Для чего нужен лепестковый клапан на скутере. Для чего лепестковый клапан в мотоцикле

Поскольку двигатель «Бурана» представляет собой типичный пример классического двухтактника без каких либо «улучшайзеров», дальше будем говорить в основном о нем. Хотя, все сказанное будет так же справедливо и для «Рыси» и для «Тайги».

Итак!

Что такое лепестковые клапана и как они работают?

Лепестковый клапан представляет собой конструкцию, состоящую из корпуса, лепестков и ограничителей хода этих самых лепестков. Один из многочисленных вариантов практической реализации представлен на этом фото: Принцип работы лепесткового клапана очень прост, и наглядно представлен на этом рисунке:

Лепестки выполнены из гибкого материала. На фазе всасывания – сжатия (когда поршень идет вверх), из-за разности давлений они отгибаются и открывают отверстия в корпусе, через которые поступает топливная смесь. При наступлении фазы рабочего хода – продувки (когда поршень движется вниз), разность давлений изменяется на противоположную, лепестки прижимаются к корпусу, перекрывают отверстия и тем самым не позволяют смеси двигаться в обратную сторону. Получается «система ниппель». Ограничители хода продлевают срок службы лепестков, не давая им отгибаться слишком сильно. Собственно, это и есть весь принцип!

Что дает применение лепестковых клапанов?

При установке лепестковых клапанов во впускной тракт двигателя возникает целый ряд положительных моментов в его работе. Чтобы показать это наглядно, я специально сделал две анимированные картинки, демонстрирующие принцип работы двухтактного двигателя с клапанами во впускном коллекторе и без:

1) Клапана экономят топливо. При движении поршня вверх, в картерном пространстве возникает разрежение. Благодаря этому туда начинает всасываться атмосферный воздух, который проходит через карбюратор, смешивается там с бензином и образует топливную смесь. Смесь засасывается до того момента, пока поршень идет вверх. Но как только поршень начинает двигаться вниз, смесь еще некоторое время продолжает двигаться в картер по инерции, но потом изменяет свое направление. Она движется назад через впускной канал, карбюратор, воздушный фильтр и вылетает в атмосферу. Там она рассеивается и больше никогда не попадает в двигатель. Это хорошо демонстрирует первая анимашка.

В действительности, любому владельцу «Бурана» знакома картина, когда все пространство вокруг карбюратора и вся внутренняя поверхность кожуха карбюратора покрывается толстым слоем липкой грязи. Это – масло, смешанное с пылью, семенами растений и прочим мусором. Откуда оно там берется? Как раз благодаря описываемому явлению. Из карбюратора вылетает топливная смесь, состоящая из воздуха, бензина и масла, воздух и бензин испаряются, а масло остается на всем, куда прилипнет. Ну, а дальше к маслу прилипает грязь.

Это явление можно ослабить, если применить глушитель шума впуска. Он, по сути, представляет собой пустую коробку, которая одной частью подключается к входу карбюратора, а другой частью сообщается с атмосферой. В результате топливо вылетает не в атмосферу, а в эту коробку, и на следующем такте снова засасывается в двигатель. Таким образом удается сохранить большую часть вылетевшей смеси, но не всю. Некоторое количество все равно улетает наружу. Поэтому у владельцев «Рыси» и «Тайги» возникает гораздо меньше проблем с грязью вокруг карбюратора. Но, эта грязь все равно есть, хотя ее и не так много как на на «Буране».

Если во впускном тракте установлены лепестковые клапана, то картина движения топливной смеси кардинально меняется. И это отражено на втором мультике. При движении поршня вверх, клапана открываются, и топливная смесь точно так же попадает в картерное пространство. Но, при движении поршня вниз, клапана закрываются, и почти вся смесь остается в картере. Выброса смеси в атмосферу практически не происходит и потерь не возникает. Вокруг карбюратора чисто.

