Многие годы устранение конструктивных недостатков моторов "Вихрь" было массовым народным творчеством. В меру своих способностей участвовал в этом и я. Около двадцати моих статей на эту тему было опубликовано в "КиЯ". Со временем понял, что терапия здесь не поможет — нужно хирургическое вмешательство. Опыт компании "ДСК", являющейся в числе прочего официальным дилером производителя "Вихрей" — завода им. Фрунзе (ОАО "СКБМ"), свидетельствовал, что потребителям нужно предлагать более надежную и качественную технику. Это и привело к появлению подразделения, довольно редкого для торговой и сервисной фирмы — собственного конструкторского бюро, способного решать задачи в области двигателестроения.
Некоторые работы закончены, другие — в успешном заделе. Среди законченных — подвесной лодочный мотор мощностью 40 л. с., известный "в миру", в интернете и на страницах специальных журналов как "Изделие-40". Напомню, что к усовершенствованному "Вихрю" нами предъявлялись следующие основные требования:
- более высокая мощность и приемистость;
- работа на доступном 76-м бензине;
- уверенный запуск в любых погодных условиях;
- устойчивые минимальные обороты холостого хода;
- простое, надежное и удобное управление реверсом;
- простота обслуживания.
В статье "Вихри" враждебные" мы определили три этапа будущей модернизации и отразили результаты первого их них. Второй и третий этапы подверглись некоторой корректировке по времени и содержанию и подробно отражены в нынешнем отчете.
Первая и вторая компоновки
После проведения в течение 25 часов испытаний на гидравлической ванне и электрической тормозной установке в ОАО "СКБМ", опытный мотор первой компоновки имел следующие отличия от обычного серийного "Вихря" с ручным запуском:
- картер с разъемом вдоль оси (поковка с последующей токарной и фрезерной обработкой);
- коленвал штатный с вытеснителями;
- центральная опора с двумя подшипниками №207 и уплотнением манжетами каждого картера;
- клапанный впуск в каждый картер;
- два беспоплавковых карбюратора, установленных справа по ходу движения;
- два штатных топливных насоса;
- два пусковых устройства (шибер-корректор и впрыск топлива за дроссельную заслонку).
После испытаний мотор был разобран для проверки состояния узлов и деталей. Отклонение контрольных размеров от величин, замеренных при первичной сборке, зафиксировано не было. Осевой зазор коленвала составил 0.05 мм, а неприлегание пластинчатых клапанов — в пределах 0,05-0,1 мм, что не выходило за рамки нормы. В местах установки паронитовых прокладок по их торцам кое-где было замечено масляное отпотевание.
К сентябрю 2003 г. были изготовлены:
- головка блока цилиндров новой конструкции;
- узел "распределенного" выхлопа;
- блок контрольно-измерительных приборов.
Кроме того, с учетом пожеланий участников интернет-обсуждений, которых мы регулярно знакомили с ходом работ, была разработана новая схема сброса топлива из беспоплавковых карбюраторов, снимающая ограничения по расположению топливного бака.
По ряду организационных причин испытания второго этапа (сентябрь 2003 г.) пришлось проводить на лодке "Темп", где опытный мотор работал в паре с обычным "Вихрь-30". Говорить в этом случае о чистоте эксперимента трудно. Посоветовавшись, решили, что если эффект есть, он все равно будет виден. Вначале испытывался мотор первой компоновки, дополнительно оснащенный штатным электрозапуском и блоком контрольно-измерительных приборов. Опытный мотор "раскручивался" до 5400 об/мин, температура блока головки цилиндров не превышала 70°С. Замеры оборотов и температуры на серийном "Вихрь-30", работающем в паре, не делались. Винты на обоих моторах стояли штатные, шагом 285 мм. Были сделаны четыре заезда с "площадками" максимальной мощности по 10 мин. Затем на опытный мотор была установлена головка блока цилиндров новой конструкции, элементы новой системы сброса топлива из беспоплавковых карбюраторов, а также после доработки корпуса редуктора, детали "распределенного" выхлопа — щелевые дефлекторы, расположенные выше антикавитационной плиты. В таком исполнении он классифицирован нами как мотор второй компоновки. От первой его отличают следующие узлы и детали:
- головка блока цилиндров новой конструкции;
- узел "распределенного" выхлопа;
- сброс топлива из беспоплавковых карбюраторов штатным бензонасосом;
- блок контрольно-измерительных приборов;
- штатный электрозапуск "Вихрь-30".
