Серед мотоциклетних моторів немає однієї універсальної схеми, оптимальної для всіх типів техніки. Завдяки цьому світ двигунів великий і різноманітний. У всьому цьому різноманітті самими загадковими є оппозітниє двигуни - їх можна вважати як рядними, так і V-подібними з кутом розвалу 180 °.
Одноциліндровий двигун не урівноважений під силу інерції обох порядків. На сучасних «одностволку» часто застосовується одновальний врівноважує механізм. Також варто відзначити, що в моторах Suzuki DR Big 750 і 800 використовувався двовальний механізм урівноваження з ланцюговим приводом, але така схема не набула поширення.
Справедливо буде сказати, що по врівноваженості вони ближче саме до рядним моторам, так як осі всіх циліндрів у них також знаходяться в одній площині. Якщо подивитися на рядні двигуни, то можна виділити всього п'ять схем, які врівноважені якісно краще, ніж всі інші.
Двоциліндровий двигун з кутом між шатунними шийками 180 ° і опозитний двигун динамічно врівноважені однаково: повністю врівноважені під силу інерції першого порядку і моменту від сил інерції другого порядку. Залишаються неврівноваженими момент від сил інерції першого порядку і сили інерції другого порядку. У опозитного мотора завдяки відсутності середньої корінний шийки момент від сил інерції першого порядку приблизно в три рази менше, ніж у «рядник». Врівноважуються такі мотори однаково: два одновальних механізму об'єднані загальним балансирним валом з противагами, розгорнутими на 180 °. Моменти від застосування одновальних механізмів взаємно компенсуються. У Kawasaki ER-6 / Versys балансовий вал розташований перед коленвалом, а на моторах BMW серії R балансовий вал проходить через вал приводу ГРМ.
На першому місці знаходяться повністю врівноважені рядна і опозитний «шістки». Друге місце займають врівноважені за первинними вібрацій рядна і опозитний «четвірки» з «плоским» колінчастим валом (коли осі шатунних шийок лежать в одній площині). Третє місце займає рядна «четвірка» з «хрестоподібним» колінчастим валом, повністю врівноважена по вторинним вібрацій.
У двоциліндровому моторі з співвісним розташуванням шатунних шийок моменти від сил інерції обох порядків взаємно компенсуються, а ось сили інерції обох порядків складаються. На сучасних двигунах для врівноваження застосовується двовальний механізм. Як виняток можна привести мотор Kawasaki W800, який врівноважується одновальним механізмом: мабуть, силовий агрегат в стилі ретро все-таки повинен трястися.
Врівноваженість всіх інших рядних двигунів можна описати наступною фразою - чим краще мотор урівноважений під силу інерції будь-якого порядку, тим гірше він урівноважений по моменту від цих сил. Саме незавидне становище у пятицилиндрового двигуна, так як, не маючи ніяких переваг по врівноваженості, він складніше, важче і довше чотирициліндрового.
Псевдо-V-подібний двигун з черговістю роботи циліндрів 270 ° -450 ° частково неврівноважений під силу інерції першого порядку, а також по моментам від сил інерції обох порядків. На схемах врівноваження показані положення максимумів сил і моментів. У всіх двигунах такої схеми, наприклад, Yamaha TDM і Triumph Thunderbird 1600, є два балансирних вала, які разом з противагами на щоках клонували утворюють двовальний врівноважує механізм для кожного циліндра. Противаги на балансирних валу також розгорнуті на 270 °.
Мабуть, саме з цієї причини рядні «п'ятірки» так і не змогли знайти собі місце в світі мотоциклетних моторів. V-подібний двигун можна розглядати як два рядних, розташованих під кутом один до одного і мають загальний коленвал.
Трициліндровий двигун самоуравновешен під силу інерції обох порядків, але при цьому не урівноважений по моментам від цих сил. При врівноважені усувається момент від сил інерції першого порядку, який досягає максимуму на 30 ° повороту колінчастого раніше, ніж поршень першого або третього циліндра приходить в ВМТ, при цьому величина сил інерції першого порядку становить 86% від амплітуди (cos30 ° = 0,86) . Виходячи з цього, сили інерції першого порядку крайніх циліндрів врівноважуються в повному обсязі, а балансовий вал, який утворює разом з противагами на щоках крайніх циліндрів два одновальних механізму, випереджає колінчастий на 30 ° повороту цього ж клонували. А тепер найцікавіше: з введенням врівноважує механізму двигун перестає бути врівноваженим під силу інерції першого порядку, так як крайні циліндри вже не повністю врівноважують сили інерції першого порядку середнього. Але не варто забувати, що застосування додаткових противаг на щоках середнього циліндра дозволяє послабити його вібрації вдвічі. В результаті двигун за повне урівноваження по моменту від сил інерції першого порядку розплачується невеликий неврівноваженістю від поступально рухомих мас деталей КШМ середнього циліндра. Загальна вібронагруженность знижується. На Triumph Speed Triple балансовий вал розташований перед двигуном, а на Rocket III - справа.
При цьому сили і моменти інерції для кожного ряду підсумовуються. Вибір кута розвалу V-образного двигуна - складна інженерна задача. При малому куті розвалу (45 ° -50 °) мотор виходить компактним, але погано врівноваженим, а у двигунів з 90-градусним кутом між циліндрами все навпаки.
