ним. А это приводит к росту габарита, увеличению веса и соот­ветственно инерционных нагрузок. В итоге — громозд­кая, тихоходная конструкция, почему эта схема и ис­пользуется сейчас лишь в мощных судовых дизелях. Двигатель же Баландина совсем не требует увеличения массы движущихся частей. В нем, чтобы разместить вторые цилиндры, нужно лишь немного удлинить што­

ки. Опасность перегрева поршней устраняется блестя­ще решенной конструкцией охлаждения поршня мощ­ным потоком масла.

Все сверхмощные двигатели С. Баландина, среди которых есть двигатель мощностью 14 тыс. л. с. при весе в 3,5 т (0,25 кг/л. с), были двигателями двойного дейст­вия, в том числе с золотниковым газораспределением, позволяющим еще более уменьшить размеры. От золот­ника, позаимствованного у паровой машины, отказа­лись уже в начале развития ДВС. Теперь золотники снова используются. Только вместо золотников, двига­ющихся возвратно-поступательно, применяют вращаю­щиеся. Однако суть их прежняя.

Но почему золотник? С повышением оборотов, а чем они выше, тем меньше размеры двигателя при той же мощности, инерционные нагрузки на шатунно-поршне­вую группу и детали клапанного механизма резко воз­растают. В последнем увеличенные нагрузки нарушают фазы газораспределения. Вращающемуся золотнику это не грозит. Недаром именно двигатели с золотниковым газораспределением не так давно поражали мир рекор­дами литровой мощности. С 200 л. с./л (ГДР, 1960) до 300 л. с./л (Япония, 1970) поднялась литровая мощность двигателей с золотниками для гоночных мотоциклов за десятилетие.

С. С. Баландин опередил «рекордсменов» минимум на 20 лет\ создав крупные двигатели огромной мощно­сти. Напомним, что никому в мире, хотя за дело бра­лись специалисты известнейших фирм, не удалось соз­дать поршневого авиационного двигателя мощностью более 4000 тыс. л. с. А тут сразу 10—14 тыс., а при желании и все 20 тыс. И всего 24 цилиндра. Средняя скорость поршня в двигателях Баландина достигала невиданной величины — 80 м/с! (в обычных двигате­лях эта скорость равна 10—15 м/с, в гоночных — до 30 м/с). А высокий механический КПД не мешает под­нять ее еще выше.

Эффективная мощность лучших образцов шатунных двигателей уже при -средней скорости поршня, превы­шающей 30 м/с, неудержимо стремйтся к нулю. Бесша­тунный механизм практически не реагирует на рост средней скорости. Эффективная мощность двигателей С. Баландина в 5—6 раз, а при двойном действии и в 10 раз (!) выше аналогичной у шатунных. Небольшой

график, приведенный в книге С. Баландина, беспри­страстно свидетельствует об этом. График ограничен диапазоном средних скоростей поршня до 100 м/с, но кривые как бы стремятся вырваться за его пределы, словно подчеркивая скрытые возможности этой необык­новенной схемы.

Средняя скорость—это обороты, мощность. Но ведь выше обороты, выше инерционные нагрузки, вибрация. И здесь двигатели Баландина вне конкуренции. Осцил­лограммы вибрации (амплитуды 0,05—01 мм) самых мощных образцов, снятые в трех плоскостях, кажутся неправдоподобными. Даже у турбин вибрация, как пра­вило, не меньше. Идеальная уравновешенность сохра­няется при любом кратном 4 числе цилиндров. Хотя в принципе возможны одно- и двухцилиндровые двига­тели. Из базовых блоков по четыре цилиндра, как из кубиков, можно складывать любые композиции, не сом­неваясь в их превосходных характеристиках.

Нельзя не сказать и об экономичности. Удельный расход топлива у двигателя Баландина в среднем на 10% ниже, чем у шатунных прототипов. Но это не все! Путем отключения подачи топлива в один или несколь­ко рядов цилиндров (и это было осуществлено!) можно заставить двигатели работать с высокой и практически постоянной экономичностью на режимах от 0,25 до верхнего предела номинальной мощности. Режиму ра­боты на частичных нагрузках, а -это основной и, как ни странно, наименее изученный режим работы большин­ства двигателей, последнее время уделяется максималь­ное внимание. Ведь КПД обычных двигателей оптима­лен в узких диапазонах мощности и числа оборотов.

