Yamaha WR450.Как карбюратор превратился в инжектор

Статья из журнала "Мото". Автор Кирилл Чернышев.

Нечасто российских стантрайдеров увидешь технику, основательно доработанную для трюковой езды с защитными слайдерами, дугами безопасности, усиленными бугелями и подрамниками... чаще всего максимум спецтюнинг;! - звезды заменены на побольше». На иные мотоциклы без слез не взглянешь: мятый бак, зарубина на правом боку. И сразу ясно: тренировочный, многострадальный, единственный... Истинных шоу стопперов в России на пальцах пересчитаешь. Один из них. Yamaha WR450 прорайдера команды «Пилот РейсингТим» Марата Канкадзе, особого внимания. Он не только красив и во всем аккуратен, но и чуть ли не шедевр инженерного искусства. Марат выбрал именно WR450. Не только потому, что он будто создан для станта - жесткий эндуро с алюминиевой рамой, тяговитым 1-цилиндровым 4-тактным двигателем, длинноходными регулируемыми подвесками. В машине еще и огромный потенциал для тюнинга. После простейших манипуляций с настройками вилки и замены колес на легкие алюминиевые 17-дюймовые Excel Takasago байк превратился в мотард. «На склад» «ушли» штатные тормоза переднего колеса - их место заняли новый лепестковый 320-мм ротор, суппорт, машинка и магистрали Braking. Задние суппорт и диск также заменены на Bracking.

Важным элементом стала новая, специально выточенная ось переднего колеса. На нее установили «пэги» - подножки; они и защитный элемент, и допоборудование для исполнения трюков: чтобы произвести отжиг резины, райдер эффектно перешагивает с водительской подножки на передний пэг и нависает над передним колесом, тогда же из-под заднего вырываются клубы белого дыма. Дух захватывает... С этого момента особое внимание уделим ноу-хау в «Ямахе» стантрайдера: почти все они уникальны и разработаны специально для нее инженером Александром Дулькиным. Новая ось с пэгами - лишь долька сочного апельсина. Рычаг заднего тормоза продублирован на левой стороне руля. Покупать готовую деталь -главный тормозной цилиндр заднего тормоза не стали, а доработали стоковый: врезали в него фитинг для второй машинки, расположенной на руле. Система работает одинаково четко как от «ручника», так и от стандартной педали под правой ногой. Внешне все смотрится «фирмово» - в голову не придет, что деталь не заводская. Любой стантрайдер рано или поздно сталкивается с неудобствами карбюраторных систем питания. При езде в «свече», при частых падениях на тренировках, при переходах с заднего на переднее колеса уровень горючего в поплавковых камерах скачет. «Механика» карбюраторов не справляется с резкими перепадами - и двигатель начинает работать с пе¬ребоями: либо «беднит», либо, напротив, карбюратор «переливает». - Естественно, мы отказались от карбюратора - рассказал Марат. - И потом, в нашем деле он просто опасен.

Когда долго едешь на заднем колесе, происходит перелив в поплавковой камере, топливо через дренаж льется на заднее колесо. Для пущего эффекта мы часто чиркаем бугелем об асфальт - из-под него летят красивые желтые искры ... Так вот, пару раз я чуть не поджарился - тот бензин на заднем колесе от искр воспламенился! Трюк «Горящий Марат» смотрелся впечатляюще, однако повторять его что-то не хочется. На мотоцикл надо установить современный инжектор с замкнутой системой питания, не страдающей «запорами». Задача сама по себе нетривиальная: установка системы впрыска на мотоцикл, созданный «вокруг» карбюраторного двигателя, подразумевает полную переработку электроники. Да и где разместить весь высокотехнологичный скарб на мотарде -совершенно «голом» мотоцикле? Голову ломали целую зиму, хватило еще и на кусочек весны. Дроссельный модуль заказали в Англии, программное обеспечение и «мозги»-в Чехии. Остальное - дело рук и голов мастеров-тюнингеров. Инжекторную систeмy собрали из нескольких компонентов: насос, создающий рабочее давление в прочном алюминиевом  catch tank (промежуточном полулитровом бензобаке); второй насоc берет бензин из самой середины этого бака и подает на форсунку. И выходит, что в каком бы наклоне ни находился мотоцикл, второй бак всегда заполнен бензином и форсунка «не воздушится», а значит, качество смеси постоянное - двигатель работает равномерно. Эту технологию обычно используют в спортивной авиации, ну а теперь в стант-райдинге.

