Десмодромный привод: 403 — Доступ запрещён – ДЕСМОДРОМНЫЙ ПРИВОД КЛАПАНОВ — КАК ОН РАБОТАЕТ

ДЕСМОДРОМНЫЙ ПРИВОД КЛАПАНОВ — КАК ОН РАБОТАЕТ

       Всем, кто имеет дело с техникой, знакомо понятие клапана как конечного инструмента системы газораспределения. Также известен факт, что меньше двух клапанов (один впускной и один выпускной) на цилиндр в 4-тактном поршневом двигателе быть не может. Зато может быть три, четыре и более. Увеличение количества клапанов и применение хитроумных систем изменения фаз газораспределения – все это способы эффективного использования рабочего объема двигателя. А именно: повышение его мощности.
Бесконечно повышать мощность 4-тактного поршневого двигателя, поднимая его максимальные обороты и степень сжатия в цилиндрах, не получится. Чисто физический предел – цикл Карно, описывающий работу всех поршневых тепловых машин и химические свойства органического топлива, на котором они работают. Гораздо раньше описанного выше физического предела наступают другие ограничения: массогабаритные показатели деталей двигателя, тепловые нагрузки, ограниченные возможности кривошипно-шатунного механизма, инерция деталей газораспределительной системы.
Последнее явление имеет свойство проявляться на хорошо затюнингованном двигателе. В нем максимальные обороты коленчатого и распределительного валов достигают таких величин, когда возвращающие пружины не успевают закрывать клапаны. Возникает разброс фаз газораспределения: клапан не успевает описывать форму профиля кулачка на распределительном валу – по сути, отстает от его кривизны. У мотористов есть специальный термин на этот счет – «подвисание клапанов». В таком режиме кроме потери мощности может возникнуть так называемая коллизия – встреча еще не закрытого клапана с поршнем, который уже подходит к ВМТ (верхней мертвой точке).
С этим можно пробовать бороться, повысив жесткость пружин и установив специальные тюнинговые. Однако дальнейшее увеличение жесткости клапанных пружин может привести к увеличению габаритов и массы распределительного вала.

     Понятие Desmodromic походит от сочетания двух греческих слов: desmos (контроль, связь) и dromos (направление, путь). Это общий термин, применяемый к механизмам с постоянными приводами, которые контролируют работу других механизмов в обратных направлениях.
Десмодромный привод клапанов подразумевает полностью принудительно контролируемый привод. За счет энергии движения поршней и вращения коленвала происходит не только открывание клапанов, но и их закрывание. Особенностью этого способа привода является отсутствие пружин, что исключает эффект подвисания клапанов.
Идея десмодромного привода клапанов не есть чем-то сверхновым и революционным в моторостроении. И уж точно не изобретением инженеров Ducati. Первый патент на такого рода клапанный механизм был выдан 4 февраля 1898 года немцу Густаву Меесу (Gustav Mees). С тех пор практически каждый производитель – автомобилей, мотоциклов или авиадвигателей – приложился к теме изобретения десмодромного привода. Получено огромное количество патентов и реализована масса вариантов механизма, в основном на спортивных аппаратах. Но наибольшую известность десмопривод получил благодаря итальянским мотоконструкторам.
В 1956 году инженеры Ducati применили десмодромный привод на 125-кубовом 1-цилиндровом моторе, используемом в качестве силового агрегата модели Mark 450. Это был первый серийный мотоцикл, оснащенный таким механизмом газораспределения. Позднее, в 1972 году, концерн выпустил революционную модель 750 Imola со ставшим впоследствии фирменным L-образным (развал цилиндров равен или больше 90°) двигателем и десмодромным приводом пары клапанов в каждой головке.
Десмодромный привод клапанов, который реализовал концерн Ducati на аппарате 1972 года, достаточно простой и понятный, в отличие от реализованных в свое время приводов другими производителями. Пара коромысел контролирует каждый клапан, одно коромысло открывает, второе – закрывает. Оба коромысла описывают окружность профиля кулачков на распределительном валу.
На современных моделях концерна десмопривод ничем не отличается от подобного механизма легендарной Imola. Разве что большим количеством деталей, так как количество клапанов на цилиндр больше.

