Десмодромный механизм газораспределения: Секрет десмодромного механизма двигателя Ducati

как закрыть клапан быстрее пружины?

Двигатель

28.10.2016

0 1 283 2 minutes read

Изучать строение обычных автомобилей, коих тысячами ездит по улицам наших городов, полезно, но порой бывает скучно. Поэтому, дорогие читатели, сегодня наш рассказ посвящён кое-чему экзотическому — мы узнаем о том, что такое десмодромный механизм.

Однако, здравствуйте!

Оглавление

• 1 ГРМ и его проблемы
• 2 Что же делать?
• 3 Десмодромный механизм. Удел избранных

ГРМ и его проблемы

Заинтригованы? Надеемся, что да. Итак, как Вы уже, наверное, знаете, одним из ключевых компонентов двигателя внутреннего сгорания является газораспределительный механизм (ГРМ).

На него возложена важнейшая функция: управлять открытием клапанов цилиндров и делать это в чётко обозначенные моменты, зависящие от движения поршня.

На первый взгляд всё просто – распределительный вал, связанный ременной или цепной передачей с коленвалом, вращается и, имея в своём распоряжении так называемые кулачки, воздействует ими через систему коромысел или толкателей на клапанный механизм.

Но тут начинаются сложности. Чтобы вернуть клапан в исходное положение (в закрытое), как правило, используются пружины, которые при высоких оборотах мотора просто не успевают его полностью закрыть в силу своей инерционности и паразитного резонанса.

Особенно это актуально для гоночных и спортивных автомобилей, где силовые агрегаты могут раскручиваться до 9000 и более оборотов.

Что же делать?

Ответ на этот вопрос был найден ещё в 50-х годах ХХ столетия. «Если пружины мешают, то давайте от них откажемся» — подумали конструкторы. В результате этой идеи повилась десмодромная система, которая в международной технической терминологии известна как Desmodromic.

Десмодромный механизм. Удел избранных

Суть десмодромного механизма заключается в следующем: распределительный вал отвечает не только за открытие клапанов, но и за их закрытие.

Реализовано это при помощи системы нескольких коромысел, управляющих одним клапаном, и кулачков распредвала более сложной формы. Иногда в данной схеме ГРМ возможно применение нескольких валов, каждый из которых отвечает только за открытие или закрытие.

Казалось бы, все проблемы решены и можно массово внедрять десмодромную систему газораспределительного механизма. Но не тут-то было! У этой конфигурации всплыли и заметные недостатки, которые не позволили ей попасть под капоты автомобилей повсеместно. В частности проблем несколько:

• высокая стоимость механизма из-за необходимости прецизионно подгонять его детали;
• шумность моторов с десмодромным механизмом;
• сложность в обслуживании;
• большие размеры по сравнению с классическими типами ГРМ.

Таким образом, столь интересное изобретение моторостроителей осталось уделом лишь избранных моделей авто и мотоциклов – в основном гоночных типов, где ценится чёткость работы двигателя на высоких оборотах. На сегодняшний день десмодромную схему использует только компания Ducati, компонуя ею мотоциклетные моторы.

Фото. Мотоциклетный мотор Ducati с десмодромным приводом, где два верхних распредвала и четыре клапана на цилиндр.

 

 

Уважаемые читатели и подписчики, хочется верить, что наша статья об экзотическом типе газораспределительного механизма была полезна и интересна. Следите за публикациями блога и не забывайте подписываться, чтобы не пропустить появление свежих материалов.

Советую прочитать статью о инновационном двигателе без распредвала.

До скорой встречи!

Статьи по теме

Десмодромный механизм газораспределения

Десмодромный газораспределительный механизм относится к одному из типов механизмов газораспределения, который обеспечивает руководство поднятия и опускания клапанов, а балгодаря этому появляется возможность достижения своевременного открывания и закрывания клапанов на каждом обороте коленвала автомобильного двигателя.

Десмодромный газораспределительный механизм был разработан относительно недавно, а именно в начале применения блоков электронного руководства и бортовых компьютеров в строение двигателей. Благодаря системе электронно-магнитных клапанов, которая обеспечивает перемену режимов функционирования по отношению к командам микропроцессора, предоставляется возможность снятия мощности с двигателя на минимальном уровне топливных затрат. Десмодромным приводом клапанов называется газораспределительный механизм, в процессе которого открываются и закрываются клапаны при помощи распредвалика.

