Тюнінг човнового мотора

4

Уявіть собі, як це було б здорово, якщо б в один прекрасний момент підвісний мотор на човні раптом знайшов те, чого йому постійно бракувало: легше б запускався, краще б тримав холості оберти, рівніше тримав би тягу, легше управлявся б на тролінгу, і притому швидше виходив би на глісирування! Все це стало можливим завдяки сучасним конструкцій клапанів…

Проведені інженерами компанії Boyesen дослідження показали, що клапан, хоча і є порівняно невеликий деталлю в двигуні, однак саме він робить величезний вплив на роботу всього механізму, і заслуговує підвищеної уваги всіх судноводіїв.Навіть тим, хто знайомий з пристроєм клапанів сучасного човнового мотора, невелике повторення зовсім не буде зайвим. Щоб двигун внутрішнього згоряння заробив, послідовно повинні відбутися чотири події:

  • ВПОРСКУВАННЯ

В мотор повинна надійти горюча суміш повітря з паливом.

  • СТИСНЕННЯ

Газоподібна паливна суміш повинна бути стиснута до вибухонебезпечного стану.

  • ЗАПАЛЮВАННЯ

Потім суміш запалюється і в процесі згоряння вивільняє запасену енергію, створюючи тиск на поршень, який обертає колінчастий вал.

  • ВИХЛОП

На закінчення, газоподібні продукти згоряння видаляються з камери згоряння. Одночасно камера згорання підготовляється для початку наступного циклу і для вприскування наступної порції горючої суміші. Пропонована тут стаття присвячена першому такту — УПРИСКУВАННЮ.

У реальності, в чотиритактному двигуні все описане відбувається у верхній частині циліндра над поршнем, чому відповідають чотири послідовних руху поршня. У двотактному двигуні та ж сама послідовність процесів відбувається одночасно над і під поршнем, оскільки під час висхідного руху поршня для стиснення паливної суміші у верхній частині циліндра, об’єм простору під циліндром розширюється. Атмосферний тиск проштовхує повітря в розріджений простір, а тому для передачі паливної суміші в простір над поршнем під час його руху вниз потрібні клапани. Простір під поршнем зменшується в розмірі і разом з обсягом картера перебуває під зростаючим тиском. Інакше кажучи, пластинчасті клапани керуються тиском і є односпрямованої системою каналів. Система клапанів забезпечує переміщення паливоповітряної суміші від карбюратора або пристрою упорскування палива в простір під поршнем. Після наповнення камери клапан перекриває її і герметизує від атмосферного тиску. «В результаті … драматично зростає потужність, і саме від клапана залежить все, що відбувається усередині мотора»… Як працює клапан?

У загальному випадку, отвір каналу перекрито консольно закріплених пелюсткою, виконаним з тонкою і гнучкою смужки металу. Інший кінець клапана затиснутий, забезпечуючи надійне закриття каналу. Тиск в каналі буде піднімати клапан, випускаючи повітря. Коли тиск «перевертається», вона притискає смужку металу до отвору каналу, закриваючи його і перекриваючи потік. У 1930-х роках перші конструкції клапанів представляли собою саме найпростіший і недосконалий клапан, але виконував чітко визначену функцію однонаправленої вентиля, керованого перепадом тиску. В сучасних клапанах можна бачити об’єднані в зонтичні конструкції чотири, шість і навіть вісім пелюсток, які працюють на клапанній коробці багатоточкового уприскування. Потік палива з карбюратора надходить у цю коробку, тисне і відкриває пелюстки-золотники, звідки надходить у картер двигуна. Пелюсткові пристрою і понині виготовляють з тонкого, гнучкого матеріалу. Без сумніву, основною перевагою пелюсткового уприскування є очевидним той факт, що відкриття і закриття клапанів пелюсткової системи не фіксовано по процесу, але управляється потребою мотора подачі повітря. Зрозуміло, реакція клапанів пелюсткового типу на потік паливоповітряної суміші не є миттєвою, бо пелюстки клапана, як би вони не були тонкі, значно важчий за повітря. Крім того, пелюстковий впорскування супроводжується певною втратою тиску в каналі впорскування, оскільки частина тиску системи витрачається на відкриття клапана. І навіть з урахуванням цього недоліку, пелюстковий клапан виключно чутливий до зміни витрати мотором повітря при зміні обертів. Це саморегулююча та самоналагоджувальна, конструктивно проста і ефективна система управління уприскуванням. Перші промислові пелюсткові клапани були найпростішими металевими «фартухами», що прикривають отвір в циліндрі, подібно листком у відривному настінному календарі, отклоняющимися тільки в одну сторону потоком повітря. У наші ж дні на більшості американських підвісних моторів використовуються сталеві пелюсткові клапани. Міцні та надійні, такі клапани не страждають від зносу і, що б не подумати, клапани сталеві володіють гнучкістю і піддатливість. Вони насправді дуже ефективно реагують на зміну споживання паливоповітряної суміші мотором. Ось те, що добре. А тепер обговоримо погане…

