Система питания и выхлопная система мотоцикла.

Прежде к системе питания мотоцикла относили лишь топливный бак, кран, карбюратор и впускной коллектор или патрубок. Выпускные трубы и глушители рассматривались отдельно как система выпуска. Однако впуск и выпуск так тесно связаны, что их разделение невозможно, и все чаще этот комплекс рассматривается как единое целое. Давайте и мы поступим так.
В топливном баке мотоцикла находится запас топлива: чистого бензина для четырехтактного двигателя и «двухтактников» с раздельной смазкой или бензино-масляной смеси для двухтактных моторов с классической системой смазки. Вместимость бака мотоцикла диктуется не только компоновочными или дизайнерскими соображениями, хотя и они играют роль. Его емкость зависит от рабочего объема двигателя, т.е. в конечном счете от расхода топлива. И традиционно выбирается с таким расчетом, чтобы полной заправки хватило на 300—400 км пробега. Бак имеет сверху заливную горловину с пробкой, а снизу — топливный кран.
Обычно кран имеет три положения: «открыт», «закрыт» и «резерв». В положении рукоятки «открыт» топливо поступает в кран через длинную трубку, расходуется его основной запас. Когда количество топлива уменьшается настолько, что срез длинной трубки оказывается выше уровня топлива, кран нужно повернуть в положение «резерв». Тогда через короткую трубку будет расходоваться остаток топлива, которого обычно хватает на пробег 30—50 км. Как правило, этого достаточно, чтобы добраться до ближайшей АЗС. Многоцилиндровые двигатели иностранных мотоциклов требуют более активной подачи топлива с помощью насосов. В их системах питания стоят краники повышенного давления. Некоторые имеют три положения, как наши, с соответствующими обозначениями: «ON» — открыто, «OFF» — закрыто и «RES» — резерв. Другие ~ лишь два, ON и OFF. А есть и такие, где вместо «OFF» есть режим «PR1» — свободное поступление. Из крана топливо через гибкий шланг самотеком либо под давлением поступает в карбюратор — прибор, предназначенный для приготовления топливовоздушной смеси и являющийся главным элементом системы питания. От качества карбюратора мотоцикла в значительной степени зависят легкость пуска, устойчивость оборотов холостого хода, приемистость, расход топлива, мощность, развиваемая двигателем, и, конечно же, токсичность выхлопа.
Рабочие же свойства (качество) смеси определяются главным образом тем, в каком соотношении в ней находятся бензин и воздух. Горючую смесь называют нормальной, если бензин и воздух в ней связаны соотношением 1:15, то есть на одну весовую часть топлива приходится 15 весовых частей воздуха. Мощность двигателя мотоцикла, работающего на такой смеси, на 4—5% ниже максимальной, а расход топли ва примерно на такую же величину больше минимально возможного.
Если соотношение бензина и воздуха находится в пределах от 1:12,5 до 1:13 — смесь называется обогащенной. Используя ее, мотор развивает наибольшую МОЩНОСТЬ. А обедненной называют такую смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 16—16,5 кг воздуха. Такое соотношение обеспечивает наилучшую топливную экономичность. При дальнейшем увеличении количества воздуха смесь все больше обедняется и вскоре становится совершенно не работоспособной. Если же, напротив, увеличивать количество бензина (или уменьшать количество воздуха, что одно и то же), то уже при соотношении от 1:12 до 1:6,5 (богатая смесь) двигатель плохо тянет и работает крайне неэкономично.
Дальнейшее обогащение смеси делает ее вовсе неспособной к воспламенению. Как мы уже отметили, качество смеси обеспечивается устройством карбюратора и его дозирующих систем.

 

 Как же работает карбюратор мотоцикла?

Представим, что в двигателе происходит такт впуска. Значит, в цилиндре (или в кривошипной камере — не имеет значения) создается разрежение. По впускному патрубку начинается движение воздуха в сторону цилиндра. Если в патрубке на пути этого потока сделать сужение (его называют диффузором), то скорость воздушного потока в этом месте увеличится, а давление упадет. Если теперь подать сюда топливную смесь или чистый бензин, то струя воздуха подхватит их, раздробит, превратит в туман и увлечет в цилиндр. Вот это и есть элементарный карбюратор. Не правда ли, просто?
