Различные виды вибрации двигателя мотоцикла. Как снизить, и стоит ли?

Страшная правда в том, что вне зависимости от тонкости подгонки балансировочных грузов на коленчатом вале двигателя, даже если вы используете высокотехнологичную технику для создания баланса, груз никогда не сможет полностью обнулить вибрацию, создаваемую поршнем.

Единственный способ в самом деле избавиться от вибрации – создать второй источник вибрации, который будет производить толчки такой-же амплитуды, но в противоположном направлении.

Давайте разберемся, почему. Имеем двигатель с одним поршнем, все движущиеся части которого сбалансированы противовесами, которые прикреплены с противоположной стороны. Все, что осталось теперь, – вибрация, создаваемая поршнем, коленвалом и другими движущимися частями. Мы пытаемся обнулить один источник вибрации, но получаем еще один, так как противовес тоже влияет на вибрацию движущихся деталей. Получается, что противовес просто меняет источник вибрации.
Один способ предотвратить это кажется, на первый взгляд, абсурдным: поставить рядом с первым двигателем второй, с такой же массой и ходом, который развернут в противоположном направлении и поршни которого будут двигаться вверх, когда поршни первого идут вниз. Такая конструкция встречается в двигателях flat twin BMW.

Но и этот результат не полностью обнуляет вибрацию, потому что нет способа поставить оба цилиндра в совершенно уравновешенную позицию. Еще более сложный способ решить проблему – поставить три цилиндра. Один, повернутый на 180 градусов к другим, будет стоять в середине, а другие два по обе стороны от него. Эта тактика в самом деле может избавить от всей вибрации, но только в том случае, если все детали всех трех цилиндров уравновешены. Да и коленчатый вал будет ослаблен, потому что придется соединять шейки кривошипа трех разных цилиндров.

Поэтому разработчики идут на компромисс. Они ставят рядом два цилиндра, которые повернуты в противоположные направления. Пытаются сделать, чтобы они были расположены максимально близко друг к другу. Результат, который получили разработчики из BMW в 1923 году – очень тихо и гладко работающий мотор, который в этом смысле обгонял всех своих конкурентов. Но так как оба цилиндра находятся в разных местах и двигаются в разных направлениях, мотор немного двигается в стороны. Пока поршни небольшие и легкие, это не так заметно, но когда BMW начали выпускать тяжелые, мощные двигатели flat twins рабочим объемом более 1100 см3, масса поршней стала намного больше, а покачивание мотора дало о себе знать. Компании пришлось добавить еще один стержень, который балансирует двигатель.

Еще один способ обнулить вибрацию — скомбинировать два двухцилиндровых двигателя параллельно, поставив их шатунные шейки противоположно друг другу. Когда один поршень добрался до низа, другой находится максимально наверху. Honda и Yamaha в 1960—70 годах выпустили сотни тысяч двигателей, построенных по этому принципу. Опять же, кажется, что две силы должны друг друга компенсировать. Но нет. Цилиндры ведь находятся на некотором расстоянии друг от друга. А если они нагреваются, то придется установить какой-либо холодильник между цилиндрами, что сделает расстояние между ними больше.

Но некоторым водителям вибрация не кажется чем-то отрицательным. Она напоминает им, что внизу находится мощный двигатель.
Итак, две силы, действующие в противоположных направлениях, разделены некоторым расстоянием. Они теперь вызывают равномерное раскачивание двигателя: когда правый поршень опускается, он тянет за собой весь цилиндр. В то же время цилиндр на левой стороне движется вверх и толкает кверху левую сторону двигателя. Сила умножается на расстояние между двумя цилиндрами и получается качка влево-вправо. Двигатели байков от Yamaha, которые достигали максимальной скорости 7500 оборотов в минуту, создавали только половину той вибрации, которая вызывалась двигателями гоночных мотоциклов, а они работали на скорости 10000 оборотов в минуту. Шасси мотоцикла не было в состоянии выдержать эту колоссальную нагрузку, а потому арматура двигателя попросту отламывалась, причем даже десятиминутная гонка на скоростях порядка 8500 оборотов в минуту производила 85000 ударов по арматуре. Очевидно, что долго арматура не выдерживала.

После того, как это явление исследовали глубже и решили соединить в один два таких двигателя, концами навстречу друг другу, получился двигатель с четырьмя поршнями, которые вместе крутили вал. Прекрасно! Оба двигателя, работая вместе, аннулируют вибрацию друг друга. Выходит, что двигатель вообще не производит вибрации. Результат проявился в моторах от Хонда (CB750), который был выпущен в 1969 году и моторе Z1 от Кавасаки. Оба мотора для своего времени работали очень гладко.
Но, к несчастью, вибрирующая сила, которую доселе пытались убрать, оказалась не единственной проблемой. На движение двигателя влияет еще и наклон стержня, который изменяется дважды за оборот. Это вызывало вторичную вибрирующую силу. По мощности она была около четверти первичной силы. Как и в случае с первичной силой, ее еще можно было терпеть, пока детали двигателя были не слишком тяжелыми по сравнению с самим двигателем. Но когда Хонда выпустили двигатель CBR1100XX Blackbird, то вторичная вибрация оказалась уже непереносимой для человеческого терпения. К двигателю пришлось прикрепить балансирующие стержни. Но в целом двигатель работал удивительно гладко.

Двигатель, составленный из трех двухцилиндровых компонентов, расположенных под углом 120 градусов друг к другу, тоже будет испытывать небольшие покачивания. Как уже говорилось, такую проблему можно корректировать при помощи балансирующего стержня. Но есть и другой способ: соедините два тройных двигателя концом к концу, развернув один на 180 градусов. Теперь вибрация аннулируется полностью, что позволяет создать полностью бесшумный мотор, который теперь выпускает BMW. Если вам нужны и гладкость работы, и великолепие, то ничего не сможет побить в этой области двигатель V-12.

Тем не менее, даже сегодня есть гонщики, которым нравится вибрация, вызываемая двигателем их машины. Они сами выбирают, сколько стоит убрать, и сколько можно оставить: в двигателях Big Twins от Harley-Davidson обнуляется 75 процентов вибрирующей силы. Если к моменту следующей доработки двигателя, покупатели изменят свои предпочтения, то сила вибрации может быть либо увеличена, либо ослаблена.