Как работает лепестковый клапан в двухтактном двигателе (7 видео)

Содержание

УСТРОЙСТВО ЛЕПЕСТКОВОГО КЛАПАНА В ДВИГАТЕЛЕ МОТОЦИКЛА
Лепестковый клапан
Что такое лепестковый клапан, зачем он нужен и как работает?
Что такое лепестковый клапан и как он работает?
Что дает применение лепестковых клапанов?
Клапана экономят топливо
🎥 Видео

Видео:Как работает двухтактный двигатель скутера | АнимацияСкачать

УСТРОЙСТВО ЛЕПЕСТКОВОГО КЛАПАНА В ДВИГАТЕЛЕ МОТОЦИКЛА

Что же такое «лепестковый» клапан, и зачем он вообще нужен мотоциклу? Прежде чем ответить на этот вопрос, нам придется вспомнить, что во время работы двухтактного двигателя в нем протекают довольно сложные волновые процессы и наблюдаются резонансные явления. В частности, на некоторых режимах происходит так называемый обратный выброс смеси. Он ухудшает наполнение кривошипной камеры, а следовательно, снижает мощность и увеличивает расход топлива. В какой-то мере уменьшить обратный выброс удается настройкой систем впуска и выпуска.

Активный поиск в этом направлении как раз и привел к обратному пластинчатому клапану (ОПК), который автоматически управляет впуском и позволяет оптимизировать фазы и процесс газообмена в двигателе. Впервые ОПК появились на мотоциклетных двигателях еще в начале 30-х годов. Первый клапан был предельно прост и представлял собой одну упругую стальную пластину, расположенную перпендикулярно потоку свежей смеси.

Основные недостатки этого клапана — большое сопротивление на впуске и низкая долговечность — длительное время были почти непреодолимы и сильно затормозили внедрение ОПК. Однако подобные конструкции в несколько модернизированном виде применяются и до настоящего времени на нефорсированных двухтактных лодочных моторах. Клапан, устанавливаемый на современные модели мотоциклетных двигателей, существенно отличается от простейшего: пластины теперь расположены под углом к по- току, а корпус сделан в виде «односкатного» (рис. 1) или «двускатного (рис. 2) домика».

Кроме того, разработаны и применяются различные системы впуска с — полнопоточные и неполнопоточные, а это налагает свой отпечаток на конструкцию и поэтому следует хотя бы бегло обе системы рассмотреть. В полнопоточных системах вся смесь проходит через лепестковый клапан. При этом различают чисто клапанную схему, когда впуском управляет клапан (рис. 3), и смешанную, когда началом впуска управляет поршень, а концом — клапан (рис. 4).

В любом варианте полнопоточная система обладает одним неоспоримым достоинством: она полностью устраняет обратный выброс смеси. Кроме того, начало и конец впуска,— то есть, по существу, длительность фаз,— регулируется здесь совершенно автоматически, в зависимости от режима работы двигателя. Есть у полнопоточной системы и недостатки: большое гидравлическое сопротивление и высокие нагрузки на пластины. В случае если пластины сломаются, двигатель выходит из строя: это серьезно тормозит распространение данной схемы.

Что касается неполнопоточной системы, то в ней смесь поступает в кривошипную камеру по двум каналам: в одном ее пропуском заведует лепестковый клапан, в другом — поршень. Из сказанного понятно, что одной из самых трудных проблем, которые приходится решать в процессе доводки двигателей с клапаном, является обеспечение надежности ОПК и, в частности, наиболее нагруженного элемента — упругой пластины.

Требования к ней довольно противоречивы: с одной стороны, она должна быть чувствительной к малым перепадам давлений, успевать следить за их пульсацией во впускном патрубке и не создавать большого гидравлического сопротивления; с другой,— обладать достаточной прочностью и жесткостью.

Этим требованиям больше всего отвечает специальная пружинная сталь или особый материал «Эпоксид-Ламинат», последний аналогичен отечественному стеклотекстолиту СТЭФ. Японская фирма «Сузуки» использует для изготовления пластин клапанов армированную пластмассу, а фирма «Хонда» нередко применяет пластины с элементами жесткости. Проводятся работы и в области использования совершенно новых материалов.

