СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ КЛАПАНОВ В АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Инженеръ Б. Лобачъ-Жученко

В настоящей cтатьe, служащей продолжением аналогичного очерка, помещенного в последних номерах нашего журнала за 1910 г., будут разобраны различные системы газораспределения в автомобильных двигателях, причем главным образом будет обращено внимание на сложные золотники

[от редакции "Двигателя-2005": упомянутый очерк также разыскан и готовится к печати].

Двойные клапана

Каждый клапан имеет форму цилиндрического поршня; внешний клапан имеет диаметр, равный диаметру цилиндра, и набивочные кольца: одно вверху, другое внизу. Окна в нем расположены следующим образом: одно сбоку справа, сообщается с выпускным пролетом, другое наверху слева, сообщается со впускным пролетом. Внутренний клапан делается подобно внешнему, с набивочными кольцами, или без них, или в виде плоского диска. Приведение обоих клапанов во вращение от зубчатого привода ясно из рисунка.

 

 

 

 

Цилиндрические золотники (вращающиеся рубашки)

Отличие цилиндрических золотников, употребляемых в бесклапанных двигателях внутреннего сгорания от таковых же, употребляемых в паровых машинах, состоит в том, что у двигателей не устраивается особых золотниковых коробок, а цилиндрический золотник представляет собою втулку или рубашку, помещающуюся или внутри цилиндра или в его крышке.
В представленном устройстве золотниковая втулка облегает концентрично камеру сгорания и имеет не винтовой привод, а цилиндрический зубчатый. При этом устройстве лучше охлаждаются органы распределения, но длина двигателя, особенно при нескольких цилиндрах, увеличивается.

На обоих указанных рисунках движение золотника - вращательное, а не прямолинейно-возвратное, как у паровых машин. Видно, что золотник представляет собой в то же время рабочую часть цилиндра (рубашку), в которой работает поршень, она получает вращение от винтового зубчатого колеса, насаженного на ней и сцепленного с бесконечным винтом. Окно расположено наверху. Внизу для уменьшения работы трения и веса положены шарики.

Для рассматриваемого двигателя объем камеры сжатия составляет 25 %. Часть хода поршня, ему соответствующая, равна 2" и высота окон равна 13/4". Наибольшая площадь впускного клапана на внешней стороне цилиндрического золотника будет составлять 4,3 кв. дюйма.

Треугольная форма окон цилиндрических золотников

У всех двигателей, у которых золотник имеет постоянную скорость вращения, окна в золотниках делаются треугольными, так как здесь имеют место те же соображения, как и при проектировании паровых машин с цилиндрическими золотниками; тем более, что относительная скорость цилиндра и золотника у двигателей гораздо больше. Золотниковые втулки не делаются плотно входящими в цилиндр, но оставляется некоторый зазор для смазки: обыкновенно золотниковые втулки снабжаются набивочными кольцами.

 

 

Энергия, требуемая для вращения клапанов и золотников

Золотниковые втулки, если имеют достаточную смазку и вращаются на шариках, поглощают весьма мало энергии, особенно при устройстве, где отсутствует работа трения поршня. Системы двойных клапанов, один в другом, рассмотренные раньше, поглощают очень много энергии на свое вращение в момент взрыва, ибо развивающееся тогда сильное давление прижимает их к седлу и к друг другу, чем и вызвано значительное трение.

Избыток энергии, требующийся при этом, даже может быть приблизительно определен следующим образом: для двигателя в 10 тормозных сил с 1000 обор. в минуту работа сил трения будут составлять 0,525 силы.

Двойные клапана, установленные один в другом, поглощают вдвое более энергии или около одной силы.

В предыдущих вычислениях коэффициент трения принимался всего равным 0,1, считая что смазка будет происходить вполне удовлетворительно; но и при этом вращающиеся клапана, помещенные непосредственно во взрывной камере, поглощают при своем вращении много работы и потому крайне желательно уменьшить это вредное сопротивление.

В некоторых старых двигателях с этой целью применено устройство, состоящее из двойного уравновешенного клапана из двух дисков, причем в верхнем расположено впускное окно, а в нижнем - выпускное.

Эта конструкция на практике не может считаться удовлетворительной; так, в виду расширения материала от теплоты, расстояние между клапанными гнездами в цилиндре будет всегда отличаться от расстояния между фасками самих клапанов и таким образом никогда не будет достигнуто плотное прилегание клапанов к своим гнездам.

Клапанные гнезда, положение которых можно регулировать, также не помогают делу, ибо тут главную роль играет температура, которая в двигателе меняется: и если в один из моментов клапанные гнезда были установлены так, что прилегание было плотно, то в другой момент, при иной температуре, оно снова нарушится.

Газораспределение кранами

Газораспределение кранами совершается узким сквозным ходом крана, сообщающим по очереди внутренность цилиндра с выпускными и впускными пролетами. При впуске на 210° пути мотыля, впускная кромка крана проходит дугу в 26,25°, а при выпуске на 225° пути мотыля - дугу около 30°.

Для двигателя с цилиндром диаметром 5", диаметр крана будет около 3" и высота окна клапана - 4". Наибольшая площадь впуска будет равна 2,75 кв. дюйм, или на 25 % больше, чем с клапанами.

Пробки таких распределительных кранов обыкновенно делаются цилиндрическими, а не коническими, во избежание заедания; имеют с боков по подшипнику и входят на свое место с некоторой слабиной, обеспечивающей проникание смазки; для газонепроницаемости они обыкновенно на концах снабжаются набивочными кольцами.

Карбюрированная смесь, проходя сквозь горячую пробку крана, нагревается и расширяется, что помогает испарению частиц, оставшихся еще жидкими, но количество (весовое) всасываемой смеси уменьшается, следовательно, уменьшается и мощность.
Недостатки конструкции могут быть избегнуты устройством в пробке крана двух отдельных пролетов для впуска и выпуска. При этом впускной пролет будет оставаться постоянно холодным, а выпускной - горячим, что вызывает неравномерные деформации в пробке крана и затрудняет ее правильную пригонку.

Простой вращающийся золотник

Такой золотник при своем вращении поочередно сообщает цилиндр с впускным и выпускным пролетом, подобно обыкновенному коробчатому золотнику. Скорость вращения - половинная против коленчатого вала в четырехтактном двигателе.

Дуга, соответствующая впускному окну = 52,5°, а площадь впускного окна = 3,5 кв. дюйма.

За неудобство этой конструкции можно считать то, что выгнутая полость золотника остается в сообщении с цилиндром в периоды сжатия и рабочего хода и таким образом создает увеличение объема цилиндра, нежелательное в эти периоды.

Это неудобство отчасти избегнуто в другой конструкции. Здесь у плоского вращающегося золотника сделано два отдельных наклонных пролета до впуска и выпуска, не остающихся в одной плоскости и не сообщающихся с цилиндром в одно и то же время.

Была предложена также конструкция двойного распределительного крана, из которого одна пробка вращается внутри другой в противоположную сторону и со скоростью в четыре раза меньшей, чем у коленчатого вала. Он имеет два совершенно отдельных канала для впуска и выпуска с площадью окна 3,1 квадр. дюйма каждый. При надлежащем охлаждении и смазке эта конструкция дает вполне удовлетворительные результаты.

Рассмотренные конструкции, а также двойные клапана, состоящие из двух вращающихся дисков, имеют также тот недостаток, что при них регулировка двигателя изменением момента вспышки возможна только в крайне узких пределах.

(Продолжение в следующем номере).

[Подготовка к печати - Андрей Червяков, к.т.н.]