Вращающийся золотник на впуске.

[ЯСВ]

С давних-давних пор раздумываю над системой ГРМ, обеспечивающей максимальное наполнение цилиндров. В большинстве случаев конструкции таких систем - сложные и высокоточные, мне же хотелось простую, доступную вплоть до любительского изготовления. В итоге появилась простая конструкция, настолько простая, что давно известна. Но почему-топочти не применяется. Вот я и думаю - а может всё же стоит применить?
 Конструкция разрабатывалась для четырёхтактного ДВС, продвигаясь, так сказать, в направлении от сложного к простому. В итоге она оказалась больше подходящей к двухтактному двигателю. И давно применяется на них. А потому "рассказ" начну с конца, если можно так выразиться.
 1. Классическая система газораспределения поршнем для простых 2-х тактных двигателей с симметричными фазами газораспределения (см. рис.1). Недостатки: - небольшой эффективный (по крутящему моменту и удельному расходу топлива) диапазон работы двигателя. Он связан со значительной зависимостью наполнения цилиндра топливной смесью от оборотов двигателя: хорошее наполнение имеется в небольшой зоне оборотов (приблизительно в зоне максимального крутящего момента), вне этой зоны наполнение падает, и чем дальше от зоны, тем сильнее падает (см. рис.1.3). Связь наполнения цилиндров с фазами газораспределения такова: чем шире фазы газораспределения (сумма углов открытия и закрытия впускных окон), тем на больших оборотах достигается наилучшее наполнение и Мкр. В связи с этим существует разделение: 1 - тихоходные моторы с небольшими фазами: у них первоочередное требование к высокой "тяге" в зоне низких-средних оборотов; 2 - быстроходные с большими фазами: для получения максимально возможной мощности за счёт максимально возможных оборотов;  3 - так называемые универсальные "среднеходные" со "средними"  фазами - как компромисс между первыми и вторыми: "достаточный момент" в сочетании с "достаточной мощностью".
 2. Система газораспределения с несимметричными фазами (см. рис.2). В качестве примера возьмём многоизвестный велодвигатель Д-4 (5;..., он же "Дешка", он же "газулька", с оригинальной системой газораспределения - с помощью цилиндрического вращающегося золотника (рис.2). Конструктивно он оригинален тем, что золотник одновременно является элементом коленвала (цапфой). Данная схема позволяет получить так называемые несимметричные фазы газораспределения, что для данного двигателя (без КПП) является насущной необходимостью, т.к. позволяет получить хорошую тягу на "низах" и приемлемую мощность на "верхах". Однако, как любая система с фиксированными фазами газораспределения, данная также имеет удовлетворительные характеристики (Мкр., низкий удельный расход, ...) в "типовом" небольшом диапазоне оборотов, что связано с плохим наполнением  цилиндра топливо-воздушной смесью вне "хорошего" диапазона. Однако несложная доработка устройства позволит улучшить наполнение. Нужно только для каждого режима найти фазы газораспределения с максимальным наполнением цилиндра и ввести устройство для изменения этих фаз в зависимости от оборотов (и нагрузки). Устройство может быть как с ручным, так и с автоматическим управлением (что, разумеется, предпочтительнее).
 Теперь по конкретной (принципиально) конструкции. В конструкцию типа Д-4,... ввести автоматическое устройство практически не реально: и места нет, и - главное - требуемые мизерные зазоры не обеспечить. Остаётся вынести устройство отдельным узлом, в котором и автоматическое устройство не трудно разместить.
 Что в итоге получаем.
На малых оборотах должны быть фазы, при которых впуск заканчивается близко к НМТ - как на тихоходных двигателях; при больших оборотах впуск заканчивается значительно позже НМТ (как на быстроходных), во всех случаях имеем высокий, а точнее - максимально возможный коэффициент наполнения (Кнап.). В "переводе" на Д-4,... получаем ещё большую тягу на "низах" - вплоть до оборотов холостого хода, и увеличенную мощность на "верхах"; такой двигатель однозначно подойдёт как идеальная "газулька" для мопедов/мотовелосипедов. Кстати, улучшение конструкции применительно к "Дешке" будет и вот ещё в чём: вход воздуха в отверстие золотника в Д-4 имеет плохую аэродинамику (рис.2.4), в предлагаемой конструкции - гораздо лучше (рис.2.5).
 3. Второй вариант конструкции для двухтактника (рис.3): оставить распределение поршнем и добавить распределение цилиндрическим золотником. Это чем-то напоминает использование обратного клапана на впуске (обычно пластинчатого, или - как чаще его называют - лепесткового), без его недостатков вроде увеличенного сопротивления движению воздушного потока. Фазы распределения поршнем, как и при лепестковом клапане, необходимо увеличить, фазы распределения золотником подбираются по максимальному наполнению.
 Данная конструкция наиболее подходящая как для доработки существующих моделей (минимум переделок в самом двигателе: добавить отдельно изготовленный блок с золотником и привод золотника от коленвала (зубчатым ремнём, скорее всего)), так и для нового проектирования.
 4. Другой вариант конструкции для двухтактника (рис.4): исключить распределение поршнем и использовать только распределение цилиндрическим золотником. Золотник при этом должен иметь минимальные зазоры, исключающие прорыв воздуха обратно во впускной канал. Гидравлические (в смысле - аэродинамические) потери здесь будут меньше за счёт исключения окна, перекрываемого поршнем.
 5. Основной недостаток: чем больше цилиндров в двигателе, тем сложнее сделать золотник с приемлемым по сопротивлению трактом. Потому наиболее подходящие конструкции - 1-но и 2-х цилиндровые, наиболее удачная - оппозитный 2-х цилиндровый 2-х тактный, у которого один золотник работает на впуск в общую кривошипную камеру (по схеме на рис.3).
 6. Вместо вращающегося золотника можно использовать качающийся. Привод для него сделать сложнее.

