Первое, что бросается в глаза в гоночном мотоцикле Harley Davidson, подготовленном для King of the Baggers - это его мощный и глубокий звук. Его синкопа проистекает от неравномерного ритма вспышек, который объясняется традиционным для двигателей HD 45-градусным коленвалом. Во время гонки двигатель обычно работает на скоростях около 6000-7000об/мин и звучит весьма похоже на какой-нибудь классический радиальный авиационный мотор времён Второй Мировой - мощно и внушительно.
Двигатель Harley Davidson для King of the Baggers
Двигатели Milwaukee-Eight 131R в коробочной версии доставляются в отдел разработки продукции, где их дорабатывают для использования на гонке. Диаметр и ход поршней составляет 4,310 на 4,5 дюйма - это 10,947x11,43 в сантиметрах. Такой ход присущ 114-дюймовой версии мотора, которая, как и другие Milwaukee-Eight (M-8), имеет один распределительный вал с четырьмя кулачками, приводящий четыре клапана на цилиндр через штанги-толкатели с помощью новых и более длинных коромысел, не обременённых устаревшей системой регулировки тепловых зазоров с гайкой и винтом. Равномерное давление на клапана обуславливается соблюдением допусков на размеры. Головки 131R имеют фрезерованные на станке с ЧПУ каналы, а камеры сгорания в них имеют полностью машинную обработку. Это даёт степень сжатия 10,7:1. Распредвал, установленный в двигателе, имеет каталожный номер SE8-517, а клапана увеличены на 1мм. В этих головках установлено по 2 свечи зажигания, а по центру стоит клапан декомпрессии с электромагнитным приводом, облегчающий запуск.
Harley Davidson для King of the Baggers
Не так давно конструкторы из NHRA Pro Stock Auto отказались от попыток создать распредвал, волнистая форма которого компенсировала бы его изгиб между постелями, толкателями и коромыслами. Вместо этого они переключились на то, чтобы сделать детали намного жёстче. Когда-то жёстче означало тяжелее, а тяжелее означало вероятность зависания клапанов. Но современный подход к штанговому приводу клапанов требует очень жёстких деталей, и они сумели достичь своей цели.
Когда инженерам нужно узнать, как именно будут двигаться клапана на скорости, они обращаются к тестовому стенду Spintron, который приводит ГРМ электромотором и при этом отслеживает положение клапана с высокой точностью при помощи световой интерферометрии. Анализ показывает собственные частоты в изгибающихся частях, примерно как звучащая гитарная струна выглядит на длинной выдержке.
Ход поршней в 11,43см на 7000об/мин - это много. Известны случаи, когда на примерно на тех же оборотах ломались шатунные шейки 500-кубовых одностволок Manx Norton. Ход поршня там составлял 78,4мм - лишь 69 процентов от хода 131R. Если сравнить ускорение поршней на 7000об/мин, то у Manx оно составляет 2638G, а у этого Harley оно на 46% выше и составляет 3847G (впрочем, это значение далеко от чрезмерных, учитывая, что двигатели Formula 1 15-летней давности развивали ускорение поршней до 10000G).
При этом, по словам инженера гоночной команды, в плане надёжности коленвал "хорош, очень хорош". И это благодаря двум отличиям между современными и классическими Harley: во-первых, прямые запрессованные шатунные шейки большого диаметра вместо веретенообразных, используемых 25 лет назад. Это существенно увеличивает силу и повышает частоту резонансной вибрации щёк коленвала и шатунов, превращающихся на высоких оборотах в гигантский камертон. А во-вторых, с 50-х годов значительно повысилась усталостная прочность материала роликов в подшипниках, что обусловлено потребностями авиационных газовых турбин. Кованые шатуны были улучшены благодаря применению методом конечно-элементного анализа (FEA) для снижения концентрации напряжений - где-то на компьютере кого-то из команды разработчиков наверняка есть диаграммы напряжений в старых и в новых шатунах. Было бы любопытно глянуть на них.
А ещё правила гонки позволяют достигать предела разрешённой кубатуры любым способом - как изменением диаметра, так и хода поршней, и руководитель гоночной команды Джейсон Кель решил, что можно поиграть с параметрами.
Серийный 131R оснащён одним балансирным валом с зубчатым приводом, снижающим основные вибрации на 75%. В гоночном двигателе балансира нет.
Кованый поршень 131R имеет плавные линии, характерные для компонентов, просчитанных с применением метода конечно-элементного анализа. Выглядит, кстати, здорово - он невысокий, Т-образный, юбка имеет тёмное антифрикционное покрытие для быстрой обкатки, а ещё он лёгкий - это необходимо для надёжной работы на 7000об/мин при таком длинном ходе. Обычно такие короткие поршни имеют плохое охлаждение днища, а горячее днище повышает вероятность детонации, разрушительной для колец, пальца и шатуна. При этом лёгкие современные поршни сосуществуют в этом двигателе с воздушным охлаждением! Достигнуто это благодаря охлаждению поршня изнутри масляными струями из форсунок в картере. Основные детали этого двигателя тщательно спроектированы с использованием самых современных методов, но при этом конструкторы сохранили традиционную внешность и компоновку 45-градусного V-твина с воздушным охлаждением, нижним распредвалом и штанговым приводом клапанов.
В гоночной версии двигателя поршни имеют несколько иную форму днища, чем у серийной версии. Если на серийной выборки под клапана совсем небольшие, то у гоночной поршни разработаны под более высокую степень сжатия, а значит, в камере сгорания несколько более тесно. Значит, выборки под клапана в поршне должны быть глубже, и весьма вероятно, что они допускают бОльший ход клапанов, чем 1,3см, которые даёт распредвал SE8-517. Кстати, гоночные мотоциклы в этом классе ездят на специальном топливе - T4.