Продумали дополнительную систему безопасности и для езды на переднем колесе. Действует она так. Обычно, когда бензин в основном баке отливает вперед, насос вместо топлива начинает нагнетать в cage tank «сухие» пары. Дабы избавиться от «холостого хода», под сиденье установили ртутный датчик - он блокирует работу первичного насоса на время исполнения rolling stoppie (длительная езда на переднем колесе). И наконец, топливную систему полностью замкнули: излишки топлива принудительно возвращаются в основной бак. Ни капли мимо! Блок управления загерметизировали и убрали во второй металлический «барабан», расположенный на правом кронштейне, симметрично catch tank. Выглядит красиво, а главное, работает при любой погоде. А что за маленькая синяя «пимпа» на левой стороне руля? Дублер ручки газа! Мотоциклом можно управлять буквально «одной левой». И даже вовсе без рук - контролируя скорость, например, ногой. Есть такие трюки, в которых устройство-дублер необходимо, например, при езде на заднем колесе «без рук».

По сравнению с этими переделками, другие покажутся мелочами, но и без них стантеру не обойтись. Ход заднего амортизатора ограничен - чтобы колесо ни при каких обстоятельствах не доставало catch tank и блок электроники. Изменен дизайн сиденья, обивка теперь из очень прочного, антипроскаль-зывающего материала. Аккумулятор перенесен на бугель, за сиденье, и защищен стальной скобой. Здесь, в самой высокой точке конструкции байка двухкилограммовая деталь добавляет баланса мотоциклу. На радиатор установили мощный вентилятор, его можно включать в режиме принудительного обдува. Все топливные, масляные и электрические магистрали армированы и защищены от деформаций и разрывов при падениях. При всем при том двигатель остался нетронутым - 100-процентно стоковый. На динамометрическом стенде он выдает «чистые» 50 л.с. на заднем колесе. Мотоцикл получился универсальным: хоть в шоу выступай, хоть в гонках! А кстати, может, Марату стоит попробовать? Или уже пробовал? - Участвовал раньше только в гонках на мини-мотоциклах. Но если гоняться на этом WR450, то интересно было бы в супермото. Впрочем, если по большому счету, чувствую, мое призвание -трюковая езда. Это - творчество: экспериментируешь, придумываешь какие-то фишки, демонстрируешь их публике и чувствуешь их отклик.... К счастью, у меня мотоцикл, с которым действительно творишь, не отвлекаясь на опасения по поводу того, как он поведет себя в том или ином положении. И знаете, чувствую что-то вроде гордости за то, что такой классный байк сделали российские мастера... Недавно мы выступали на "Adrenalin Rush FMX Masters" в Москве вместе с европейскими фристайлерами. Они чудили в воздухе, мы - на земле. После тренировки француз и швед гуляли, проходили мимо нас. Чувствую, француз глазом «зацепился» за мой WR. Завязался разговор: вижу, парни могут отличить легкую переделку от серьезного тюнинга. На вопрос, где такое делают, я с гордостью ответил: «Made in Russia!»
Автор статьи Кирилл Чернышев.

Как появилась система впрыска для мотоцикла Yamaha WR450.

Автор статьи Александр Шклярик, специалист компании "Multipass-Moto" 



Предшествием всего нижеописанного действа было создание, собственно, самого мотоцикла WR 450 для стантрайдинга, который еще в карбюраторной версии и так уже являлся уникальным творением! 

Далее, просто возникла необходимость перенастроить все системы карбюратора, так как изменения  впускной и выпускной системы оказались настолько ощутимы, что на некоторых режимах работы двигателя выпускная труба начинала светиться  ярко-белым светом, в следствии переобеднения смеси,  а на некоторых режимах  двигатель вообще отказывался работать. На этом этапе была произведена, так сказать, утонченная настройка 
карбюратора) 
Дело здесь в том, что обычно на моторном стенде удается довольно быстро подобрать наиболее подходящую иглу, ее наилучшее положение, и требуемый главный топливный жиклер, при работе с любым кроссовым мотоциклом. При этом основное внимание уделяется максимальным и средним нагрузкам. 


