Изменение интенсивности охлаждения

Обычно спортсмены переоценивают количество теплоты, выделяющейся в процессе сгорания в двигателе, и стремятся значительно увеличить поверхность охлаждающих ребер цилиндра и головки. При правильной регулировке двигателя поверхность охлаждающих ребер должна быть достаточной даже при значительном форсировании двигателя. В случае доработки двигателя S01-Z3A с чугунным цилиндром может быть целесообразной замена нескольких (обычно трех) верхних ребер ребристой алюминиевой накладкой (рис. 9.34). Эта накладка должна быть напрессована на обработанную снаружи гильзу цилиндра, обеспечивая хороший контакт между обеими деталями и, тем самым, интенсивную теплоотдачу от верхней части цилиндра, имеющей самую высокую температуру. В некоторых двигателях к ребрам головки приваривают Дополнительные ребра. Такое значительное увеличение поверх­ности теплообмена не обязательно. А вот более интенсивное охлаждение картера имеет смысл, это улучшает наполнения двигателя свежим зарядом. Целесообразна также теплоизоляция карбюратора.

Различие в коэффициентах теплового расширения мате­риалов гильзы цилиндра и самого цилиндра создает серьезные проблемы, когда гильза запрессовывается в литой корпус цилин­дра. В этом случае должен быть обеспечен соответствующий натяг, чтобы обеспечить нормальный отток теплоты к охлаж­дающим ребрам. Можно принять, что внешний диаметр гильзы должен быть на 0,4—0,5 % больше диаметра отверстия, в которое гильза должна быть запрессована. Запрессовку гильзы проводят после нагревания ее внешней части (например, на газовой плите). Такая запрессовка при равных температурах обеих частей приведет к образованию зазора между ними при нагре­вании во время работы двигателя, что ухудшит теплоотдачу. Важно также, чтобы форма внешней части цилиндра обеспе­чивала равномерные тепловые деформации отверстия, в которое запрессована гильза. В заводских цилиндрах это явление учтено. Если же мы запрессовываем гильзу в самодельный цилиндр, то на этот вопрос надо обратить самое серьезное внимание. Обычно деформации цилиндра наиболее заметны в районе выпускного окна, где цилиндр и выпускной канал не охлаж­даются свежим зарядом.

Кривошипный механизм

Как уже говорилось, в двигателе 501-Z3A целесообразно переставить щеки коленчатого вала. После разборки с помощью пресса над валом надо выполнить следующие операции.

1. Углубить в щеках вала гнезда для нижней головки шатуна на толщину дополнительных дисков, прикрепляемых к внешней поверхности щек (рис. 9.35, размер е).

2. Выдавить полуоси из щек на толщину дополнительных
дисков.

3. Уменьшить толщину шатуна (рис. 9.36) на шлифовальном станке. Ручная обработка применяется только для доводки.
Толщину можно уменьшить даже до 3,5 мм, но при условии, что шатун будет полироваться. Каждая царапина на шатуне является концентратором напряжений, с которого может на­ чаться развитие трещины. Кроме того, все скругления должны быть сделаны очень аккуратно. Дорабатывая шатун, целесооб­разно сделать прорези в верхней и нижней головках для улучше­ния доступа-смеси к подшипникам.

4. Укоротить палец кривошипа до размера с (рис. 9.36), равного ширине вала после перестановки щек, но до крепления дополнительных дисков. Палец надо укорачивать с обеих сторон, это позволит оставить дорожки качения роликов подшипника на старом месте.

5. Взвесить верхнюю и нижнюю головки шатуна, как это показано на рис. 9.37.

6. Собрать коленчатый вал. Запрессовка пальца кривошипа может быть выполнена с помощью пресса или больших тисков.

Конечно, после такой сборки трудно добиться соосности полуосей вала. Погрешность можно обнаружить, приложив к одной из щек стальную пластину (рис. 9.38), которая будет отставать от другой щеки. Это можно исправить, ударяя по одной из щек киянкой (рис. 9.39). Точнее биение вала проверим при его вра­щении в подшипниках. На покрытой мелом полуоси штихель обозначит места, в которых надо уменьшить биение (рис. 9.40). При сборке вала надо помнить о необходимости сохранения зазора между нижней головкой шатуна и щеками вала. Этот зазор должен быть не меньше 0,3 мм. Слишком маленький зазор во многих случаях явля­ется причиной заклинивания подшипника шатуна.