Многоцилиндровые бесшатунные двигатели практи­чески не изменяют эффективность й при любой частич­ной нагрузке. Невероятно, но опять же проверенный экспериментально факт, что и у них удельный расход топлива можно снизить еще минимум на 10%. Дости­гается это применением так называемого цикла с уд­линенным расширением, т. е. с более длинным рабочим ходом поршня. Цикл этот не находит применения на обычных двигателях, так как приходится резко увели­чивать их габарит. В бесшатунных двигателях требуе­мое увеличение размеров ровно вдвое меньше, а с уче­том их малогабаритности вообще такой шаг почти не отражается на весовых характеристиках двигателя.

И последнее. Стоимость производства даже опытных образцов двигателей С. Баландина в среднем, в 1,6 ра­за ниже, чем аналогичных по мощности серийных. То же самое будет и в новых разработках. Залог тому и меньшее количество деталей, и технологичность конст­рукций.

Двигатель Шнейдера. Среди необычных двигателей есть еще один, в котором также отсутствует шатун. Разработал его руководитель группы Рижского дизеле-строительного завода Л. И. Шнейдер.

Толчком к созданию двигателя был успех двигате­лей Ванкеля. Будучи двигателистом, Л. И. Шне.йдер хорошо представлял себе и преимущества и недостатки этой конструкции и в собственной разработке попытал­ся совместить вращение поршня с его традиционной формой. Двигатель получился биротативным. Однако от двигателя А. Г. Уфимцева, построенного в начале века, он отличался тем, что и кривошипный вал, и блок цилиндров вращаются в одну сторону и, кроме того, тем, что в нем отсутствуют шатуны.

Конструктивная схема двигателя изображена на рис. 8. В неподвижном тонкостенном кожухе, образую­щем рубашку воздушного охлаждения, вращается на подшипниках блок с четырьмя крестообразно располо­женными цилиндрами. В цилиндрах размещены двух-

нагнетатель;



I

сторонние поршни с плоскими продувочными лопастя­ми 5 (рис. 8) с боков. Поршни посажены непосредст­венно на кривошипные шейки вала. Вал вращается в подшипниках, эксцентричных подшипникам блока ци­линдров. Поршни синхронизируют вращение блока ци­линдров и кривошипного вала, причем блок вращается в ту же сторону с вдвое меньшей скоростью.

Продувочные лопасти перемещаются в полостях бло­ка цилиндров и обеспечивают всасывание рабочей сме­си из кривошипной камеры и карбюратора 4, ее пред­варительное сжатие (объем кривошипной камеры по­стоянен) и перепуск в рабочие камеры. Газораспреде­ление обеспечивается рациональным расположением перепускных / и выхлопных 2 окон и продувочными ло­пастями. За один оборот блока цилиндров в каждом происходит рабочий ход, а кривошипный вал делает два оборота.

Вращение блока цилиндров обеспечивает свойствен­ное всем ротативным двигателям обогащение смеси на периферии цилиндра в районе свечи и более быстрое и полное сгорание топлива. Сгорание тут такое же, как в цилиндрах с послойным распределением заряда. По­этому двигатель Л. Шнейдера' соответствует современ­ным требованиям по «чистоте» выхлопных газов.

К особенностям двигателя следует отнести отличную уравновешенность, возможность размещения на махо­вике кривошипного вала нагнетателя 3, эффективность которого ввиду удвоенной скорости вращения достаточ­но высока, и подсасывающее действие наклонных ребер головок блока, которые при вращении всасывают ох­лаждающий воздух через окна в торцах кожуха и на­правляют его в расположенную в центре кожуха улит­ку, где воздух смешивается с выхлопными газами.