Рядна «четвірка» з «плоским» валом врівноважена точно так же, як і чотирициліндровий оппозіт: сили інерції першого порядку, а також моменти від сил інерції обох порядків повністю самоуравновешени. Залишаються тільки сили інерції другого порядку. Для їх усунення потрібен механізм Ланчестера другого порядку. Як приклад, наводиться мотор Yamaha FJR1300, в якому в якості паразитного шестерні використовується додатковий зубчастий вінець на кошику зчеплення. Але з таким самим успіхом може застосовуватися і самостійна паразитная шестерня.
Якщо в двигуні більш одного циліндра, то, крім сил інерції, виникають ще й моменти від цих сил. Розглянемо виникнення моментів від сил інерції обох порядків на прикладі поперечного двоциліндрового двигуна з шатунними шийками через 180 ° (як на Kawasaki Versys).
Почнемо з сил інерції першого порядку. Для початку проаналізуємо врівноваженість при положенні поршнів в мертвих точках. Коли поршень лівого циліндра знаходиться в ВМТ, а правого - в НМТ, момент від виникає пари сил викликає нахил мотоцикла на правий бік, цей напрямок назвемо позитивним.
Через половину обороту, коли лівий поршень знаходиться в НМТ, а правий - в ВМТ, момент сил інерції першого порядку нахиляє мотоцикл на лівий бік, цей напрямок будемо вважати негативним.
У всіх проміжних точках значення і напрям моменту визначається величиною і напрямком векторів PI = CI * cos. Тепер найскладніше. Це означає, що при обертанні лівого циліндра від -90 ° до ВМТ і 90 ° після неї момент буде позитивний, а від 90 ° до 270 ° - негативний.
У точках 90 ° і 270 ° повороту колінчастого вала (ПКВ) момент дорівнює нулю, так як PI = 0, і в цих точках відбувається зміна знака моменту. Моменти від сил інерції другого порядку при такій схемі клонували в будь-який момент часу взаємно компенсують один одного. А ось сили складаються.
Чотирициліндровий двигун з хрестоподібним коленвалом, встановлений на новій Yamaha R1, неврівноважений тільки по моменту від сил інерції першого порядку. Так як через різної відстані від центру коленвала вклад «внутрішніх» циліндрів менше, ніж «зовнішніх», то цей момент досягає максимуму приблизно через 18 ° і 198 ° повороту колінчастого вала після проходження четвертим циліндром ВМТ. Для його усунення застосовується один балансовий вал з противагами, розгорнутими на 180 °, що взаємодіє з противагами на щоках усіх чотирьох циліндрів. В результаті мотор повністю урівноважений.
Шестициліндрові двигуни, як рядні, так і оппозітниє, повністю самоуравновешени за всіма чинниками. А коли початкова конструкція досконала, то в неї нічого додавати не треба.
Часто на V-Твін свідомо відмовляються від балансирних валів, щоб зберегти «позитивні вібрації».
Двоциліндрові двигуни з кутом розвалу циліндрів від 45 ° до 52 ° широко поширені на круизерах. З усіх V-образних двигунів вони самоуравновешени гірше всіх. Для боротьби з вібрацією мотоцикла застосовуються два способи: кріплення мотора в рамі через сайлент-блоки або - кардинальний - установка двох балансирних валів. Обидва варіанти застосовують інженери компанії Harley-Davidson - ікони чопперостроенія. У таких моторах, як Twin Cam 88B і Twin Cam 96B, індекс B означає наявність двох балансирних валів. Модифікації цих же моторів без балансирних валів, встановлені через сайлент-блоки, створюють легендарну, лише трохи демпфірованного тряску великого залізного мотоцикла.
V-твіни з кутом розвалу циліндрів 60 ° поширені на мотоциклах спортивного типу. Такий двигун краще самоуравновешен, ніж 45-градусний, але не набагато. У двигун Harley-Davidson V-Rod німецькі інженери для зменшення вібрацій поставили один балансовий вал.
При вугіллі розвалу 75 ° мотор добре самоуравновешен. При застосуванні на круїзері, наприклад, Yamaha XVS1100, в балансирними валі немає необхідності. А на спортбайке KTM RC8 один балансовий вал розташовується в розвалі блоку циліндрів. У двигуні LС8 балансовий вал застосовується також для приводу механізмом ГРМ обох циліндрів і помпи рідинного охолодження.
Двоциліндровий двигун з кутом розвалу 90 ° повністю урівноважений під силу інерції першого порядку. З усіх V-образних агрегатів цей мотор урівноважений краще за всіх. Двигун Moto Morini Corsa Corta з кутом розвалу циліндрів 87 ° самоуравновешен практично так само, як і при прямому куті між циліндрами.
V-подібні «четвірки» з кутом розвалу менше 90 ° досить рідкісні. З поширених можна згадати Yamaha V-Max і Yamaha Royal Star. Для врівноваження такого мотора оптимальним є колінвал з розташуванням шатунних шийок через 180 °, так як в цьому випадку можна застосувати загальний балансовий вал для обох блоків. Моменти від застосування одного балансирного вала в обох блоках будуть виникати в протифазі і, відповідно, врівноважувати один одного.
У V-образних «четвірок» з прямим кутом між блоками є два варіанти клонували - з шатунними шийками на одній осі або через 180 °. Незважаючи на відмінності в конструкції коленвала, ці двигуни самоуравновешени однаково: врівноважені під силу інерції першого порядку, але не врівноважені під силу інерції другого порядку. Для їх врівноваження застосовується механізм Ланчестера, який використовується зазвичай в рядних двигунах. Як приклад можна привести двигун спорт-турера Honda ST1300.
Ми розібрали класичні випадки врівноваження багатоциліндрових двигунів. А про екзотичні конструкторських рішеннях поговоримо наступного разу.
Першу частину читай тут