Представленный механизм довольно распространен в мотоциклах от компании “Ducati”.

Десмодромный механизм газораспределения

В данной статье размещены ответы на такие довольно распространенные вопросы:

1. Что собой представляет десмодромный газораспределительный механизм?
2. Устройство ГРМ Desmodromic;
3. Назначение десмодромного газораспределительного механизма;
4. В чем заключается принцип действия ГРМ Desmodromic?
5. Часто встречаемые неисправности десмодромного механизма газораспределения и методы их решения.

Содержание

1. Основная информация о ГРМ Desmodromic
2. Механизм десмодромного газораспределения
3. Часто встречаемые неисправности механизма газораспределения Desmodromic

Десмодромный газораспределительный механизм относится к одному из типов механизмов газораспределения, который обеспечивает руководство поднятия и опускания клапанов, а благодаря этому появляется возможность достижения своевременного открывания и закрывания клапанов на каждом обороте коленвала автомобильного двигателя. Механизм десмодромного газораспределения также называется как Desmodromic, что дословно переводится как руководящее передвижение.

На сегодняшний момент десмодромный механизм применяется на гоночных мотоциклах, которые производятся фирмой Ducati.

Двигатель с десмодромным механизмом газораспределения

Для начала необходимо обсудить устройство газораспределительного механизма. Механизм газораспределения имеет такие основные элементы:

• Распредвалик;
• Привод;
• Клапан;
• Уплотнение клапана;
• Направляющую клапана;
• Толкатели;
• Открывающее коромысло;
• Закрывающее коромысло;
• Втулку или как ее еще называют цангу;
• Открывающую шайбу;
• Закрывающую шайбу;
• Зажим;
• Пружинку;
• Кулак распредвалика;
• Штанги.

Механизм привода распредвалика образовывает обороты со стабильной угловой скорость, составляющей 1,5 угловой скорости коленчатого валика.

Руководящее передвижение клапанов десмодромного механизма газораспределения производится при помощи специального привода, включающего такие элементы:

• Распредвалик, который имеет специальную форму и оснащен кулаками;
• Пара коромысел, главная функция которых заключается в обеспечении закрывания и открывания всех клапанов;
• Соединяющие элементы, называемые шайбами коромысла с клапанов.

Механизм десмодромного газораспределения

Использование механизма десмодронного газораспределения дает возможность предотвращения, так называемого зависания клапанов, которое возникает из-за высокого уровня частоты вращения коленвала автомобильного двигателя, резонанса пружин и инерции клапанов. Процесс зависания клапанов в большинстве случаев приводит к множеству проблем, таких как:

1. Перегревание клапанов, вследствие чего происходит их разрушение и коробление.
2. Столкновение клапана и поршня, вследствие чего происходит их разрушение.
3. Воздушно-топливная смесь загорается преждевременно, вследствие чего уменьшается давление продуктов горения, снижается мощность автомобильного двигателя и увеличивается количество вредоносных выбросов продуктов горения.

Представленную проблему на представленном механизме газораспределения можно решить такими методами:

1. Используйте несколько пружинок, которые помогут предотвратить колебания резонанса;
2. Используйте новые материалы и сплавы для изготовления пружинок и клапанов, которые снижают вес;
3. Используйте пневматический привод клапанов.

Десмодромный механизм имеет целый перечень недостатков и вот несколько из них:

1. Сильный шум;
2. Дороговизна деталей, а следственно и всей конструкции;
3. Громоздкая конструкция, поэтому ее используют только на мотоциклах;
4. Сложное техническое обслуживание.

В момент набирания девяти тысяч оборотов за минуту пружинки обычного ГРМ не смогут создавать необходимую скорость срабатывания, потому как это может привести к поломке автомобильного двигателя. Представленный механизм не имеет ограничения максимального количества оборотов за минуту, потому как скорость срабатывания системы зависит от скорости вращения коленчатых валиков.

