Дрессура "железа"

фото

автора

КОСМОС СУПЕРСИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ ГОНОЧНОЙ ТЕХНИКИ

ЧАСТЬ II, МОТОРНАЯ

Разбудить зверя - вот о чем мечтает homo sapiens с незапамятных времен. А разбудив, - съесть. Или - оседлать. Не потому ли первое, что проделает любой, подойдя к мотоциклу, - поиграет ручкой газа. Не тормозом, не сцеплением - газом! Именно она пробуждает, а затем заставляет рявкнуть опасного, но столь притягательного зверя. Ручка газа - ключ к самому сложному узлу современных мотоциклов - двигателю.

Какие требования выставляют к пламенным "гоночным" сердцам мотоциклов? В голову немедленно приходит: максимальная мощность и минимальный вес. Да, но это только начало. У мощности важна не только ее максимальная величина - огромную роль в успехе того или иного мотора играет то, как он отдает свою мощность во всем диапазоне оборотов. Для простоты это называют характером, но по науке правильнее говорить о кривых мощности и крутящего момента. Почему эти кривые так важны?

Все дело в дозировании газа. Поворот ручки газа на определенный угол соответствует определенному приросту мощности, на каждый градус поворота приходится какое-то количество волосатых лошадиных задов - л.з. (нет, извините - л.с.). И чем мощнее двигатель, тем больше л.с. на градус поворота ручки газа, а следовательно, сложнее дозировать мощность. Но это еще полбеды.

Если кривая мощности нелинейная (а у большинства двигателей она именно такая), то получается, что при увеличении оборотов на одно и то же значение (например, на 3000 об/мин) прибавка мощности в одном диапазоне оборотов (скажем, с 3000 до 5000 наш условный двигатель набирает 15 л.с.) будет значительно отличаться от прироста в другом диапазоне (например, с 5000 до 8000 он наберет 25 л.с.). А отсюда следует, что и количество л.с. на градус поворота ручки газа с 3000 до 5000 и с 5000 до 8000 также получится разным (с 5000 до 8000 - больше, другими словами в этом диапазоне оборотов у двигателя произойдет "подхват"). Как следствие, тяжелее точно дозировать газ в диапазоне 5000-8000 об/мин. С одной стороны, это добавляет эмоций и впечатлений. Но у гонщиков и того, и другого более чем достаточно. Поэтому на треке огромную ценность приобретает форма кривой мощности, максимально приближенная к линейной. "Плоская" кривая говорит о том, что характер двигателя прогнозируемый (т.е. пилот заранее знает, как двигатель отреагирует на тот или иной угол поворота ручки газа) и у него нет ярко выраженных "подхватов" и "провалов", в которых трудно дозировать мощностьѕ Требование к линейности характеристики двигателя настолько важно, что иногда ради его удовлетворения жертвуют даже пиковой мощностью.

Следующее требование связано с надежностью. Из-за огромных нагрузок, которые испытывают внутренние компоненты двигателя, зачастую непросто обеспечить необходимый ресурс гоночных моторов. Другими словами, двигатель должен выдерживать хотя бы один этап гонок.

Размеры мотора также важны. Если конструкторам удастся сделать его компактным, то станет возможно в больших пределах "играть" с положением центра тяжести - а ведь он непосредственно влияет на многочисленные нюансы поведения мотоцикла. Меньшие размеры двигателя облегчают выполнение и другой задачи - централизации масс, а она, в свою очередь, влияет на "поворотливость" аппарата.

Последнее серьезное требование к гоночным двигателям сродни одному из условий, предъявляемых к тормозным системам. Так как в двигателе есть множество вращающихся (в большинстве - очень быстро!) частей, то они, как и колеса с тормозными дисками, представляют собой гироскопы и маховики. Гироскопический эффект вращающихся частей двигателя влияет на способность мотоцикла изменять траекторию, а маховиковый - ускоряться. Как и в случае с тормозами, массу и того и другого желательно минимизировать.