Естественно, я описал идеальную картину. На практике все происходит не совсем так, но основная суть остается неизменной. Ну, на пример, любые лепестки имеют определенную массу, и они не могут открываться и закрываться мгновенно. Это приводит к тому, что на малых и средних оборотах все происходит действительно так, как показано в анимашках, но на больших оборотах клапана не закрываются полностью и остаются приоткрытыми. Другой момент – у лепестков есть определенные резонансные свойства, которые изменяют поведение лепестков в зависимости от частоты вращения двигателя. Ну и так далее. Я не хочу углубляться в теорию работы лепестковых клапанов, тем более что здесь это совершенно не нужно. Владельцу снегохода гораздо интересней практические результаты, и один из таких результатов однозначно показывает – лепестковые клапана экономят топливо на малых и средних оборотах двигателя! Это подтверждено практикой! И это заметно в любом случае, но особенно заметно при буксировке груза, когда двигатель большую часть времени работает на средних оборотах.

2) Клапана увеличивают мощность двигателя на малых и средних оборотах. Думаю, совершенно очевидно, почему это происходит – благодаря клапанам, в картер, а за тем и в цилиндр попадает больше смеси. То есть, после установки клапанов, в цилиндр попадает и та смесь, которая попадала туда всегда, и та, которая раньше вылетала в атмосферу. Это одинаково справедливо как для «Бурана», так и для «Рыси» и «Тайги», поскольку тут глушитель шума впуска уже ни на что не влияет. На практике эффект очень заметен, особенно если приходится буксировать груженые нарты. При одинаковом нажатии на курок газа, снегоход с клапанами тянет их ощутимо лучше, чем обычный снегоход.

3) Клапана повышают приемистость снегохода. Это является прямым следствием предыдущего пункта – увеличения мощности. В частности, «Буран» с клапанами при резком нажатии на курок газа, начинает «рвать из под себя», задирая нос кузова, и как будто пытаясь сбросить водителя. У «Тайги» эффект аналогичный. Насколько это полезно - судить не берусь. Но то, что это приятно и нравится всем – это точно!

4) Клапана обеспечивают устойчивый холостой ход. Режим холостого хода – это всегда самые низкие обороты, на которых работает двигатель. И именно на этих оборотах эффект выплевывания смеси, описанный в первом пункте, выражен наиболее ярко. При этом, с точки зрения газодинамики, на низких оборотах параметры смеси является наиболее нестабильными. В результате, при каждом движении поршня, в картер попадает разное количество смеси, и это приводит к неровной работе двигателя – он трясется, вибрирует, у него плавают обороты, и все это очень хорошо заметно на слух. С клапанами все становится значительно лучше, поскольку при каждом движении поршня в картер начинает попадать более точное и одинаковое количество смеси. На практике разница чувствуется сразу.

5) Клапана облегчают запуск двигателя. Ну, тут тоже все просто: запуск двигателя всегда производится на самых низких оборотах, которые еще ниже чем холостой ход. Ну, а в этом случае эффективность клапанов максимальная! Если в цилиндры поступает увеличенная и стабильная порция смеси, то, конечно же, такой двигатель заводится лучше! Или, как еще любят говорить – «с пол тыка». Думаю, что никто не станет спорить, что это хорошо!

Представленные пять пунктов описывают основные преимущества применения лепестковых клапанов. Возможно, есть и другие преимущества, но эти пять – основные.

Лепестковые клапана – хорошая вещь. А у любой хорошей вещи, помимо достоинств, всегда есть еще и недостатки. Хоть это и продающий сайт, но об этом тоже надо сказать, иначе будет нечестно с моей стороны.

Лично мне известно три основных недостатка, которые, впрочем, никак не омрачают описанных выше достоинств:

1) При установке лепестковых клапанов требуется перенастраивать карбюратор. Если двигатель изначально не был рассчитан на работу с клапанами, то их установка приводит к изменениям газовоздушных характеристик впускного тракта, и это отражается на качестве топливной смеси. На пример, на «Буране», если просто поставить клапана и ничего не менять в карбюраторе, получим богатую смесь на холостом ходу и бедную на режимах средней и большой мощности. Но, эта проблема решается очень легко, просто нужно поставить «правильные» жиклеры (главный топливный и холостого хода), и подобрать положение иглы по цвету нагара на свечах. О том, какие нужны жиклеры, и как регулировать положение иглы, я подробно напишу в следующих статьях.

