Двигатель с десмодромным приводом клапанов (6 видео)

Всем, кто имеет дело с техникой, знакомо понятие клапана как конечного инструмента системы газораспределения. Также известен факт, что меньше двух клапанов (один впускной и один выпускной) на цилиндр в 4-тактном поршневом двигателе быть не может. Зато может быть три, четыре и более. Увеличение количества клапанов и применение хитроумных систем изменения фаз газораспределения – все это способы эффективного использования рабочего объема двигателя. А именно: повышение его мощности.
Бесконечно повышать мощность 4-тактного поршневого двигателя, поднимая его максимальные обороты и степень сжатия в цилиндрах, не получится. Чисто физический предел – цикл Карно, описывающий работу всех поршневых тепловых машин и химические свойства органического топлива, на котором они работают. Гораздо раньше описанного выше физического предела наступают другие ограничения: массогабаритные показатели деталей двигателя, тепловые нагрузки, ограниченные возможности кривошипно-шатунного механизма, инерция деталей газораспределительной системы.
Последнее явление имеет свойство проявляться на хорошо затюнингованном двигателе. В нем максимальные обороты коленчатого и распределительного валов достигают таких величин, когда возвращающие пружины не успевают закрывать клапаны. Возникает разброс фаз газораспределения: клапан не успевает описывать форму профиля кулачка на распределительном валу – по сути, отстает от его кривизны. У мотористов есть специальный термин на этот счет – «подвисание клапанов». В таком режиме кроме потери мощности может возникнуть так называемая коллизия – встреча еще не закрытого клапана с поршнем, который уже подходит к ВМТ (верхней мертвой точке).
С этим можно пробовать бороться, повысив жесткость пружин и установив специальные тюнинговые. Однако дальнейшее увеличение жесткости клапанных пружин может привести к увеличению габаритов и массы распределительного вала.

Понятие Desmodromic походит от сочетания двух греческих слов: desmos (контроль, связь) и dromos (направление, путь). Это общий термин, применяемый к механизмам с постоянными приводами, которые контролируют работу других механизмов в обратных направлениях.
Десмодромный привод клапанов подразумевает полностью принудительно контролируемый привод. За счет энергии движения поршней и вращения коленвала происходит не только открывание клапанов, но и их закрывание. Особенностью этого способа привода является отсутствие пружин, что исключает эффект подвисания клапанов.
Идея десмодромного привода клапанов не есть чем-то сверхновым и революционным в моторостроении. И уж точно не изобретением инженеров Ducati. Первый патент на такого рода клапанный механизм был выдан 4 февраля 1898 года немцу Густаву Меесу (Gustav Mees). С тех пор практически каждый производитель – автомобилей, мотоциклов или авиадвигателей – приложился к теме изобретения десмодромного привода. Получено огромное количество патентов и реализована масса вариантов механизма, в основном на спортивных аппаратах. Но наибольшую известность десмопривод получил благодаря итальянским мотоконструкторам.
В 1956 году инженеры Ducati применили десмодромный привод на 125-кубовом 1-цилиндровом моторе, используемом в качестве силового агрегата модели Mark 450. Это был первый серийный мотоцикл, оснащенный таким механизмом газораспределения. Позднее, в 1972 году, концерн выпустил революционную модель 750 Imola со ставшим впоследствии фирменным L-образным (развал цилиндров равен или больше 90°) двигателем и десмодромным приводом пары клапанов в каждой головке.
Десмодромный привод клапанов, который реализовал концерн Ducati на аппарате 1972 года, достаточно простой и понятный, в отличие от реализованных в свое время приводов другими производителями. Пара коромысел контролирует каждый клапан, одно коромысло открывает, второе – закрывает. Оба коромысла описывают окружность профиля кулачков на распределительном валу.
На современных моделях концерна десмопривод ничем не отличается от подобного механизма легендарной Imola. Разве что большим количеством деталей, так как количество клапанов на цилиндр больше.