обеспечивает равномерное, обильное охлаждение камер сгорания и возможность приборного контроля температуры. Конструкцией камеры сгорания не предусмотрено дополнительное закручивание топливно-воздушной смеси, оно обеспечивается более высокой (по сравнению с "Вихрь-30") ее скоростью при продувке (давление в картере "Изделия-40" — 1.6 атм против 1.2 атм у серийного мотора), что исключает потери на трение и за-коксовывание, свойственные "вихревым" головкам со специальной нарезкой поверхности камеры сгорания. Головка для возможности установки на двигатель "Вихрь-30" любого года выпуска, контроля и очистки водяной полости, максимального снижения затрат на ее изготовление выполнена разборной, из двух частей — с отдельной головкой и крышкой. Заготовкой служит штатная головка блока "Вихрь-30", крышка — оригинальной конструкции, изготовлена из сплава АМг-6 точением и фрезерованием (в серийном производстве ее предполагается изготавливать литьем). Герметичное соединение крышки с головкой и блоком цилиндров обеспечивается шпильками и гайками штатной головки "Вихрь-30" (рис. 1). Кстати, приносим извинения за неважное качество некоторых снимков — использовать в ходе работ профессиональную фотоаппаратуру удавалось далеко не всегда.
Штатный выхлопной патрубок срезается заподлицо с нижней поверхностью антикавитационной плиты, в боковинах над антикавитационной плитой слесарно подготавливаются прямоугольные пазы длиной 160 мм и высотой 15 мм. В них вставляются и закрепляются детали узла, в место среза выхлопного патрубка устанавливается и закрепляется заглушка (рис. 2).
Удаление выхлопного патрубка из потока за винтом существенно уменьшает гидродинамическое сопротивление подводной части, а выхлоп через 26 сопл, расположенных под определенным углом к направлению движения обтекающей воды, уменьшает сопротивление трения подводной части на уровне пограничного слоя и улучшает очистку цилиндров от выхлопных газов (эффект выхлопа в среду с меньшим давлением). Дробление мощной газовой струи на 26 мелких существенно снижает уровень шума выхлопа. Конструкция распределенного выхлопа защищена патентом.
В моторе первой компоновки обратный сброс топлива предусматривался самотеком в бак. Такая схема возможна, если бак расположен возле транца и достаточно низко. А если бак находится в любом другом месте лодки? Такой вопрос, кстати, часто задавали посетители интернет-форумов.
В моторе второй компоновки удаление излишков топлива обратно в бак осуществляется штатным топливным насосом. В топливной системе "Изделия-40" первой и второй компоновок насосов два. Испытания показали, что система циркуляции топлива отлично работает с одним насосом, поэтому второй можно использовать для сброса топлива в бак, что и сделано на моторе второй компоновки.
За основу взят автомобильный маршрутный компьютер МК-05, объединяющий следующие индикаторы:
- тахометр с измерением частоты вращения до 9000 об/мин точностью ±10 об/мин, снабженный сигнализатором превышения ее определенной величины;
- вольтметр с функцией постоянного контроля напряжения бортовой сети;
- часы с таймером времени в пути, секундомером и будильником;
- указатель температуры, работающий в паре с автомобильным датчиком (ВАЗ 2106-2108), для контроля температуры головки блока цилиндров.
Приборы смонтированы в малогабаритном корпусе из алюминиевого сплава, где установлены также два тумблера для включения зажигания и стартера (рис. 3). Корпус имеет специальные стойки, позволяющие монтировать прибор на горизонтальную или вертикальную плоскость под любым углом. Блок можно включать в электросхему моторов как с электрозапуском, так и с ручным стартером.
Ходовые испытания мотора второй компоновки
Перед испытаниями в оба карбюратора были установлены штатные жиклеры "Вихрь-30" (3.150-004, диаметром 1.5 мм). Работу мотора с этими жиклерами решили принять за точку отсчета при дальнейшей доводке. При испытаниях мотора второй компоновки были выполнены четыре заезда с "площадками" максимальной мощности по 10 минут.
Вот некоторые выводы, сделанные по результатам испытательных заездов.
Частота вращения коленвала на полном газу составила 5600 об/мин против 5400 у мотора первой компоновки. Здесь сказался эффект от "распределенного" выхлопа и головки блока цилиндров новой конструкции. Уровень шума на слух существенно ниже (замерить его специальным прибором, к сожалению, не было возможности). Температура головки блока цилиндров при 54005600 об/мин составила 50°С, т.е. понизилась по сравнению с мотором первой компоновки на 20°С. Головка полностью герметична по газовому и водяному разъемам.
Сброс обратного топлива штатным бензонасосом обеспечивал надежную работу беспоплавковых карбюраторов при любом расположении топливного бака.