2) Лепестки со временем могут разрушиться и попасть в цилиндры, наделав там «делов». Да, теоретически они действительно могут разрушиться и попасть в цилиндры, но вот наделать там «делов» – не могут. Говоря это, я имею в виду современные лепестки, изготовленные из современных и качественных материалов (именно такие, и только такие предлагаются к продаже здесь, на ОмПрофи). На заре двигателестроения в качестве материала лепестков использовались различные «пружинящие» металлические сплавы, в частности – фосфористая бронза. Срок службы таких лепестков был невелик, а твердость довольно высокая. Поэтому, при их обрыве и попадании в двигатель, действительно можно было получить все что хочешь – вплоть до задиров на стенках цилиндров. Впоследствии, вместо металлов, начали использовать тонкий стеклотекстолит, который обладал большей гибкостью и меньшей твердостью, от чего проблем с попаданием лепестков внутрь стало значительно меньше. Сейчас, для изготовления лепестков используют различные материалы, начиная от специально созданного для этих целей стеклотекстолита и кончая полимерами и материалами на основе карбона. Современные лепестки обладают очень низкой твердостью, и практически не могут повредить металлические элементы двигателя. К тому же они гибкие и легкие, что обеспечивает очень длительный срок их службы. Вероятность обрыва – крайне низка. Если бы это было не так, то никто из именитых производителей (Bombardier, Yamaha, Polaris и другие) не стал бы применять их в своих снегоходах. А во всех современных иностранных снегоходах лепестковые клапана применяются сплошь и рядом, и отказов по ним крайне мало. Кстати, все клапана, предлагаемые здесь, на OmProfy.ru, созданы на основе фирменных клапанов от иностранных снегоходов…

3) Лепестковые клапана повышают максимальное давление внутри картера и увеличивают нагрузку на сальники коленвала. Да, действительно, давление возрастает, хотя и не сильно. При этом увеличивается нагрузка на сальники коленчатого вала. Если эти сальники качественные и установлены правильно – проблем не возникнет. Если сальники старые и с трещинами, то трещины могут начать увеличиваться и в конце концов сальник может потерять свою герметичность. Если сальник нормальный, но плохо закреплен – он останется целым, но от повышенного давления его может выдавить (со всеми возникающими отсюда неприятностями). Но! Повторю еще раз! Если сальники качественные и установлены правильно – проблем не возникает! А если нет, то эти проблемы рано или поздно все равно возникнут, хоть с клапанами, хоть без них! Чтобы не было проблем – нужно содержать двигатель в надлежащем состоянии, только и всего. И весь этот сайт, собственно, ради этого и задуман.

Применительно к «Бурану», все проблемы с сальниками коленвала можно решить кардинально, раз и навсегда, убрав штатные сальники, и установив вместо них обоймы с сальниками от полуосей автомобилей ВАЗ. Эти обоймы есть в магазине ОмПрофи, и им в скором времени будет посвящена отдельная статья.

Это все, что я могу сказать про недостатки. Никаких других существенных недостатков применения лепестковых клапанов на двухтактных двигателях мне не известно. Если вы можете добавить что-либо еще, и у вас есть желание об этом сказать – можете смело высказываться в комментариях к этой статье. Думаю, это будет интересно и полезно всем! Ну а я повторюсь еще раз – достоинств у лепестковых клапанов гораздо больше чем недостатков!

На этом давайте покончим с теорией и приступим к практике. Следующая статья будет рассматривать конкретные решения по установке лепестковых клапанов на снегоход «Буран».

Лепестковый клапан.Представляет собой устройство, состоящее из корпуса клапана и мембраны, пропускающей газовую или жидкую среду из области высокого давления в область низкого и запирающую при перемене знака разности давлений.

Простота конструкции и применения, а так же надёжность (при своевременной замене лепестков) сделали данный клапан весьма популярным среди разработчиков двухтактных двигателей, желающих улучшить характеристики своих агрегатов. Но как уже упоминалось в другой главе, данный клапан не используется серийно на мотоциклах «ИЖ-Планета».

Существует заблуждение о том, что использование лепесткового клапана увеличивает полезную кубатуру двигателя. Это физически невозможно! Использование этого клапана даёт ряд других преимуществ: улучшает наполнение горючей смесью кривошипной камеры и камеры сгорания, увеличивает мощность, уменьшает расход топлива, двигатель начинает работать более устойчиво на постоянных оборотах. (Конечно, характеристики улучшаются в пределах нескольких процентов, но это положительный показатель.)