Десмодромный механизм Ducati предельно прост и прозрачен. Основной трудностью в его производстве являются сложные формы профилей кулачков. Они требуют скрупулезных расчетов и очень высокой культуры производства – высококвалифицированных специалистов и спецоборудования.
Механизм позволяет добиваться полного контроля над клапанами и фазами газораспределения, поднимая предел максимальных оборотов на значительные величины: красная зона тахометра спортивного болида начинается с 17000 об/мин. Однако на нем практически невозможно реализовать систему изменения фаз газораспределения с растягиванием времени открытого клапана.
Для спортивного двигателя очень важно радиальное расположение осей клапанов с максимально возможным поддержанием сферической формы камеры сгорания. С десмодромным приводом клапанов это также сложно реализовать.
Регулировки тепловых зазоров – еще одно слабое звено такой системы газораспределения. Инженерам Ducati есть над чем подумать: гидрокомпенсаторы, привычные для современных двигателей, здесь применить невозможно. Регулировка производится исключительно подбором специальных шайб на концах коромысел, контролирующих клапан. Это не так просто, как может показаться на первый взгляд. Регулировочные шайбы подбираются парами для каждой пары коромысел, причем, замер зазоров производится для верхних и нижних коромысел отдельно. Именно с нижними коромыслами больше всего возни. Но инженеры Дукати хорошо делают свою работу: регламент обслуживания (регулировки зазоров клапанов) современных высокотехнологичных вэшек фирмы достигает 24 000 км.
Как бы там ни было, но Десмоседичи, пилотируемый Кейси Стоунером, в 2007 году привез конюшне Ducati первое место в чемпионате MotoGP и кубке конструкторов. Подстегиваемые успехом итальянцев, заводские команды-участники гран-при ведут активный поиск замены обычным клапанным пружинам

 

Опубликовано в журнале БАЙК №10/2007

Десмос-дромос: история десмодромного привода

Десмодромный привод клапанов – когда они не только открываются, но и закрываются принудительно, без помощи пружин, – применяется уже сотню лет. В честь этого юбилея в итальянском городе Будрио открылась выставка «Десмо-история».

Конечно, десмодромный привод ассоциируется прежде всего с маркой Ducati. Ведь больше никто так и не освоил серийного производства двигателей с такой системой – а итальянская компания уже несколько десятков лет не выпускает моторов без нее. Так что нет ничего удивительного в том, что нынешний технический директор Ducati Джанлуиджи Меньоли выступил организатором этой выставки (от Будрио всего 25 км до завода Ducati в пригороде Болоньи). Меньоли начинал свою деятельность в качестве чертежника под началом легендарного Фабио Тальони, впервые применившего десмодромный привод на моторах Ducati, затем проектировал двигатель desmoquattro совместно с его преемником Массимо Борди – и все эти годы он собирал информацию о силовых агрегатах с такой системой привода. 

«Болонья всегда была центром промышленного дизайна и инженерной механики, еще со времен Средневековья, когда ее называли городом мельниц, — рассказывает Меньоли. – В свое время она стала и мотоциклетной столицей Италии – здесь получили прописку 86 мотопроизводителей. Но Болонью можно назвать и «десмодромным городом» — в 50-е годы над этой системой привода работали шесть местных автомобильных и мотоциклетных компаний. Поэтому организация этой выставки для меня и долг, и удовольствие. К тому же мы показали роль Ducati и в развитии концепции, и в организации серийного производства». 

Вместе с группой единомышленников Меньоли работал над организацией этой экспозиции два года, и ему удалось добиться поддержки ведущих производителей моторов со всего мира. «На нашей выставке представлены гоночные и экспериментальные двигатели Mercedes-Benz, Ferrari, BMW, Peugeot, Audi, Toyota, Honda и, конечно, Ducati, — продолжает Джанлуиджи. – До сих пор ни разу не удавалось представить столь обширный обзор десмодромных систем разных конструкторских школ». 

Но эта ярмарка технологий не состоялась бы и без помощи голландского инженера Хенка Клостермана, ведущего эксперта по системам десмодромного привода, собравшего информацию по 877 патентам в этой области. Клостерман, не зря заслуживший прозвище Доктор Десмо, построил более 60 моделей, демонстрирующих работу этого привода – на выставке многие из них представлены рядом с моторами такой же схемы. 

Термин «десмодромный» составлен из двух греческих слов: «десмос», что означает «контролируемый», и «дромос» — путь, траектория. Он применяется для тех систем газораспределения, где и открытие, и закрытие клапанов осуществляется принудительно с помощью механических устройств – обычно же клапаны закрываются пружинами. Сто лет назад хроническая ненадежность пружин – которые часто ломались даже при умеренных оборотах двигателя, свойственных той эпохе, – заставляла конструкторов искать альтернативы. Некоторые из этих систем оказались удачными, но в серийное производство десмодромный привод внедрила только Ducati – его изготовление требует дорогого и сложного оборудования. Позднее, когда проблема надежности пружин была решена, такой привод применяли, чтобы избавиться от зависания клапанов – явления, когда на высоких оборотах пружины просто не успевали вовремя закрывать клапаны. 

