Работа двухтактного двигателя с лепестковыми клапанами

Что такое лепестковый клапан, зачем он нужен и как работает?

Лепестковый клапан представляет собой конструкцию, состоящую из корпуса, лепестков и ограничителей хода этих самых лепестков. При установке лепестковых клапанов во впускной тракт двигателя возникает целый ряд положительных моментов в его работе..

Что такое лепестковый клапан и как он работает?

Установка лепестковых клапанов во впускном тракте двухтактных двигателей, значительно улучшает топливную экономичность на малых и средних оборотах, позволяет повысить его мощность и приемистость.

Лепестковый клапан представляет собой конструкцию, состоящую из корпуса, лепестков и ограничителей хода этих самых лепестков.
Один из многочисленных вариантов практической реализации представлен на этом фото:

Лепестковый клапан. фото 1

Принцип работы лепесткового клапана прост, и наглядно представлен на этом рисунке:

Лепестковый клапан. фото 2

Лепестки выполнены из гибкого материала.
На фазе всасывания – сжатия (когда поршень идет вверх), из-за разности давлений они отгибаются и открывают отверстия в корпусе, через которые поступает топливная смесь.
При наступлении фазы рабочего хода – продувки (когда поршень движется вниз), разность давлений изменяется на противоположную, лепестки прижимаются к корпусу, перекрывают отверстия и тем самым не позволяют смеси двигаться в обратную сторону.
Получается «система ниппель».
Ограничители хода продлевают срок службы лепестков, не давая им отгибаться слишком сильно.
Собственно, это и есть весь принцип!

Что дает применение лепестковых клапанов?

При установке лепестковых клапанов во впускной тракт двигателя возникает целый ряд положительных моментов в его работе. Чтобы показать это наглядно, ниже представлены анимированные картинки, демонстрирующие принцип работы двухтактного двигателя с клапанами во впускном коллекторе и без:

Принцип работы двухтактного двигателя без лепесткового клапана

Принцип работы двухтактного двигателя с лепестковым клапаном

Клапана экономят топливо

При движении поршня вверх, в картерном пространстве возникает разрежение. Благодаря этому туда начинает всасываться атмосферный воздух, который проходит через карбюратор, смешивается там с бензином и образует топливную смесь. Смесь засасывается до того момента, пока поршень идет вверх. Но как только поршень начинает двигаться вниз, смесь еще некоторое время продолжает двигаться в картер по инерции, но потом изменяет свое направление. Она движется назад через впускной канал, карбюратор, воздушный фильтр и вылетает в атмосферу. Там она рассеивается и больше никогда не попадает в двигатель.
Это хорошо демонстрирует первая анимашка.

В действительности, любому владельцу двухтактного двигателя без лепестковых клапанов знакома картина, когда все пространство вокруг карбюратора и вся внутренняя поверхность кожуха карбюратора покрывается толстым слоем липкой грязи.
Это – масло, смешанное с пылью, семенами растений и прочим мусором.
Откуда оно там берется? Как раз благодаря описываемому явлению.
Из карбюратора вылетает топливная смесь, состоящая из воздуха, бензина и масла, воздух и бензин испаряются, а масло остается на всем, куда прилипнет. Ну, а дальше к маслу прилипает грязь.

Это явление можно ослабить, если применить глушитель шума впуска. Он, по сути, представляет собой пустую коробку, которая одной частью подключается к входу карбюратора, а другой частью сообщается с атмосферой. В результате топливо вылетает не в атмосферу, а в эту коробку, и на следующем такте снова засасывается в двигатель.
Таким образом удается сохранить большую часть вылетевшей смеси, но не всю. Некоторое количество все равно улетает наружу.

Если во впускном тракте установлены лепестковые клапана, то картина движения топливной смеси кардинально меняется.
И это отражено на втором анимированном изображении.
При движении поршня вверх, клапана открываются, и топливная смесь точно так же попадает в картерное пространство. Но, при движении поршня вниз, клапана закрываются, и почти вся смесь остается в картере. Выброса смеси в атмосферу практически не происходит и потерь не возникает.
Вокруг карбюратора чисто.

