Как подобрать ролики вариатора

На сайте motoua.net есть статья на тему о неумирающих вопросах о настройке трансмиссии.

1. Зависимость мощности от оборотов для 2-х тактного двигателя имеет явно выраженный максимум, острота которого зависит от суммарной характеристики всех компонентов двигателя – цилиндра с его газодинамическими характеристиками, выпускной системы, трансмиссии, системы питания (карбюратор + воздушный фильтр и т.п.). Ниже показана типовая характеристика, снятая на динамическом стенде при вариаторе, зафиксированном c передаточным отношением 1:1, для различных выпускных систем.

Отчетливо просматривается наличие точки на шкале оборотов, которой соответствует максимальная мощность. Видно, что при применении различных выпускных систем значение этих оборотов максимальной мощности (ОММ) для одной и той же остальной конфигурации различно, как различны и предельные обороты, на которых двигатель еще развивает хоть какую-то мощность.

Для серийного скутера, который не предназначен для спортивных применений, конструкторами принимаются меры для того, чтобы как можно больше сгладить эту "резонансность ", чтобы характеристики мощности скутера во всем диапазоне оборотов и скоростей были равномернее (Рис.2 сплошная линия). Для этого соответствующим образом просчитан цилиндр и расположение его окон, применены выпускные системы, построенные как многокамерные резонаторы с переходами малого диаметра между камерами, аналогично сделаны и корпуса воздушных фильтров, трансмиссия тоже подчинена этой цели (форма постелей роликов, угол наклона опорной плиты, форма прорезей торкдрайвера, передаточное отношение редуктора). Некоторая часть этих средств "сглаживания" называется у нас "душилками". Действительно, при снятии их, максимальная мощность возрастает, но при этом зачастую возникает неравномерность характеристики ("подхваты" и "провалы"), с которыми приходится или бороться или мириться.

Для спортивных скутеров важнее, чем равномерность и стабильность характеристик, является максимальная скорость, приемистость и поэтому борьба идет за каждую лошадиную силу (Рис.2 пунктирная линия).
Все иллюстрации взяты из бумажного каталога Scooter-attack.

2. Некоторые системы скутера очень сильно напоминают "Сиамских близнецов" : цилиндр и выпускная система, карбюратор и воздушный фильтр, вес роликов и упругость пружины торкдрайвера ("Torquedrive" у Malossiили "Speeddrive" у Polini).


3. Любые изменения настроек скутера (жиклеры карбюратора, вес роликов, жесткость пружины торкдрайвера, воздушные фильтры и т.п.), без коррекции связанных с ними элементов, приводят к ухудшению интегральных параметров скутера (тем более, что мы их не замечаем), как бы нам ни нравились частные результаты.


4. Работа по точной настройке систем скутера без применения измерительных приборов, хотя бы на время точной настройки (в первую очередь тахометр, электронный спидометр) носит скорее эмоциональный характер, а зачастую, вообще невозможна.



Рассмотрим для начала, что происходит, когда мы без реальной необходимости вмешиваемся в работу отлаженного вариатора.

Вот график (Рис.3) работы идеального вариатора на идеальном скутере (сплошная линия) при движении по горизонтальному участку. Как вы понимаете, работа реального вариатора на реальном скутере будет отличаться той или иной степенью приближения к идеальному (см. Рис.9 нижние графики). От влияния выработки щек ведущего шкива, направляющих торкдрайвера, износа ремня, роликов и т.п. реальный график будет иметь те или иные отклонения от прямых линий, но в целом все равно характер поведения будет подчинен таким же закономерностям.

Разгон начинается после схватывания сцепления (точка "а") при 4000 об/мин и до достижения оборотов 7000 об/мин, обороты растут совместно с ростом скорости, далее характер разгона меняется (точка "b") – идет рост скорости при неизменных оборотах двигателя. Это результат работы вариатора именно как эквивалента автоматической коробке передач. Он поддерживает обороты двигателя (7000) равными оборотам максимальной мощности (ОММ). К моменту достижения скорости 70 км/час (точка "с") вариатор полностью отрабатывает свой диапазон изменения передаточного отношения – торкдрайвер полностью разжат, подвижная щека ведущего узла вплотную приблизилась к неподвижной, при этом вытеснив ремень на максимально допустимый радиус. (Все конкретные цифры на графике не являются каким-то стандартом, а просто описывают приведенный авторами график). "Длина" и "горизонтальность" полочки на графике определяет качество вариатора.