Первый патент на десмодромную систему газораспределения взял в 1910 году английский инженер Арнотт: приводное коромысло, шарнирно связанное со стержнем клапана, другим концом входило в кольцевую канавку на кулачке распредвала. Но первый случай практического применения – заслуга швейцарского инженера Эрнста Анри, конструктора гоночного автомобиля Peugeot L76. Его 8-литровый четырехцилиндровый мотор отличался также двумя верхними распредвалами, четырехклапанными головками цилиндров, полусферическими камерами сгорания и двумя свечами на цилиндр. Распределительные кулачки работали внутри профилированных коробок, связанных со стержнями клапанов. Впрочем, поскольку точность закрытия клапанов обеспечивали дополнительные пружины, то эту конструкцию иногда называют полудесмодромной. Как бы то ни было, Peugeot L76 выиграл Гран-при Франции 1912 года и гонку Индианаполис 500 в 1913 году. Во время Первой мировой войны Peugeot адаптировал эту систему для авиадвигателя L112 – было выпущено около 1500 этих агрегатов. Систему скопировали также конструкторы компании Delage – впрочем, без особого успеха. 

А честь первого применения подлинно десмодромного привода принадлежит также французам – инженерам компании Bignan. Их автомобиль с двигателем такой системы выиграл 24-часовую гонку Spa в 1920 году и установил несколько рекордов на треке Бруклэндз. Привод был довольно сложным: распредвалы коническими шестернями соединялись с промежуточными валами, параллельными клапанам, а установленные на промежуточных валах изогнутые тарелки входили в прорези на стержнях клапанов, вызывая их продольное перемещение. Очевидно, эта сложность и помешала планировавшемуся серийному производству. Еще более сложный вариант этой системы – выступы на стержнях клапанов входили в профилированные канавки цилиндров, укрепленных на промежуточных валах – пытался использовать Fiat на гоночном автомобиле 401/801 1920 года, но дело ограничилось постройкой одного экспериментального экземпляра. 

Первый патент на использование десмодромного привода в мотоциклетном двигателе получил в 1924 году основатель компании Norton Джеймс Па Нортон. Принцип такой же, как в моторе Арнотта – на распредвале закреплены два цилиндра с профилированными кольцевыми канавками, в которые входят управляющие клапанами коромысла – но адаптирован для верхнеклапанного расположения. Впрочем, неизвестно, был ли изготовлен хоть один двигатель по этому патенту. Гораздо позже – в 1959 году – Джо Крэйг, глава гоночного отделения Norton, построил двигатель с десмодромным приводом совсем другой схемы (коромысла, закрывающие клапаны, получали привод от кулачков отдельных распредвалов). Боб Мак-Интайр на Norton Manx с таким мотором участвовал в тренировочных заездах перед гонкой «Турист Трофи», но в самой гонке предпочел стартовать с двигателем традиционного типа. 

Самый успешный десмодромный двигатель в автомобильном мире – легендарный восьмицилиндровый Mercedes-Benz W196, на котором Хуан-Мануэль Фанхио дважды – в 1954 и 1955 годах – становился чемпионом мира Формулы 1. В немецкой конструкции один кулачок распредвала непосредственно воздействует на цилиндрический толкатель, жестко связанный со стержнем клапана, а второй кулачок – на коромысло, другим концом входящее в паз в этом же толкателе. Известно, что Энцо Феррари опасался, что его собственные болиды Формулы 1 не смогут конкурировать с германскими «Серебрянными стрелами» без применения подобной системы, и провел ряд консультаций с инженерами, понимающими в десмодромном приводе – в том числе и с Фабио Тальони. Сохранились также фотографии, сделанные во время визита Фанхио на завод Ducati в 1955 году – возможно, идея применения десмодромного привода возникла именно тогда! 

Но первый десмодромный двигатель в Болонье построили в другой мотоциклетной компании – F.B. Mondial. Ее главный конструктор Альфонсо Друзиани в 1954 году разработал 175-кубовый одноцилиндровый двигатель, четыре кулачка его распредвала открывали и закрывали клапаны. Этот мотор был создан для престижной дорожной гонки Giro d’Italia, однако Тарквиньо Провини выиграл ее с двигателем обычной конструкции, и проект не получил продолжения. Но под началом Друзиани тогда работал Фабио Тальони, и он уже тогда оценил потенциал системы. В 1955 году Тальони перешел в Ducati, а уже через год создал свой первый десмодромный двигатель – для гоночного мотоцикла, 125-кубовый, с тремя верхними распредвалами – средний работал на закрывающие клапаны коромысла. Этот аппарат выиграл первую же свою гонку – Гран-при Швеции 1956 года. С тех пор работа над десмодромными моторами в Ducati не прекращалась, и с 1968 года компания освоила серийное производство таких агрегатов. Все версии – одноцилиндровые, двухцилиндровые, четырехцилиндровые, с двумя и четырьмя клапанами на цилиндр, с одним, двумя и тремя верхними распредвалами – представлены на выставке в Будрио, демонстрируя технический гений Фабио Тальони и его преемников – Массимо Борди и Филиппо Прециози. 

