Газорозподілення двотактних двигунів. Типи продування горючої суміші двигуна внутрішнього згоряння, основи пристрою та роботи катерних двигунів водних суден, як влаштовано спортивне судно, ремонт катера, ремонт водного судна, як зробити водне судно

Газорозподілення двотактних двигунів. Типи продування горючої суміші двигуна внутрішнього згоряння, основи пристрою та роботи катерних двигунів водних суден, як влаштовано спортивне судно, ремонт катера, ремонт водного судна, як зробити водне судно

Якість роботи двигуна внутрішнього згоряння автомобіля залежить від багатьох факторів, таких як потужність, коефіцієнт корисної дії, об'єм циліндрів.

Велике значення в моторі мають фази газорозподілу, і від того, як відбувається перекриття клапанів, залежить економічність ДВЗ, його прийомистість, стабільність роботи на неодружених оборотах.
У стандартних простих двигунах зміна фаз ГРМ не передбачається і такі мотори не відрізняються високою ефективністю. Але останнім часом все частіше на автомашинах передових компаній, таких як Хонда, Мерседес, Тойота, Ауді все частіше стали застосовуватися силові агрегати з можливістю зміни усунення розподільних валів у міру зміни кількості обертів ДВС.

Діаграма фаз газорозподілу двотактного двигуна

Двотактний двигун відрізняється від чотиритактного тим, що робочий цикл у нього проходить за один оберт колінвала, в той же час на 4-тактних ДВС він відбувається за два обороти. Фази газорозподілу в ДВЗ визначаються тривалістю відкриття клапанів – випускних та впускних, кут перекриття клапанів позначається у градусах положення к/в.

У 4-тактних моторах цикл наповнення робочої суміші відбувається за 10-20 градусів до того, як поршень прийде у верхню мертву точку, і закінчується через 45-65º, а в деяких ДВЗ і пізніше (до ста градусів), після того, як поршень пройде нижню точку. Загальна тривалість впуску в 4-тактних двигунах може тривати 240-300 градусів, що забезпечує хорошу наповнюваність циліндрів робочою сумішшю.

У 2-тактних двигунах тривалість впуску паливоповітряної суміші триває на повороті колінвала приблизно 120-150º, також менше триває і продування, тому наповнення робочою сумішшю та очищення вихлопних газів у двотактних ДВС завжди гірше, ніж у 4-тактних силових агрегатів. На малюнку нижче показано діаграму фаз газорозподілу двотактного мотоциклетного двигуна двигуна К-175.

Двотактні двигуни застосовуються на автомобілях нечасто, тому що вони мають нижчий ККД, найгіршу економічність і погану очищення вихлопних газів від шкідливих домішок. Особливо актуальним є останній фактор – у зв'язку з посиленням норм екології важливо, щоб у вихлопі двигуна містилася мінімальна кількість CO.

Але все ж таки у 2-хтактних ДВС є і свої переваги, особливо у дизельних моделей:

  • силові агрегати компактніші та легші;
  • вони дешевше коштують;
  • Двотактний мотор швидше розганяється.

На багатьох автомобілях у 70-х і 80-х роках минулого століття в основному встановлювалися карбюраторні двигуни з «траблерною» системою запалювання, але багато передових компаній з виробництва автомашин вже тоді почали оснащувати мотори електронною системою керування двигуном, у якій усіма основними процесами керував єдиний блок (ЕБУ). Зараз практично всі сучасні авто мають ЕСУД - електронна система застосовується не тільки в бензинових, але і дизельних ДВС.

У сучасній електроніці присутні різні датчики, що контролюють роботу двигуна, що посилають сигнали блоку про стан силового агрегату. На підставі всіх даних від датчиків ЕБУ приймає рішення - скільки необхідно подавати палива в циліндри на тих чи інших навантаженнях (оборотах), який встановити кут випередження запалення.

Датчик фаз газорозподілу має ще одну назву - датчик положення розподільного валу (ДПРВ), він визначає положення ГРМ щодо колінвалу. Від його показань залежить, в якій пропорції подаватиметься паливо в циліндри в залежності від кількості обертів і кута випередження запалення. Якщо ДПРВ не працює, отже, фазами ГРМ не контролюються, і ЕБУ не знає, в якій послідовності необхідно подавати паливо в циліндри. В результаті зростає витрата палива, так як бензин (солярка) одночасно подається у всі циліндри, двигун працює вроздріб, на деяких моделях авто ДВЗ зовсім не запускається.

Регулятор фаз газорозподілу

На початку 90-х років 20-го століття почали випускатися перші двигуни з автоматичною зміною фаз ГРМ, але тут уже не датчик контролював положення коленвала, а безпосередньо зрушувалися самі фази. Принцип роботи такої системи наступний:

  • розподільний вал з'єднується з гідравлічною муфтою;
  • також з цією муфтою має з'єднання та распредшестерня;
  • на неодружених і малих оборотах распредшестерня з распредвалом зафіксовані у стандартному положенні, як було встановлено за мітками;
  • при збільшенні обертів під впливом гідравліки муфта повертає розподільний вал щодо зірочки (распредшестерні), і фази ГРМ зміщуються - кулачки розподільного валу раніше відкривають клапана.

Одна з перших подібних розробок (VANOS) була використана на моторах M50 компанії BMW, перші двигуни з регулятором фаз газорозподілу з'явилися в 1992 році. Слід зазначити, що спочатку VANOS встановлювався тільки на впускному розподільному валу (у моторів M50 двовальна система ГРМ), а з 1996-го почала використовуватися система Double VANOS, за допомогою якої вже регулювалося положення випускного та впускного р/валів.

Яку перевагу дає регулятор фаз ГРМ? На холостому ходу перекриття фаз газорозподілу практично не потрібно, і воно в даному випадку навіть шкодить двигуну, так як при зсуві розподільних валів вихлопні гази можуть потрапити у впускний колектор, а частина палива потраплятиме вихлопну систему, повністю не згоряючи. Але коли двигун працює на максимальній потужності, фази повинні бути максимально широкими, і чим вище оберти, тим більше необхідно перекриття клапанів. Муфта зміни фаз ГРМ дає можливість ефективно наповнювати циліндри робочою сумішшю, а значить підвищити ККД мотора, збільшити його потужність. У той же час на холостому ході р/вали з муфтою знаходяться у вихідному стані, і згоряння суміші йде в повному обсязі. Виходить, що регулятор фаз підвищує динаміку та потужність ДВЗ, при цьому досить економічно витрачається паливо.

Система зміни фаз газорозподілу (СІФГ) забезпечує нижчу витрату палива, знижує рівень CO у вихлопних газах, дозволяє більш ефективно використовувати потужність ДВЗ. У різних світових автовиробників розроблено свою СІФГ, застосовується не тільки зміна положення розподільних валів, а й рівень підняття клапанів у ГБЦ. Наприклад, компанія Nissan застосовує систему CVTCS, якою керує клапан регулювання фаз газорозподілу (електромагнітний клапан). На холостих обертах цей клапан відкритий, і не створює тиск, тому розподільні вали знаходяться у вихідному стані. Клапан, що відкривається, збільшує тиск в системі, і чим він вищий, тим на більший кут зсуваються распредвалы.

Слід зазначити, що СІФГ в основному використовуються на двигунах з двома розподільчими валами, де в циліндрах встановлюється по 4 клапани – по 2 впускні та 2 випускні.

Пристосування для встановлення фаз газорозподілу

Щоб двигун працював без перебоїв, важливо правильно виставити фази ГРМ, встановити у потрібному положенні розподільні вали щодо колінвалу. На всіх двигунах вали виставляються за мітками, і від точності установки залежить дуже багато. Якщо вали виставляються неправильно, виникають різні проблеми:

  • мотор нестійко працює на неодружених оборотах;
  • ДВЗ не розвиває потужності;
  • відбуваються постріли в глушник та бавовни у впускному колекторі.

