5mv.ru

Материалы данной статьи предназначены в основном для подготовки двигателя к спортивным соревнованиям, хотя некоторые советы будут полезны и при подготовке дорожных мотоциклов к пробегам.

Основные характеристики двигателя и пути их улучшения

Каждый двигатель характеризуется следующими параметрами: эффективная мощность Nc, число оборотов коленчатого вала в минуту n, крутящий момент М, удельный расход топлива ge. Эффективная мощность — это полезная мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя. Она определяется по следующей формуле:

где Ni — индикаторная мощность, т. е. мощность, развиваемая газами внутри цилиндра и передаваемая на поршень;
Ntp - мощность трения (часть мощности, затрачиваемой на механические и насосные потери). Индикаторная мощность, в свою очередь, определяется так:

где  Vi - объем одного цилиндра, см3,

i - число цилиндров,
n — частота вращения коленчатого вала, об/мин,

Pi - среднее индикаторное давление. Аналогично индикаторной  мощности эффективную мощность можно определить так:

где Pe - среднее эффективное давление,

ne - частота вращения, соответствующая мальной мощности, об/мин.

Рабочий диапазон чисел оборотов двигателя ограничивается величинами nмин и nмакс, где nмин - минимальное число оборотов, при котором двигатель может работать при полностью открытом дросселе; nмакс - макссимально допустимое число оборотов, при превышении которых двигатель может выйти из строя.

Крутящий момент определяет тяговые свойства двигателя. Зависимость между мощностью и крутящим моментом выражается формулой:

При самостоятельном изготовлении или модернизации двигателя его основные характеристики можно ориентировочно рассчитать, пользуясь соответствующей литературой. Практически эти характеристики определяются на тормозном стенде.

Из приведенных формул видно, что для повышения мощности двигателя нужно увеличить объем цилиндров, повысить число оборотов коленчатого вала и среднее эффективное давление.

Для увеличения среднего эффективного давления необходимо повысить степень сжатия до максимальных пределов, допускаемых применяемым топливом, улучшить коэффициент наполнения. С этой целью увеличивают проходное сечение впускного клапана, подбирают оптимальное соотношение проходных сечений впускных и выпускных клапанов, уменьшают гидравлические сопротивления впускного и выпускного трактов, подбирают оптимальные размеры выпускной системы и длины-впускного тракта.

Для повышения оборотов коленчатого вала стандартных двигателей необходимо снизить мощность трения и увеличить механический КПД, улучшить коэффициент наполнения, уменьшить влияние инерционных нагрузок.

Модернизация серийного спортивного двигателя М-63К не требует особых затрат времени и сложного оборудования. Сначала увеличивают степень сжатия с 7,2 до 8,5. (В дальнейшем этот двигатель будет обозначаться индексом Д-1. Желательно таким же способом модернизировать любой новый спортивный двигатель)/

При таких степенях сжатия можно использовать только бензины АИ-93, А-95, А-98, «Экстра» и им подобные с октановым числом не ниже 85—95.

Повысить степень сжатия до таких пределов, используя стандартные поршни двигателя М-63, нельзя, поэтому с учетом данных табл. 2 рекомендуется подобрать поршни от двигателя К-650 со сферической головкой. Чтобы юбка такого поршня не задевала за цапфы кривошипа, с помощью фрезы или точильного камня делают на ней специальную выборку, а на головке поршня изменяют гнезда для клапанов, так как углы развала клапанов двигателей К-650 и М-63 различны (рис. 10). Это делают обычно ручной фрезой (рис. 11), изготовленной из старого автомобильного клапана с плоской головкой. Фрезу вставляют вместо клапана в головку, выводят поршень в ВМТ и фрезеруют паз для клапана. Перед установкой на двигатель поршни взвешивают, причем разница в массе не должна превышать 2г.

При форсировке двигателя спортивного мотоцикла М-63К с торцованными на заводе головками под цилиндром помещают металлическую прокладку толщиной 2 мм (рис. 12). Если используют головку цилиндра от дорожного мотоцикла, то эта прокладка может быть вдвое тоньше. Между цилиндром и металлической прокладкой, а также между нею и картером располагают бумажные прокладки.

Чтобы проверить, не задевают ли клапаны за головку поршня, на нее наносят полоски пластилина толщиной 3—4 мм, затем полностью собирают головку цилиндра и проворачивают коленчатый вал. По отпечаткам на пластилине судят о расстоянии между клапаном и поршнем. Оно должно быть не менее 2—3 мм.

