страница - 4
Рис. 1.5в Расположение продувочных каналов на типичном современном двухтактном двигателе
Рис. 1.6а Типичный блок лепесткового клепана
Рис. 1.66 Схема работы лепесткового клапана
Мотоциклы
6 Улучшенные конструкции двухтактного двигателя -
лепестковые клапана
В любой конструкции двухтактного двигателя улучшение КПД и топливной экономичности означает, что двигатель должен работать более эффективно, это требует сгорания максимального количества топлива (следовательно, получения максимальной мощности) на каждом рабочем такте двигателя. Остается проблема сложного удаления всего объема отработавшего газа и заполнения цилиндра максимальным объемомсвежейсмеси.Дотех пор. пока процессы газообмена совершенствуются в рамках двигателя с поршнем в роли органа распределения, нельзя гарантировать полную очистку от отработавших газов, остающихся в цилиндре, при этом нельзяувеличитъ объем поступающей свежей смеси, чтобы способствовать вытеснению отработавших газов. Решением может служить заполнение кривошипной камеры большим количеством смеси за счетувеличенияее объема, но нэпрэктике это приводит к менее эффективной продувке (это связано с зависимостью между объемом и давлением, как было упомянуто ранее). Увеличение эффективности продувки требует уменьшения объема кривошипной камеры и. таким образом, ограничения пространства, предназнеченногодлязапопнения смесью. Так что компромисс уже найден, и следует искать другие способы улучшения характеристик. В двухтактном двигателе, в котором роль органа газораспределения отведена поршню, часть топливовоздушной смеси, поданной в кривошипную камеру, неизбежно будет потеряна по мере того, как поршень начинает двигаться вниз в процессе сгорания. Эта смесь вытесняется обратново впускное окнои.таким образом, теряется. Необходим более эффективный способ управления поступающей смесью. Предотвратить потери смеси можно путем использования лепесткового или дискового (золотникового) клапана или их комбинации,
Лепестковый клапан состоит из металлического корпуса клапанов и закрепленного на его поверхности седла с уплотнением из синтетического каучука (см. рис. 1.6а]. Два или более лепестковых клапана закреплены на корпусе клапанов, при нормальных атмосферных условиях эти лепестки закрыты. Кроме того, для ограничения перемещения лепестка установлены ограничительные пластины по однойна каждый лепесток клапана, служащие для предотвращения его поломки. Тонкие лепестки клапана обычно изготавливаются из гибкой [пружинной) стали, хотя все более популярными становятся экзотические материалы на основе фенопьной смолы или стеклотекстолита.
Клапан открывается за счет изгиба лепестков до ограничительных пластин, которые спроек-тированытаким образом, что открываются, как только появляется положительный перепад давления между атмосферой и кривошипной
Рис. 1 .Вв Устройство "мощностного клапана" компании Suzuki
Нэ поперечном разрезе двигателя TS 125ER показано, как традиционное поршневое газораспраделение (А) объединено с наполнением кривошипной камеры посредством папасткового клапана [Б].
камерой; это происходит, когда движущийся вверх поршень создает разрежение в картере [см. рис. 1.66. стр. 1,7), Когда смесь подана в кривошипную камеру, ипоршень начинает двигаться вниз, давление внутри картера возрастает до уровня атмосферного, и лепестки прижимаются, закрывая клапан. Таким образом, подается максимальное количество смеси, и предотвращаются любые обратные выбросы. Дополнительная масса смеси более полно заполняет цилиндр, и продувка проис-ходитбопее эффективно. Сначала лепестковые клапана былиприслособ-лены для использования на существующих двигателях с поршнем в роли органа газораспределения, это привело к существенному улучшению эффективности двигателей. В отдельных случаях производители выбирали комбинацию двух конструкций: одной - когда двигатель с поршнем в роли органа газораспределения, дополненный лепестковым клапаном для продолжения процесса наполнения через дополнительные каналы в кривошитой камере после того, как поршень перекроет основной канал, если уровень давления в картере двигателя поэволяетэто [см. рис. 1,6в]. В другой конструкции на поверхности юбки поршня выполнялись окна, чтобы окончательно избавиться от контроля,который поршеньиме-ет над каналами; в таком случае они открываются и закрываются исключительно под воздействием лепесткового кл еле на. Развитие этой идеи означало, что клапан и впускной канал могут быть перенесены из цилиндра в кривошипную камеру. Устрашающие предостережения, что на лепестках клапана образуются трешины и лепестки могут попасть внутрь
двигателя, оказались в значительной степени необоснованными.
