Каталог файлов
| Главная » Файлы » Полезное |
Распредвал
| 02.02.2010, 02:16 | |
| В этом материале я хотел бы немного коснуться проблемы выбора оптимального распределительного вала для тюнинга Вашего любимца. Первое, что необходимо сделать, - это чёткое определение рабочего режима работы двигателя и того, что Вы от него хотите получить. Существующие распредвалы для отечественных автомобилей (и не только) можно условно разделить на три категории: низовые, универсальные и спортивные (высокооборотистые). Отличительной чертой низовых распредвалов является наиболее пологие и ровные кривые момента и мощности в большом диапазоне оборотов из этих трёх типов, что делает двигатель приёмистей, а автомобиль динамичней в разгоне с малых оборотов или со старта. Спортивные валы отличаются крутизной этих кривых, т.е. большой мощностью на предельных для стандартного движка оборотах и меньшим моментом и мощностью на низких и средних оборотах (примерно до 3000). Универсальные, как ясно из их названия, являются компромиссом между двумя предыдущими типами. Чтобы понять, почему так происходит надо подробнее рассмотреть работу распределительного механизма. Начнём со впуска. Первая и наиболее очевидная зависимость - это связь длительности открытия впускного клапана и заполняемостью цилиндра рабочей смесью. Действительно, при увеличении длительности впуска в цилиндр попадает больше рабочей смеси, но это имеет пределы. Так как фаза впуска превышает 180 градусов, то впускной клапан будет открываться немного раньше прохождения поршнем ВМТ и закрываться несколько позже НМТ. Увеличение фазы впуска приведёт к увеличению этих опережений/задержек. При прохождении поршнем НМТ в цилиндре всё ещё остаётся небольшое разрежение, которое продолжает втягивать рабочую смесь, поэтому некоторая задержка закрытия впускного клапана оправдана, но в дальнейшем поршень начинает процесс активного сжатия рабочей смеси и, если клапан ещё не закрылся, выталкивает часть смеси обратно. При значительном опережении открытия клапана, часть отработавших газов, выталкиваемых поршнем из цилиндра, может просочиться через впускной клапан и обеднить поступающую рабочую смесь. Это характерно для работы двигателя на низких оборотах. О положительном эффекте опережения открытия я расскажу позже, когда мы рассмотрим работу выпуска. Теперь о выпуске. Большая фаза выпуска по идее должна способствовать лучшему проветриванию цилиндра, но её увеличение также ведёт к росту опережения открытия и задержки закрытия выпускного клапана относительно НМТ и ВМТ соответственно. При подходе поршня к НМТ продукты горения рабочей смеси всё ещё находятся под давлением, но уже практически не совершают полезной работы. В этом случае небольшое опережение открытия выпускного клапана позволит снизить давление в цилиндре до того как поршень пройдёт НМТ и начнёт выталкивать отработавшие газы в выпускной коллектор, что снизит давление на него (поршень). А вот задержка выпуска совместно с опережением впуска дают такое явление как перекрытие клапанов, т.е. угол поворота коленвала в районе ВМТ, когда открыты одновременно два клапана, впускной и выпускной. Перекрытие клапанов может дать интересный эффект следующим образом. Выталкиваемые с большой скоростью отработавшие газы за счёт полученной энергии увлекают за собой свои остатки, которые механически не могут быть вытолкнуты из камеры сгорания поршнем, и даже затягивают внутрь рабочую смесь через приоткрытый впускной клапан, тем самым, увеличивая топливную эффективность двигателя. Чем больше перекрытие, тем больше пропускная способность канала впуск-выпуск, а значит и лучше продувка камеры сгорания. Но здесь то и прячутся подводные камни. Дело в том, что такой эффект возможен только на высоких оборотах, тогда как на низах всё идёт наоборот: если слишком велико опережение впуска, то часть отработанных газов будет просачиваться через впускной клапан, а если чрезмерна задержка закрытия, по часть рабочей смеси будет увлекаться вместе с выхлопом в трубу. Это характерно и для высоких оборотов, и для низких, но на низах этот негатив может проявляться куда заметнее даже при меньших значениях перекрытия клапанов, так как скорости потоков невелики и эффект продувки практически не возникает. А в итоге потеря момента на низах и средних оборотах. При уменьшение же перекрытия мы получим более пологую кривую момента, но потеряем в максимальной мощности. С фазами впуска/выпуска и перекрытием клапанов мы вроде разобрались. А как ещё можно улучшить эффективность распределительной системы? За счёт увеличения пропускной способности впускных/выпускных клапанов путём увеличения их подъёма и оптимизации динамики их движения. Оба этих параметра, как и величина фаз впуска/выпуска определяется профилем кулачков распредвала. Сначала о подъёме. Простое правило "чем больше, тем лучше" не даст ожидаемого результата, а потому надо думать. При значительном подъёме клапанов потребуется замена их пружин на более жёсткие, дабы клапаны могли с той же динамикой преодолевать большее поднятие