На рис. 5 показана пластина из искусственной смолы, армированной высокопрочным волокном. Особенность ее в том, что она многослойна. Волокна каждого слоя ориентированы в определенном направлении, и потому пластина способна воспринимать повышенные нагрузки. Большинство иностранных фирм, решая проблему надежности, вынуждено было пойти по пути усложнения ОПК, создания многопластинчатых конструкций, которые, естественно, более трудоемки и сложны в изготовлении, но обеспечивают долговечность за счет снижения нагрузок, приходящихся на каждую пластину в отдельности.

Большое влияние на показатели двигателя с ОПК оказывает и такой параметр упругих пластин, как их толщина. Обычно толщина пластины лежит в пределах 0,1—0,3 мм. Одним из способов повышения надежности ОПК является выбор оптимального профиля ограничителя и седла лепесткового клапана. Работы в этом направлении проводятся как у нас, так и за рубежом. Смысл их в том, что умело, профилированные рабочие поверхности обеспечивают плавное обкатывание пластины в момент ее соприкосновения с седлом (рис. 6).

На большинстве зарубежных двигателей применяются многопластинчатые клапаны с двускатным седлом и квадратными или прямоугольными пластинами (рис. 7). Японская фирма «Ямаха» считает, что очень важно выбрать оптимальный угол наклона пластин к потоку: в ее ОПК он составляет 26°. Кроме того, для обеспечения надежности в конструкцию ОПК здесь введен дополнительный элемент — ограничитель подъема, а чтобы снизить ударные нагрузки на пластину в момент ее посадки на седло, корпус клапана нередко покрывается специальной масло-бензостойкой резиновой смесью.

Читайте также: Патрубки ваз 2110 8 клапанов расположение

Многие иностранные фирмы для лучшего поглощения энергии удара и уменьшения отскоков пластины при посадке и седло клапана делают из упругого материала (рис. 8а, б). Применение ОПК на мотоциклетных двигателях — дело далеко не простое. Нередко в связи с ним приходится вносить серьезные изменения в конструкцию системы впуска.

И вот почему. Как мы уже обмолвились вначале, во впускной системе двигателя, особенно одноцилиндрового, происходят колебания потока смеси. Настройкой системы (подбором длины и сечения впускного патрубка) можно добиться такого положения, когда на оптимальном режиме работы создаются наилучшие условия наполнения кривошипной камеры и уменьшается обратный выброс. При установке ОПК, обладающего заметным гидравлическим сопротивлением, эта настройка сбивается, и в работе двигателя появляется «провал».

Тогда, чтобы расширить диапазон настройки, применяют дополнительные резонансные камеры (или аккумуляторы). Надо отметить, что аккумуляторы положительно влияют и на работу обычного двигателя, не имеющего пластинчатого клапана. В этом случае повышается коэффициент наполнения и улучшается процесс смесеобразования из-за уменьшения пульсаций. Правда, сказанное в большей степени относится к форсированным двигателям. Японская фирма «Ямаха» разработала резонансно-инерционную систему наддува для форсированных двухтактных двигателей. Резонансная камера размещена между карбюратором и впускным окном (рис. 9).

В момент закрытия ОПК происходит наполнение аккумулятора смесью из карбюратора. При открытии ОПК заряд из аккумулятора добавляется к заряду, поступающему из карбюратора. Экспериментальный подбор соотношений объема аккумулятора и сечения соединительного патрубка позволил установить, что объем аккумулятора должен быть не меньше рабочего объема двигателя, а сечение соединительного канала — не менее сечения диффузора карбюратора при положении дроссельной заслонки, соответствующей режиму, на котором появляется «провал».

Эксплуатационные испытания показали, что снижение расхода топлива может достигать 10—14 % при одновременном улучшении динамической характеристики мотоцикла. Вообще более широкое применение ОПК открывает неплохие перспективы. Так, на мотоцикле ММВЗ-3.115 с двигателем, имеющим ОПК, расход топлива снижается в среднем на 17 %, содержание СО в отработавших газах уменьшается на 50 % по сравнению с двигателем без лепесткового клапана. В то же время улучшается динамическая характеристика.

