Потужні клапани - Мої статті - Каталог статей - MYMADMOTO KDX200SR
Максим СУХАНОВ, Ростовська обл., м. Новочеркаськ
Зараз у мотоциклістів на руках повно кросачів та ендуро минулих років із 2-тактними моторами. І у багатьох від старості не працює клапан потужності. Часто власники не тільки не розуміють, як він влаштований, а й навіщо він потрібен взагалі – і ці просто викидають цей механізм. І дуже дарма – дуже корисний вузол.
Щоб збільшити потужність 2-тактного двигуна, зберігши при цьому великий момент, що крутить, в широкому діапазоні оборотів, конструктори за допомогою різних хитрощів позбавляються симетричності фаз його газорозподілу.
У системі випуску резонатор налаштовують так, щоб хвиля високого тиску, відбита від його стін, поверталася до випускного вікна в момент, коли всі гази, що відпрацювали, вийшли з циліндра у вікно, і перегороджувала шлях свіжої бензоповітряної суміші. Так налаштовують мотор на режим максимальної потужності або максимальний момент двигуна, що крутить. Але в інших режимах двигун працює гірше, ніж до налаштування. Щоб він став "гнучким", на рубежі 70-80-х років у конструкціях спортивних моторів стали застосовувати потужні клапани. Існує кілька конструкцій, але у всіх одне завдання – підлаштовувати випускну систему під різні режими роботи двигуна.
Конструктори фірми Konig не стали мудрувати. На спортивні човнові двигуни встановили резонатори, довжину середньої частини яких можна змінювати в межах від 28 до 35 см. При мінімальній довжині потужність двигуна становить 82 к.с. при 9000 об/хв, при максимальній - 67 к.с. при 7500 об/хв. Але при 7000 об/хв "подовження" труби піднімає потужність з 52 до 65 к.с! Саме в цьому режимі механізм розсуває резонатор. Все начебто просто. Насправді ж цей пристрій дуже громіздкий і важкий, а виготовити йоготак, щоб деталі не клинили і не пропускали назовні гази, що відпрацювали, дуже складно.
Потужний клапан YPVS від компанії Yamaha - циліндричний золотник, що обертається. Він розташований горизонтально, одразу за випускним вікном. При зменшенні обертів коленвала він частково перекриває випускний канал і створює ефект, ніби вікно стає нижчим. В результаті двигун працює так, ніби кут відкриття випускного вікна скорочується з 200 ° до 160 °. У міру закриття золотника максимум моменту, що крутить, зміщується в бік низьких оборотів.
Запитайте, який ефект? Ось показники одного із спортивних моторів Yamaha випуску 1980 року. Зі вільним випускним каналом він розвинув 120 к.с. при 11000 об/хв, досягаючи максимального моменту, що крутить, при 9000 об/хв. Коли золотник закритий, пік потужності переміщається до 10000 об/хв, а максимальний момент, що крутить, - до 8000 об/хв. Але при цьому на малих і середніх оборотах величина моменту, що крутить, зростає більш ніж на 30%! У менш форсованих «цивільних» двигунів золотник зазвичай починає плавно відкриватися після 4000 об/хв і повністю звільняє випуск при 7000 об/хв. 500-кубові мотоцикли цієї фірми, обладнані потужними клапанами, багато разів перемагали у гонках Гран-прі – саме завдяки чудовій динаміці розгону. Цивільні версії цього пристрою встановлювали на Yamaha 250 LC YPVS, 350 LC YPVS і 500 LC YPVS.
Конструкція YPVS передбачає два варіанти управління золотником: механічний TZ - коли на зміну частоти обертання коленвала реагує відцентровий механізм з грузиками і повертає золотник тягою, а також RD, у якого електроніка визначає частоту імпульсів системи запалення та віддає команди крокового електродвигуна, який пересуває золотник тросом.
Потужний клапан Honda (АТАС): 1 – вікно резонансної камери; 2 – клапан АТАС; 3 – важіль; 4 – пружина; 5 - керуючий вал; 6 – ролик; 7 – вал системи АТАС; 8 - колінчастий вал; 9 - відцентровий автомат, одночасно керуючий АТАС та кутом випередження запалення.
На відміну від «плавного» YPVS, система АТАС фірми Honda діє східчасто. Її клапан відкриває прохід із випускного каналу в резонансну камеру, і величина, на яку він відкритий, впливає на роботу двигуна набагато менше, ніж YPVS. Зі збільшенням частоти обертання коленвала кульки керуючого механізму на коленвалі під дією відцентрової сили переміщаються в канавках і тиснуть на диск, який через систему важелів закриває клапан. При цьому змінюється налаштування вихлопної системи і, як наслідок, максимуми потужності і моменту, що крутить, зсуваються у бік високих оборотів.