В случае с мотоциклом для стантрайдинга все несколько иначе. 
Важнее всего становится качество и стабильность работы двигателя на низких и средних нагрузках, в то время как максимальная мощность уже не столь важна. 
Так вот, настроить мотор в режимах малых нагрузок как раз сложнее всего, так как это самый неэффективный режим работы любого двигателя, где он становится особо капризным и критичным к настройкам карбюратора, а то, что этот мотор  имеет один цилиндр, делает езду в этих режимах  еще менее приятной. 
Вот тогда впервые и возникла мысль о том, что наличие в этом мотоцикле системы впрыска, а не карбюратора, было бы крайне приятным моментом. А процесс настройки, как это не удивительно звучит, значительно бы упростился! 

Но это были просто мысли, а тем временем карбюратор был довольно неплохо отрегулирован. (В чем несомненно заслуга самого карбюратора! Дело здесь в том, 
что карбюратор KEIHIN FCR на сегодняшний день, видимо, является самым совершенным прибором в своем роде. А так же, поскольку он применяется  в кроссовых мотоциклах,  имеется просто огромное количество игл и жиклеров для его настройки. 

Далее Марат стал ездить, и очень неплохо отзывался по поводу работы мотора, и все бы ничего, но довольно быстро у него возникла новая мысль!!! 
Мысль о том, что ему обязательно надо продемонстрировать людям НОВЫЙ трюк! Который в простонародье называется ПРОВИСЬ! 
Заключается он в том, что человек волочится по асфальту на собственном животе и штанах, держась руками за мотоцикл, который едет не просто вертикально на заднем колесе, а наклонен назад еще сильнее. 
При таком положении мотоцикла карбюратор оказывается в "лежачем" состоянии, и его работа становится невозможной, так как перестает действовать поплавковый 
механизм. Топливо начинает литься ручьем из всех отверстий карбюратора, как внутрь мотора, так и наружу на асфальт. Естественно, что сам двигатель  в этот момент может работать только в режиме "полный газ" и сразу глохнет при прикрытии ручки газа, что делает совершенно невозможным исполнение

ПРОВИСИ! 
Попытки, все-таки проехать в таком положении, заканчивались тем, что двигатель глох  и оказывался настолько залитым бензином, что его было невозможно провернуть ни электростартером, ни кикстартером. А чтобы вновь завести мотоцикл, приходилось выкручивать свечу и много раз дергать кикстартер для удаления огромного количества бензина из двигателя, который тек даже из глушителя. 
Вот в этот момент Марат и решил, что необходима какая-то совершенно кардинальная переделка топливной системы, бесполезно как-то модернизировать этот карбюратор, нужно перейти на какой-то другой принцип топливоподачи. 
В идеале хотелось бы, чтобы системе вообще было неважно как мотоцикл расположен в пространстве (на переднем колесе, на заднем, или вообще кверху колесами) и она продолжала бы подавать топливо как ни в чем не бывало точно и бесзбойно. 

Здесь начинается самое интересное, потому что система впрыска тоже зависима от положения, и не может работать кверху ногами, так как в таком положении электробензонасос окажется наверху бензобака а все топливо внизу, в результате чего он тут же нахватается воздуха (паров топлива) и мотор заглохнет. 
Если бензонасос расположить в передней части бака, то это будет очень хорошо для моментов езды на переднем колесе, когда все топливо перетекает в переднюю часть бака, но приведет к остановке мотора, когда мотоцикл едет на заднем колесе, потому что все топливо перетечет назад и насос осушится. Если расположить насос в задней части, то все наоборот и т.д.  
Стало понятно, что в первую очередь нужно придумать, как сделать так, чтобы электробензонасос будущей системы впрыска всегда находился полностью в топливе, не зависимо от положения мотоцикла в пространстве, а уже потом думать об остальных компонентах системы впрыска.  
Когда мы размышляли на тему того, что же тут можно придумать, подходили разные люди, тем или иным образом связанные с мотоциклами, машинами, лодками и т.д. и тоже включались в процесс интереснейших размышлений. Каждый предлагал какое-либо решение. Были предложения сделать внутри бака  гибкий топливоприемник с грузом на конце, который бы всегда «обитал» в той же области куда переместилось топливо, были даже предложения сделать внутри бака резиновый резервуар  и т.д.  
Но вскоре пришла мысль о значительно более простом и надежном принципе забора топлива. 


