Пристрій системи впуску 2т човнових моторів

На всіх двотактних підвісних човнових моторах, зпріменяются працюють на легкому паливі двигуни, кривошипна камера яких використовується і в якості продувочного насоса. Основні технічні показники такого двигуна - літрова потужність і економічність - знаходяться в прямій залежності від ступеня наповнення горючою сумішшю робочої камери (камери згоряння).

Розглянемо залежність наповнення робочої камери від якості роботи системи впуску, основне призначення якої - забезпечувати найбільш повне заповнення кривошипно камери, т. Е. Обсягу нижче поршня, свіжої горючою сумішшю.

Чи не торкаючись процесів, що відбуваються в робочій камері, т. Е. Вище поршня (стиснення горючої суміші, займання її та розширення), подивимося, що відбувається в кривошипно камері - картері, в чому полягає принцип дії системи впуску та які її найвигідніші, оптимальні характеристики .

При русі поршня в циліндрі двигуна вгору від нижньої мертвої точки (НМТ) після закриття продувних вікон в просторі під поршнем виникає все збільшується розрідження. Якщо в цей момент відкрити канал, що з'єднує кривошипну камеру з карбюратором, в неї буде засмоктуватися горюча суміш. Коли, минувши верхню мертву точку (ВМТ), поршень почне рухатися вниз, що надійшла суміш буде стискатися (щоб при цьому не відбулося її зворотного викиду, впускний канал після проходження поршнем ВМТ повинен бути перекритий).

Іншими словами, кривошипна камера і поршень служать насосом, що поглинає суміш з карбюратора і подає її під тиском у камеру згоряння.

На рис. 1 показана ілюструє сказане теоретична кругова діаграма газорозподілу. На ній схематично показано перебіг у часі процесів всмоктування (власне впуск), вихлопу (випуск) і продувки за один повний оберт колінчастого вала. Зрозуміло, що тривалість і моменти початку і кінця цих процесів обумовлені розташуванням і розміром (по висоті циліндра) продувних і вихлопних вікон і вибором моменту відкриття впускних вікон. У зв'язку з цим необхідно підкреслити, що картина газорозподілу, показана на рис. 1, умовна, так як не враховує інерції рухається з великою швидкістю (до 100 м / сек) горючої суміші. Якщо побудувати двигун за такою теоретичною діаграмі, працювати він, звичайно, буде, але його літрова потужність, т. Е. Потужність в л. с. на 1000 см3 робочого об'єму, буде значно нижче зазвичай досягається рівня.

Для забезпечення ефективності роботи кривошипно камери як насоса на практиці, з урахуванням інерції потоку (див. Рис. 2), усмоктувальні вікна відкривають дещо раніше - на величину до 20 ° кута повороту коленвала, ніж поршень перекриє продувні вікна, і закривають не в той момент , коли поршень дійшов до ВМТ, а пізніше - на величину до 60-70 ° кута повороту коленвала за ВМТ. Перша з цих заходів забезпечує підсос свіжої суміші з карбюратора за рахунок кінетичної енергії потоку суміші, що надходить в циліндр при ще триваючої продувке. Завдяки другій - відбувається додаткова дозарядки кривошипно камери за рахунок кінетичної енергії сталого потоку суміші в каналі від карбюратора до кривошипній камері. Діаграма такого виду (рис. 2) оптимальна з точки зору отримання найвищої літрової потужності і економічності.

Кут ф1 від моменту відкриття всмоктуючого каналу до ВМТ називається кутом попереджання впуску, а кут ф2 від ВМТ до моменту закриття всмоктувального каналу - кутом запізнювання закриття.

Тривалість продувки по куту повороту колінчастого валу звичайно дорівнює 110-130 °. Якщо прийняти, що в середньому тривалість продувки дорівнює 120 °, а всмоктувальний вікно відкривається на 15 ° раніше закінчення продувки, кут передування впуску

ф1 = 180 ° - 120 ° / 2 + 15 ° = 135 °.

Кут запізнювання закриття зазвичай на нефорсірованних моторах приймається рівним 40-50 ° (при більшій його величиною спостерігається зворотний викид суміші в карбюратор) і доходить до 65-70 ° на гоночних високооборотних двигунах. Якщо прийняти ф2 рівним 45 °, загальний кут ф = ф1 + ф2, т. Е. Оптимальна тривалість всмоктування, виходить

Отже, ми встановили оптимальні характеристики газорозподілу і зокрема - всмоктування. Подивимося тепер, як вони реалізуються практично, як працює керуючий механізм системи впуску.

У двигунах підвісних моторів застосовуються механізми управління всмоктуванням трьох типів: поршневі, клапанні і золотникові.

Поршневе управління впуском. Сама назва механізму показує, що управління впуском, точно так же, як і продувкою і вихлопом, виконується безпосередньо самим поршнем. Поршень при русі нижньої кромкою періодично перекриває впускний вікно, прорізаний у дзеркалі циліндра. При поршневому управлінні діграмма всмоктування (див. Рис, 3) завжди симетрична щодо ВМТ в силу того, що поршень відкриває і закриває впускний вікно на однакових відстанях до і після ВМТ. Кут запізнювання закриття, як ми вже відзначали, невигідно робити більше 60-70 °; тому і кут передування відкриття також буде рівним 60-70 °. Тривалість всмоктування виходить

т. е. менше оптимальної на 50 °.