Смазка двигателя осуществляется рабочей смесью, как во всех двигателях мотоциклов. Карбюратор разме­щен на торце кожуха, противоположном нагнетателю. Зажигание — электроискровое. Распределитель зажига­ния— сами свечи.

Макетный образец двигателя, испытывавшийся на Рижском дизелестроительном заводе, весил 31 кг при рабочем объеме 0,9 л. Расчетный удельный вес двига­теля в карбюраторном варианте 0,6—1 кг/л. с, в ди­зельном— от 1 до 2 кг/л. с. По сравнению с обычными

двигателями с аналогичными параметрами двигатель Л. Шнейдера гораздо компактнее.


Двигатель Кашуба—Кораблева. Еще один бесша­тунный двигатель предложили два изобретателя из се­вастопольского объединения «Югрыбхолодфлот» — Н. К. Кашуба и И. А. Кораблев. Они сконструировали двигатель (рис. 9), в котором неподвижные поршни ук­реплены на раме /, а перемещается блок цилиндров 2. Его движение преобразуется во вращение шестеренча­тым механизмом 3 с полушестернями, взаимодействую­щими с зубчатыми рейками. Единственный шатун 4 служит для синхронизации и пуска. Поскольку потери в зубчатых передачах малы, механический КПД дви­гателя должен быть выше, чем у обычных многошатун­ных конструкций. Модель двигателя, работавшая на сжатом воздухе, показала, что принятая схема вполне работоспособна. И воодушевленные изобретатели скон­струировали на ее основе тихоходный судовой дизель. Он получился гораздо компактнее, чем обычный. А мно­гочисленные расчеты элементов конструкции и рабоче­го цикла, выполненные с помощью студентов-диплом­ников кафедры ДВС Кораблестроительного института, подтвердили, что надежды авторов на преимущества двигателя вполне обоснованы. Не вызвали они сомне­

ния и у организаций, давших отзывы на проект дви* гателя.

Даже в четырехцилиндровом варианте двигатель должен обладать повышенной литровой и эффективной мощностью и уменьшенным удельным расходом топли­ва. При большем числе цилиндров выигрыш увеличи­вается. В среднем улучшение основных параметров по осторожным оценкам составляет около 10%. Надо ли говорить о том, насколько это важно для судов, совер­шающих дальние рейсы! Радует корабелов и увеличе­ние моторесурса. Поршни этой необычной конструкции полностью разгружены от боковых усилий. А именно их износ, зачастую, определяет судьбу машины. Боковые усилия в двигателе создает лишь синхронизирующий шатун. Они .невелики и, кроме того, воспринимаются рамой, на которой укреплены поршни.

Подача воздуха и топлива осуществляется через поршни, газораспределение — системой окон и пере­пускных каналов, так как двигатель двухтактный с над­дувом как в большинстве судовых конструкций. Охлаж­дение блока цилиндров водой может быть осуществле­но через два дополнительных поршня. Его движение не мешает функционированию системы охлаждения. Чтобы снизить инерционные нагрузки, блок изготовляет­ся из легких сплавов. Его масса получается немногим большей, чем масса движущихся частей в обычных кон­струкциях. Расчеты и испытания модели показали, что осложнениями это не грозит.

Оригинален в двигателе и механизм преобразова­ния движения. От ударных нагрузок на зубья полуше­стерен при входе в зацепление с рейкой изобретатели избавились, применив автоматически выдвигающиеся зубья шестерен. Вращение их валов синхронизируется специальной шестеренчатой парой (на рис. 9 не пока­зана). В целом двигатель — еще один интересный при­мер поиска путей усовершенствования классической схемы.

Двигатель Гуськова— Улыбина. Изобретатели бес­шатунных механизмов в первую очередь преследуют цель избавиться от трения поршня о стенку цилиндра, на долю которого приходится половина (!) всех потерь на трение. Того же самого можно добиться и другим путем. Двигатель внутреннего сгорания, в котором тре­ние поршня о цилиндр исключено, разработан воронеж­скими изобретателями Г. Г. Гуськовым и Н. Н. Улыби-ным (а. с. № 323562). В этом двигателе традиционный шатунный механизм заменен одним из механизмов П. Л. Чебышева.