Естественно, описана идеальная картина.
На практике все происходит не совсем так, но основная суть остается неизменной.
На пример, любые лепестки имеют определенную массу, и они не могут открываться и закрываться мгновенно. Это приводит к тому, что на малых и средних оборотах все происходит действительно так, как показано в анимашках, но на больших оборотах клапана не закрываются полностью и остаются приоткрытыми.
Другой момент – у лепестков есть определенные резонансные свойства, которые изменяют поведение лепестков в зависимости от частоты вращения двигателя. Ну и так далее.
Гораздо интересней практические результаты, и один из таких результатов однозначно показывает – лепестковые клапана экономят топливо на малых и средних оборотах двигателя!
Это подтверждено практикой!

Клапана повышают приемистость.
Это является прямым следствием предыдущего пункта – увеличения мощности.

Клапана увеличивают мощность двигателя на малых и средних оборотах.
Думаю, совершенно очевидно, почему это происходит – благодаря клапанам, в картер, а за тем и в цилиндр попадает больше смеси. То есть, после установки клапанов, в цилиндр попадает и та смесь, которая попадала туда всегда, и та, которая раньше вылетала в атмосферу.

Клапана обеспечивают устойчивый холостой ход.
Режим холостого хода – это всегда самые низкие обороты, на которых работает двигатель. И именно на этих оборотах эффект выплевывания смеси, описанный в первом пункте, выражен наиболее ярко. При этом, с точки зрения газодинамики, на низких оборотах параметры смеси является наиболее нестабильными. В результате, при каждом движении поршня, в картер попадает разное количество смеси, и это приводит к неровной работе двигателя – он трясется, вибрирует, у него плавают обороты, и все это очень хорошо заметно на слух. С клапанами все становится значительно лучше, поскольку при каждом движении поршня в картер начинает попадать более точное и одинаковое количество смеси. На практике разница чувствуется сразу.

Клапана облегчают запуск двигателя.
Ну, тут тоже все просто: запуск двигателя всегда производится на самых низких оборотах, которые еще ниже чем холостой ход. Ну, а в этом случае эффективность клапанов максимальная!
Если в цилиндры поступает увеличенная и стабильная порция смеси, то, конечно же, такой двигатель заводится лучше! Или, как еще любят говорить – «с пол тыка». Думаю, что никто не станет спорить, что это хорошо!

Представленные пункты описывают основные преимущества применения лепестковых клапанов.
Возможно, есть и другие преимущества, но эти пять – основные.

Лепестковые клапана – хорошая вещь. А у любой хорошей вещи, помимо достоинств, всегда есть еще и недостатки.
Лично мне известно три основных недостатка, которые, впрочем, никак не омрачают описанных выше достоинств:

При установке лепестковых клапанов требуется перенастраивать карбюратор.
Если двигатель изначально не был рассчитан на работу с клапанами, то их установка приводит к изменениям газовоздушных характеристик впускного тракта, и это отражается на качестве топливной смеси.
Например, если просто поставить клапана и ничего не менять в карбюраторе, получим богатую смесь на холостом ходу и бедную на режимах средней и большой мощности. Но, эта проблема решается очень легко, просто нужно поставить «правильные» жиклеры (главный топливный и холостого хода), и подобрать положение иглы по цвету нагара на свечах.

Лепестки со временем могут разрушиться и попасть в цилиндры, наделав там «делов».
Да, теоретически они действительно могут разрушиться и попасть в цилиндры, но вот наделать там «делов» – не могут.
Говоря это, я имею в виду современные лепестки, изготовленные из современных и качественных материалов.
На заре двигателестроения в качестве материала лепестков использовались различные «пружинящие» металлические сплавы, в частности – фосфористая бронза. Срок службы таких лепестков был невелик, а твердость довольно высокая. Поэтому, при их обрыве и попадании в двигатель, действительно можно было получить все что хочешь – вплоть до задиров на стенках цилиндров.
Впоследствии, вместо металлов, начали использовать тонкий стеклотекстолит, который обладал большей гибкостью и меньшей твердостью, от чего проблем с попаданием лепестков внутрь стало значительно меньше. Сейчас, для изготовления лепестков используют различные материалы, начиная от специально созданного для этих целей стеклотекстолита и кончая полимерами и материалами на основе карбона.
Современные лепестки обладают очень низкой твердостью, и практически не могут повредить металлические элементы двигателя. К тому же они гибкие и легкие, что обеспечивает очень длительный срок их службы. Вероятность обрыва – крайне низка.