Принцип работы:

Лепестковый клапан устанавливается между впускным окном и карбюратором. Как видно из рисунка, клапан работает, только когда нижняя юбка поршня находится между точками «А» и «Б». При движении поршня вверх происходит засасывание топливной смеси из карбюратора в кривошипную камеру. При движении вниз (от точки «А» до «Б»), поршень выталкивает часть смеси назад в карбюратор (объём вытесненной смеси равен примерно 80 см3).На втором рисунке двигатель оборудован лепестковым клапаном. В момент, когда поршень начинает двигаться вниз от точки «А», клапан закрывается и не даёт смеси выйти наружу. Таким образом, при установке клапана, наполнение кривошипной камеры топливной смесью увеличивается примерно на 7.8%.

** Все числовые данные приведены для мотоцикла «ИЖ-Планета5»

В случае с двигателем мотоцикла «ИЖ-Планета5», применение лепесткового клапана увеличивает мощность двигателя, за счёт большего количества смеси, хотя максимальные обороты практически не увеличиваются. Это связано с конструктивными особенностями двигателя. Когда он достигает максимальных оборотов (4900 об/мин), внутренние перегрузки становятся настолько велики, что двигатель сам сжирает всю мощность.   Существует множество видов конструкции лепестковых клапанов, каждый из которых разрабатывался для своей модели двигателя. И не один из них не подходит для установки на двигатель мотоцикла «ИЖ-Планета», без внесения в конструкцию изменений (чаще всего эти изменения касаются впускного патрубка). Так как отсутствие лепесткового клапана является существенным недостатком двигателя, нами была разработана оригинальная конструкция лепесткового клапана, который устанавливается на мотоцикл «ИЖ-Планета», без внесения каких либо изменений в детали двигателя (подробнее об этом смотри гл. «Наша продукция»). 

Что такое лепестковые клапана и как они работают?

Лепестковый клапан представляет собой конструкцию, состоящую из корпуса, лепестков и ограничителей хода этих самых лепестков. Один из многочисленных вариантов практической реализации представлен на этом фото:

Принцип работы лепесткового клапана очень прост, и наглядно представлен на этом рисунке:

Лепестки выполнены из гибкого материала. На фазе всасывания – сжатия (когда поршень идет вверх), из-за разности давлений они отгибаются и открывают отверстия в корпусе, через которые поступает топливная смесь. При наступлении фазы рабочего хода – продувки (когда поршень движется вниз), разность давлений изменяется на противоположную, лепестки прижимаются к корпусу, перекрывают отверстия и тем самым не позволяют смеси двигаться в обратную сторону. Получается «система ниппель».  Ограничители хода продлевают срок службы лепестков, не давая им отгибаться слишком сильно. Собственно, это и есть весь принцип!

1) Клапана экономят топливо. При движении поршня вверх, в картерном пространстве возникает разрежение. Благодаря этому туда начинает всасываться атмосферный воздух, который проходит через карбюратор, смешивается там с бензином и образует топливную смесь. Смесь засасывается до того момента, пока поршень идет вверх. Но как только поршень начинает двигаться вниз, смесь еще некоторое время продолжает двигаться в картер по инерции, но потом изменяет свое направление. Она движется назад через впускной канал, карбюратор, воздушный фильтр и вылетает в атмосферу. Там она рассеивается и больше никогда не попадает в двигатель. Это хорошо демонстрирует первая анимашка.

В действительности, любому владельцу «Бурана» знакома картина, когда все пространство вокруг карбюратора и вся внутренняя поверхность кожуха карбюратора покрывается толстым слоем липкой грязи. Это – масло, смешанное с пылью, семенами растений и прочим мусором. Откуда оно там берется? Как раз благодаря описываемому явлению. Из карбюратора вылетает топливная смесь, состоящая из воздуха, бензина и масла, воздух и бензин испаряются, а масло остается на всем, куда прилипнет. Ну, а дальше к маслу прилипает грязь.

Это явление можно ослабить, если применить глушитель шума впуска. Он, по сути, представляет собой пустую коробку, которая одной частью подключается к входу карбюратора, а другой частью сообщается с атмосферой. В результате топливо вылетает не в атмосферу, а в эту коробку, и на следующем такте снова засасывается в двигатель. Таким образом удается сохранить большую часть вылетевшей смеси, но не всю. Некоторое количество все равно улетает наружу. Поэтому у владельцев «Рыси» и «Тайги» возникает гораздо меньше проблем с грязью вокруг карбюратора. Но, эта грязь все равно есть, хотя ее и не так много как на на «Буране».

