САМОДЕЛЬНЫЕ ЛОДОЧНЫЕ МОТОРЫ (Продолжение — начало в № 5/2018)

В предыдущей статье мы рассмотрели самые легкие «гибридные» лодочные моторы, сделанные на основе советского «Салюта» с триммерными мотоголовками. По своим массогабаритным характеристикам они вне конкуренции, но имеют и ряд серьезных недостатков, таких как высокая шумность, большой для своей мощности расход топлива, неустойчивая работа на малых оборотах.

ХОДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ «ГАЗОНОКОСИЛОК»

Перечисленных выше недостатков лишены четырехтактные моторы с вертикальным валом, так называемые «газонокосилочные». Поэтому, если ознакомиться в интернете с народным опытом, то становится очевидным, почему они чаще всего привлекают самодельщиков, которым особенно нравится примерно вдвое меньший расход топлива, чем у классических двухтактных двигателей той же мощности.

Большинство четырехтактных «газонокосилочных» ДВС, как и триммерные, имеют сходную конструкцию — один цилиндр воздушного охлаждения с крыльчаткой на маховике, смазка движущихся деталей разбрызгиванием масла, залитого в картер, газораспределительный механизм со штанговым приводом клапанов (так называемая схема OHV), однотипные простейшие карбюраторы с поплавковой камерой, простая и надежная электронная система зажигания с фиксированным углом опережения зажигания, управление дроссельной заслонкой через центробежный регулятор частоты вращения, рассчитанный на максимальные 3600 об/мин.

Многие двигатели имеют декомпрессор — простейший механизм, немного приоткрывающий выпускной клапан при малой частоте вращения и тем самым существенно облегчающий запуск. В общем, можно сказать, что все китайские моторы этого типа примерно воспроизводят схожую по параметрам «Хонду» предыдущего поколения.

Особое место среди «газонокосилочных» занимают двигатели американской фирмы Briggs and Stratton, правда, выпускающиеся сейчас где угодно, только не в США. Многие из них имеют крайне архаичную нижнеклапанную схему ГРМ, от которой автомобилестроители отказались еще в 1940-е годы. Впрочем, для низкооборотных моторов такая схема имеет право на существование, так как обеспечивает более «плотную» компоновку и, соответственно, малые габариты.

Напротив, двигатели японских фирм Honda и Robin-Subaru выделяются высокотехнологичной схемой с распределительным валом в головке цилиндров (так называемая схема ОНС), соответственно их можно «раскрутить» до частоты выше 4000 об/мин. Но и цена «японцев» примерно втрое выше, чем «китайцев», они также вдвое дороже аналогичных по параметрам моторов Briggs and Stratton.

Внешнюю скоростную характеристику своих изделий большинство фирм не публикует, за исключением наиболее серьезных производителей: в Японии — это Honda, в Китае — Zongshen. Для примера приведем диаграммы зависимости мощности и крутящего момента от оборотов для мотора Zongshen ХР-140А. Видно, что эта характеристика — прямая противоположность той, что типична для двухтактных триммерных моторов, рассмотренных в предыдущей статье. «Газонокосилочные» моторы «не любят» высоких оборотов. Раскручивать их выше 4000 об/мин бесполезно, так как мощность при этом не увеличивается, а ресурс снижается катастрофически.

Как всегда, при сборке «гибридного» ПЛМ перед самодельщиком стоят две основных задачи: изготовление переходной плиты между дейдвудом и посадочной плоскостью двигателя и переходной муфты между коленчатым валом двигателя и вертикальным валом «ноги».

Как уже отмечалось, все китайские «газонокосилочные» моторы имеют много общего, полученного ими в наследство от «Хонды». В частности, диаметр окружности, на которой расположены крепежные отверстия, у всех двигателей с рабочим объемом от 100 до 225 см3 одинаков — 203,2 мм, то есть 8 дюймов. Правда, угловое размещение отверстий может отличаться и какому-либо логическому объяснению не поддается. Поистине, «восток — дело тонкое», и разметку переходной плиты каждый раз нужно проводить индивидуально. Для примера, показано размещение отверстий под установку двигателей фирмы Champion. На чертеже обозначено пять отверстий, но реально на двигателе имеется от трех до четырех.

Наибольшее разнообразие «конструкторских школ» среди самодельщиков наблюдается в вопросе изготовления переходных муфт. Вертикальные валы китайских «газонокосилочных» моторов унифицированы. Почти все они имеют диаметр 22,2 мм (7/8″) или 25,4 мм (ровно 1 дюйм) с канавкой под призматическую шпонку. По оси вала есть глухое резьбовое отверстие, к сожалению, под очень редкие у нас дюймовые резьбы 3/8-24UNF-2B или 7/16-24UNF-2B. В последнее время китайцы стали, наконец, постепенно переходить на метрические резьбы М10х1 (Zongshen NP100) или М8х1,25 (Champion G170-1VK). Существует несколько вариантов изготовления «в гаражных условиях» переходных муфт применительно к вертикальному валу мотора «Салют».