Лепестковые клапана повышают максимальное давление внутри картера и увеличивают нагрузку на сальники коленвала.
Да, действительно, давление возрастает, хотя и не сильно.
При этом увеличивается нагрузка на сальники коленчатого вала. Если эти сальники качественные и установлены правильно – проблем не возникнет. Если сальники старые и с трещинами, то трещины могут начать увеличиваться и в конце концов сальник может потерять свою герметичность. Если сальник нормальный, но плохо закреплен – он останется целым, но от повышенного давления его может выдавить. Но! Повторю еще раз! Если сальники качественные и установлены правильно – проблем не возникает! А если нет, то эти проблемы рано или поздно все равно возникнут, хоть с клапанами, хоть без них.

Это все, что я могу сказать про недостатки. Никаких других существенных недостатков применения лепестковых клапанов на двухтактных двигателях мне не известно.

Если вы можете добавить что-либо еще, и у вас есть желание об этом сказать – можете смело высказываться в комментариях к этой статье. Думаю, это будет интересно и полезно всем! Ну а я повторюсь еще раз – достоинств у лепестковых клапанов гораздо больше чем недостатков!

Источник

Поэтапная обкатка лодочного мотора

Большинство скутеров известных производителей являются двухтактными, ведь они имеют упрощенные характеристики. Такие скутеры имеют одну важную деталь – лепестковый клапан.

Если лепестковый клапан поломается, это грозит очень плохим последствиям для мотора вашего скутера. Ремонт лепесткового клапана весьма простая процедура, в большинстве случаев его проще заменить на новый. Но если вы новичок в ремонте двигателей, то вряд ли вы будете знать, где находиться эта деталь. Располагается лепестковый клапан во впускном коллекторе сверху двигателя, подробнее смотрите на фото. На фото показано расположение клапана большинства японских мопедов, но есть и другие расположения.

Принцип работы лепесткового клапана

Данная деталь является очень важной в работе двигателя, ведь после получения топливной смеси в цилиндр, клапан закрывается и таким образом топливо не возвращается к карбюратору. Лепестковый клапан должен быть точно настроен и не иметь никаких дефектов, ведь когда поршень подходит к мертвой точке, он пытается выпихнуть топливную смесь наружу. Но лепестковый клапан не дает этого сделать даже в малом количестве, ведь у него хорошая герметичность.

ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ВСЕХ СТИХИЙ

ИЛИ «15 ЛОШАДЕЙ», КОТОРЫЕ ВЕСЯТ 12 КИЛОГРАММОВ. В ассортименте отечественных двигателей внутреннего сгорания на которые могут ориентироваться при создании вездеходных машин самодеятельные конструкторы, до сих пор отсутствуют модели рабочим объемом 125 см3, имеющие достаточную удельную мощность и приемлемый удельный вес (порядка 0,8—0,9 кг на одну лошадиную силу). Попытки приспособить мотоциклетные двигатели — М1А и им подобные — связаны с трудоемкой работой по удалению коробки перемены передач и переделкой системы зажигания на более легкую и надежную. А ведь при наличии хорошего двигателя класса 125 см3 неизмеримо возросли бы возможности создания легких аэросаней, экранолетов и глиссеров.

Такой двигатель построен в любительских условиях. Инженер А. Геращенко решил эту задачу очень остроумно, использовав ряд деталей снятых с производства подвесных лодочных моторов, которые можно выписать через Посылторг (эти детали продаются сейчас по сниженным ценам).

