Спортивные мотоциклы оппозитной схемы
Мало кто сейчас уже помнит, что история создания гоночных мотоциклов с оппозитными двигателями удачно начатая фирмой БМВ имела продолжение в СССР, причем конструкции спортивных мотоциклов выпускавшихся в то время Горьковским и Ирбитскими мотозаводами, а также Серпуховским Центральным конструкторско-экспериментальном бюро (ЦКЭБ), зачастую были не менее интересными, чем конструкции, созданные немецкими инженерами. Эти страницы мотоистории до сих пор покрыты мраком забвения.
В 1940 году в СССР после сравнительных испытаний 15 различных типов мотоциклов зарубежных марок был выбран и рекомендован к серийному производству мотоцикл БМВ Р-71, получивший в СССР индекс М-72. Это событие можно считать одним из самых значительных в истории мотостроения в СССР. Сама по себе история производства М-72 и его модификаций уже неоднократно описывалась, нас больше интересует М-72 как база для создания спортивных машин. В этой истории существует немало белых пятен, и, возможно многое мы до конца так и не узнаем, а пока попытаемся систематизировать известные нам разрозненные факты и прокомментировать их.
Сегодня трудно сказать, что на самом деле двигало конструкторами ИМЗ в 1943 году, видимо, в годы войны на первое место выходила необходимость создать более мощную машину для армии, а о спортивном ее использовании они задумывались во вторую очередь. Кроме армейского предназначения М-75, по замыслу конструкторов, мог стать и хорошей гражданской машиной. Верхнеклапанный двигатель значительно расширял эксплуатационные возможности машины. Пример мотоциклов фирмы БМВ, всегда имевшей в своем модельном ряду как нижнеклапанные, так и верхнеклапанные модели оппозитной схемы аналогичные по своей конструкции, служил прекрасным доказательством этого.
В первые послевоенные годы работы над машиной продолжались Машину продолжали готовить к запуску в серийное производство. В июне 1948 года в журнале «Автомобиль» выходит статья Вильгельма Бекмана «Советские спортивные мотоциклы». В ней автор представлял читателю новые спортивные и гоночные мотоциклы. Обзор этих машин начинался с описания М-75. По существовавшей тогда классификации верхнеклапанные машины назывались «спортивными», а их облегченные и более форсированные версии, предназначенные для соревнований, «гоночными». Иллюстрацией к этой публикации стала фотография экспериментального «спортивного» М-75 с коляской. Машина, изображенная на снимке, представляла собой чисто дорожную версию мотоцикла с коляской. Единственным, что отличало её от серийного М-72, был верхнеклапанный мотор, особый шарм которому придавали вытянутые клапанные крышки, общие как для выпускных, так и для впускных клапанов. Примечательно, что этот мотоцикл «дожил» до наших дней и хранится в фондах Политехнического музея в Москве.
В серийное производство дорожная версия М-75 не пошла, и все дальнейшие работы над этой машиной продолжались только в направлении её спортивного применения.
Именно мотогонки стали тем полигоном, на котором совершенствовались идеи и отрабатывались новые конструктивные решения. Как всегда бывает в истории техники, идеи, опробованные в спорте, затем часто находят свое применение в серийных дорожных машинах. Уже в 1946 году на одной из первых версий М-75 её конструктор Игорь Окунев дебютировал в 300-километровой гонке на первенство страны.
Но вернемся в Ирбит. Итак, на базе ходовой части серийного М-72 были созданы «спортивный» и «гоночный» мотоциклы М-75. «Спортивная» то есть обычная дорожная версия, дальнейшего развития не получила, а «гоночная» модификация постепенно стала приобретать черты специального спортивного мотоцикла.
Мотоцикл М-75 а точнее его двигатель, стал базой для множества интересных штучных спортивных машин, изготовлявшихся как в заводских конструкторских бюро, так и отдельными гонщиками. В 1947 году на ИМЗ был выпущен экспериментальный гоночный мотоцикл И6А. Этот мотоцикл имел оснащенный компрессором 600-кубовый двигатель созданный на базе двигателя М-75, уже на этой машине нашли применение алюминиевые цилиндры с запрессованными стальными гильзами, усиленная конструкция шатунов, а также крепление цилиндров сквозными анкерными шпильками. Было создано еще несколько машин как оснащенных системами наддува, так и без них, однако это отдельная тема.