Впрочем, выставка «Десмо-история» — отнюдь не трибьют Ducati. Здесь представлено немало конструкций других компаний, в том числе и прямых конкурентов. Один из примеров – десмодромный 125-кубовый гоночный двигатель с тремя верхними распредвалами, который построила MV Agusta в 1959 году. Графу Доменико Агусте так понравилась идея, что он открыл чековую книжку и переманил главу гоночного отделения Ducati Руджеро Мазза, чтобы он сделал этот мотор. Конструкция не получила развития лишь потому, что вскоре Агуста решил прекратить выступления своей команды в классах 125 и 250 см³, сосредоточившись на более престижных кубатурах 350 и 500 см³. 

Другой соперник Ducati, который экспериментировал с десмодромным мотором, – BMW. В начале 90-х годов руководство баварского концерна уже подумывало об участии в гонках супербайков, и тогдашний технический директор Буркхард Гёшель спроектировал модель R1 – двухцилиндровый оппозит жидкостного охлаждения в раме Bakker и с передней подвеской Telelever. Система газораспределения была похожа на Ducati: два верхних распредвала с цепным приводом, на каждом – четыре кулачка, приводящих два коромысла на клапан: цельное для открытия и вильчатое для закрытия. Как и на итальянском моторе, в конструкцию дополнительно введены вспомогательные пружины – для лучшей работы на малых оборотах и облегчения запуска. Но, после интенсивных тестов, проект был закрыт в 1992 году – официально из-за того, что конструкция оказалась слишком тяжелой, неофициально – потому, что не удалось добиться такой же мощности, как у Ducati. 

В начале 90-х годов и Энцо Феррари вернулся к идее десмодромного привода для своих гоночных автомобилей. Инженер Анджолино Марчетти в 1991 году спроектировал для Scuderia Ferrari V-образный 12-цилиндровый двигатель с пятиклапанными головками цилиндров – то есть в целом 60 клапанов и 120 коромысел! Представьте себе регулировку зазоров на таком агрегате… Неудивительно, что после первых же тестов конструкторы предпочли обратиться к пневматическим пружинам. Десмодромным приводом активно занималась и команда Формулы 1 концерна Toyota: ее инженеры с 2003 по 2008 годы провели серию экспериментов со специально построенным одноцилиндровым 300-кубовым сверхкороткоходным (96,8х40,72 мм) двигателем, раскручивавшимся до 19 000 об/мин. 

Другим японским производителем, экспериментировавшим с десмодромным приводом, была Honda. Ее инженеры построили такой мотор на основе 195-кубового двухклапанного двигателя от триального мотоцикла TLR200 1987 года. Большая загадка: почему они использовали такую систему, которая раскрывает свой потенциал на высоких оборотах, на агрегате, который призван обеспечивать большой крутящий момент на низких? 

 
Технический директор Ducati Джанлуиджи Меньоли – инициатор проведения выставки «Десмо-история». 

 
Эксперт по десмодромным системам Хенк Клостерман (слева) и местный бизнесмен Марко Червеллати, при поддержке которого состоялась выставка. 

 
Первый патент на десмодромную систему привода клапанов взял в 1910 году английский инженер Арнотт. В его конструкции коромысло, одним концом входящее в профилированную канавку на кулачке распредвала, другим концом управляет открытием и закрытием клапана. 

 
Гоночный Peugeot L76 1912 года – первое практическое применение десмодромного привода. Толкатель на нижнем конце соединен с клапаном, а вверху образует коробчатую конструкцию, которая ходит вверх и вниз под воздействием кулачков распредвала. Но, поскольку для закрытия клапанов применялись и пружины, эта система считается «полудесмодромной». 

 
Французский Bignan 1920 года – первое практическое применение «настоящей» десмодромной системы. Профилированная шайба управляет подъемом и опусканием клапана. 

 
Первый патент на использование десмодромного привода в мотоциклетном моторе взят Джеймсом Нортоном в 1924 году. Коромысло одним концом входит в профилированную канавку на кулачке, вторым соединено с клапаном. 

 
На гоночном Norton Manx 1959 года использована головка цилиндра с четырьмя распредвалами: кулачки внешних открывают клапаны, кулачки внутренних через коромысла закрывают их. 

 
Двигатель гоночного Mercedes-Benz W196 – победителя чемпионатов мира F1 1954 и 1955 годов. Кулачки, открывающие и закрывающие (через коромысла) клапаны, расположены рядом друг с другом. 

 
Первая конструкция Фабио Тальони для Ducati: два верхних распредвала открывают клапаны, центральный – закрывает через коромысла. 

 
Первый серийный двигатель Ducati с десмодромным приводом имел один верхний распредвал, открывание и закрывание клапанов – через коромысла. 