Далее разгон продолжается с одновременным ростом оборотов до предельных, которые определяются конкретной конфигурацией скутера.

Пунктирная линия относится к случаю, когда вес роликов меньше оптимального, (решили увеличить "подрыв") обороты двигателя "проскакивают" выше ОММ, разгон идет с непрерывным ростом оборотов, и на пониженной мощности двигателя, что растягивает во времени этот процесс.

Обратите внимание, что пунктирный график не достигает точки "d", т.к., на первый взгляд, предельных оборотов для этого двигателя не хватает для отработки вариатором максимального передаточного отношения, ремень не вытолкнут на максимально допустимый радиус. Из-за этого произошло снижение максимальной скорости. Но это только на первый взгляд. На самом деле причина в нехватке мощности двигателя в таком режиме. Если бы у двигателя не было ограничения по оборотам из-за нехватки мощности, пунктирный график проходил бы выше, и прежняя скорость была бы достигнута при более высоких оборотах, но для обычного двигателя для этого нужно заняться серьезным тюнингом.

Мы увидели, что применение слишком легких роликов снижает максимальную скорость и увеличивает время разгона из-за работы двигателя на неоптимальных оборотах и при недостаточной, из-за этого, мощности.

Штрихпунктирный график показывает характер работы вариатора, при весе роликов гораздо больше оптимальных.

Видно, что тяжелые ролики сильно загружают двигатель, в результате чего обороты не могут достичь ОММ, они падают из-за нехватки мощности до разгрузки двигателя, который снова пытается восстановить их и так несколько раз. Разгон происходит с несколькими подхватами и провалами на неоптимальных оборотах, следовательно, медленнее, чем в идеальном случае. Но мало того, максимальная скорость и в этом случае будет меньше "идеальной"!

В чем же причина того, что как для слишком легких, так и слишком тяжелых роликов не достигается былая максимальная скорость?

Ниже, приведены графики зависимости мощности и скорости для этих случаев, снятые на динамическом стенде. Черные линии соответствуют правильно подобранному весу роликов (в этом конкретном случае 9,2 грамм).

Синяя линия на первом графике (Рис.4) приведена для случая, когда установлены ролики весом 8,5 грамма (меньше на 0,7 гр.). В итоге максимальная мощность упала с 5 л.с. до 4,8 л.с., а максимальная скорость, с 97,54 км/час до 90,10 км/час.

Синяя линия на втором графике (Рис.5) соответствует случаю, когда установлены ролики весом 10 грамм (больше на 0,8 гр.). В итоге максимальная мощность упала до 5 л.с., а максимальная скорость до 90,25 км/час.

Во всех случаях наглядно видно, что графики разгона проходят ниже графиков оптимальной настройки, т.е. при потере мощности. В результате максимально возможная скорость не достигается и при легких и при тяжелых роликах!


При правильном подборе веса роликов, к моменту достижения ОММ, у двигателя имеется мощность, достаточная, чтобы вариатор смог работать в режиме автоматического поддержания ОММ. Этот режим характеризуется тем, что попытки двигателя увеличить обороты тут же компенсируются изменением передаточного отношения вариатора, что возвращает обороты к ОММ, но уже при другом передаточном отношении. А для этого есть все возможности – заслонка карбюратора открыта полностью, центробежная сила роликов превышает силу, необходимую для удержания ремня в положении, нужном для получения текущей скорости движения, и эта избыточная сила и является тем фактором, который при неизменных оборотах заставляет ремень подниматься и т.д. и т.п. Так продолжается до тех пор, пока вариатор не отработает весь свой диапазон. Поскольку запас мощности еще не исчерпан, рост оборотов продолжается, и прирост скорости получается уже только за этот счет. Поскольку двигатель в этом случае работает с постепенно понижающейся мощностью, в конце концов, избыток мощности исчезает и скутер продолжает движение с постоянной скоростью, которую мы и называем максимальной.

