Это красный участок в верхней части тахометра, за который не стоит выходить. Но что произойдет, если вы все же дойдете до красной черты, и зачем вообще мотоциклам потолок оборотов?
Ограничения оборотов существуют по той же причине, что и ограничения скорости, потому что за пределами определенной скорости с большей вероятностью могут произойти плохие вещи. В то время как в двигателе слишком большая скорость компонентов может привести к катастрофической поломке.
Детали поршневого двигателя, такие как поршень и шатун, обладают массой, а значит, инерцией и импульсом, что означает, что они будут сопротивляться изменениям скорости и направления. Поэтому чем выше обороты двигателя, тем сильнее поршень пытается слететь с пальца, а шатун - оторваться от кривошипа. И в какой-то момент они это сделают. Металл устанет, и двигатель превратится в металлолом.
Трудно представить, что прочные металлические детали просто сдадутся и сломаются, но подумайте о поршнях мотоцикла Honda CBR600RR. На предельных оборотах, в районе 15 500 об/мин, каждый поршень развивает максимальную скорость почти 120 км/ч. Он разгоняется от мертвой точки в нижней части хода до 120 км/ч где-то на середине 43-милиметрового хода, и делает это всего за 0,002 секунды. Затем он снова полностью останавливается в верхней точке хода примерно за такое же время.
Это мгновенное ускорение придает поршню более 1700 G, поэтому, хотя в состоянии покоя он весит всего 115 грамм, при изменении направления движения поршня на предельных оборотах, которое он совершает 500 раз в секунду, нагрузка на него составляет около 204 кг. Это столько же, сколько весит весь мотоцикл! Учитывая это, легко понять, как трудно будет удержать все вместе.
Конечно, компоненты нижней части двигателя можно усилить и облегчить, чтобы они могли работать на больших оборотах, но есть и другие области двигателя, где инерция покажет себя во всей красе. А именно, клапанный механизм.
В четырехтактном двигателе клапаны в головке блока цилиндров управляют потоком топлива и воздуха в цилиндр и потоком выхлопных газов наружу. Клапаны открываются распределительным валом и закрываются пружиной или набором вложенных друг в друга пружин. Благодаря давлению, которое оказывают пружины, клапан всегда следует за движением кулачка и возвращается в закрытое положение.
Однако при достаточно высоких оборотах двигателя импульс компонентов клапанного механизма - клапанов, коромысел, ковшей и т. д. - может оказаться слишком сильным, чтобы пружины могли его преодолеть, и движение клапана может не следовать за движением кулачка.
Это называется поплавком клапана, и это плохая новость, потому что если клапан остается открытым достаточно долго, он может соприкоснуться с поршнем, когда тот поднимается в цилиндре. И вы можете догадаться, как это происходит. Так что поплавок клапана - еще одна важная причина, по которой двигатели имеют красную полосу.
Есть двигатели, например, десмодромные моторы Ducati, которые не полагаются на пружины клапанов. В двигателе Desmo отдельное коромысло заставляет клапан закрываться, поэтому плавание клапана невозможно. А в двухтактных двигателях даже клапаны не плавают, и, тем не менее, и у Desmo Ducatis, и у двухтактных двигателей с кольцевым приводом все равно есть предельные обороты, потому что другие их детали, совершающие возвратно-поступательные движения, не могут избежать законов физики.
Хорошо, поэтому у каждого двигателя - четырехтактного или двухтактного, desmo или с обычной пружиной клапана - есть красная полоса. Но почему на разных мотоциклах эти предельные значения так отличаются? Например, у Harley Street Glide предел оборотов составляет 5 500 об/мин, в то время как CBR раскручивается до 15 000 об/мин.
Возвращаясь к вопросу о плавании клапанов, следует отметить, что в конструкции клапанных механизмов этих двигателей есть существенные различия. Honda имеет верхнюю конструкцию кулачков; кулачки расположены в головке и воздействуют непосредственно на клапаны. Здесь не так много деталей, а значит, меньше вес, меньше инерция, с которой приходится иметь дело, и двигатель может крутиться быстрее, прежде чем возникнет проблема со всплытием клапанов.
С другой стороны, толкающий клапанный механизм Harley имеет больше деталей: толкатели, шатуны и коромысла, в дополнение к клапанам и пружинам. Это гораздо большая масса, которой нужно управлять, что ограничивает скорость вращения двигателя до появления проскальзывания клапанов.
Кроме того, существует скорость поршня, которая пропорциональна его ходу. Чем длиннее ход поршня, тем выше пиковая скорость поршня при заданных оборотах двигателя. Так что на предельных оборотах поршень этого Street Glide развивает максимальную скорость около 103 км/ч, что не намного медленнее, чем у CBR на 15 500 об/мин. Именно поэтому у спортбайков и всех мощных двигателей короче ход поршня, чтобы они могли развивать большие обороты и выдавать больше лошадиных сил.
Есть и другие факторы, которые могут ограничить предельные обороты двигателя, например, конструкция впускного и выпускного трактов, а также скорость сгорания топлива, но в целом инерция поршневых деталей - это то, что определяет порог безопасной работы любого конкретного двигателя.
Если все это заставляет вас беспокоиться о том, что вы можете случайно взорвать двигатель, дав ему слишком много газа, не переживайте. Большинство современных мотоциклов оснащены ограничителями оборотов, которые отключают подачу топлива или искру, чтобы поддерживать обороты на безопасной скорости, и производитель обычно закладывает довольно большой запас.
Тем не менее, ограничитель оборотов служит для безопасности двигателя, а не для развлечения на светофорах или байк-вечеринках. Так что наслаждайтесь оборотами, которые может предложить ваш двигатель, а это все до ограничителя оборотов, но не держите его на таком высоком уровне без необходимости.
• Brand store: Москва, ш. энтузиастов 74/2
• Ровной дороги. Команда Hyperlook
Фирменная мотоэкипировка: www.hyperlook.ru
Наш Telegram-канал.