7. Уравновесить коленчатый вал. Это делается статическим методом. Обопрем вал на приз­мы и, повесив грузик в верхнюю головку шатуна, будем так под­бирать уравновешенную массу (не путать с массой грузика), чтобы вал оставался в состоянии покоя при любом положении. Масса грузика пред­ставляет собой часть масс, участвующих в возвратно-посту­пательном движении, которую надо уравновесить. Предположим, что масса верхней головки шатуна составляет 170 г, а масса поршня с кольцами и поршневым пальцем — 425 г. Масса, совершающая возвратно-поступательное движение, составляет 595 г. Предполагая, что коэффициент уравновешен­ности равен 0,66, получим, что масса, которую необходимо уравновесить, равна 595X0,66 = 392,7 г. Отнимая от этой величины массу верхней головки шатуна, получим массу гру­зика G, подвешенного на головке.

Состояние статического равновесия коленчатого вала дости­гается путем высверливания отверстий в щеках вала с той сто­роны, которая перетягивает.

8. Сделать дополнительные диски из стали и прикрепить их к валу тремя винтами Мб с потайными коническими головками. Перед креплением дисков целесообразно плоскость стыка с валом смазать герметиком. Винты законтрить кернением.

Добавим, что дополнительные диски можно крепить не к валу, а неподвижно к внутренним стенкам картера. Однако из-за неплотного прилегания диска к стенке может ухудшиться теплообмен. Надо отметить, что смещение щек коленчатого вала не исключает применения тонкой «подковы».

Практические рекомендации

Перед началом доработок цилиндра надо сделать инструмент для измерения фаз газораспределения, используя для этой цели круглый угломер со шкалой 360° (рис. 9.42). Угломер установим на коленчатый вал двигателя, а на двигатель прикрепим прово­лочную стрелку.

Для однозначного определе­ния времени открытия и закры­тия окон можно использовать тоненькую проволоку, вставленную через окно в цилиндр и прижимаемую поршнем в верхней кромке окна. Толщина про­волоки на точности измерений практически не скажется, но такой способ облегчит работу. Особенно он полезен при опре­делении угла открытия впускного окна.

Значительно облегчить работу по изменению фаз газораспре­деления и размеров каналов и окон поможет снятие оттисков с зеркала цилиндра. Такой оттиск можно получить следующим образом:

внутрь цилиндра вкладываем кусок картона и подгоняем его так, чтобы он точно лежал вдоль зеркала цилиндра; его верхний край должен совпадать с верхней плоскостью цилиндра;

тупым концом карандаша выдавливаем контуры всех окон;

на вынутом из цилиндра картоне получаем отпечаток зеркала цилиндра; вдоль линий оттисков вырезаем в картоне отображен­ные окна.

На полученной развертке зеркала цилиндра можно измерить расстояние от краев окон до верхней плоскости цилиндра и рассчитать соответствующие им фазы газораспределения (используя формулы, имеющиеся в каждой книге о двигателях).

Теперь рассмотрим, как зафиксировать новые фазы газорас­пределения в дорабатываемом двигателе. Для этого на угломере поочередно устанавливаем необходимые углы, измеряя каждый раз расстояние от верхней кромки поршня до верхней плоскости цилиндра. Измеренные расстояния наносим на предварительно сделанную выкройку.

Теперь мы можем наметить новую форму окон, а потом выре­зать их на выкройке. Остается вложить выкройку в цилиндр и увеличить окна так, чтобы их форма совпадала со спроектиро­ванными. Использование выкройки избавит нас от необходимости многократной проверки углов при увеличении окон.

Рис. 9.42. Несложный угломер для измерения фаз газораспре­деления

После получения нужной формы окон цилиндра сделаем изменения в каналах, соответствующие принятой концепции. Картонная выкройка может пригодиться при подгонке стыка перепускных каналов, находящихся в цилиндре и корпусе дви­гателя. Применение выкройки тем более желательно, что после установки цилиндра на корпус нет возможности визуально оценить точность совпадения каналов.

Увеличение и изменение формы окон и каналов производится путем шлифования или фрезерования. Для этой цели приме­няются фрезерные станки с гибким валом. Шлифовать можно все чугунные детали, а алюминиевые фрезеруются фрезами малого диаметра. Фрезерование значительно облегчается, если фрезу часто окунать в денатурат. При изменении размеров окон полезной может оказаться насадка, изменяющая направление вращения режущего инструмента на 90 °: не вдоль оси цилиндра, а перпендикулярно зеркалу.

Огромное значение имеют фаски на кромках окон, через кото­рые проходят поршневые кольца. Фаски рекомендуются довольно высокие (до 3 мм), но неглубокие (0,2—0,3 мм). Такие фаски пре­дохранят кольца от поломки, но не скажутся на значениях углов открытия окон.

Не рекомендуется сужать ребро, разделяющее выпускное окно на две части. Слишком узкое ребро, постоянно находящееся в потоке горячего газа, будет перегреваться, что может привести к деформациям цилиндра. Чтобы ребро не выпучивалось внутрь цилиндра и не могло заклинить поршень, рекомендуется с торца ребра снять 0,03—0,05 мм по всей его высоте.

