Держать строй. Почему Yamaha и Suzuki не меняют рядные моторы на V-образные

В серии MotoGP в последние годы борьбу ведут преимущественно гонщики на Honda и Ducati. Два этих мотоцикла имеют одну техническую схожесть: они оба оснащаются четырехцилиндровыми двигателями V-образной компоновки. Такую схему используют и другие команды – Aprilia и KTM.

Источник: ru.motorsport.com

Им противостоят гонщики на Yamaha и Suzuki, где инженеры сделали выбор в пользу рядных моторов. У этого решения оставалось все меньше поклонников. И хотя в прошлом сезоне вторую строчку занял гонщик Ducati Андреа Довициозо, больше всего побед (за исключением Маркеса) одержали Маверик Виньялес и Алекс Ринс.

Оба этих гонщика выступали на мотоциклах с рядными движками. И их команды совсем не желают отказываться от привычной схемы расположения цилиндров. Разбираемся, как в Moto GP уживаются две взаимоисключающие конструкции и пытаемся понять, какая из них дает больше преимуществ.

История вопроса: насколько V4 младше рядной компоновки

Рядный четырехцидиндровый двигатель был впервые установлен на мотоцикл в 1905 году. Изначально такие моторы ставились продольно, что существенно удлиняло колесную базу. В 1923 году конструкторы догадались развернуть мотор поперек рамы мотоцикла и на протяжении следующих десятилетий такая схема для спортбайков считалась классической.

Двигатели V4 появились на мотоциклах позже – впервые их решились поставить только в 1930 году. Более-менее массовой такая конструкция стала в восьмидесятые. Тем не менее в классе супербайков рядные моторы доминируют до сих пор.

Противостояние V4 и I4 в MotoGP продолжается с тех пор, как в конце 2009 года был представлен новый технический регламент. Согласно этим правилам, применяемые в чемпионате мира моторы должны быть строго четырехцилиндровыми, четырехтактными, без принудительного наддува, системы изменения фаз газораспределения и строго с диаметром цилиндров не более 81 миллиметра.

Схема расположения цилиндров не регламентируется, но экзотические конструкции вроде оппозитных H4 или «звездочек» X4 по компоновочным соображениями инженеры даже не рассматривали.

Все в ряд: простота и управляемость

Поскольку рядные моторы появились раньше, то будем считать их отправной точкой. В чем их преимущества?

Первое – такие двигатели проще и дешевле в производстве. На протяжении десятилетий для лидеров мотоиндустрии одного этого аргумента было достаточно. Эти моторы надежны, просты, ремонтопригодны и при этом обладают хорошими показателями по мощности и крутящему моменту.

Второе преимущество рядных моторов, расположенных поперечно – в их продольной компактности. Их размещение не требует удлинения рамы и колесной базы, что позволяет сделать мотоцикл более сбалансированным.

Есть и третье преимущество, объяснить которое будет сложнее. Четыре цилиндра, расположенные в ряд, требуют достаточно длинного и прочного коленвала. Современные двигатели в MotoGP раскручиваются до 18500 оборотов в минуту, и коленвал при этом не должен подвергаться торсионному искривлению под нагрузкой со стороны шатунов.

Достаточно массивный коленвал, который вращается на высоких оборотах, фактически представляет из себя гироскоп – то есть физическое тело, которое стремится сохранять стабильность в пространстве. Самый известный бытовой пример гироскопа – юла. Она сохраняет устойчивость до тех пор, пока вращается.

Тот же эффект наблюдается и у любого другого вращающегося тела, причем чем выше его масса и скорость вращения, тем он будет выражен сильнее.

В современных рядных мотоциклетных двигателях коленвал вращается в противоположную сторону вращению колес. Это создает дополнительный балансирующий эффект для мотоцикла. Звучит на первый взгляд невероятно, то мотоциклы с рядными четырехцилиндровыми двигателями в динамике лучше сбалансированы, их подвеску проще настраивать и в поворотах они более стабильны.

В развалочку: причем здесь аэродинамика?

При всех достоинствах рядных моторов у них есть один наглядный недостаток. Они достаточно длинные или, говоря применительно к MotoGP, широкие. Если быть точными, то они шире, чем моторы V4 аж на 21 сантиметр.

Фактически, V-образные двигатели – это два рядных двухцилиндровых мотора, соединенные в развалку друг к другу единым коленвалом. Очевидно, что два цилиндра в ряд при одинаковом их диаметре будут уже четырех.

Это дает первое преимущество: мотоциклы с V4 можно делать более узкими, чем байки с рядными четверками. Почему это здорово? Потому, что чем уже мотоцикл, тем ниже его лобовое сопротивление воздуху. И важность этого фактора прямо порпорциональна скорости. Вот почему гонщиков Ducati и Honda на скоростной трассе в Муджелло в этом году было не догнать.

