|
Представьте себе, как это было бы здорово, если бы в
один прекрасный момент подвесной мотор на Вашей лодке вдруг обрел то,
чего ему постоянно недоставало: легче бы запускался, лучше бы держал
холостые обороты, ровнее держал бы тягу, легче управлялся бы на
троллинге, и притом быстрее выходил бы на глиссирование!
Всё это стало возможным благодаря современным конструкциям клапанов…
Проведенные инженерами компании
Boyesen исследования показали, что клапан, хотя и является сравнительно
небольшой деталью в двигателе, однако именно он оказывает огромное
влияние на работу всего механизма, и заслуживает повышенного внимания
всех судоводителей.
Даже тем, кто знаком с устройством клапанов
современного лодочного мотора, небольшое повторение совсем не будет
лишним. Чтобы двигатель внутреннего сгорания заработал, последовательно
должны произойти четыре события:
-
ВПРЫСК
В мотор должна поступить горючая смесь воздуха с топливом.
-
СЖАТИЕ
Газообразная топливная смесь должна быть сжата до взрывоопасного состояния.
-
ЗАЖИГАНИЕ
Потом
смесь воспламеняется и в процессе сгорания высвобождает запасенную
энергию, создавая давление на поршень, который вращает коленчатый вал.
-
ВЫХЛОП
В
заключение, газообразные продукты сгорания удаляются из камеры
сгорания. Одновременно камера сгорания подготавливается для начала
следующего цикла и для впрыска следующей порции горючей смеси.
Предлагаемая здесь статья посвящена первому такту - ВПРЫСКУ.
В реальности, в четырехтактном моторе
все описанное выше происходит в верхней части цилиндра над поршнем,
чему соответствуют четыре последовательных движения поршня.
В
двухтактном моторе та же самая последовательность процессов происходит
одновременно над и под поршнем, поскольку во время восходящего движения
поршня для сжатия топливной смеси в верхней части цилиндра, объем
пространства под цилиндром расширяется. Атмосферное давление
проталкивает воздух в разреженное пространство, а потому для передачи
топливной смеси в пространство над поршнем во время его движения вниз
потребуются клапаны.
Пространство под поршнем уменьшается в размере
и вместе с объемом картера находится под все возрастающим давлением.
Иначе говоря, пластинчатые клапаны управляются давлением и являются
однонаправленной системой каналов. Система клапанов обеспечивает
перемещение топливовоздушной смеси от карбюратора или устройства
впрыска топлива в пространство под поршнем. После наполнения камеры
клапан перекрывает её и герметизирует от атмосферного давления.
«В результате ... драматически возрастает мощность, и именно от клапана зависит все происходящее внутри мотора»…
Как работает клапан?
В общем случае, отверстие канала перекрыто консольно закрепленным лепестком, выполненным из тонкой и гибкой полоски металла.
Другой
конец клапана зажат, обеспечивая надежное закрытие канала. Давление в
канале будет приподнимать клапан, выпуская воздух. Когда давление
«переворачивается», оно прижимает полоску металла к отверстию канала,
закрывая его и перекрывая тем самым поток.
В 1930-х годах первые
конструкции клапанов представляли собой именно простейший и
несовершенный клапан, но выполнявший четко определенную функцию
однонаправленного вентиля, управляемого перепадом давления.
В
современных клапанах можно видеть объединенные в зонтичные конструкции
четыре, шесть и даже восемь лепестков, работающих на клапанной коробке
многоточечного впрыска. Поток топлива из карбюратора поступает в эту
коробку, давит и открывает лепестки-золотники, откуда поступает в
картер двигателя. Лепестковые устройства и поныне изготавливают из
тонкого, гибкого материала.
Без сомнения, основным достоинством
лепесткового впрыска является очевидным тот факт, что открытие и
закрытие клапанов лепестковой системы не фиксировано по процессу, но
управляется потребностью мотора в подаче воздуха. Разумеется, реакция
клапанов лепесткового типа на поток топливовоздушной смеси не является
мгновенной, потому что лепестки клапана, как бы они тонки не были,
значительно тяжелее воздуха.