Наиболее распространенный среди самодельщиков использует инструментальную головку «на 22». Желательно, чтобы она имела такое сечение, как показано на чертеже: в этом случае она хорошо сопрягается с обычной призматической шпонкой. Основной недостаток подобной схемы — невозможность обеспечить плотное соединение с минимальными зазорами. Соответственно, шпонка неизбежно разбивается. При этом она должна быть изготовлена из мягкой стали, иначе разбиваться будет шпоночный паз вала, что гораздо хуже. Подобное соединение было использовано мною в одной из конструкций. После сезона эксплуатации сечение шпонки превратилось из прямоугольного в трапециевидное, поэтому ее следует считать расходным материалом, таким же, как штифт гребного винта.

Альтернативный вариант переходника использует резьбовое отверстие коленвала. Главная проблема — найти плашку с дюймовой резьбой, причем не трубной, а машиностроительной.

Третий способ представляется мне наилучшим. Предлагается прошлифовать концевую часть коленвала до квадратного сечения, соответствующего подходящему по размерам инструментальному переходнику. Для вала диаметром 22.2 мм это квадрат 1/2″ (12,7 мм), а для вала 25,4 мм — квадрат 3/4″ (19 мм). Оказалось, сделать четыре перпендикулярные лыски несложно даже простой «болгаркой» со шлифовальным диском, не разбирая при этом мотор. Когда я брался за это дело в первый раз, от опасения испортить новый моторчик немного дрожали руки. Но сейчас я проделал эту операцию уже трижды, не считая шлифовку вертикальных валов, и могу сказать, что перешлифовать хвостовик круглого вала на квадратное сечение действительно несложно. Конечно, если это делать вручную, точность будет примерно ±0,2 мм. Поэтому, чтобы посадка была плотной, ее необходимо осуществлять «на горячую», с прогревом охватывающей детали (переходника) до 150 — 200°С.

Основные характеристики четырехтактных двигателей с вертикальным валом

Еще одной особенностью четырехтактных моторов сельскохозяйственного назначения, заслуживающей отдельного рассмотрения, надо признать их управление. Все они рассчитаны на работу с постоянной частотой вращения 3000-3600 об/мин, независимо от нагрузки.

Для поддержания оборотов служит механический центробежный регулятор. При увеличении нагрузки обороты падают, и регулятор приоткрывает дроссельную заслонку карбюратора, при снижении — наоборот. Поэтому «перекрутить» двигатель с центробежным регулятором невозможно, при снятии нагрузки регулятор немедленно повернет дроссельную заслонку в положение холостого хода. Соответственно, запускаются они всегда при полностью открытом «газе».

Очевидно, что для лодочного мотора, для которого отсутствует опасность внезапного снятия нагрузки (разве что при потере гребного винта), это излишне сложно. Поэтому большинство самодельщиков, и я в том числе, переделывают эту схему на прямое управление дроссельной заслонкой, что позволяет обеспечить устойчивую работу двигателя на малом газу (без автоколебаний) и немного превысить максимальную частоту вращения 4000 об/мин и, соответственно, мощность. Конечно, при этом возникает опасность «перекрутить» мотор, но интересно, что он сам предупреждает об опасных режимах. При больших оборотах начинают заметно стучать клапаны, так как клапанные пружины не успевают их закрывать. Если упорствовать и работать на этом режиме дольше нескольких минут, масло через приоткрытые клапаны попадает в камеру сгорания. Мотор начинает чадить черным дымом и сам резко сбрасывает обороты или глохнет.

«САЛЮТ» + «ЛИФАНЬ» = «НАРА»

Летом 2014 года, после возвращения из первого отпуска с лодкой, я понял, что Honda BF2 — отличный и надежный мотор, но ходить под ним я больше не буду, потому как испытывать японскую технику неинтересно. «Хонду» продал, легкий, но очень шумный триммерный «Спутник» сложил пополам и поставил пока в домашний музей, а мысли свои обратил к более мощным и менее шумным четырехтактным двигателям.

