Как улучшить воздушное охлаждение цилиндра мотоцикла (4 видео)

Данную статью можно отнести к любому мотоциклу с воздушным охлаждением.
Все мы не понаслышке знаем, что двигатель мотоциклов Урал довольно сильно греется. После написания нескольких статей про двигатели 8.104 (ИМЗшная водянка) и двигатель 8.123 (825сс), и я решил рассмотреть данный вопрос подробнее на примере других производителей авто и мототехники.

Все наши двигатели работают по одному и тому же простейшему принципу, не важно — старенький М72 у вас или мощный топовый эрадин: мы сжигаем в определенном объеме топливо, а подвижная часть — поршень, соединенный через шатун с коленчатым валом, совершает механическую работу. Разумеется, что при сгорании топлива будет выделяться тепло. И сильнее всего будут греться поршни, камера сгорания с клапанами и втулками, находящаяся в головке и сам цилиндр. Нагрев выше определенных величин грозит серьезными последствиями: задиры, клин, коробление деталей цпг. Это наиболее неприятные последствия. А частая работа мотора в таких условиях сулит ему очень недолгий срок жизни. Учитывая то, что принцип работы и основные части любого поршневого двигателя одинаковы, я рассмотрю ниже некоторые конструкции мотоциклетных и автомобильных двигателей воздушного, воздушномасляного и водяного охлаждения.
Двигатель Урал 650 и 750сс. Принципиальная конструкция абсолютно одинаковая, различаются лишь некоторыми конструктивными изменениями. Очень не любят долгой езды на большой скорости, особенно моторы 650. С моторами 750 немного проще: качественные поршневые кольца, кованые поршни и цилиндры из алюминия с залитой чугунной гильзой значительно лучше отводят тепло, поэтому продолжительная езда на скоростях до 130 безопасна для мотора. А вот если начинать отжигать и гонять, давать хорошие нагрузки мотору, ездить в пробках, начинаются проблемы с перегревами.

Теперь о конструкции головок и цилиндров различных мотоциклов.
Воздушномасляные моторы мотоциклов BMW серий R11х0 и отчасти 1200 имеют очень скудное оребрение головок и цилиндров. А оребрение последних вообще чисто символическое.

И это несмотря на высокие степени сжатия, мощность и крутящий момент. Инженеры сочли нужным отводить тепло от наиболее нагретых частей головок цилиндров: полость у выхлопного коллектора и полость под клапанной крышкой, а остальное отдать на откуп воздуху. Так же заметим, что проведенные через цилиндры смазочные каналы для рокеров являются дополнительным охлаждающим элементом. Поршни принудительного охлаждения не имеют. Тепловой зазор между цилиндром и поршнем составляет 0,12 мм. Масляная система имеет два контура и двухсекционный масляный насос (каждая секция работает на свой контур). Первый контур работает на смазку трущихся частей, второй контур работает на охлаждение. Система снабжена масляным термостатом и масляным радиатором, предназначенные для поддержания равномерной температуры масла. В итоге получился неубиваемый мотор, который хрен перегреешь: ни адовые отжиги, ни нагрузка, ни температура окружающего воздуха, все ему нипочем.

Японцы пошли по совершенно другому пути. Они решили обильно орошать все внутренности маслом, как на авиационных моторах времен Второй Мировой Войны.

Обратим внимание на оребрение: равномерное, небольшое, у цилиндров оно сходит на нет. При этом задняя часть рядной четверки явно будет в недостатке охлаждения, скажет диванный скептик. В двигателе применено принудительное охлаждение специальными масляными форсунками наиболее нагретой детали двигателя — поршня. Так же применено принудительное охлаждение маслом полостей под клапанной крышкой. Зазор между поршнем и цилиндром 0,04 — как у водяных моторов.

Так же, как и у BMW, двигатели оснащены двухсекционным масляным насосом и масляная система так же имеет два контура.
Итог: неубиваемый мотор с толстенными гильзами, на котором можно ехать как хочешь и эксплуатировать так, как душе угодно. Ресурс — отнюдь не в пример даже новым Уралам. Перегревы отсутствуют как таковые в принципе. Обладают огромным запасом прочности и в связи с этим пользуются большой популярностью у драгрейсеров.

