Рис. 3.6. Силовой клапан фирмы Yamaha.

       Эффект резонанса зависит от плотности рабочей смеси, поскольку он зависит от скорости звука в газе, однако, при постоянных условиях этот эффект достаточно стабилен.

       Кроме того, резонанс зависит от частоты вращения двигателя, длины впускного тракта и фаз газораспределения. В двигателях обычных машин все эти факторы, за исключением частоты врашения двигателя, постоянны, поэтому эффект резонанса наступает в узком диапазоне частот врашения двигателя. Однако в некоторых экспериментальных и специальных автомобилях были предприняты попытки сделать изменяемые впускной и выпускной тракты, а также изменяемые фазы газораспределения. Так, даже при установке неизменяемого впускного тракта нередко четырехципиндровые двигатели снабжаются двумя коллекторами разной длины (обычно коллектор большей длины идет к двум внутренним цилиндрам). Это приводит к тому, что резонанс в двух цилиндрах наступает при иной частоте вращения двигателя, чем в других цилиндрах, что приводит к расширению диапазона резонансных частот, хотя эффект резонанса не так велик, как в случае резонансной работы всех четырех цилиндров.

       Выпускная система работает аналогичным образом. Снижение давления в выпускном коллекторе перед открытием кпапана и возрастание давления при закрытии клапана приводят к повышению эффективности отвода выхлопных газов. Этот эффект способствует облегчению течения выхлопных газов, однако, затрудняет их течение в конце такта выпуска. В этот момент, когда выпускной клапан закрывается, впускной клапан уже открыт и рабочая смесь начинает поступать в цилиндр, вытесняя выхлопные газы через выпускной клапан, который должен закрываться перед тем, как свежая смесь начнет выходить через него.

Рис. 3.7. Кривая крутящего момента для двигателя Yamaha RD350YPVS с открытым (а) и закрытым (б) силовым клапаном. Клапан открывается при частоте вращения двигателя свыше 6300 об/мин при помощи датчика и сервопривода. Частота вращения двигателя (об/мин) Крутящий момент Силовой клапан опущен (а) Силовой клапан поднят(б).

       Момент закрытия клапана очень важен и потому, что иначе свежий воздух и топливо, вместо того чтобы совершать полезную работу, уйдут в выпускной коллектор, повышая концентрацию вредных веществ в выхлопных газах. Если волна давления в выпускном коллекторе не позволит рабочей смеси попасть в выпускной коллектор, это повысит эффективность работы двигателя.

       В некоторых спортивных мотоциклах устанавливается несколько клапанов, частично перекрывающих друг друга, что позволяет повысить эффективность работы двигателя на высоких скоростях. Эти клапаны способствуют возникновению волн высокого давления во впускном и выпускном коллекторах и обеспечивают работу двигателя в резонансном режиме.

       При одновременном открытии впускного и выпускного клапанов двигатель находится под воздействием волн во впускном и выпускном коллекторах, поскольку только инерция газа и волны давления заставят отработавшие газы выходить в нужном направлении.

Рис. 3.8. Клапан системы EXUP [Yamaha] в выпускной системе четырехтактного двигателя. Этот клапан открывается при максимальной частоте вращения двигателя, за счет чего достигается максимальный крутящий момент. Закрытие клапана при низкой частоте вращения двигателя предотвращает снижение эффективности двигателя. В некоторых экспериментальных двигателях автомобилей и дорожных мотоциклов устанавливались различные системы для изменения геометрии впускной и выпускной систем. В этих системах изменялась длина тракта в зависимости от частоты вращения двигателя (рис. 3.9 и 3.10). Клапан закрыт Клапан открыт Открытие Закрытие.

       Относительно небольшие изменения (неважно, во впускном или выпускном коллекторе) способны привести к большим изменениям эффективности двигателя, в основном, за счет изменения коэффициента наполнения. Изменение потока воздуха чаше всего можно скомпенсировать соответствующей настройкой карбюратора.

       В многоцилиндровых двигателях выпускные тракты каждого цилиндра объединяются в коллектор, который затем переходит во вторичный трубопровод, на котором находится глушитель. Это позволяет сэкономить не только массу выпускной системы, но и объем моторного отсека. Кроме того, в такой системе появляется возможность перераспределять волны давления между цилиндрами. Обычно в четырехцилиндровом двигателе четыре выпускных тракта объединяются в одну трубу (система 4-1), либо четыре патрубка соединяются попарно, а затем объединяются в одну трубу (система 4-2-1). В системе 4-1 все четыре патрубка имеют приблизительно одинаковую длину, что позволяет достичь максимального крутящего момента, однако, на кривой крутящего моменте будут "пики", вызванные тем, что наибольшая эффективность такого двигателя будет достигаться только при определенных скоростях движения. При других скоростях этот двигатель будет гораздо менее эффективным ("впадины" на кривой крутящего момента).