Заканчивается этап форсировки уточнением степени сжатия в каждом из цилиндров. С этой целью поршень выводят в ВМТ при закрытых клапанах. Двигатель наклоняют в сторону одного из цилиндров так, чтобы площадка под свечу на другом цилиндре стала параллельной плоскости стола. В таком положении в цилиндр заливают веретенное масло из мензурки объемом до 50 см8 для определения объема камеры сгорания. Рабочий объ3ем одного цилиндра двигателя М-63 составляет 324,5 см3. Расчет степени сжатия £ можно вести по формуле:

где Укс — измеренный объем камеры сгорания в см.
Степень сжатия в обоих цилиндрах должна быть одинаковой. Регулируют ее прокладками под цилиндром.

Для улучшения коэффициента наполнения необходимо тщательно обработать шарошками впускные и выпускные каналы двигателя, а затем отполировать их. Полируют также головки впускного и выпускного клапанов.

Чтобы увеличить обороты двигателя, стандартные кольца переделывают так, чтобы уменьшить их давление на стенки цилиндров. Лучшие результаты дает применение L-образных колец, которые изготовляют из обычных серийных (рис. 13). Серийное кольцо устанавливают в оправку, потом делают выточку.

Поршень для L-образных колец получают также переделкой из серийного.

Проводя форсировку по числу оборотов, под клапанные пружины делают текстолитовые прокладки (рис. 14), облегчают коромысла и толкатели, вместо стальных изготовляют штанги из титановой трубки со стальным наконечником.

На каждом цилиндре при помощи градуировочного диска, укрепленного на оси коленчатого вала, проверяют фазы газораспределения (табл. 3). Начало открытия клапана регистрируют по индикатору. Подгонку фаз производят на снятом кулачковом валу шлифованием кулачков вручную.

Форсированный таким образом кроссовый двигатель М-63 имеет повышенную мощность (до 27—30 кВт) и высокую надежность. Далее можно приступить к изготовлению двигателя с увеличенным рабочим объемом цилиндров. Его можно увеличить, расточив цилиндры, но этот путь не совсем удачен, так как требует замены поршней, переделки головок и картера.

Проще увеличить рабочий объем цилиндров путем удлинения хода поршня. Для этого вместо стандартного кривошипа без переделок используют кривошип от двигателей М-72 или К-750, а под цилиндр (см. рис. 12) ставят прокладки толщиной 25—26 мм. Изготавливают также новые шпильки крепления цилиндров, удлиненные штанги и кожухи штанг.

Благодаря увеличению рабочего объема 3одного цилиндра до 375 см3 (а двига3-теля в целом — до 750 см3) увеличивается и степень сжатия. В двигателе Д-2 степень сжатия можно довести до 8,2—8,7, используя стандартные поршни двигателя М-63.

Чтобы уменьшить массу поступательно движущихся деталей в кривошипно-ша-тунном механизме, можно использовать комбинированный коленчатый вал, изгопленный из цапф кривошипа двигателей М-72 или К-750 и шатунов двигателя М-63.

Кривошип двигателя М-72 распрессовывают (рис. 15, 16), изготовляют, если нужно, новые пальцы из стали 18ХНВА в соответствии с имеющимися шатунами и роликовыми подшипниками (табл. 4).

Палец кривошипа в месте запрессовки имеет небольшой конус. Можно использовать шлифованный старый палец, подбирая ролики и шатуны.

Зазор в соединении нижней головки шатуна с пальцем кривошипа после сборки должен составить 0,01—0,05 мм.

Запрессовку кривошипа производят в такой последовательности: сначала запрессовывают пальцы в среднюю щеку, а потом напрессовывают крайние     щеки.     Шатун     Рис. 16. Распрессовка кривошипа при  этом  должен вращаться   без  заеданий и боковой  качки. Допустимым считают осевой люфт между щекамл кривошипа в пределах от 0,34 до 0,5.   Кривошип  сначала подвергают небольшой обработке на прессе, а затем устанавливаютв центрах токарного станка и центрируют, пользуясь двумя индикаторами. Для устранения биения патрона токарного станка центр, вставляемый в патрон, изготовляют непосредственно перед началом центровки из металлической болванки, имеющей диаметр не менее 50 мм. В заднюю бабку станка вставляют стандартный центр.

К шейкам кривошипа, зажатого между центрами, подводят индикаторы. Если стрелки обоих приборов показывают отклонение в одном направлении, т. е. в сторону плюса или минуса, значит, коренные шейки находятся в одной плоскости, но их общая ось изломлена. Для выпрямления ее края щек сближают, сжимая их в тисках, или раздвигают. Если индикаторы показывают смещение шеек в разные стороны, т е. щеки развернуты, а шейки параллельны, но не соосны, то отмечают самое высокое положение шейки, и, закрепив вал в тисках, ударяют алюминиевым молотком по щеке в этом месте.