Читайте также: Накладка круглая под цилиндр

Вернемся к BMW. Модель R1200GS 2014 года. Хитрые и умные инженеры концерна не стали делать полностью водяной мотор, как того многие ожидали, а решили опять же отводить тепло от наиболее нагретых мест: камера сгорания, верхняя часть цилиндров. Остальное охлаждается набегающим потоком воздуха и маслом.

Аналогичная система применяется на болидах формулы-1, где каждый грамм на счету. Писать, что получилось в итоге, думаю будет лишним.

Оппозитный мотор автомобилей Subaru серий EJ выпуска 80х-90х годов.

Применено принудительное охлаждение днищ поршней. На этих же двигателях позднее от масляных форсунок решили избавиться — нафига сейчас ресурс? При этом эти моторы спокойно бегают по 600 тысяч км и совершенно не думают умирать, а бегают они очень и очень бодро. Шланс, привет!))

На этот мотор я обратил внимание не просто так. Возникли вопросы: а не будет ли масло в цилиндры затекать, и не начнет ли мотор его жрать как пьяный динозавр… Инженеры Subaru эти сомнения развеяли.

Ну и напоследок, мотор Honda CBX1100. 6 цилиндровый рядник воздушного охлаждения, явно не изобилующий оребрением. Кстати прет как надо и практически не греется.

А теперь с чем мы вышеописанные конструкции сравниваем.
Мотор Урал 750сс и его производные форсированные собратья.

В стандарте 750ка (825сс) — низкофорсированный маломощный и низкооборотистый (по меркам всяких эрадинов) оппозитный мотор воздушного охлаждения с очень развитым и большим по площади оребрением — не в пример собратьям из европы и страны восходящего солнца. Причем торчащие по бокам «котлы» находятся в очень выгодном положении в плане отвода тепла.
Мною были проведены опыты и дорожные испытания с моторами 750 и 825сс.

Правильно настроенная 750ка не любит стоять подолгу на одном месте в запущенном состоянии — изза отсутствия набегающего потока воздуха мотор быстро нагревается. Очень любит езду на скоростях около 100 км/ч, до 130 км/ч можно ехать довольно продолжительно. Причем после остановки до цилиндров можно дотронуться рукой и держаться, а слюна на ребрах головок будет лениво шипеть. Продолжительная езда на больших скоростях не производилась. Мотор 825сс греется чуть больше 750ки (восприятие субъективное). При превышении скорости в 130 км/ч начинаются интересные вещи. Непродолжительная езда до 160 км/ч безопасна, а при продолжительной изза хорошего охлаждения головок и цилиндров и очень высокой температуры днища поршня начинают появляться задиры и прихваты. До клина дела не доходит, поскольку мотор сразу дает понять, что его перегрели резким падением мощности и скорости. Оба мотора очень не любят низкую скорость и высокую нагрузку. К чему я это пишу? Если вы не рукожоп, ездите тихо и мирно, в мотор в доработке не нуждается — и так все отлично работает. Совсем другое дело, если вы любитель открутить ручку… Тут мы сталкиваемся с проблемой отвода тепла от термонагруженных частей двигателя. В первую очередь — это днище поршня. Во вторую — головка цилиндра. Это означает, про придется организовать отвод тепла наиболее доступным и простым способом от сильно нагретых частей двигателя и температурная стабилизация масла. Конкретно я на своем моторе планирую применить масляные форсунки. Рассмотрим две схемы.
Крепление форсунки снизу.

Читайте также: Замок kale 253 без цилиндра

Плюсы: близко расположенный питающий масляный канал, система не изменяет внешний вид двигателя. Минусы: большая длина форсунки. На определенных оборотах это может сыграть злую шутку — войдя в резонанс попросту отвалиться и наделать в моторе бед. Так же с такой системой масло, вырывающееся из сопла, будет поливать только определенный участок днища поршня (черной стрелкой показан путь масла), а значит оно там будет находиться недолго и не отведет максимум тепла. Такая система была применена на отечественном спортивном оппозитном двигателе с наддувом АС-500К, по который я писал в одной из своих статей тут :
Крепление форсунки сверху.