Перемещение впускного канала предоставляет ряд преимуществ, главное из которых связано с тем. что течение газа в полость картера становится более свободным.и,следовательно, большее количество смеси может поступить в кривошипную камеру. Этому до некоторой степени способствует импульс [скоростьи вес) поступающей смеси. При переносе впускного канала из цилиндра можно продолжать повышать эффективность путем смешения продувочного окна [окон] в оптимальное для продувкиположение. Безусловно, за последние годы основное расположение лепестковых клапанов было подвергнуто тщательному исследованию, и появились сложные конструкции, содержащие двухступенчатые лепестки и многолепастковые корпуса клапанов, Последние разработки в области лепастковых клапанов связаны с материалами, используемыми для лепестков, и с расположением и размером лепестков,
7Улучшенные конструкции двухтактного двигатели -
дисковые клапана [зопот-никовое распределение)
8предшествующих разделах мы выяснили, что для подачи свежей смеси в обыкновенном двухтактном двигателе с поршнем в роли органа распределения используется впускное окно, открываемое движущимся вверх поршнем, и что это способствует снижению КПД двигателя. Лепестковый клапан является одним из путей постеленного ограничения газорас-
пределительной функции поршня, но, безус* ловно, это не единственное решение проблемы. Дисковый клапан (или золотник) представляет другой вариант решения вышеописанной проблемы, и в некотором отношении он лучше, чем лепестковый клапан, хотя их совместное использование также приводит к хорошему эффекту.
Дисковый клапан состоит из тонкого стального диска, закрепленного на коленчатому валу шпонкой или шлицами таким образом, что они вращаются вместе. Он располагается снаружи впускного окна между карбюратором и крышкой картера так. чтобывнормальном состоянии канал па рекрывапся диском, Чтобы произошло наполнение в нужной области цикла двигателя, из диска вырезается сектор. При вращении коленчатого вапаидискового клапана впускн ое окно открывается в момент, когда вырезанный сектор проходит мимо канепа. позволяя смеси проникнуть непосредственно в кривошипную камеру [см. рис. 1.7а]. Затем канал перекрывается диском.предотврашанобратныйвьюрос смеси в карбюраторло мере того, как поршень начинает двигаться вниз.
Достоинства
К очевидным преимуществам использования дискового клапана можно причислить более точное управление началом и концом процесса наполнения (то есть моментом, когда вырезанный участок, или сектор, диска минует канал), и продолжительностью процесса наполнения (тоесть величиной вырезанногоучастка диска, пропорциональной времени открытия ка-нала).Также дисковый клапан допускаетприма-нение впускного канала большого диаметра и гарантирует беспрепятственныйпроход смеси.
Канал перекрывается дисковым клапаном
Рис. 1.7а Принцип действия дискового клапана
попедаюшей в кривошипную камеру. В отличие от лепесткового клапана с достаточно большим корпусом клапанов, дисковый клапан не соэдаетникакихпреград во впускном канале, и поэтому газообмен в двигателе улучшается. Другое преимущество дискового клапана проявляется на спортивных мотоциклах • это время, за которое его можно заменить для подбора рабочиххарактеристик двигателя под различные трассы.
Главным недостатком дискового клапана являются технические трудности, требующие маленьких производственных допусков и отсутствие приспособляемости, то есть неспособность клапана реагировать на изменение потребностей двигателя подобно лепестковому клапану. Кроме того, все дисковые клапана уязвимы в отношении попадания мусора, поступающего в двигатель с воздухом [мелкие частицы и пыль оседают на уплотняющих канавкахииарапаютдиск].Несмотрянаэто.на практике дисковые клапана работают очень хорошо иобычно способствуютзначительному приросту мощности на низких частотах вращения двигателя по сравнению с обычным двигателем с поршнем в роли органа газораспределения [см. рис. 1,76).
Совместное использование лепестковых и дисковых клепаное
Неспособность дискового клапана реагировать на изменение потребностей двигателя навела некоторых производителей на мысль -использовать комбинацию дискового и лепесткового клапана для получения высокой эластичности двигателя. Поэтому.когда этого требуютусловия,давлениевкэртере двигателя закрывает лепастковыйклепен. таким образом, закрывая впускной канал со стороны кривошипной камеры, даже несмотря на та, что вырезанный участок [сектор) диска все еше может открывать впускной канал cd стороны карбюратора.