Испытания двигателя А. Геращенко показали, что он очень близок по своим данным к лучшим на сегодняшний день зарубежным образцам.

На большинстве серийных двухтактных двигателей легкого транспорта кривошипные камеры в картере за редким исключением вместе с поршнями используются и в качестве продувочного насоса. Следовательно, технические показатели таких двигателей — литровая мощность и экономичность — прямо зависят от степени наполнения горючей смесью цилиндра двигателя (выше поршня). А наполнение цилиндров смесью в первую очередь зависит от качества работы системы впуска, основное назначение которой — обеспечивать наиболее полное наполнение кривошипной камеры, то есть объема, расположенного ниже поршня, свежей горючей смесью.

В двухтактных двигателях применяются механизмы управления впуском трех типов: поршневые, золотниковые, клапанные.

ПОРШНЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ВПУСКОМ применяется на большинстве современных двухтактных двигателей широкого потребления. Поршень открывает впускное окно в цилиндре, не доходя 40—60° до верхней мертвой точки (ВМТ), а закрывает окно спустя те же 40—60° после прохождения ВМТ (при большей величине наблюдается обратный выброс горючей смеси в карбюратор). Фаза впуска относительно ВМТ симметрична и невелика (не более 130—140°). На гоночных высокооборотных двигателях применяется открытие впускного окна за 65—70 до ВМТ, что расширяет фазу впуска до 150°, но ухудшает работу двигателя на малых и средних оборотах. Изменить что-либо в лучшую сторону тут уже не удается, так как взаимное расположение кромок окна и поршня как при ходе вверх, так и при ходе вниз одинаково (рис. 1а).

Рис. 1. Симметричные (вверху) и несимметричные (внизу) фазы газораспределения двухтактного двигателя.

Рис. 2. Конструкция управления впуском смеси плоским вращающимся золотником (подвесной лодочный мотор «Нептун» отечественного производства):

1 — коленчатый вал, 2—2 — золотники, А — впускное окно в коленчатом вале, Б — впускное окно в картере; цветными стрелками показано направление потока газовой смеси.

Рис. 3. Конструкция впускной системы подвесного лодочного мотора «Ветерок»:

1 — плоская перегородка, 2 — плоские клапаны, 3 — ограничитель.

Обратный выброс горючей смеси в атмосферу, возрастающий при расширении фаз впуска, становится особенно интенсивным при отсутствии воздухофильтра, тем самым резко снижается экономичность двигателя. Уместно подчеркнуть, что исключительная простота и надежность поршневого управления впуском обеспечили этой системе широчайшее распространение на всех типах двухтактных двигателей.

ЗОЛОТНИКОВАЯ СИСТЕМА.

Для наполнения цилиндра смесью желательно начинать впуск (с учетом инерции газового потока) при ходе поршня вверх — на величину до 20е угла поворота коленвала, прежде чем поршень перекроет продувочные окна, то есть за 130—140° до ВМТ, а заканчивать при ходе поршня вниз спустя лишь 40—60° после ВМТ. Таким образом, фаза впуска становится несимметричной и широкой (180—200°), то есть оптимальной (рис. 1б). Такая фаза способствует улучшению запуска, получению наивысшей удельной мощности и экономичности двигателя. Для получения наивыгоднейшей несимметричной фазы впуска применяют золотниковые и лепестковые клапаны, которые особенно широкое распространение получили в последнее время (см. «М-К», 1974, № 11).

По-настоящему оценил возможности дисковых золотников инженер Д. Циммерман из ГДР, который стал с успехом применять их начиная с 1953 года на гоночных мотоциклах МЦ и подвесных лодочных моторах, завоевавших мировую известность. Успехи гонщиков, выступавших на этих машинах, заставили обратить пристальное внимание многих двигателистов на дисковую систему всасывания. Сегодня вращающиеся дисковые золотники применяются на многих серийных зарубежных дорожных мотоциклах и лодочных моторах, обеспечивая им литровую мощность порядка 110—130 л. с., что было недостижимо при «традиционных» кривошипно-камерных продувках.