В результате работы вариатора мы получаем достаточно постоянную мощность во время разгона:

Обратите внимание, на тот факт, что мощность, которая необходима, чтобы обеспечить разгон, расходуется на преодоление сопротивления движению скутера (сопротивление в подшипниках колес, перекатывание пневматиков, неровности дорожного покрытия, и сопротивление встречного потока воздуха) и на преодоление сжимающей силы пружины ведомого узла и силы трения ремня по поверхности подвижной щеки. Дело в том, что направляющие прорези на торкдрайве (Рис.6) сделаны под углом к оси шкива, что делает (при осевых перемещениях) неизбежным поворот подвижной щеки относительно неподвижной, да еще и в сторону противоположную направлению движения ремня, а при этом должно произойти небольшое проскальзывание ремня. Поэтому двигаться подвижная щека начинает не сразу, а только когда обороты будут достаточны для создания соответствующих центробежных сил, и появится избыток мощности. До этого момента скорость увеличивается пропорционально оборотам ( участок a-b на Рис.3)

Рис. 6


Из-за того, что в состав сил, на преодоление которых расходуется мощность, входят компоненты с квадратичной зависимостью от скорости движения, например сопротивление встречного потока воздуха

,
то каждая следующая прибавка скорости скутера дается все более дорогой ценой.


Есть еще одна сила трения, которая должна преодолеваться при перемещении подвижной щеки ведомого шкива – это сила трения пружины торкдрайвера об основание сцепления. Дело в том, что при сжатии пружины, ее конец постоянно перемещается по поверхности основания, т.е. пружина как бы закручивается при сжатии, и тот, кто хоть раз сжимал руками весь шкив при сборке, знает, что сцепление нужно проворачивать, чтобы оно село на шлицы неподвижной щеки.
Чтобы уменьшить расход энергии на это проскальзывание, известная тюнинговая фирма Malossi выпустила еще одну деталь под названием Torsion Controller.
Поскольку, не смотря на громкое название, это всего лишь шайба из материала с низким коэффициентом трения, я думаю, что многие любители смогут изготовить этот Контроллер самостоятельно. На scooter-center эта деталь для двигателей Минарелли 50-70сс стоит 4,7 евро, для двигателей Пиаджио 5,64 евро. На SIP-scootershop оба варианта стоят 4,84 евро.
Статья об этой детали: (http:/www.revout.ru/modules.php?name=Pages&go=page&pid=70)


Вывод: Учитывая, что конкретное значение оборотов максимальной мощности зависит от соответствующей комплектации двигателя: ЦПГ, коленвала, выпускной системы и т.п., изменение веса роликов для достижения иных целей кроме как для точной настройки вариатора для поддержания ОММ, недопустимо. Потери на всех фронтах!

Те положительные результаты, которых достигают некоторые скутеристы, меняя в небольших пределах вес роликов или размеры ремня, являются плодом точной настройки вариатора, которой при серийном производстве достичь нереально, а, может быть, и не нужно. Как я понимаю, чуть завышенный вес роликов по мере износа будет компенсировать падение характеристик, связанных с износом ремня. В результате чего постоянство скоростных параметров скутера будет держаться более длительное время.

Для тех., кто желает "увеличить подрыв" или "увеличить скорость при тех же максимальных оборотах" есть только один "правильный" путь – укорочение передачи (увеличение коэффициента редукции) или удлинение передачи (уменьшение коэффициента редукции) путем замены пар шестерней в редукторе. Естественно, что одновременное получение обоих качеств без увеличения реальной мощности двигателя невозможно.

Немного ниже будет описан путь увеличения стартового ускорения заменой пружин сцепления на более жесткие, что равносильно небольшой прибавке мощности.

Для того, чтобы обеспечить минимальное время для достижения максимальной скорости, применяются тюнинговые вариаторы. Они позволяют поддерживать ОММ гораздо точнее штатных вариаторов и в бОльшем диапазоне скорости. Применительно к приведенному графику на Рис.3, полочка "b-c" будет длиннее вправо.