Если во впускном тракте установлены лепестковые клапана, то картина движения топливной смеси кардинально меняется. И это отражено на втором мультике. При движении поршня вверх, клапана открываются, и топливная смесь точно так же попадает в картерное пространство. Но, при движении поршня вниз, клапана закрываются, и почти вся смесь остается в картере. Выброса смеси в атмосферу практически не происходит и потерь не возникает. Вокруг карбюратора чисто.

Естественно, я описал идеальную картину. На практике все происходит не совсем так, но основная суть остается неизменной. Ну, на пример, любые лепестки имеют определенную массу, и они не могут открываться и закрываться мгновенно. Это приводит к тому, что на малых и средних оборотах все происходит действительно так, как показано в анимашках, но на больших оборотах клапана не закрываются полностью и остаются приоткрытыми. Другой момент – у лепестков есть определенные резонансные свойства, которые изменяют поведение лепестков в зависимости от частоты вращения двигателя. Ну и так далее. Я не хочу углубляться в теорию работы лепестковых клапанов, тем более что здесь это совершенно не нужно. Владельцу снегохода гораздо интересней практические результаты, и один из таких результатов однозначно показывает – лепестковые клапана экономят топливо на малых и средних оборотах двигателя! Это подтверждено практикой! И это заметно в любом случае, но особенно заметно при буксировке груза, когда двигатель большую часть времени работает на средних оборотах.

2) Клапана увеличивают мощность двигателя на малых и средних оборотах. Думаю, совершенно очевидно, почему это происходит – благодаря клапанам, в картер, а за тем и в цилиндр попадает больше смеси. То есть, после установки клапанов, в цилиндр попадает и та смесь, которая попадала туда всегда, и та, которая раньше вылетала в атмосферу. Это одинаково справедливо как для «Бурана», так и для «Рыси» и «Тайги», поскольку тут глушитель шума впуска уже ни на что не влияет.  На практике эффект очень заметен, особенно если приходится буксировать груженые нарты. При одинаковом нажатии на курок газа, снегоход с клапанами тянет их ощутимо лучше, чем обычный снегоход.

3) Клапана повышают приемистость снегохода. Это является прямым следствием предыдущего пункта – увеличения мощности. В частности, «Буран» с клапанами при резком нажатии на курок газа, начинает «рвать из под себя», задирая нос кузова, и как будто пытаясь сбросить водителя. У «Тайги» эффект аналогичный. Насколько это полезно -  судить не берусь. Но то, что это приятно и нравится всем – это точно!

4) Клапана обеспечивают устойчивый холостой ход. Режим холостого хода – это всегда самые низкие обороты, на которых работает двигатель. И именно на этих оборотах эффект выплевывания смеси, описанный в первом пункте, выражен наиболее ярко. При этом, с точки зрения газодинамики, на низких оборотах параметры смеси является наиболее нестабильными. В результате, при каждом движении поршня, в картер попадает разное количество смеси, и это приводит к неровной работе двигателя – он трясется, вибрирует, у него плавают обороты, и все это очень хорошо заметно на слух. С клапанами все становится значительно лучше, поскольку при каждом движении поршня в картер начинает попадать более точное и одинаковое количество смеси. На практике разница чувствуется сразу.

5) Клапана облегчают запуск двигателя. Ну, тут тоже все просто: запуск двигателя всегда производится на самых низких оборотах, которые еще ниже чем холостой ход. Ну, а в этом случае эффективность клапанов максимальная! Если в цилиндры поступает увеличенная и стабильная порция смеси, то, конечно же, такой двигатель заводится лучше! Или, как еще любят говорить – «с пол тыка». Думаю, что  никто не станет спорить, что это хорошо!

Представленные пять пунктов описывают основные преимущества применения лепестковых клапанов. Возможно, есть и другие преимущества, но эти пять – основные.

Лепестковые клапана – хорошая вещь. А у любой хорошей вещи, помимо достоинств, всегда есть еще и недостатки. Хоть это и продающий сайт, но об этом тоже надо сказать, иначе будет нечестно с моей стороны.

