Двигатель с золотниковым клапаном (7 видео)

На подавляющем большинстве двухтактных мотоциклетных двигателей впуском смеси в картер управляет поршень. Он обычно открывает окно не доходя 60-—65 градусов до верхней мертвой точки (ВМТ),а закрывает спустя те же 60—65 градусов после нее. Продолжительность фазы впуска относительно ВМТ симметрична, и тут уж ничего не поделаешь — взаимное положение кромок окна и поршня как при ходе последнего вверх, так и при ходе вниз одинаково Хотелось бы (в интересах улучшения наполнения цилиндра смесью), чтобы впуск начинался за 130—140 градусов до ВМТ, а закапчивался спустя 40—50 градусов после ВМТ. Но для этого надо, чтобы открытием и закрытием впускного окна управлял не поршень, а какое-то другое устройство, которое позволяло бы получать наивыгоднейшие фазы.

Такие устройства — дисковый золотник и лепестковый клапан. Оба получили распространение лишь; в последнее время, хотя известны были давно. Первый Применялся еще — в 1920 г. на мотоциклах «Цпро» и«Сан», второй увидел свет пятью годами позже на машинах «Титан». Но по-настоящему оценил возможности дисковых золотников инженер Д. Циммерман из Германии, с помощью которого на заводе, называемом ныне МЦ, в 1953 г. были построены первые гоночные мотоциклы с таким распределением. Их успехи в последующие годы на соревнованиях заставили приглядеться ко вновь родившейся новинке многих конструкторов. Опробовав ее на своих гоночных машинах, они вскоре начали применять ее и на серийных дорожных мотоциклах. В результате сегодня распределение с помощью вращающегося дискового золотника применяется на отдельных моделях «Бриджстон», «Майко», «Сузуки», «Кавасаки», ЯВА, «Ямаха», у которых удельная мощность составляет 110—130 л. с. с литра рабочего объема двигателя. Дисковый золотник представляет собой изготовленный из пружинной стали толщиной 0,4—> 0,6 мм диск с вырезом. Насаженный на шейку коленчатого вала, он вращается в узкой полости, которая образована между картером двигателя и круглой боковой крышкой картера В крышке и картере сделаны впускные отверстия, а к фланцу крышки крепится карбюратор. При вращении золотник своим вырезом открывает доступ смеси из карбюратора в картер. Продолжительность впуска, которая определяется шириной выреза в диске, может быть сделана очень большой и на гоночных моторах она составляет 200—210 градусов против 140—160, возможных при управления впуска поршнем. Одновременно дисковый золотник позволяет ‘ получить несимметричные фазы газораспределения.

Дисковый золотник

Этой же цели служит лепестковый клапан, который завод «Ямаха» широко применял сначала на гоночных моделях, а теперь и на дорожных. Корпус клапана установлен между фланцем карбюратора и впускным окном так, чтобы его лепестки, сделанные из пружинной стали и одним концом приклепанные к корпусу, были обращены к цилиндру. На двигателе, оснащенном лепестковым клапаном, начало фазы впуска задается почти таким же, как при золотниковом распределении. При ходе поршня вверх он открывает своей нижней кромкой впускное окно, и под действием разрежения в картере лепестки открывают отверстия в корпусе клапана — смесь поступает в картер. При ходе поршня вниз когда надо сравнительно рано закрыть впускное окно, лепестки под действием давления в картере прижимаются к своим седлам, прекращая доступ смеси в картер. Таким образом, это нехитрое устройство позволяет получить несимметричные фазы газораспределения. Его применение на серийных мотоциклах «Ямаха» позволило достичь удельной мощности 110—120 л. с. с литра. Совершенно неверным было бы считать, что, установив на мотор, скажем, только лишь лепестковый клапан, можно получить высокие показатели. Совсем нет. Ведь невозможно благодаря лишь одному прекрасному музыканту преобразить весь оркестр. Даже заменив всех оркестрантов на людей более способных, чем их предшественники, не удастся добиться желаемого результата. Нужно потратить немало времени и труда, чтобы, как говорят, «заставить их сыграться», образовать единое целое. Двухтактный двигатель тоже представляет собой систему, подобную оркестру, в которой фазы газораспределения, форма; камеры: сгорания, размеры окон, глушителя, впускной и выпускной труб, параметры устройств, регулирующих впуск, должны быть гармонично подобраны, чтобы получить нужное совместное «звучание», Лейтмотивом может быть достижение либо наибольшей мощности, либо максимальной экономичности, либо наивысшей «тяговитости» двигателя, либо определенной комбинации этих характеристик. Естественно, что такая сложная и вместе с тем топкая работа не может быть совершена «кустарем-одиночкой», она по силам лишь искушенным специалистам конструкторско-экспериментальных бюро на мотоциклетных заводах.