Якщо в мітках помилитися на кілька зубів, не виключено, що можуть зігнутися клапана, і двигун при цьому не запуститься.

На деяких моделях силових агрегатів розроблені спеціальні пристрої для встановлення фаз газорозподілу. Зокрема, для двигунів сімейства ЗМЗ-406/406/409 є спеціальний шаблон, за допомогою якого вимірюються кути положення розподільних валів. Шаблоном можна перевірити існуючі кути, і якщо вони неправильно виставлені, вали слід перевстановити. Пристосування для 406-х моторів є набором, що складається з трьох елементів:

  • двох кутомірів (для правого та лівого валу, вони різні);
  • транспортир.

Коли колінчастий вал виставлений у ВМТ 1-го циліндра, кулачки розподільних валів повинні виступати над верхньою площиною ГБЦ під кутом 19-20 º з похибкою ± 2,4 °, причому, кулачок впускного валика повинен бути трохи вище кулачка випускного розподільного валу.

Також є спеціальні пристрої для встановлення розподільних валів на моторах BMW моделей M56/M54/M52. У комплект установки фаз газорозподілу ДВЗ БВМ входить:

Несправності системи зміни фаз газорозподілу

Змінювати фази газорозподілу можна різними способами, і останнім часом найбільш поширений поворот р/валів, хоча нерідко застосовується метод зміни величини підйому клапанів, використання розподільних валів із кулачками зміненого профілю. Періодично в газорозподільному механізмі виникають різні несправності, через які двигун починає працювати з перебоями, «тупить», в деяких випадках і зовсім не запускається. Причини виникнення неполадок можуть бути різними:

  • несправний електромагнітний клапан;
  • засмічена брудом муфта зміни фаз;
  • витягнувся ланцюг газорозподільного механізму;
  • несправний натягувач ланцюга.

Часто у разі виникнення несправностей у цій системі:

  • знижуються неодружені оберти, у деяких випадках ДВЗ глухне;
  • значно збільшується витрата палива;
  • двигун не розвиває обертів, машина часом не розганяється навіть до 100 км/год;
  • мотор погано запускається, його доводиться ганяти стартером кілька разів;
  • чутний стрекот, що йде з муфти СІФГ.

За всіма ознаками основна причина проблем з двигуном - вихід із ладу клапана СІФГ, зазвичай при цьому комп'ютерна діагностика виявляє помилку цього пристрою. Слід зазначити, що лампа діагностики Check Engine спалахує при цьому не завжди, тому важко зрозуміти, що збої відбуваються саме в електроніці.

Часто проблеми ГРМ виникають через засмічення гідравліки - погана олія з частинками абразиву забиває канали в муфті і механізм заклинює в одному з положень. Якщо муфту «клинить» у вихідному положенні, ДВЗ спокійно працює на ХХ, але зовсім не розвиває обертів. Якщо механізм залишається в положенні максимального перекриття клапанів, двигун може погано запускатися.

На жаль, на двигуни російського виробництва СІФГ не встановлюється, але багато автомобілів займаються тюнінгом ДВС, намагаючись поліпшити характеристики силового агрегату. Класичний варіант модернізації мотора - це установка "спортивного" розподільного валу, у якого зміщені кулачки, змінено їх профіль.

Такий р/вал має свої переваги:

  • двигун стає прийомистим, чітко реагує на натискання педалі газу;
  • покращуються динамічні характеристики автомобіля, машина буквально рве з-під себе.

Але в такому тюнінгу є свої мінуси:

  • неодружені обороти стає нестійкими, доводиться їх виставляти в межах 1100-1200 об/хв;
  • збільшується витрата палива;
  • досить складно відрегулювати клапана, ДВЗ вимагає ретельного налаштування.

Досить часто тюнінгу піддаються вазовські двигуни моделей 21213, 21214, 2106. Проблема двигунів ВАЗ з ланцюговим приводом - поява «дизельного» шуму, і часто він виникає через натягувач, що вийшов з ладу. Модернізація ДВС ВАЗ полягає у встановленні автоматичного натягувача замість штатного заводського.

Нерідко на моделі двигунів ВАЗ-2101-07 та 21213-21214 встановлюють однорядний ланцюг: мотор з ним працює тихіше, до того ж ланцюжок менше зношується – його ресурс становить у середньому 150 тис. км.

Отже, що це таке і для чого потрібно. Розписувати основи роботи 2Т двигунів не буду, тому що їх усі знають, але не всі розуміють, що таке фази газорозподілу і чому саме такі, а не інші.
Фази газорозподілу - це проміжок часу, за який відкриваються та закриваються вікна в циліндрі під час руху поршня вгору-вниз. Вважаються вони у градусах повороту колін валу двигуна. Наприклад, фаза випуску 180 градусів означає, що випускне вікно почне відкриватися, буде відкрито, а потім закриється при половині обороту (180 з 360) колін валу двигуна. Також треба сказати, що вікна відкриваються під час руху поршня вниз. І відкриваються на максимум у нижній мертвій точці (НМТ). Потім під час руху поршня вгору закриваються. Через таку особливість конструкції 2Т двигунів фази газорозподілу виходять симетричними щодо мертвих точок.

Для повноти картини процесу газорозподілу треба сказати і про площу вікон. Фаза, як я вже писав цей час, протягом якого відкриваються та закриваються вікна, але не менш важливу роль відіграє і площа вікна. Адже при одному і тому ж часі відкриття вікна, суміші (продування) пройде більше через те вікно, яке більше за площею і навпаки. Те саме і для випуску, що відпрацювали газів більше піде з циліндра, якщо площа вікна більша.
Загальний термін, що характеризує весь процес протікання газів через вікна, називається час-перетин.
І чим він більший, тим вища потужність двигуна і навпаки. Саме тому ми бачимо такі величезні за перерізом канали продування, впуску та випуску, а також високі фази газорозподілу на сучасних високофорсованих 2Т двигунах.

Отже, ми бачимо, що функції газорозподілу виконують вікна циліндра та поршень, який їх відкриває та закриває. Однак через це губиться час, протягом якого поршень робив би корисну роботу. По суті, потужність двигуна формується тільки до відкриття випускного вікна і при подальшому русі поршня вниз створення моменту, що крутить, не відбувається або дуже незначно. Загалом обсяг двигуна 2Т на відміну від 4Т використовується не повністю. Тому першорядним завданням конструкторів є збільшення часу – перерізу при мінімальних фазах. Це дає кращі показники кривих моменту та економічності, ніж при тому ж часі – перерізі, але більш високих фазах.
Але оскільки діаметр циліндра обмежений, а також обмежені і ширина вікон, то для досягнення високого рівня форсування двигуна доводиться підвищувати фази газорозподілу.
Багато людей, бажаючи досягти більшої потужності починають збільшувати вікна в циліндрі або навмання, або за чиєюсь порадою або десь вичитавши пораду, але не дуже розуміють, що отримають у результаті, і чи правильно роблять. А може, їм зовсім інше треба?
Допустимо у нас є якийсь двигун і ми хочемо отримати від нього більшої віддачі. Що нам робити із фазами? Перше що багатьом спадає на думку - пропиляти випускні вікна вгору, або підняти циліндр за рахунок прокладки, а також пропилити впуск вниз або підрізати поршень з боку впуску. Так, таким чином ми досягнемо збільшення фаз і як наслідок часу – перетин, але якою ціною. Ми зменшили час, протягом якого поршень робитиме корисну роботу. Чому ж взагалі збільшується потужність зі збільшенням фаз, а чи не зменшується? Збільшується час – перетин скажіть ви, та це так. Але не забуваємо, що це 2Т двигун і в ньому весь принцип роботи побудований на резонансних хвилях тиску та розрядження. І здебільшого ключову роль тут відіграє випускна система. Саме вона створює розрядження в циліндрі на початку випуску, витягуючи відпрацьовані гази, а також слідом витягує і суміш з продувних каналів, збільшуючи час-перетин продування. А також дозаправляє суміш, що вилетіла з циліндра назад в циліндр. В результаті ми маємо збільшення потужності зі збільшенням фаз. Але не можна забувати також, що випускна система налаштована на певні обороти, за межами яких суміш, що вилетіла з циліндра, не повертається назад, а корисний хід поршня зменшений через високі фази. Ось і виходить провал потужності та перевитрата палива на нерезонансних частотах двигуна.
Тож чи можна отримати ту ж потужність і зменшити провал і витрату палива? Так, якщо досягти того ж часу - перерізу без збільшення фаз газорозподілу!
Але що це означає практично? Збільшення ширини вікон та переріз каналів обмежено товщиною стінок каналів та граничними величинами ширини вікон через роботу кілець. Але доки є резерв, його треба використовувати, а потім підвищувати фази.
Отже, якщо ви самі до пуття не знаєте, чого хочете і як багато хто говорить - хочу потужності, але і щоб низи не зникли, тоді збільшуєте пропускну здатність каналів і вікон без збільшення фаз. Якщо вам цього виявиться замало, підвищуєте фази поступово. Наприклад, оптимально буде на 10 градусів випуск, на 5 градусів продування.
Хотілося б трохи відступити та окремо сказати про фазу впуску. Тут нам дуже пощастило, коли люди придумали зворотний пластинчастий клапан, в народі пелюстковий клапан (ЛК). Плюс його в тому, що він автоматично змінює фазу впуску та площу впуску. Таким чином, він змінює час-перетин впуску за потребами двигуна в даний конкретний момент. Головне спочатку правильно його підібрати та встановити. Площа клапана повинна бути більшою за площу перерізу карбюратора в 1,3 рази, щоб не створити зайвого опору потоку суміші.

Самі впускні вікна повинні бути ще більшими, а фаза впуску повинна бути максимально великою, щоб ЛК починав працювати якомога раніше. В ідеалі від початку руху поршня вгору.
Прикладом того, як можна досягти максимальної фази впуску, можуть бути такі фото доробок впуску (не Ява, але суть від цього не змінюється):

Це один із найкращих варіантів доопрацювання впуску. По суті, впуск тут представляє комбінований варіант впуску в циліндр і впуску в картер (впускний канал постійно з'єднаний із кривошипно-шатунною камерою, КШК). Це також збільшує ресурс НГШ за рахунок кращого обдування свіжою сумішшю.

Для формування цього каналу, що з'єднує впускний канал з КШКв картері вибирається максимально можлива кількість металу, розташованого з боку впуску біля гільзи.

У самій гільзі робляться додаткові вікна нижче основних.

У сорочці циліндра також вибирається метал біля гільзи.
Правильно встановлений ЛК дозволяє один раз і назавжди вирішити проблему із підбором фази впуску.
Хто ж все-таки зважився досягти більшої потужності і знає на що націлений, готовий пожертвувати низами заради вибухового підхоплення на верхах, той може сміливо збільшувати фази газорозподілу. Найкращим рішенням буде використання чужого досвіду у цій справі.
Наприклад, у зарубіжній літературі даються такі рекомендації:

Варіант Road race я би виключив, так фази дуже екстремальні, розраховані на шосейно-кільцеві перегони та при їзді на звичайних дорогах не практичні. Та й швидше за все розраховані під клапан, що зменшує фазу випуску на низьких і середніх оборотах до прийнятного рівня. У жодному разі робити фазу випуску більше 190 градусів не варто. Оптимальний варіант як на мене 175-185градусів.

Щодо продування… тут все більш-менш вказано оптимально. Однак як зрозуміти, скільки буде крутити ваш двигун? Можна пошукати вже доопрацювання людей та з'ясувати у них, а можна просто взяти усереднені числа. Це близько 120-130 градусів. Оптимально 125 градусів. Вищі числа відносяться до менших кубатур двигунів.
І ще, з підвищенням фаз продування також треба підняти її тиск, тобто. картерний стиск. Для цього потрібно максимально зменшувати об'єм кривошипно-шатунної камери, забираючи зайві порожнечі. Наприклад, для початку заглушивши балансувальні отвори в колінчастому валу. Заглушки потрібно робити з максимально легкого матеріалу, щоб не вплинули на балансування КВ. Зазвичай їх вирізують з винних пробок (пробкове дерево) і заганяють в отвори, що балансують, після чого з обох сторін промазують епоксидкою.

Щодо впуску я писав вище, що краще поставити ЛК і не ламати собі голову з підбором фази.

Отже, припустимо, ви визначилися, як допрацьовуватимете свій двигун, які фази газорозподілу у нього будуть. Тепер, як же найпростіше порахувати, скільки це в мм.? Дуже просто. Є математичні формули визначення ходу поршня, які можна пристосувати до наших цілей, що я зробив. Один раз заніс формули в програму Exсel і отримав програму з вирахування фаз газорозподілу продування і випуску ( посилання для завантаження програми в кінці статті).
Потрібно тільки знати довжину шатуна (Ява 140мм, ІЖ юпітер, схід, мінськ 125мм, ІЖ пс 150мм. При бажанні в інтернеті можна знайти довжину практично будь-якого шатуна) та хід поршня.
Програма зроблена таким чином, що визначає відстань від верхньої кромки вікна до краю гільзи. Чому так, а чи не скажемо просто висоту вікна? Тому що це найточніше визначення фаз. У верхній мертвій точці днище поршня ОБОВ'ЯЗКОзнаходитися на одному рівні з краєм гільзи через сквіш (особливості форми камери згоряння для бездетонаційної роботи), і якщо воно раптом не на одному рівні, то доведеться підігнати циліндр по висоті (наприклад, підбором товщини прокладки під циліндром). А ось у нижній мертвій точці днище поршня зазвичай знаходиться не на одному рівні з кромками вікон, а трохи вище, тобто. поршень не повністю відчиняє вікна! Такі конструктивні особливості, нічого не вдієш. Але це означає, що вікна працюють не всю свою висоту, а тому фази по них визначаться, не можуть!

Мотори працюють на бензині, газі, спирті або дизельному паливі - за 2- або 4-тактним циклом. І в будь-якому випадку їх характер залежить від того, що називають фазами газорозподілу. То з чим їх їдять? Для чого потрібно регулювати фази? Давайте подивимося.

Газообмін

Від того, як ми дихаємо, залежить багато чого в нашому житті. Та й саме життя; у світі д.в.с. приблизно так само. Візьмемо 1,5-літровий ВАЗівський 16-клапанник; хочете, щоб він тягнув на V при 600 хв -1? Для приколу. Питання вибору фаз газорозподілу: підберемо профіль кулачків впускного розподільного валу так, щоб впуск починався приблизно на 24 ° (по куту повороту колінчастого валу) після в.м.т. Кулачки зробимо настільки «тупими», що клапани піднімаються лише на 3 мм, а закінчується впуск десь на 6° після н.м.т.

Початок випуску регулюємо на 12° до н.м.т., а закриваються випускні клапани нехай якраз у в.м.т.; їхнє піднесення залишаємо «за штатом». Градуси та міліметри підйому клапанів і є ті самі фази: раніше, пізніше.

Кругова діаграма фаз газорозподілу 4-тактного двигуна

Перевірте експериментально: при правильному налаштуванні запалювання та упорскування пального модифікована «четвірка» покаже найбільший у 75-80 Нм – десь на 6 сотнях обертів! Максимальна потужність - 10-12 к.с. при 1500 хв -1; вибачайте. Однак мотор і справді потягне від «низів» — як (маленька) парова машина. Жаль тільки, ні оборотів, ні потужності він не розвиває.

Повна діаграма впуску (випуску): міліметри підйому клапана по куту повороту колінчастого валу

Не подобається ... Зайдемо з іншого кінця: профіль кулачків такий, що впуск починається на 90 ° до в.м.т., а закінчується на 108 ° після н.м.т; підйом – до 14 мм. Є різниця? І випуск також: початок на 102° до н.м.т., завершення – на 96° після в.м.т. Як стверджують фахівці, перекриття випуску і впуску - 186 ° по куту повороту коленвала! І що? Дивіться: з правильним налаштуванням запалювання та впорскування [А також з тарілками клапанів збільшеного діаметру, розточеними та відполірованими впускними та випускними каналами…]ваш 1,5-літровий ВАЗ видасть щось на зразок 185 Нм крутного моменту - під ... 11 тис. оборотів! А при 13500 хв -1 розвине близько 330 к.с. — без жодного наддуву. Звичайно, якщо витримають ГРМ та кривошипно-шатунний механізм (навряд чи). Років 40 тому таку потужність показував хороший 3-літровий двигун Формули 1… Правда, нижче 6000 хв -1 форсований ВАЗ виявиться зовсім дохлим [Оберти «холостого» ходу доведеться виставляти десь на 3500 хв -1 …]; його робочий діапазон - 9-14 тис. оборотів.

На «верхах» навпаки: широкі фази газорозподілу дозволять на всі 100% мобілізувати резонанс газових потоків на впуску та випуску, як кажуть, акустичний наддув. При правильному доборі довжин і перерізів (індивідуальних) впускних та випускних патрубків коефіцієнт наповнення циліндрів досягне в зоні 11 тис. оборотів рівня 1,25-1,35; отримайте шукані 185 Нм.

Ось що таке фази газорозподілу: вони визначають газообмін д.в.с. - Впуск-випуск. А газообмін визначає все інше: протікання моменту, що крутить, оборотність двигуна, його максимальну потужність, еластичність ... На парі прикладів видно, як сильно змінюється характер одного і того ж мотора в залежності від фаз. Відразу виникає думка: фази газорозподілу потрібно регулювати — просто на ходу. І тоді під капотом вашого авто виявиться не один-єдиний двигун - на всі випадки життя, а безліч різних!

Як навчав найкращий друг автомобілістів, кадри вирішують все. Перефразовуючи знамените вираз, приймемо, що це вирішують фази (газораспределения). Генераліссимус умів регулювати кадрові питання, а моторобудівники завжди прагнули керувати фазами.

Фазообіг

Легко сказати, але важко зробити; у 4-тактного двигуна фази газорозподілу задані профілем кулачків (з високоміцної загартованої сталі). Змінювати його по ходу завдання не з простих. Однак дещо вдається зробити навіть і з незмінним профілем, - скажімо, зрушувати розподільний вал по кутку повороту колінчастого валу. Вперед назад; тобто, тривалість впуску залишається незмінною (у 2-му прикладі - 378 °), проте він і починається, і закінчується раніше. Допустимо, впускні клапани відкриваються тепер на 120 ° до в.м.т. та закриваються на 78° після н.м.т. Так би мовити, на «раніше-раніше». Або навпаки - на "пізніше-пізніше": впуск починається на 78 ° до в.м.т. та закінчується на 120° після н.м.т.

Рухаємо постійну діаграму впуску на «пізніше-пізніше»: фазообіг

Таке рішення (для впуску) вперше застосували у ALFA Romeo на 2-літровій 8-клапанній «четвірці» Twin spark [Зрозуміло, що фазообіг застосовно, коли впускні та випускні клапани наводяться 2-ма окремими розподільними валами; в середині 80-х Twin spark був однією з рідкісних конструкцій DOHC. А з того часу 2 вали в головці циліндрів набули широкого поширення — саме заради фазообігу.]- Ще 1985 року. Його називають фазообігом і застосовують (на впуску та/або на випуску) досить широко. І що воно дає? Трохи, але все ж таки краще, ніж нічого. Так, при холодному пуску двигуна з каталітичним нейтралізатором випускний розподільний вал повертають на випередження. Випуск починається рано, і нейтралізатор йдуть відпрацьовані гази підвищеної температури; він швидше прогрівається до робочого стану. В атмосферу викидається менше шкідливих речовин.

Або їдете ви поступово зі швидкістю 90 км/год, від двигуна потрібні лише 10% його максимальної потужності. Значить, дросельна заслінка сильно прикрита; підвищені насосні втрати, перевитрата пального. А якщо сильно зрушити впускний розподільний вал на «пізніше-пізніше», то частина (припустимо, 1/3) паливо-повітряної суміші викидається на ході стиснення назад у впускний колектор [Не турбуйтесь, вона нікуди не подінеться. Так званий "5-тактний" цикл.]. і потужність двигуна знижуються (до необхідного за умовами руху рівня) без зайвого дроселювання на впуску. Тобто дросельна заслінка хоч і прикрита, але не так сильно, насосні втрати значно менші. Економія бензину — і ще дещо; хіба не варте того?

VTEC

Можливості фазообігу обмежені тим, що, як кажуть, «хвіст витяг — ніс ув'яз». Коли ви зменшуєте випередження відкриття клапанів, рівно на стільки ж збільшується запізнення закриття.

Час від часу не легше. Ось якщо якимось чином змінювати тривалість впуску-випуску ... Допустимо, у 2-му прикладі скорочувати її, коли треба, з 378 до 225 °. Двигун зможе нормально працювати також і на низах - без втрати потужності на верхах.

Здійснюються мрії: минуло 4 роки після появи Twin spark із фазообігом, і Honda Motor показала 1,6-літровий 16-клапанник В16A з революційним VTEC. Двигун оснащувався - вперше в історії - 2-режимним клапанним механізмом (на впуску та випуску); процес пішов. Однак іноді доводиться чути: подумаєш, VTEC - всього 2 режими. А у мотора моєї "короли" фази регулюються безступінчасто - континуум режимів. Ну так, якщо не бачити дві великі різниці…

Класичний хондівський механізм VTEC: 3 кулачки на пару клапанів. Центральний кулачок "широкий", 2 бічних (для симетрії) - "вузькі". Блокування коромисел поршеньком дає широкі фази впуску (випуску)

У нашій сонячній країні прийнято навіщось двічі на рік катувати людей переведенням стрілок на годину — на «раніше-раніше» навесні і на «пізніше-пізніше» восени. Бог їм суддя, про інше. Перекладати стрілки технічно нескладно не лише на годину кожні півроку, а й хоч щодня по хвилині. Так би мовити, безступінчасто. Фазообіг подібний до переведення годинника — і ефект приблизно такий самий.

А чи змінювати тривалість світлового дня не пробували? Нехай не безступінчасто, тільки два режими, скажімо, 9 годин і 12? Так от, хондовські інженери знайшли вирішення завдання такого класу; відчуйте різницю. Припустимо, в "нижньому" режимі тривалість впуску - 186 ° (по куту повороту коленвала), а в "верхньому" - 252 °. Радикальна зміна умов газообміну: під капотом два неоднакових мотора. Один еластичний і тяжкуватий на «низах», інший - «гострий», крутний і потужний на «верхах»; 25 років тому про таке й не мріяли. І до речі, нічого не варто приєднати до VTEC ще й фазообігу, що у Honda і зробили в конструкції i-VTEC. Тоді як навпаки - надати VTEC до фазообігу - не вийде; фірмовий механізм не такий простий і обкладений патентами.

Дві різні діаграми впуску в одного і того ж двигуна

Зверніть увагу: VTEC дозволяє варіювати діаграму впуску (і випуску)! Не просто рухати її на «раніше-раніше» або «пізніше-пізніше», а змінювати профіль. Якісне просування проти банального фазообігу — хоча режимів лише 2 (у пізніших випадках — аж 3). У Honda чимало наслідувачів та послідовників: Mitsubishi MIVEC, Porsche VarioCam Plus, Toyota VVTL-i. У всіх випадках застосовуються кулачки різних профілів з блокуванням приводу клапанів; уявіть, працює.

Valvetronic

Ну а 2002-го баварські конструктори оприлюднили знаменитий ГРМ Valvetronic. І якщо VTEC – «монтана», то Valvetronic – «повний…». Механізм у масовій експлуатації вже 5 років, але автооглядачі досі так і не спіткали його сенсу та принципу роботи. Так що журналісти, якщо й прес-служба BMW… Подивіться та переконайтесь: у фірмових прес-релізах Valvetronic трактують як механізм зміни підйому клапанів! А якщо задуматись? Немає нічого простішого, ніж регулювати підйом — не складніше фазообігу. Проте Valvetronic — витончений пристрій; мабуть, там є дещо більше.

Безступінчасте варіювання діаграми впуску (змінюється ширина основи): баварський Valvetronic. Зверніть увагу: схема механізму показана неправильно - він не зможе працювати. Фірмова прес-служба ... max = 9,5 mm; min = 0,2 мм

Про незвичайний механізм поговоримо окремо. А поки що визнаємо, що баварські мотори Valvetronic стали першими двигунами Отто, потужність яких регулюється без дроселювання на впуску! Як у дизелів. Вони обходяться без найнебезпечнішої деталі в конструкції двигуна з іскровим запалюванням; порівняно з винаходом карбюратора. Або магнето. 2002 року світ змінився, хоча ніхто й не помітив…

Електромагніти

Знімаю капелюх перед інженерами BMW, проте Valvetronic — лише епізод у розвитку двигуна Отто. Проміжне рішення — в очікуванні радикального. А воно вже на порозі: ГРМ безкулачковий з електромагнітним приводом клапанів. Жодних розподільних валів з їх приводом, штовхачів, коромисел, гідрокомпенсаторів зазорів та ін. Просто стрижень клапана входить у потужний електромагніт [Зі зусиллям по осі клапана до 80-100 кг! Інакше клапани не встигають за своїми фазами. А забезпечити такі зусилля в компактному механізмі непросто, у чому полягає головна труднощі створення е-магнітного ГРМ.], напруга на яку подається під контролем ЦПУ. Ось і все: на кожному обороті коленвала ЦПУ управляє моментами початку відкриття та закриття клапанів і висотою їх підйому. Відсутні кулачки з їх постійним профілем, немає разів і назавжди заданих фаз газорозподілу.

Електромагнітний клапанний механізм (Valeo): безмежні можливості 1 – шайби; 2 – електромагніт; 3 – пластина; 4 – клапан; 5 – пружини; 6 – стиск; 7 – розтягування

Діаграми впуску і випуску регулюються вільно й у межах (обмежених лише фізикою процесів). Окремо для кожного з циліндрів і від циклу до циклу - як момент упорскування і кількість палива, що подається. Або запалення. По суті, двигун Отто стане самим собою — вперше в історії. І не залишить жодних шансів дизелю. Як комп'ютери знайшли себе з появою мікро-чіпів, і кишенькові калькулятори миттєво витіснили електромеханічні рахункові машини. Тоді як наприкінці 40-х ЕОМ будували на вакуумних лампах та електромагнітних реле; вважайте, що двигуни з іскровим запалюванням все ще знаходяться на тій самій стадії. Ну хіба що Valvetronic…

Якість роботи двигуна внутрішнього згоряння автомобіля залежить від багатьох факторів, таких як потужність, коефіцієнт корисної дії, об'єм циліндрів.

Велике значення в моторі мають фази газорозподілу, і від того, як відбувається перекриття клапанів, залежить економічність ДВЗ, його прийомистість, стабільність роботи на неодружених оборотах.
У стандартних простих двигунах зміна фаз ГРМ не передбачається і такі мотори не відрізняються високою ефективністю. Але останнім часом все частіше на автомашинах передових компаній, таких як Хонда, Мерседес, Тойота, Ауді все частіше стали застосовуватися силові агрегати з можливістю зміни усунення розподільних валів у міру зміни кількості обертів ДВС.

Діаграма фаз газорозподілу двотактного двигуна

Двотактний двигун відрізняється від чотиритактного тим, що робочий цикл у нього проходить за один оберт колінвала, в той же час на 4-тактних ДВС він відбувається за два обороти. Фази газорозподілу в ДВЗ визначаються тривалістю відкриття клапанів – випускних та впускних, кут перекриття клапанів позначається у градусах положення к/в.

У 4-тактних моторах цикл наповнення робочої суміші відбувається за 10-20 градусів до того, як поршень прийде у верхню мертву точку, і закінчується через 45-65º, а в деяких ДВЗ і пізніше (до ста градусів), після того, як поршень пройде нижню точку. Загальна тривалість впуску в 4-тактних двигунах може тривати 240-300 градусів, що забезпечує хорошу наповнюваність циліндрів робочою сумішшю.

У 2-тактних двигунах тривалість впуску паливоповітряної суміші триває на повороті колінвала приблизно 120-150º, також менше триває і продування, тому наповнення робочою сумішшю та очищення вихлопних газів у двотактних ДВС завжди гірше, ніж у 4-тактних силових агрегатів. На малюнку нижче показано діаграму фаз газорозподілу двотактного мотоциклетного двигуна двигуна К-175.

Двотактні двигуни застосовуються на автомобілях нечасто, тому що вони мають нижчий ККД, найгіршу економічність і погану очищення вихлопних газів від шкідливих домішок. Особливо актуальним є останній фактор – у зв'язку з посиленням норм екології важливо, щоб у вихлопі двигуна містилася мінімальна кількість CO.

Але все ж таки у 2-хтактних ДВС є і свої переваги, особливо у дизельних моделей:

  • силові агрегати компактніші та легші;
  • вони дешевше коштують;
  • Двотактний мотор швидше розганяється.

На багатьох автомобілях у 70-х і 80-х роках минулого століття в основному встановлювалися карбюраторні двигуни з «траблерною» системою запалювання, але багато передових компаній з виробництва автомашин вже тоді почали оснащувати мотори електронною системою керування двигуном, у якій усіма основними процесами керував єдиний блок (ЕБУ). Зараз практично всі сучасні авто мають ЕСУД - електронна система застосовується не тільки в бензинових, але і дизельних ДВС.

У сучасній електроніці присутні різні датчики, що контролюють роботу двигуна, що посилають сигнали блоку про стан силового агрегату. На підставі всіх даних від датчиків ЕБУ приймає рішення - скільки необхідно подавати палива в циліндри на тих чи інших навантаженнях (оборотах), який встановити кут випередження запалення.

Датчик фаз газорозподілу має ще одну назву - датчик положення розподільного валу (ДПРВ), він визначає положення ГРМ щодо колінвалу. Від його показань залежить, в якій пропорції подаватиметься паливо в циліндри в залежності від кількості обертів і кута випередження запалення. Якщо ДПРВ не працює, отже, фазами ГРМ не контролюються, і ЕБУ не знає, в якій послідовності необхідно подавати паливо в циліндри. В результаті зростає витрата палива, так як бензин (солярка) одночасно подається у всі циліндри, двигун працює вроздріб, на деяких моделях авто ДВЗ зовсім не запускається.

Регулятор фаз газорозподілу

На початку 90-х років 20-го століття почали випускатися перші двигуни з автоматичною зміною фаз ГРМ, але тут уже не датчик контролював положення коленвала, а безпосередньо зрушувалися самі фази. Принцип роботи такої системи наступний:

  • розподільний вал з'єднується з гідравлічною муфтою;
  • також з цією муфтою має з'єднання та распредшестерня;
  • на неодружених і малих оборотах распредшестерня з распредвалом зафіксовані у стандартному положенні, як було встановлено за мітками;
  • при збільшенні обертів під впливом гідравліки муфта повертає розподільний вал щодо зірочки (распредшестерні), і фази ГРМ зміщуються - кулачки розподільного валу раніше відкривають клапана.

Одна з перших подібних розробок (VANOS) була використана на моторах M50 компанії BMW, перші двигуни з регулятором фаз газорозподілу з'явилися в 1992 році. Слід зазначити, що спочатку VANOS встановлювався тільки на впускному розподільному валу (у моторів M50 двовальна система ГРМ), а з 1996-го почала використовуватися система Double VANOS, за допомогою якої вже регулювалося положення випускного та впускного р/валів.

Яку перевагу дає регулятор фаз ГРМ? На холостому ходу перекриття фаз газорозподілу практично не потрібно, і воно в даному випадку навіть шкодить двигуну, так як при зсуві розподільних валів вихлопні гази можуть потрапити у впускний колектор, а частина палива потраплятиме вихлопну систему, повністю не згоряючи. Але коли двигун працює на максимальній потужності, фази повинні бути максимально широкими, і чим вище оберти, тим більше необхідно перекриття клапанів. Муфта зміни фаз ГРМ дає можливість ефективно наповнювати циліндри робочою сумішшю, а значить підвищити ККД мотора, збільшити його потужність. У той же час на холостому ході р/вали з муфтою знаходяться у вихідному стані, і згоряння суміші йде в повному обсязі. Виходить, що регулятор фаз підвищує динаміку та потужність ДВЗ, при цьому досить економічно витрачається паливо.

Система зміни фаз газорозподілу (СІФГ) забезпечує нижчу витрату палива, знижує рівень CO у вихлопних газах, дозволяє більш ефективно використовувати потужність ДВЗ. У різних світових автовиробників розроблено свою СІФГ, застосовується не тільки зміна положення розподільних валів, а й рівень підняття клапанів у ГБЦ. Наприклад, компанія Nissan застосовує систему CVTCS, якою керує клапан регулювання фаз газорозподілу (електромагнітний клапан). На холостих обертах цей клапан відкритий, і не створює тиск, тому розподільні вали знаходяться у вихідному стані. Клапан, що відкривається, збільшує тиск в системі, і чим він вищий, тим на більший кут зсуваються распредвалы.

Слід зазначити, що СІФГ в основному використовуються на двигунах з двома розподільчими валами, де в циліндрах встановлюється по 4 клапани – по 2 впускні та 2 випускні.

Пристосування для встановлення фаз газорозподілу

Щоб двигун працював без перебоїв, важливо правильно виставити фази ГРМ, встановити у потрібному положенні розподільні вали щодо колінвалу. На всіх двигунах вали виставляються за мітками, і від точності установки залежить дуже багато. Якщо вали виставляються неправильно, виникають різні проблеми:

  • мотор нестійко працює на неодружених оборотах;
  • ДВЗ не розвиває потужності;
  • відбуваються постріли в глушник та бавовни у впускному колекторі.

Якщо в мітках помилитися на кілька зубів, не виключено, що можуть зігнутися клапана, і двигун при цьому не запуститься.

На деяких моделях силових агрегатів розроблені спеціальні пристрої для встановлення фаз газорозподілу. Зокрема, для двигунів сімейства ЗМЗ-406/406/409 є спеціальний шаблон, за допомогою якого вимірюються кути положення розподільних валів. Шаблоном можна перевірити існуючі кути, і якщо вони неправильно виставлені, вали слід перевстановити. Пристосування для 406-х моторів є набором, що складається з трьох елементів:

  • двох кутомірів (для правого та лівого валу, вони різні);
  • транспортир.

Коли колінчастий вал виставлений у ВМТ 1-го циліндра, кулачки розподільних валів повинні виступати над верхньою площиною ГБЦ під кутом 19-20 º з похибкою ± 2,4 °, причому, кулачок впускного валика повинен бути трохи вище кулачка випускного розподільного валу.

Також є спеціальні пристрої для встановлення розподільних валів на моторах BMW моделей M56/M54/M52. У комплект установки фаз газорозподілу ДВЗ БВМ входить:

Несправності системи зміни фаз газорозподілу

Змінювати фази газорозподілу можна різними способами, і останнім часом найбільш поширений поворот р/валів, хоча нерідко застосовується метод зміни величини підйому клапанів, використання розподільних валів із кулачками зміненого профілю. Періодично в газорозподільному механізмі виникають різні несправності, через які двигун починає працювати з перебоями, «тупить», в деяких випадках і зовсім не запускається. Причини виникнення неполадок можуть бути різними:

  • несправний електромагнітний клапан;
  • засмічена брудом муфта зміни фаз;
  • витягнувся ланцюг газорозподільного механізму;
  • несправний натягувач ланцюга.

Часто у разі виникнення несправностей у цій системі:

  • знижуються неодружені оберти, у деяких випадках ДВЗ глухне;
  • значно збільшується витрата палива;
  • двигун не розвиває обертів, машина часом не розганяється навіть до 100 км/год;
  • мотор погано запускається, його доводиться ганяти стартером кілька разів;
  • чутний стрекот, що йде з муфти СІФГ.

За всіма ознаками основна причина проблем з двигуном - вихід із ладу клапана СІФГ, зазвичай при цьому комп'ютерна діагностика виявляє помилку цього пристрою. Слід зазначити, що лампа діагностики Check Engine спалахує при цьому не завжди, тому важко зрозуміти, що збої відбуваються саме в електроніці.

Часто проблеми ГРМ виникають через засмічення гідравліки - погана олія з частинками абразиву забиває канали в муфті і механізм заклинює в одному з положень. Якщо муфту «клинить» у вихідному положенні, ДВЗ спокійно працює на ХХ, але зовсім не розвиває обертів. Якщо механізм залишається в положенні максимального перекриття клапанів, двигун може погано запускатися.

На жаль, на двигуни російського виробництва СІФГ не встановлюється, але багато автомобілів займаються тюнінгом ДВС, намагаючись поліпшити характеристики силового агрегату. Класичний варіант модернізації мотора - це установка "спортивного" розподільного валу, у якого зміщені кулачки, змінено їх профіль.

Такий р/вал має свої переваги:

  • двигун стає прийомистим, чітко реагує на натискання педалі газу;
  • покращуються динамічні характеристики автомобіля, машина буквально рве з-під себе.

Але в такому тюнінгу є свої мінуси:

  • неодружені обороти стає нестійкими, доводиться їх виставляти в межах 1100-1200 об/хв;
  • збільшується витрата палива;
  • досить складно відрегулювати клапана, ДВЗ вимагає ретельного налаштування.

Досить часто тюнінгу піддаються вазовські двигуни моделей 21213, 21214, 2106. Проблема двигунів ВАЗ з ланцюговим приводом - поява «дизельного» шуму, і часто він виникає через натягувач, що вийшов з ладу. Модернізація ДВС ВАЗ полягає у встановленні автоматичного натягувача замість штатного заводського.

Нерідко на моделі двигунів ВАЗ-2101-07 та 21213-21214 встановлюють однорядний ланцюг: мотор з ним працює тихіше, до того ж ланцюжок менше зношується – його ресурс становить у середньому 150 тис. км.

Тим, хто пов'язаний з гоночною автомобільною чи мотоциклетною технікою чи просто цікавиться конструкцією спортивних машин, добре знайоме ім'я інженера Вільгельма Вільгельмовича Бекмана — автора книг «Гоночні автомобілі» та «Гоночні мотоцикли». Неодноразово він виступав і на сторінках «За кермом».

Нещодавно побачило світ третє видання книги «Гоночні мотоцикли» (друге було випущено 1969 року), перероблене та доповнене відомостями про нові конструктивні рішення та аналіз тенденції подальшого розвитку двоколісних машин. Читач знайде у книзі нарис про історію зародження мотоциклетного спорту та вплив його на розвиток мотоциклетної промисловості, отримає відомості про класифікацію машин та змагань, познайомиться з особливостями конструкції двигунів, трансмісії, шасі та системи запалення гоночних мотоциклів, дізнається про шляхи їх вдосконалення.

Багато що з того, що застосовується вперше на спортивних машинах, потім впроваджується на серійних мотоциклах. Тому знайомство з ними дозволяє зазирнути в майбутнє і уявити мотоцикл завтрашнього дня.

Переважна кількість мотоциклетних двигунів, що будуються нині у світі, працює за двотактним циклом, тому до них мотоаматори виявляють найбільший інтерес. Пропонуємо до уваги читачів уривок із книги В. В. Бекмана, присвячений одному з найважливіших питань розвитку двотактних двигунів. Ми зробили лише незначні скорочення, змінили нумерацію малюнків і привели деякі найменування у відповідність до вживаних у журналі.

В даний час двотактні гоночні двигуни перевершують за потужністю своїх чотиритактних суперників у класах від 50 до 250 см3: у класах більшого робочого об'єму чотиритактні двигуни поки що зберігають конкурентоспроможність. так як високе форсування двотактних двигунів цих класів важче, причому більш помітним стає відомий недолік двотактного процесу - підвищена витрата палива, що вимагає збільшення обсягу паливних баків і частіших зупинок для заправки.

Прототип більшості сучасних двотактних двигунів гоночного типу є конструкція, розроблена фірмою МЦ (ГДР). Роботи з удосконалення двотактних двигунів, виконані цією фірмою, забезпечили гоночним мотоциклам МЦ класів 125 та 250 см3 високі динамічні якості, та їх конструкція тією чи іншою мірою була скопійована багатьма фірмами в інших країнах світу.

Гоночні двигуни МЦ (рис. 1) мають просту конструкцію і схожі як у пристрої, так і на вигляд на звичайні двотактні двигуни.

А - загальний вигляд; б - розташування газорозподільних каналів

За 13 років потужність гоночного двигуна МЦ 125 см3 зросла із 8 до 30 л. с.; вже 1962 року було досягнуто літрова потужність 200 л. с./л. Одним з істотних елементів двигуна є дисковий золотник, що обертається, запропонований Д. Циммерманом. Він дозволяє отримати несиметричні фази впуску та вигідну форму впускного тракту: завдяки цьому зростає коефіцієнт наповнення картера. Дисковий золотник виготовляють із тонкої (близько 0,5 мм) листової пружинної сталі. Оптимальну товщину диска знайдено досвідченим шляхом. Дисковий золотник працює як мебранний клапан, притискаючись до впускного отвору каналу, коли в картері відбувається стиснення горючої суміші. При збільшеній або зменшеній товщині золотника спостерігається прискорене зношування диска. Занадто тонкий диск прогинається у бік впускного каналу, що тягне у себе збільшення сили тертя між диском і кришкою картера; збільшена товщина диска також веде до збільшених втрат тертя. Внаслідок доведення конструкції термін служби дискового золотника було збільшено з 3 до 2000 годин.

Дисковий золотник не вносить особливого ускладнення у пристрій двигуна. Золотник встановлюється на валу за допомогою ковзного шпонкового або шліцевого з'єднання, щоб диск міг займати вільне положення і не защемлятися у вузькому просторі між стінкою картера та кришкою.

Порівняно з класичною системою керування впускним вікном нижньою кромкою поршня золотник дає можливість раніше відкрити впускне вікно і довго тримати його відкритим, що сприяє підвищенню потужності як на високих, так і середніх частотах обертання. При звичайному пристрої газорозподілу раннє відкриття впускного вікна неминуче пов'язане з великим запізненням його закриття: це корисно для отримання максимальної потужності, але пов'язане зі зворотним викидом горючої суміші на середніх режимах і погіршенням характеристики крутного моменту і пускових якостей двигуна.

На двоциліндрових двигунах з паралельними циліндрами дискові золотники встановлюють по кінцях колінчастого валу, що при виступаючих праворуч і ліворуч карбюраторах дає великі габарити по ширині двигуна, збільшує лобову площу мотоцикла і погіршує його зовнішню форму. Для усунення цього недоліку іноді застосовували конструкцію у вигляді двох спарених під кутом одноциліндрових двигунів із загальним картером та повітряним охолодженням («Дербі», Ява).

На відміну від двигуна Ява циліндри спарених двигунів можуть займати вертикальне положення: при цьому потрібне водяне охолодження, оскільки задній циліндр заслінений переднім. За такою схемою був виготовлений один із гоночних двигунів МЦ 125 см3.

Трициліндровий двигун Suzuki (50 см3, літрова потужність близько 400 к. с./л) з дисковими золотниками по суті складався з об'єднаних в одному блоці трьох одноциліндрових двигунів із самостійними колінчастими валами: два циліндри були горизонтальними. один вертикальним.

Двигуни із золотинами на впуску конструювалися і в чотирициліндрових варіантах. Типовим прикладом можуть служити двигуни Yamaha, виготовлені у вигляді двох спарених шестерінною передачею двоциліндрових двигунів з паралельними циліндрами; одна пара циліндрів розташована горизонтально, друга - під кутом нагору. Двигун 250 см3 розвивав до 75 л. с., а потужність варіанта 125 см3 досягала 44 л. с. при 17800 об/хв.

За аналогічною схемою сконструйований і чотирициліндровий двигун Ява (350 см3, 48x47) з золотниками на впуску, що являє собою два спарені двоциліндрові двигуни з водяним охолодженням. Він розвиває потужність 72 л. с. при 1300 об/хв. Ще більша потужність чотирициліндрового двигуна «Морбіделі» класу 350 см3 такого ж типу — 85 л. с.

Зважаючи на те, що дискові золотники встановлюються по кінцях колінчастого валу, відбір потужності в багатоциліндрових конструкціях з такою системою впуску зазвичай проводиться через шестерню на середній шийці валу між відсіками картера. При дискових золотниках аналізованого типу збільшення числа циліндрів двигуна понад чотири недоцільно, оскільки подальше спарювання двоциліндрових двигунів призвело до дуже громіздкої конструкції; навіть у чотирициліндровому виконанні двигун виходить на межі допустимих габаритів.

Останнім часом на деяких гоночних двигунах «Ямаха» застосовують автоматичні мембранні клапани у впускному каналі між карбюратором та циліндром (рис. 2, а). Клапан є тонкою еластичною пластинкою, що відгинається під дією розрідження в картері і звільняє прохід для горючої суміші. Щоб уникнути поломки клапанів, передбачені обмежувачі їх ходу. При середніх режимах роботи клапани досить швидко закриваються, щоб запобігти зворотному викиду горючої суміші, що покращує характеристику крутного моменту двигуна. Такі клапани на підставі практичних спостережень можуть нормально функціонувати при швидкісних режимах до 10 000 об/хв. При вищих числах оборотів їхня працездатність проблематична.

: а - схема пристрою; б-початок наповнення картера; в - підсмоктування суміші через клапани в циліндр; 1 - обмежувач; 2 - мембрана; 3 - вікно в поршні

У двигунах з мембранними клапанами для покращення наповнення доцільно підтримувати сполучення між впускним каналом і підпоршневим простором або продувним каналом при положенні поршня поблизу Н.М.Т. Для цього у стінці поршня з боку впуску передбачають відповідні вікна 3 (рис. 2 б). Мембранні клапани забезпечують додатковий підсмоктування горючої суміші, коли під час продування в циліндрах і картері утворюється розрідження (рис. 2, в).

Високу потужність розвивають також двотактні двигуни, у яких процесом впуску горючої суміші в картер управляє поршень, як у переважної більшості звичайних двигунів масового виробництва. В основному це стосується двигунів робочим об'ємом 250 см3 і більше. Прикладами можуть бути мотоцикли «Ямаха» і «Харлей-Давідсон» (250 см3 — 60 к. с.;

350 см3 - 70 л. с.), а також мотоцикл «Сузукі» із двоциліндровим двигуном класу 500 см3 потужністю 75 л. с., який посів перше місце у гонці Т.Т. (Турист Трофі) 1973 року. Форсування цих двигунів здійснюється так само, як і у разі використання дискових золотників, ретельним конструктивним опрацюванням органів газорозподілу та на основі вивчення взаємного впливу впускного та випускного трактів.

Двотактні двигуни незалежно від системи керування впуском мають випрямлену форму впускного тракту, який направлений у підпоршневий простір, куди надходить горюча суміш; по відношенню до осі циліндра впускний тракт може бути перпендикулярним або з нахилом знизу вгору або зверху вниз. Така форма впускного тракту сприятлива використання ефекту резонансного наддува. Потік горючої суміші у впускному тракті безперервно пульсує, причому у ньому виникають хвилі розрідження та підвищеного тиску. Налаштування впускного тракту за рахунок підбору його розмірів (довжини та прохідних перерізів) дозволяє забезпечити в певному інтервалі чисел обертів закриття впускного вікна в момент входу в картер хвилі підвищеного тиску, що збільшує коефіцієнт наповнення та підвищує потужність двигуна.

При значеннях коефіцієнта наповнення картера, що перевищують одиницю, двотактний двигун мав би розвивати вдвічі більшу потужність проти чотиритактним. Насправді цього не відбувається внаслідок суттєвих втрат свіжої суміші у вихлоп н перемішування заряду, що надійшов у циліндр, з залишковими газами від попереднього робочого циклу. Недосконалість робочого циклу двотактного двигуна зумовлено одночасним перебігом процесів наповнення циліндра та його очищення від продуктів згоряння, тоді як у чотиритактному двигуні ці процеси розділені у часі.

Процеси газообміну в двотактному двигуні вирізняються великою складністю і досі погано піддаються розрахунку. Тому форсування двигунів ведеться, головним чином, шляхом експериментального підбору співвідношень та розмірів конструктивних елементів органів газорозподілу від впускного патрубка карбюратора до патрубка кінцевого вихлопної труби. Згодом був накопичений великий досвід форсування двотактних двигунів, описаний у різних дослідженнях.

У перших конструкціях гоночних двигунів МЦ було використано зворотно-петльове продування типу «Шнюрле» з двома продувними каналами. Значне поліпшення показників потужності було отримано завдяки доданню третього продувного каналу (див рис. 1), розташованого спереду навпроти випускних вікон. Для перепуску через цей канал на поршні передбачено спеціальне вікно. Додатковий продувний канал усунув утворення подушки гарячих газів під дном поршня. Завдяки цьому каналу вдалося збільшити наповнення циліндра, покращити охолодження та мастило свіжою сумішшю голчастого підшипника верхньої головки шатуна, а також полегшити температурний режим роботи дна поршня. В результаті потужність двигуна підвищилася на 10 відсотків, а прогар поршнів і поломки підшипника верхньої головки шатуна були усунені.

Якість продування залежить від ступеня стиснення горючої суміші в картері; на гоночних двигунах цей параметр витримується в межах 1,45 - 1,65, що вимагає компактної конструкції кривошипно-шатунного механізму.

Отримання високих літрових потужностей можливе за рахунок широких фаз розподілу та великої ширини газорозподільних вікон.

Ширина вікон гоночних двигунів, виміряна центральним кутом у поперечному перерізі циліндра, досягає 80 - 90 градусів, що створює важкі умови роботи для поршневих кілець. Зате за такої ширини вікон у сучасних двигунах обходяться без схильних до перегріву перемичок. Збільшення висоти продувних вікон зсуває максимальний момент, що крутить, в область нижчого числа обертів, а збільшення висоти випускних вікон створює зворотний ефект.

Мал. 3. Системи продування:а - з третім продувним вікном, б - з двома додатковими продувними каналами; в — з продувними каналами, що розгалужуються.

Система продування з третім додатковим продувним каналом (див. рис. 1) зручна для двигунів із золотником, у яких впускний канал розташований збоку, а зона циліндра навпроти випускного вікна вільна для розміщення в ній продувного вікна; останнє може мати перемичку, як показано на рис. 3 а. Додаткове продувне вікно сприяє утворенню потоку горючої суміші, що огинає порожнину циліндра (петлеве продування). Дуже важливе значення для ефективності процесу газообміну мають кути входу продувних каналів; від них залежить форма і напрямок потоку суміші в циліндрі. Горизонтальний кут, коливається в межах 50 - 60 градусів, причому більше значення відповідає більш високому форсування двигуна. Вертикальний кут a2 дорівнює 45 - 50 градусів. відношення перерізів додаткового та основного продувних вікон становить близько 0,4.

На двигунах без золотника карбюратори та впускні вікна, як правило, розташовані на задній стороні циліндрів. У цьому випадку зазвичай застосовують іншу систему продування - з двома бічними додатковими продувними каналами (рис. 3, б). Горизонтальний кут входу а (див. рис. 3,а) додаткових каналів - близько 90 градусів. Вертикальний кут входу продувних наналів коливається для різних моделей у досить широких межах: на моделі "Ямаха" ТД2 класу 250 см3 він становить для головних продувних каналів 15 градусів, а для додаткових - 0 градусів; на моделі «Ямаха» ТД2 класу 350 см3 відповідно 0 та 45 градусів.

Іноді застосовується варіант цієї системи продування з продувними каналами, що розгалужуються (рис. 3, в). Додаткові вікна продувки розташовані навпроти випускного вікна, і, отже, подібний пристрій наближається до першої з розглянутих систем, що має три вікна. Вертикальний кут входу додаткових продувних каналів 45 - 50 градусів. Відношення перерізів додаткових та основних продувних вікон також близько 0,4.

Мал. 4. Схеми руху газів у циліндрі:а — з каналами, що розгалужуються; б - з паралельними.

На рис. 4 показані схеми руху газів у циліндрі під час процесу продування. При гострому куті входу додаткових продувних каналів потік свіжої суміші, що надходить з них, видаляє клубок відпрацьованих газів у середині циліндра, не захоплюваний потоком суміші з основних продувних каналів. Можливі й інші варіанти систем продування за кількістю вікон.

Слід зазначити, що на багатьох двигунах тривалість відкриття додаткових вікон продувки на 2 — 3 градуси менше, ніж у основних.

На деяких двигунах «Ямаха» додаткові канали продувки були виконані у вигляді жолобків на внутрішній поверхні циліндра; внутрішньою стінкою каналу є стінка поршня при його положеннях поблизу Н.М.Т.

На процесі продування позначається і профіль продувних каналів. Плавна форма без різких вигинів дає менші перепади тиску та покращує показники роботи двигуна, особливо на проміжних режимах.

Наведені в цьому розділі відомості показують, що двотактні двигуни вирізняються простотою свого пристрою.

Підвищення питомої потужності двигунів цього протягом останнього десятиліття не супроводжувалося будь-якими істотними змінами базової конструкції; воно стало наслідком ретельного експериментального підбору співвідношень і розмірів раніше відомих конструктивних елементів.



© 2023 globusks.ru - Ремонт та обслуговування автомобілів для новачків