В серпуховском ЦКЭБ по результатам испытаний М-75 в конструкцию этого мотоцикла были внесены изменения с целью повышения его эксплуатационных характеристик. Была введена циркуляционная система смазки с сухим картером и повышена до 9 степень сжатия, изменены фазы газораспределения. Зажигание рабочей смеси осуществлялось от магнето. Таким образом удалось повысить мощность двигателя до 38-40 л.с. при 5300-5600 об/мин. Машина, получившая название М-76, была выпущена в 1947 году в нескольких экземплярах (точное их число пока не удалось установить), однако принимала участие в соревнованиях наряду с М-75.
Конструкция М-75М, выпускавшегося малыми сериями отделом главного конструктора ИМЗ, постоянно совершенствовалась, ведь в отличие от крупносерийного производства стапельная сборка и невысокие темпы производственного цикла позволяли это делать. В результате получилось как бы несколько серий этих машин, различия между которыми были зачастую довольно существенными.
На машинах первых серий еще устанавливались колеса со стальными ступицами от серийных М-72. На машинах поздних серий ступицы колес были из алюминевого сплава со стальными барабанами. Об их конструкции стоит рассказать подробнее. На спортивных машинах переднее колесо сильно нагружается во время торможения, поэтому для повышения эффективности тормозов на М-75М были применены тормозные колодки увеличенной ширины с двухкулачковым приводом. По мере нагревания тормозов при длительных торможениях во время кольцевых гонок может происходить снижение тормозного эффекта. Для предотвращения этого в конструкцию тормозного барабана были введены охлаждающие ребра и внутренняя вентиляция. Отверстия, через которые воздух входит и выходит из барабана, защищались сеткой.
Изменения коснулись также силовой передачи и КПП. Пружины сцепления были усилены за счет увеличения их толщины до 3 мм против 2,8 мм у М-72. Для увеличения надежности крепления диск упругой муфты кардана был напрессован на шлицы вместо напрессовки на гладкую цилиндрическую поверхность, как было на М-72. КПП получила сапун в верхней части, а на некоторых машинах заливная масляная горловина была удлиненной формы, что обеспечивало повышенный уровень масла. Если на машине не было удлиненной горловины, завод рекомендовал заливать масло в КПП, наклонив мотоцикл в правую сторону. Отсутствие рычага кикстартера позволило установить на одном кронштейне с подножкой водителя отнесенную назад двуплечую педаль переключения передач, связанную с КПП жесткой тягой. Применение магнето облегчило установку на картере механизма привода тахометра. Его привод разместился на крышке, закрывающей привод маслонасоса двигателя.
Двигатели М-75М снабжались новыми специальными карбюраторами К-95, а на поздних сериях К-97. Диаметр проходного сечения К-95 составлял 29 мм.
В результате М-75М стал достаточно совершенным мотоциклом, не слишком дорогим в производстве, по-прежнему унифицированным по многим узлам с серийным М-72, однако это была уже специальная спортивная машина. М-75М выпускалась с 1951 по 1954 год.
Двигатель М-77 развивал мощность 45-50 л.с., масса мотоцикла-одиночки составляла 196 кг. М-77 выпускался ИМЗ с 1954 по 1959 год. Количество выпущенных машин составило около 70 штук. В СССР М-77 стал последним спортивным мотоциклом для кольцевых гонок в классе 750 куб.см.
Как уже говорилось, опыт, накопленный при работе над спортивными машинами, позволил в 1950 году создать серийный дорожный мотоцикл М-52 с верхнеклапанным двигателем с объемом 500 куб.см. Спортивная модификация этого мотоцикла получила индекс М-52С. В основе своей это была ходовая часть последней модификации М-77, снабженная передней вилкой со смещенной вперед колесной осью от М-52. Двигатель был спортивной модификацией серийного М-52.
От Бристоля до «Урала»: ранняя история оппозитных мотоциклов в Европе
Оппозитный мотор в среде автомобилистов обычно ассоциируется с Subaru, любители ретро вспоминают VW Kafer, но среди мотоциклистов «боксер» (как называют такие моторы в Америке) является признаком мощного и тяжелого байка. Изобретателем оппозита является легендарный Карл Бенц, запатентовавший двигатель с развалом цилиндров 180 градусов в 1896 году.
