Для повышения экономичности и уменьшения количества масла в смеси необходимо проведение достаточно объемных исследовательско-конструкторских работ, на которые требуется много времени. Но есть, по нашему мнению, и другой вариант решения проблемы — создание четырехтактного подвесного мотора на базе узлов и деталей серийных автомобильных двигателей. Большинство этих двигателей имеет удельный расход горючего 220—250 г/л. с.-ч. Благодаря системе смазки, отделенной от топливной системы, количество вредных выбросов раз .в 50 меньше, чем у двухтактных.
Положительные свойства автомобильных двигателей часто используют самодеятельные катеростроители. При установке такого двигателя появляется возможность существенно повысить КПД гребного винта. Диаметр этого винта не ограничивается конструкцией мотора, его можно увеличить до оптимальной величины. За счет применения редуктора можно также снизить частоту вращения винта до 1700—2000 об/мин. Все это позволяет повысить тягу гребного винта катера на 25—30% и получить расход топлива 12—14 л на 100 км пути при средней скорости движения 30 км/ч и загрузке 2—3 чел.
Однако выпускаемые сейчас четырехтактные четырехцилиндровые автомобильные двигатели громоздки, имеют излишне высокую для экономичного катера мощность и большой вес. Они пригодны для установки лишь на относительно тяжелых катерах. Более рационально создать на базе автомобильных двигателей двухцилиндровый подвесной мотор. Такой мотор мощностью 25 л. с. будет наиболее универсален, его можно использовать практически на всех выпускаемых серийных мотолодках. В дсфорсированном варианте (мощность 10—12 л. с.) с удлиненным дейдвудом четырехтактный подвесной мотор удовлетворит всем требованиям владельцев катеров и яхт. Это значит, что мотор можно будет выпускать большими сериями и организовать его безубыточное производство уже при розничной цене 800—900 руб.
Одно только плохо: четырехтактный мотор будет весить не менее 60—65 кг. Лет десять назад такая цифра была бы совершенно неприемлемой и идея создания мотора с удельным весом 2,5—3 кг/л. с. была бы сразу «похоронена». Но в настоящее время такие достоинства, как уменьшение расхода топлива в два раза, а загрязнения водной среды — в 50 раз, на наш взгляд, весомее.
Давайте пофантазируем и представим себе возможную конструкцию мотора. За базовый двигатель можно принять «Москвич-412», объем двух цилиндров которого составляет 740 см3. Степень сжатия, видимо, следует снизить с расчетом на применение более дешевого бензина А-76. Для повышения долговечности двигателя целесообразно ограничиться мощностью 25 л. с., которой соответствует частота вращения коленчатого вала 4000—4300 об/мин. При этом можно ожидать увеличения моторесурса до 600—800 часов. В таком двигателе можно использовать большое количество деталей от базового автомобильного двигателя — поршни, шатуны, кольца, гильзы цилиндров, клапана и многое другое. Это облегчит освоение производства подвесного мотора, его обслуживание и ремонт.
Относительно небольшое число оборотов не только будет способствовать повышению ресурса и надежности двигателя, но и позволит применить более простое «нижнее» расположение распределительного вала, уменьшить на 20—30° фазы газораспределения. Двигатель станет более экономичным, уменьшится его шумность, облегчится ручной запуск. Систему смазки можно сделать такой же, как у автомобильного двигателя — комбинированной, но для охлаждения масла часть картера должна омываться забортной водой.
Систему охлаждения головки цилиндров можно выполнить одноконтурной. Перепад температуры на гильзе у базового двигателя при значительных нагрузках составляет 40— 55°. Чтобы избежать повышенного износа цилиндро-поршневых групп, температура охлаждающей воды должна составлять не менее 60°. В этом случае при охлаждении забортной водой отложение накипи происходит не столь интенсивно. Температуру воды можно регулировать при помощи термостата, открывающегося при 60—65 °С.
Наиболее простая система зажигания — магдино с прерывателем распределителем (или двумя прерывателями), установленным на верхнем конце распределительного вала. Там же можно смонтировать механический ограничитель оборотов. Не представляет большой сложности применение схемы электронного ограничителя оборотов, совмещенного с электронным регулятором опережения зажигания и электронной системой зажигания. В этой же схеме нужно предусмотреть два сигнализатора давления масла и воды в системе охлаждения. После запуска двигателя эти сигнализаторы подключаются к прерывателю и в случае падения давления отключают систему зажигания двигателя.
Запуск двигателя может осуществляться стартером, ручка которого расположена в средней части двигателя. Рядом с ручным стартером целесообразно предусмотреть ложементы для крепления автомобильного электростартера.