Впрочем, ликовать рано. Такой карбюратор, подтвердив идею, работать еще не сможет. Ведь мы должны не только обеспечить равномерное поступление топлива, но и регулировать его подачу в двигатель по оборотам и нагрузке.
Первая задача решается за счет поплавковой камеры. В ней топливо всегда находится на одном и том же уровне, который поддерживается с помощью поплавка и клапана, состоящего из запорной иглы и седла. Работает эта система следующим образом. Топливо по каналу поступает в поплавковую камеру, где находится герметичный легкий пластиковый или латунный поплавок. Уровень топлива постепенно повышается, поднимается и поплавок, с которым связана запорная игла. В конце концов игла упирается в седло и перекрывает доступ топлива. Но оно продолжает расходоваться из поплавковой камеры! Как только его уровень понизится, поплавок опустится, и игла откроет отверстие. Этот процесс будет повторяться бесконечно, пока расходуется топливо.
Средний уровень его в поплавковой камере будет всегда постоянен. Если теперь ввести в патрубок какуюто элементарную заслонку, то с ее помощью, перекрывая сечение патрубка, можно регулировать количество смеси, поступающей в двигатель мотоцикла. Вот теперь наш карбюратор, пожалуй, заработает. Правда, пока еще плохо. Потому что мы не оснастили его рядом дополнительных, очень важных устройств. Одно из них должно обеспечивать устойчивую работу двигателя на режиме холостого хода. Оно так и называется — система холостого хода.
А регулировочный элемент, с помощью которого устанавливаются минимальные устойчивые обороты холостого хода, называется винтом упора дросселя или винтом регулировки количества смеси.
Другое устройство должно облегчить запуск холодного двигателя мотоцикла, которому в этот момент нужно приготовить самую лучшую обогашенную смесь. Такие устройства весьма разнообразны. С помощью одних просто принудительно утапливается поплавок, уровень топлива в поплавковой камере повышается, смесь обогащается.
С помощью других перекрывается воздушный канал, а результат тот же: обогащается смесь.
Третьи устройства открывают на время дополнительный канал подачи топлива.
Все эти устройства носят название пусковых. Кроме того, при резком разгоне или активном старте нужно подать в двигатель сразу много топлива — для этого в карбюраторах существует так называемый ускорительный насос. А для тонкой регулировки состава смеси на ее соответствие нормам токсичности имеется особая система: ее регулировочный элемент называется винтом качества смеси. Вот теперь, наверное, я вас сильно озадачил. И вы, конечно, поняли, что карбюратор — настоящий карбюратор, а не наш элементарный — штука совсем не простая.
А теперь рассмотрим самый распространенный российский карбюратор К65 (К62), который устанавливается на ИЖи, «Восходы», снегоходы «Буран» и «Тулицу». Карбюратор состоит из литого корпуса со смесительной камерой, отлитыми в теле карбюратора каналами, установленными в гнезда жиклерами топливных систем (главного, холостого хода, корректора) и фланцами крепления. (Жиклер — это маленькая, как правило латунная или бронзовая деталь с точным калиброванным отверстием для прохода топлива; жиклер на резьбе вворачивается в топливный канал). Главная топливная система состоит из плоского штампованного дросселя (заслонки) со штоком, иглы с замком, распылителя и главного жиклера.
В крышке карбюратора имеются винт регулировки подъема дросселя, направляющая и упор регулировки троса. Система холостого хода состоит из канала в смесительной камере, жиклера холостого хода и винта регулировки холостого хода.
Система корректора — это каналы, соединяющие корректор со смесительной камерой, распылитель, топливный жиклер, плунжер с иглой, упор троса корректора. Поплавковая камера присоединена к корпусу карбюратора винтами. В ней находятся сдвоенный пластмассовый поплавок и клапан, состоящий из иглы и седла. Для принудительного переполнения камеры топливом существует утопитель поплавка.