Для себя я определил, что мотор должен быть: достаточно легким (не более 15 кг, чтобы быть необременительным, а главное, чтобы не переворачивал нашу менее чем трехметровую лодку, как это делал «Ветерок»), достаточно мощным (не менее 4-5 л.с., чтобы попытаться вывести ее на глиссирование, хотя бы с минимальной нагрузкой) и четырехтактным, воздушного охлаждения — здесь сказалось мое первоначальное знакомство с двухсильной «Хондой».

И такой моторчик мне встретился в магазине на проспекте Буденного в Москве (местоположение авиамоторного завода «Салют» уже не государственная тайна). Он назывался «Нара-4,7» и представлял собой китайский «газонокосилочный» мотор воздушного охлаждения Lifan 1P64FV объемом 135 см³ и заявленной мощностью 5 л.с., установленный на «ноге» старого доброго «Салюта» с увеличенным трехлопастным винтом. Масса всей конструкции составляла как раз 15 кг.

Первый вопрос, заданный мной продавцу, был следующим: «Не слабоват ли редуктор «Салюта» для пятисильной мотоголовки?» В ответ я услышал: «Это не редуктор «Салюта», а усиленный, хотя и в том же корпусе». Похоже на правду, так как более близкое знакомство с ним показало, что его гребной вал выполнен из более твердой стали, а штифт винта имеет диаметр не 3 мм, как у «Салюта», а 4 мм, как у «Ветерка». Думаю, в этой конструкции использовали редуктор и винт так и не запущенного в производство четырехсильного «Салюта». Также я, разумеется, поинтересовался надежностью агрегата, можно ли вообще его покупать? Продавец уверенно заявил: «За пять лет мы продали целых 50 штук (!) и до сих пор ни один нам не вернули!» Что ж, риск — дело благородное…

Итак, я стал обладателем первого и единственного в моей жизни нового мотора «из магазина», с заводским номером 005. Общее впечатление: неплохая, очень легкая, спроектированная авиационными инженерами нога «Салюта» и не самая дрянная китайская копия «Хонды» соеденины в одну конструкцию на уровне кружка юных техников. Запускался он плохо, при этом бил по рукам обратными вспышками, румпель «Салюта» очень слаб для пяти сил. Но если уж «завелся», то работал неплохо. Лодка с полной массой 150 кг разгонялась до 15 км/ч, а это соответствует числу Фруда по водоизмещению около двойки, то есть почти глиссированию. Расход топлива составляет примерно 1 л/ч. Мотор очень тихо и устойчиво работает на холостом ходу, что очень важно для троллинга.

Наиболее интересный для нас элемент конструкции «Нары» — переходная плита. Большое количество крепежных отверстий ø8,5 просверлено мною, так как на нее последовательно устанавливались Lifan 1P64FV, Champion G140VK и Zongshen NP100. Хотя плита и выполнена из «крылатого металла», видно, что ее конструктор не сильно беспокоился об облегчении.

Переходная муфта «Нары» выполнена по схеме с резьбовой вставкой. Очевидно, для авиазавода найти плашку с дюймовой резьбой не составляло большой проблемы.

Румпель я переделал сразу, поставит раздвижной, большого диаметра, а вот с проблемой запуска справиться оказалось сложнее. «Газонокосилочныех двигатели имеют постоянное и, главное нерегулируемое опережение зажигания, а здесь, чтобы заставить их работать на несвойственных газонокосилке повышенных оборотах, зажигание сделать слишком ранним.

Сейчас наши самодельщики научились использовать для подобных двигателей электронное зажигание с переменным углом опережения, но тогда, осенью 2014 года, в продаже появились китайские «газонокосилочные» моторы нового поколения, существенно облегченные. В конструкции их кривошипно-шатунного механизма уже присутствовал декомпрессор, снимающий проблему обратных вспышек. Цена вопроса составляла в те счастливые годы не более 4000 руб. Поэтому я решил не мучиться с морально устаревшим «Лифанем», а переставить на «Нару» новый Champion G140VK. При примерно том же рабочем объеме 140 см³ и приблизительно той же мощности мотор в сборе облегчился до 13,5 кг и исчезли проблемы с запуском. Наде сказать, что дюймовую плашку под резьбу 3/8″ я так и не нашел, а потому сделах переходную муфту со шпонкой.

Еще один недостаток «Нары», подтверждающий поспешность ее создания — это то, что ее забыли снабдить ручкой для откидывания и переноски. Для «гибрида» это совершенно необходимый элемент. Разогревшийся до температуры выше 100 °С мотор воздушной охлаждения просто не за что ухватить. Получив несколько ожогов, я пристроил вначале деревянную дверную ручку, довольно грубо сделанную. Позднее на ее место установил стильную пластиковую «утку», предназначенную для наматывания швартовых концов. Приятным сюрпризом стало то, что при повороте мотора на 180 градусов эта ручка упиралась в струбцину и предотвращала откидывание мотора, обеспечивая лодке задний ход.