 
125-кубовая MV Agusta 1959 года с тремя верхними распредвалами и десмодромным приводом клапанов. 

 
BMW R1 – баварский супербайк начала 90-х годов. 

 
Двигатель BMW R1: оппозит с десмодромным приводом. 

 
Двигатель Ferrari F1 90-х годов: 12 цилиндров, 60 клапанов, 120 коромысел! 

 
Десмодромный двигатель Honda сделан на основе триального. 

 
В современных моторах Ducati десмодромный привод сочетается с двумя верхними распредвалами и четырьмя клапанами на головку. 

 
Самые успешные «десмодромики» в авто- и мотомире – Mercedes-Benz и Ducati. 

 
Хенк Клостерман построил более 60 полноразмерных моделей, иллюстрирующих принцип действия различных десмодромных систем. 

 
Десмодромные системы снимают проблемы зависания и отскока клапанов, поэтому позволяют использовать кулачки с большим подъемом. Хотя они успешно применялись в гоночной практике, распространению в серийном производстве мешают высокие требования к точности изготовления. 

источник: Журнал Мото

Выставка «Десмо-история» проводится силами энтузиастов и открыта для публики лишь первые выходные каждого месяца, до 4 ноября. Подробнее о графике работы выставки можно узнать на сайте www.museodellavalledellidice.it. 

Детальную информацию о разных системах десмодромного привода можно найти на сайтеhttp://members.chello.nl/~wgj.jansen/ (на английском языке). 

Понравился наш сайт? Присоединяйтесь или подпишитесь (на почту будут приходить уведомления о новых темах) на наш канал в МирТесен!

Десмодромный механизм газораспределения

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.

Основная информация о ГРМ 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.

Изучаем десмодромный механизм газораспределения

Устройство, которое управляет работой клапанов газового впуска и выпуска в двигателе внутреннего сгорания и является разновидностью механизма газораспределения, называется десмодромным. Пионерами в использовании данного механизма стали немецкие автопроизводители, которые активно внедряли его в свои творения. Отдельного же внимания заслуживает компания Mercedes. Спустя много лет после своего появления и применения в автомобилях, десмодромный механизм несколько изменился, но в целом можно сказать, что он остался прежним. На сегодняшний день многие автомобилисты знают его как Desmodromic.

Как работает десмодромный механизм

Функционирование десмодромного механизма начинается после приведения в действие специального приводного устройства. Эта конструкция представляет собой механизм, который запускает десмодромную систему, состоящую из:

— двух коромысел, которые используются для манипулирования клапанами

— одного или двух распредвалов, в зависимости от конструкции

— элементов связи клапанов и коромысел

— втулки

— шайб

— зажима

— пружины

— клапана

— уплотнителя

Функции десмодромного механизма

Главная задача десмодромного механизма газораспределения состоит в том, чтобы максимально форсировать двигатель внутреннего сгорания по количеству оборотов. Это достигается благодаря точно выверенным специальным кулачковым профилям во время ускорения работы клапанов. При правильном контроле функционирования десмодромных клапанов достигается равновесие между значением проходного клапанного сечения и скоростью движения поршня. Оно обеспечивает наполнение цилиндра должным количеством топливно-воздушной смеси в кратчайшие сроки.

Двигатели с десмодромными механизмами газораспределения работают на более высоких оборотах, которые недоступны обычным пружинным клапанным механизмам. Как правило, работа клапанных пружин происходит на меньшей скорости, чем это необходимо для отвода клапанов от столкновения с поршнем до того, как он попадёт в конечную точку.

Недостатки десмодромного механизма

Несомненно, данная система весьма актуальна и полезна, но, увы, не лишена ряда недостатков, которые и влияют на редкость его использования:

1. Весомые затраты на производство, что напрямую отображается на конечной стоимости механизма.

2. Слишком сложное техническое обслуживание. Это обусловлено множеством движущихся элементов и деталей, которые при сильных нагрузках изнашиваются достаточно быстро.

3. Сложная и объёмная конструкция Desmodromic.

4. Очень шумная на больших оборотах.

5. Регулировка тепловых зазоров производится достаточно сложно. В данном механизме эта процедура происходит при помощи специальных шайб, которые расположены на коромыслах. Для верхних и нижних коромысел отдельно подбираются пары регулировочных шайб, а это создаёт определённые сложности при сборке и обслуживании механизма.

Неисправности десмодромного механизма

Главная задача десмодромного механизма газораспределения заключается в предотвращении неполного закрытия клапана. Возникновение этого явления связано с частым вращением коленчатого вала, инерционности клапанов и резонанса их пружин. Такое зависание приводит к серьёзным неисправностям и поломкам:

1. Столкновению, с дальнейшим выходом из строя или разрушением поршня и клапана.

