Двигатель Кузьмина: система смазки двухтактных моторов и модернизация мотоциклов

Введение в проблему смазки двухтактных двигателей. Развитие двухтактных двигателей в мотостроении долгое время сдерживалось недостатками классической системы смазки. Как отмечено в книге «Мотоцикл» (С. В. Иваницкий и др., 1971), малая эффективность смазки стала серьезным препятствием для прогресса данной конструкции. Одним из перспективных путей решения этой проблемы являлось внесение кардинальных изменений в традиционную схему. Создание раздельных систем, где масло подается отдельно от топлива, открывало новые возможности для инженеров.

Преимущества системы смазки В. И. Кузьмина. Сепаратная система смазки, разработанная севастопольским изобретателем В. И. Кузьминым (авторское свидетельство № 339633), воплотила в себе ключевые преимущества подобных конструкций. К ним относятся улучшенная смазка деталей кривошипно-шатунного механизма, снижение нагарообразования и дымления, а также удобство раздельной заправки масла и топлива. Данная система обладает и уникальными достоинствами: отсутствием сложного масляного насоса, что повышает надежность, и частичной циркуляцией масла, способствующей снижению тепловой напряженности двигателя.

Принцип работы и конструктивные особенности системы. Основными элементами системы смазки (рис. 11, а) являются двухлитровый бачок (1), маслопроводы (2) и специальные канавки (6) на зеркале цилиндра. Масло подается в цилиндр без насоса, за счет разрежения в картере двигателя. В нижнюю канавку масло поступает через отверстия (7) в момент наибольшего разрежения, когда поршень движется от НМТ к всасывающему окну. В верхнюю канавку смазка увлекается фрикционным воздействием поршня, а часть газов, прорвавшихся через кольца, возвращает ее обратно в бачок.

Рис. 11. Схема системы смазки В. И. Кузьмина (а) и развертка цилиндра двигателя (б): 1 — бачок с маслом; 2 — маслопроводы; 3 — регулирующий клапан, связанный с ручкой газа; 4 — трубопровод для выравнивания давления; 5 — развертка цилиндра; 6 — канавки на зеркале цилиндра; 7 — отверстия

Автоматическая регулировка подачи масла. Количество подаваемого масла автоматически согласуется с режимом работы двигателя: чем выше обороты и разрежение в картере, тем больше смазки поступает. Для дополнительной регулировки в системе предусмотрен игольчатый клапан (3), связанный с ручкой газа. Маслопровод (4), соединяющий бачок с всасывающим патрубком, выравнивает давление. Дроссельный винт в этой линии позволяет гибко варьировать подачу масла в широких пределах, обеспечивая оптимальный расход.

Сравнение с классической системой и экологические аспекты. Традиционная система смазки, где масло предварительно смешивается с бензином в пропорции 1:20, часто приводит к чрезмерному дымлению. Это вызвано избытком масла на малых нагрузках, где достаточно пропорций от 1:200 до 1:60. Повышающиеся экологические нормы создают непреодолимые барьеры для классической схемы. Ужесточение контроля за выхлопами делает внедрение раздельных систем, подобной разработке Кузьмина, не просто перспективным, а необходимым.

Практические испытания и результаты доработки. Испытания системы на мотоцикле «Ковровец» показали выдающиеся результаты. После 50 тысяч км пробега поршень и цилиндр не имели следов износа и задиров. Мотоцикл перестал дымить, а его тяговые характеристики улучшились. Надежная смазка позволила заняться повышением мощности. Совместно с Г. Ивановым, Кузьмин модифицировал камеру сгорания, создав в ней вихреобразующие углубления для лучшего смесеобразования, что подняло мощность до 20 л.с.

Решение проблемы тепловой напряженности. Рост мощности закономерно увеличил тепловую нагрузку, особенно на днище поршня. Для предотвращения прогорания в камере предварительного сжатия картера был установлен подпоршневой вытеснитель. Это устройство эффективно охлаждает поршень, турбулизирует смесь и увеличивает степень предварительного сжатия. Комплекс этих мер обеспечил двигателю высокую надежность даже в условиях длительных повышенных нагрузок.

Ходовые качества и потенциал внедрения. Усовершенствованный мотоцикл продемонстрировал превосходные ходовые качества. Если стандартные «Ковровцы» развивали 70–90 км/ч, то модифицированная машина легко достигала 100–110 км/ч. Автономная система смазки и улучшенное смесеобразование гарантировали надежность и экономичность. Изобретатели были готовы к сотрудничеству с промышленностью, предлагая свою разработку для серийного производства.

Перспективы применения технологий Кузьмина. Разработки севастопольских инженеров имеют значительный потенциал. Их идеи могут быть использованы не только в мотоциклетных двигателях, но и в других типах ДВС. Например, для реализации высоких степеней сжатия (14,5–17,5) в бензиновых моторах без увеличения октанового числа необходимы устройства, интенсивно турбулизирующие смесь. Подпоршневой вытеснитель и вихревая камера «Ковровца» являются готовыми решениями для таких задач, открывая путь к повышению термического КПД на 15%.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.