Представьте себе, что есть какой либо бак сферической формы, который мы заполним жидкостью, например на две трети его объема, а все остальное пусть будет воздух. Теперь мы будем как угодно вращать этот бак в пространстве, но в центре этой сферы всегда будет жидкость, а воздух будет всегда оставаться в форме купола сверху. 
Выходит, что нам нужно сделать кроме основного бензобака, еще один, небольшого размера и сферической формы, и уже в нем расположить бензонасос так, чтобы его заборное отверстие находилось четко по центру сферы. И сделать так, чтобы этот сферический бак, в моменты когда это возможно, подпитывался топливом от основного бензобака, чтобы сфера всегда была заполнена не меньше чем на две трети или вообще вся. 
Исходя из этой идеологии можно было бы сказать, что ничего не мешает просто взять и  расположить электробензонасос в центре основного бензобака мотоцикла, и будет то же самое. Но тогда мы просто потеряем половину полезного объема бензобака, и уже не сможем ехать, начиная с того момента, как израсходуется ровно половина запаса топлива. 

Так вот. Именно такой дополнительный сферический бачек (с «урезанными за ненадобностью» боковинами) и был сделан и закреплен на задней левой, дополнительной подножке мотоцикла. Поэтому он выглядит цилиндрическим.  
Внутри него расположен бензонасос, бензоприемник которого находится четко по центру. По периферии находятся штуцеры для удаления воздуха в основной бак, подпитки топливом из основного бака, и штуцер обратного топлива с регулятора давления системы впрыска. 
Работает все следующим образом: Топливо поступает из задней нижней точки основного бензобака через топливный фильтр к электробензонасосу низкого давления. Далее этот насос нагнетает топливо в дополнительный бачек. Воздух и избыточное топливо из него по всем перефирийным штуцерам возвращаются обратно в бак. Электробензонасос высокого давления забирает топливо из центра дополнительного бачка и отправляет на форсунку и на регулятор давления. Регулятор давления отправляет избыточное топливо обратно в дополнительный бачек. 
При положении на переднем колесе или кверху колесами срабатывает ртутный выключатель, который расположен под сидением, и выключает питание насоса низкого давления, чтобы не нагонять воздух из основного бензобака, в котором при таких положениях завоздушивается точка забора топлива. При этом, запас топлива дополнительного бачка обеспечивает несколько минут работы в режиме полной нагрузки и несколько десятков минут в режиме частичных нагрузок, что в принципе немыслимо реализовать при таких положениях мотоцикла) 
При обычном движении, или на заднем колесе вертикально, в нашем распоряжении весь объем топлива, который был заправлен в основной бензобак. 

Когда была решена задача с топливом, можно было переходить к изготовлению остальной части системы питания. 
На этом этапе возникала идея установки карбюратора беспоплавкового типа, с последующей его настройкой под данный двигатель. Такие карбюраторы применяются на двигателях гидроциклов и могут работать в любом положении. 
Это было бы очень простым и недорогим решением проблемы, если бы не одна их особенность: Такой карбюратор очень хорошо настраивается и работает в режиме полной мощности, и совершенно не предназначен для точной работы в режимах малых нагрузок, которые, как говорилось выше, самые главные для стантрайдинга. То есть, единственным вариантом остается микропроцессорная система управления впрыском и зажиганием. 

Как всегда, в таких случаях есть два варианта решения. Либо позаимствовать подходящую систему от какого либо серийно выпускающегося мотоцикла, и попытаться адаптировать ее к нашему двигателю. Либо построить всю систему заново, с применением универсальных электронных и механических компонентов и изготовлением у себя недостающих деталей. 
Первый путь, хоть и кажется значительно более логическим и простым, на деле оказывается намного дороже и сложнее. Система получается крайне громоздкой. 
Например, можно было бы взять за основу систему впрыска от YAMAHA RAPTOR 700 или SUZUKI  LTR 450 или еще от чего-нибудь одноцилиндрового.