Оборудование двигателя

В карбюраторе, как правило, проводятся следующие дора­ботки: изменение пропускной способности главного жиклера, формы дозирующей иглы (при цилиндрическом золотнике) и скоса на задней нижней части золотника. Нельзя дать каких-то общих указаний по выполнению этих операций. Их надо делать постепенно, проверяя на практике их влияние на работу двига­теля.

Выпускная система также должна подбираться к каждому конкретному двигателю. Каждая деталь расширительной камеры играет важную роль, и изменение любой детали камеры скажется на характеристиках двигателя. Наиболее важные параметры: объем камеры, длина выпускной системы, диаметр выпускного патрубка, форма камеры, а также углы ее конусов. В большин­стве случаев меньший объем камеры и более короткие системы благоприятствуют увеличению мощности при одновременном увеличении ЧВ двигателя. Большие камеры повышают при­емистость двигателя, но только в определенных пределах.

Рис. 9.43. Расширительные камеры:

а — двухконусная камера; б — двухконусная камера с цилиндрической вставкой; в — камера с боковым выхлопом

Конструктивные формы наиболее часто встречаемых расши­рительных камер показаны на рис. 9.43. Для двух первых необ­ходимы дополнительные глушители или шумопоглощающие накладки, так как правилами предусмотрены ограничения шума двигателей. Третья камера особенно удобна для двигателей школьно-молодежной категории. При правильном подборе (опыт­ным путем) длины камеры l и расстояния от выхлопного патруб­ка до днища камеры d можно получить отличное глушение шума двигателя без потерь мощности. Такие расширительные камеры в прошлом применялись на двигателях «Дэмба» объемом 125 см³, но по непонятным причинам были забыты.

Часто встречаются выпускные системы, в которых расшири­тельная камера и глушитель расположены последовательно (рис. 9.44). В этом случае глушитель вызывает определенные потери мощности, но с этим приходится смириться из-за жестких требований правил.

Доработки в системе зажигания сводятся обычно к установке на двигатель деталей приобретенной системы в соответствии с принципами ее действия. Почти во всех странах применяются системы с магнето. В двигателе S01-Z3v4 целесообразно заменить традиционное магнето батарейным зажиганием. Это сделать несложно, надо удалить ротор (оставив только кулачок), обмотки освещения и поставить аккумуляторную батарею. В системе останутся только обмотка зажигания и прерыватель. В такой системе необходимо постоянно следить за состоянием аккумуля­торов. Взамен получим значительно возросшую реакцию двига­теля на «прибавление газа» как следствие снижения вращающей­ся массы.

Дополнительное достоинство батарейного зажигания — простота регулировки угла опережения зажигания. В системе с магнето ротор затрудняет доступ к прерывателю.

Рис. 9.44. Выпускная система двигателя CZ «8», состоящая из рас­ширительной камеры и глушителя;

корпус глушителя сделан из автомобильного масляного фильтра

Огромное значение имеет правильный подбор калильного числа запальной свечи. Калильное число является показателем, определяющим сопротивляемость свечи перегреву, т. е. способ­ность свечи отводить теплоту к головке. Горячая свеча (низкое октановое число) имеет большую поверхность изолятора, под­вергающуюся воздействию горячих газов внутри цилиндра, и длинный путь отвода теплоты в головке. Холодная свеча (высокое октановое число) имеет небольшую поверхность изолятора и короткий путь теплоотвода к головке.

Подбор соответствующей свечи к данному двигателю озна­чает поддержание температуры свечи на соответствующем уров­не во время работы двигателя. Горячая свеча излишне нагревает­ся и может стать источником калильного зажигания. Холодная свеча может иметь слишком низкую температуру для так назы­ваемого самоочищения свечи, т. е. выгорания сажи, оседающей на свече. Только правильно подобранное калильное число обес­печит поддержание необходимой температуры электродов.

В двигателях школьно-молодежной категории достаточно применение свечей с калильным числом 280. В популярной кате­гории рекомендуется 280—340, а в гоночной категории оно может доходить до 400.

Калильные числа некоторых запальных свечей приведены в табл. 9.1.

Глубина вворачивания свечи в головку также имеет значение. Свеча должна быть ввернута так глубоко, чтобы ее металли­ческая резьбовая часть сравнялась с поверхностью камеры сго­рания. Недоввернутая свеча хуже омывается свежей смесью (ухудшается зажигание), а на свободных витках резьбы оседает сажа, которая, раскаляясь, может вызвать калильное зажигание. Свеча, выступающая внутрь камеры, нарушит движение за­ряда, у нее будут перегреваться электроды.

