Картер-насос

Картер действует как насос, всасывающий свежую топливную смесь при ходе поршня вверх, и толкает ее в перепускные каналы при ходе вниз.

Эскиз пружинного уплотнительного кольца с двойной кромкой. При монтаже не забудьте смазать солидолом поверхность между двумя кромками, чтобы обеспечить его долговечность.

1 – внутренняя кромка; 2 – наружная кромка; 3 – пружина; 4 – солидол; 5 – документ фирмы YAMAHA

Так как развиваемая двигателем мощность прямо зависит от количества поданной в цилиндр смеси, на двухтактном гоночном двигателе конструкторы стремятся добиться особой эффективности насоса. Герметичность картера должна быть очень хорошей, что в наше время уже не вызывает никаких проблем, если речь не идет о долговечности пружинных уплотнительных колец в высокооборотных двигателях. Пружинные уплотнительные кольца с двойной кромкой повышают долговечность. Модели с кромками из витона отличаются особой прочностью.

Минимальный объем картер имеет в нижней мертвой точке. Этот объем называется мертвым объемом. Его следует выбирать разумно, то есть в большинстве случаев он должен быть минимальным.

Последнее соображение заслуживает более подробного рассмотрения. При одном и том же рабочем объеме, чем меньше будет мертвый объем картера, тем больше будут, сначала, разрежение, затем – предварительное сжатие в картере, как показывает следующая диаграмма.

На самом деле, эти величины не соответствуют действительности, так как они не учитывают открытие окон на части хода поршня. Статическое рассмотрение не учитывает также инерцию газов во впускном канале и в перепускных каналах. Это не умаляет того факта, что уменьшение мертвого объема картера увеличивает значения давления и разрежения.

Выгода от сильного разрежения и предварительного сжатия в картере различна в зависимости от режима оборотов двигателя. Понять это нам поможет пример двух случаев.

Если двигатель работает очень медленно (обороты почти нулевые), время для поступления свежей газовой смеси в цилиндр очень велико, скорость газов очень мала, и их инерция в расчет не входит. В этом случае, каков бы ни был объем картера, перемещение поршня в двигателе 100 см³ соответствует объему поступившей газовой смеси, равному 100 см³, и на степень предварительного сжатия в картере не оказывает никакого влияния.

Если, напротив, двигатель работает очень быстро, времени для поступления газовой смеси очень мало. Следовательно, чтобы подать смесь в картер, ее нужно очень быстро ускорить, и тогда уже нельзя пренебрегать ее инерцией. Тогда становится особенно выгодно иметь сильное разрежение в картере, которое сильнее всасывало бы газовую смесь и обеспечивало бы быстрое ускорение газового столба во впускном канале.

Следовательно, выгода от повышенной степени предварительного сжатия в картере возрастает с увеличением рабочих оборотов двигателя. Тем не менее, предыдущий пример дает повод полагать, что увеличение этой степени может только полезным или, в худшем случае, бесполезным.

1 – верхняя мертвая точка; 2 – впуск; 3 – перепуск; 4 – выпуск; 5 – нижняя мертвая точка

В действительности, для какого-либо данного двигателя существует значение, которое не следует превышать. Это следует из рассмотрения диаграммы распределения.

При ходе поршня вниз впуск остается открытым в течение некоторого реального времени (на данной схеме: 65^о после верхней мертвой точки). При этом высокая степень предварительного сжатия в картере, позволяя более сильное разрежение при ходе поршня вверх, выражается также в более сильном предварительном сжатии при его ходе вниз. Так как в начале хода вниз впуск еще открыт, а перепускные каналы еще не открыты, это вызовет обратный выброс свежей газовой смеси через впускной канал. Разумеется, это плохо.

В режиме высоких оборотов инерция газов, ускоренных на впуске ходом поршня вверх, достаточна для преодоления максимального повышения давления в картере в начале хода вниз. Но в режиме низких оборотов эта инерция слишком слаба для достаточно сильного противодействия обратному выбросу свежей газовой смеси через впускной канал, в результате чего и происходят обратные вспышки в карбюраторе сильно форсированных двигателей.

Следовательно, для любого данного двигателя существует идеальная степень предварительного сжатия в картере, которая зависит, как мы увидим в дальнейшем, в основном, от оптимального для его эксплуатации режима минимальных оборотов, от угла открытия на диаграмме впуска и от многих других факторов. Кроме того, в двигателях с впуском через пластинчатые клапана, в которых обратный выброс практически равен нулю, степень предварительного сжатия в картере, в принципе, может быть максимальной.

Какова бы ни была система впуска, конструкторы высокоэффективных двухтактных двигателей стремятся снижать мертвый объем картера:

· путем применения круговых маховиков малого диаметра на коленчатом валу,

· за счет максимального уменьшения промежутка между двумя маховиками,

· за счет применения коротких шатунов, почти вплоть до касания поршнем маховиков коленчатого вала в нижней мертвой точке,

· с помощью деталей-наполнителей в случае необходимости.

Заметим, кстати, что в самых современных двигателях наблюдается возврат назад в этой области, так как был найден наилучший компромисс «наполнения\балансировки» при более длинных шатунах (100 мм вместо 96) и при более крупных и широких коленчатых валах (46 мм шириной вместо 42 и 90 мм диаметром вместо 86).

Для этих модификации характерно увеличение мощности в режиме средних оборотов, что наиболее выгодно для двигателя без коробки передач.

На некоторых готовых двигателях 125 см3 конструкторы смело идут на легкое снижение предварительного сжатия в картере, делая фаску на наружной стороне маховиков коленчатого вала. Эта фаска предназначена для ограничения трения между коленчатым валом и маслом, скапливающимся на дне картера.

ВПУСК

На двигателях картов применяются три различные системы впуска в зависимости от категорий:

· Впуск с помощью юбки поршня,

· Впуск через ротационный клапан,

· Впуск через пластинчатые клапана.