Десмодромный механизм представляет собой особый тип газораспределительного устройства, которое предназначено для управления работой всех клапанов впуска и выпуска газов в ДВС.
В переводе с греческого языка десмодромный механизм означает контролируемое (управляемое) движение.
Впервые десмодромный механизм был внедрен на автомобилях компании Мерседес Бенз, а также в отдельных моделях автомобилей Barchetta компании Fiat в середине 20 века. Сегодня данный тип газораспределительного механизма (ГРМ) устанавливается на мотоциклах гоночного типа компании Ducati.
Механизм десмодромного типа во всем мире известен как Desmodromiс.
Конструкция десмодромного механизма
Десмодромный механизм запускается при помощи специального привода, состоящего из следующих частей:
Распредвал с кулачками (привод может оснащаться одним или двумя распределительными валами);
Два коромысла для открытия/закрытия клапанов;
Детали, соединяющие клапаны и коромысла;
Шайбы;
Втулка;
Зажим;
Пружина;
Клапан;
Уплотняющий элемент клапана
Основной целью применения десмодромного механизма газораспределительной системы является обеспечение форсировки ДВС по количеству оборотов. Это достигается за счет использования точно выверенных, специальных профилей кулачков при ускоренной работе клапанов.
Контролируя работу клапанов в десмодромном механизме, можно достигнуть равновесия между значением проходного клапанного сечения и скоростью движения поршня. Это равновесие обеспечивает эффективное наполнение цилиндра топливовоздушной смесью (ТВС).
ДВС, в которых применяется механизм десмодромного типа, работают на оборотах, которые зачастую недоступны в клапанных механизмах, оснащенных пружинами. Как правило, в подобных механизмах скорости работы клапанных пружин не хватает для отвода клапанов от столкновения с поршнем до момента попадания его в конечную точку.
Десмодромный механизм предназначен для предотвращения неполного закрытия клапана.
Как правило, это явление возникает вследствие частого вращения коленчатого вала, инерционности самих клапанов и резонанса клапанных пружин. Подобное зависание способно привести к серьезным поломкам:
столкновению клапана и поршня (с возможным разрушением или выходом из строя);
перегреву клапанов;
несвоевременному воспламенению ТВС, а также дальнейшему снижению давления газов, уменьшению рабочей мощности двигателя и увеличению количества выхлопных газов
В случае возникновения подобных проблем для их устранения можно применять не только механизм десмодромного типа, но и другие механизмы:
использование нескольких пружин, которые располагаются путем вложения друг в друга для снижения резонансных колебаний;
использование пружинных и клапанных деталей, изготовленных из новейших сверхпрочных материалов;
использование пневматического клапанного привода, как в формуле-1
Недостатки системы ГРМ Desmodromic
Несмотря на свою актуальность и полезность, подобная система имеет ряд недостатков, которые делают этот механизм столь редко используемым:
Высокая стоимость самого механизма;
Сложность в обеспечении технического обслуживания. Это обуславливается наличием огромного количества движущихся деталей, которые быстро изнашиваются при усиленных нагрузках;
Сложная и громоздкая конструкция десмодромного механизма;
Высокий уровень шума, производимого при больших нагрузках;
Сложность в регулировке тепловых зазоров. Регулировка в механизме подобного типа осуществляется при помощи специальных шайб, расположенных на коромыслах. Для каждой пары коромысел (верхних и нижних) подбирается отдельная пара регулировочных шайб, что создает определенные сложности в процессе сборки и обслуживания механизма.
Десмодромный привод клапанов – когда они не только открываются, но и закрываются принудительно, без помощи пружин, – применяется уже сотню лет.
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.
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.
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?
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.
11…Кулачок распределительного вала
Наглядно в движении:
Непривычное звучание работы двигателя:
Материалы: http://www.drive2.com/b/1250051/
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:
Что собой представляет десмодромный газораспределительный механизм?
Устройство ГРМ Desmodromic;
Назначение десмодромного газораспределительного механизма;
В чем заключается принцип действия ГРМ Desmodromic?
Часто встречаемые неисправности десмодромного механизма газораспределения и методы их решения.
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:
Перегревание клапанов, вследствие чего происходит их разрушение и коробление.
Столкновение клапана и поршня, вследствие чего происходит их разрушение.
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:
Используйте несколько пружинок, которые помогут предотвратить колебания резонанса;
Используйте новые материалы и сплавы для изготовления пружинок и клапанов, которые снижают вес;
Используйте пневматический привод клапанов.
Десмодромный механизм имеет целый перечень недостатков и вот несколько из них:
Сильный шум;
Дороговизна деталей, а следственно и всей конструкции;
Громоздкая конструкция, поэтому ее используют только на мотоциклах;
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.
Похожие темы
Всегда будьте в курсе наших новостей
Подпишись на ежедневную рассылку лучших новостей
Подписка бесплатна для любых мобильных абонентов Вы можете отказаться от рассылки в любой момент
Размещенная на сайте информация является собственностью администрации сайта и охраняется законом об авторском праве. Копирование информации возможно только при размещении активной гиперссылкой на страницу-источник.