Например, время разгона до скорости 70 км/ч при двигателе с ОПК — 15 с, а без него — 19 с. Для двигателя Ш-62 (50 см3) снижение расхода топлива на двигателе с ОПК составляет 15 %, уменьшается и токсичность отработавших газов. Для тех, кто хочет получить более подробные сведения о конструкции и расчете ОПК можно порекомендовать книгу «Экономичность двигателей мотоциклов и мотороллеров», подготовленную коллективом конструкторов Тульского машиностроительного завода и выпущенную в 1990 году Приокским книжным издательством.

(Автор: Д. ЮДИН, Инженер. источник журнал Мото)

Рис. 3. Полнолоточный чисто клапанный впуск.

Видео:Лепестковый клапан 2Т.Скачать

Лепестковый клапан

Лепестковый клапан – очень нужное приспособление на любом двухтактном моторе, без которого он бы сильно терял мощность. Начну издалека – есть два типа моторов: четырёх- и двухтактные. В четырёхтактных моторах за распределение топливной смеси и отработанных газов отвечают клапаны. С двухтактным мотором дело обстоит иначе, за газораспределение на нём отвечает выхлопная труба-резонатор (четвертьволновая или полуволновая), а топливо поступает в камеру сгорания через впускные окна в цилиндре. Давление, создающееся в картере, стремится её выкидывать обратно в карбюратор и воздушный фильтр, что привело бы к повышению расхода топлива и потере мощности. Чтобы этого избежать, и ставят клапан, задача которого – не пропускать топливо обратно в карбюратор. Он получил название «лепестковый клапан», потому что так называемые лепестки, прижимаясь к корпусу клапана, не дают смеси вылететь обратно.

Это лепестковый клапан мотора AF18E:

Он же в разобранном состоянии:

Со скутерами Honda поломок лепесткового клапана практически не бывает, потому что он сделан из материалов, которые хорошо уживаются между собой (резиновый корпус, а сами лепестки сделаны из карбона). Но подобного нельзя сказать о клапанах скутеров Suzuki и Yamaha: на них корпус выполнен из пластика, а лепестки из металла, и со временем из-за попадания пыли на корпус лепестками выбиваются сёдла, и он перестаёт выполнять свою задачу.

Если у вас двигатель стал резко беднить при нормально настроенном карбюраторе, то, скорее всего, это лепестковый клапан вышел из строя. Но почему-то многие стесняются туда лезть и начинают крутить винты на карбюраторе и поднимать иглу. Починить его достаточно просто: нужно взять кусок наждачной бумаги 800 единиц (не относится к скутерам Honda), положить её на ровную поверхность и начать тереть об неё корпус клапана, где образовались углубления на месте прилегания лепестков – до того момента, пока поверхность не станет ровной. После этой процедуры мопед станет работать стабильно, если до этого так не работал.

Читайте также: Скания электромагнитный клапан компрессора

Внимание: данная статья и изображения в ней являются объектами авторского права. Частичное или полное воспроизведение на других ресурсах без согласования запрещено.

Видео:Как проверить лепестковый клапан на двухтактном скутереСкачать

Что такое лепестковый клапан, зачем он нужен и как работает?

Лепестковый клапан представляет собой конструкцию, состоящую из корпуса, лепестков и ограничителей хода этих самых лепестков. При установке лепестковых клапанов во впускной тракт двигателя возникает целый ряд положительных моментов в его работе..

Видео:правильные дырки в поршне и причем тут лепестковый клапанСкачать

Что такое лепестковый клапан и как он работает?

Установка лепестковых клапанов во впускном тракте двухтактных двигателей, значительно улучшает топливную экономичность на малых и средних оборотах, позволяет повысить его мощность и приемистость.

Лепестковый клапан представляет собой конструкцию, состоящую из корпуса, лепестков и ограничителей хода этих самых лепестков.
Один из многочисленных вариантов практической реализации представлен на этом фото:

Лепестковый клапан. фото 1

Принцип работы лепесткового клапана прост, и наглядно представлен на этом рисунке:

Лепестковый клапан. фото 2

Лепестки выполнены из гибкого материала.
На фазе всасывания – сжатия (когда поршень идет вверх), из-за разности давлений они отгибаются и открывают отверстия в корпусе, через которые поступает топливная смесь.
При наступлении фазы рабочего хода – продувки (когда поршень движется вниз), разность давлений изменяется на противоположную, лепестки прижимаются к корпусу, перекрывают отверстия и тем самым не позволяют смеси двигаться в обратную сторону.
Получается «система ниппель».
Ограничители хода продлевают срок службы лепестков, не давая им отгибаться слишком сильно.
Собственно, это и есть весь принцип!