Кроме того, лепестковый впрыск
сопровождается известной потерей давления в канале впрыска, поскольку
часть давления системы расходуется на открытие клапана. И даже с учетом
этого недостатка, лепестковый клапан исключительно чувствителен к
изменению расхода мотором воздуха при перемене оборотов. Это
саморегулирующаяся и самонастраивающаяся, конструктивно простая и
эффективная система управления впрыском.
Первые промышленные
лепестковые клапаны были простейшими металлическими «фартуками»,
прикрывающими отверстие в цилиндре, подобно листку в отрывном настенном
календаре, отклоняющимися только в одну сторону потоком воздуха.
В
наши же дни на большинстве американских подвесных моторов используются
стальные лепестковые клапаны. Прочные и надежные, такие клапаны не
страдают от износа и, что бы ни подумать, стальные клапаны обладают
гибкостью и податливостью. Они на самом деле весьма эффективно
реагируют на изменение потребления топливовоздушной смеси мотором.
Вот то, что хорошо. А теперь обсудим плохое…
Если металлический клапан сломается,
то его острые кусочки «зажуют» внутренности мотора, после чего
дорогостоящий ремонт потребует много работы.
К счастью, некоторые лепестковые
системы сегодня изготавливают из стекловолокна. Современные
стекловолоконные клапаны исключительно прочны, и их упругость выше, чем
стальных. Но что еще более важно, они не повреждают внутренние
поверхности подвесного мотора, если разрушатся. Поскольку большая часть
подвесных моторов вышла из сборочного цеха со стальными клапанами,
судовладельцы теперь получили возможность заменить их новейшими
стекловолоконными клапанами, доступными на рынке.
Массы владельцев
катеров и моторных яхт очень быстро прочувствовали то, что давно было
известно энтузиастам-умельцам – достоинства волоконных клапанов
значительно превосходят их недостатки от меньшей механической
прочности. Когда такой клапан поломается, мотор его легко перемелет и
затем просто «выплюнет».
В последнее время наряду с одинарными
клапанами получили распространение сдвоенные клапаны. Легко догадаться,
что все клапаны предназначены перекрывать канал между карбюратором и
картером. Хотя одинарные клапаны хорошо реагируют на колебания потока,
они имеют серьезное ограничение: один лепесток не обладает достаточной
гибкостью.
Такой клапан, изготовленный из тонкой
пластинки, будет хорошо изгибаться даже под небольшим давлением
входящего низкоскоростного потока, но не обладает достаточной
жесткостью, чтобы быстро закрываться, а потому недостаточно эффективен
на высоких скоростях процесса. С другой стороны, более жесткий прочный
лепесток закрывается быстрее при быстрых сменах давления, но на малых
расходах воздуха плохо отрывается.
Долгое время выбор у владельцев
моторов был крайне ограничен. Гибкий лепесток предназначался для
слабого мотора, жесткий лепесток - для мощного. Средней гибкости
лепесток – для моторов с неспешным приращением мощности.
Применяемый в большинстве случаев
однолепестковый клапан – компромиссное, т.е. универсальное решение.
Лодка, на моторе которой стоят гибкие лепестковые клапаны, никогда не
сможет развить большое ускорение, но отлично будет проходить повороты.
Лодка с жесткими лепестковыми клапанами значительно успешнее будет
выступать на скоростных гонках. С клапанами средней жесткости мотор
лодки обеспечит средние мощности и реакции во всем диапазоне мощностей.
Чтобы
преодолеть эти ограничения, в конце 60-х годов производители занялись
поисками путей усовершенствования клапанов. Уроженец Норвегии Эйвинд
Бойесен обнаружил, что забытый сдвоенный клапан обладает значительно
большей чувствительностью, чем любой из одинарных клапанов.