А что касается более длинноходных клапанов, то у обычных Harley кривая тяги имеет форму односкатной крыши: острый пик на низких оборотах и снижение по мере роста оборотов. Чем выше скорость вращения двигателя, тем сложнее загнать в него достаточное количество воздуха через впуск, рассчитанный на пиковую тягу на низах. В последние годы это потихоньку меняется, и кривая тяги постепенно приобретает форму дуги с пиком на средних оборотах, в районе 3000-3500, на которые приходится разгон и опережение. Ниже и выше этих оборотов требуется меньше тяги.
Но для гоночного мотора потребность в максимальной мощности смещает пик тяги на высокие обороты. Во время гонки King of the Baggers моторы работают в районе 6-7 тысяч вплоть до отсечки. Это требует увеличенного хода клапанов для того, а также более позднего закрытия впускных клапанов и увеличенного перекрытия, когда открыты и впускные, и выпускные - всё для того, чтобы за малое время в камеру сгорания успевало поступить нужное количество смеси. Если, для примера, на 3500об/мин впуск занимает 0,009 секунды, то на 6000об/мин это время сокращается до 0,006 секунды, и нужно как-то компенсировать более короткую фазу заполнения цилиндра смесью.
По правилам мотоциклы должны быть оборудованы стоковой коробкой. При этом шестая на Харлеях - это повышенная, то есть овердрайв, при котором обороты при той же скорости движения, что на пятой, снижаются на 19% для уменьшения вибраций. В гонках шестая вряд ли будет полезна, потому что из-за такого большого разрыва при переключении на повышенную есть шанс выйти за пределы зоны оборотов с высокой тягой. Первая передача после старта тоже почти не используется, и в итоге этот класс использует четырёхступенчатую коробку, что само по себе накладывает некоторые ограничения на то, как должен быть настроен двигатель.
Если решить, что мотор должен развивать мощность в 160лс на 7000об/мин, то усреднённое чистое давление сгорания (BMEP) составляет 138psi. Это примерно две трети того, сколько достигается в полновесном гоночном двигателе, и это вполне логично, учитывая, что класс King of the Baggers весьма молод, и в нём ещё масса возможностей для тюнинга. Чем больше производимая мощность, тем более эффективной должна быть система охлаждения, и тем больше будет масляный радиатор.
Нынешний двигатель работает с одним гигантским дросселем и фрезерованным Y-образным манифольдом. Если потребуется больше мощности, то можно сделать как с XR-750 много лет назад - оснастить каждый цилиндр собственным прямым впуском (только где б его поместить?). В нынешней системе общий дроссель обращён вправо, а воздушный фильтр направлен прямо вперёд.
Управлять температурой двигателя с воздушным охлаждением - дело непростое, ведь они по очевидным причинам делаются горячее в жаркие дни и холоднее - в прохладные. Перегрев в свою очередь повышает вероятность детонации, а также тепловых прихватов, и конструкторы гоночной команды серьёзно поработали над управлением температурным режимом. На гоночном HD 2022 года были наварены удлинители рёбер охлаждения, но больше они не используются. Решающее значение, по словам представителя гоночной команды, имеет хороший обдув головки заднего цилиндра, и этой цели служит внушительный воздухозаборник с левой стороны. Охлаждение уже нагретым воздухом, прошедшим через оребрение второго цилиндра - плохая идея, так что нужно было раздельное решение. Руководитель команды Кель отметил, что обычное местоположение радиатора гоночного мотоцикла - это под носовым обтекателем, но на этом мотоцикле он бы перекрыл поток воздуха к обеим головкам. Поэтому большой радиатор расположен в верхней части фиксированного обтекателя, на месте фар. Можете считать его "инфракрасной фарой", если угодно. Приятно, что радиаторы имеют защиту от камней - гоночные мотоциклы постоянно швыряются камнями с поверхности трека, а прилёт такого камня в радиатор (или, кстати, под ремень главной передачи) - так себе история.
Ещё одна каноничная проблема воздушных моторов - деформация головок. Когда металлические детали горячие и работают под существенным напряжением, может возникнуть некоторая текучесть даже при температурах, далёких от точки плавления. Этот эффект называется ползучестью металла, и когда от неё немного смещаются или делаются овальными сёдла выпускных клапанов, теряется их герметичность и всё становится очень плохо. На 131R возможны две дополнительные схемы охлаждения. Первый вариант - так называемая двойная Twin Cooled, когда двигатель имеет обычное воздушно-масляное охлаждение, плюс охлаждение антифризом сёдел выпускных клапанов через канал в форме сердца вокруг них. Такие моторы можно узнать по наличию радиаторов жидкостного охлаждения и парам чёрных патрубков, прикреплённых к головкам рядом с выпускными патрубками.
Второй вариант - охлаждение сёдел выпуска через масляный канал между ними. Испытания показали, что второй вариант лучше отводит тепло из самой теплонагруженной области гоночного двигателя.
1 марта был представлен ещё более увеличенный и мощный коробочный двигатель Screamin’ Eagle Stage IV, 135R, шатунная шейка которого была смещена наружу на 15мм, что дало ход поршней в 11,75см и рабочий объём в 135 кубических дюймов, что равно 2212куб.см. К чему бы это? А дело в том, что наработки гоночной команды очень легко применимы к этому новому мотору. Рабочий объём был увеличен всего на 3 процента, а мощность и тяга подросли на 10%. Это заявленные 130лс и 194Нм с заднего колеса. Вот почему говорят, что гонки улучшают породу.