Хотя такой двигатель сам по себе имеет шумность меньшую, чем двухтактный подвесной мотор, требуется дополнительно заглушить шумы: в области низких частот — на 20 дб(А), в области высоких — на 30—40 дб(А). Для достижения такого эффекта «головку» мотора необходимо закрывать тщательно загерметизированным капотом трехслойной (сэндвичевой) конструкции. Он состоит из двух З-миллиметровых оболочек из слоистого пластика, пространство между которыми (40—50 мм) заполнено звукопоглотителем. Такой капот весом около 10 кг должен закрывать не только сам двигатель, но и часть дейдвуда. Чтобы уменьшить проникновение шума через канал для прохода воздуха к карбюратору, последний целесообразно выполнить в виде пластинчатого глушителя всасывания. Для удобства запуска и обслуживания переднюю часть капота можно сделать откидной.
Остальные элементы конструкции — дейдвудная часть, редуктор, подвеска — могут быть выполнены по аналогии с современными двухтактными подвесными моторами подобной мощности.
Выпуск такого мотора, несомненно, будет отвечать как интересам водномоторников — уменьшится эксплуатационный расход топлива, так и общества в целом — снизится уровень шумности и выброс углеводородов.
Хотелось бы узнать компетентное мнение по данной проблеме специалистов Министерства автотракторной промышленности, на которое решением Совета Министров СССР возложены функции головного по проектированию и производству подвесных моторов. Тем более, что выше речь шла, об использовании автомобильных двигателей и их узлов.
Из Политехнического словаря:
Двухтактный двигатель
Двухтактный двигатель — двигатель, в к-ром рабочий процесс осуществляется за 2 хода поршня (2 такта), т. е. за 1 оборот коленчатого вала. В отличие от четырехтактного двигателя внутр. сгорания, наполнение цилиндров свежим рабочим зарядом и выталкивание отработавших газов занимают не два отдельных такта, а лишь часть тактов рабочего хода и сжатия. Теоретически Д. д. должен развивать мощность, вдвое большую по сравнению с 4-тактным, однако вследствие ряда причин (несовершенство продувки и др.) выигрыш в мощности не превышает — 50 %, а расход топлива при этом на 15—20 % выше, чем в четырехтактном двигателе. Кроме того, в Д. д. поршневая группа имеет более высокую термическую нагрузку, что снижает надежность двигателя. Поэтому Д. д. легкого топлива строятся лишь на небольшую мощность (мотоциклетные, подвесные для лодок и т. д.).
Четырехтактный двигатель
Четырехтактный двигатель — двигатель, в котором рабочий цикл осуществляется в течение 2 оборотов коленчатого вала, т. е. за 4 последовательности хода (такта) поршня: всасывание в цилиндр свежей смеси (или воздуха); сжатие; рабочий ход, при к-ром происходят сгорание и расширение смеси; выталкивание поршнем из рабочего цилиндра отработавших газов. Т. о., в течение первого и четвертого тактов каждый цилиндр Ч. д. работает как насос, в течение второго — как компрессор и только при третьем рабочем ходе совершает полезную работу.
Комментарий редакции
Подвесные лодочные моторы с четырехтактными двигателями до недавнего времени не имели сколько-нибудь широкого распространения. Во всем мире выпускалось более или менее крупными сериями всего лишь шесть моделей: это английский «Океан» мощностью 4 и 7 л. с.; японская «Хонда» 4,5 и 7,5 л. с.; американские «Биркеты» мощностью 25 и 55 л. с.
Объясняется это положение двумя причинами. Во-первых, четырехтактный двигатель неизбежно получается сложнее по конструкции (и в обслуживании), дороже и тяжелее, чем обычный и привычный двухтактный. Во-вторых, все последние годы — по крайней мере 15 лет — двухтактные моторы интенсивно совершенствовались, иначе они не смогли бы удовлетворять все возрастающим требованиям к их экологической чистоте и экономичности.
Современный лодочный мотор уже немыслим без применения электронных систем зажигания и дозирования масла, количество которого в топливной смеси уменьшилось с 5% в 60-х годах до 1—2% на последних моделях. Благодаря более совершенным карбюрации горючей смеси, петлевым схемам продувки, наличию системы рециркуляции топлива, более надежной работе системы зажигания и отсутствию утечек топлива повысилась эффективность расходования горючего, фактическая мощность на единицу рабочего объема двухтактного двигателя возросла при одновременном снижении его массы. Поэтому потребители сегодня очень тщательно взвешивают все за и против, прежде чем отдать предпочтение имеющему не только плюсы, но и минусы четырехтактному подвесному мотору.
И тем не менее налицо явный прогресс. К началу 1985 г. на мировом рынке появились сразу три новые модели четырехтактных моторов — 9,9-сильная «Ямаха» и две «Хонды» мощностью 2 и 9,9 л. с.
Показательно, что все эти моторы относятся к области невысоких мощностей, для которой экономичность не играет определяющей роли —здесь часовой расход топлива не так уж велик и у двухтактных двигателей. Важнее то, что именно моторы небольшой мощности чаще всего допускаются к эксплуатации на тех закрытых озерах и небольших реках, где особенно остро стоят вопросы охраны чистоты волной среды. И хотя количество масла, заливаемого в бензин, на новых двухтактных двигателях и сведено до минимума, синего шлейфа дыма за лодкой (признак плохого сгорания смеси) оказывается достаточно, чтобы администрация запрещала их использование. К четырехтактным же двигателям, на которых применяется изолированная система смазки, претензий в этом отношении нет.
Показателями экономичности лодочных подвесных моторов могут служить результаты сравнительных испытаний двух моделей моторов «Ямаха» — двухтактного «9,9Д» и четырехтактного «F9,9A» на одной и той же тяжелой водоизмещающей лодке на скоростях 8, 10 и 12 км/ч. Дальность плавания лодки на израсходованный литр горючего с четырехтактным мотором составила соответственно 6,6; 6,6 и 4,2 км/л, с двухтактным — 4,4; 3,8 и 2,8 км/л, т. е. на 34—58 % меньше. Иными словами, на одной канистре бензина лодка с четырехтактным мотором пройдет 84 км, тогда как с двухтактным — всего лишь 56 км.
Отсутствие масла в топливе обеспечивает нормальную длительную работу мотора на малых оборотах (например, при рыбной ловле или буксировке другой лодки), когда свечи двухтактных двигателей «забрасывает» маслом и на электродах образуется слой нагара, вызывающий перебои в работе зажигания.
Отметим еще одно важное преимущество четырехтактных моторов — возможность получения повышенного упора гребного винта, который необходим для движения сравнительно тяжелых водоизмещающих катеров и яхт с небольшой скоростью, 2-сильная четырехтактная «Хонда», например, развивает на швартовах упор, равный 31 кгс, что на 7—8 кгс превышает упор аналогичных двухтактных моторов. Отмечается и несколько меньший уровень шумности четырехтактных двигателей. Правда, эту разницу можно оценить только с помощью измерительных приборов — на слух она не ощутима. Уровень шума тон же 2-сильной «Хонды», замеренный в алюминиевой лодке, составляет 84 дб(А); за кормой — 72 дб(А).
Наконец, важным качеством четырехтактною двигателя является существенно больший моторесурс — примерно в пять раз выше, чем у двухтактного. А это значит, что его владельцу придется затрачивать меньше средств на запасные части и ремонт и эта сумма экономии приплюсуется к экономии средств на приобретение горючего.
Учитывая преимущества четырехтактных двигателей, еще в начале 70-х годов конструкторы Ульяновского завода малолитражных двигателей выполнили инициативную разработку отечественного лодочного подвесного мотора с таким двигателем. Первые испытания рассчитанного на перспективу опытного образца четырехтактного двухцилиндрового «Ветерка-18» с рабочим объемом около 400 см3 проходили в 1971 г. на соревнованиях на приз «Катеров и яхт» в Бирштонасе. В часовой гонке на экономичность мотолодка «Ока» с этим мотором прошла 35,5 км, расход топлива составил 4,85 л. В пересчете на удельные показатели это соответствует расходу горючего 2о0 г/л.с.-ч или дальности плавания 7,3 км/л. Аналогичные показатели для двухтактного «Нептуна» (18 л. с.), установленного на «Казанке», составили 400 г,л. с.-ч и 5 км/л. Цифры эти получены во время гонки со всеми неизбежными при этом помехами и случайностями, тем не менее они достаточно точно отражают разницу в экономичности обоих типов двигателей.
Конструкторы «Ветерпа-18» выбрали оппозитное (один против другого) расположение цилиндров, применяемое на некоторых типах мотоциклетных двигателей. Это обусловило довольно большие габариты «головки» мотора. Слишком велик оказался и вес опытного образца: применялись литые детали, изготовленные по упрощенной технологии с ручной формовкой по моделям. Требовались доработка системы шумоглушения двигателя, доводка системы смазки. Но к этому времени завод получил очень напряженное задание по выпуску двигателей для вездеходов «УАЗ». Перспективная, но требующая дальнейшей углубленной разработки модель подвесного мотора в программу предприятия уже не вписалась и не была доведена до выпуска серийных образцов.
Заметим попутно, что на чертежных досках ульяновских моторостроителей тогда можно было видеть чертежи высокоэкономичного и экологически чистого четырехтактного подвесного мотора мощностью уже 40 л. с. Наверняка сейчас этот мотор пользовался бы огромным спросом среди любителей высоких скоростей. При такой мощности четырехтактный двигатель давал бы ощутимою экономию горючего, особенно в сравнении с двухмоторной установкой (2х«Вихрь» или 2х«Нептун-23»), которую приходится использовать на крупных глиссирующих мотолодках. Мотор удовлетворил бы и потребности многих спортивных и хозяйственных организаций, вынужденных использовать ныне катера со стационарными бензиновыми двигателями «М8ЧСПУ-100» мощностью 90 л. с. В большинстве случаев такая мощность чрезмерно высока и обусловливает большой расход лимитируемого бензина. Не случайно же спрос на такие катера за последние три года заметно упал, все озабочены заменой карбюраторных двигателей более экономичными дизелями.
Предлагаемое Б. Синильщиковым конструктивное решение двухцилиндрового четырехтактного подвесного мотора на базе автомобильного двигателя, безусловно, представляет интерес. Однако, по нашему мнению, освоение такого мотора в серийном производстве и сбыт его встретят серьезные трудности из-за высокой цены (вряд ли серийность сразу же будет достаточно большой, чтобы установить приемлемую розничную цену), значительного веса и связанных с этим неудобств в эксплуатации, затруднений в обеспечении завода специальными комплектующими изделиями (карбюратором, системой зажигания и г. п.) в «Судовом» их исполнении.
Представляется более реальным создание лодочного мотора малой мощности на базе четырехтактных двигателей, осваиваемых промышленностью для выпуска минитракторов. Например, на базе мотоблока «Супер-600» мощностью 6—7 л. с. или двигателя мощностью 4—5 л. с., выпускаемого Пермским производственным объединением «Моторостроитель» — предприятием, заслужившим добрую славу среди потребителей подвесных моторов «Вихрь» Использование этих двигателей позволит создать экономичные моторы для лодок и яхт с минимальными затратами.
Пользуясь случаем, познакомим читателей с техническими данными современных четырехтактных подвесных моторов (см. таблицу).
Японская фирма «Митсуи», начавшая производство таких моторов в 1972 г., выпускает теперь четыре модели моторов «Хонда» мощностью от 2 до 9,9 л. с.
2-снльная модель имеет одноцилиндровый двигатель с воздушным охлаждением цилиндра и водяным охлаждением выхлопа, с обычным магнето в системе зажигания. Бензобак емкостью 1 л встроен в капот. Этого количества достаточна, чтобы легкая 3-метровая лодка прошла 7,5 км; часовой же расход горючего составляет всего 1,3 л. Мотор поворачивается вокруг вертикальной осн подвески на 360°, чем обеспечивается задний ход. Вес его всею на 1,5—2,5 кг больше, чем 2-силъного мотора с двухтактным двигателем, но стоит он в 1,5 раза дороже.
Так же как и остальные модели, мотор работает на автомобильном бензине с октановым числом 90. Масло (0,4 л) заливается в картер и подлежит замене через 100 ч работы мотора или по прошествии 6 месяцев. Контроль уровня масла осуществляется через пластиковое окошечко и мерным футштоком.
Остальные моторы «Хонда» имеют два цилиндра, водяное охлаждение, электронную систему зажигания, полный реверс (передний ход — нейтраль — задний ход). Питаются они от отдельного бака емкостью 13 л.
Отличительной особенностью всех этих четырехтактных моторов является распределительный механизм с тарельчатыми впускными и выпускными клапанами, расположенный на самой головке блока цилиндров. Передача вращения на вертикальный кулачковый распределительный валик осуществляется от коленвала двигателя через зубчатый нейлоновый ремень. Смазка деталей двигателя производится от масляной циркуляционной системы, включающей бачок, шестеренчатый насос и фильтр-холодильник, охлаждаемый забортной водой. Нужная температура воды в системе охлаждения регулируется при помощи термостата. В масляной системе предусмотрена аварийная сигнализация (зеленая лампочка), срабатывающая при падении давления масла ниже определенного значения. При этом одновременно срабатывает устройство, автоматически сбрасывающее число оборотов двигателя до 2000 об/мин. Это дает водителю какое-то время для маневрирования, чтобы, например, сойти с пути крупных судов или же подойти к берегу.
Моторы «Хонда» имеют вспомогательное оборудование, аналогичное двухтактным моторам: генераторные катушки, дающие ток мощностью 60 Вт напряжением 12 В, выпрямитель тока, приспособление для резки лески, наматывающейся на гребной винт, магниевые протекторы для защиты подводной части от коррозии и т.п. В серийном исполнении моторы имеют ручной запуск, но по специальному заказу поставляются и с электростартером. Интересной деталью «Ямахи» является крепление рукоятки реверса на румпеле близ рукоятки газа, здесь же размещена кнопка «Стоп». При необходимости пульт управления может быть снят с румпеля и установлен в кокпите или на румпеле яхты, при этом требуется лишь заменить тросик в боуденовской оболочке на более длинный.
Часовой расход горючего на полной нагрузке и максимальных оборотах коленвала у «Хонды-100» и «Ямахи-9,9» практически одинаков — 2,80—2,85 л.