В СССР золотниковое газораспределение с успехом применяется на серийно выпускаемых лодочных моторах «Вихрь» (золотники из текстолита), «Нептун» (золотник из капрона, рис. 2), «Ветерок» (золотник из пружинной стали) и «Салют» (золотник из текстолита, размещен в специальном приливе картера).

НАКОНЕЦ, КЛАПАННАЯ СИСТЕМА, применяемая для получения несимметричной и близкой к оптимальной фазе впуска. Лепестковые клапаны устанавливаются на пути потока смеси от карбюратора к кривошипной камере и автоматизируют систему впуска, обеспечивая стабильность поступления смеси на всем рабочем диапазоне оборотов. Клапаны представляют собой упругие лепестки или пластинки, которые под действием разрежения в картере (при движении поршня к БМТ) открываются, а при обратном ходе поршня закрываются.

Известны два способа установки автоматических лепестковых клапанов: первый — наиболее распространенный, когда клапан устанавливается непосредственно в картере двигателя между кривошипной камерой и карбюратором, применяемый на большинстве подвесных лодочных моторов, Чаще всего это — пластинчатые лепестковые клапаны с ограничителями отгиба, расположенными на перегородке из алюминиевого сплава или пластмассы, крепящейся к передней части картера. Перегородка делается плоской (отечественные моторы «Ветерок», «Москва-10», «Прибой») или конической («Москва-25»). Сами пластинки клапана изготовляются из пружинной стали или бериллиевой бронзы одинарными («Ветерок», рис. 3), двухлепестковыми («Прибой»), трехлгпестковыми («Москва-10») и даже многолепестковыми (американский мотор «Меркурий», рис. 4).

Рис. 4. Многолепестковый всасывающий клапан американского подвесного лодочного мотора «Меркурий»:

1 — клапанная перегородка, 2 — клапан, 3 — ограничитель.

Рис. 5 Устройство и работа лепесткового золотника (клапана) в двигателе японской :

1 — карбюратор, 2 — промежуточный патрубок, 3 — корпус клапанов, 4 — лепестковый клапан.

Рис. 6. Мембранные впускные клапаны двигателя «ямаха»:

А — схема устройства клапанов: 1 — ограничитель, 2 — клапан; Б — начало наполнения картера, В — подсос горючей смеси через клапаны непосред ствеино в цилиндр.

При применяемой сейчас конструкции впускных пластинчатых клапанов получение больших литровых мощностей (особенно — в двигателях с малыми рабочими объемами) затруднительно.

Второй способ размещения лепесткового клапана, менее распространенный и сравнительно мало известный, заключается в установке клапана между карбюратором и впускным окном цилиндра в сочетании с поршневым распределением. В последнее время этот способ стали очень широко применять на японских мотоциклах «ямаха» (сначала на гоночных, а затем и на дорожных моделях, рис. 5). На двигателе, оснащенном таким лепестковым клапаном, начало открытия впускного окна поршнем задается почти таким же, что и при золотниковом распределении. При ходе поршня вверх он открывает нижней кромкой впускное окно, и под действием разрежения в картере лепестки открывают отверстия в корпусе клапана. Смесь поступает в картер. При ходе поршня вниз, когда надо сравнительно рано закрыть впускное окно, лепестки под действием давления в картере прижимаются к седлам, прекращая доступ смеси в картер. Для предотвращения поломки клапанов при отклонении в конструкции предусмотрены ограничители. При средних оборотах клапаны достаточно быстро закрываются, чтобы предупредить обратный выброс горючей смеси, что улучшает характеристику крутящего момента двигателя.

В двигателях с подобными клапанами для улучшения наполнения целесообразно поддерживать сообщение между впускным канатом при положении поршня вблизи НМТ. Для этого в стенке поршня со стороны впуска предусматривают соответствующие окна (рис. 6б). Лепестковые клапаны обеспечивают дополнительный подсос горючей смеси, когда во время продувки в цилиндрах и картере образуется разрежение (рис. 6в). Конструкция лепестковых клапанов, примененная на мотоциклах «ямаха», обладает малым сопротивлением и не увеличивает объем кривошипной камеры, что позволило достичь удельной мощности 110— 120 л. с. на литр, улучшило запуск и приемистость двигателя на средних оборотах.