при открывании/закрывании. Жёсткие пружины создают большее сопротивление вращению распредвала, а значит, увеличивают износ кулачков и немного тормозят двигатель. В этом случае желательно применять распредвал с роликовыми кулачками для уменьшения потерь на трение. Также необходимо учесть, что из-за конструкции механизма поднятия клапана при большом поднятии клапан значительно кренится в бок, а это уже необходимость замены штатных направляющих втулок клапанов на бронзовые, хотя при предельном поднятии это всё равно не спасёт распределительный механизм от быстрого износа. Для компенсации этого крена можно использовать гидравлические или роликовые толкатели клапанов. Однако первые не всегда одинаково работают на разных оборотах, а вторые дороговаты. Более резкое открытие и закрытие клапанов, обеспечиваемое особым профилем кулачка распредвала, так же ведёт к увеличению его износа. Теперь подведём итоги. Распредвалы с углами впуска порядка 270 градусов являются универсальными, меньшими углами - низовыми, углами в 295 градусов и более - спортивными и экстремально спортивными. Перекрытие клапанов может колебаться от 40 градусов у стандартных распредвалов до 85 у специальных спортивных. Приемлемым является поднятие клапанов не более 12-13 мм, в противном случае потребуется значительная модернизация остальных деталей распределительной системы, хотя сама по себе она движку только на пользу (кроме жёстких пружин). Тщательно подбирайте детали распределительной системы, они должны быть полностью совместимы друг с другом. Ну и определитесь кто Вы: задорный ездок, которому на этой машине ещё ездить и ездить, или бескомпромиссный гонщик, для которого главное - максимальная мощность, а не приемистость или ресурс движка. Не следует также забывать, что все улучшения распределительной системы могут напрочь съедаться ненастроенными системами впуска и выпуска, поэтому замена распредвала должна являться частью комплексной модернизации двигателя. Максимальная мощность двигателя и форма графика мощности зависят от распредвала больше, чем от остальных элементов двигателя. Рассмотрим, как работает распредвал на примере одного цилиндра, и какие при этом существуют ограничения. Впуск В идеальном режиме, когда поршень движется вниз в цикле всасывания, впускной клапан открывается, пропуская в цилиндр топливовоздушную смесь, и закрывается после заполнения цилиндра. Учитывая, что фаза и «длительность» работы кулачка являются фиксированными, они будут идеальными лишь при определенной частоте вращения коленвала и, возможно, лишь при единственном положении дроссельной заслонки. Это то, чего многие не понимают. При разных оборотах двигателя клапан будет закрываться либо с опозданием, и тогда смесь, заполнившая цилиндр, начнет выходить обратно, либо раньше времени, до того, как смесь заполнит цилиндр до конца. Поэтому, в реальности, все распредвалы работают в компромиссном режиме. Если мы хотим получить от распредвала выигрыш только в мощности, то это произойдет за счет качества работы на холостых оборотах и крутящегой момента в режиме рабочего диапазона. Начнем с начала. Период, в течение которого впускной клапан открыт, назовем термином «продолжительность». Продолжительность выражается в градусах поворота коленчатого вала. При работе стандартного распредвала клапан начинает открываться при «недовороте» коленвала 5-10 градусов до ВМТ (верхняя мертвая точка). Стандартный распредвал открывает клапан плавно — для уменьшения износа и снижения шума. Далее клапан достигает верхней точки и, наконец, закрывается примерно при 20 градусах после НМТ (нижняя мертвая точка). Этот период времени называют «продолжительностью работы кулачка». Обычно он составляет 200 – 220 градусов поворота коленчатого вала. Многие мотористы первым делом стараются увеличить продолжительность работы кулачка. Как правило, большая продолжительность позволяет двигателю развить большую мощность на повышенных оборотах. У высокопроизводительных распредвалов продолжительность работы кулачков может составлять от 250 до 320 градусов, а на гоночных двигателях — и более. Однако, само по себе это число пока еще ни о чем не говорит. Кулачок, например, может иметь очень пологие траектории подъема и опускания, тогда выигрыш в увеличении общей зоны открытия под клапаном, по сравнению со стандартным кулачком, получится небольшим. В то же время, кулачок с такой же продолжительностью, но с крутыми профилями будет обеспечивать очень быстрое открытие и закрытие, что придаст двигателю совершенно иные характеристики, Подъем клапана У стандартного распредвала для дорожных машин кулачок поднимает клапан на 9,6 мм, в то время как у спортивных двигателей эта цифра может доходить до 13,2 мм. Цифры, характеризующие высоту открытия клапана, часто производят впечатление — люди инстинктивно полагают, что чрезмерное увеличение высоты подъема дает большую мощность, хотя, это не совсем так. Иногда высоту подъема увеличивают для того, чтобы увеличить время «зависания» клапана в точке максимального подъема. Один