И вот созданный 100 лет назад механизм открывает перед поршневыми двигателями новые возможности. По мнению авторов, отсутствие главного источника по­терь на трение позволит резко увеличить обороты ч мо­торесурс, в 1,5 раза экономичность и даже упростить конструкцию. Можно заподозрить авторов в недоста­точно критическом подходе к своему детищу, тем более что при первом знакомстве с проектом настораживают слова «приближенно прямолинейный». Однако осторож­ные термины говорят лишь о щепетильности П. Л. Че­бышева в оценке механизмов. Отклонение от прямой для конкретной конструкции двигателя (рис. 10) гораз­до меньше общепринятых зазоров в паре «поршень—ци­линдр». Кроме прямолинейности траектории, механизм обладает еще одним достоинством — отсутствием при­жимающих сил на поршнях. Эти силы — главный источ­ник трения — воспринима­ются дополнительным шату­ном. При этом потери на трение в дополнительном шатуне составляют всего 5—6%, что допускает уве­личение оборотов до 10 тыс. в минуту и более.

Высокооборотность по­зволяет отказаться от... пор­шневых колец и перейти на лабиринтное уплотнение (см. рис. 10). Никто не возьмется заводить обыч­ный ДВС при отсутствии колец — не будет компрес­сии. Но если каким-то об­разом удалить кольца у ра­ботающего двигателя, на Рис. 10.

ним кольцом, а самые маленькие и высокооборотные — вообще без колец (например, «Хонда» — 21 тыс. об/мин или авиамодельные —8—15 тыс. об/мин). Поэтому при специальной конструкции поршня и системы пуска (по­вышение пусковых оборотов или «ударный» пуск) та­кое решение вполне приемлемо.

Лабиринтное уплотнение наилучшим образом рабо­тает всухую. Поэтому смазка либо будет отсутствовать вообще, либо будет минимальной, а возможные задиры предотвратит прографичивание направляющих поясков поршней. Отсутствие масла в камере сгорания приведет к снижению дымления. Стоит ли говорить, что в на­стоящее время, когда уже подготавливаются законы о полном запрещении дымящих двигателей, этот частный факт весьма немаловажен.

И наконец, еще одна • интереснейшая особенность двигателя, реализовать которую позволяет механизм Чебышева. Это компрессионное зажигание. С ростом оборотов зажигание одноэлектродной свечой часто не обеспечивает нужного качества сгорания смеси. Две свечи, многоэлектродные свечи, электронное или фор-камерно-факельное зажигание — все это дает более приемлемые результаты.

Компрессионное зажигание еще эффективнее: высо­кая— около 30 — степень сжатия обеспечивает в конце такта сжатия температуру, достаточную для быстрого самовоспламенения сильно обедненной1 смеси во всем объеме, чем гарантируется полное сгорание и повы­шенная экономичность работы двигателя. Применение компрессионного зажигания предполагает переменную степень сжатия: по мере разогрева камеры сгорания требуется уменьшение степени сжатия. Немало изобре­тательских начинаний потерпело крах на этом пути: всяческие «эластичные» элементы в конструкции не вы­держали температуры и нагрузок от «жесткого» сгора­ния (дизельной детонации). И только в компрессион­ных моторчиках авиамоделей этот способ успешно ис­пользуется, но там регулировка степени сжатия прово­дится самим моделистом сразу после пуска мотора.

Расчеты авторов показали, что механизм Чебышева обладает великолепной податливостью, позволяющей не вводить в конструкцию никаких добавочных «эластичных» элементов и вместе с тем получить вполне приемлемую псевдопеременную степень сжатия. Благо­даря взаимному расположению деталей механизма дви­гатель автоматически приспособится к переменным ус­ловиям работы.

Полнота сгорания обедненной смеси вкупе с отсут­ствием смазки цилиндра снизят концентрацию вред­ных веществ в выхлопных газах (за исключением оки­си азота). Двигатель заинтересовал специалистов. В 1975 г. в НАМИ закончено изготовление опытного образца.