2. Перегреву металла клапанов.

3. Запоздалому воспламенению воздушно-топливной смеси с дальнейшим снижением давления газов.

4. Снижению мощности двигателя.

5. Увеличению объёма выброса отработанных газов.

При возникновении таких проблем, для их устранения применяется не только десмодромный механизм газораспределения, но и другие:

1. Применение нескольких пружин, вложенных друг в друга. Возникающие резонансные колебания.

2. Изготовление деталей из новых сверхпрочных компонентов.

3. Использование пневмопривода, схожего с тем, что устанавливается на автомобили Формулы-1.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Пламенное сердце машины, часть 2

Двигатель. Система газораспределения.
Текст: Артем ‘S1LvER’ Терехов

В первой части статьи мы рассмотрели две основные схемы работы мотоциклетных двигателей: двухтактную и четырехтактную. Мы не будем рассматривать анатомию двигателя в деталях (для этого есть специализированные книги, в которых все очень подробно и грамотно расписано), а остановимся, на наш взгляд, на самом интересном и обсуждаемом в «гаражных спорах» моменте. А именно, на системе газораспределения.

Просматривая технические характеристики байков, в графе «система газораспределения» вы наверняка натыкались на что-то вроде «4 клапана на цилиндр, DOHC», а то и вовсе на что-то запредельное в духе «десмодромный привод клапанов». Не волнуйтесь, сейчас мы все расставим на свои места и подвергнем сравнительному анализу. Для начала – немного общей теории о том, что вообще такое система газораспределения (далее СГ).

Данная система представляет собой механизм своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Ее задача – благодаря кропотливым расчетам инженеров обеспечить своевременное поступление топливо-воздушной смеси в камеру сгорания, и так же своевременно вывести выхлопные газы в выпускную систему.

Инженерная простота двух тактов – достоинство или порок?

В двухтактном двигателе роль СГ выполняет поршень, а также…выхлопная система, а точнее – резонатор. Система проста и достаточно очевидна: на поверхности цилиндра есть впускные и выпускные отверстия, называемые окнами. Причем горючая смесь сначала попадает в пространство под поршнем, а затем через продувочный канал направляется в камеру сгорания. Это связано с тем, что пространство под поршнем (которое называется кривошипной камерой) выполняет роль своеобразного насоса. Так как эта камера герметично закрыта сверху поршнем, то при его движении давление в ней изменяется (по мере движения поршня вверх объем камеры увеличивается, а давление, соответственно, становится ниже атмосферного, при движении поршня вниз – наоборот). Именно благодаря этому простому физическому «фокусу» смесь всасывается в кривошипную камеру из впускного тракта, и далее переходит в камеру сгорания. Затем происходит воспламенение смеси и выход отработавших газов в выпускную систему. Размеры и форма резонатора выхлопной системы рассчитаны таким образом, чтобы волны высокого давления, создающиеся при движении выхлопа «на выход», отражались от стенок резонатора и препятствовали выплескиванию несгоревшей смеси из пространства цилиндра. Посмотрите на схему – и все станет понятно.

 

За годы совершенствования конструкции двухтактного двигателя было обнаружено, что фазы выпуска влияют на производительность двигателя в такой же значительной степени, что и фазы впуска. Фаза впуска определяется высотой выпускного окна в стенке цилиндра, то есть когда это окно открывается при перемещении поршня вверх и вниз. Из этого факта получается неутешительный вывод — нет такого расположения и размера окна, которое охватывало бы все режимы работы двигателя с максимальной эффективностью. Поэтому эти параметры рассчитывают, основываясь на предназначении мотоцикла. То есть, расположение и размеры выпускного окна спортбайка Suzuki RGV250 будут сильно отличаться от таковых какого-нибудь утилитарного скутера. Разные режимы работы, разные задачи – различные решения конфигурации фаз впуска и выпуска. Решение было найдено в системах, изменяющих геометрию впускных окон и регулирующих давление внутри цилиндра с помощью открытия/закрытия дополнительных резонаторных камер. У разных производителей эти системы называются по-разному: Yamaha PVS, Kawasaki IPS, Honda ATAC и так далее. Они отчасти решили поставленные перед ними задачи, однако своенравный характер, за который любят (или ненавидят? Кто как…) двухтактные двигатели, они перебороть не смогли. Может, это и к лучшему? Тем более, что у нас есть более покладистые четырехтактники, о системах газораспределения которых мы сейчас и поговорим.

От простого к сложному

Мы уяснили, что задачи, стоящие перед двигателем, достаточно просты – необходимо сжигать определенное количество топлива в конкретный момент времени, а затем удалять получившиеся отработавшие газы. На практике, реализация этих процессов представляет собой огромную проблему, надо которой непрестанно работают лучшие умы мотоинжиниринга.