Лично мне известно три основных недостатка, которые, впрочем, никак не омрачают описанных выше достоинств:

1) При установке лепестковых клапанов требуется перенастраивать карбюратор. Если двигатель изначально не был рассчитан на работу с клапанами, то их установка приводит к изменениям  газовоздушных характеристик впускного тракта, и это отражается на качестве топливной смеси. На пример, на «Буране», если просто поставить клапана и ничего не менять в карбюраторе, получим богатую смесь на холостом ходу и бедную на режимах средней и большой мощности. Но, эта проблема решается очень легко, просто нужно поставить «правильные» жиклеры (главный топливный и холостого хода), и подобрать положение иглы по цвету нагара на свечах. О том, какие нужны жиклеры, и как регулировать положение иглы, я подробно напишу в следующих статьях.

2) Лепестки со временем могут разрушиться и попасть в цилиндры, наделав там «делов». Да, теоретически они действительно могут разрушиться и попасть в цилиндры, но вот наделать там  «делов» – не могут. Говоря это, я имею в виду современные лепестки, изготовленные из современных и качественных материалов (именно такие, и только такие предлагаются к продаже здесь, на ОмПрофи). На заре двигателестроения в качестве материала лепестков использовались различные «пружинящие» металлические сплавы, в частности – фосфористая бронза. Срок службы таких лепестков был невелик, а твердость довольно высокая. Поэтому, при их обрыве и попадании в двигатель, действительно можно было получить все что хочешь – вплоть до задиров на стенках цилиндров. Впоследствии, вместо металлов, начали использовать тонкий стеклотекстолит, который обладал большей гибкостью и меньшей твердостью, от чего проблем с попаданием лепестков внутрь стало значительно меньше. Сейчас, для изготовления лепестков используют различные материалы, начиная от специально созданного для этих целей стеклотекстолита и кончая полимерами и материалами на основе карбона. Современные лепестки обладают очень низкой твердостью, и практически не могут повредить металлические элементы двигателя. К тому же они гибкие и легкие, что обеспечивает очень длительный срок их службы. Вероятность обрыва – крайне низка. Если бы это было не так, то никто из именитых производителей (Bombardier, Yamaha, Polaris и другие) не стал бы применять их в своих снегоходах. А во всех современных иностранных снегоходах лепестковые клапана применяются сплошь и рядом, и отказов по ним крайне мало. Кстати, все клапана, предлагаемые здесь, на OmProfy.ru, созданы на основе фирменных клапанов от иностранных снегоходов…

3) Лепестковые клапана повышают максимальное давление внутри картера и увеличивают нагрузку на сальники коленвала. Да, действительно, давление возрастает, хотя и не сильно. При этом увеличивается нагрузка на сальники коленчатого вала. Если эти сальники качественные и установлены правильно – проблем не возникнет. Если сальники старые и с трещинами, то трещины могут начать увеличиваться и в конце концов сальник может потерять свою герметичность. Если сальник нормальный, но плохо закреплен – он останется целым, но от повышенного давления его может выдавить (со всеми возникающими отсюда неприятностями). Но! Повторю еще раз! Если сальники качественные и установлены правильно – проблем не возникает! А если нет, то эти проблемы рано или поздно все равно возникнут, хоть с клапанами, хоть без них! Чтобы не было проблем – нужно содержать двигатель в надлежащем состоянии, только и всего. И весь этот сайт, собственно, ради этого и задуман.

Применительно к «Бурану», все проблемы с сальниками коленвала можно решить кардинально, раз и навсегда, убрав штатные сальники, и установив вместо них обоймы с сальниками от полуосей автомобилей ВАЗ. Эти обоймы есть в магазине ОмПрофи, и им в скором времени будет посвящена отдельная статья.

Это все, что я могу сказать про недостатки. Никаких других существенных недостатков применения лепестковых клапанов на двухтактных двигателях мне не известно. Если вы можете добавить что-либо еще, и у вас есть желание об этом сказать – можете смело высказываться в комментариях к этой статье. Думаю, это будет интересно и полезно всем! Ну а я повторюсь еще раз – достоинств у лепестковых клапанов гораздо больше чем недостатков!