Часто встречаемые неисправности механизма газораспределения Desmodromic

Основная проблема во время создания представленного механизма заключается в обеспечении компенсации зазоров, которые образовываются в процессе износа, а это ограничивает их использование на автомобилях массового производства. Поэтому давайте рассмотрим процесс регулировки теплового зазора. В приводном механизме клапана обязательно должен сохраняться тепловой зазор. Во время достижения максимального уровня мощности температура во впускном клапане находится в пределе от 750⁰С до 850⁰С, но одновременно с этим температура элементов основы цилиндров автомобильного двигателя с охлаждающей жидкостью находится в пределах от 100⁰С до 200⁰С.

Клапанный стержень удлиняется намного больше, нежели другие элементы основы цилиндров, а одновременно с этим тепловой зазор уменьшается. В случае перегревания клапана, например, по причине позднего зажигания, износе фаски клапана и седла или же неправильного проведения регулирования теплового зазора нарушается прижатие и герметичность прижатия клапана к седлу, происходит прогорание клапана.

Величина теплового зазора и профиль кулака для предотвращения стука выбирается так, что момент толкательного кулака или приводного режима во время любого теплового режима соответствует зоне минимальных ускорений.

Тепловой зазор автомобильного двигателя с охлаждающей жидкостью определяется с помощью плоского щупчика, но одновременно с этим необходимо учитывать особенности конструкции автомобильного двигателя, долгосрочность контактирующих поверхностей и многое другое. Минимальной массы поступательно передвигающихся элементов можно достичь в приводе клапана от кулака при помощи толкателей. Тогда процесс регулирования теплового зазора происходит при произведении замены вставок цилиндра на всех клапанах. В процессе износа контактных поверхностей тепловой зазор выходит намного больше. Исходя из этого самым точным методом произведения замеров теплового зазора, является измерение с использованием специального приспособления и индикатора.

Десмодромные клапаны Ducati — все, что вам нужно/что вы хотите знать

Ducati Multistrada V4 2021 года не имеет десмодромных клапанов. Я всегда считал клапаны «десмо» чисто Ducati — они были основной особенностью мотоциклов Ducati на протяжении десятилетий .

Но так как даже Ducati, кажется, отдаляется от них в ограниченных обстоятельствах, пришло время дать объяснение. Потому что люди спрашивают… подождите… что такое десмодромные клапаны?

Итак, вот он — мой FAQ по десмодромным клапанам Ducati. Поскольку я объясняю это себе, и поскольку я пятилетний ребенок, я объясню это как можно проще. Другими словами, это «Десмодромные клапаны: объясните, как будто мне пять» или ELI5.

Я отвечу на эти вопросы о клапанах десмо:

Вы одержимы мотоциклами?

Ну, я. Вот почему я создал этот сайт — как отдушину. Я люблю учиться и делиться тем, что может быть полезно другим. Если вам нравится то, что вы здесь читаете, и вы настолько же одержимы, как и я, вам может быть интересно узнать, когда я публиковал больше. (Проверьте последнюю версию, чтобы понять, что вы увидите.)

Пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, чтобы отправить форму

Что означает «десмодромный»?

Десмодромная клапанная система Ducati — это чистое волшебство! Это вуду из металла и шестерёнок!

На самом деле, «десмодромный» (или «десмо» для краткости среди мотоциклетных типов) — это не волшебство. Не паникуйте. Клапанная система Ducati desmo так же сложна, как и любая система срабатывания клапана в двигателе внутреннего сгорания, что означает «очень сложная». Но все же понятно!

Начнем со слова десмодромного , которое является неологизмом с греческими корнями.

• В греческом языке desmo-  это приставка, означающая «волокнистое соединение» или «связка»; он используется в словах, относящихся к связи или цепи. Это не распространенный префикс, кроме как в медицине.
• В греческом языке суффикс -drome также связан с dromos , относящимся к бегу или скачкам. Например, вы можете знать об аэродроме — в наши дни это просто аэродром. Старый пример ипподром , слово, которое вы, возможно, знаете, если когда-либо были в Риме, что означает ипподром. (Да, «бегемот» означает «лошадь», по-видимому. Близко…)

Soconnected, desmo и dromic — это как «связанный бег» или «связанные гонки». Это классное слово этимологически… но это не говорит вам, как оно работает. Теоретически любую систему с подвижным клапаном можно назвать «десмодромной».