Двигатель Кузьмина. Двигатель с механизмом Че­бышева, о котором рассказано выше, предназначается для мотоциклов. И это не единственная новинка в ко­пилке изобретателей. В' вышедшей не так давно книге «Мотоцикл» (С. В. Иваницкий и др., 1971), написанной группой ведущих сотрудников ВНИИмотопрома, ука­зывается, что «малая эффективность смазки стала сдер­живать прогресс двухтактных двигателей». Один из пу­тей решения проблемы — внесение различных конструк­тивных изменений в классическую схему смазки.

Преимущества раздельных систем смазки двухтакт­ных двигателей с масляными насосами — лучшая смаз­ка деталей кривошипно-шатунного механизма; сни­жение нагарообразования, закоксовывания колец и дымления двигателей; раздельная заправка масла и топлива — вобрала в себя система смазки, созданная севастопольским изобретателем. В. И. Кузьминым (а. с. № 339633). У нее есть по меньшей мере еще два поло­жительных качества: отсутствие сложного маслопода-ющего насоса, что определяет простоту и повышенную, надежность системы, и частичная циркуляция масла по контуру цилиндр—масляный бачок, благодаря чему улучшается охлаждение и снижается тепловая напря­женность двигателя.

Основные элементы системы смазки (рис. 11, а) — 3TQ двухлитровый бачок /, умещающийся в боковом ящике мотоцикла, маслопроводы 2 и изогнутые канав­ки 6 на зеркале цилиндра, связанные с маслопроводами отверстиями. В цилиндр масло подсасывается за счет разряжения (насос не нужен!). В нижнюю канавку мас­ло поступает через три отверстия 7 диаметром I мм (рис. 11, б) при движении поршня вверх от нижней мертвой точки (НМТ) до момента открытия всасываю­

щего окна, т. е. только в момент наибольшего разря­жения в картере. В верхнюю канавку масло увлекается из нижней канавки фрикционным воздействием Лоршня. При воспламенении смеси часть газов, прорвавшихся через замки поршневых колец в зазор между цилинд­ром и поршнем, выдавит масло из верхней канавки об­ратно в бачок. При этом давление в бачке возрастет и в нижнюю канавку поступит новая порция масла.

При ходе поршня к НМТ вязкое масло увлекается вдоль наклонных частей нижней канавки, благодаря чему в зоне поршневого пальца создается обилие мас­ла. По пазам, выполненным в бобышках поршня (под палец), часть масла поступает к верхней, а под дейст­вием гравитационных сил и к нижней головке шатуна. Другая часть увлекается юбкой поршня в район мас­ляных какалов подшипников коленчатого вала. Поступ­ление масла происходит до Момента увеличения давле­ния в картере. Таким образом, ко всем важнейшим узлам кривошипно-шатунного механизма циклически поступают порции свежего масла.


Количество поступающего масла автоматически (!) увязывается с числом оборотов и нагрузкой двигателя: чем больше разряжение в картере, тем больше масла подсасывается в нижнюю канавку. Для дополнительной

регулировки на линии подачи масла установлен иголь­чатый клапан 3, управляемый вращающейся ручкой дросселя (газа). Еще один маслопровод 4, которым масляный бачок соединен с всасывающим патрубком за карбюратором, служит для выравнивания давления в бачке. В этой линии установлен небольшой дроссель­ный винт. Изменяя его положение, можно в широких пределах варьировать подачу масла в цилиндр.

Очень многие двигатели мотоциклов изрядно дымят. Отчасти это объясняется особенностями классической системы смазки, где масло добавляется в пропорции 1 к 20—25 частям бензина, отчасти неграмотностью во­дителей, которые, считая, что «кашу маслом не испор­тишь», увеличивают долю масла. Мало кто из водителей знает, что от холостого хода до средних оборотов (дрос­сель открыт наполовину) для смазки двигателя доста­точно пропорции от 1 :200 до 1 :60. И только при пол­ной нагрузке требуется состав 1 :20. Естественно, что классическая система смазки не отвечает этим требова­ниям. Избыток масла при малых нагрузках как раз и приводит к дымлению.