Использование щеки коленвала в кечестве дискового клепене
Интересный вариант дискового клапана использовался втечение нескольких лет на ряде двигателей мотороллеров Vespa, Вместо применения отдельного клапанного устройства для выполнения его роли производители использовали стандартный коленчатый вал. Плоскость правой щеки маховика обработана с очень высокой точностью так, что при вращении коленвала зазор между ней и картером составляет несколько тысячных долейдюйма. Впускной канал находится прямо над маховиком [на этих двигателях цилиндр располагается горизонтально) и, таким образом, прикрывается краем маховика. Путем механической обработки выемки в части маховика можно в заданной точке цикла двигателя открыть канал аналогично тому, как это происходит при использовании традиционного дискового клапана. Хотя попучаемый впускной канал оказывается менее прямым, чем он мог бы быть, на практике эта система работаеточеньхорошо.Врезультате двигатель
вырабатывает полезную мощность в широком диапазоне частот вращения двигателя, и по-прежнему остается технически простым.
8 Улучшенные конструкции двухтектного двигателя -
расположение выпускного окна
Хотя система выпуска подробно описана во 2 Главе, стоитупомянуть о ней здесь только ради того, чтобы подчеркнуть значе ние конструкции выпускного тракта для эффективной работы двухтактного двигателя. Действительно, во многих отношениях системы впуска и выпуска на двухтактном двигателе очень тесно связаны. В предшествующих параграфах мы обсудили способыподводасмесииотвода отработавших газов из цилиндра. Система выпуска сильно влияет на оба эти процесса, и рекомендуется читать относящиеся к делу отрывки Главы 2 в сочетании с тем, что было описано выше и будет описываться ниже. За эти годы проектировщики и испытатели обнаружили, что фазы выпуска могут иметь столь же существенное влияние на характеристики двигателя, как и фазы впуска. Фазы выпуска определяются высотой выпускного окна в стенке цилиндра, то есть когда оно закрывается и открывается поршнем по мере того, как он перемешается в цилиндре вверх и вниз. Конечно, как и во всех других случаях, нет одного единственного положения, которое охватывало бы все режимы двигателя. Во-первых, это зависит оттого, для чего двигатель должен использоваться, во-вторых, как этот двигатель используется. Например.дпяодного и того же двигателя оптимальная высота выпускного окна различна при низких и при высоких частотах вращения двигателя, а при углубленном рассмотрении можно сказать, что то же относится и к размерам канала, и непосредственно к размерам выпускной трубы. В результате на производстве разработаны различные системы с изменяющимися при работе двигателя характеристиками выпускных систем для соответствия изменяющимся частотам врашения.Такие системы появились у Yamaha [YPVSJ, Honda [АТАС]. Kawasaki [KIPS), Suzuki [SAPC], Cagiva [CTS] и Aprilia [RAVE). Ниже описываются системы Yamaha, Kawasaki и Honda.
Системе с мошностным клепаном Yamaha - YPVS
В основе этой системы лежитнепосредственно мощностной клапан, который по существу является роторным клапаном, установленным в гильзе цилиндра так, чтобы его нижняя кромка соответствовала верхней кромке выпускного окна (см. рис. 1.8а, стр, 1.10]. На низких частотах вращения двигателя клапан находится в закрытом положении, ограничивая эффективную высоту окна: это улучшает характеристики не низких и средних режимах Когда частота вращения двигателя достигает заданного уровня, клапан открывается, увели-
чивая эффективную высоту окна, что способствует улучшению характеристик на высоких скоростях.
Положение мощностного клапана контролирует серводвигатель при помощи троса и шкива. Блок управления УРУБпопучает данные об угле открытия клапана от потенциометра на серводвигателе и данные о частоте вращения двигателя от блока управления зажиганием; эти данные используются для выработки правильного сигнала к механизму привода серводвигателя (см. рис. 1.86). Замечание: На внедорожных мотоциклах компании Yamaha используется несколько отличная версия системы из-за малой мощности аккумулятора: мощностной клапан приводится в действие от центробежного механизма, установленного на коленчатом валу.
Рис. 1.76 Сравнение систем впуске двухтактных двигателей
Рисунок демонстрирует принцип действия каждой системы, их цепью не является то чно передать конструкцию двигателя.
А Поршневое газораспределение Б Газораспредепение при помощи лепесткового клапана В Газораспредепение при помощи дискового клапана или золотниковое газораспределение
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74]