Экспериментируя
с этой конструкцией, Бойесен установил, что самым эффективным будет
сочетание тонкого, сравнительно мягкого лепестка, скрепленного с
относительно более жесткой пластинкой, непосредственно контактирующей с
потоком топливовоздушной смеси, и их совместная работа обеспечит
хорошую реакцию на колебания расхода такой смеси.
При низких оборотах и малых давлениях
тонкий и гибкий верхний лепесток легко открывает отверстия в жесткой
пластинке для впуска топливовоздушной смеси. По мере возрастания
давления обе части клапана открываются, причем воздух поступает как
через жесткие пластинки, так и через их отверстия. Динамометрические
исследования подтверждают, что такая система клапанов, меняющая свое
открытие согласно изменению давления, хорошо реагирует, обеспечивая
требуемую чувствительность регулятора скорости мотора во всем диапазоне
его рабочих оборотов.
По завершении цикла впуска, жесткий
лепесток закрывается, а следом за ним – гибкий. Чем короче верхний
лепесток, тем выше частота резонанса, возникающего в теле клапана после
его закрытия, причем даже в случае небольших напряжений толкающей
пружины верхнего клапана.
В результате такой совместной работы
двух лепестков клапана разительно улучшаются характеристики работы
мотора по мощности и чувствительности. Результаты испытаний,
проведенных компанией «Меркюри», дали увеличение мощности на 7-17 л.с.
(в зависимости от типа мотора).
Создатели «бойсеновских» клапанов
отказались перечислить модели испытанных моторов, но клятвенно
заверили, что «очень хороший» 2-литровый мотор типа V-6, взятый прямо с
конвейера, показал наиболее сильный прирост мощности.
Владельцы
моторных лодок сразу же ощутят на румпеле возросшую чувствительность
регулятора газа, когда на их моторе будут стоять сдвоенные клапаны. По
их словам со сдвоенными клапанами даже 9,9- и 15-сильные подвесные
моторы будут работать также как их вдвое более мощные собратья с
одинарными клапанами!
Прирост эксплуатационных характеристик у тяжелых моторов достигает в среднем 10%.
Кроме
того, лодочный мотор, оснащенный сдвоенными клапанами, будет легче
запускаться и увереннее держать холостые обороты, поскольку такие
клапаны очень чувствительны к малым давлениям и к расходам
топливовоздушной смеси.
Существенно облегчают сдвоенные клапаны и
аккуратную постановку катера к причалу, но они же обеспечивают и почти
вдвое быстрейший выход на глиссирование.
Тесты показали также, что
сдвоенный клапан служит значительно дольше (чуть ли не в 20 раз), чем
их одинарные конкуренты. Проще говоря, два лепестка выполняют работу,
которую в другом случае должен делать один лепесток.
В последнее
время в различных видах мотоспорта, и не только водных видов, клапанные
впускные системы находят все более широкое применение. Владельцы
снегоходов, квадрациклов, кроссмены и просто любители с ветерком
прокатиться по акватории познакомились с достоинствами лепестковых
клапанов.
Разумеется, следует только приветствовать обладателей
подвесных моторов, стремящихся перейти от предустановленных одинарных
заводских стальных клапанов – на более эффективные и безопасные
стекловолоконные клапаны, в том числе и на сдвоенные.
На сегодняшний
день многие пилоты гоночных лодок серий «Формула 1» добились успеха
исключительно благодаря сдвоенным пластиковым клапанам. За ними уже
несколько мировых рекордов скорости. И каждый пилот может согласиться с
тем, что от работы клапанов зависят те несколько лишних килограммов
тяги, которые и помогут достичь новых рекордов.
Вне всякого сомнения, мы скоро услышим о новых достижениях моторов с новыми лепестковыми клапанами.
прЯмаЯ ссылка на статью: Тюнинг лодочного мотора - эффективный клапанный впрыск
|