Вторым преимуществом схемы V4 стоит назвать более прямые впускные коллекторы. Принудительный наддув в MotoGP запрещен, и воздух всасывается в цилиндры самими поршнями, а также нагнетается туда встречным потоком на высоких скоростях. Понятно, что чем прямее будет путь воздуха в цилиндры, тем легче ему будет там оказаться.

Больше воздуха в цилиндрах означает больше кислорода, который служит окислителем. А значит, можно сжечь больше топлива и получить большую мощность. Проще говоря, моторы V4 в MotoGP немного мощнее рядных.

Идеал? Не факт. Недостатков тоже хватает.

Первый из них очевиден – сложность и дороговизна конструкции. Если для спорта топ-уровня это не критично, то для массового производства уже имеет значение. Производители мотоциклов заинтересованы в том, чтобы их модели, участвующие в MotoGP, хотя бы отдаленно напоминали ту продукцию, которую можно встретить в салонах дилеров. Иными словами – хочешь V4 в спорте, предложи такой же покупателям, да по конкурентоспособной цене.

Второй недостаток – размеры. Для хорошего баланса угол развала цилиндров мотора V4 должен быть равен 90 градусам. Это делает такие двигатели достаточно громоздкими относительно длины мотоцикла. Укоротить колесную базу и сделать тем самым байк более вертлявым уже не получится.

В теории, сделать двигатель более компактным можно было бы за счет уменьшения угла развала цидиндров. Однако на практике это вызывает проблемы с балансировкой таких моторов. До последнего времени с подобной конфигурацией экспериментировала Aprilia, которая использовала 65-градусные V4, однако с 2020 года итальянцы сдались и сделали мотор как у всех.

Движение к объединению

Пока споры о том, какая схема расположения цилиндров оптимальнее, продолжаются, инженеры стремятся перенести преимущества конкурентной конструкции на свою.

Так, эффект гироскопа, который создают коленвалы рядных моторов, объясняется в том числе тем, что они изначально вращались в противоположную колесам сторону. В свою очередь у моторов V4 коленвалы вращались в ту же сторону, что и колеса мотоцикла, что дополнительного его дистабилизировало.

Однако сейчас инженеры научились делать V-образные моторы, у которых коленвалы вращаются также, как и у рядных четверок – в противоположную колесам сторону. В 2015 году такую конструкцию представила Ducati, а в 2016 – Honda.

Кое-что от V4 перекочевало и на I4. Речь о порядке зажигания в цилиндрах.

С начала 90-х в мотоспорте шел спор двух концепций – «скримера» и «биг-бэнга». Если кратко, то «скример» – это последовательное воспламенение во всех четырех цилиндрах с равномереными паузами между вспышками. Это делает разгон мотоцикла более ровным и позволяет гонщику лучше контролировать подачу газа.

«Биг-бэнг», в свою очередь, подразумевает, что вспышки во всех цилиндрах происходят практически одновременно. На первый взгляд, такие толчки должны дестабилизировать мотоцикл. Однако на практике выяснилось, что задняя шина в таком режиме изнашивается меньше, так как она подвергается не постоянной, а переменной нагрузке и успевает «отдохнуть» между толчками. В конечном итоге победу в MotoGP одержала именно концепция «биг-бэнга».

Моторы V4 от природы сбалансированы под «биг-бэнг», а рядные четверки испытывают дисбаланс при работе в таком порядке воспламенения цилиндров. Сейчас инженеры эту проблему решили путем добавления дополнительного балансировочного вала.

Так почему же побеждают Ринс и Виньялес?

Казалось бы, моторы V4 обладают неоспоримыми преимуществами в гонках: они мощнее и позволяют уменьшить аэродинамическое сопротивление байков. Однако у рядных четверок все еще остается один козырь.

Длинный коленвал и создаваемый им эффект гироскопа хотя и перенят конструкторами V4, но лишь отчасти: изменив направления вращения, они не сумели ничего поделать с длиной детали. К тому же компактность двигателя позволяет сделать геометрию всего байка более оптимальной.

Вот почему многие гонщики, пересев с байков с I4 на мотоциклы с V4, не сразу привыкают к худшему балансу более мощного мотоцикла. В качестве последних примеров можно вспомнить Хорхе Лоренсо и Жоано Зарко: оба отлично чувствовали себя в седле Yamaha, но не смогли повторить свои результаты ни с Ducati, ни с Honda, ни с KTM.

В итоге Маркес непобедим на трассах с длинными прямыми и в то же время медленными поворотами. А вот на таких автодромах как в Сильверстоуне, где скорости в виражах выше, преимущество оказывается на стороне байков с рядными движками. И даже самый слабый, как считается, байк Suzuki позволил Ринсу одержать победы в Сильверстоуне и Ассене.

Однако достаточно ли этого для того, чтобы, например, Куартараро принес Yamaha первый титул с 2016 года? Увидим в этом сезоне на видеоплатформе «Моторспорт ТВ». С первого же этапа сезона-2020 здесь будут доступны прямые эфиры всех гонок и квалификаций MotoGP, а также Moto2 и Moto3. Ближайшая гонка состоится в США в воскресенье, 5 апреля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *