зачем окно в поршне
Нужно больше мощности! Часть третья
В предыдущих двух записях было всё подготовлено для апсайзинга и, вроде бы, дело за малым — поставить поршневую, но это далеко не так…
Для начала была снята поршневая, требующая замены. Отворачиваем головку, выставляем поршень в ВМТ и видим…
Недоход 1.5 миллиметра и просто кучища нагара на днище поршня (любителям лить М8В в бенз привет). Головку не сфоткал в этот момент, но, как ни странно, нагара на ней такого небыло — был просто налёт, который смылся очистителем для карба.
Хона нет, задиры и царапки присутствуют
Снимаем поршень с шатуна…
Прихватывало его неоднократно, примём особо жестоко со стороны впуска и это очень странно…
Впринципе пофик, т.к. цилиндр всёравно в расточку буду отдавать, а поршень на металлолом. У нас есть новая поршневая, которую нужно готовить к установке, а готовить там немало
Первое, что было сделано — увеличено продувочное окно в поршне. В стоке оно 17мм, но с помошью развёрток, напильников и шкурки увеличиваем его до 22мм
Это совсем немного улучшит наполнение горючей смессью камеры коленвала, т.к. не будет моментов, когда впускное окно в гильзе будет закрыто
Затем устанавливаем временно поршень на шатун, накидываем на него цилиндр, переводим в ВМТ, и, отмечаем как нужно подпилить юбку поршня, чтобы в ВМТ впускное окно было полностью открыто. Снимаем, подпиливаем, снова ставим и радуемся тому, что с поршнем мы разобрались
В результате юбка была подпислена на 1мм. Как видно на фото, в ВМТ впускное окно полностью открыто
Далее начались работы с цилиндром…
Т.к. сборка конвейерная, то естесственно во всех делалях ни о какой подгонке говорить нельзя, поэтому нужно было совместить продувочные каналы горловины картера и рубашки цилиндра, а также убрать «лишнюю» дюралы во впускном канале, которая собой немного (по 1мм с каждой стороны) закрывала продувочное окно в гильзе. Т.к. у меня нет бор-машинки, то пришлось всё делать старым дорым проверенныйм напильником, а точнее надфилями. Всё впринципе достаточно просто, но это долго и муторно. Фотки «до и после» не делал. На эту работу ушло несколько долгих зимних вечеров
Также не стоит забывать, что шпишьки, на которые крепится цилиндр в диаметре 10мм, а вот отверстия для этих шпилек в самом цилиндре 11мм, и, соостветственно, даже совместив каналы, при установке цилиндр немного сдвинется и вся наша работа пойдёт коту под хвост. Чтобы этого не произошло, были выточены шпильки с расширением у нижнего основания
Далее нужно было решить вопрос с головками. Их у меня две разных по объёму, но ниодна из них не подходила под новый цилиндр, т.к. на нём гильза над рубашкой выступала всего 1,5мм, а привалочная плоскость на обоих головках была утоплена в тело на 3мм, и при установки головка телом упиралась в рубашку цилиндра и привалочная плоскость не касалась гильзы
Сначала я попробывал всё это дело поправить точильным камнем… 5 вечеров шорканья им дали результат — я сточил 0,4мм. Тут я понял, что для приведения одной головки в нужное состояние мне нужно не менее 25 дней, а головок у меня две… Вобщем я начал искать мастерские по ремонту гбц, чтобы мне фрезернули головки на станках. И тут оказалось самое забавное то, что если на сайте такой компании указано без прайса «делаем любые работы», то эти компании нифика не умеют, ну или не хотят уметь) Таких оказалось 3 штуки — все они меня послали со словами «ну мы не знаем как закрепить эти головки в станке». Последняя четвёртая оказалось не такой — на сайте был прайс-лист на работы без всяких «делаем всё», но я решил рискнуть и поехать туда. Мастер при виде головок от моего мопеда, немного выпучил глаза, спросил от чего сеи железяки и удивился, что ещё кто-то ковыряет такой металлолом так тщательно) Затем спросил что именно нужно сделать, отметил всё маркером, написал записочки и воткнул их во свечные отверстия каждой головки. Потом со словами «я смутно представляю как их крепить в станке, но завтра придут парни, которые что-нть придумают». Счастья моему небыло предела)
На следующий день уже забрал отфрезерованные детали
Теперь, когда всё готово, нужно определиться с тем какой толщины прокладку нужно изготовить под цилиндр. Берём паранит произвольной толщины и вырезам прокладку, ставим порщень на шатун, накидываем цилиндр и смотрим, чтобы недохода поршня небыло вовсе, а в НМТ нижние кромки продувочных и выпускного каналов были вровень с днищем поршня
Мне повезло с первого раза и мне подошла прокладка из паранита толщиной 0.4мм
После того, как прокладка подогнана, можно собирать и примерять головку.
Вкручиваем шпильки, мажем герметиком горловину картера (необязательно), одеваем прокладку, мажем прокладку герметиком (необязательно), одеваем кольца на поршень, мажем канавки колец маслом (обязательно), мажем гильзу маслом (обязательно) и одеваем гильзу на поршень
Одеваем головку… Вот тут, то и случилось то, что я и предполагал… 175-ая головка не подходит, если всё делать по-феншую, описанному абзацем выше. Т.к. привалочная плоскость сей головки 6мм, а толщина стенок гильзы 4мм, то 2мм пливалочной плоскости торчат в цилиндр и поршень в ВМТ упирается в эти 2мм привалочной плоскости. Выходы из этой ситуации следующие:
— Сделать недоход (опытным путём выяснилось, что нужен недоход в 1 мм)
— Подложить медное (аналогично предыдущему пункту, т.е. кольцо толщиной в 1мм)
— Поставить 200-ую головку
Все варианты мне не нравились, т.к. во всех случаях я получал уменьшение степени сжатия, а она мне нужна не менее 12-ти. Но делать нечего, и т.к. математически всё высчитывать мне было очень неохото, то я прибегнул к старому проверенному способу — проверить маслом )
Первый вариант (недоход + 175-ая головка) самый простой — выразаем прокладку нужной толщины из паранита, собираем цпг, ставим поршень в ВМТ и через свечное отверстие шприцем заливаем масло в камеру сгорания. Было залито что-то около 19 кубов, и степень сжатия при такой КС будет около 11,4. Нам этого мало и из-за более толстой прокладки поршень на 1мм уходил ниже нижних кромок продувочных окон, а из этого следовало, что полезный ход поршня убавился на 1мм. Иными словами — этот вариант полный отстой.
Второй вариант (медное кольцо + 175-ая головка) по степени сжатия также получится 11,4, но в нём хотя бы с полезным ходом всё нормально, т.е. каналы открываются ровно на столько на сколько нужно. Итого — вариант лучше чем первый, но тоже не нравится.
Третий вариант (200-ая головка) оказался неожиданным, т.к. в КС залилось всего 17 кубиков масла и степень сжатия получилась 12,6, т.е. какраз ровно столько сколько мне и нужно. Неожиданно в том плане, что при математическом расчёте в пердыдущей записи я не учёл, что днище поршня сферическое, т.е. посути днище поршня ещё и является вытеснителем, и степень сжатия 9,5, указанная в паспорте, получается только при недеходе в 1.5мм + медное кольцо 0.5мм. А это ровно столько был недоход на старой поршневой (см. первое фото)
В итоге было решено отказаться от 175-ой головки и поставит 200-ую, т.к. с ней я получаю нужную степень сжатия и красивую, ровную камеру сгорания
Фото окончательно собранного мотора не делал, т.к. смысла нет, ибо он точно такой же с виду как и был ранее)
Фоты двигла)))Форсировка)
Прошу совета: установлен поршень от дио. Боковые вырезы в поршне и цилиндре выглядят так:
Стоит ли подточить цилиндр до совпадения с поршнем? Что изменится?
Вы неверно поняли Григорьева. 
Стоит ли подточить цилиндр до совпадения с поршнем? Что изменится?
Нет «Харитон»
я это и хотел донести что геометрия канала должна идти на сужение. вход в канал и выход из него. и сечения все должны перетекать плавно с одного размера на другой распределеенно по всей длине канала!
Про форму оформления входа в продувочный канал что оно должно совпадать с формой продувочного окна гильзы-извините но это бред!Толку от этого не будет!таким образом там только «пеньки» и останутся такие же как и были с завода.
спорить не буду дело твое «пилить» тебе! мне глубоко пофиг кто как понимает Григорьева.
напоследок если читал другого товарища на букву «В на его сайте то можешь дальше не читать!
Jluc
Расточи выхлопное окно до 25-26мм в ширину верхнюю кромку сточи до высоты 30мм от торца привалочной плоскости под прокладку головки(в дальнейшем от этого будешь плясать).
Расточи впускное окно по нижней кромке 68-70 от торца гильзы под головку И выкинь подальше родной карбюратор поставьте с «дырой» побольше а потом видно будет а сейчас это напоминает гадание на кофейной гуще!
Харитон, если я правильно понял, то я могу сделать так
и от этого хуже не станет. Правильно?
ЗЫ: окна цилиндра с окнами картера совпадает (подтачивал)
для ориентира самопил
передние стенки гильзы вырезах продувочных каналов специально недоточены до совпадения с соответствующими стенками поршня по двум причинам:
1 поршень не родной и вырезы позиционированы иначе
2 по картеру там «Мяса нет» поэтому подогнаны по границе канала
ЗЫ: окна цилиндра с окнами картера совпадает (подтачивал)
передние стенки гильзы вырезах продувочных каналов специально недоточены до совпадения с соответствующими стенками поршня по двум причинам:
1 поршень не родной и вырезы позиционированы иначе
2 по картеру там «Мяса нет» поэтому подогнаны по границе канала
Харитон
вообщем все так по горшку что я выложил да не совсем..
гильза этого горшка расточена под поршень на 40мм диаметром поэтому толщина стенки там 2мм.Если я спилил бы эти передние стенки вырезов а именно их кромки под острым углом то при стыковке на картер получился бы косяк в том что форму одной из стенок продувочного канала бы пришлось изменять на винтоподобную чтоб обеспечить плавный переход. к тому же в этом месте у Ш и В двигателей очень близко стоит шпилька головки и мясо там убирать сильно нельзя такак потом в случае срыва шпильки резьбу большего размера нарезать будет не в чем.
заготовкой был котел от Ш-62 у него изначально каналы шире на 2мм и другая форма отливки впускного окна чем на горшках ш-50/57 и задние стенки продувочных каналов отодвинуты «назад» в сторону впускного окна на эти самые 2мм.
вообщем конкретней пилить я их нем могу хоть там и мясо есть по той простой причине что «низ» под этот горшок готовил ш-51 а у него каналы самые узкие в стоке из всех шавок. расточил до соостояния «толщиной в газету» дальше точить нельзя стенки вскроются. на данный момент ширина каждого из каналов в стыке горловины 21мм.
по поршню специально не облегчал так как в качестве не уверен но облой от литья внутри снял и вырезы на поршне распилил до совпадения с вырезами гильзы а те в свою очередь я подогнал по границам каналов кривошипки. к тому же поршень короче родного высота поршня по юбке 48мм растояние от боковой кромки отверстия пальца до кромки днища меньше на 2мм чем родного поршня от ш. палец такой же 10мм.
раз расстояние меньше и поршень короче мне пришлось подрезать плоскость горловины и осадить горшок вниз на эти 2мм иначе у меня бы сдвинулись все фазы газораспределения и был бы большой объем камеры сгорания а я рассчитывал оставить родную степень сжатия под 80-й бензин.но такак с увеличением диаметра поршня объем величивается а головка то прежняя то степень сжатия чуть повысилась вместо 6 стало 5.6 куб.но это все фигня в теории..а по факту там действительная степень сжатия будет чуть меньше так как выпуск поднят до 29мм..как бонус изменилась размерность двигателя
Почти квадрат 40х44 это хорошо тем что в теории при прочих равных доп ставка на обороты.
так вот когда горшок осадил и примерил кромка поршня с границей гильзы по бобышкам не совпадала на 0.5-07мм поэтому ее тоже пришлось доработать до совпадения по границе в НМТ.
обрыва юбки не хочется поэтому делаю все аккуратно и постепенно. не дооблегчил поршень хорошо дооблегчу на другом не единственный же двигатель..
тут еще косяк в том что если уже совершил косяк надо сразу себя вовремя успеть одернуть и усвоить иначе потом «дело табак будет».
вообщем по юбке я пока не разгонялся.кстати фаза впуска на этом движке самая ранняя из всех мной собраных. в данный момент поршневая стоит двигатель заводится могу завести и выложить видео работы с этим горшком.Остальные фотки «поторохов» у меня в альбоме.
Форсировка 2 тактных двигателей
Форсировка 2 тактных двигателей.
Это мой первый опыт написания стати прошу строго не судить! =)
Сегодня в интернете не много статей посвященных форсировке 2т. двигателей и хотелось бы исправит эту несправедливость. Ведь 2т двигателя не на много уступают 4т двигателям а в чём то и превосходят их. Ну не будем отвлекается от темы и начнем.
Есть 3 основных способа поднятия мощности:
Именно про третий пункт сегодня и пойдет разговор.
Рис. 1
Рассмотрим цилиндр наверное всем известного мотоцикла ИЖ Юпитер 5.
2. Основной продувочный канал
3. Дополнительный продувочный канал
Выпускное окно предназначено для очистки цилиндра от отработавших газов. Меняя его сечение (высоту или ширину) мы добиваемся лучшей очистки цилиндра.
Продувочные каналы предназначены для впуска топливно воздушной смеси из кривошипной камеры.
На данном фото не видно впускное окно но я думаю вы все его видели (то место куда крепятся штаны у иж юпитер и ява 638).
Начнем с продувки так как это для меня самая сложная часть цилиндра.
Существует много различных видов продувки но мы рассмотрим основные виды петлевой продувки.
2 канальная. (Ява 634, Юпитер 3-4)
3 канальная. (CZ 500, если честно то больше не знаю)
4 канальная. (Ява 638, Юпитер 5)
5 канальная. (ИЖ ПС, ЗИД Сова)
Теперь посмотрим на рисунок 2 и разберем как она работает. При 2 канальной продувке каналы в цилиндре располагаются напротив друг друга и направляются к стенке противоположной выпуску. Свежий поток идущий из продувочных каналов ударяется о стенку цилиндра и начинает подыматься вверх выталкивая отработавшие газы в выхлопную трубу. Огибая цилиндр по кругу часть смеси вылетает за отработавшими газами в выхлопную трубу. При 4 канальной продувке добавляется еще пара окошек также расположены напротив друг друга но направлены уже под другим углом что дает больший шанс продуть не продутые зоны. При 3 и 5 канальной продувке напротив выпуска делается дополнительное окно направлено в сторону выпуска под углом 60 градусов что еще больше увеличивает шансы продуть не продуваемые зоны. Изменять их я вам не рекомендую так как углы делаются строго для конкретного цилиндра и их изменение может только ухудшить продувку. Для увеличение продуваемой зоны можно сделать 3 (5) канал но об этом чуть позже.
Выпускное окно это основной инструмент регулирования максимальных оборотов. Чем больше фаза выпуска тем более оборотистым становится мотор. Но не спешите идти прилить свои цилиндры так как без побочных эффектов не обошлось. Чем мы выше подымаем окно тем позже оно закрывается. Соответственно если мы будем ехать на низких оборотах то смесь продувшая цилиндр начнет выходить за отработавшими газами в выхлопную трубу так как ни что не регулирует ее перемещение по цилиндру. То есть если топливо воздушная смесь выйдет в трубу (какая то часть) то чему гореть. Это происходит всегда просто чем выше обороты двигателя тем меньше времени есть у смеси чтоб вылететь в трубу. И конечно же чем ниже фаза выпуска тем меньше времени выпускное окно открыто и тем меньше смеси вылетит в трубу но и хуже очистится цилиндр из-за маленького окна. Для того чтоб не меняя фазу выпуска улучшить очистку цилиндра нужно распиливать выпускное окно в ширину. Тут проблема заключается в том что чем шире окно тем в более напряженном режиме работают кольца и если окно сделать слишком широким то кольца в окне просто будут ломаться. Как же не ошибиться спросите вы. Всё просто. Ширина окна без перемычки может достигать 63% от диаметра цилиндра а с перемычкой до 80% по хорде.
У ИЖ Юпитера например ширина выпускного окна может достигать 39 мм по хорде или 42 мм по развертке. У Явы же 36,4 мм по хорде и 39 мм по развертке.
Если вы решили что будете подымать фазу и не знаете как ее вычислить то к статье я прикреплю файл с расчётами от доктор мот в котором вы сможете посчитать фазу зная ход поршня и длину шатуна.
Минск, Восход, Иж Юпитер — 125 мм.
CZ 500 (380) — 130 мм.
ЯВА 638 (634) — 140 мм.
От себя скажу что фазу выпуска не стоит подымать более 175 градусов если вы не приследуете каких то особых целей. При большей фазе мотоцикл на низких оборотах не сможет ехать совсем а разгон он начнет набирать только с средних оборотов. Если же вы хотите еще поднять фазы то вам не обойтись без ЛК, 3 (5) канала и ФУОЗа о чём поговорим чуть позже.
Впускное окно так же как и выпускное фазы считаются в углах. Посчитать фазу впуска на много сложнее чем выпуска так как в нем учитывается длинна юбок поршня и т. д. По этому о конкретных фазах впуска говорить не будем. Чем больше фаза впуска тем более мощным становится мотоцикл с средних оборотов (примерно с 3000 — 3500 оборотов) но менее мощным до средних. Опять падение мощности. да что такое спросите вы. Дело всё в том что чем больше фаза впуска тем больше обратный выброс. Это та смесь которая вылетает обратно в карбюратор при сжатии поршнем кривошипной камеры. Чем быстрее обороты двигателя тем меньше времени у смеси вылетить в карбюратор. Решением данной проблемы является Лепестковый клапан (далее ЛК.)
ЛК впускает смесь в кривошипную камеру и не дает смеси вылетит обратно что дает возможность поднять мощность мотоцикла на низких оборотах и немножко снизить ее на высоких. И тут вылазит это снижение =) Снижается Здесь мощность потому что сечение лепестка меньше сечения впускного окна. Компенсировать это можно с помощью поднятия фазы впуска (например подрезать юбку со стороны впуска на 2 мм.). При установке ЛК на мотоцикл фазу впуска можно делать любую хоть 360 градусов.
3 (5) канальная продувка делается только при наличии ЛК. Конечно можно и без него (как например на ИЖ ПС) но это намного сложнее и дает меньший прирост мощности. 3 (5) канал делается следующим образом. В цилиндре со стороны впуска делается углубление шириной 20 мм. (для юпитер и ява) и подымается на верх. Канал не должен доходить до высоты основных продувочных каналов 1-2 мм. Угол выход из канала 60 градусов. В верхней части поршня отступая 1,5 см от нижнего кольца делается дополнительное окно. Это повысит мощность на всех оборотах двигателя.
Теперь поговорим о ФУОЗе. Расшифровывается как Формирователь Угла Опережения Зажигания. Это микропроцессорное устройство которое автоматически меняет угол опережения зажигания при определенных оборотах двигателя. Так же помогает поднять мощность на всех режимах работы двигателя. Об этом устройстве написано много статей по этому повторять написано ранее много раз не буду.
Именно эти три вещи помогают поднять мощность двигателя на низких оборотах что в свою очередь дает возможность поднять фазу выпуска еще до 190 градусов. Более я считаю не целесообразно так как по дорогам общего пользования будет ездить очень тяжело без низких оборотов.
На этом первую часть стати можно закончить. В следующей части поговорим о поршнях, весе маховиков, карбюраторе, резонаторах, и т. д.
Двухтактный двигатель
Двухтактный двигатель наиболее прост с технической точки зрения: в нем поршень выполняет работу распределительного органа. На поверхности цилиндра двигателя выполнено несколько отверстий. Их называет окнами, и они принципиальны для двухтактного цикла. Предназначение впускных и выпускных каналов достаточно очевидно — впускное окно позволяет топливовоздушной смеси попасть в двигатель для последующего сгорания, а выпускное окно обеспечивает отвод полученных в результате сгорания газов из двигателя. Продувочный канал служит для обеспечения перетекания из кривошипной камеры, в которую она поступила ранее, в камеру сгорания, где происходит сгорание. Здесь возникает вопрос, почему смесь поступает в пространство картера под поршнем, а не непосредственно в камеру сгорания над поршнем. Чтобы понять это, следует отметить, что в двухтактном двигателе кривошипная камера выполняет важную второстепенную роль, являясь своего рода насосом для смеси.
Она образует собой герметичную камеру, закрытую сверху поршнем, из чего следует, что объем этой камеры, а, следовательно, и давление внутри нее, изменяется, поскольку поршень перемешается возвратно-поступательно в цилиндре (по мере того как поршень двигается вверх, объем увеличивается, и давление падает ниже атмосферного, создается разрежение; наоборот, при движении поршня вниз объем уменьшается, и давление становится выше атмосферного).
Впускное окно на стенке цилиндра большую часть времени закрыто юбкой поршня, оно открывается, когда поршень приближается к верхней точке своего хода. Созданное разрежение всасывает свежий заряд смеси в кривошипную камеру, затем, по мере того как поршень движется вниз и создает давление в кривошипной камере, эта смесь вытесняется в камеру сгорания через продувочный канал.
Данная конструкция, в которой поршень играет роль распределительного органа по очевидным причинам, является самой простой разно¬видностью двухтактного двигателя, число перемеoающихся частей в ней не значительно. Во многих отношениях это является значительным преимуществом, однако оставляет желать лучшего с точки зрения эффективности (КПД). В свое время почти во всех двухтактных двигателях поршень выполнял роль органа распределения, но в современных конструкциях эта функция отводится более сложным и эффективным устройствам
Улучшенные конструкции двухтактного двигателя
Влияние на течение газа Одна из причин неэффективности выше-описанного двухтактного двигателя-неполная очистка от отработавших газов. Оставаясь в цилиндре, они мешают проникновению всего объема свежей смеси, и, следовательно, снижают мощность. Также существует связанная с этим проблема: свежая смесь из окна продувочного канала поступает прямо в выпускной канал, и, как было упомянуто ранее, чтобы это минимизировать, окно продувочного канала направляет смесь вверх.
Поршни с дефлектором
Эффективность очистки и топливная экономичность могут быть улучшены за счет создания более эффективного течения газа внутри цилиндра. На ранней стадии усовершенствование двухтактных двигателей было достигнуто за счет придания днищу поршня особой формы для отклонения смеси от впускного канала к головке цилиндра — данная конструкция получила название поршня с дефлектором». Однако использование поршней с дефлектором на двухтактных двигателях было непродолжительным в связи с проблемами расширения поршня. Тепловыделение в камере сгорания двухтактного двигателя обычно выше, чем у четырехтактного, потому что сгорание происходит вдвое чаше, кроме того, головка, верхняя часть цилиндра и поршня являются наиболее нагретыми частями двигателя. Это приводит к проблемам, связанным с тепловым расширением поршня. Фактически, поршню при изготовлении придается такая форма, чтобы он слегка отличался от окружности и был конусным кверху (овало-бочкообразный профиль), таким образом, когда он расширяется при изменении температуры, он становится круглыми и цилиндрическим. Добавление несимметричного металлического выступа в виде дефлектора на днище поршня, изменяет характеристики его рас¬ширения (если поршень будет чрезмерно расширяться в неправильном направлении, его может заклинить в цилиндре), а также приводит к его утяжелению со смещением массы от оси симметрии. Этот недостаток стал намного более очевидным по мере того, как двигатели усовершенствовались для работы при более высоких скоростях вращения.
Поскольку у поршня с дефлектором слишком много недостатков, а плоское или слегка скругленное днище поршня не сильно влияет не движение поступающей смеси или вытекающих отработавших газов, был необходим другой вариант. Он был разработан в ЗО-х годах XX века доктором Е. Шнурле, который его изобрел и запатентовал (хотя, по общему признанию, он первоначально спроектировал его для двухтактного дизельного двигателя). Продувочные окна расположены напротив друг друга на стенке цилиндра и направлены под углом вверх и назад. Таким образом, поступающая смесь наталкивается на заднюю стенку цилиндра и отклоняется вверх, затем, образуя наверху петлю, падает на отработавшие газы и способствует их вытеснению через выпускное окно. Следовательно, хорошая продувка цилиндра может быть получена подбором расположения продувочных окон. Необходимо тщательно прорабатывать форму и размер каналов. Если сделать канал слишком широким,поршневое кольцо, минуя его,может попасть в окно и заклинить, тем самым вызывая поломку. Поэтому размер и форма окон выполняется так, чтобы гарантировать безударный проход колеи мимо окон, а некоторые широкие окна соединены в середине перемычкой, служащей опорой для колец. В качестве еще одного варианта можно предложить использование большего числа окон меньших размеров.
На данный момент существует множество вариантов расположения, численности и размеров окон, сыгравших большую роль в увеличении мощности двухтактных двигателей. Некоторые двигатели снабжены продувочным и окнами, служащими для единственной цели — улучшения продувки, они открываются незадолго до открытия главных продувочных окон, которые подают большую часть свежей смеси. Но пока это всё. что можно сделать для улучшения газообмена без использования дорогих в производстве деталей. Чтобы продолжать улучшать характеристики, необходимо более точно управлять фазой наполнения.
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 объемом свежей смеси. До тех 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 нельзя увеличить объем поступающей свежей смеси, чтобы способствовать вытеснению отработавших газов. Решением может служить заполнение кривошипной камеры большим количеством смеси за счет увеличения ее объема, но на практике это приводит к менее эффективной продувке. Увеличение эффективности продувки требует уменьшения объема кривошипной камеры и, таким образом, ограничения пространства, предназнеченного для заполнения 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 обратно во впускное окно и, 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. 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 одной на 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 фенольной смолы или стеклотекстолита.
Клапан открывается за счет изгиба лепестков до ограничительных пластин, которые спроектированы таким образом, что открываются, как только появляется положительный перепад давления между атмосферой и кривошипной камерой; это происходит, когда движущийся вверх поршень создает разрежение в картере, Когда смесь подана в кривошипную камеру, и поршень 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 происходит более эффективно. Сначала лепестковые клапана были приспособлены 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 кривошипной камере после того, как поршень перекроет основной канал, если уровень давления в картере двигателя позволяет это. В другой конструкции на поверхности юбки поршня выполнялись окна, чтобы окончательно избавиться от контроля, который поршень имеет над каналами; в таком случае они открываются и закрываются исключительно под воздействием лепесткового клапана. Развитие этой идеи означало, что клапан и впускной канал могут быть перенесены из цилиндра в кривошипную камеру. Устрашающие предостережения, что на лепестках клапана образуются трещины 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 (скорость и вес) поступающей смеси. При переносе впускного канала из цилиндра можно продолжать повышать эффективность путем смешения продувочного окна (окон) в оптимальное для продувки положение. Безусловно, за последние годы основное расположение лепестковых клапанов было подвергнуто тщательному исследованию, и появились сложные конструкции. содержащие двухступенчатые лепестки и многолепестковые корпуса клапанов. Последние разработки в области лепестковых клапанов связаны с материалами, используемыми для лепестков, и с расположением и размером лепестков.
Дисковые клапана (золотниковое распределение)
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 крыш¬кой картера так. чтобы в нормальном состоянии канал перекрывался диском, Чтобы произошло наполнение в нужной области цикла двигателя, из диска вырезается сектор. При вращении коленчатого вала и дискового клапана впускное окно открывается в момент, когда вырезанный сектор проходит мимо канала, позволяя смеси проникнуть непосредственно в кривошипную камеру. Затем канал перекрывается диском, предотвращая обратный выброс смеси в карбюратор по мере того, как поршень начинает двигаться вниз.
К очевидным преимуществам использования дискового клапана можно причислить более точное управление началом и концом процесса участок, или сектор, диска минует канал), и продолжительностью процесса наполнения (то есть величиной вырезанного участка диска, пропорциональной времени открытия канала). Также дисковый клапан допускает применение впускного канала большого диаметра и гарантирует беспрепятственный проход смеси, попадающей в кривошипную камеру. В отличие от лепесткового клапана с достаточно большим корпусом клапанов, дисковый клапан не создает никаких преград 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 рабочих характеристик 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 канавках и царапают диск). Несмотря на это. на практике дисковые клапана работают очень хорошо и обычно способствуют значительному приросту мощности на низких частотах вращения двигателя по сравнению с обычным двигателем с поршнем в роли органа газораспределения.
Совместное использование лепестковых и дисковых клапанов
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 требуют условия, давление в картере двигателя закрывает лепестковый клапан, таким образом, закрывая впускной канал со стороны кривошипной камеры, даже несмотря на то, что вырезанный участок (сектор) диска все еще может открывать впускной канал со стороны карбюратора.
Использование щеки коленвала в качестве дискового клапана
Расположение выпускного окна
Системе с мощностным клепаном Yamaha — YPVS
В основе этой системы лежит непосредственно мощностной клапан, который по существу является роторным клапаном, установленным в гильзе цилиндра так, чтобы его нижняя кромка соответствовала верхней кромке выпускного окна. На низких частотах вращения двигателя клапан находится в закрытом положении, ограничивая эффективную высоту окна: это улучшает характеристики на низких и средних режимах Когда частота вращения двигателя достигает заданного уровня, клапан открывается, увеличивая эффективную высоту окна, что способствует улучшению характеристик на высоких скоростях. Положение мощностного клапана контролирует серводвигатель при помощи троса и шкива. Блок управления YPVSi-получает 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.
Комплексная система мощностных клапанов Kawasaki — KIPS
Система Kawasaki имеет механический привод от установленного на коленчатом валу центробежного (шарикового) регулятора, Вертикальная тяга соединяет механизм привода с тягой управления мощностным клапаном, установленным в гильзе цилиндра. Два таких мощностных клапана расположены во вспомогательных каналах с обеих сторон от главного впускного окна и связаны с тягой привода посредством шестерни и зубчатой рейки. По мере того, как тяга привода перемещается «из стороны в сторону», клапана вращаются, открывая и закрывая вспомогательные каналы в цилиндре и камере резонатора, расположенной с левой стороны двигателя. Система рассчитана так, чтобы при низкой частоте вращения вспомогательные каналы были закрыты клапанами для обеспечения кратковременного открытия канала. Левый клапан открывает камеру резонатора покидающим отработавшим газам, таким образом увеличивая объем расширительной камеры. При высокой частоте вращения клапана поворачиваются, чтобы открыть оба вспомогательных канала и увеличить продолжительность открытия канала, следовательно, обеспечить большую пиковую мощность. Камера резонатора закрывается клапаном с левой стороны, снижая общий объем выпускной системы. Система KIPS обеспечивает улучшение характеристик на низких и средних частотах вращения за счет уменьшения высоты канала и большего объема выпускной системы а при высоких частотах вращения — за счет увеличения высоты выпускного окна и меньшего объема системы выпуска. В дальнейшем система была усовершенствована за счет введения промежуточной шестерни между тягой привода и одним из клапанов, обеспечивающей вращение клапанов во встречных направлениях, а также добавления плоского мощностного клапана на передней кромке выпускного окна. На моделях большего объема запуск и работа на низких частотах вращения была улучшены за счет добавления соплового профиля в верхней части клапанов.
Камера усиления крутящего момента с автоматическим управлением Honda — АТАС
Система впрыска топлива
Судя по всему, очевидным методом решения всех проблем, связанных с наполнением камеры сгорания двухтактного двигателя топливом и воздухом, не говоря уже о проблемах высокого расхода горючего и вредных выбросов, является использование системы впрыска топлива. Однако, если топливо не подводится непосредственно в камеру сгорания, все еще остаются характерные проблемы с фазой наполнения и эффективностью двигателя. Проблема, связанная с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания, заключается в том. что топливо может быть подано только после того, как впускные окна будут закрыты, следовательно, остается мало времени для распыливания и полного перемешивания топлива с воздухом, находящимся в цилиндре (который поступает из кривошипной камеры, как в традиционных двухтактных двигателях). Это порождает другую проблему, так как давление внутри камеры сгорания после закрытия выпускного окна велико, и она быстро нарастает, следовательно, топливо должно подаваться при еще более высоком давлении, иначе оно просто не будет истекать из форсунки. Это требует довольно крупногабаритного топливного насоса, что влечет за собой проблемы связанные с увеличением веса, габаритов и стоимости. Aprilia решила эти проблемы, применив систему, называемую DITECH, основанную на конструкции австралийской компании, Peugeot и Kymmco разработали подобную систему. Форсунка в начале цикла двигателя подает струю топлива в отдельную закрытую вспомогательную камеру, содержащую сжатый воздух (подаваемый либо от отдельного компрессора, либо по каналу с обратным клапаном от цилиндра]. После того, как выпускное окно закрывается, вспомогательная камера сообщается с камерой сгорания через клапан или сопло, и смесь подается непосредственно к свече зажигания. Aprilia претендует на снижение вредных выбросов на 80 %, достигаемое за счет снижения не 60 % расхода масла и на 50 % расхода горючего, кроме того, скорость скутера с такой системой на 15 % выше скорости такого же скутера со стандартным карбюратором.
Главное преимущество применения непосредственного впрыска в том. что по сравнению с обыкновенным двухтактным двигателем исчезает необходимость предварительного перемешивания топлива с маслом для смазки двигателя. Смазка улучшается, поскольку масло не смывается топливом с подшипников и, следовательно, требуется меньшее количество масла, в результате чего снижается токсичность. Сгорание топлива также улучшается, а нагарообразование на поршнях, поршневых кольцах и в выпускной системе снижается. Воздух по-прежнему подается через кривошипную камеру (его расход определяется дроссельной заслонкой, связанной с ручкой газа мотоцикла) Это означает, что масло все еще сгорает в цилиндре, и смазка и смазка не столь эффективна, как хотелось бы. Однако результаты независимых испытаний говорят сами за себя. Все, что теперь необходимо-обеспечить подвод воздуха, минуя кривошипную камеру.