Для чего пишу: хотелось бы проверить данную конструкцию в деле.

[ЯСВ]

+

[ЯСВ]

+

[ЯСВ]

+

[Android]

Такая система используется в советских авиамодельных двигателях КМД - 2.5, РАДУГА и др. Роль карбюратора там как раз осуществляет вращающийся золотник. Он и обеспечивает наполнение цилиндра смесью. Но есть и недостатки: большой расход топлива и трудность регулировки.

Жаль схемы и фоток потрохов нет. Там все наглядно.

[Android]

А в чем принципиальное отличие варианта 4 от 2, только в переносе золотника с коленвала в другое место? Фазы то взависимости от оборотов остались неизменяемыми.

Во 2-ом случае, как и в моторе КМД - золотник сидит на коленвале. Углы, зазоры и фазы там не изменяются. Там поможет только напильник и крепкие нервы. Чуть ошибся - выкинул золотник.

4-ый случай дает больший диапазон регулировок. Если привод от коленвала к золотнику будет, например, цепной, то можно менять ведомые и ведущие звезды, крутить сам золотник относительно звезды. Такой подход гораздо лучше. Уж я то знаю. В авиамодельных чахотках такого нет, и это плохо. Все регулировки заключаются в подкручиванию иглы топлива и винта компрессии. Двигатель получается капризный.

[stoneracer]

А вот про менять звезды, по подробней. Как это Вы собираетесь менять скорость вращения "распредвала" относительно колена?
КМД работает на одних оборотах, завел настроил и полетел, ему диапазон оборотов не нужен. в отличии от мопеда/мотоцикла.

[Squish]

Ну примерно так делают. http://wimlex.no-ip.com/forumpics/wegraceforum/fotoalbum/Retro/Dutch%20TT%20Assen%202008/slides/100_0075.jpg

[ЯСВ]

А в чем принципиальное отличие варианта 4 от 2, только в переносе золотника с коленвала в другое место? Фазы то взависимости от оборотов остались неизменяемыми.

Повторю:
...
Что в итоге получаем.
На малых оборотах должны быть фазы, при которых впуск заканчивается близко к НМТ - как на тихоходных двигателях; при больших оборотах впуск заканчивается значительно позже НМТ (как на быстроходных), во всех случаях имеем высокий, а точнее - максимально возможный коэффициент наполнения (Кнап.). В "переводе" на Д-4,... получаем ещё большую тягу на "низах" - вплоть до оборотов холостого хода, и увеличенную мощность на "верхах"; такой двигатель однозначно подойдёт как идеальная "газулька" для мопедов/мотовелосипедов. Кстати, улучшение конструкции применительно к "Дешке" будет и вот ещё в чём: вход воздуха в отверстие золотника в Д-4 имеет плохую аэродинамику (рис.2.4), в предлагаемой конструкции - гораздо лучше (рис.2.5).
 Т.е. золотник РЕГУЛИРУЕМЫЙ по углу г/распределения и на любом режиме позволяет получить МАКСИМАЛЬНО возможное наполнение, Мкр. и N. См. рис.3.2, верхняя (розовая) кривая, а также см. остальные графики по наполнению цилиндров.