Якщо металевий клапан зламається, то його гострі шматочки «наремигаються» нутрощі мотора, після чого дорогий ремонт зажадає багато роботи. На щастя, деякі пелюсткові системи сьогодні виготовляють з скловолокна. Сучасні скловолоконні клапани виключно міцні, і їх пружність вище, ніж у сталевих. Але що ще більш важливо, вони не ушкоджують внутрішні поверхні підвісного мотора, якщо зруйнуються. Оскільки більша частина підвісних моторів вийшла з складального цеху зі сталевими клапанами, судновласники тепер отримали можливість замінити їх новітніми скловолокнистими клапанами, доступними на ринку. Маси власників катерів і моторних яхт дуже швидко відчули те, що давно було відомо ентузіастам-умільцям – гідності волоконних клапанів значно переважають їх недоліки від меншої механічної міцності. Коли такий клапан поламається, мотор його легко перемеле і потім просто «виплюне». Останнім часом поряд з одинарними клапанами отримали поширення здвоєні клапани. Легко здогадатися, що всі клапани призначені перекривати канал між карбюратором і картером. Хоча одинарні клапани добре реагують на коливання потоку, вони мають серйозне обмеження: один пелюстка не володіє достатньою гнучкістю. Такий клапан, виготовлений з тонкої пластинки, буде добре згинатися навіть під невеликим тиском вхідного низькошвидкісного потоку, але не володіє достатньою жорсткістю, щоб швидко закриватися, а тому недостатньо ефективний на високих швидкостях процесу. З іншого боку, більш жорсткий міцний пелюстка закривається швидше при швидких змінах тиску, але на малих витратах повітря погано відривається. Довгий час вибір у власників моторів був вкрай обмежений. Гнучкий пелюстка призначався для слабкого мотора, жорсткий пелюстка — для потужного. Середньої гнучкості пелюстка – для моторів з повільним приростом потужності. Застосовується у більшості випадків однолепестковый клапан – компромісне, тобто універсальне рішення. Човен, на моторі якої стоять гнучкі пелюсткові клапани, ніколи не зможе розвинути велике прискорення, але відмінно буде проходити повороти. Човен з жорсткими пелюстковими клапанами значно успішніше буде виступати на швидкісних гонках. З клапанами середньої жорсткості мотор човна забезпечить середні потужності і реакції у всьому діапазоні потужностей. Щоб подолати ці обмеження, в кінці 60-х років виробники зайнялися пошуками шляхів удосконалення клапанів. Уродженець Норвегії Ейвінд Бойесен виявив, що забутий здвоєний клапан володіє значно більшою чутливістю, ніж будь-який з одинарних клапанів. Експериментуючи з цією конструкцією, Бойесен встановив, що найбільш ефективним буде поєднання тонкого, порівняно м’якого пелюстки, скріпленого з відносно більш жорсткої платівкою, безпосередньо контактує з потоком паливоповітряної суміші, і їх спільна робота забезпечить хорошу реакцію на коливання витрати такої суміші. При низьких обертах і малих тисках тонкий і гнучкий верхня пелюстка легко відкриває отвори в жорсткій платівці для впуску паливоповітряної суміші. У міру зростання тиску обидві частини клапана відкриваються, причому повітря надходить через жорсткі пластинки, так і через їх отвори. Динамометричні дослідження підтверджують, що така система клапанів, яка змінює своє відкриття відповідно зміні тиску, добре реагує, забезпечуючи необхідну чутливість регулятора швидкості двигуна у всьому діапазоні його робочих обертів. По завершенні циклу впуску, жорсткий пелюстка закривається, а слідом за ним – гнучкий. Чим коротше верхня пелюстка, тим вище частота резонансу, що виникає в тілі клапана після його закриття, причому навіть у випадку невеликих напруг штовхає пружини верхнього клапана.

У результаті такої спільної роботи двох пелюсток клапана разюче поліпшуються характеристики роботи двигуна по потужності та чутливості. Результати випробувань, проведених компанією «Меркюрі», дали збільшення потужності на 7-17 л. с. (в залежності від типу двигуна). Творці «бойсеновских» клапанів відмовилися перерахувати моделі випробуваних двигунів, але клятвено запевнили, що «дуже хороший» 2-літровий мотор типу V-6, узятий прямо з конвеєра, показав найбільш сильний приріст потужності. Власники моторних човнів відразу ж відчують на румпель збільшену чутливість регулятора газу, коли на їх моторі будуть стояти здвоєні клапани. За їх словами зі здвоєними клапанами навіть 9,9 – і 15-сильні підвісні мотори будуть працювати також як їх удвічі більше потужні побратими з одинарними клапанами! Приріст експлуатаційних характеристик у важких моторів досягає в середньому 10%. Крім того, човновий мотор, оснащений здвоєними клапанами, буде легше запускатися і впевненіше тримати холості оберти, оскільки такі клапани дуже чутливі до малих тисків і до витрат паливоповітряної суміші. Істотно полегшують здвоєні клапани й акуратну постановку катера до причалу, але вони ж забезпечують і майже вдвічі найшвидший вихід на глісирування. Тести показали також, що здвоєний клапан служить значно довше (чи не в 20 разів), ніж їх одинарні конкуренти. Простіше кажучи, дві пелюстки виконують роботу, яку в іншому випадку повинен робити один пелюстка. Останнім часом у різних видах мотоспорту, і не тільки водних видів, клапанні впускні системи знаходять все більш широке застосування. Власники снігоходів, квадроциклів, кроссмены і просто любителі з вітерцем прокотитися по акваторії познайомилися з перевагами пелюсткових клапанів. Зрозуміло, слід тільки вітати власників підвісних моторів, які прагнуть перейти від встановлених одинарних заводських сталевих клапанів – на більш ефективні та безпечні скловолоконні клапани, в тому числі і на здвоєні. На сьогоднішній день багато пілоти гоночних човнів серій «Формула 1» добилися успіху виключно завдяки здвоєним пластиковим клапанів. За ними вже кілька світових рекордів швидкості. І кожен пілот може погодитися з тим, що від роботи клапанів залежать ті кілька зайвих кілограмів тяги, які і допоможуть досягти нових рекордів. Поза всяким сумнівом, ми скоро почуємо про нові досягнення моторів з новими пелюстковими клапанами.

Переклад Павла Дмитрієва (www.badger.ru)
Матеріал з сайту club-fish.ru