Несмотря на то, что Ducati является почти синонимом десмодромных клапанных механизмов, они не изобрели их (или не были единственными, кто это сделал).

Компания Daimler-Benz впервые запатентовала десмодромную систему клапанов для автомобиля с V-образным двухцилиндровым двигателем еще в 1889 году. Ряд других производителей запатентовали десмодромную конструкцию, пока Тальони не реализовал ее в 1955 году на Ducati 125.

В любом случае, важно дело в том, что десмодромный — это слово, используемое для описания работы клапанных механизмов. Как работают десмодромные клапанные механизмы, это следующий вопрос.

Как работают десмодромные клапаны (и как работают традиционные клапанные механизмы)

Клапаны в двигателях либо пропускают топливо, либо выпускают выхлопные газы. Поршень двигается вверх и вниз, а клапаны открываются и закрываются в тщательно срежиссированном танце.

Как кулачок приводит в действие клапаны. Схема с сайта Motorcyclecruiser.com. Это клапан с возвратной пружиной.

Но как двигатели узнают, когда впускать топливо или выпускать газ? Что ж, поскольку все синхронизировано с коленчатым валом, существует система, позволяющая вовремя открывать и закрывать клапаны.

Почти все двигатели открывают клапаны с помощью кулачков. Кулачок (сокращение от распределительного вала) представляет собой стержень с выступами причудливой формы. Лопасти вращаются и открывают клапаны. Распределительные валы

— с Wikimedia Commons

В большинстве двигателей с верхним расположением распредвала кулачок (смещенный от центра элемент) кулачка толкает клапан в открытое положение. Иногда он работает через коромысло или на регулировочный ковш, но все же — кулачок воздействует на него напрямую.

Чем большинство двигателей отличается от двигателей с десмодромным клапаном, так это как клапаны закрываются .

В большинстве двигателей клапаны закрываются с помощью пружин. Между клапаном и головкой находится пружина, которая закрывает клапан.

Металлические пружины клапана в двигателе мотоцикла

Десмодромные двигатели закрывают клапаны другим кулачком. Они используют два кулачка и два привода , избегая использования возвратной пружины. Таким образом, один кулачок открывает клапан, а другой клапан закрывает его.

Это предотвращает проблему выхода из строя пружины и позволяет двигателю более эффективно открывать и закрывать клапаны, позволяя двигателям вращаться выше (в прошлом; современные мотоциклы с пружинным приводом имеют достаточно высокие обороты).

Зачем использовать десмодромные клапаны? Они лучше?

Ducati начали использовать десмодромные клапаны в 1950-х годах, потому что это позволяло им увеличивать обороты двигателя.

Схема десмодромной клапанной системы Ducati 1950-х годов. «Si, signore, una camma di apertura con un po’ di insalata e un bicchiere d’acqua per piacere». Спасибо, семестр в Италии, 2006

Когда вы увеличиваете обороты двигателя все выше и выше, вы вращаете коленчатый вал (и, следовательно, распределительные валы) все быстрее и быстрее. Вы просите клапаны открываться, а затем закрываться все быстрее и быстрее.

Если вы полагаетесь на конфигурацию кулачка и пружины, то вы также просите пружину вернуть клапан достаточно быстро, чтобы цилиндр был готов к неправильному вращению.

Еще в 50-х годах металлургия просто не была достаточно хороша для разработки пружин, которые могли бы работать так быстро (и надежно). Таким образом, на высоких оборотах двигатели попадали в состояние, называемое «плавающим клапаном», когда клапан никогда не возвращался домой. Это естественный предел скорости вращения двигателя. И это было не так высоко!

Вот почему старые двигатели предпочитали большой крутящий момент для производства мощности (внизу), а не высокие обороты. Так было до появления десмодромного привода, затем улучшенных пружин и совсем недавно пневматических возвратных систем (как в автомобилях Формулы-1).

Итак, в двух словах: Клапаны Desmo изначально были разработаны для увеличения оборотов двигателя. Но сейчас пружины в норме.