После запрессовки производят балансировку кривошипа в сборе с маховиком на призмах или ножах, используя при этом дрель для того, чтобы выбрать лишний металл из маховика.

Под цилиндром двигателя с комбинированным кривошипом устанавливают прокладки толщиной 4—5 мм. Поршни, применяемые в этом двигателе, следует укоротить, отпилив юбки на уровне нижнего маслосъемного кольца.

Форсированные за счет увеличения рабочего объема цилиндров до 750 см3 двигатели М-63 (Д-2) * развивают мощность до 28—33 кВт. Спортсмены используют их в кроссах.

Дальнейший рост мощности двигателя за счет увеличения степени сжатия и рабочего объема невозможен, поэтому нужно улучшать условия наполнения. С этой целые необходимо увеличить диаметр впускного и выпускного клапанов. Двигатель, форсированный подобным методом, усло3вно назван нами Д-3. Его рабочий объем равен 750 см3.

Для изготовления двигателя Д-3 требуются головки в сборе, цилиндры и поршни от мотоцикла К-650, коленчатый вал от мотоцикла М-72 или К-750, а все остальные детали — от мотоцикла М-63.

В первую очередь необходимо подготовить головку цилиндра и клапаны. Рекомендуется оставить стандартный выпускной клапан диаметром 38 мм, а впускной клапан, тарелку и запорные сухарики установить от двигателя автомобиля «Волга» ГАЗ-21. Для этого ножку клапана укорачивают и делают проточку (рис. 17).

В головке цилиндра двигателя К-650 растачивают посадочное место под седло увеличенного диаметра.'Это легко сделать на токарном станке, используя приспособление, показанное на рис. 18. Технология расточки такова: из головки выпрессовывают направляющую втулку, приспособление закрепляют в патроне токарного станка, на разжимную шейку приспособления надевают головку цилиндра и закрепляют разжимным винтом. Расточку ведут при частоте вращения 200—300 об/мин.

Седло изготовляют из бронзы АЖН-10-4-4 и запрессовывают в головку с натягом 0,25—0,3 мм с помощью специальной оправки (см. рис. 17). Перед запрессовкой седло фиксируют на оправке с помощью полоски бумаги. Головку цилиндра разогревают двумя паяльными лампами, на газовой плите или в печи до температуры 300°С. Температуру нагрева определяют просто: деревянной палочкой надо провести по нагретому металлу; если палочка обугливается, значит, головка цилиндра нагрелась до нужной температуры и седло можно запрессовывать. Для этого вводят конец оправки в направляющую и, не давая седлу коснуться гнезда, резко ударяют молотком по оправке. Запрессовку следует выполнять очень быстро, чтобы седло не успело нагреться от головки цилиндра.

Более точно момент запрессовки можно определить, пользуясь штангенциркулем, которым измеряют наружный диаметр седла. В процессе нагрева измеряют обратными концами штангенциркуля диаметр отверстия в головке. В тот момент, когда обратные губки штангенциркуля начинают входить в отверстие под седло, можно производить запрессовку.
Далее шарошками обрабатывают впускной и выпускной каналы, делают плавные переходы для прохода топливной смеси.

Направляющую втулку (см. рис. 17) рассверливают до диаметра 8,9 мм и запрессовывают в головку. После запрессовки втулку разворачивают, обеспечивая зазор между клапаном и втулкой, равный 0,05—0,08 мм. Так как диаметр впускного клапана увеличился, необходимо применить более жесткие клапанные пружины. Для этого под существующие пружины подкладывают шайбы толщиной 2 мм или используют более жесткие пружины от двигателя автомобиля «Москвич». Под эти пружины вытачивают из титана новую верхнюю тарелку клапана.

Размеры головки цилиндра от двигателя К-650 позволяют устанавливать клапаны большего диаметра (рис. 19), изготовленные из стали ЭИ-72 (Х12Н7С), ЭИ-437Б, ЭИ-617, ЗХ13Н7С2.
Надо сказать, что для спортивного двигателя клапаны лучше всего изготовлять из уже имеющихся автомобильных, вертолетных или самолетных клапанов, не подвергая их термообработке или сварке. Вся переделка осуществляется только за счет механической обработки.