       Система 4-2-1 не так чувствительна к частоте вращения двигателя. Кривая крутящего момента не имеет крутых пиков, зато она не имеет и явно выраженных впадин. Дело в том. что эти впадины вызывают множество проблем в топливной системе. Так же, как и снижение расхода воздуха влечет за собой снижение крутящего момента, очень сложно обеспечить правильное соотношение воздуха и топлива в карбюраторе при работе двигателя в резонансных режимах и обеспечить это соотношение при работе двигателя в неблагоприятных режимах. Обычно в неблагоприятных режимах рабочая смесь обедняется, что ведет к дальнейшему снижению крутящего момента и, соответственно, впадины на кривой крутящего момента становятся еше глубже. Несмотря на то, что мы рассматриваем четырехтактные двигатели (эти двигатели наиболее часто устанавливаются на мотоциклах), основные положения теории применимы и к двухтактным двигателям. Фактически, двухтактные двигатели в большей степени зависят от геомет-рии выпускной системы, поскольку в этих двигателях нет клапанов, а выпускные каналы открываются поршнем. Газораспределение в таких двигателях симметрично относительно НМТ: если окна открываются раньше, значит, они позже закрываются.

Рис. 3.9. Пример впускного тракта с изменяемой геометрией (Ricardo Engineering).

       Волны давления во впускном коллекторе двухтактного двигателя ведут себя аналогично волнам в четырехтактном двигателе, причем их воздействие сильнее, поскольку в двухтактном двигателе нет впускных клапанов, открываемых кулачком распределительного вала, а есть только лепестковый клапан, который открывается под воздействием давления смеси. Волны давления, которые накладываются на давление смеси, изменяют момент открытия и закрытия лепесткового клапана.

       Впервые изменяемая длина коллекторов и выпускных окон цилиндра была применена именно на двухтактном двигателе, который получил название - двигатель с изменяемой геометрией. Фирма Yamaha впервые установила в выпускное окно "силовой клапан" (рис. 3.6 и 3.7). Этот клапан представляет собой часть цилиндра, расположенного на верхней границе выпускного окна и способного разворачиваться на угол 30...400, что приводит к повышению или понижению верхней кромки выпускного окна. Клапан управляет как фазой, так и длительностью такта выпуска газов. Он приводится в движение тросом от электромотора, который управляется датчиком скорости двигателя.

       После этого изготовитепи двухтактных двигателей устанавливали еще множество различных мехвнизмов в выпускной системе для изменения высоты окон, е также резонаторов (см. ниже).

Рис. 3.10. Изменяемый угол открытия клапана: в качестве примера приведен подвижный распределительный вал [Honda]. Передаточное отношение между шестерней коленчатого вала и распределительного вала равно 2:1, а размер промежуточной шестерни не влияет на это отношение. Распределительный вал может обкатываться вокруг центра промежуточной шестерни. При этом меняется положение кулачка относительно рычага привода клапана, и таким образом меняется фаза газораспределения. Кроме того, при перемещении кулачка относительно рычага меняется и степеньоткрытия клапана. Изменение фазы газораспределения позволяет оптимизировать работу двигателя в зависимости от частоты его вращения. Если механизм позволяет регулировать ход и время открытия клапана вплоть до нуля, то отпадает необходимость в дроссельной заслонке и такой механизм может выступать в качестве регулятора загрузки двигателя. Шестерня распределительного вала Кулачок в положении минимального хода клапана Промежуточная шестерня Передаточное отношение 2:1.

       Фирма Yamaha также экспериментировала с выпускной системой, имеющей изменяемую геометрию, для четырехтактных двигателей. В середине 80-х годов эта фирма представила свою систему Exup. В этой системе выпускной тракт собран по схеме 4-1, а максимальный крутящий момент достигается при максимальной частоте вращения двигателя (рис. 3.8) за счет тщательной проработки длины выпускной системы. Дпя устранения провала крутящего момента на средних оборотах применялись различные клапаны (в виде упругой пластинки или гильотинного типа) для отсечки волн давления. Для управления механизмом был также применен датчик и сервопривод.

       Было изготовлено множество экспериментальных двигателей с переменной геометрией впускного и выпускного трактов, в которых согласование тракта с частотой работы двигателя достигалась изменением длины тракта.

       Другим путем решения проблемы является изменение фаз газа распределения, что позволило бы сократить время разгона двигателя до максимальных оборотов. Механизмы, позволяющие изменять фазы газораспределения долгие годы находятся в центре внимания многих изготовителей двигателей во всем мире. Среди таких механизмов встречаются как достаточно простые механизмы с двойным профилем кулачка, так и сложные механизмы, в которых может изменяться ход клапана. На рис. 3.10 и 3.11 представлены примеры таких решений, реализованные фирмой Honda.

Рис. 3.11. Более практичный механизм регулировки фаз газораспределения фирмы Honda. Этот механизм был установлен на двигателе CB40DR и управлял одним из каждой пары впускных клапанов. Вторые клапаны функционировали как обычно При малой частоте вращения коленчатого вала кулачок давит на толкатель клапана, однако, толкатель лишь сжимает пружину, установленную между толкателем и клапаном. При этом клапан остается неподвижным. Рабочая смесь поступает в цилиндр через второй клапан, что увеличивает ее скорость и снижает давление. Кроме того, из-за асимметрии подачи смесь поступает в иилиндр турбулентно - см. схемы (a) и (b). При повышении частоты вращения коленчатого вала специальный клапан открывает подачу масла в пространство под толкателем - см. схему (с). Давление масла воздействует на плунжер, установленный между толкателем и клапаном, при этом кулачок распределительного вала начинает открывать клапан - см. схему (d). Клапан остается открытым до тех пор, пока частота вращения коленчатого вала не снизится, после чего клапан перекроет подачу масла к плунжеру.

Различные виды карбюраторов на мотоциклы и скутеры вы можете купить у нас.