При работе над системой зажигания надо особенно аккуратно выполнить все соединения, тщательно изолировать провода и надежно прикрепить все детали системы к шасси карта. Даже такая «мелочь», как плохо закрепленный колпачок свечи, может сказаться во время гонки. Рекомендуется применять эластичные колпачки, зажимаемые на изоляторе свечи (рис. 9.46), а также резиновые или пружинные хомуты, прижимающие колпачок к свече (рис. 9.47).

Регулировка карбюратора

Регулировка карбюратора — это одна из труднейших проб­лем, стоящих перед спортсменом. Причины необходимости из­менения параметров карбюратора разъяснены в п. 9.2.6. Пра­вильная регулировка карбюратора, называемая среди спорт­сменов «настройкой» двигателя, требует не только отличных знаний, но и немалой интуиции. В двигателях мотоциклов провер­кой правильного подбора параметров карбюратора может быть максимальная скорость мотоцикла, потому что именно она опре­деляет качество гоночного мотоцикла. Картинговый двигатель, кроме придания карту больших скоростей, должен давать ему возможность развивать большие ускорения.

Регулировку двигателя нельзя подчинить каким-то правилам. Этому надо попросту научиться, для чего потребуется не один год. А чтобы эту учебу облегчить, ниже приведены некоторые общие указания.

Предполагая, что уровень топлива в поплавковой камере определен заранее, остается отрегулировать две величины: пропускную способность главного жиклера и высоту закрепления дозирующей иглы. Каждый из этих элементов влияет на разные характеристики двигателя, и это надо себе твердо усвоить.

Пропускная способность главного жиклера влияет на состав смеси прежде всего при полностью открытой дроссельной заслон­ке. В этом случае дозирующая игла поднята так высоко, что ее смещение вверх или вниз на одну позицию не имеет значения. Отсюда следует, что в двигателе, почти всегда работающем при полностью открытой дроссельной заслонке, состав горючей смеси надо регулировать, изменяя пропускную способность главного жиклера. На практике это сводится к замене одного жиклера другим.

Правильность состава горючей смеси можно проверить, оценивая ускорение карта, но это довольно обманчиво. Внешний вид свечи может сказать о составе горючей смеси намного боль­ше. При богатой смеси изолятор и металлические части свечи черные, покрыты слоем копоти. Светлая, песочного цвета свеча говорит о бедной смеси. При нормальной смеси центральный электрод (вместе с изолятором) имеет светлый, песочный цвет, а металлический корпус — черный. Опытный глаз может разли­чать оттенки описанных окрасок и в зависимости от них точнее регулировать состав смеси.

Оценка состава смеси по цвету запальной свечи возможна только после предварительного разогрева двигателя и не на холостом ходу, а при полной нагрузке. После такого разогрева двигателя на трассе его надо остановить как можно скорее, не допуская работы с неполной нагрузкой, иначе окраска запальной свечи даст искаженную информацию. Точнее всего состав смеси можно определить по свече, вывинченной из заклинившего дви­гателя, но трудно требовать, чтобы это использовалось как пра­вило.

Надо помнить, что от состава смеси в значительной мере зависит тепловая нагрузка двигателя. Бедная смесь сгорает слишком медленно, поэтому процесс сгорания растягивается на значительную часть рабочего хода, вызывая чрезмерный наг­рев днища поршня. Именно бедная смесь в большинстве случаев является причиной заклинивания поршня, а иногда даже может быть причиной прогорания днища поршня. Поэтому нужно всегда руководствоваться принципом: богатая смесь лучше бедной.

В двигателях, используемых в популярной и гоночной катего­риях, пропускная способность жиклера, измеряемая как объем воды в миллилитрах, протекающей через жиклер в течение мину­ты, колеблется от 250 до 400. По мере механического изнашива­ния двигателя наблюдается, как правило, потребность в обеднении горючей смеси. Пропускная способность жиклера зависит также от атмосферных условий (давления, температуры, влаж­ности воздуха и т. п.), поэтому «настройку» двигателя надо производить перед каждой гонкой.

Каждый спортсмен должен иметь заранее подготовленный комплект жиклеров с разной пропускной способностью (напри­мер, с шагом 5), перекрывающих весь диапазон для данного двигателя.

Набор ЧВ двигателем зависит от регулировки положения дозирующей иглы, которое оказывает большое влияние при частично открытом золотнике. Подбор положения дозирующей иглы может быть произведен только субъективно, путем оценки динамики ускорения карта. Ничто не может заменить здесь опыт спортсмена. Некоторую оценку регулировки можно сделать, резко открыв дроссельную заслонку при работе двигателя без нагрузки. Двигатель должен реагировать на это увеличением ЧВ мгновенно, без «провала».