З кругової діаграми видно і основний недолік поршневого управління всмоктуванням: значна частина ходу поршня - від моменту закриття продувних вікон і до відкриття всмоктуючих - при всмоктуванні не використовується. З цієї причини така система поширення не отримала, хоча і застосовувалася на наших одноциліндрових підвісних моторах «ЛМ-1», «ЛМР-6», «ЗІФ-5», «Стріли» і деяких інших. У той же час шведська фірма «Монарк-Кресчент» вже багато років застосовує поршневий впуск на моторах різної кубатури; високі літрова потужність (до 90 к.с. / л) і економічність моторів «Кресчент», незважаючи на обмежені можливості симетричною діаграми, - результат тривалої відпрацювання конструкції і спеціальної настройки системи газорозподілу.

В принципі слід зазначити, що настройка системи газорозподілу взагалі є одним з ефективних засобів підвищення потужності будь-яких двотактних двигунів. Зокрема, під час налаштування системи впуску доводиться підбирати довжину і перетин впускного патрубка, діаметр дифузора карбюратора, характеристики глушника всмоктування, оптимальну ступінь стиснення в картері і т. П. Виконання цих досить трудомістких робіт з налаштування і дозволяє отримувати високі техніко-економічні показники навіть при поршневому управлінні впусканням.

Доречно підкреслити, що завдяки винятковій простоті і надійності поршневе управління впусканням широко використовується на транспортних двигунах - в першу чергу для мотоциклів і моторолерів.

Клапанний механізм впуску. Відомі дві конструкції клапанного механізму - з автоматичним і примусовим відкриттям і закриттям. Будемо розглядати тільки перший варіант, так як другий застосовується вкрай рідко - буквально в одиничних конструкціях.

Для автоматизації системи досить встановити на шляху потоку суміші від карбюратора до кривошипній камері клапан, який під напором потоку відкривається при ході поршня до ВМТ і закривається при зворотному русі.

Звернемося до кругової діаграмі (рис. 4). Поршень, рухаючись вгору від НМТ, закриває верхньою кромкою продувні вікно; починає зростати розрідження; під дією різниці тисків клапан впускання відкривається і горюча суміш надходить в кривошипну камеру. Після проходу поршнем ВМТ обсяг кривошипно камери починає зменшуватися і відбувається стиснення горючої суміші, але автоматичний клапан ще деякий час залишається відкритим під напором усталеного руху потоку суміші і впуск триває. Таким чином при використанні автоматичного клапана, на відміну від поршневий схеми, виходить несиметрична діаграма всмоктування.

Найчастіше в підвісних моторах застосовують пластинчасті пелюсткові клапани з обмежувачами отгиба, розташованими на перегородці з алюмінієвого сплаву або пластмаси, що кріпиться до передньої частини картера. Перегородка ця робиться плоскою (мотори «Вітерець», «Москва-12,5», «Прибій») або конічної ( «Москва-25»). Самі пластинки клапана виготовляються зі сталі або берилієвої бронзи одинарними ( «Вітерець», див. Рис. 5), двухлепесткових ( «Прибій»), трипелюстковими ( «Москва-12,5») або навіть Багатопелюсткова (американські «Евінруд», див. рис 6).

Своєрідне розташування клапана впускання - на середній опорі колінчастого вала - застосовано на американських моторах «Меркюрі». Таке рішення робить конструкцію двигуна більш компактною і знижує шум впуску, але ускладнює зміну клапана.

Отримання великих літрових потужностей в двигунах з впускними пластинчастими клапанами, особливо при малих робочих обсягах, важко, оскільки самі клапани створюють велику аеродинамічний опір, а збільшення розмірів впускних вікон веде до збільшення обсягу кривошипно камери. Застосування ж володіють меншим опором менш жорстких клапанів обмежується необхідністю забезпечити міцність і надійність клапана і перегородки.

Золотниковий механізм впуску. Управління впусканням суміші виробляється обертовим золотником, жорстко пов'язаним з колінчастим валом і повторює його обертання. Таким чином регулюванням положення на осі і кута сектора золотника можна забезпечити відкриття та закриття впускного вікна в будь-який момент - незалежно від положення поршня і ступеня розрідження в картері. Завдяки цьому конструктор має можливість максимально наблизити кругову діаграм двигуна до найвигіднішої, оптимальної.

Конструктивно золотники виконуються по-різному: у вигляді трубки, циліндра або диска з вирізами. Перші два варіанти не набули великого поширення і застосовувалися на підвісних моторах невеликої потужності ( «Чайка»). Найбільш часто застосовується дисковий золотник з пластмаси або сталі, що розміщується безпосередньо в картері (і скріплюється зі щічкою колінчастого вала) або в спеціальному припливі картера.

У боковій стінці картера прорізано всмоктувальне вікно. При суміщенні вирізу в диску золотника з цим вікном відбувається всмоктування суміші; при закритті вікна суцільний частиною золотника картер роз'єднується з карбюратором, відбувається стиснення. Золотник змащується маслом, розчиненим у горючій суміші; завдяки цьому тертя об стінки картера незначно.

Управління всмоктуванням з дисковими Золотниками, розташованими в картері, застосовується на моторах «Вихор» (золотники з текстоліту) і «Нептун» (з капрону, див. Рис. 9). На моторі «Салют» дисковий золотник також виконаний з текстоліту, але розміщений в спеціальному припливі картера.

Ще раз підкреслимо, що золотниковое управління всмоктуванням, в порівнянні з поршневим і клапанним, забезпечує найкраще, наповнення кривошипно камери; це робить перспективним застосування золотникових механізмів в двотактних двигунах човнових моторів з високою літрової потужністю і особливо - в двигунах гоночних моделей.