Читайте также: Клапан с сеткой для ванной

Устройство и работа лепесткового клапана

Но вернемся к конструкции современных двухтактных двигателей. Для получения высокой мощности в их цилиндры вводят, как мы только что убедились, любыми возможными средствами как можно большее количество рабочей смеси. Сгорая, она совершает не только работу, оцениваемую цифрами «л. с.» в характеристике, но и выделяет большое количество тепла. Кстати говоря, отдельные детали именно двухтактного двигателя работают с очень высокими тепловыми нагрузками. А это приводит и к прогарам поршней, быстрому износу цилиндров и потере мощности при продолжительной работе на «максимуме». Словом, двухтактным двигателям нужны «жаропонижающие средства». . И действительно, на многих высокофорсированных моторах мы видим просто чудовищных размеров ребра охлаждения. Глядя, например, на двигатель «Ямаха yz125», трудно отделаться от мысли, что его рабочий объем не 250 см 3 , а в 2 раза меньше. Для того чтобы обеспечить отвод тепла от цилиндра и головки такого двигателя с удельной мощностью 110л. с. с литра, действительно нужны ребра с длиной, почтя равной диаметру цилиндра, У многих дорожных (именно дорожных!) ма шин ширина цилиндра по рёбрам в 3,5—-4,0 раза больше диаметра цилиндра, а на двигателе «YAMAHA KT 100 SC» даже в 4,5 раза. Столь развитые ребра обеспечивают хороший отвод тепла, но склонны к вибрации, которая способствует усилению шумности двигателя. Для борьбы с этим неприятным побочным эффектом в ребрах, недалеко от их наружного края сверлят отверстия, куда выставляют амортизирующие стержни из теплостойкой резины. Так, в частности, сделано на мотоциклах ЯВА. Основной поток тепла отводится через головку цилиндра. Применявшиеся прежде продольные вертикальные ребра не обеспечивали равномерного охлаждения. Переход на веерное расположение ребер позволил устранить этот недостаток. | Радикально решили проблему охлаждения двигателя для некоторых моделей заводы «Сузуки» и «Ямаха». Они применили водяную систему охлаждения— первый на машине класса 750 см 3 , а второй. — на 50- кубовом мокике. На «Сузуки-ГТ750» конструктивно она подобна автомобильной с радиатором, развитой водяной рубашкой вокруг цилиндров, насосом и термостатом. Ее емкость — 4,5 л. Водяное охлаждение обеспечивает двигателю постоянный температурный, режим независимо от дорожных и погодных условий и стабильность мощности. Так, оно дает возможность поддерживать зазор между поршнями и цилиндрами, равный 0,05 мм, в то время как при воздушном охлаждении зазор составляет 0,38 мм (во избежание заклинивания поршня при значительном нагреве двигателя).. При водяном охлаждении меньше и тепловые деформации цилиндров. Особенно они опасны для трехцилиндровых двигателей (каким оснащен «Сузуки-GT750»), где средний цилиндр работает в невыгодных (с точки зрения_; хорошего охлаждения) условиях, Само по себе водяное охлаждение — не такая уж новинка —- еще до первой мировой войны выпускались в Англии «водяные» мотоциклы «Скотт». В последние годы водяное охлаждение широко применялось на гоночных мотоциклах. В этой связи достаточна назвать такие всемирно известные заводы, «Кавасаки» «Ямаха» (Япония). Как видно из приведенных примеров, мотоциклетный снорт постоянно играл роль опытного полигона для проверки многих конструктивных новшеств, впоследствии нашедших применение на серийных моделях, особенно на снабженных двухтактными двигателями. Среди них важное место занимают так называемые Г-образ- ные поршневые кольца впервые появившиеся лет 45—-47 назад. Они обеспечивали значительно лучшее уплотнение стыка поршень-цилиндр, чем кольца обычного типа. Это достигалось в результате того, что давление газов на вертикальную часть кольца деформировало его, дополнительно прижимая кольцо к цилиндру.

Содержание

Двухтактные двигатели с золотником на впуске
Вращающийся золотник на впуске.
Сергей Королёв
🎬 Видео

Видео:ЗОЛОТНИКОВЫЙ И ЛЕПЕСТКОВЫЙ КЛАПАН НА 2 ТАКТНЫЙ МОТОРСкачать

Двухтактные двигатели с золотником на впуске

Шатун — стальной, полированный, имеет стержень овального сечения.