А что мешает сделать поворот золотника на коленчатом валу? Это не сложнее изменения шага автационного винта. Например, сделать втулку золотника Д6 с зазором относительно картера, добавив фторопластовые уплотнительные кольца, регулировку смещения фазы червяком. Единственное преимущество отдельного - большее проходное сечение по сравнению с цапфой и возможность сделать более прямые каналы.

Умнейший человек.
Я не пишу и не прикладываю рисунки/чертежи, пока разговор про идею, если есть смысл, если кто-то захочет что-то сделать, тогда с ним и имеет смысл разговаривать.
Повторю ещё и вторую мысль: двигатель с таким золотником будет идеальным как "газулька", т.е. без КПП. Тянуть будет почти с ноля.

[ЯСВ]

А чем он регулируется? Кроме диаграм ничего не видно.

 Два варианта.

1. Поворачивается втулка с впускным окном. Это просто, даже очень просто. Представьте Дешку, в которой между цапфой (с впускным окном) и корпусом стоит втулка, поворачивающаяся, например вручную. На малых оборотах впуск заканчивается вблизи НМТ, тяга - ломовая. Увеличиваются обороты - втулка поворачивается и впуск заканчивается уже на десяток градусов позже, чем на малых оборотах. А уж на больших оборотах впуск может заканчиваться и на страшно поздних углах, как на гоночных моторах.

2. В приводе золотника ставится промежуточный элемент, типа фазовращателя в автомобильном двигателе. Скорее всего это будет центробежный автомат.

Вот пример для двухцилиндрового 2-х тактного оппозита, который мне больше всего нравится:

[stoneracer]

Идея-то понятно и не нова

А это  Дедушке - Давняя мысль об изменяемом впуске, ну понятно, что это "принципиальная" схема диска золотника.

А вот как это исполнить  в металле, вот в чем вопрос.

[ЯСВ]

 У дискового золотника имеются свои проблемы - по осевым зазорам, толщине и пр. (можно найти в истории двигателя мотоцикла MZ с таким золотником). У цил-го золотника зазоры можно сделать мизерными, что считаю большим плюсом.

[stoneracer]

Весь вопрос в том, что называется "центробежный автомат" , понятно, что это что-то типа трамблерной центробежки, но если бы нашел способ её туда вживить, давно бы это сделал, а пока только так


Есть ещё вариант развернуть на золотнике фазы по максимуму, а перед ним поставить мягкий лепесток, который будет работать на малых оборотах, а на верхах зависнет открытым.
И в чем проблема сделать минимальный зазор между дисковым золотником и картером, в дешку дисковый золотник Дедушка ставил, только на фотографии не колется.

[Кургузов Роман]

Спасибо.

Мою загогулину вы наверно видели - двух этажный золотник . Чем её вертеть под низкие или высокие я не думал.





Смысл 2 этажа - дополнительная пропускная способность через подшипник.

[stoneracer]

Разбираясь в Дедушкиных мануалах, вспомнил про существование разборного вала Д-4 и...
Кроме изменения фазы впуска с увеличением оборотов двухтактники, так же любят увеличение фазы выпуска.
Существуют так называемые мощностные клапана, открывающие дополнительные окна расположенные выше штатных выпускных, при увеличении оборотов. Если неподвижные груза на коленвалу заменить на центробежные раздвигающиеся ими можно управлять этим клапаном.


 
А с другой стороны (правой) вместо груза изготовить аналог трамблерной центробежки, вращающей дисковый золотник.
При ювелирном исполнении места в дешке может и хватить. И внешний облик мотора при этом сохранится.


Вот бы ещё кто-нибудь, из пиливших окна со смещением фаз, высказался про желаемые углы и обороты.