Еще одним полезным элементом тюнинга трансмиссии является использование торкдрайверов со спрямленными прорезями под "пальцы" (Рис. 6). Это позволяет быстрее выходить на ОММ, сдвигая точку "b" влево.

Приведенные ниже графики показывают, как применение тюнингового торкдрайвера улучшает разгон на начальном участке

Рис.7

- Самая нижняя кривая - стандартная конфигурация (с ограничителями).
- Кривая с провалом - поршневая OR класса Sport, лепестки Eurocilindro, вариатор Malossi, шестерни редуктора Malossi, выпускная система LeovinceZX.
- Верхняя кривая - поршневая OR класса Sport, лепестки Eurocilindro, вариатор Malossi, торкдрайвер Malossi, шестерни редуктора Malossi, выпускная система LeovinceZX.


Вы видите, что при использовании тюнингового торкдрайвера ликвидируется провал мощности в диапазоне 12-35 м/ч (примерно 20-55 км/ч). Это даст скутеру солидное преимущество в разгоне. А при тюнинге на основе поршневых наборов класса Racing эффект еще больше! Кстати, замена торкдрайвера на тюнинговый, по трактовке SIP-scootershop, относится к тюнингу 1-2 уровня (Road-Sport)

При настройке вариатора без тахометра, помня о том, что оптимальной настройке будет соответствовать минимальное время разгона до максимальной скорости, можно воспользоваться секундомером, цифровым спидометром и набором настроечных роликов.

Чтобы закончить тему с роликами, рассмотрим еще возникающие вопросы о количестве роликов, необходимых для нормальной работы вариатора. Этот вопрос обычно возникает при взгляде на 9-ти роликовый вариатор PoliniSuperSpeedControl или результат "тюнинга" основанного на замене 6 роликов тремя, когда нормальный комплект достать негде или уж больно крупная "жаба" давит.

В свое время, в одном из журналов "Рационализатор и изобретатель" я прочитал об одном замечательном приеме, который позволяет найти ответ для подобного рода вопросов – надо взять две крайности и посмотреть, что будет. Если в обоих крайних случаях результат плохой, значит искать нужно посередине.

Берем вариант с одним роликом. Учитывая, что подвижная щека вариатора движется по своей втулке со скользящей посадкой, даже небольшой перекос ее, неизбежный при давлении единственного ролика в одной точке, приведет к заклиниванию. Берем вариант с сотней роликов, получаем равномерное усилие, при котором щека движется идеально, мало того, износ даже части роликов до "0" никак не повлияет на работу вариатора, а распределенное усилие приведет к минимизации износа поверхностей.

Отсюда вывод: чем больше роликов, тем лучше. Снижать их число, ниже предусмотренного конструктором, не стоит, разве что, как говорится, жизнь заставляет! Использование в одном наборе роликов разного веса, уж очень напоминает, известную старшему поколению, картину "Ленин на субботнике".

При замене пружины торкдрайвера на более жесткую, что необходимо делать только в случае проскальзывания ремня, вследствие увеличения мощности двигателя, нужно компенсировать повышение оборотов увеличением веса роликов, чтобы восстановить оптимальную настройку. Применение слишком жесткой пружины приведет к падению максимальной скорости.

Рекомендации по снижению веса роликов при установке тех или иных деталей при тюнинге скутеров, которые даются в каталогах и на сайтах известных интернет магазинов, как раз и нужны, для восстановления оптимальных настроек, т.к. применение таких деталей повышает ОММ скутера, т.е. работа начинает проходить по нижнему графику (Рис.3).

Еще один момент, связанный с работой вариатора, это укорочение ("подрезание") втулки вариатора. Советов по этому поводу на сайтах хоть отбавляй, но вряд ли большинство знает, к чему ведут необдуманные действия в этом направлении. Результаты изменения толщины шайбы, которая входит в стандартную комплектацию, вариатора показаны на Рис. 8.

Рис. 8


Синяя линия соответствует использованию толстой шайбы, красная линия – тонкой (равносильно "подрезанию" втулки или применению более широкого ремня). Видно, что максимальная скорость увеличилась с 86,7 км/час до 91,77 км/час,Но за эту прибавку в 5 км/час пришлось "заплатить" снижением мощности при старте на 1,4 л.с. Впору помогать ногами.