Цилиндры от двигателя К-650 можно устанавливать с сохранением их анкерного крепления, если перенести отверстия крепления цилиндров на картере или подогнать шпильки. В первом случае отверстия, предназначенные для верхних шпилек, заваривают, затем рядом с ними — в соответствии с отверстиями на цилиндре — просверливают новые и нарезают резьбу М10х1,5. Если нет возможности заварить отверстия в алюминиевом картере, то следует изменить их конфигурацию на цилиндре по всей длине. Шпильки изготовляют заново и подгибают по месту.
Изготавливаются новые кожухи штанг увеличенной длины. При установке кожухи слегка подгибают, так как расстояние между толкателями на двигателях М-63 и К-650 разное.

Под цилиндры укладывают дюралюминиевую прокладку толщиной 14 мм.

Для отвода масла из крышки головки изготовляют сливную трубку. В картере для нее делают выемку, в которую устанавливают резиновое кольцо, уплотняющее масляный патрубок.
На головках поршней фрезами диаметром 47,5 или 44,5 мм делают пазы для клапанов увеличенного размера.

Двигатель Д-3 имеет мощность 33—38 кВт. Цилиндры для него можно изготовить с увеличенным оребрени-ем. Возможна и дальнейшая модернизация двигателя М-63 с целью его форсировки (условно эти двигатели названы нами Д-ЗА и Д-4).

Рубашку двигателя Д-ЗА вытачивают на- токарном станке из дюралюминия Д16 или Д16Т (рис. 20). Гильзы делают из высоколегированного чугуна с аустенитной структурой, имеющего твердость НВ 156—187, или из перлитного серого чугуна с твердостью НВ 207—225 (рис. 21).

Для запрессовки гильзы рубашку цилиндра, нагретую до 300°С, устанавливают на два кирпича и быстрым движением вставляют гильзу. Цилиндр с гильзой растачивают до диаметра 78 (0,1 0,2 мм), затем с помощью хона или притира, изготовленного из старого поршня, доводят до 78—78,01 мм. Хон устанавливают в шпиндель сверлильного или токарного станка. Цилиндр при притирке держат в руках.

При изготовлении двигателя Д-4 используют кривошип от двигателя М-63, а головки и цилиндры — от двигателя К-650. Форсировку осуществляют путем улучшения наполнения (увеличенные клапаны) и увеличения степени сжатия. Цилиндры К-650 укорачивают на 13 мм.

Двигатели Д-1 и Д-4 показывают неплохие результаты в многодневных соревнованиях и кроссе; двигатели Д-2 и Д-3 лучше использовать в кроссе. ПрА подготовке двигателей спортивных мотоциклов следует пользоваться табл. 5.

В двигателях Д-2 и Д-3 целесообразно в верхней головке шатуна иметь игольчатый подшипник    (рис. 22) или хотя бы увеличить зазор на 0,015—0,02 мм больше стандартного.

Используя головки от двигателя К-650 с увеличенными клапанами, которые были изготовлены для двигателей Д-3 и Д-ЗА, можно модернизировать двигатель Д-1, сохранив чугунные цилиндры М-63. Такой двигатель будем обозначать индексом Д-1А. Для того чтобы использовать головки К-650 на верхней части чугунного цилиндра, прилегающей к головке, делают проточку, диаметр и глубина которой такие же, как на гильзе цилиндра Д-ЗА (см. рис. 21).

В ребрах цилиндра сверлят отверстие и нарезают резьбу для шпилек, крепящих гильзу. В гильзу запрессовывают трубку для отвода масла. Крепление цилиндра к картеру сохраняется.

Головка К-650 имеет сферу большего радиуса, чем головка М-63. Поэтому, даже используя поршни К-650, в двигателе Д-1А не удается обеспечить таких высоких степеней сжатия, как в двигателе Д-3. Тем не менее этот двигатель из-за лучшего наполнения обладает достаточно высокой мощностью и хорошим крутящим моментом. Кроме того, двигатель Д-1А весьма надежен в работе и может быть использован как в мотокроссе, так и для многодневных соревнований.

После сборки двигатель необходимо обкатать. Сначала его подвергают холодной обкатке с вывернутыми свечами. Двигатель вместе с коробкой перемены передач закрепляют на станине токарного станка типа ДИП-200 и карданным валом соединяют со шпинделем. В течение 10 ч двигатель обкатывают на третьей передаче при частоте вращения 300—500 об/мин. После холодной обкатки двигатель промывают, ставят на мотоцикл, регулируют и приступают к горячей обкатке. Горячая обкатка считается законченной после прохождения 500—600 км.

Share

• 
• 
•