Учебное пособие

Гоночные мотоциклы

16. Скоростные характеристики гоночных двигателей

Зависимость между η_m, η_v и n определяет характер кривой, представляющей изменение мощности в зависимости от частоты вращения, т. е. скоростной характеристики двигателя. Идеальный двигатель работает без потерь наполнения, механических и тепловых потерь, поэтому его мощность N_ид увеличивается пропорционалыю частоте вращения и выражается прямой наклонной линией, прозеденной из начала координат (рис. 34). Угол наклона прямой зависит только от степени сжатия: чем больше степень сжатия, тем больше угол.

Мощность действительного двигателя N_i подверженного тепловым потерям и потерям наполнения, выражается кривой линией, расположенной ниже характеристики двигателя, работающего по идеальному циклу; при этом мощность N_i ограничена точкой перегиба, обусловленной падением коэффициента наполнения. Ввиду того, что здесь не учтены механические потери, эта кривая дает изменение индикаторной мощности. Механические потери приводят к дальнейшему уменьшению мощности действительного двигателя; характеристика эффективной мощности N_e располагается еще ниже, и ее точка перегиба перемещается влево вследствие быстрого увеличения механических потерь с увеличением частоты вращения.

Рис. 34. Скоростные характеристики двигателя

Форсирование двигателей уменьшает потери и приближает характеристику двигателя к идеальной характеристике, другими словами, как бы выпрямляет кривую и отдаляет ее точку перегиба в область высоких частот вращения. Скоростные характеристики нескольких гоночных двигателей показаны на рис. 35. Все эти характеристики относятся к двигателям без наддува, причем последние две характеристики принадлежат четырехтактным двигателям, остальные — двухтактным.

Рис. 35. Скоростные характеристики гоночных мотоциклетных двигателей:
а — «Кавасаки», Зx60x58,8, класс 500 см³; N = 110 кВт/л, К = 1,03, d = 0,31;
б — «Ямаха TD2», 2x56x50, класс 250 см³; N = 132 кВт/л; К = 1,01, d = 0,22;
в — «Ямаха TR2», 2x61x59,6, класс 350 см³; N = 114 кВт/л, К = 1,02, d = 0,27;
г — «Ямаха» (с золотниками), 4x35x32,4, класс 125 см³; N = 237 кВт/л, К = 1,005, d = 0,16;
д — «Eso DT5», 1x88x82, класс 500 см³; N = 74 кВт/л; К = 1,06, d = 0,46;
е — CZ, 4x50x44, класс 346 см³; N = 129 кВт/л, К = 1,02, d= 0,26

Внешняя скоростная характеристика в значительной степени выражает динамические качества мотоцикла, так как она определяет запасы мощности на промежуточных скоростях движения. Характеристика оценивается с точки зрения приспособляемости двигателя к изменениям нагрузки коэффициентом Жирардо, который определяется как отношение максимального крутящего момента M_max к крутящему моменту M_n при максимальной мощность, т. е.

Значения коэффициента К приведены на графиках рис. 35. Для современных высокофорсированных двигателей значение К редко превышает 1,1, так как все средства, ведущие к получению высоких максимальных мощностей, как правило, влекут за собой относительное снижение мощности при средней частоте вращения.

Другим критерием оценки внешней скоростной характеристики может служить ее диапазон рабочих частот вращения. Границами характеристики обычно являются частота вращения при максимальной мощности n_m (точка перегиба) и минимальная частота вращения n_min, при которой двигатель еще может устойчиво работать на полном дросселе. Если характеристика не отличается очень резким перегибом, то иногда представляется целесообразным переходить за точку перегиба в процессе разгона мотоцикла, используя повышенную частоту вращения для получения максимальных ускорений на промежуточных передачах. Многие форсированные двигатели имеют характеристики с резким перегибом при максимальной мощности и, кроме того, работают на этом режиме с очень высокими механическими нагрузками в деталях кривошипно-шатунного и в особенности распределительного механизмов; поэтому при испытаниях характеристику нередко ограничивают точкой максимальной мощности, не фиксируя перегиба кривой. В некоторых случаях максимальная мощность может ограничиваться тепловыми нагрузками деталей двигателя.

Рабочий диапазон частот вращения двигателя можно оценить коэффициентом диапазона d. полученным как отношение

Значения коэффициента d указаны на графиках (рис. 35). Для современных конструкций значения d редко превышают 0,35—0,4 и обнаруживают достаточно отчетливую тенденцию к дальнейшему снижению так же, как значения коэффициента приспособляемости K; известны двигатели, для которых значения коэффициента диапазона d снижаются до 0,05. Такая эволюция коэффициентов d и К обусловлена конструктивными мероприятиями, необходимыми для получения высокой максимальной мощности: увеличением проходного сечения диффузоров карбюраторов, расширением угла перекрытия клапанов, увеличением угла запаздывания закрытия впускного клапана, а на двухтактных двигателях — большим запаздыванием закрытия впускного окна. В некоторой степени эластичность двигателя может быть повышена применением системы питания впрыском бензина.

Во всяком случае высокофорсированные конструкции с карбюраторным питанием все больше приближаются по своим свойствам к однорежимному двигателю и обеспечивают хорошие динамические качества мотоцикла в сочетании с многоступенчатыми трансмиссиями, позволяющими двигателю не выходить из рабочего диапазона частот вращения; по этим причинам на гоночных мотоциклах применялись коробки передач с числами передач, достигающими 14. Оптимальные динамические качества мотоциклов с высокофорсированными двигателями будут получены при установке бесступенчатых трансмиссий с прогрессивным изменением передаточного отношения.

Упомянутые выше конструктивные особенности, ведущие к снижению коэффициента приспособляемости и коэффициента диапазона, нередко дают дополнительный перегиб (переход от выпуклой части к вогнутой) в средней части характеристики.

Для получения высоких литровых мощностей на двигателях без нагнетателей часто используют так называемый эффект резонансного (или инерционного) наддува путем подбора длины и сечений впускного тракта. Этот прием позволяет добиться резкого увеличения коэффициента наполнения при определенной частоте за счет использования колебаний потока горючей смеси во впускном тракте. На характеристике влияние резонансного наддува сказывается в виде участков с соответствующим повышением мощности.

В результате влияния совокупности мероприятий, направленных на получение высоких литровых мощностей, внешние скоростные характеристики двигателей постепенно теряют свою классическую плавную форму и приобретают более сложные очертания.