ДЕСМОДРОМНЫЙ ПРИВОД КЛАПАНОВ - КАК ОН РАБОТАЕТ - МОЙ МОТОЦИКЛ

Всем, кто имеет дело с техникой, знакомо понятие клапана как конечного инструмента системы газораспределения. Также известен факт, что меньше двух клапанов (один впускной и один выпускной) на цилиндр в 4-тактном поршневом двигателе быть не может. Зато может быть три, четыре и более. Увеличение количества клапанов и применение хитроумных систем изменения фаз газораспределения – все это способы эффективного использования рабочего объема двигателя. А именно: повышение его мощности.

Бесконечно повышать мощность 4-тактного поршневого двигателя, поднимая его максимальные обороты и степень сжатия в цилиндрах, не получится. Чисто физический предел – цикл Карно, описывающий работу всех поршневых тепловых машин и химические свойства органического топлива, на котором они работают. Гораздо раньше описанного выше физического предела наступают другие ограничения: массогабаритные показатели деталей двигателя, тепловые нагрузки, ограниченные возможности кривошипно-шатунного механизма, инерция деталей газораспределительной системы.

Последнее явление имеет свойство проявляться на хорошо затюнингованном двигателе. В нем максимальные обороты коленчатого и распределительного валов достигают таких величин, когда возвращающие пружины не успевают закрывать клапаны. Возникает разброс фаз газораспределения: клапан не успевает описывать форму профиля кулачка на распределительном валу – по сути, отстает от его кривизны. У мотористов есть специальный термин на этот счет – «подвисание клапанов». В таком режиме кроме потери мощности может возникнуть так называемая коллизия – встреча еще не закрытого клапана с поршнем, который уже подходит к ВМТ (верхней мертвой точке).

С этим можно пробовать бороться, повысив жесткость пружин и установив специальные тюнинговые. Однако дальнейшее увеличение жесткости клапанных пружин может привести к увеличению габаритов и массы распределительного вала.

Понятие Desmodromic походит от сочетания двух греческих слов: desmos (контроль, связь) и dromos (направление, путь). Это общий термин, применяемый к механизмам с постоянными приводами, которые контролируют работу других механизмов в обратных направлениях.

Десмодромный привод клапанов подразумевает полностью принудительно контролируемый привод. За счет энергии движения поршней и вращения коленвала происходит не только открывание клапанов, но и их закрывание. Особенностью этого способа привода является отсутствие пружин, что исключает эффект подвисания клапанов.

Идея десмодромного привода клапанов не есть чем-то сверхновым и революционным в моторостроении. И уж точно не изобретением инженеров Ducati. Первый патент на такого рода клапанный механизм был выдан 4 февраля 1898 года немцу Густаву Меесу (Gustav Mees). С тех пор практически каждый производитель – автомобилей, мотоциклов или авиадвигателей – приложился к теме изобретения десмодромного привода. Получено огромное количество патентов и реализована масса вариантов механизма, в основном на спортивных аппаратах. Но наибольшую известность десмопривод получил благодаря итальянским мотоконструкторам.

В 1956 году инженеры Ducati применили десмодромный привод на 125-кубовом 1-цилиндровом моторе, используемом в качестве силового агрегата модели Mark 450. Это был первый серийный мотоцикл, оснащенный таким механизмом газораспределения. Позднее, в 1972 году, концерн выпустил революционную модель 750 Imola со ставшим впоследствии фирменным L-образным (развал цилиндров равен или больше 90°) двигателем и десмодромным приводом пары клапанов в каждой головке.

Десмодромный привод клапанов, который реализовал концерн Ducati на аппарате 1972 года, достаточно простой и понятный, в отличие от реализованных в свое время приводов другими производителями. Пара коромысел контролирует каждый клапан, одно коромысло открывает, второе – закрывает. Оба коромысла описывают окружность профиля кулачков на распределительном валу.

На современных моделях концерна десмопривод ничем не отличается от подобного механизма легендарной Imola. Разве что большим количеством деталей, так как количество клапанов на цилиндр больше.

Десмодромный механизм Ducati предельно прост и прозрачен. Основной трудностью в его производстве являются сложные формы профилей кулачков. Они требуют скрупулезных расчетов и очень высокой культуры производства – высококвалифицированных специалистов и спецоборудования.

Механизм позволяет добиваться полного контроля над клапанами и фазами газораспределения, поднимая предел максимальных оборотов на значительные величины: красная зона тахометра спортивного болида начинается с 17000 об/мин. Однако на нем практически невозможно реализовать систему изменения фаз газораспределения с растягиванием времени открытого клапана.

Для спортивного двигателя очень важно радиальное расположение осей клапанов с максимально возможным поддержанием сферической формы камеры сгорания. С десмодромным приводом клапанов это также сложно реализовать.

Регулировки тепловых зазоров – еще одно слабое звено такой системы газораспределения. Инженерам Ducati есть над чем подумать: гидрокомпенсаторы, привычные для современных двигателей, здесь применить невозможно. Регулировка производится исключительно подбором специальных шайб на концах коромысел, контролирующих клапан. Это не так просто, как может показаться на первый взгляд. Регулировочные шайбы подбираются парами для каждой пары коромысел, причем, замер зазоров производится для верхних и нижних коромысел отдельно. Именно с нижними коромыслами больше всего возни. Но инженеры Дукати хорошо делают свою работу: регламент обслуживания (регулировки зазоров клапанов) современных высокотехнологичных вэшек фирмы достигает 24 000 км.

Как бы там ни было, но Десмоседичи, пилотируемый Кейси Стоунером, в 2007 году привез конюшне Ducati первое место в чемпионате MotoGP и кубке конструкторов. Подстегиваемые успехом итальянцев, заводские команды-участники гран-при ведут активный поиск замены обычным клапанным пружинам

Материалы: http://mmoto.tk/%D0%B4%D0%B5%D1%81%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D0%B4-%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%BF%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2-%D0%BA%D0%B0%D0%BA-%D0%BE%D0%BD-%D1%80/

21 сентября 2012

Десмодромный привод клапанов – когда они не только открываются, но и закрываются принудительно, без помощи пружин, – применяется уже сотню лет. В честь этого юбилея в итальянском городе Будрио открылась выставка «Десмо-история».

Журнал "МОТО" - сентябрь 2012

Алан Каткарт, фото Кела Эджа, перевод Александра Воронцова

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. Так что нет ничего удивительного в том, что нынешний технический директор Ducati Джанлуиджи Меньоли выступил организатором этой выставки (от Будрио всего 25 км до завода Ducati в пригороде Болоньи). Меньоли начинал свою деятельность в качестве чертежника под началом легендарного Фабио Тальони, впервые применившего десмодромный привод на моторах Ducati, затем проектировал двигатель desmoquattro совместно с его преемником Массимо Борди – и все эти годы он собирал информацию о силовых агрегатах с такой системой привода.

Но эта ярмарка технологий не состоялась бы и без помощи голландского инженера Хенка Клостермана, ведущего эксперта по системам десмодромного привода, собравшего информацию по 877 патентам в этой области. Клостерман, не зря заслуживший прозвище Доктор Десмо, построил более 60 моделей, демонстрирующих работу этого привода – на выставке многие из них представлены рядом с моторами такой же схемы.

Технический директор Ducati Джанлуиджи Меньоли – инициатор проведения выставки «Десмо-история».

Эксперт по десмодромным системам Хенк Клостерман (слева) и местный бизнесмен Марко Червеллати, при поддержке которого состоялась выставка.

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.