Через несколько лет повысившиеся требования к чи­стоте выхлопа поставят перед этой схемой непреодо­лимый заслон. ГАИ ужЬ сейчас начинает снимать но­мера с особо дымящих мотоциклов, а с учетом претен­зий к классической схеме по качеству смазки в ближай­шие годы следует ожидать широкого распространения двухтактных двигателей с раздельными системами смазки.

Поэтому работа Кузьмина может заинтересовать нашу мотопромышленность. Оригинальная система смазки могла бы обеспечить беспрепятственный сбыт ИЖей и «Ковровцев» за рубежом. Возможно, что при­дется подумать лишь над увеличением эффективности смазки коренного подшипника шатуна. Обилие масла, поступающего на подшипники коленчатого вала, указы­вает на возможность применения устройства, подобного описанному в книге «Мотоцикл», в котором удачно ис­пользованы центробежные силы. Во всех остальных от­ношениях система советского изобретателя превосходит зарубежные.

Кузьмин установил свою систему смазки на «Ков-ровце». И вот позади уже 50 тыс. км, а поршень и ци­линдр имеют абсолютно чистую поверхность, без ма­лейших следов задиров. Мотоцикл не дымит, лучше тя­нет (сгорает лишь чистый бензин и все детали пре­красно смазываются). Существенного износа нет ни на поршневом пальце, ни в подшипниках шатуна и колен­чатого вала, хотя обычно при таком пробеге шатунно-поршневая группа уже требует замены.

Надежная система смазки позволила повысить мощ­ность двигателя. Причем для этого В. Кузьмин вместе с Г. Ивановым применил оригинальное решение, на ко­торое их натолкнула статья о смерчах, появившаяся в популярном журнале. Смерч закручивает, перемешива­ет воздух. В двигателях более полное перемешивание смеси увеличивает полноту сгорания топлива, что при­водит к росту мощности. Изменив форму камеры сгора­ния путем заварки и выточив в ней два вихреобразую-щих углубления, Кузьмин и Иванов попытались повы­сить мощность двигателя. После нескольких неудачных попыток рациональная форма вихреобразующих углуб­лений была найдена и мощность двигателя «Ковровца» стала близка к 20 л. с!

Эффективность работы двигателя определяется мно­гими показателями, среди которых не на последнем .месте стоят тепловые потери в камере сгорания. Мини­мальны они у шатровых (сферических) камер сгорания и их поверхность — это тот предел, к которому стремят­ся конструкторы. Любые отклонения от сферы увели­чивают поверхность и приводят к росту тепловых по­терь. В нашем случае выигрыш от повышенной эффек­тивности сгорания, по-видимому, существенно превы­шает вред, вносимый некоторым увеличением поверх­ности.

Термически наиболее нагружено днище поршня. При резком увеличении мощности и, следовательно, теп-повой напряженности днище поршня может прогореть. Чтобы этого не произошло, на картере описываемого двигателя (в камере предварительного сжатия) разме­щена деталь сложной конфигурации — подпоршневой вытеснитель, удаляющий нагретую смесь из-под порш­ня. Этим изобретатели добились интенсивного охлажде­ния днища поршня; турбулизировали смесь в кривошип­ной камгре и уменьшили объем кривошипной камеры, тем самым увеличив степень предварительного сжатия. И теперь на «Ковровце» можно смело пускаться в лю­бые путешествия.

Автономная система смазки гарантирует надежную и продолжительную работу наиболее слабого звена — кривошипно-шатунного механизма.' Камера и вытесни­тель улучшают смесеобразование и эффективность сго­рания, снижают удельный расход топлива и обеспечи­вают высокую мощность — залог отличных ходовых качеств мотоцикла. А они действительно высокие. Удел обычных «Ковровцев» 70—90 км/ч, усовершенствован­ная машина легко развивает 100—110 км/ч. Пришлось даже отбалансировать колеса, так как при высокой средней скорости тряска от небаланса, обычно незамет­ная, стала надоедать. Добившись прекрасных резуль­татов сравнительно простыми средствами, севастополь­ские изобретатели мечтают о внедрении своего изобре­тения. Они готовы предоставить любую информацию, в том числе и сам мотоцикл, заинтересованным органи­зациям.