Другой проблемой «Нары» оказался гребной винт. Как я уже говорил, на ней установлен отличный сам по себе трехлопастной винт А.В. Баринова БАВ-11, изначально предназначенный для «Салют-4». Его диаметр 184 мм, шаг 110 мм. Но он, рассчитанный на двигатель с частотой вращения 5000 об/мин, совершенно не подходит для низкооборотного мотора с частотой вращения 3600 об/мин! Нужно было разработать либо новый редуктор с меньшим передаточным отношением, либо новый винт с увеличенным шагом. Но «Нару» собрали из того, что было… В результате двигатель «перекручивается» уже примерно при 2/3 газа, а дать надолго полный ход вообще невозможно.

Основные характеристики гибридных подвесных лодочных моторов с четырехтактными двигателями воздушного охлаждения

Сказанное иллюстрирует представленная диаграмма внешних и винтовых характеристик, построенная по приблизительной методике, описанной в предыдущей статье. Видно, что с БАВ-11 частота вращения четырехтактного двигателя рабочим объемом 135-140 см³ намного превышает допустимые 4000 об/мин. Нужен более гидродинамически «тяжелый» винт левого вращения. Такие у меня были после экспериментов с триммерными моторами. Это пластиковый винт от китайского мотора Troll 2.5 — диаметр 190 мм (7/4″), шаг 102 мм (4″) и винт от снятого с производства четырехсильного американского мотора Johnson 3R -диаметр 190 мм (71/2″), шаг 152 мм (6″). Если первый из них отличается от «бариновского» только худшим качеством изготовления, то «джонсоновский» оказался очень удачным. Кроме того, хорошо зарекомендовал себя двухлопастной от «Москвы-10» с шагом 242 мм, проточенный до диаметра 185 мм.

После всех модернизаций этот мотор оказался самым универсальным из моих конструкций. Летом 2015 и 2016 годов он таскал не только легкую лодку, но и 300-килограммовый двухместный катамаран со скоростью до 12 км/ч, сохраняя при этом очень низкий расход топлива, что важно в отдаленных местах, например, в Карелии, где заправки до сих пор имеются только в райцентрах. В конце сезона 2016 года проявилась все же слабость дейдвудной трубы «Салюта» для четырех сил. Катамаран слегка заклинило между двумя причальными мостками. Вместо того, чтобы культурно освободить его, я развернул мотор на задний ход и дал полный газ, в результате чего «нога» переломилась пополам.

После возвращения в Москву моторчик был восстановлен, но осенью упомянутого года в продаже появились предельно примитивные и дешевые газонокосилки, на которых стояла последняя новинка китайского мотопрома — максимально облегченный «движок» Zongshen новой серии NP. Масса NP100 при рабочем объеме 99 см3 и мощности 2,5-3,0 л.с. составляла всего 6.8 кг. При этом китайцы впервые установили на нем бензобак из прозрачной пластмассы, что очень удобно именно для лодочного мотора. При монтаже на все ту же «Нару» масса в сборе составила всего 12,3 кг. При этом, как видно из диаграммы, оптимальный для этой мотоголовки как раз «родной» для «Нары» винт БАВ-11.

Краткие ходовые испытания «Нары» с двигателем Zongshen NP100 состоялись на Оке в августе прошлого года. Двигатель произвел впечатление оптимального для нашей 40-килограммовой лодки. Скорость составила 10-12 км/ч в зависимости от нагрузки. Правда, запускался Zongshen хуже, чем предыдущий Champion G140VK. Думаю, в этом виноват облегченный маховик, так как в маломощных «газонокосилочных» моторах его функцию частично берет на себя нож газонокосилки. С целью улучшить пусковые свойства, управление дроссельной заслонкой было переделано на схему с центробежным регулятором. Теперь двигатель «заводится» с полностью открытой дроссельной заслонкой, а на место ее ставит регулятор.

Можно ли рекомендовать такую переделку всем владельцам старых и неисправных «Салютов»? С точки зрения конечного результата — безусловно, да! Получится отличный троллинговый мотор — легкий, компактный, способный часами почти бесшумно работать на малых оборотах с минимальным расходом топлива. Но есть большая проблема с винтами. Штатные для «Салюта» не подходят категорически, с ними четырехтактный двигатель не разовьет даже половинной мощности. Все же подходящие винты левого вращения- «бариновский» БАВ-11, от моторов Troll, Johnson, «подрезанный» винт от давно снятой с производства «Москвы-10» — довольно редки.

Григорий ДЬЯКОНОВ