Перед разработчиком двигателей всегда стояла сложная задача. По существу, двигатель должен быть максимально простым, а, следовательно, дешевым в производстве и надежным в эксплуатации. Такой подход был оправдан в послевоенные годы, когда низкая стоимость была главной чертой любого мотоцикла и служила основной причиной популярности одноцилиндрового двигателя на протяжении многих лет. В то время как те же требования остаются сегодня актуальными для внедорожных мотоциклов и мопедов, сущность мотоцикла в основном изменилась. Хотя многие используют его в качестве основного транспорта, это уже не говорит о том. что главные требования - дешевизна и надежность. Характеристики - вот главные требования среднего мотоциклиста на сегодняшний день.
Наиболее очевидным способом добиться повышения мощности любого двигателя является увеличение его объема. Однако, обычно существовали достаточно серьезные основания для сосредоточения внимания на получении большей мощности от двигателя заданной размерности. Главное из них связано с тем. что во многих странах существует закон, ограничивающий максимальный объем для водителей с определенным возрастом или опытом вождения. Так же, там где законодательство менее жесткое, стоимость страхования возрастает пропорционально объему двигателя, образуя тем самым добровольное ограничение объема для большинства людей. Не менее важна проблема, поставленная перед изготовителем, которому надо убедить потребителя, что его четырехцилиндровый двигатель объемом 600 куб.см. превосходит других, а лучший способ доказать это - сделать его так, чтобы скорость, динамика и внешний вид были лучше, чем у конкурентов. Существуют факторы, которые влияют на то, как будет получена мощность от двигателя, в первую очередь к этим факторам относят диаметр цилиндра и ход поршня. Для любого заданного рабочего объема цилиндра существует множество комбинаций диаметра цилиндра и хода поршня. Можно условиться, что в нашей теоретической модели двигателя диаметр цилиндра равен ходу поршня. Данная схема носит название "квадратной". Если увеличить ход и уменьшить диаметр до получения заданного объема двигателя, то полученная схема будет носить название "длинноходной", в то время как в другом предельном варианте может использоваться большой диаметр в комбинации с небольшим ходом для получения так называемой "короткоходной" схемы двигателя. Прежде чем продолжить, следует рассмотреть два важных термина - эффективная мощность и крутящий момент.
Эффективная мощность - величина, применяемая для определения мощности, вырабатываемой двигателем при любой заданной частоте вращения.
Крутящий момент - наиболее простое определение можно представить в виде "тяговой мощности" двигателя.
Обе эти величины определяются при испытаниях двигателя на устройстве, называемом динамометром, в широком диапазоне частот вращения двигателя; таким образом, показания полученной эффективной мощности и выходного крутящего момента можно представить в виде графика.
Длинноходная конструкция[]
Длинноходный двигатель отличается пологой характеристикой крутящего момента в широком диапазоне частот вращения двигателя. Крутящий момент является следствием достаточно большого плеча рычага, на котором прилагается усилие от длинного шатуна, и именно это позволяет длинноходному двигателю развивать высокое тяговое усилие при низких частотах вращения Если нарисовать кривую крутящего момента, то можно было бы отметить его незначительное увеличение по мере роста частоты вращения двигателя с достижением максимума, после которого момент начинает понижаться. Учитывая то, что двигатель наиболее эффективно работает при максимальном крутящем моменте, становится очевидным, что желательно иметь максимально пологую характеристику крутящего момента. В этом отношении длинноходный двигатель превосходит другие. Где длинноходный двигатель проигрывает, так это в общем запасе мощности, измеряющемся в эффективной мощности. Она очень мала при низких частотах вращения двигателя, резко возрастает по кривой и снижается только при очень высоких скоростях. Для получения максимальных мощностных показателей необходим двигатель, работающий с максимально возможной частотой вращения, и в этом случае длинный ход менее удобен: высокая скорость поршня налагает ограничение, при превышении которого происходит или повреждение, или ускоренный износ двигателя, а это, в свою очередь, ограничивает запас располагаемой мощности.
Короткоходная конструкция[]
Короткоходный двигатель может работать при более высоких скоростях, чем длинноходный того же объема, и, следовательно, за определенный промежуток времени происходит большее количество рабочих ходов (повышается мощность). Недостаток заключается в том, что меньший ход означает уменьшение плеча рычага коленчатого вала, а это, в свою очередь, приводит к менее пологой характеристике крутящего момента. Таким образом, короткоходные двигатели более мощные, но в узком диапазоне частот вращения двигателя. Как вы, без сомнения догадывались, ответ - в компромиссе между двумя этими крайностями, а именно - "квадратном" двигателе, описанном ранее. На практике многие современные мотоциклетные двигатели близки к "квадратной" схеме с небольшими отклонениями, обусловленными конкретными требованиями к их использованию. Хотя с популярностью спортбайков число короткоходных двигателей возросло, для того чтобы обеспечить потребителей тем уровнем мощности, который им хочется иметь на бумаге, даже несмотря на то, что на таких машинах, с объемом двигателя более 600 куб.см., вряд пи можно будет передвигаться по обычным дорогам.