Отклонений в системе зажигания (магнето МБ-22) при продолжительной работе двигателя на 5400-5600 об/мин зафиксировано не было.
Двигатель легко пускался и уверенно держал обороты холостого хода в пределах 1000-1050 об/мин, при том, что норма для "Вихрь-30" — 1500-1800. На всех режимах мотор работал ровно, без заметной вибрации.
Мотор третьей компоновки
К осени 2004 г. были разработаны и изготовлены следующие узлы:
Изготовлены литьем. Впускные патрубки карбюраторов и одна из половинок картера соединяются сваркой, что обеспечивает уменьшение перепада температур по картеру, а также высокую чистоту и герметичность впускного тракта, не говоря уже об исключении прокладок, шпилек, гаек и т. д. Перенос впускных патрубков на левую по ходу сторону устраняет сложную инертную систему привода дроссельных заслонок моторов первой и второй компоновок, улучшает разгонные характеристики и пуск двигателя после подъема "горячего" мотора. Корпус картера расточен в сборе, с одной установки, под четыре подшипника № 207.
Центральная опора — два подшипника № 207 с уплотнением автомобильными манжетами каждого картера. Верхняя и нижняя опоры — подшипники № 207, во внутреннее кольцо которых запрессованы втулки с внутренним диаметром 25 мм. Верхняя манжета от "Вихрь-30" запрессована в съемную крышку картера (во втулку платы зажигания), две нижние манжеты диаметром 15 мм — тоже штатные. Новые картер и коленвал показаны на рис. 4. Головка блока цилиндров (рис. 5). Диаметр цилиндра — 76 мм, объем цилиндра — 272 см3, суммарный объем цилиндров — 544 см3. По сравнению с серийным мотором изменена геометрия и конструкция третьего продувочного канала. Поршни и кольца (рис. 6). Основа — автомобильный поршень номинального диаметра 76 мм. Главные его преимущества — высокое качество и низкая цена, а также возможность использовать унифицированные поршневые кольца лучших мировых производителей. Подшипник верхней головки шатуна — штатный игольчатый, поршневой палец тоже "вихревский", но применены оригинальные втулки-переходники. Стопорных колец нет, осевое перемещение пальца ограничивается втулками.
Топливная система может быть выполнена по двум схемам. Первая — с блоком беспоплавковых карбюраторов и двумя топливными насосами, один из которых служит для подачи топлива, а другой — для осуществления циркуляции топлива без сброса в бензобак (рис. 7). Вторая схема более традиционна, с привычными поплавковыми карбюраторами и одним топливным насосом, хотя и измененной пусковой системой (рис. 8). Как показали испытания, обе полностью работоспособны и имеют право на жизнь. Решение об использовании той или иной схемы — за будущим производителем.
Узел позволяет разделить выпускные каналы цилиндров, начиная от выпускных окон, и выполнить выпускные каналы до входа в дейдвуд одинаковой оптимальной длины (рис. 9). Узел изготовлен фрезерованием (в серийном производстве — литье) из сплава АМг-6, доступ к закрытым газовым и водяным каналам обеспечивается через съемные крышки. Он устанавливается на места крепления штатного "глушителя" "Вихрь-30", с использованием площадки на поддоне, зарезервированной под установку двигателя "Вихрь-25". На ходовых испытаниях третьей компоновки отрабатывалось это исполнение узла, хотя в документации есть уже другое — функционально такое же, но гораздо более технологичное, легкое и дешевое.
Для улучшения гидродинамики корпуса редуктора и уменьшения взаимовлияния гребного винта и корпуса изменены конструкция и длина втулки редуктора (винт отодвинулся назад на 50 мм). Подшипник скольжения заменен шарикоподшипниками. Доработкой увеличена длина гребного вала. Все посадочные размеры корпуса редуктора остались без изменений. Модернизированный реверс-редуктор выполнен в металле, но будет опробован после снятия приборных характеристик со штатным редуктором, в ходе намеченных на нынешнюю весну длительных испытаний (рис. 3).
Управление редуктором. Разработано заново, установлено в штатном отверстии поддона для тяги (рис. 10). Штатная тяга осталась без изменений. Обеспечивает точное и легкое включение переднего хода, нейтрали и заднего хода.
Система управления газом. Разработана вновь и установлена в передней части мотора слева по ходу движения (рис. 11). При этом потребовалась доработка поддона и приводного валика румпеля. Дистанционное управление, как и для системы переключения реверса — такое же, как на "Вихрь-30".
Подвеска, дейдвуд и поддон оставлены штатными. Дизайн стеклопластикового капота намечено коренным образом изменить. Главная его особенность в том, что запирающая ручка заодно выполняет функцию воздуховода (рис. 12).