Первое, что сразу начинает «кусаться», это просто огромная цена на комплектующие, которые нужно приобрести. Следующий момент заключается в том, что нет совершенно никакого доступа к программному обеспечению блоков управления, которые устанавливаются на серийные мотоциклы, и для калибровки топливоподачи и зажигания под наш двигатель пришлось бы добавить дополнительные блоки DYNOJET POWER COMMANDER и IGNITION MODULE. В результате чего стоимость увеличилась бы еще на 700 долларов, а размеры электронной части системы стали бы просто гигантскими, что выглядит абсолютно смешно для одноцилиндрового двигателя. 
Так же, не отличались компактностью и дроссельные модули серийных мотоциклов, которые попадали в поле нашего зрения. Ни один из них просто не помещался в WR 450. 
Ну и наконец, для синхронизации большинство серийных блоков управления требуют наличия на задающем диске большого числа зубцов. 
На пример, наиболее распространенная сейчас система (в мотоциклах)  это когда за полный оборот коленвала мимо датчика должны пройти 22 зубца (24 зуба, 2 пропущенных). Поскольку в WR 450 на роторе всего один зубец, пришлось бы заново изготавливать ротор с 24-2 зубцами, с чем связываться крайне не хотелось, так как деталь очень сложная, с магнитами, ее нужно где то точно балансировать и т.д. 

Соответственно, следующей задачей было найти наиболее подходящий программируемый блок управления, которых в наше время предлагается великое множество. Но особенность в том, что их подавляющее большинство предполагает применение в автомобилях, (хотя они так же несомненно могут быть запрограммированы и на управление одноцилиндровым двигателем мотоцикла) и потому имеют большие размеры. 
А вот программируемых контроллеров небольшого размера, с упором на мотоциклетное применение, не так то и много. 
Единственным из них, который подходил нам для нашей системы синхронизации ( один зубец за полный оборот коленвала) оказался контроллер чешской фирмы IGNITECH. 
По размерам он очень похож на пачку сигарет и имеет очень «хитрую» программу управления, потому что система впрыска получается фазированной (искра проскакивает один раз за два оборота и форсунка срабатывает один раз за два оборота)  а датчика на распредвалу (датчика фазы) при этом ненужно. Реализовать такое можно только в одноцилиндровом двигателе. 
Дело в том, что при приближении поршня к ВМТ на такте сжатия коленчатый вал приобретает отрицательное ускорение, так как поршень сжимает смесь в камере сгорания,  в то время как на такте продувки оно практически отсуцтвует. 
Зубец на маховике имеет ширину 50 градусов поворота коленвала, и при прохождении мимо датчика генерирует на нем сигнал синусоидальной формы. При этом положительная часть синусоиды расположена в районе 63 градуса до ВМТ (приход зубца к сердечнику датчику)  а отрицательная часть расположена соответственно 11 градусов до ВМТ (уход зубца от сердечника датчика). 
Если двигатель работает в стационарном режиме и в этот момент измерять разницу времени прохождения зубца мимо датчика на двух соседних оборотах, то можно определить на каком обороте был такт сжатия. Таким образом контроллер и определяет такт сжатия. 
Этот блок управления и был взят за основу системы впрыска. 
Кроме датчика положения коленвала в состав системы так же входят: Датчик положения дроссельной заслонки, датчик температуры двигателя, датчик температуры воздуха, и датчик атмосферного давления. Доступ к блоку для программирования таблиц топлива, зажигания, коэффициентов коррекции и т.д. полностью открыт. 
Затем началась работа по изготовлению дроссельного модуля. За основу был взят модуль Английской фирмы JENVEY с диаметром дроссельной заслонки 40 миллиметров. Эти модули предлагаются в качестве заготовок, которые далее покупают во всем мире и адаптируют к всевозможным спортивным двигателям. Продается он в виде обработанной отливки, в которой установлена ось с дроссельной заслонкой, а все остальное (привод газа, топливная рейка, необходимые штуцеры и т.д.) каждый делает под свои собственные требования. 
Так же и в этом случае была сделана топливная рейка сложной формы чтобы максимально минимизировать размеры всего этого устройства, так как у WR 450 очень мало места в районе его установки (сильно мешает рама). 
При изготовлении привода газа было уделено особое внимание прочности узла в районе тросов, так как при падении движущегося мотоцикла на ручку газа последняя может «открыться» об асфальт с такой силой, что вся конструкция просто разрушится )  