Работает этот карбюратор в точном соответствии со схемой, описанной выше, для элементарного прибора. На такте впуска, подчиняясь разрежению, возникшему в зоне распылителя, топливо поднимается из поплавковой камеры через главный топливный жиклер, фонтанирует через распылитель и подхватывается воздушным потоком. При подъеме заслонки (дросселя) расход воздуха увеличивается, вместе с ним растет расход топлива — увеличиваются обороты двигателя. Поскольку диаметр главного топливного жиклера изменяться не может, для регулирования количества топлива вводится игла дросселя — она конусная, связана с дросселем и по мере подъема последнего увеличивает проходное сечение для подачи топлива.
— Говорят, в гаражных условиях невозможно отрегулировать карбюратор. Это правда ?
Идеально отрегулировать карбюратор мотоцикла, в том числе на соответствие нормам токсичности, в гараже без приборов действительно трудно. Даже если это такой простой карбюратор, как К65. Но с приемлемой степенью точности настраивать карбюратор может научиться каждый мотоциклист. Важно усвоить правильную методику регулировки и всегда ее придерживаться. Правило первое. Перед регулировкой двигатель должен быть прогрет. Опережение зажигания должно соответствовать заводским рекомендациям. Правило второе. Начинать регулировку следует с установки уровня топлива в поплавковой камере. Для карбюратора К65 этот уровень устанавливается так. Снимают крышку (или «донышко» — называйте, кому как нравится) поплавковой камеры, переворачивают карбюратор и измеряют расстояние от плоскости разъема до срединной линии поплавка — она хорошо отформована при отливке. Это расстояние должно быть равно 13 мм. А регулируется оно осторожным подгибанием язычка поплавка («опорной пластины»). У большинства зарубежных карбюраторов для контроля уровня топлива в поплавковой камере приходится использовать принцип сообшающихся сосудов, подсоединяя к главному топливному жиклеру стеклянную трубку с резиновым переходным шлангом. Правило третье. Необходимо опустить дроссель до такого положения, когда между его нижней кромкой и стенкой смесительной камеры останется щель шириной 1,5—2 мм. Оболочка троса должна иметь свободный ход и не препятствовать перемещению заслонки. Правило четвертое. Полностью заверните регулировочный винт, а затем отверните его примерно на 1 оборот Запустите двигатель. Если он остыл — дайте прогреться до нормального рабочего состояния и винтом установите минимально устойчивые обороты холостого хода. Медленно отворачивайте винт и следите за поведением двигателя. Частота вращения коленчатого вала вначале-будет увеличиваться, а потом падать. «Поймайте» этот момент перехода — и оставьте винт в этом положении. Снова осторожно начните вворачивать винт, уменьшая число оборотов, и снова винтом добейтесь их увеличения. Иногда эти операции нужно повторить 3-4 раза, пока не добьетесь минимально устойчивой работы двигателя на холостом ходу Правило пятое. Проверьте регулировку, резко открыв и затем резко закрыв дроссель. Если при таком открытии двигатель глохнет или вяло набирает обороты, топливную смесь надо слегка обогатить, немного завернув винт. Если двигатель глохнет при резком закрытии дросселя, смесь следует немного обеднить, отвернув винт. И последнее правило, шестое. На отрегулированном карбюраторе прокатитесь на вашем мотоцикле в нормальном эксплуатационном режиме по шоссе на расстояние 40—50 км. Затем, быстро остановившись, выверните свечу зажигания и внимательно ее осмотрите.
Если цвет изолятора центрального электрода темно-коричневый — смесь слегка богатая. В этом случае дозирующую иглу нужно опустить на одно деление, переставив замок.
Если цвет изолятора светло-желтый, песочный, смесь следует немного обогатить, подняв иглу
Нормальный цвет изолятора, свидетельствующий о правильной работе карбюратора мотоцикла, светло-коричневый. Регулировка холостого хода не такое уж бесполезное дело. Она влияет на все режимы работы двигателя, поскольку даже при полном открытии дроссельной заслонки через систему холостого хода подается до 10% топлива. Вы, конечно, заметили, что мы все время употребляем названия «дроссель» и «заслонка» как однозначные. Это не случайно: на многих карбюраторах зарубежных мотоциклов используются действительно поворотные заслонки, но ведь это дела не меняет.
Смысл происходящих процессов не зависит от конструктивного исполнения. (Хотя качество, конечно, зависит сильно). Несколько слов о роли топливного корректора. На зарубежных карбюраторах такого устройства нет.
Там обычно присутствует пусковое устройство в виде кнопки или рычажка. Оно используется при запуске холодного двигателя и затем отключается, автоматически или принудительно. Но топливный корректор — это тоже пусковое устройство. При повороте манетки на руле мотоцикла с помощью троса плунжер поднимается и его игла открывает проход топливу, которое через жиклер поступает дополнительно в смесительную камеру, обогащая смесь. В наших условиях это устройство назвали топливным корректором совершенно справедливо, поскольку с его помощью можно действительно корректировать, обогащать смесь в случае особо трудных режимов работы двигателя, например, при езде с тяжело груженой коляской по раскисшим сельским дорогам.
Степень необходимой коррекции водитель определяет по поведению двигателя и соответственно больше или меньше поворачивает манетку на руле. Обслуживание карбюратора мотоцикла заключается в том, что прибор нужно содержать в чистоте. И хотя бы раз в сезон, лучше перед его началом, разбирать, промывать и очищать от грязи и смолистых отложений. Ни в коем случае нельзя чистить жиклеры проволокой. Нужно использовать тонкие деревянные палочки, смоченные в специальной жидкости, предназначенной для чистки карбюраторов мотоцикла. Сейчас таких жидкостей в продаже немало. Детергенты, сольвенты или в бутылках, или в аэрозольной таре под названиями Carburettor Cleaner, Contact Cleaner и т.п. успешно справляются с отечественными загрязнениями. Обработанный таким средством и обдутый сжатым воздухом прибор выглядит как новый и работает гораздо лучше, чем прежде.
— Видел как-то картинку — четыре карбюратора в ряд. Зачем такая сложность ? Их же невозможно отрегулировать!
Вопрос о количестве карбюраторов очень не прост. Уж на что вроде бы все понятно с одноцилиндровым двигателем, но даже в таком легком случае нередко используются двухкамерные карбюраторы автомобильного типа, потому что при большом рабочем объеме простейший однокамерный прибор не в состоянии обеспе чить все режимы. (Тем более, если он — простейший!).
Но два цилиндра — это уже два двигателя. И как бы мы ни старались, эти двигатели обязательно будут немного разными. И один карбюратор никогда не сможет так их «накормить», чтобы они оба вьщавали полную мощность и показывали одинаковые характеристики. ) За примерами не надо далеко ходить. Хорошо известный мотор ИЖ-«Юпитер» страдал и страдает врожденной болезнью — неравномерностью работы цилиндров.
В патрубок между карбюратором и цилиндрами даже пытались ставить регулировочную шайбу, по-ворачивая которую, можно было отклонять поток смеси в сторону того или иного цилиндра. Бесполезно. Поэтому лучшее решение для многоцилиндровых двигателей — по карбюратору на цилиндр. Конечно, при этом усложняется наст-ройка такого «оркестра». Но зато, будучи один раз настроенным, он работает потом безупречно.
И еще одно соображение. Если мы устанавливаем один карбюратор хотя бы на два цилиндра, значит, между цилиндрами и карбюратором появляется посредник — патрубок. Он может быть коротким или длинным — но в любом случае не только вносит искажения в движение струи сме-и, но и охлаждает смесь, конденсирует ее, ухудшает пусковые качества двигателя мотоцикла. Многие мотоциклетные зарубежные фирмы уже давно вместо традиционного карбюратора используют на мотоциклах системы непосредственного впрыска топлива. Безусловно, это прогрессивное и перспективное решение — ведь при впрыске можно гораздо точнее регулировать количество топлива в зависимости от условий и режимов работы двигателя.
И, стало быть, не только добиваться улучшения экономичности, но и обеспечивать соответствие мотоциклов самым жестким нормам токсичности. Принцип работы системы впрыска заключается в том, что топливо подается в топливопровод специальным насосом, создающим достаточно высокое давление. А на входе в камеру сгорания устанавливается электромагнитный клапан с запорной иглой. Повинуясь командам компьютера, клапан в нужный момент и на нужное время открывается, и топливо впрыскивается в цилиндр. При этом благодаря высокому давлению оно хорошо перемешивается с воздухом.