Плюсы: масло проделает максимальный путь по поршню и снимет максимум тепла , а затем под действием гравитации стечет в поддон. Маленькие габариты самой форсунки. Минусы — сложный подвод охлаждающего масла.
В итоге я решил выбрать второй вариант. У меня высокофорсированный двигатель с высокой степенью сжатия, а установка наддува проблему отвода лишнего тепла делает очень актуальной.

Так же не лишним будет снимать тепло с полости под клапанной крышкой, как это сделано на некоторых вышеописанных конструкциях. Но то отдельная, очень большая тема для размышлений, на данный момент прорабатывается. Всем успехов.

Содержание

Воздушное охлаждение
Виды охлаждения двигателей мотоциклов
Воздушное
Достоинства
Недостатки
Жидкостное
🔍 Видео

Видео:Принудительное воздушное охлаждение для мотоциклаСкачать

Воздушное охлаждение

Поскольку происходит нагрев определенных областей двигателя, для предотвращения деформации рассматриваемых узлов и возможного заклинивания необходимо обеспечить отвод и рассеивание тепла. Тепло естественным образом перераспределяется от горячих к холодным областям; таким образом, тепло, полученное поршнем и клапанами, естественным образом отводится к внешним поверхностям цилиндра и головки цилиндра. Лишнее тепло от этих поверхностей необходимо отвести в воздух (помня, что не всё тепло является лишним, поскольку рабочая температура двигателя должна поддерживаться в оптимальных пределах).

Наилучшим способом организации теплоотвода является оптимизация площади наружной поверхности деталей, так чтобы в воздух отводилось необходимое количество тепла. Этого добиваются путем введения ребер охлаждения на нагретых областях. Если посмотреть на любой двигатель с воздушным охлаждением, то можно сразу заметить, что основная, сильно оребренная область находится в районе головки цилиндра. Поверхность картера не находится в непосредственном контакте с теплом, выделяющимся при сгорании, а следовательно, ей достаточно небольшого оребрения или вообще оно не требуется. В этом случае исключением являются четырехтактные двигатели с «мокрым картером», в которых ребра используются для охлаждения масла, находящегося в поддоне. Принципы воздушного охлаждения были заложены одновременно с первыми мотоциклами, и не сильно изменились за прошедшие годы. Конструктор должен вычислить площадь оребрения для соответствия ее величине отводимого тепла, поэтому оребрение одного двигателя может сильно отличаться от другого. Например, охлаждению двигателя дорожной машины способствует ее движение по отношению к окружающему воздуху. Для спортивных внедорожных мотоциклов это справедливо в меньшей степени, потому что они часто работают в тяжелых условиях и при этом очень медленно двигаются; именно по этому у многих двигателей внедорожных машин сильное оребрение. Вот почему дорожные машины перегреваются, попадая в «пробку». Кроме того, имеется существенное различие в степени оребрения между двухтактными и четырехтактными двигателями: число рабочих ходов в двухтактных двигателях в два раза больше, следовательно, им необходимо более развитое охлаждение. Другой способ реализации воздушного охлаждения — тот, что применяется на двигателях, расположенных вне набегающего потока воздуха, то есть на скутерах Он состоит в том, что над оребренной поверхностью устанавливается кожух, в который по каналу от вентилятора подается воз дух, охлаждающий ребра. Несмотря на то, что часть мощности затрачивается на привод вентилятора, этот способ связывает эффективность охлаждения с частотой вращения двигателя, а не со скоростью движения; следовательно, он более соответствует требованиям охлаждения двигателя. Главный недостаток воздушного охлаждения — широкий диапазон температур воздуха, при которых должна обеспечиваться работа двигателя. При изменении температуры изменяется эффективность охлаждения (коэффициент теплопередачи меняется с изменением перепада температур: чем больше перепад, тем он выше). Проблема изменения степени линейного расширения различных узлов двигателя означает, что допуски при изготовлении должны быть чрезмерно большими. Кроме того, величина тепловыделения больших или форсированных двигателей может иногда оказаться такой, что воздушному охлаждению будет трудно с ней справляться.