Благодаря небольшой высоте, симметричной конструкции, сбалансированности инерционных сил и относительной простоте, такие моторы получили распространение в зарождающейся тогда авиации. Цилиндры, расположенные по бокам носовой части аэроплана, прекрасно обдувались винтом и встречными потоками. Это позволяло исключить из конструкции систему охлаждения, облегчив мотор.
Первые оппозитные мотоциклы были созданы в Бристоле (Англия), откуда они и начали свой «путь на восток». Позднее центром производства таких байков стала Германия, а ко Второй Мировой оппозит добрался и до СССР. А сейчас погрузимся в историю вековой давности и попробуем быстро пройти этот путь вместе.
Douglas и BMW: первые ласточки
Первым производителем мотоциклов с оппозитным мотором стала фирма Douglas из английского Бристоля. Примерно в 1905 ее инженерами был разработан первый двухцилиндровый мотор с развалом «горшков» 180 градусов, имевший рабочий объем 200 см³. Позже были созданы мотоциклетные двигатели с рабочим объемом от 350 см³ до 1 литра. Все они отличались «квадратным» ходом поршня (диаметр цилиндра равен длине хода) и продольным расположением цилиндров. Также фирменной чертой байков Дуглас был ременной привод на колесо.
Примерно к 1920 году конструкция моторов Douglas была проанализирована и пересмотрена инженерами молодой компании BMW из Баварии. Результатом этой работы стал первый оппозитный двигатель M2B15. Данный движок был использован в прототипе мотоцикла Helios 1920 года. Мотор байка тоже имел продольную ориентацию цилиндров, однако привод на колесо реализовывался цепью, а не ремнем.
Преимуществом продольного расположения мотора (с поперечным коленвалом) было отсутствие потребности в использовании косозубых передач. Трансмиссия состояла из более простых в производстве шестерней с прямыми зубами, цепей, валов, шкивов и ремней. Но мощный оппозитный движок с продольными цилиндрами получается очень длинным, его сложно поместить под рамой. Кроме того, картер перекрывал приток встречного воздуха к заднему цилиндру, из-за чего тот перегревался. Поэтому вполне логичным стало появление двигателей, рассчитанных на поперечную установку (цилиндры по бокам).
Первым мотоциклом с поперечным мотором стал BMW R32 1923 года. Он оснащался поллитровым мотором M2B15, мощностью 8,5 л. с., разгоняющим байк до 95 км/ч. Для поперечной установки движок доработали, к картеру его двигателя подключался блок сцепления и 3-ступенчатой трансмиссии, расположенный сзади. Впервые на оппозитном мотоцикле использовался мокрый картер со смазкой коробки передач. Еще одним инновационным для мототехники решением стал привод на колесо с помощью карданного вала.
Именно BMW R32 можно считать прообразом современного мотоцикла с оппозитным мотором. В дальнейшей истории из принципиальных нововведений в конструкции можно выделить разве что подвеску на амортизаторах. У R32 их не было: заднее колесо крепилось жестко, за комфорт водителя и пассажира отвечали простые пружины под седлами, а передняя вилка оснащалась четверть-эллиптической рессорой. Вероятно, на скоростях, близких к максимальной, трясло на таком байке весьма ощутимо, но для своих дней BMW R32 был очень передовым мотоциклом.
Расцвет оппозитных мотоциклов
BMW R32 получил признание в некоторых кругах, так как оппозитный мотор поперечного расположения оказался хорошим решением. Он меньше грелся, снижал центр тяжести байка, что улучшало устойчивость и управляемость. Поэтому в 1925 году BMW выпустила новую модель аналогичного типа, с индексом R37. Она получила усовершенствованный мотор, который имел тот же объем 500 см³, но благодаря доработке головок, системы впуска, повышения степени сжатия и улучшения охлаждения развивал 16 л. с.. Таких мотоциклов было создано чуть больше 150 штук.