Развив и доработав их идеи, можно сконструировать машины, превосходящие мотоциклы лучших зарубеж­ных фирм. Ну и, конечно, решения севастопольцев мо­гут найти применение не только на мотоциклах, но и на любых других двигателях. Так, например, недавно выяснилось, что максимальная степень сжатия бензи­новых двигателей может составлять не 12, как было принято, а 14,5—17,5. Термический КПД двигателя возрастает при этом почти на 15% 1 Но чтобы реализо­вать этот выигрыш, не повышая октанового числа топ­лива выше 100, в первую очередь следует применять вытеснители, сильно турбулизирующие смесь. Вытесни­тель и камера «Ковровца» как раз и являются образ­цами такого устройства.

Гибкий шатун. Наши представления о целом ряде деталей — своеобразный стереотип. Скажем, что такое шатун? Это фигурная пластина с двумя отверстиями. В крайнем случае одно или оба отверстия заменяются шаровыми головками. Эти две конструкции кочуют из машины в машину. И чертят, и ставят их, не задумы­ваясь. Да и что может быть иного?

Взглянем на шатун сбоку. Он должен быть строго перпендикулярен продольной оси двигателя. Но пред­ставьте, что шатунная шейка коленчатого вала чуть-чуть непараллельна оси. Головка шатуна сдвинется в сторону. Представьте теперь, что отверстия нижней и верхней головок шатуна слегка перекосились. Такое

имеет место сплошь и рядом, хотя бы и в пределах до­пусков. В итоге ось поршневого пальца, которая обя­зана быть параллельной оси двигателя, практически никогда такого идеального положения не занимает.

Учтя погрешность расточки отверстия под палец и неточность установки блока цилиндров на картер, по­лучим, что даже при весьма высокой точности изготов­ления обеспечить параллельность стенок цилиндра и поршня практически невозможно!

Но ведь миллионы ДВС работают! «Могли бы ра­ботать лучше», — утверждает изобретатель из г. Ком-сомольска-на-Днепре В. С. Саленко. Для этого шатун нужно изготовлять трехзвенным (рис. 12) так, чтобы поршень самоустанавливался по цилиндру, а нижняя головка — по шатунной шейке. Вблизи верхней и ниж­ней головок шатуна перпендикулярно их отверстиям до­бавляются пальцевые шарнирные соединения.

Трудно поверить в необходимость такого усложне­ния простой детали. Но, например, -если после несколь­ких часов обкатки разобрать любой двигатель, то ста­нет ясно, что «необходимость» зачастую отнюдь не тео­ретическая. Поршни почти всех ДВС делают слегка элиптичными: в направлении поршневого пальца их размер меньше. После нескольких часов работы износа с боков теоретически не должно быть. На самом деле он чаще всего имеется и указывает на перекос поршня в цилиндре. Перекос повлечет не только износ поршня, но и конусность подшипников пальца и шатунной шей­ки, их неравномерный износ по длине. В основном эти процессы идут при обкатке. Потом все «лишнее» сотрет­ся и детали найдут положение, в котором будут долго и исправно работать. Но зазоры при обкатке неизбеж­но увеличатся.

Шатунно-поршневая группа определяет ресурс дви­гателя. Применив трехзвенный шатун, все «лишнее», стираемое при обкатке можно будет полезно использо-

Рис. 12. Трехзвенный ша­тун

вать — увеличить моторесурс. В. С. Саленко изготовил несколько трехзвенных шатунов для мотоциклов и дви­гателя автомобиля «Москвич». Двигатель «Москвича», собранный в кустарных условиях (!), несмотря на то, что зазоры во всех шарнирных соединениях составляли 0,005 диаметра, при обкатке заводился легко и на са­мых малых оборотах работал четко и устойчиво.