Так же в конструкцию привода газа входит специальный рычажок с отдельным тросом для того, чтобы можно было фиксировать положение дроссельной заслонки в приоткрытом положении для выполнения разного рода трюков, когда рука не находится на ручке газа. 
Далее все компоненты были собраны воедино и наконец установлены, а затем последовал процесс настройки на моторном стенде. 
  
На удивление, возникла всего лишь одна проблема, которую нужно было быстро решить тем или иным способом.  Заключалась она в том, что мощности генератора уже не хватало. Вся система впрыска для своей работы требовала около 5 ампер на холостом ходу и около 6 на полной нагрузке, а так же почти 4 ампера «поглощали» вентиляторы системы охлаждения, которые были установлены еще в карбюраторной версии этого мотоцикла.  
Генератор у WR 450 имеет две обмотки. Одна мощная (осветительная) для фары, примерно 100 -105 ватт,  и одна слабенькая (заряжающая) для  аккумулятора. 
Напряжение с мощной осветительной обмотки напрямую приходит к фаре и заднему габариту и так и остается переменным. Оно лишь ограничивается реле-регулятором. Поэтому использовать его для системы впрыска нельзя. 
А вот напряжение с заряжающей обмотки сначала подается на выпрямитель, а потом так же стабилизируется. Вот его можно использовать, но мощность этой обмотки крайне мала, примерно 15 – 18  ватт, и существует она в ямахе исключительно для подзарядки аккумулятора. 
Чтобы как-то выйти из этого положения пришлось поменять их местами, что не так просто на самом деле, так как осветительная обмотка одним концом сидит на массе, и сделано это внутри генератора, а на выпрямитель нужно подать оба вывода взвешенными от массы.  Для этого пришлось лезть в обмотку, кусать ее от массы,  припаивать к этому концу провод и выводить его наружу к выпрямителю, а заряжающую обмотку, наоборот сажать одним концом на массу. 
Таким образом, теперь у нас имеется 100 ватт постоянного напряжения для питания системы впрыска и вентиляторов, и примерно 20 ватт переменного напряжения для передней фары. Сама фара теперь светится очень тускло на холостых оборотах и чуть ярче, когда обороты возрастают.  Однако Марат сказал, что эта фара для него не имеет ровным счетом никакого значения, и всем стало спокойно. 
Зато теперь стало хватать электричества для работы всей системы сколь угодно долго. 
Однако при включении вентиляторов охлаждения батарея все-таки разряжается, так как 100 ватт в этом случае становится недостаточным. Увеличить мощность этого генератора довольно сложно, так как, установив в него более мощные обмотки, едва ли удастся снять большую мощность. Во-первых, там слишком большой радиальный зазор между ротором и статором, что вообще самое важное в любом генераторе. А во-вторых, сами магниты ротора довольно слабые. Поэтому, желательно было бы в первую очередь установить ротор с ниобиевыми магнитами, а уже потом думать о статоре с меньшим зазором и более мощными обмотками. Все это предстоит в будущем доделать. 
Но это уже не столь существенно, так как мотоцикл активно используется и не доставляет особых хлопот. 


Так же надо отметить, что все алюминиевые детали системы защищены от коррозии при помощи анодирования, электронный блок управления находится в совершенно герметичном алюминиевом отсеке, закрепленном на задней правой дополнительной подножке, и все детали, по возможности, выполнены из очень прочных материалов. 
То есть, мы пытались с одной стороны сделать так, чтобы было обязательно видно, что система «рукотворная», выполненная явно в единичном экземпляре.  А с другой стороны она обязательно должна производить впечатление на специалистов, на людей которые будут очень внимательно рассматривать техническую сторону дела, да еще возможно и не в России.  Но на мой взгляд, получилось все  очень даже неплохо )   



Александр Шклярик. Специалист компании "Multipass Moto".