Ужаснувшись сложности поставленной задачи, давайте посмотрим, как все эти технические требования выполняются (если выполняются!) в мотоциклах различных классов.

Начнем наше ковыряние в моторах с жужжащих двухтактных, как их называют, "вонючек" классов GP-125 и GP-250. Малый рабочий объем этих одно- и двухцилиндровых двигателей непосредственно ограничивает мощность и сужает диапазон оборотов, в котором она вырабатывается. Причем мощность настолько маленькая (по сравнению с классами MotoGP и SBK), что тут уж не до линейной характеристики. В этом классе даже "пол-лошади" ценят дорого. Поэтому все "выжимают" мощность до последней капли. Для снижения потерь на трение количество поршневых колец уменьшают до одного. Ширину беговых дорожек коренных подшипников делают минимально возможной. Еще одна капля мощности появляется от использования гоночного радиатора повышенной пропускной способности. С его применением помпе легче перекачивать воду в системе охлаждения. Результат - еще одна нелишняя "пони"ѕ И температура двигателя также непосредственно влияет на показатель мощности. Общее правило таково: выше температура - меньше мощность, и наоборот. Поэтому гоночные двигатели особенно чувствительны к охлаждению.

Степень сжатия поднимают до невероятных для двухтактного мотора величин, а карбюратор, выпуск и систему зажигания настраивают для работы на максимальных оборотах. Все это приводит к чудовищной нелинейности кривых крутящего момента и мощности. Благо, ее сравнительно немного. Из-за этого и способности мотоциклов GP-125 и 250 проходить повороты на огромных скоростях особенных трудностей с дозированием мощности не возникает - многие повороты просто не требуют сбрасывания газа.

Надежность двухтактных двигателей GP-125 и 250 (из-за высокой степени форсировки и особенностей системы смазки) невысока. Богатые команды меняют поршни каждый гоночный день, менее обеспеченные - перед каждым этапом.

Следующий уровень моторной иерархии - класс Superbike. Нам он особенно интересен тем, что эти двигатели (кроме Foggy Petronas FP-1) происходят от моторов обычных дорожных спортбайков. В чемпионате WSB применяют двигатели трех конфигураций: V-образные "двойки", рядные "тройки" и "четверки". От своих дорожных собратьев эти "генераторы мощности" ушли чудовищно далеко.

В качестве примера рассмотрим особенности двигателя Suzuki GSX-R1000 2005 модельного года. Как говорят англичане, "Devil is in the details", в вольном переводе - "собака зарыта в мелких нюансах". Двигатель "джиксера" весь состоит из них. Кованые поршни с "мини-юбкой", титановые клапаны, гоночные распредвалы - это только цветочки. При ближайшем рассмотрении поражает форма поршневых колец: их сечение не прямоугольное, а трапецеидальное. Это позволяет снизить потери на трении. Коленвал мотоцикла идет идеально сбалансированным уже с завода. Сцепление изначально "проскальзывающее". Причем его конструкция оказалась настолько удачной, что некоторые команды меняют только диски и пружины, а "корзину" оставляют серийной.

Самый яркий и удивительный сюрприз - в конструкции картера. В опорах коленвала, разделяющих картерное пространство, сделаны отверстия. Они призваны облегчить дорогу картерным газам, вытесняемым опускающимися поршнями в соседние отсеки, в которых поршни поднимаются. Одно только это техническое решение дает прибавку около двух л.с. Просто феноменально!

В мотоциклах "королевского" класса - MotoGP устройство двигателей представляет собой апофеоз инженерного искусства! В силу того, что в них скрыта колоссальная мощность, требование к линейности характеристики двигателя MotoGP самое жесткое. Одной конструкцией мотора добиться плоской кривой мощности уже не удается - и в игру вступает электроника. Но даже умные электронные системы управления двигателем не способны полностью справиться с "табунами" в 250 "лошадей". Класс MotoGP - территория "Большого взрыва" (см. "Мото", №1-2006). Только с его помощью гоночным командам удалось ощутимо облегчить задачу пилотов, уставших бороться с бесконечными пробуксовками.