Четырехтактный двигатель устраняет множество недостатков, свойственных двухтактным моторам. Однако, как и любая вещь в этом совсем не идеальном мире, он приносит с собой собственные проблемы. Повышенная сложность означает удорожание производства, что закрепляет нишу недорогих скутеров и мотоциклов начального уровня за двухтактниками. Вдаваться в дебри не будем, и рассуждать о вытеснении 2Т четырехтактниками – тоже не будем, поскольку это тема для отдельной обширной статьи (сколько раз я уже говорил эту фразу?).

В своей основе четырехтактный двигатель точно такой же, как и его 2Т-собрат. Главное отличие – множество дополнительных элементов, образующих клапанный механизм. Впускной клапан отвечает за наполнение цилиндра смесью, выпускной – за отвод отработанных газов. И если в 2Т двигателе четыре процесса (впуск, сжатие, воспламенение, выпуск) тесно переплетены, то в 4Т-движке границы между процессами более четкие. Рабочих тактов ровно в два раза меньше, чем в двухтактнике, но точное управление процессами впуска и выпуска позволяет обеспечить высокую эффективность двигателя.

Основные элементы клапанного механизма:

* Клапана. Во всех мотоциклетных двигателях применяются тарельчатые клапана, через которые смесь попадает в камеру сгорания, а продукты сгорания – выводятся из нее. Клапан самостоятельно закрывается и удерживается в закрытом положении сильной пружиной (иногда ставят двойные пружины). Пружины используют

Что такое десмодромный механизм газораспределения?

Десмодромный механизм является разновидностью газораспределительного устройства управляющий работой клапанов на впуск и выпуск газов в двигателе внутреннего сгорания.

Первыми десмодромный механизм начали активно использовать производители немецких автомобилей. Среди пионеров, применяющих устройство, отдельного внимания заслуживает компания Мерседес.

Через многие годы после первого появления и использования в автомобилях, десмодромный механизм претерпел незначительные изменения и по большей части остался прежним. Сегодня он известен многим автолюбителям под названием Desmodromiс.

Конструктивные особенности десмодромного механизма

Свою работу десмодромный механизм начинает после активизации специального приводного устройства.

Это своеобразная пусковая конструкция, активизирующая десмодромную систему, которая состоит из:

1.Коромысла

Используются 2 коромысла для открытия и закрытия клапанов

2. Распределительный вал

Привод может оснащаться одним или двумя распредвалами

3.Элементы объединяющие клапаны и коромысло

4.Втулка

5.Шайбы

6.Зажим

7.Пружина

8.Клапан

9.Уплотнитель

Что такое десмодромный механизм газораспределения?

Десмодромная система обеспечивает форсирование двигателя внутреннего сгорания по количеству оборотов. Используются кулачки сложной конфигурации при быстрой работе клапанов.

Именно применение десмодромной системы позволяет достигнуть равновесного значения между скоростью движения поршня и проходного клапанного сечения. Это даёт возможность с максимальным уровнем эффективности наполнять цилиндры топливовоздушной смесью.

Кроме всего прочего, механизм позволяет предотвратить неполное закрытие клапанов. Подобное негативное явление возникает в результате увеличения частоты вращения коленчатого вала.

Зависания подобного типа очень часто приводят к очень серьёзным поломкам, требующим существенных материальных вложений:

• Встреча клапана и поршня
• Перегрев клапанов
• Снижение мощности мотора
• Детонация

Недостатки использования десмодромного механизма газораспределения

Несмотря на то, что система подобного типа в последнее время очень активно используется, она имеет ряд характерных недостатков:

1. Высокая цена механизма
2. Шумность
3. Сложная конструкция
4. Низкая ремонтопригодность

Понятно, что использование новых современных систем подобных десмодромному механизму не может проходить гладко. Должно пройти некоторому количеству времени, прежде чем работа системы будет отлажена.

Спасибо за внимание, удачи вам на дорогах.

Это интересно

Пламенное сердце машины, часть 2

Двигатель. Система газораспределения.
Текст: Артем ‘S1LvER’ Терехов

В первой части статьи мы рассмотрели две основные схемы работы мотоциклетных двигателей: двухтактную и четырехтактную. Мы не будем рассматривать анатомию двигателя в деталях (для этого есть специализированные книги, в которых все очень подробно и грамотно расписано), а остановимся, на наш взгляд, на самом интересном и обсуждаемом в «гаражных спорах» моменте. А именно, на системе газораспределения.

Просматривая технические характеристики байков, в графе «система газораспределения» вы наверняка натыкались на что-то вроде «4 клапана на цилиндр, DOHC», а то и вовсе на что-то запредельное в духе «десмодромный привод клапанов». Не волнуйтесь, сейчас мы все расставим на свои места и подвергнем сравнительному анализу. Для начала – немного общей теории о том, что вообще такое система газораспределения (далее СГ).