Читайте также: Как измерить объем цилиндра в воде

Принудительное воздушное охлаждение, в котором используется приводной вентилятор, в данном случае подходит несколько лучше, но использование вентилятора для охлаждения большого двигателя приводит к излишнему увеличению его веса.

Видео:Принудительное воздушное охлаждение для мотоцикловСкачать

Виды охлаждения двигателей мотоциклов

При сгорании топлива в двигателе мотоцикла выделяется тепло. Большая часть этого тепла рассеивается в окружающую среду. Если процесс отвода тепла неэффективен, мотор быстро выйдет из строя.

Система охлаждения препятствует перегреву и поддерживает оптимальную рабочую температуру двигателя, как правило, на уровне 75—90°. Именно этот диапазон обеспечивает максимально эффективную работу и длительный срок службы мотора. Охлаждение может быть воздушным или жидкостным.

Видео:ДОРАБОТКА ОХЛАЖДЕНИЯ МОТОЦИКЛА/ ТЮНИНГ мотоцикла МИНСК!Скачать

Воздушное

Мотор мотоцикла охлаждается встречным воздухом. Поскольку отвод тепла происходит через поверхность двигателя, её увеличивают с помощью оребрения в наиболее теплонагруженных местах. Рёбра охлаждения располагают на головке цилиндра и цилиндре, а вот на картере, где температуры не такие высокие, они могут отсутствовать.

Если двигатель расположен таким образом, что на него не попадает встречный поток воздуха, для охлаждения используют дефлекторы, перенаправляющие набегающий поток холодного воздуха на двигатель.

Широко применяется практика использования масляных радиаторов, охлаждающих моторное масло, одной из функцией которого является охлаждение деталей двигателя.

Достоинства

Простота и надежность;
Не требует обслуживания;
Воздушная система дешевле жидкостной, что позволяет снизить стоимость мотоцикла.

Недостатки

Возможен перегрев двигателя при долгом простое мотоцикла в пробке и длительном движении с низкой скоростью в жаркую погоду.
Двигатель с воздушной системой охлаждения менее эффективен.
Масло и фильтры придётся менять чаще, чем в случае с водяным охлаждением.
Двигатель с воздушной системой охлаждения обладает меньшим ресурсом.

Видео:Принудительное охлаждение на мопедСкачать

Жидкостное

Принцип охлаждения двигателей мотоциклов по этой схеме такой же, как и у автомобилей. В качестве теплоносителя выступает охлаждающая жидкость — антифриз. Антифриз одновременно оказывает антикоррозионное и смазывающее действие. Воду в системе охлаждения используют только в случае возникновения неисправности и острой необходимости продолжить движение при отсутствии охлаждающей жидкости. При этом в воде не должно быть примесей, и ее необходимо заменить на рекомендованную охлаждающую жидкость в кратчайшие сроки.

Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через каналы в стенках цилиндров и головках цилиндров двигателя, забирает от них тепло и отдаёт его радиатору. Между пластин радиатора проходит набегающий поток холодного воздуха и охлаждает радиатор.

Один из важнейших элементов системы — термостат. Он делит систему охлаждения на два контура – малый и большой. Когда двигатель холодный, клапан термостата закрыт. Циркулирующая при этом охлаждающая жидкость движется по малому контуру. Это позволяет отсечь большой объем охлаждающей жидкости, обеспечивая более быстрый прогрев двигателя. При температуре приблизительно 90° клапан открывается, обеспечивая циркуляцию жидкости по большому контуру и более эффективное охлаждение двигателя.

На радиаторе, как правило, устанавливается вентилятор с электроприводом. Он включается при повышении температуры охлаждающей жидкости. Например, когда мотоцикл движется с низкой скоростью, когда набегающего потока воздуха недостаточно.