После R37 компания BMW начала параллельный выпуск мотоциклов с разными моторами, унифицированных по остальным узлам (рама, подвеска, колеса и т.д.). Новыми моделями стали R42 и R47, отличающиеся конфигурацией цилиндров. Модели с двойкой в индексе позиционировались как дорожные, с семеркой – носили спортивный характер. В R42 использовался нижнеклапанный мотор, мощностью 12 л. с., в R47 – верхнеклапанный, на 18 лошадей. Таких мотоциклов было выпущено 1720 штук.
В 1928 на смену R42 и R47 пришли их модернизированные версии, R52 и R57. Из главных изменений в версии R52 – нижнеклапанный мотор, который получил длинноходный поршень (диаметр 63 мм, ход 78 мм). В R57 движок существенных изменений не претерпел, это был все тот же поллитровый верхнеклапанный мотор на 18 л. с. Экономический кризис в начале 30-х замедлил развитие мототехники, в итоге R52 был заменен одноцилиндровым R4 (400 см³), а на смену R57 пришел R5 (все тот же оппозит на 500 см³).
Параллельно BMW были созданы и 750-кубовые модели мотоциклов, с индексами R62 и R63. Они позиционировались аналогично: младший – дорожный, с нижним расположением клапанов, старший – спортивный, с верхнеклапанным движком. Но кризис затронул и их, поэтому в 1929 году модели сменили на R11 и R16. В них, вместо дорогой трубчатой рамы, была использована более дешевая штампованная, но других серьезных изменений не было, моторы остались прежними.
В 1934 году, уже во времена правления Гитлера, компаний BMW впустила два новых мотоцикла, R12 и R17. На них впервые вместо листовой рессоры передняя вилка имела амортизаторы телескопического типа. Разделение по классам сохранилось, моторы отличались ГРМ, но стали мощнее. Как и ранее, в R12 двигатель имел нижнеклапанную конфигурацию ГРМ, но его мощность выросла до 18-22 л. с., а в R17 верхнеклапанный оппозитный двигатель развивал до 33 «лошадей». Модели заинтересовали военных, в результате R12 был принят на вооружение Вермахта.
От Бристоля – до Урала
Появившись в начале 20 века в Англии, к концу 30-х мотоциклы с оппозитным мотором набирали популярности и из Германии добрались до СССР. В 1938 году нацистское правительство заказало BMW новый тяжелый мотоцикл с коляской для нужд Вермахта. Этим мотоциклом стал BMW R71, сменивший R12 и R17. Нижнеклапанный мотор этого байка имел мощность 22 л.с., а коробка передач была 4-ступенчатой. Рама впервые получила заднюю подвеску свечного типа, на амортизаторах. BMW R71 хорошо себя зарекомендовал, в частности, карданная передача оказалась гораздо надежнее цепной в условиях грязи и песка.
В конце 30-х перед руководством Красной Армии встал вопрос о новом мотоцикле для нужд вооруженных сил. Ведь отечественный ПМЗ А-750 устаревал, а о его надежности можно судить по бытовавшей в народе расшифровке аббревиатуры ПМЗ как «попробуй меня заведи». Перенимать опыт было решено у немцев, а образцом для подражания выбрали BMW R71, как самый современный из военных байков. В 1939 советское правительство тайно купило в Швеции 5 мотоциклов и передало их инженерам Московского мотозавода (ММЗ).
В СССР конструкцию BMW R71 немного пересмотрели, адаптировав под реалии отечественных технологий. Результатом этих работ стал мотоцикл М-72, выпускавшийся с 1941 года. До войны его сборкой занимался ММЗ, а когда в 1942 немцы подступали к столице – зводское оборудование эвакуировали в Ирбит.
Производился М-72 до 1960 года, причем в 50-х он параллельно выпускался на Урале и в Киеве. Всего было выпущено 8500 машин, до середины 50-х все они шли на нужды армии, позже – изредка поступали в продажу населению.
В послевоенные годы ИМЗ не стал развивать конструкцию нижнеклапанного оппозита М-72, следующей переходной моделью был М-61. Он сочетал в себе раму М-72 с новым верхнеклапанным оппозитным мотором на 650 см³. Позже модель сменилась новым тяжелым мотоциклом «Урал» М-62. А вот в Киеве, на КМЗ, наследники мотоцикла в лице К-750 и «Днепров» выпускались до 90-х годов.