Данная система представляет собой механизм своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Ее задача – благодаря кропотливым расчетам инженеров обеспечить своевременное поступление топливо-воздушной смеси в камеру сгорания, и так же своевременно вывести выхлопные газы в выпускную систему.

Инженерная простота двух тактов – достоинство или порок?

В двухтактном двигателе роль СГ выполняет поршень, а также…выхлопная система, а точнее – резонатор. Система проста и достаточно очевидна: на поверхности цилиндра есть впускные и выпускные отверстия, называемые окнами. Причем горючая смесь сначала попадает в пространство под поршнем, а затем через продувочный канал направляется в камеру сгорания. Это связано с тем, что пространство под поршнем (которое называется кривошипной камерой) выполняет роль своеобразного насоса. Так как эта камера герметично закрыта сверху поршнем, то при его движении давление в ней изменяется (по мере движения поршня вверх объем камеры увеличивается, а давление, соответственно, становится ниже атмосферного, при движении поршня вниз – наоборот). Именно благодаря этому простому физическому «фокусу» смесь всасывается в кривошипную камеру из впускного тракта, и далее переходит в камеру сгорания. Затем происходит воспламенение смеси и выход отработавших газов в выпускную систему. Размеры и форма резонатора выхлопной системы рассчитаны таким образом, чтобы волны высокого давления, создающиеся при движении выхлопа «на выход», отражались от стенок резонатора и препятствовали выплескиванию несгоревшей смеси из пространства цилиндра. Посмотрите на схему – и все станет понятно.

 

За годы совершенствования конструкции двухтактного двигателя было обнаружено, что фазы выпуска влияют на производительность двигателя в такой же значительной степени, что и фазы впуска. Фаза впуска определяется высотой выпускного окна в стенке цилиндра, то есть когда это окно открывается при перемещении поршня вверх и вниз. Из этого факта получается неутешительный вывод — нет такого расположения и размера окна, которое охватывало бы все режимы работы двигателя с максимальной эффективностью. Поэтому эти параметры рассчитывают, основываясь на предназначении мотоцикла. То есть, расположение и размеры выпускного окна спортбайка Suzuki RGV250 будут сильно отличаться от таковых какого-нибудь утилитарного скутера. Разные режимы работы, разные задачи – различные решения конфигурации фаз впуска и выпуска. Решение было найдено в системах, изменяющих геометрию впускных окон и регулирующих давление внутри цилиндра с помощью открытия/закрытия дополнительных резонаторных камер. У разных производителей эти системы называются по-разному: Yamaha PVS, Kawasaki IPS, Honda ATAC и так далее. Они отчасти решили поставленные перед ними задачи, однако своенравный характер, за который любят (или ненавидят? Кто как…) двухтактные двигатели, они перебороть не смогли. Может, это и к лучшему? Тем более, что у нас есть более покладистые четырехтактники, о системах газораспределения которых мы сейчас и поговорим.

От простого к сложному

Мы уяснили, что задачи, стоящие перед двигателем, достаточно просты – необходимо сжигать определенное количество топлива в конкретный момент времени, а затем удалять получившиеся отработавшие газы. На практике, реализация этих процессов представляет собой огромную проблему, надо которой непрестанно работают лучшие умы мотоинжиниринга.

Четырехтактный двигатель устраняет множество недостатков, свойственных двухтактным моторам. Однако, как и любая вещь в этом совсем не идеальном мире, он приносит с собой собственные проблемы. Повышенная сложность означает удорожание производства, что закрепляет нишу недорогих скутеров и мотоциклов начального уровня за двухтактниками. Вдаваться в дебри не будем, и рассуждать о вытеснении 2Т четырехтактниками – тоже не будем, поскольку это тема для отдельной обширной статьи (сколько раз я уже говорил эту фразу?).

В своей основе четырехтактный двигатель точно такой же, как и его 2Т-собрат. Главное отличие – множество дополнительных элементов, образующих клапанный механизм. Впускной клапан отвечает за наполнение цилиндра смесью, выпускной – за отвод отработанных газов. И если в 2Т двигателе четыре процесса (впуск, сжатие, воспламенение, выпуск) тесно переплетены, то в 4Т-движке границы между процессами более четкие. Рабочих тактов ровно в два раза меньше, чем в двухтактнике, но точное управление процессами впуска и выпуска позволяет обеспечить высокую эффективность двигателя.

Основные элементы клапанного механизма:

* Клапана. Во всех мотоциклетных двигателях применяются тарельчатые клапана, через которые смесь попадает в камеру сгорания, а продукты сгорания – выводятся из нее. Клапан самостоятельно закрывается и удерживается в закрытом положении сильной пружиной (иногда ставят двой