Читайте также: Замена клапана абсорбера ваз 2114

Десмодромный механизм Ducati предельно прост и прозрачен. Основной трудностью в его производстве являются сложные формы профилей кулачков. Они требуют скрупулезных расчетов и очень высокой культуры производства – высококвалифицированных специалистов и спецоборудования.
Механизм позволяет добиваться полного контроля над клапанами и фазами газораспределения, поднимая предел максимальных оборотов на значительные величины: красная зона тахометра спортивного болида начинается с 17000 об/мин. Однако на нем практически невозможно реализовать систему изменения фаз газораспределения с растягиванием времени открытого клапана.
Для спортивного двигателя очень важно радиальное расположение осей клапанов с максимально возможным поддержанием сферической формы камеры сгорания. С десмодромным приводом клапанов это также сложно реализовать.
Регулировки тепловых зазоров – еще одно слабое звено такой системы газораспределения. Инженерам Ducati есть над чем подумать: гидрокомпенсаторы, привычные для современных двигателей, здесь применить невозможно. Регулировка производится исключительно подбором специальных шайб на концах коромысел, контролирующих клапан. Это не так просто, как может показаться на первый взгляд. Регулировочные шайбы подбираются парами для каждой пары коромысел, причем, замер зазоров производится для верхних и нижних коромысел отдельно. Именно с нижними коромыслами больше всего возни. Но инженеры Дукати хорошо делают свою работу: регламент обслуживания (регулировки зазоров клапанов) современных высокотехнологичных вэшек фирмы достигает 24 000 км.
Как бы там ни было, но Десмоседичи, пилотируемый Кейси Стоунером, в 2007 году привез конюшне Ducati первое место в чемпионате MotoGP и кубке конструкторов. Подстегиваемые успехом итальянцев, заводские команды-участники гран-при ведут активный поиск замены обычным клапанным пружинам

Содержание

За что отвечает десмодромный механизм газораспределения?
Основная информация о ГРМ Desmodromic
Механизм десмодромного газораспределения
Часто встречаемые неисправности механизма газораспределения Desmodromic
Что в ГРМ главнее — кулачок или пружина?
🌟 Видео

Видео:ДЕСМОДРОМНЫЙ привод клапановСкачать

За что отвечает десмодромный механизм газораспределения?

Десмодромный газораспределительный механизм был разработан относительно недавно, а именно в начале применения блоков электронного руководства и бортовых компьютеров в строение двигателей. Благодаря системе электронно-магнитных клапанов, которая обеспечивает перемену режимов функционирования по отношению к командам микропроцессора, предоставляется возможность снятия мощности с двигателя на минимальном уровне топливных затрат. Десмодромным приводом клапанов называется газораспределительный механизм, в процессе которого открываются и закрываются клапаны при помощи распредвалика.

Представленный механизм довольно распространен в мотоциклах от компании “Ducati”.

Десмодромный механизм газораспределения

В данной статье размещены ответы на такие довольно распространенные вопросы:

Что собой представляет десмодромный газораспределительный механизм?
Устройство ГРМ Desmodromic;
Назначение десмодромного газораспределительного механизма;
В чем заключается принцип действия ГРМ Desmodromic?
Часто встречаемые неисправности десмодромного механизма газораспределения и методы их решения.

Видео:Десмодромный механизм привода клапанов ГРМСкачать

Основная информация о ГРМ Desmodromic

Десмодромный газораспределительный механизм относится к одному из типов механизмов газораспределения, который обеспечивает руководство поднятия и опускания клапанов, а благодаря этому появляется возможность достижения своевременного открывания и закрывания клапанов на каждом обороте коленвала автомобильного двигателя. Механизм десмодромного газораспределения также называется как Desmodromic, что дословно переводится как руководящее передвижение.

На сегодняшний момент десмодромный механизм применяется на гоночных мотоциклах, которые производятся фирмой Ducati.

Для начала необходимо обсудить устройство газораспределительного механизма. Механизм газораспределения имеет такие основные элементы:

Распредвалик;
Привод;
Клапан;
Уплотнение клапана;
Направляющую клапана;
Толкатели;
Открывающее коромысло;
Закрывающее коромысло;
Втулку или как ее еще называют цангу;
Открывающую шайбу;
Закрывающую шайбу;
Зажим;
Пружинку;
Кулак распредвалика;
Штанги.

Механизм привода распредвалика образовывает обороты со стабильной угловой скорость, составляющей 1,5 угловой скорости коленчатого валика.