Что дает применение лепестковых клапанов?

При установке лепестковых клапанов во впускной тракт двигателя возникает целый ряд положительных моментов в его работе. Чтобы показать это наглядно, ниже представлены анимированные картинки, демонстрирующие принцип работы двухтактного двигателя с клапанами во впускном коллекторе и без:

Принцип работы двухтактного двигателя без лепесткового клапана

Принцип работы двухтактного двигателя с лепестковым клапаном

Клапана экономят топливо

При движении поршня вверх, в картерном пространстве возникает разрежение. Благодаря этому туда начинает всасываться атмосферный воздух, который проходит через карбюратор, смешивается там с бензином и образует топливную смесь. Смесь засасывается до того момента, пока поршень идет вверх. Но как только поршень начинает двигаться вниз, смесь еще некоторое время продолжает двигаться в картер по инерции, но потом изменяет свое направление. Она движется назад через впускной канал, карбюратор, воздушный фильтр и вылетает в атмосферу. Там она рассеивается и больше никогда не попадает в двигатель.
Это хорошо демонстрирует первая анимашка.

В действительности, любому владельцу двухтактного двигателя без лепестковых клапанов знакома картина, когда все пространство вокруг карбюратора и вся внутренняя поверхность кожуха карбюратора покрывается толстым слоем липкой грязи.
Это – масло, смешанное с пылью, семенами растений и прочим мусором.
Откуда оно там берется? Как раз благодаря описываемому явлению.
Из карбюратора вылетает топливная смесь, состоящая из воздуха, бензина и масла, воздух и бензин испаряются, а масло остается на всем, куда прилипнет. Ну, а дальше к маслу прилипает грязь.

Это явление можно ослабить, если применить глушитель шума впуска. Он, по сути, представляет собой пустую коробку, которая одной частью подключается к входу карбюратора, а другой частью сообщается с атмосферой. В результате топливо вылетает не в атмосферу, а в эту коробку, и на следующем такте снова засасывается в двигатель.
Таким образом удается сохранить большую часть вылетевшей смеси, но не всю. Некоторое количество все равно улетает наружу.

Если во впускном тракте установлены лепестковые клапана, то картина движения топливной смеси кардинально меняется.
И это отражено на втором анимированном изображении.
При движении поршня вверх, клапана открываются, и топливная смесь точно так же попадает в картерное пространство. Но, при движении поршня вниз, клапана закрываются, и почти вся смесь остается в картере. Выброса смеси в атмосферу практически не происходит и потерь не возникает.
Вокруг карбюратора чисто.

Естественно, описана идеальная картина.
На практике все происходит не совсем так, но основная суть остается неизменной.
На пример, любые лепестки имеют определенную массу, и они не могут открываться и закрываться мгновенно. Это приводит к тому, что на малых и средних оборотах все происходит действительно так, как показано в анимашках, но на больших оборотах клапана не закрываются полностью и остаются приоткрытыми.
Другой момент – у лепестков есть определенные резонансные свойства, которые изменяют поведение лепестков в зависимости от частоты вращения двигателя. Ну и так далее.
Гораздо интересней практические результаты, и один из таких результатов однозначно показывает – лепестковые клапана экономят топливо на малых и средних оборотах двигателя!
Это подтверждено практикой!

Клапана повышают приемистость.
Это является прямым следствием предыдущего пункта – увеличения мощности.

Клапана увеличивают мощность двигателя на малых и средних оборотах.
Думаю, совершенно очевидно, почему это происходит – благодаря клапанам, в картер, а за тем и в цилиндр попадает больше смеси. То есть, после установки клапанов, в цилиндр попадает и та смесь, которая попадала туда всегда, и та, которая раньше вылетала в атмосферу.