Долгое время широкое распространение систем впрыска сдерживалось их высокой стоимостью. Но в связи с постоянно ужесточающимися нормами по токсичности впрыск внедряется все активнее.

 

— Мой приятель снял воздушный фильтр, и после этого его мотоцикл сразу стал мощнее. Это даже по звуку слышно. Может, и мне так сделать?

Ответ на этот вопрос мы дадим чуть позже. А может быть, он и не понадобится, если наш читатель узнает кое-что о воздушных фильтрах. Воздушный фильтр мотоцикла полностью соответствует своему названию. Его задача — очищать воздух от содержащейся в нем пыли. А пыль — это по большей части мельчайшие абразивные частицы. Если они попадут в двигатель — его часы сочтены. Катастрофический износ поршня и цилиндра неизбежен.
Даже на старых мотоциклах устанавливали элементарные сетчатые фильтры, но они были способны задержать разве что мелкие камешки. Позже появились фильтры, в которые закладывалась очень тонкая проволока в виде мочалки, «путанка» (ставьте ударение на первом слоге!), смоченная маслом. Стало чуть легче: уже до 70% пыли оседало на этом устройстве. Но и оставшихся 30% за глаза хватало, чтобы укоротить жизнь двигателя.
Некоторые фирмы использовали инерционные и инерционно-масляные фильтры. В них воздух на пути к карбюратору несколько раз менял направление. При этом твердые частицы, имевшие определенную массу, отсеивались. На последнем отрезке пути воздух проходил над масляной ванной — она становилась сборником пыли, а воздух увлажнялся, и из него выпадали совсем легкие частицы вроде пуха. Эпоха таких фильтров мотоцикла тоже ушла в прошлое. Но их последние представители живут еще на наших ИЖах: это инерционные контактно-масляные фильтры.
Попадающий в них запыленный воздух, круто изменив направление, ударяется сначала о поверхность масла, налитого в съемную ванну, и теряет здесь самые крупные включения. Затем, уже увлажненный маслом, воздух проходит через толстый слой капроновой фильтрующей набивки, увлажняет ее и окончательно очищается от остатков пыли. Такие устройства, несмотря на их очевидную простоту, способны очистить воздух на 95%. А их очевидная привлекательность состоит в том, что они имеют неофаниченный срок службы.
Достаточно сменить масло в поддоне, промыть в бензине капроновую набивку, и фильтр снова готов к работе, как новый. А потому такие фильтры широко используются на дешевых мотоциклах, эксплуатируемых в суровых условиях. Самыми современными считаются воздушные фильтры со сменными бумажными элементами. Он просты, долговечны, легко заменяются, коэффициент очистки в них достигает 99%. К сожалению, на сельских дорогах такие фильтры очень быстро покрываются толстой «шубой», не пропускающей воздух, и все плюсы сразу пропадают. Поэтому, в частности, наши ИЖи очень хорошо продавались в азиатские и ближневосточные страны: там их минусы превращались в плюсы.
Однако роль воздухоочистителя не ограничивается только очисткой воздуха. Ведь впуск — это волновой процесс, в котором непрерывно происходят колебания. А значит, он сопровождается шумом. Причем весьма значительным. Бороться с этим шумом научились с помощью глушителей шума впуска — довольно крупных емкостей, объем которых примерно в 7—10 раз превышает объем двигателя. За счет такого ресивера пульсации «вдоха» сглаживаются, и шум становится гораздо меньше. А очиститель воздуха устанавливается внутри ресивера. Понятно теперь, что если снять воздушный фильтр, а заодно и глушитель шума впуска, двигатель так «запоет», что может действительно показаться кому-то более мощным. Но это самообман. Более того: мощность может даже снизиться из-за нарушения настройки впускного тракта. А уж долговечность двигателя упадет непременно.
Теперь, как и договорились, сразу же перейдем к рассмотрению устройства выпуска.

 

— Если выйдет из строя глушитель (допустим — прогорит), можно ли его заменить каким-то другим, подходящим по размеру и способу крепления?