Овальный шатун двигателя С2-25

Подшипники обеих головок игольчатые: большой — с дюралюминиевым сепаратором, малый — насыпной. Балансировка коленчатого вала выполнена сверлениями в щеках, заглушенными алюминиевыми заглушками. Поршень отлит в кокиль из высококремниевого алюминиевого сплава и снабжен одним хромированным стальным кольцом.

Читайте также: Где находиться дроссельный клапан

Цилиндр сборный, в алюминиевую рубашку запрессована чугунная гильза. Головка цилиндра отлита из алюминиевого сплава за одно целое с водяной рубашкой, камера сгорания выполнена двумя сферами.

Дисковый золотник двигателя С2-125

На двигателе применен дисковый золотник, управляющий впуском смеси в кривошипную камеру и приводимый во вращение от коленчатого вала. Золотник представляет собой тонкий диск, изготовленный из пружинной стали толщиной 0,4 мм. С одной стороны диск срезан, для того чтобы открывать впускное окно.

Диск в центре имеет отверстие, которым он садится на втулку и крепится с помощью гайки. Втулка посажена на шпонке на коренном пальце коленчатого вала.

Подвижная посадка шпоночного соединения позволяет золотнику перемещаться вдоль вала под влиянием колебаний давления в кривошипной камере. Но это перемещение ограничено зазором 0,5 мм, между наружным торцом картера и внутренней поверхностью корпуса золотника, с наружной стороны которого привернут карбюратор.

Водяная помпа — с резиновым вытеснительным кольцом, надетым на эксцентриковом валу.

Привод помпы шестеренчатый, передаточное число — 2.

Емкость системы охлаждения — 2,5 л.

Производительность водяной помпы — 280 л/ч при 10000 об/мин коленчатого вала двигателя. Зажигание батарейное. Привод прерывателя осуществлен от одного вала с водяной помпой, следовательно, и передаточное число также равно 2.

«Пособие механикам мотоциклов»,
А.Н.Силкин, Б.С.Карманов

Видео:Как работает двухтактный двигатель скутера | АнимацияСкачать

Вращающийся золотник на впуске.

Сергей Королёв

Я люблю строить самолеты!

