Регистрация Войти
Вопрос

Каковы характеристики и области применения десмодромных клапанов?

В ответе на другой вопрос @Ceshion рассказал об удивительном типе клапанного механизма, о котором я никогда не слышал, — десмодромных клапанах, разработанных компанией Ducatti.
Этот ответ можно найти здесь:

Какие существуют виды толкателей/лифтов и в чём преимущества и недостатки каждого из них



А вот изображение, которое она привела в качестве примера:



Пример десмодромных клапанов



Вот конкретные вопросы:




  • Они используются только в мотоциклах? Если нет, то где ещё они применяются?

  • Учитывая полное отсутствие поплавкового клапана, насколько высокими могут быть обороты? Что является следующим ограничивающим фактором для высоких оборотов (пока не будем учитывать остальную часть двигателя. Если только единственным фактором, ограничивающим обороты, не является что-то в нижней части.)

  • Насколько они надёжнее или менее надёжны по сравнению с обычными современными клапанными механизмами?

  • Используются ли они только в гонках или их можно применять и на дорогах?

  • Использует ли их кто-то, кроме Ducatti, или они запатентованы Ducatti?

  • Учитывая отсутствие поплавка в клапане, насколько больше и тяжелее могут быть клапаны, чтобы обеспечить больший расход и мощность?

  • Судя по всему, положение клапана полностью зависит от толкателей как на открывающем, так и на закрывающем распределительных валах, которые устанавливают его именно в то положение, в котором он должен находиться. В системе нет ни пружин, ни гидравлики, которые могли бы компенсировать люфт. Как в такой системе учитывается износ сопрягаемых поверхностей? Есть ли в такой системе возможность регулировки? Утечки в такой системе больше, чем в обычной, потому что сложно настроить закрывающий и открывающий распределительные валы так, чтобы клапан плотно прилегал?

  • Требуется ли в такой системе более высокое давление масла для предотвращения преждевременного износа при увеличении оборотов?



Высокие обороты означают гораздо большую мощность, но у этого есть и обратная сторона, из-за которой они не используются во многих местах.



Заранее спасибо!
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/27360/what-are-the-characteristics-and-uses-for-desmodromic-valves
1
+ Читать

7 Комментариев

  1. Ты спросил




    Они используются только в мотоциклах? Если нет, то где ещё они применяются?




    В настоящее время ни один другой производитель мотоциклов не использует десмодромную систему.




    Учитывая полное отсутствие поплавка в клапане, насколько высокими могут быть обороты?




    Ducati GP7 MotoGP 2007 года развивала скорость до 19 000 оборотов в минуту.




    Что является следующим ограничивающим фактором для достижения максимальной частоты вращения?




    Возможно, более короткий ход поршня с увеличенными клапанами и меньшим возвратно-поступательным движением клапана позволит увеличить число оборотов в минуту. В настоящее время впускной тракт достигает скорости звука, что приводит к проблемам с противодавлением и зависанием воздушных потоков во впускном тракте. Текущие значения числа оборотов GP15.X и GP16 пока не опубликованы Ducati, но, по предположениям, они составляют 20 000 + оборотов в минуту.




    Насколько они надёжнее или менее надёжны по сравнению с обычными современными клапанными механизмами?




    Чем больше движущихся частей, тем больше вероятность того, что надёжность будет связана с простотой. Мой собственный профессиональный опыт работы с клапанными механизмами Ducati Desmodromic был очень удачным. Статистические данные о частоте отказов недоступны, но я полагаю, что они в целом менее устойчивы к длительным циклам нагрузки, чем стандартный клапанный механизм с шайбами, который используется в большинстве современных высокопроизводительных мотоциклов.




    Используются ли они только в гонках или их можно применять и на дорогах?




    Компания Ducati использует этот клапанный механизм во всех своих серийных и гоночных автомобилях.




    Учитывая отсутствие поплавка в клапане, насколько больше и тяжелее могут быть клапаны, чтобы обеспечить больший расход и мощность?




    Я бы воздержался от ответа, пока не получу консультацию инженера-механика, так как математические расчёты довольно сложны и касаются напряжений при таких высоких оборотах. Кроме того, для ответа на этот вопрос необходимо опубликовать информацию о весе и угле наклона.




    Использует ли их кто-то, кроме Ducatti, или они запатентованы Ducatti?