А. ГЕРАЩЕНКО, инженер-конструктор

Рекомендуем почитать

  • И КРАСКА, И ЛАК Мало кому известно, что упаковочный пенопласт — это прекрасная основа для изготовления лаков и красок. Первые получаются растворением этого пенопласта в растворителе «647» или…
  • ФАНЕРНЫЙ КАСКАДЕР Эта забавная игрушка не потребует особого умения, дефицитных материалов и инструментов, а также большого времени на ее изготовление, а радости детишкам принесет немало. Две дощечки да…

Чем может грозить поломка лепесткового клапана?

Если эта очень важная деталь будет сломана, будет стерта, начнет пропускать воздух, топливная смесь будет обратно поступать в карбюратор. И результатом станет потеря мощности, так как двигателю просто напросто будет не хватать топлива. Далее после попадания топлива в карбюратор, бензин выкидывает в воздушный фильтр. Также одним из последствий неисправного клапана может быть отсутствие реакции на регулировку ручки газа.

Суть лепесткового клапана

Прежде чем ответить на вопрос, что же такое лепестковый клапан, необходимо вспомнить процесс работы двухтактного двигателя, во время которой происходит обратный выброс горючей смеси. Кроме того что это увеличивает расход топлива, выход смеси способствует снижению мощности двигателя. Лепестковый клапан предназначен как раз для того, чтобы предотвратить попадание топлива в карбюратор в результате обратного движения через впускной канал. Благодаря такому механизму смесь, которая могла бы выйти в атмосферу, попадает в цилиндр. Соответственно, увеличивается мощность мотора, уменьшается расход.

Замена лепесткового клапана

Поменять его довольно просто. Если вы заметили вышеупомянутые неисправности и считаете, что причина кроется в лепестковом клапане, снимите мотор и карбюратор. Далее вы увидите ту самую важную деталь, которая снимается более чем просто. Судя по названию можно понять, что данная деталь имеет лепестки. Поэтому часто они могут приходить в негодность. Простым решением будет, конечно же, замена полностью этой детали, купить лепестковый клапан на скутер может каждый в любом магазине и за низкую цену. Но если вы не имеете такой возможности, можно попробовать стереть верхний слой лепестков, тем самым разгладив их поверхность. Далее хорошо вытрите лепестковый клапан, не оставив ни грязи, ни стружки. Установите все в таком же порядке.

Лепестковый клапан на скутере

Большинство скутеров оснащаются двухтактными двигателями, соответственно, на них устанавливается обратный клапан. Лепестковый клапан предназначен именно для таких моторов. На четырехтактный агрегат подобный механический узел не устанавливается, так как у них за распределение и топлива, и отработанных газов отвечают клапаны. А в двухтактной модели этот процесс контролирует резонатор. Поэтому для большей части выпускаемых скутеров клапан – важная неотъемлемая деталь.

Если на мопеде забарахлил мотор, перестало хватать тяги либо он вообще не заводится, одной из первоочередных задач становится проверка степени пригодности к использованию такой детали, как лепестковый клапан. На скутере очень важно следить за работоспособностью детали, ведь малейшая поломка может привести к дальнейшим серьезным проблемам. Если она будет сломана или стерта, теряется герметичность, соответственно, топливо попадает в карбюратор и двигатель, а оттуда — в воздушный фильтр. Это может привести к потере реакции на регулировку ручки газа. Если неисправность клапана установлена, возможен как ремонт, так и замена узла. Можно отдельно приобрести лепестки и заменить износившиеся на новые. Либо целиком поменять клапан, что сделать достаточно просто. Необходимо демонтировать карбюратор, найдя в патрубке установленную деталь. После чего снять клапан. Это довольно простой процесс.

Источник

Читайте также:  Схема регулятора скорости для асинхронного двигателя
Adblock
detector
Ответить Новая тема