Для того, чтобы иметь возможность тонкой настройки вариатора и по этому параметру, выпускается набор шайб разной толщины с внутренним диаметром 13 мм и 15 мм (SIP-scootershopart. TP9912820, TP9913100). Их толщина от 0,25 мм до 0,95 мм.

С их помощью можно вместо штатной шайбы, установить шайбу (или несколько) такой толщины, которая удовлетворила бы ваши потребности. Если при настройке с новым ремнем пришлось удалить штатную шайбу, то я бы таки укоротил втулку на 1 мм (только на токарном станке, а не на точиле), подобрав затем нужную длину из нескольких шайб этого набора. По мере износа ремня, можно периодически снимать по одной шайбе и переставлять их за опорную плиту вариатора, чтобы сохранить прежнюю длину пакета.


Есть еще один элемент трансмиссии, отношение к которому требует корректировки. Это пружины автоматического центробежного сцепления.

Как правило, настраивать момент срабатывания центробежного сцепления, начинают для увеличения "рывка". Учитывая, что сила, зависящая от жесткости пружин сцепления, всегда действует против центробежных сил, которые прижимают колодки к поверхности колокола сцепления, не стоит увлекаться применением слишком жестких пружин на нетюнингованых скутерах. Не подкрепив замену увеличением рабочих оборотов, как в случае с тюнинговыми выпускными системами, легко можно получить работу сцепления с проскальзыванием, о чем вам будет напоминать синий цвет перегретого колокола.

Чтобы понять, почему увеличение жесткости пружин сцепления, т.е. перемещение момента схватывания на более высокие обороты двигателя, приводит к увеличению стартового ускорения ("подрыва" в терминологии некоторых скутеристов) стоит внимательно посмотреть на эти графики:

Рис.9


Верхние графики показывают связь мощности и скорости движения скутера. Синяя линия – штатные пружины сцепления, красная – усиленные. Наглядно видно, что мощность вплоть до скорости 25 км/час на 0,5 – 2 л.с. больше, чем в случае с штатными пружинами. Этот запас мощности и дает возможность скутеру набирать скорость гораздо быстрее.

Нижние графики это реальные графики уже известной нам связи оборотов двигателя со скоростью скутера приведенной на Рис. 3. Вы можете видеть насколько реальные графики отличаются от идеальных!

И на этих графиках вы можете видеть, что простой заменой пружин сцепления удалось приблизить обороты начала разгона к оборотам максимальной мощности (с 6500 до 9000). И это все достигнуто не путем расстройки хорошо настроенного вариатора путем облегчения веса роликов, как это водится у некоторых "специалистов", а подбором оптимальной жесткости пружин сцепления, что дает возможность двигателю до схватывания сцепления, набрать обороты, на которых мощность двигателя уже достаточно велика.



Какой же вывод можно сделать после изучения приведенных графиков (это не эмоции, а документальные свидетельства реальных процессов, происходящих в вашем скутере!).

1. Только правильно настроенный вариатор дает вам возможность получить максимальную отдачу и в виде максимальной скорости и в виде максимальной динамики. Нужно забыть об использовании манипуляции с весом роликов после точной настройки вариатора.

2. Для начального тюнинга, который можно сделать, не меняя размеры цилиндра и тип выпускной системы, это подбор оптимальных пружин сцепления с повышенной жесткостью, замена вариатора, торкдрайвера. Все это, не уменьшая максимальной скорости, даст вам необходимый прирост ускорения при старте.

3. Все работы по точной настройке трансмиссии нужно проводить только после тщательной ревизии состояния деталей вариатора, торкдрайвера, ремня и отстройки карбюратора. Если этого не сделать, то все неравномерности в характеристиках скутера по этим причинам, наложатся друг на друга и в полученной каше будет невозможно разобраться.

4. Поскольку использование динамического стенда для подавляющего большинства не реально, остается контроль качества работы трансмиссии проводить, ориентируясь на время выхода двигателя на обороты максимальной мощности, точность выдерживания ОММ в процессе разгона, максимальную скорость скутера, т.е. спидометр – тахометр - секундомер.