Руководящее передвижение клапанов десмодромного механизма газораспределения производится при помощи специального привода, включающего такие элементы:

Распредвалик, который имеет специальную форму и оснащен кулаками;
Пара коромысел, главная функция которых заключается в обеспечении закрывания и открывания всех клапанов;
Соединяющие элементы, называемые шайбами коромысла с клапанов.

Читайте также: Вкладыши коренные ваз 2115 8 клапанов инжектор

Механизм десмодромного газораспределения

Использование механизма десмодронного газораспределения дает возможность предотвращения, так называемого зависания клапанов, которое возникает из-за высокого уровня частоты вращения коленвала автомобильного двигателя, резонанса пружин и инерции клапанов. Процесс зависания клапанов в большинстве случаев приводит к множеству проблем, таких как:

Перегревание клапанов, вследствие чего происходит их разрушение и коробление.
Столкновение клапана и поршня, вследствие чего происходит их разрушение.
Воздушно-топливная смесь загорается преждевременно, вследствие чего уменьшается давление продуктов горения, снижается мощность автомобильного двигателя и увеличивается количество вредоносных выбросов продуктов горения.

Представленную проблему на представленном механизме газораспределения можно решить такими методами:

Используйте несколько пружинок, которые помогут предотвратить колебания резонанса;
Используйте новые материалы и сплавы для изготовления пружинок и клапанов, которые снижают вес;
Используйте пневматический привод клапанов.

Десмодромный механизм имеет целый перечень недостатков и вот несколько из них:

Сильный шум;
Дороговизна деталей, а следственно и всей конструкции;
Громоздкая конструкция, поэтому ее используют только на мотоциклах;
Сложное техническое обслуживание.

В момент набирания девяти тысяч оборотов за минуту пружинки обычного ГРМ не смогут создавать необходимую скорость срабатывания, потому как это может привести к поломке автомобильного двигателя. Представленный механизм не имеет ограничения максимального количества оборотов за минуту, потому как скорость срабатывания системы зависит от скорости вращения коленчатых валиков.

Часто встречаемые неисправности механизма газораспределения Desmodromic

Основная проблема во время создания представленного механизма заключается в обеспечении компенсации зазоров, которые образовываются в процессе износа, а это ограничивает их использование на автомобилях массового производства. Поэтому давайте рассмотрим процесс регулировки теплового зазора. В приводном механизме клапана обязательно должен сохраняться тепловой зазор. Во время достижения максимального уровня мощности температура во впускном клапане находится в пределе от 750⁰С до 850⁰С, но одновременно с этим температура элементов основы цилиндров автомобильного двигателя с охлаждающей жидкостью находится в пределах от 100⁰С до 200⁰С.

Клапанный стержень удлиняется намного больше, нежели другие элементы основы цилиндров, а одновременно с этим тепловой зазор уменьшается. В случае перегревания клапана, например, по причине позднего зажигания, износе фаски клапана и седла или же неправильного проведения регулирования теплового зазора нарушается прижатие и герметичность прижатия клапана к седлу, происходит прогорание клапана.

Величина теплового зазора и профиль кулака для предотвращения стука выбирается так, что момент толкательного кулака или приводного режима во время любого теплового режима соответствует зоне минимальных ускорений.

Тепловой зазор автомобильного двигателя с охлаждающей жидкостью определяется с помощью плоского щупчика, но одновременно с этим необходимо учитывать особенности конструкции автомобильного двигателя, долгосрочность контактирующих поверхностей и многое другое. Минимальной массы поступательно передвигающихся элементов можно достичь в приводе клапана от кулака при помощи толкателей. Тогда процесс регулирования теплового зазора происходит при произведении замены вставок цилиндра на всех клапанах. В процессе износа контактных поверхностей тепловой зазор выходит намного больше. Исходя из этого самым точным методом произведения замеров теплового зазора, является измерение с использованием специального приспособления и индикатора.

Видео:Мотор Дукати, принцип работы Десмодромного привода клапанов Фабио Тальони, Desmodromic (Desmo)Скачать

Что в ГРМ главнее — кулачок или пружина?

«Объясните, что такое десмодромный ГРМ? Чем он отличается от обычных ГРМ, где применяется, какие у него достоинства и недостатки?»