Доводочные ходовые испытания
Ходовые испытания мотора третей компоновки существенно отличались от испытаний моторов первой и второй компоновок. Начать пришлось с обкатки — важно было узнать, как поведут себя при этом цилиндры и поршни новой конструкции, поршневые кольца, иная конструкция подшипников верхних головок шатунов, новые подшипники коленвала и манжеты. Обкатывать мотор решили не на стенде, а в суровых условиях большой реки. Приступить удалось только под занавес сезона — в начале ноября.
В качестве подвижного обкаточного и доводочного стенда была использована лодка "Прогресс-4". Для создания наихудших условий запуска мотор был собран без электростартера и ручного стартера. Запуск — случайным шнуром, "шмурыголом", как у нас говорят.
В ходе обкатки было решено опробовать три различные пусковые системы, две из которых — шибер-корректор и пусковой поршневой насос от снегохода "Рысь" — уже были установлены на мотор (рис. 10). В итоге остановились на третьей системе, самой простой и дешевой, в которой в качестве насоса-праймера используется штатная "вихревская" груша на бензошланге — с по мощью специального краника создаваемый ею напор можно переключить с карбюраторов на пусковое устройство. После одного-двух качков грушей в "пусковом" режиме мотор исправно заводился с первой попытки.
Топливо — бензин А-76, масло — М12-ТП для двухтактных моторов, содержание масла в смеси на период обкатки — 6%.
Скорость "Прогресса-4" с водителем и пассажиром в обкаточном режиме (дроссельные заслонки открыты на 2/3) составила 40-42 км/ч. Обкатку на разных режимах от холостого хода до 2/3 полного производили в течение четырех часов ходового времени.
Дефектов замечено не было. Все новые узлы работали великолепно — мотор выдавал "ломовую" тягу, не грелся (температура головки блока цилиндров на максимальном режиме не превышала 50°С), поршни не клинило, прокладки и манжеты картера не текли, все клапаны целы (накатано уже 30 часов). После четырех часов обкатки, убедившись, что ничего плохого не произойдет, мы пытались это плохое спровоцировать. Что удалось — пробило прокладку (паронит толщиной 0.5 мм) в месте выхода воды из канала в стенке картера в блок цилиндров. Вода стала попадать в картер нижнего цилиндра. Испытания продолжили, и на работе двигателя это почти не сказалось. На оборотах от холостых до 1/2 полного прослушивались редкие перебои, которые при дальнейшем прибавлении газа исчезали — на этом режиме вода полностью испарялась. Что делать для исключения дефекта в дальнейшем — знаем. Увеличим также диаметр шпилек головки блока цилиндров до 10 мм — как выяснилось, существующие 8-миллиметровые ввиду существенно большей мощности мотора требуют постоянной подтяжки.
После четырех часов обкатки было решено опробовать мотор на скоростных режимах. Испытания проводились на надувных лодках "КМ-450Д" длиной 4.5 м с надувным кильсоном и "RIB-300" (длиной 3.2 м) с жестким стеклопластиковым днищем.
Максимальная скорость, показанная на полностью укомплектованной "КМ-450Д" с водителем и пассажиром и грузом 60 кг, составила 50 км/ч. На "RIB-300" с таким же экипажем — 60 км/ч. Скорость замерялась прохождением мерной дистанции в двух направлениях.
По этим показателям модернизированный мотор заметно превосходит серийный прототип, во многом за счет увеличения максимальной мощности. Напомним, что мощность стандартного "Вихря" не превышает 27 л.с., в то время как "Изделие-40" даже самой первой компоновки при испытаниях на электротормозном стенде ОАО "СКБМ" выдал 32.6 л.с. В дальнейшем мощность мы определяли расчетным путем по эмпирическим формулам и "по минимуму" получили следующие результаты: для мотора второй компоновки — 34.6 л.с., для мотора третьей компоновки — 42.1 л.с.
В нынешнем сезоне длительные ходовые испытания по принятой для малых судов методике со снятием мощностных, расходных, ресурсных и скоростных характеристик будут продолжены, но уже сейчас можно говорить о том, что поставленная задача выполнена — компанией "ДСК" полностью подготовлены и испытаны все описанные в статье узлы и детали для замены стандартных "вихревских". На уровне технической документации завершен этап подготовки к промышленному производству. Мотор спроектирован таким образом, что все новые узлы имеют посадочные места, идентичные соответствующим узлам "Вихрь-30". Мы готовы предоставить рабочие чертежи и спецификации заинтересованным в налаживании подобного производства лицам и организациям. Рассмотрим любые предложения по взаимовыгодному сотрудничеству.