    В настоящее время ни один другой производитель не использует эту систему. Компания Mercedes использовала её в Формуле-1 в 1954 и 1955 годах. У Ducati есть патенты на различные компоненты, но эта конструкция восходит к паровым двигателям конца XIX века.



    Вот довольно полный список реальных применений десмодромных систем в двигателях внутреннего сгорания.




    Как в такой системе учитывается износ сопрягаемых поверхностей? Предусмотрена ли в такой системе какая-либо регулировка?




    Старые двухклапанные двигатели Ducati SR2 страдали от повышенного износа из-за определенных углов наклона тарельчатых клапанов. На современных и устаревших платформах используется винтовая пружина на отрицательном коромысле для предотвращения отскока и надлежащей герметизации клапанов при закрытии. Вот моделирование дизайна Ducati.




    Требуется ли в такой системе более высокое давление масла для предотвращения преждевременного износа при увеличении оборотов?




    Допуски по давлению масла на современных платформах соответствуют обычным конструкциям коромысел меньшего размера, которые использовались в прошлом.



    Недостатки




    • Больше массы


    • Больше движущихся частей


    • Увеличение инерционной массы ДВС в целом


    • Сложность технического обслуживания/регулировки клапана


    • Производственные затраты выше


    • Больше веса над центром тяжести мотоцикла

  1. На самом деле я могу ответить и на этот вопрос. Есть и другие компании, которые их используют, но Ducati — самая известная. Ducati использует их как в гоночных, так и в дорожных мотоциклах. Mercedes Benz — ещё одна компания, которая их использует, в частности в двигателях Формулы-1. Насколько я понимаю, теоретическим ограничивающим фактором являются нагрев и трение. Нет никаких практических причин нагружать двигатель настолько, чтобы достичь этих пределов. Они несколько менее надёжны из-за сложности конструкции и количества деталей, которые должны работать синхронно, а также из-за меньшей надёжности подачи энергии. На самом деле в большинстве десмодромных клапанов есть пружины, просто они не используются для отслеживания кулачка. Однако они используются для уменьшения провисания в системе, как показано ниже:



    введите описание изображения здесь



    Здесь также показана альтернативная конструкция по сравнению с той, что я описал в предыдущем посте. В этом примере используется один и тот же распределительный вал для открытия и закрытия клапанов. Они регулируются с помощью регулировочных шайб, обозначенных на схеме выше. Именно из-за этого их так сложно обслуживать, поскольку на каждом клапане есть два зазора, которые взаимодействуют друг с другом.



    Теперь о том, чего я не знаю: я не уверен, как давление масла соотносится с обычными клапанами, но имейте в виду, что в большинстве случаев с увеличением оборотов двигателя увеличивается и давление масла. Так что это может быть необходимо, да, но это также может происходить автоматически как побочный эффект такой высокой скорости. Кроме того, я не совсем уверен, как соотносятся размеры клапанов, но лично я не видел большой разницы в размерах клапанов между десмодромными и обычными системами.
  1. Но вы так и не ответили на вопросы :-(
  1. То есть, помимо использования всё более прочных материалов, я уверен, что при наличии неограниченного количества денег вы могли бы создать возвратно-поступательный двигатель, который вращался бы так же быстро, как турбина, но вам понадобились бы специализированные подшипники, используемые в таких высокоскоростных устройствах (жидкостные или электромагнитные), а также очень эффективная система охлаждения, чтобы избежать повреждений.
  1. Скорее всего, вы повредите двигатель из-за перегрева или трения подшипников ещё до того, как достигнете максимальной мощности двигателя, однако это также зависит от системы подачи топлива, которая должна успевать за потоком воздуха. По сути, существует несколько потенциальных ограничивающих факторов, но единственные, с которыми вы не можете ничего сделать, — это перегрев и чрезмерное трение для используемых материалов.
  1. Здесь много общего с этим вопросом.
  1. +1 ещё одна полезная информация, спасибо! Я думал о мощности при увеличении числа оборотов. Чтобы обеспечить подачу топлива в двигатель при увеличении числа оборотов, нужно либо увеличить скорость движения воздуха от впускного до выпускного отверстия при неизменном размере канала. И я думаю, что скорость увеличивается просто потому, что число оборотов растёт. По крайней мере, до определённого момента. Либо нужно увеличить диаметр канала, чтобы пропускать больше воздуха и топлива при меньшей скорости. Я ничего не знаю о том, что лучше для дорожных или гоночных автомобилей.
Вы уже ответили на этот вопрос