Десмодромный механизм газораспределения по принципу действия напоминает традиционный ГРМ автомобильных двигателей, в котором впуском в цилиндры свежего заряда и выпуском отработавших газов заведуют клапаны. В десмодромном ГРМ клапанами также управляют кулачки распределительного вала, профиль которых определяет, в какие моменты времени в зависимости от протекания рабочего процесса в цилиндре двигателя клапаны должны открываться и закрываться, на какую величину они открываются и сколько находятся в открытом состоянии.

Читайте также: А15смс гнет ли клапана

Разница заключается в том, что в десмодромном ГРМ нет пружин, возвращающих клапаны в исходное положение. Иначе говоря, если в традиционных ГРМ за возвращение клапанов в седла отвечают пружины и благодаря их упругости тарелки клапанов плотно прижимаются к горловинам отверстий в головке цилиндров, чем обеспечивается герметичность пространства над поршнем, когда в цилиндре происходит сжатие, сгорание и рабочий ход, то в десмодромном ГРМ это осуществляется иначе.

Вместо пружины в десмодромном ГРМ предусмотрено вильчатое коромысло, воздействующее на клапан снизу. Оно заставляет клапан закрыться и удерживает его в таком состоянии столько, сколько требуется в соответствии с фазами газораспределения.

Чтобы понять, в чем заключаются преимущества десмодромной схемы, следует сказать, в чем состоят недостатки традиционных ГРМ. С подъемом клапана из седла проблем нет. Другое дело, когда клапан в седло возвращается. Профиль обратной стороны кулачка обеспечивает плавную посадку тарелки в седло, однако по мере роста оборотов двигателя ситуация начинает ухудшаться. Причина — в инерции массы клапана и способности пружин колебаться. Из-за этого, во-первых, клапан при высокой частоте вращения распредвала, достигнув верхней точки подъема, может затем не успевать за кулачком, а стало быть, не будет закрываться вовремя. Во-вторых, клапан вместо того, чтобы закрыться без удара, начинает бить по седлу, что при многократном повторении вызывает накопление в материале тарелки и седла усталостных напряжений и появление микротрещин. Третий нюанс — так как клапан закрывается с ударом, из-за способности пружин сжиматься возможен отскок тарелки от седла, но она должна закрывать отверстие в головке цилиндров сразу же и плотно. Это ведет к потерям горючей смеси, падению мощности, перегреву клапанов и риску их прогорания.

При десмодромном управлении закрытием клапана такого быть не может, но есть и недостатки. Во-первых, необходима высокая точность изготовления деталей привода, что увеличивает его стоимость. Во-вторых, и это главное, детали привода подвержены более интенсивному износу, увеличение которого ухудшает точность работы механизма и в конечном итоге определяет срок его службы. Последний недостаток оказался решающим, ибо справиться с ним намного труднее, чем с проблемами ГРМ, использующих пружины для закрытия клапанов, тем более что эти проблемы проявляются лишь при частоте вращения коленвала свыше 7-8 тыс. об/мин, на которой гражданские автомобильные двигатели фактически не работают.

Остаются более быстроходные мотоциклетные моторы, однако и в этой области на сегодняшний день достоинства и недостатки десмодромного ГРМ пожинает лишь фирма Ducati, сделавшая систему Desmodromic фирменной изюминкой своих мотоциклов.

Это объясняет, почему для рассказа о принципах работы десмодромного ГРМ мы воспользовались иллюстрациями Ducati, однако в пределах принципа возможны разные исполнения. В частности, если взглянуть на вопрос с исторической точки зрения, выяснится, что «десмодром» является самым старым изо всех возможных типов газораспределения. Во всяком случае именно десмодромная схема применялась в двигателе Даймлера, ставшем, как известно, первым транспортным мотором. В торце маховика двигателя Даймлера имелся кольцевой паз, формой напоминавший кулачок, в котором удерживался и скользил ползун, толкающий штангу, другим концом открывавшую или закрывавшую клапан в зависимости от положения ползуна в канавке маховика.

По иронии судьбы первым транспортным средством, которое изготовил Даймлер, был как раз мотоцикл, однако известны примеры применения десмодромных ГРМ на автомобильных моторах.

Самый знаменитый из них ставился на Mercedes-Benz W196, на котором в 1954 и 1955 годах были выиграны два чемпионских титула в Формуле-1. Пилотировал машину пятикратный чемпион мира Хуан-Мануэль Фанхио.