С давних-давних пор раздумываю над системой ГРМ, обеспечивающей максимальное наполнение цилиндров. В большинстве случаев конструкции таких систем — сложные и высокоточные, мне же хотелось простую, доступную вплоть до любительского изготовления. В итоге появилась простая конструкция, настолько простая, что давно известна. Но почему-то почти не применяется. Вот я и думаю — а может всё же стоит применить?
Конструкция разрабатывалась для четырёхтактного ДВС, продвигаясь, так сказать, в направлении от сложного к простому. В итоге она оказалась больше подходящей к двухтактному двигателю. И давно применяется на них.А потому «рассказ» начну с конца, если можно так выразиться.
1. Классическая система газораспределения поршнем для простых 2-х тактных двигателей с симметричными фазами газораспределения (см. рис.1). Недостатки: — небольшой эффективный (по крутящему моменту и удельному расходу топлива) диапазон работы двигателя. Он связан со значительной зависимостью наполнения цилиндра топливной смесью от оборотов двигателя: хорошее наполнение имеется в небольшой зоне оборотов (приблизительно в зоне максимального крутящего момента), вне этой зоны наполнение падает, и чем дальше от зоны, тем сильнее падает (см. рис.1.3). Связь наполнения цилиндров с фазами газораспределения такова: чем шире фазы газораспределения (сумма углов открытия и закрытия впускных окон), тем на больших оборотах достигается наилучшее наполнение и Мкр. В связи с этим существует разделение: 1 — тихоходные моторы с небольшими фазами: у них первоочередное требование к высокой «тяге» в зоне низких-средних оборотов; 2 — быстроходные с большими фазами: для получения максимально возможной мощности за счёт максимально возможных оборотов; 3 — так называемые универсальные «среднеходные» со «средними» фазами — как компромисс между первыми и вторыми: «достаточный момент» в сочетании с «достаточной мощностью».
2. Система газораспределения с симметричными фазами (см. рис.2). В качестве примера возьмём многоизвестный велодвигатель Д-4 (5;. 8), он же «Дешка», он же «газулька», с оригинальной системой газораспределения — с помощью цилиндрического вращающегося золотника (рис.2). Конструктивно он оригинален тем, что золотник одновременно является элементом коленвала (цапфой). Данная схема позволяет получить так называемые несимметричные фазы газораспределения, что для данного двигателя (без КПП) является насущной необходимостью, т.к. позволяет получить хорошую тягу на «низах» и приемлемую мощность на «верхах». Однако, как любая система с фиксированными фазами газораспределения, данная также имеет удовлетворительные характеристики (Мкр., низкий удельный расход, . ) в «типовом» небольшом диапазоне оборотов, что связано с плохим наполнением цилиндра топливо-воздушной смесью вне «хорошего» диапазона. Однако несложная доработка устройства позволит улучшить наполнение. Нужно только для каждого режима найти фазы газораспределения с максимальным наполнением цилиндра и ввести устройство для изменения этих фаз в зависимости от оборотов (и нагрузки). Устройство может быть как с ручным, так и с автоматическим управлением (что, разумеется, предпочтительнее).
Теперь по конкретной (принципиально) конструкции. В конструкцию типа Д-4. ввести автоматическое устройство практически не реально: и места нет, и — главное — требуемые мизерные зазоры не обеспечить. Остаётся вынести устройство отдельным узлом, в котором и автоматическое устройство не трудно разместить.
Что в итоге получаем.
На малых оборотах должны быть фазы, при которых впуск заканчивается близко к НМТ — как на тихоходных двигателях; при больших оборотах впуск заканчивается значительно позже НМТ (как на быстроходных), во всех случаях имеем высокий, а точнее — максимально возможный коэффициент наполнения (Кнап.). В «переводе» на Д-4. получаем ещё большую тягу на «низах» — вплоть до оборотов холостого хода, и увеличенную мощность на «верхах»; такой двигатель однозначно подойдёт как идеальная «газулька» для мопедов/мотовелосипедов. Кстати, улучшение конструкции применительно к «Дешке» будет и вот ещё в чём: вход воздуха в отверстие золотника в Д-4 имеет плохую аэродинамику (рис.2.4), в предлагаемой конструкции — гораздо лучше (рис.2.5).
3. Второй вариант конструкции для двухтактника (рис.3): оставить распределение поршнем и добавить распределение цилиндрическим золотником. Это чем-то напоминает использование обратного клапана на впуске (обычно пластинчатого, или — как чаще его называют — лепесткового), без его недостатков вроде увеличенного сопротивления движению воздушного потока. Фазы распределения поршнем, как и при лепестковом клапане, необходимо увеличить, фазы распределения золотником подбираются по максимальному наполнению.
Данная конструкция наиболее подходящая как для доработки существующих моделей (минимум переделок в самом двигателе: добавить отдельно изготовленный блок с золотником и привод золотника от коленвала (зубчатым ремнём, скорее всего)), так и для нового проектирования.
4. Другой вариант конструкции для двухтактника (рис.4): исключить распределение поршнем и использовать только распределение цилиндрическим золотником. Золотник при этом должен иметь минимальные зазоры, исключающие прорыв воздуха обратно во впускной канал. Гидравлические (в смысле — аэродинамические) потери здесь будут меньше за счёт исключения окна, перекрываемого поршнем.
5. Для 4-тактных двс подходит вариант по рис.3, т.е. регулируемый по фазам г/распределения золотник дополняет нерегулируемый клапанный механизм, у которого, в отличии от «стандартного», также увеличены фазы г/распределения. Получаем гарантированное значительное повышение наполнения на «низах» и незначительное повышение наполнения на «верхах». Как конкретно будет получаться — сложно сказать, всё зависит от дополнительных потерь в каналах золотника.
Также данная схема позволяет, как кто-то уже упоминал, использовать цикл Аткинсона (точнее, цикл Миллера), при котором на небольших/средних нагрузках фазы г/распределения золотника будут такими, что часть смеси уйдёт из цилиндра обратно, т.е. двигатель будет работать в более экономичном режиме.
6. Настройка двигателя в плане подбора фаз и размеров впускного тракта, думается, будет полегче, т.к. имеется появляется регулируемый элемент.
7. Основной недостаток: чем больше цилиндров в двигателе, тем сложнее сделать золотник с приемлемым по сопротивлению трактом. Потому наиболее подходящие конструкции — 1-но — 2-х цилиндровые, наиболее удачная — оппозитный 2-х цилиндровый 2-х тактный, у которого один золотник работает на впуск в общую кривошипную камеру (по схеме на рис.3).
7. Применима ли такая конструкция для авиадвигателей? Думаю, для 4-х тактных — не очень. Регулируемый золотник прежде всего увеличивает эффективный диапазон оборотов в нижней, так сказать, части, а эти двигатели работают больше в «середине» и на «верхах». Для 2-х тактных возможности больше.
8. Вместо вращающегося золотника можно использовать качающийся. Привод для него сделать сложнее, но проще получается конструкция для многоцилиндровых рядных двигателей.

Читайте также: Чем лечить клапан пищевода

Для чего пишу: хотелось бы проверить данную конструкцию в деле.