Система выпуска очень похожа на рассмотренную нами систему впуска. В ней тоже происходят волновые процессы, только более ярко выраженные, с большими перепадами давления и температуры, в сопровождении акцентированных шумов. Соответственно, в задачи выпускной системы входит отвод отработавших газов из двигателя, а также снижение шума выпуска до уровня, который отвечает принятым законодательным нормам. Первую часть задачи выполняют выпускные трубы, вторую — глушители. Представим себе, что глушителя нет. В этом случае отработавшие газы и часть свежей смеси на такте выпуска будут беспрепятственно выброшены в атмосферу. Это плохо, неэкономно. Но ведь выброс отработавших газов — это в чистом виде волна давления, которая от выпускного окна продвигается по выпускной трубе и через какое-то время достигает ее открытого конца. Если этот открытый конец заткнуть — волна отразится от преграды, затем вернется к выпускному окну
Сверхзадача состоит в том, чтобы подобрать длину выпускной трубы и сопротивление глушителя таким образом, чтобы отраженная волна вернулась к выпускному окну не когда угодно, а именно в тот момент, когда начинается следующий такт выпуска. Тогда искусственно созданная нами газовая пробка закупорит выпускное окно и не даст вылететь свежей смеси.
Вот этот процесс подбора длины, сечения выпускной трубы и сопротивления глушителя называется настройкой выпускной системы. В результате настройки улучшится наполнение цилиндра свежей смесью, повысятся мощность, топливная экономичность, улучшатся экологические показатели двигателя.
А что представляет собой глушитель мотоцикла? В простейшем случае это емкость, в несколько раз превосходящая объем цилиндра. В такой емкости давление газов и температура падают, затухают пульсации потока. Часть энергии газов расходуется на нагрев стенок, еще часть — на трение струй газа о перегородки, установленные в глушителе. Остаточная энергия уже невелика, но вполне достаточна для их самостоятельного истечения из глушителя. Конструктивно все системы выпуска сделаны по одной схеме. Выпускная труба, иногда причудливо изогнутая для обеспечения нужной длины, соединена с глушителем. В глушителе различают прямой конус, цилиндрическую часть и обратный конус.
Выпускная труба вместе с частью глушителя до среза обратного конуса — это так называемая мощностная часть. Именно она и настраивается для получения наилучших результатов. Все, что находится за обратным конусом, — глушащая часть, здесь происходит гашение шумов.
Внешне глушители современных мотоциклов редко бывают похожи на эту классическую схему: в угоду дизайну и компоновке глушители могут приобретать самые разные формы. В том числе наиболее привычные цилиндрические. Но это ничего не значит. Внутри они все равно подчинены тем же акустическим и газодинамическим законам. Из сказанного следует, что бездумная замена одного глушителя на другой чаще всего приводит к потере мощностных и иных показателей.
А теперь — о мощностных клапанах, я ведь обещал о них рассказать. Чаще всего это понятие используется применительно к мотоциклам кроссовым или вседорожным, с моторов которых требуется снять максимальную мощность на самых высоких оборотах, но одновременно не потерять ее и на «низах». Добиться такого результата можно только с помощью «настроенного выпуска». Самый простой вариант настройки, при котором используется эффект резонансной волны, тут проблему решить не может именно потому, что дает хороший результат только в каком-то довольно узком диапазоне оборотов. Если же мы хотим этот диапазон расширить, необходимо иметь устройство какогото другого типа, способное автоматически отслеживать режимы работы двигателя и управлять газодинамическими процессами в системе выпуска. Такие устройства применяются на многих мотоциклах зарубежного производства.
Они обычно состоят из двух отдельных частей. Одна отслеживает частоту вращения коленчатого вала (косвенно тем самым — нагрузку двигателя), другая, являющаяся исполнительным механизмом, изменяет характер работы заслонки, изменяющей сечение выпускной трубы.
Первый элемент — это «мозговой центр» системы настроенного выпуска мотоцикла. Он может быть электронным либо центробежным меха- ническим.
Второй — чисто механический, очень надежный и практически безотказный. Единственная опасность, которая подстерегает этот прибор, — постепенное засмоление частицами подгоревшего масла и, как следствие, более тугое вращение заслонок.
Но этот дефект, с одной стороны, неизбежен, поскольку в двухтактном двигателе масло присутствует в выхлопе всегда; с другой стороны, легко устраним, надо только тщательно очистить механизм привода от этих самых смол.