У системи Suzuki Automatic-Exhaust-Control-System (SAEC) спортивного мотоцикла RG500 (також ТХ250Х тощо) прохід у резонансну камеру перекриває поворотний золотник. Він, як і клапан системи АТАС, впливає на роботу двигуна східчасто. У ранніх конструкціях золотник повертав відцентровий регулятор. Пізніше його замінив кроковий електродвигун, яким керує датчик на колінчастому валу. Замість громіздкої системи тяг конструктори встановили трос. Той та інший варіанти спрацьовували при 7000 об/хв.
У системі Kawasaki-Integrated-Power-Valve-System (KIPS) відпрацьованими газами управляють два маленькі циліндричні золотники, розташовані вертикально у двох додаткових випускних каналах. Їх обертає відцентровий автомат, який заразом регулює момент випередження запалення. На високих оборотах золотники не заважають газам, що відпрацювали, надходити з циліндра в глушник. При зниженні обертів вони перекривають бічніканали і направляють частину газів, що відпрацювали, з центрального каналу в загальну резонансну камеру - і налаштування випускної системи змінюється.
Потужний клапан Kawasaki (KIPS): 1 - основний випускний канал; 2 – додаткові випускні канали; 3 – резонансна камера; 4 – золотники. Зліва – робота клапана на високих оборотах, праворуч – на низьких.
Всі ці системи – механічні та електричні – хоч і небагато, але відбирають потужність у двигуна. Інженери фірми Rotax, що придумали пристрій під назвою Rave, надійшли хитріше - скористалися дармовою енергією газів, що відпрацювали: тиск у глушнику пропорційно навантаженню на двигун, значить, його можна залучити для управління потужнісним клапаном! Відпрацьовані гази під тиском надходять у камеру клапана (див. малюнок) і, долаючи силу пружини, піднімають заслінку. Канал, що з'єднує камеру і випускну систему, тонкий - тому коливання тиску у випускного вікна згладжуються. Ця система хороша ще й тим, що клапан реагує не тільки на обороти двигуна, а й на величину навантаження двигуна. Чим більше відкрита дросельна заслінка і що вище обороти двигуна, то більшу потужність розвиває мотор. А значить, тим більший тиск у випускному каналі і тим ширше відкриється потужний клапан. Різниця тиску біля випускного вікна велика. Порівняйте: 6,2 атм. при максимальному моменті, що крутить, і 4,4 атм. при 4000 об/хв! Причому найбільше різке збільшення починається після 7000 об/хв. При менших обертах заслінка перекриває випускне вікно на 20%.
Система виявилася дуже ефективною, тому її багато років застосовували в мотокросі. 125-кубові мотори розвивали 32 л. при 11700 об/хв - начебто, небагато. Але цієї потужності супроводжував неймовірний для такого робочого об'єму крутниймомент: 17,2 Н.м при 9000 об/хв!
Усі вищеописані системи суттєво покращили показники двотактних двигунів. Але їм були притаманні й недоліки, з якими конструктори до кінця так і не впоралися: витрати потужності на керування клапанами (крім Rotax Rave) виявилися занадто великими, щоб на них не звертати уваги. Основна причина того, що золотники та заслінки рухалися туго, а іноді й клинили – нагар. Позбутися його не допомогли навіть найсучасніші олії. Розробники системи YPVS з електронним управлінням запрограмували «мозки» так, щоб щоразу при включенні запалення золотник кілька разів повертався туди-сюди, щоб зіскребти нагар, що відклався на його тілі. Потужні клапани клинили ще й через сильну деформацію деталей клапана при нагріванні. Особливо сильно перекошувало механізм двоциліндрових двигунів. Щоб вали різних циліндрів не завмерли намертво після хорошого прохоплення, їх з'єднували через муфту.
Але ось що найважливіше: потужнісний клапан ефективний тільки на форсованих моторах, чим вищий рівень форсування - тим більший ефект. З вітчизняних двигунів тільки у «Іж-ПС» і, можливо, у «Іж-Ю4» після установки такого пристрою можуть стати кращі характеристики, та й те, якщо їх обладнати добре налаштованою випускною системою. І ось тепер резюмуюча відповідь на запитання читача: прибудовувати потужний клапан до «Іж-П5» - безглузда витівка.
Потужний клапан Rotax (Rave): 1 - камера клапана; 2 – гнучка мембрана; 3 – пружина; 4 – заслінка; 5 - канал, через який тиск надходить у камеру клапана.