В наши дни компания BMW успешно продолжает традиции, модель R1200GS с оппозитным мотором на 1,2 литра (до 123 л. с.) пользуется популярностью мотогонщиков. Ирбитский завод такими успехами похвастать не может, но мотоциклы «Урал» производятся до сих пор. Они выпускаются малой серией, с использованием импортных компонентов (вроде тормозов Brembo или инжектора ElectroJet). Целевая аудитория мотоциклов – силовые структуры, а также байкеры, являющиеся поклонниками настоящей классики.
Что такое оппозитный двигатель? Принцип работы, плюсы и минусы двигателя!
Оглавление:
1) Что такое оппозитный двигатель?
2) Принцип работы оппозитного двигателя и его устройство
3) Виды оппозитных двигателей
4) Плюсы оппозитного двигателя
5) Минусы оппозитного двигателя
6) Сложности при ремонте и обслуживании оппозитного двигателя
1) Что такое оппозитный двигатель?
Оппозитный двигатель – особый тип силовой установки, напоминающий традиционный двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры имеют особое расположение — горизонтальное. В народе подобные агрегаты известны под названием «боксеры». Такое прозвище мотор получил вследствие того, что поршни двигаются либо друг от друга, либо навстречу друг к другу. При этом пара поршней находится в одном положении, например, снизу. Самый первый образец появился в 1938 году благодаря стараниям автомобильной компании Volkswagen. Тогда агрегат представлял собой 4-цилиндровый оппозитник, объём которого составлял 2 л. Предельная мощность силовой установки достигала 150 лошадиных сил.
Оппозитный мотор получил весьма широкое распространение. На сегодня производством и установкой агрегата занимаются такие именитые автомобильные концерны, как Subaru и Porsche. Ранее можно было обнаружить двигатель и на моделях от Toyota, Volkswagen, Honda, Ferrari. Подобные установки используются в мотоциклах, автобусах Икарус и некоторой военной технике (например, танках).
2) Принцип работы оппозитного двигателя и его устройство
Чтоб до конца понять, что такое оппозитный двигатель, необходимо ознакомиться с его строением. Как было уже отмечено выше, это ДВС, обладающий особой структурой – пара поршней движется в горизонтальной плоскости (не вниз-вверх, а слева направо). Вторая, соседняя, находится в том же положении.
Количество таких цилиндров варьируется в диапазоне от 2 до 12 (их число всегда кратно двум). Наиболее распространенные образцы обладают 4 и 6 цилиндрами. Для спорткаров были разработаны 8- и 12-ти цилиндровые моторы. Профессионалы отмечают, что принцип функционирования 2-х и 4-х цилиндровых оппозитников ничем не отличается от традиционных дигателей. Свои особенности имеют те, которые обладают шестью цилиндрами.
3) Виды оппозитных двигателей
Принцип работы оппозитного двигателя также меняется в зависимости от особенностей его устройства. Даже такой простой агрегат может иметь несколько вариаций работы поршней. Следовательно, выделяют такие типы моторов:
— Оппозитный боксер зачастую применяется в производстве автомобилей Subaru. Как же работает оппозитный двигатель заявленного вида: поршни расположены на предопределенной дистанции друг напротив друга, к примеру, если первый зафиксирован на определенном промежутке от оси двигателя, то и второй займет аналогичное положение. При этом они расположены каждый в отдельном цилиндре. Описанный принцип функционирования напоминает боксерский поединок, отсюда и название типа.
— ОРОС располагает совсем иным принципом построения и порядком работы поршней. Подобные аппараты являются двухтактными. Один цилиндр располагает сразу двумя поршнями, которые крепятся к одному коленчатому валу. Первый отвечает за впуск смеси, другой – за своевременный выход продуктов сгорания. Подобная конструкция не располагает головкой, которая зачастую имеется на блоке цилиндров. Преимущества оппозитного двигателя ОРОС заключаются в том, что поршни функционируют в пользу одного коленчатого вала. Такой тип устройства располагает небольшой массой и меньше в размерах. Следовательно, значительно расширилась сфера применения. Вдобавок, указанный двигатель может работать на разном топливе – дизельном или бензиновом. В довершении, укажем основные преимущества:
— поршни проходят гораздо меньшую дистанцию, вследствие этого значительно снижается сила трения, которая негативно влияет на износостойкость;
— увеличивается эффективность, ведь вредоносные газы не влияют на камеру сгорания, а оказывают давление на поршни;
— мотор на 30-50 % легче привычного;
— оппозитный двигатель располагает меньшим количеством деталей (в среднем на 50 %);
— экономичность;
— отсутствие системы привода клапанов.
