Десмодромная система газораспределения: Десмодромный механизм

как закрыть клапан быстрее пружины?

Двигатель

28.10.2016

0 1 280 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

Что такое десмодромный механизм газораспределения?

Главная » Устройство автомобиля

Опубликовано: 26 мая, 2015Рубрика: Устройство автомобиляАвтор: Андрей

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.

0

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Почему все так, а не иначе: Десмодромные клапаны

«Десмо, братан».

Ducatisti  во всем мире знают, что красные мотоциклы имеют клапаны десмо. Не все из них могут точно сказать вам, что это значит.

Греческие слова desmos (связь) и dromos

(гусеница), от которых произошел этот термин, в определенной степени объясняют концепцию: пути коромысла и клапана соединены. Это начнет иметь некоторый смысл после того, как вы узнаете, как работает система.

Почти в каждой системе тарельчатых клапанов клапаны открываются с помощью механического привода. Для двигателей с боковым клапаном и многих двигателей с верхним расположением распредвала это означает, что выступ кулачка открывает клапан. (Да, иногда он воздействует на коромысло или прокладку, но выступ, являющийся кулачком, отвечает за открывание.) Для двигателей с толкателями происходит то же самое, но кулачок работает через некоторые связи (обычно подъемник, толкатель и коромысло).

Закрывающий кулачок и второй набор коромысла видны на этой диаграмме и должны дать вам довольно хорошее представление о том, чем система десмо отличается от обычной установки. Образ Дукати.

Это точно то же самое в системе desmo. Однако десмодромный клапан отличается закрытием. Обычный тарельчатый клапан опирается на пружину клапана, зажатую между головкой и манжетой с держателями, чтобы защелкнуть клапан. Десмодромные системы удаляют пружину клапана и обычно снабжают другим коромыслом. Те, кто имеет дело со стандартными тарельчатыми клапанами в установках OHV или OHC, склонны думать о коромыслах как об устройствах, открывающих клапан, но нет никаких причин, по которым их нельзя использовать и для закрытия клапана.

Вопреки мнению, Ducati не изобретал клапанный механизм десмо. Однако в 1956 году Фабио Тальони, инженер Duc, разработал десмодромный клапанный механизм для сингла 125. В то время послевоенная Италия в целом все еще находилась в шатком состоянии. Ducati Meccanica, мотоциклетное подразделение, ставило под сомнение само свое существование. Фактически, в первой половине десятилетия, чтобы заманить Тальони в компанию, генеральный директор Ducati Джузеппе Монтано мрачно выложил свои карты на стол.

«Я знаю твой талант, и ты мне нужен», — сказал он. «Если вы построите сотню мотоциклов, чтобы выиграть Тур Италии, Ducati останется открытым, потому что у меня есть только месячная зарплата для моих рабочих. Если нет, мы закроемся, и все разойдутся по домам».

350 Mark 3 был первым серийным мотоциклом Ducati с клапанами с десмодромным приводом. Реклама Дукати.

За шесть месяцев Тальони выпустил велосипед — первый десмо Duc. (Он не получал зарплату за эти шесть месяцев. Говорите о вере в себя, а?) Это надрало задницу на гоночной трассе, и к 1967 году разработанная для гонок система десмо от Ducati могла быть установлена ​​на потребительском мотоцикле.

Итак, большой вопрос, почему? Что делает десмоклапан такого, чего не могут «стандартные» пружинные тарельчатые клапаны?

В настоящее время ответ «не слишком много», но в старые времена это было не так. Тальони искал способ разогнать двигатель, не ломая его, простите за грубую терминологию. Металлургия двигателя старого вида отстой. Таким образом, пружины клапанов часто ломались. Это было в какой-то мере приемлемо, потому что инженеры и заказчики высоко оценили простоту и большие интервалы обслуживания предлагаемых клапанных пружин. Короче говоря, гонщики привыкли к отказу пружины клапана. (Подумайте о том, сколько поломок клапанных пружин вы видели или даже слышали в современную эпоху. Мы прошли долгий путь.)

Racing  мотоциклы, однако, это (и всегда будет) другая история. Простота и интервалы обслуживания не имеют значения. Максимальная производительность была на повестке дня — гонщики ехали изо всех сил и выбивали двигатели на дюйм своей жизни, как и сегодня.

Они разгоняли его до луны, и их не волновало, что экипажу приходилось ремонтировать двигатель после каждой гонки — главное, чтобы он работал хорошо в течение очень короткого времени.

Другой проблемой, связанной с клапанными пружинами, была тенденция клапанов внутри них «плавать». Поплавок — это состояние, которое возникает на высоких оборотах, когда пружина не может закрыть клапан достаточно быстро, чтобы поддерживать постоянное давление на клапан на протяжении всей фазы закрытия. Это может снизить мощность двигателя, а также создает сценарий, при котором фазы газораспределения изменяются настолько, что фактически вызывают катастрофический контакт между клапаном и поршнем. (Использование клапанов для вентиляции поршней никогда не является выигрышной стратегией в гонках!) Более прочные пружины клапанов — один из способов решить эту проблему, но у них есть свой набор проблем. Двигателю приходится прилагать больше усилий для открытия клапанов, а повышенное давление пружины вызывает дополнительный износ компонентов клапанного механизма.

Фабио Тальони был инженерным гигантом, способным сочетать мастерское владение механическими знаниями со вкусом и красивым исполнением. Фото Дукати Корс.

Возможно, собственное объяснение системы Тальони является наиболее кратким. «Конкретная цель десмодромной системы состоит в том, чтобы заставить клапаны как можно более последовательно соответствовать временной диаграмме». Теперь это греческое название системы имеет смысл, верно? Вместо того, чтобы слепо надеяться, что пружина защелкнется и закроет клапан, а он не всплывет, клапаны десмо «привязывают» коромысла ко всей «дорожке» пути клапана, а не только к открывающейся половине.

А в наше время? Что ж, большинство проблем с обычными клапанными пружинами были решены за счет улучшенной металлургии и конструкции. Поломка была решена в основном с помощью вакуумной индукционной плавки — процесса рафинирования металла, который помог удалить примеси, ослаблявшие ранние пружины клапанов.

Более тщательное изучение активности пружины клапана с помощью высокоскоростной фотографии показало, что флотация часто была вызвана резонансом. (Реверберация, если хотите.) Сегодня это преодолевается за счет использования пружин разного диаметра, а также использования нескольких пружин. Современный 600-кубовый спортивный мотоцикл может с комфортом выдерживать красную черту при 16 000 об/мин, что немного выше, чем у среднего Ducati, что делает большинство предыдущих проблем, связанных с клапанными пружинами, довольно спорными.

Более циничный писатель, склонный к теориям заговора, мог бы упомянуть что-нибудь о дорогом эспрессо и стоимости обслуживания клапанов. Я не тот автор. Обслуживание клапанов Duc не намного сложнее, чем клапаны любого другого производителя, и интервалы их регулировки доведены до такой степени, что я чувствую, что они довольно разумны по сравнению с обычными тарельчатыми клапанами.

На данный момент должно быть ясно, почему клапаны десмо все еще в игре: потому что они нравятся людям Ducati. Ducati использует систему десмо просто потому, что они гордятся своим наследием, и они должны этим гордиться. Ducatis имел скромное происхождение, и компания не забыла о своих корнях. Они закрывают свои клапаны причудливым методом, который они использовали в течение долгого времени. Без Ducati десмодромные клапаны были бы сноской в ​​истории, а не номерами активных деталей, доступных для заказа. Клапаны Десмо работают нормально. Это другой, но эффективный способ закрыть клапан и такая же часть Ducati, как «поперечные» двигатели для Moto Guzzi. (Следует отметить, что Тальони также был движущей силой чрезвычайно успешного L-твина. Обратите внимание, что Ducati все еще использует его!) Клапаны Desmo являются техническим анахронизмом, но все же полезны, поэтому они не были выброшены на пастбище. , вроде как ваш любимый автор WTATWTA.

Будущее десмодромных клапанов за ТГВ, но я думаю, что это еще не все. Фото Дукати Корс.

А в будущем? Я думаю, что все может измениться, и клапаны десмо снова получат преимущество в производительности. Если вы читали мою статью о фазах газораспределения, вы помните, что многие производители в настоящее время вытягивают мощность из своих силовых установок, изменяя фазы газораспределения. Это хорошо и хорошо, но это только изменяет синхронизацию впуска и выпуска относительно друг друга. Варьировать продолжительность клапана гораздо труднее, используя обычно закрытые клапаны. Однако, поскольку клапаны десмо могут разделять механические события открытия и закрытия клапанов на разные распределительные валы, адаптация существующей возможности фазирования чего-то вроде системы DVT позволит довольно легко изменять продолжительность. Естественно, существует множество ограничений по упаковке и удобству использования, но удаление клапанных пружин из уравнения может сделать возможным изменение длительности кулачка по требованию.

Однако на данный момент клапаны десмо являются инженерным решением прошлого, которое является частью идентичности Ducati в настоящем. Вот почему все так, как есть.

Галерея изображений

Теория двигателей — Каковы характеристики и области применения десмодромных клапанов?

Вы спрашивали

Используются ли они только в мотоциклах, если нет, то где еще?

Другие производители мотоциклов в настоящее время не используют десмодромную систему.

Учитывая полное отсутствие поплавка клапана, насколько высоки могут быть эти обороты?

Платформа Ducati GP7 MotoGP 2007 года разгонялась до 19 000 об/мин.

Какой следующий ограничивающий фактор в том, насколько высоко они могут увеличить обороты?

Возможно, более короткий ход с большими клапанами и меньшим возвратно-поступательным движением клапана позволит увеличить число оборотов в минуту. В настоящее время впускной тракт достигает скорости звука, что создает проблемы с противодавлением и застойными воздушными карманами во впускном тракте. Текущие числа оборотов GP15.X и GP16 пока не опубликованы Ducati, но предполагается, что они составляют 20 тыс. + оборотов в минуту.

Насколько они более или менее надежны, чем обычные современные установки клапанного механизма?

Чем больше движущихся частей, тем больше надежность связана с простотой. Мой личный опыт профессионального использования клапанных механизмов Ducati Desmodromic был очень хорошим. Статистика частоты отказов недоступна, но я полагаю, что мы увидим, что они в целом имеют более низкую устойчивость к длительным циклам нагрузки, чем стандартные клапаны с прокладками ковша, которые используются в большинстве современных мотоциклов с высокими характеристиками.

Они предназначены только для гонок или для них есть уличное применение?

Ducati использует этот клапанный механизм во всех своих серийных и гоночных автомобилях.

Учитывая отсутствие поплавка клапана, насколько больше и тяжелее могут быть клапаны, чтобы обеспечить больший поток и большую мощность?

Я бы повременил с ответом инженера-механика, так как математическая магия довольно сложна в отношении напряжений при таких высоких оборотах. Кроме того, для ответа на этот вопрос необходимо опубликовать всю информацию о весе и угле.

Использует ли их кто-нибудь, кроме Ducatti, или они запатентованы Ducatti?

Ни один другой производитель в настоящее время не использует эту систему. Mercedes использовал их в Формуле-1 в 1954 и 1955 годах. У Ducati есть патенты на различные компоненты, но эта конструкция восходит к паровым двигателям конца 19 века.

Вот довольно полный список реальных применений десмодромных систем в двигателях внутреннего сгорания.

Как такая система учитывает износ сопрягаемых поверхностей? Есть ли какая-то корректировка в такой системе?

Старые двухклапанные двигатели Ducati SR2 страдали от повышенного износа из-за определенных углов тарельчатого клапана. Текущие и устаревшие платформы используют спиральную пружину на отрицательном коромысле, чтобы предотвратить отскок и должным образом герметизировать клапаны при закрытии. Вот моделирование дизайна Ducati.

Требует ли такая система более высокого давления масла для предотвращения преждевременного износа при повышении оборотов?

Допуски на давление масла на современных платформах находятся в пределах обычных меньших конструкций коромысла прошлого.