Клапаны десмо сложно (или дорого) обслуживать?

Обслуживание двигателей десмо отпугивает многих людей. Правда: 9Обслуживание клапана 0007 на Ducatis не дороже, но может потребоваться чаще.

Слово «десмодромный» отпугивает многих людей от самостоятельного обслуживания клапана. Это также позволяет механикам Ducati брать больше, если они этого хотят. Это не нужно, и они не должны.

На самом деле в обслуживании десмодромного двигателя нет ничего сложного. Поскольку он примерно так же сложен, как обычный двигатель с распределительным валом, в нем нет ничего особенного.

Существует два основных различия между десмодромными двигателями и более распространенными двигателями с кулачковой + пружинной трансмиссией:

1. Двигатели Desmo имеют в два раза больше зазоров клапанов, которые необходимо измерить (и удвоить количество прокладок, которые можно заменить), а
2. Двигатели Desmo существуют на Ducatis. , что придает им свои особенности.

По второму пункту — здесь есть еще аспекты.

Во-первых, вам, возможно, придется обслуживать клапаны Ducati чаще, чем мотоциклы других производителей. Старый Монстр с двухклапанным двигателем нуждается в обслуживании каждые 6000 миль (или 10 000 км, я думаю). Новый четырехклапанный двигатель нуждается в обслуживании только каждые 18 600 миль (30 000 км), но это более сложная работа, потому что в нем больше клапанов, а если вы особенный и у вас V4, больше цилиндров.

Но даже новый Ducati Scrambler (или новый 797) имеет 2-клапанный двигатель, который требует обслуживания каждые 12 000 км (или 7 500 миль, я думаю). Так что дни частого обслуживания еще не закончились!

Во-вторых, особенность Ducati (а также KTM и Aprilia) заключается в том, что когда вы выполняете обслуживание клапанов… почти всегда клапан не соответствует спецификации.

Если вы спросите механиков Yamaha или Kawasaki об обслуживании клапанов, они будут смеяться над вами. Я знаю людей, которые старательно вскрывали свои двигатели через 30 000, 60 000 и 90 000 км и не находили ничего выдающегося. После этого они не беспокоят.

Один механик Kawasaki сказал мне, что он даже не утруждает себя осмотром клапанов, пока не услышит шум (или его работу, вызывающую у него подозрения). Они просто никогда не выходят за рамки спецификации. (Я не думаю, что все механики такие. Это просто показательно.)

Если бы так было с Ducati. Полная противоположность. Настолько, что хорошо бы купить целый комплект прокладок перед тем, как приступить к работе.

Тем не менее, вы можете провести осмотр и обслуживание клапанов Ducati самостоятельно. Я знаю, потому что я сделал это, и я не механический гений! Скоро выложу полный гайд. Есть несколько онлайн, но я нахожу их все запутанными по-разному.

При чем здесь ремни и десмодромные клапаны?

Еще одна вещь, уникальная почти для каждого мотоцикла Ducati, кроме модели 119.9 и 899 (я хочу 899!) заключается в том, что они используют ремни клапанов для привода клапанов, а не шестерни или цепи.

У каждой системы есть свои преимущества и недостатки. Шестерни великолепны, но могут изнашиваться (иногда вы можете услышать о некоторых более ранних мотоциклах, у которых были «шоколадные распредвалы»). Цепи нуждаются в натяжении (у моего S1000R была шумная цепь, которую лучше всего решить с помощью ручного натяжителя), а ремни нуждаются в натяжении… и замене.

Факты, что Ducati используют а) десмодромные клапанные механизмы и б) ремни для привода распределительных валов, связаны, но не обязательно. Дукати 1199 Panigale, например, имел кулачки с цепным приводом и по-прежнему имел десмодромные клапаны. Как и его меньший брат 899 Panigale. Они сохранили это в 1299 Panigale, а затем в Ducati Panigale V4.

Между тем, многие другие мотоциклы модельного ряда Ducati по-прежнему используют ремни.