— мотор отнимает гораздо меньше пространства под капотом.
Однако стоит помнить, что ОРОС находится на стадии разработки, поэтому может возникнуть много непредвиденных проблем в ходе эксплуатации.
— Танковый двигатель (5ТДФ, спроектированный специально для Т-64 и Т-72). Ресурс оппозитного двигателя рассчитан на военную технику крупных габаритов. Здесь поршни разделяют один цилиндр и перемещаются они в одном направлении, но каждый располагает своим отдельным коленчатым валом. Место, где воспламеняется топливо (камера сгорания), возникает тогда, когда промежуток между поршнями становится минимальным. Как и у моторов ОРОС, в цилиндры впускается воздух, а ненужные газы удаляются посредством турбонаддува. Встречный ход поршней позволил сконструировать компактный, но мощный агрегат. Силовая установка обладает предельным количеством оборотов в 2000, а мощностью – в 700 лошадиных сил. Объем соответственно достигал 6 и 13 л.
4) Плюсы оппозитного двигателя
Каждый элемент в автомобильном организме обладает своими преимуществами и недостатками. Плюсы оппозитного двигателя состоят в следующем:
— снижение центра тяжести транспортного средства, что позитивно отражается на его устойчивости;
— ресурс мотора непременно возрастает (если правильно эксплуатировать, то он достигает порядка 1 млн. км);
— благодаря особому взаимодействию поршней, снижается уровень вибро- и шумоотдачи.
5) Минусы оппозитного двигателя
Если у оппозитного двигателя есть плюсы, то непременно имеются и определенные минусы:
— затратное самообслуживание – требуется привлечение профессионалов;
— дорогостоящий и сложный ремонт, ведь составные части отличаются своей повышенной стоимостью;
— дороговизна силовой установки;
— сложность конструкции;
— увеличенный расход масла во время работы.
Несмотря на описанные выше минусы, многие автопроизводители оснащают свои модели именно такими агрегатами. Компании-разработчики хорошенько взвешивают все аргументы за и против, прежде чем воспользоваться именно таким типом мотора. Основной плюс – большие возможности и широкие перспективы.
Так, все негативные аспекты, по сути, сводятся к дорогому обслуживанию, что может сказаться на выборе большинства автолюбителей не в пользу представленных агрегатов. Однако крупные производители (Porsche, Subaru) считают, что качество требует больших вложений в сервис. К примеру, японский автоконцерн не собирается возвращаться к традиционным двигателям внутреннего сгорания, ведь они полагают, что в таком случае совершат шаг назад в технологическом плане. Поскольку автомодели зарекомендовали себя лишь наилучшим образом, то уровень продаж никак не зависит от расценок на обслуживание.
6) Сложности при ремонте и обслуживании оппозитного двигателя
Важно отметить, что зачастую положительные моменты указанных моторов заметны лишь в силовых агрегатах, которые располагают шестью цилиндрами, а вот 2-х и 4-х цилиндровые мало чем отличаются от традиционных ДВС. Если необходимо провести некие манипуляции с таким типом двигателя, то тут непременно нужно обращаться к специалистам в автосервис. Самостоятельно вы сможете лишь заменить масло. Даже замену свечей лучше поручить профессионалам, новички с легкостью навредят головке цилиндра. Полный ремонт производится только на особых сервисных станциях. Продолжить срок службы может своевременная и систематическая раскоксовка. Эта процедура подразумевает очищение поверхности камеры сгорания, клапанов и поршней от нагара. Проводится операция в осенний сезон или в марте, когда также весьма разумно проверить и моторное масло. В материале мы рассмотрели, что значит понятие «оппозитный двигатель», описали принцип функционирования, возможные за и против. Надеемся, что это поможет определиться с выбором не только мотора, но и будущей автомодели на которой может быть установлен подобный силовой агрегат.