Клапана обеспечивают устойчивый холостой ход.
Режим холостого хода – это всегда самые низкие обороты, на которых работает двигатель. И именно на этих оборотах эффект выплевывания смеси, описанный в первом пункте, выражен наиболее ярко. При этом, с точки зрения газодинамики, на низких оборотах параметры смеси является наиболее нестабильными. В результате, при каждом движении поршня, в картер попадает разное количество смеси, и это приводит к неровной работе двигателя – он трясется, вибрирует, у него плавают обороты, и все это очень хорошо заметно на слух. С клапанами все становится значительно лучше, поскольку при каждом движении поршня в картер начинает попадать более точное и одинаковое количество смеси. На практике разница чувствуется сразу.

Клапана облегчают запуск двигателя.
Ну, тут тоже все просто: запуск двигателя всегда производится на самых низких оборотах, которые еще ниже чем холостой ход. Ну, а в этом случае эффективность клапанов максимальная!
Если в цилиндры поступает увеличенная и стабильная порция смеси, то, конечно же, такой двигатель заводится лучше! Или, как еще любят говорить – «с пол тыка». Думаю, что никто не станет спорить, что это хорошо!

Представленные пункты описывают основные преимущества применения лепестковых клапанов.
Возможно, есть и другие преимущества, но эти пять – основные.

Лепестковые клапана – хорошая вещь. А у любой хорошей вещи, помимо достоинств, всегда есть еще и недостатки.
Лично мне известно три основных недостатка, которые, впрочем, никак не омрачают описанных выше достоинств:

При установке лепестковых клапанов требуется перенастраивать карбюратор.
Если двигатель изначально не был рассчитан на работу с клапанами, то их установка приводит к изменениям газовоздушных характеристик впускного тракта, и это отражается на качестве топливной смеси.
Например, если просто поставить клапана и ничего не менять в карбюраторе, получим богатую смесь на холостом ходу и бедную на режимах средней и большой мощности. Но, эта проблема решается очень легко, просто нужно поставить «правильные» жиклеры (главный топливный и холостого хода), и подобрать положение иглы по цвету нагара на свечах.

Лепестки со временем могут разрушиться и попасть в цилиндры, наделав там «делов».
Да, теоретически они действительно могут разрушиться и попасть в цилиндры, но вот наделать там «делов» – не могут.
Говоря это, я имею в виду современные лепестки, изготовленные из современных и качественных материалов.
На заре двигателестроения в качестве материала лепестков использовались различные «пружинящие» металлические сплавы, в частности – фосфористая бронза. Срок службы таких лепестков был невелик, а твердость довольно высокая. Поэтому, при их обрыве и попадании в двигатель, действительно можно было получить все что хочешь – вплоть до задиров на стенках цилиндров.
Впоследствии, вместо металлов, начали использовать тонкий стеклотекстолит, который обладал большей гибкостью и меньшей твердостью, от чего проблем с попаданием лепестков внутрь стало значительно меньше. Сейчас, для изготовления лепестков используют различные материалы, начиная от специально созданного для этих целей стеклотекстолита и кончая полимерами и материалами на основе карбона.
Современные лепестки обладают очень низкой твердостью, и практически не могут повредить металлические элементы двигателя. К тому же они гибкие и легкие, что обеспечивает очень длительный срок их службы. Вероятность обрыва – крайне низка.

Лепестковые клапана повышают максимальное давление внутри картера и увеличивают нагрузку на сальники коленвала.
Да, действительно, давление возрастает, хотя и не сильно.
При этом увеличивается нагрузка на сальники коленчатого вала. Если эти сальники качественные и установлены правильно – проблем не возникнет. Если сальники старые и с трещинами, то трещины могут начать увеличиваться и в конце концов сальник может потерять свою герметичность. Если сальник нормальный, но плохо закреплен – он останется целым, но от повышенного давления его может выдавить. Но! Повторю еще раз! Если сальники качественные и установлены правильно – проблем не возникает! А если нет, то эти проблемы рано или поздно все равно возникнут, хоть с клапанами, хоть без них.

Это все, что я могу сказать про недостатки. Никаких других существенных недостатков применения лепестковых клапанов на двухтактных двигателях мне не известно.

Если вы можете добавить что-либо еще, и у вас есть желание об этом сказать – можете смело высказываться в комментариях к этой статье. Думаю, это будет интересно и полезно всем! Ну а я повторюсь еще раз – достоинств у лепестковых клапанов гораздо больше чем недостатков!