Основным недостатком ремней является то, что их необходимо заменять через определенное количество километров или лет (в настоящее время 5 лет). Раньше ремни приходилось менять каждые два года. Я считаю, что это произошло из-за различных соединений, используемых в резине. Несмотря на то, что рекомендуется менять ремни на старом Ducati Monster каждые 2 года, поскольку ремни являются таким же элементом полки, как и многие другие современные мотоциклы, их замена каждые 5 лет — это нормально. Это то, что механики делают со своими велосипедами (но не с велосипедами клиентов… не стоит рисковать!)

Подводя итог — да, вам нужно заменить ремни, и обычно, когда вы делаете клапаны, пришло время заменить и ремни. Но вам не нужно следовать точным указаниям, указанным в руководстве вашего старого велосипеда. Легче изменить свое отношение — смена ремней — это еще одна случайная радость от владения Ducati.

Почему в Multistrada V4 не используются клапаны десмо?

Multistrada V4 — первый мотоцикл Ducati за последние десятилетия, в , а не в , используются десмодромные клапаны. Так почему бы не использовать их в Multi V4?

Что ж, одна цифра бросилась мне в глаза, читая о Ducati — у него колоссальный межсервисный интервал в 60 000 километров (37 500 миль). Я чуть не выругался про себя, когда прочитал это! Это ТАК ДОЛГО!

До того, как я увидел этот номер, меня всегда впечатляли большие межсервисные интервалы современных японских мотоциклов, обычно в диапазоне 40-50 000 км. Этот берет торт.

Клапанный механизм двигателя Ducati Multistrada V4 Granturismo. Длинная цепь приводит в движение один распределительный вал, а другой распределительный вал приводится в движение через шестерню. (Спасибо Уэйну за исправление)

Ducati не дали конкретного ответа в своем пресс-релизе о том, почему они перешли на пружины на Multistrada V4, кроме того, что им не нужны высокие обороты десмодромного клапана, и что это им помогает. получить очень широкие интервалы технического обслуживания.

Итак, в двигателе Multistrada V4 Granturismo используется система возврата с пружинным клапаном, как и в большинстве современных мотоциклов.

Как пишет Rider Magazine, десмодромные клапанные системы имели преимущество в высокооборотных мотоциклах 19-го века. 50-х годов, поскольку пружины той эпохи не могли выдерживать устойчивые высокие обороты в течение длительных периодов времени, что приводило к плаванию клапана и потенциальному отказу.

Но благодаря достижениям в области металлургии пружины теперь могут очень хорошо выполнять переустановку клапанов мотоциклов, о чем свидетельствуют многие высокооборотистые мотоциклы с системами пружинных возвратных клапанов.

По-прежнему существуют мотоциклы с более длительными интервалами обслуживания клапанов, например, Harley-Davidson Sportster S, клапаны которого вообще не нуждаются в обслуживании.

Ducati Desmodromic Переменная синхронизация | Технология двигателей

• Новости

Посмотрите созданное компьютером видео, демонстрирующее следующий этап эволюции Ducati Desmo.

Ари Хеннинг

28 февраля 2015 г.

РЕКЛАМА

Проблема так же стара, как и сам двигатель внутреннего сгорания: статические фазы газораспределения — это всегда компромисс. Цифры, которые обеспечивают хорошую мощность при более низких оборотах двигателя, не идеальны для работы на более высоких оборотах, и наоборот. С Ducati new Desmodromic Variable Timing (DVT) , впускные и выпускные кулачки регулируются независимо, что обеспечивает оптимальные действия клапана от холостого хода до красной зоны. Система работает через регуляторы фаз газораспределения, встроенные в концы кулачковых шкивов. Давление масла, контролируемое клапанами, управляемыми ЭБУ, определяет, насколько каждый кулачок опережает или отстает.

Система отличается от системы Honda V-TEC (используемой на VFR800, начиная с 2002 г.), которая активирует дополнительный впускной и выпускной клапан над каждым цилиндром при определенных оборотах, но эти клапаны по-прежнему работают на основе фиксированных фаз газораспределения.

Узел привода DVT встроен в конец кулачка внутри шкива. Где происходит волшебство: «регуляторы фаз газораспределения» Ducati находятся внутри шкивов кулачков и изменяют синхронизацию кулачков в зависимости от частоты вращения двигателя.