из способов получения выигрыша по времени без увеличения продолжительности состоит в поднятии клапана на большую высоту. С помощью испытательного стенда можно определить, в какой момент поток смеси через систему клапан — седло начинает убывать. После этого момента нет смысла открывать клапан дальше — это не даст выигрыша в мощности. Смысл быстрого открывания клапана, или «ускорения клапана», заключается в том, что само движение клапана используется для создания во впускном коллекторе разрежения — «импульса». Именно благодаря этому процессу мощность двигателя начинает зависеть от конструкции распредвала, так как этот импульс влияет на частоту вращения, что и приводит к увеличению мощности. Выпуск Выпускной кулачок должен открывать клапан достаточно рано, чтобы цилиндр успел очиститься от продуктов сгорания. При позднем открытии оставшиеся в цилиндре несгоревшие газы будут смешиваться с поступающей свежей смесью; раннее открытие может существенно снизить мощность рабочего хода, так как давление, толкающее поршень вниз, будет сбрасываться через выпускной канал. Тоже и при закрытии: если закрыть клапан слишком рано, то отработанные газы не успеют выйти, а если слишком поздно, то входящая порция смеси будет вытолкнута в выхлоп вместе со сгоревшими газами. Такое может происходить потому, что в момент прохода поршня через ВМТ при переходе от такта выпуска к такту впуска впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Это называется «перекрытием клапанов». Этот «перелив» из впускного канала в выпускной может дать двигателю несколько преимуществ. Во-первых, выхлопные газы, выходящие из цилиндра могут быть использованы для создания вакуума — нечто подобное происходит при выдергивании пробки из бутылки. Это будет помогать опускающемуся поршню втягивать в цилиндр свежую смесь. Во-вторых, выхлопную систему можно настроить так, что свежая смесь, переливающаяся в выпускной канал, будут втягиваться обратно в камеру сгорания перед самым закрытием выпускного клапана. Решающим обстоятельством является здесь не продолжительность перекрытия (выражаемая в градусах поворота коленчатого вала), а то, насколько высоко поднимаются клапаны в верхней мертвой точке. При стандартном распредвале высота подъема обоих клапанов в верхней мертвой точке может доходить до 0,76 мм, в то время, как для гоночных автомобилей эта величина достигает 5 мм. В целом, чем больше подъем клапанов при перекрытии, тем при больших оборотах двигатель достигает максимальной мощности, и тем хуже распределение мощности. Здесь уже возникает проблема зазора между клапанами и поршнем. При чрезмерно больших кулачках, дающих высокий подъем клапанов в фазе перекрытия, приходится делать в поршнях специальные углубления — «карманы», чтобы исключить столкновение поршня с клапанами к верхней мертвой точке. Синхронизация распредвала Может оказаться, что при одинаковом подъеме обоих клапанов в момент перекрытия модифицированный распредвал не дает максимальной эффективности. С помощью специального регулировочного шкива (его часто называют шкивом Верньера) можно выставить распредвал на «опережение», тогда в верхней мертвой точке впускной клапан будет подниматься больше, чем выпускной. Установка распредвала на «запаздывание» даст нам больший подъем выпускного клапана, чем впускного. Именно соотношение между подъемом двух клапанов в верхней мертвой точке и определяет эффективность работы распредвала. Теоретически, опережение распредвала будет смещать пик мощности вниз по диапазону оборотов, а отставание будет давать противоположный эффект. У некоторых двигателей, например Rover Мini и Ford, наилучшие результаты достигаются с опережающим распредвалом. Степень опережения выражается в градусах поворота коленвала, которое необходимо для полного открытия впускного клапана. Продолжительность перекрытия в значительной степени определяется углом между выступами «впускного» и «выпускного» кулачков (этот угол называется «центральным углом кулачков»). Для распредвала с одинаковым подъемом клапанов в верхней мертвой точке этот угол составляет 110 градусов. Если вы выставите такой распредвал так, чтобы на 110 градусах он обеспечивал полное открытие впускного клапана, то обнаружите, что в момент перекрытия в верхней мертвой точке оба клапана открыты одинаково. Для обеспечения «опережающей» работы этого распредвала необходимо добиться полного открытия раньше, например, на 105 градусах. Из вышеизложенного следует, что опережение распредвала можно регулировать, измеряя подъем клапанов в момент перекрытия в верхней мертвой точке. Независимо от того, какой это распредвал и на каком двигателе он стоит, одинаковый подъем клапанов в ВМТ будет иметь место при том угле поворота, на который развернуты друг относительно друга (в результате шлифовки) кулачки распредвала — обычно, 110 градусов. Можно выставить распредвал на опережение, но не следует его доводить до того, чтобы подъем выпускного клапана составлял меньше 66 процентов (2/3) от подъема впускного клапана. Например, если подъем впускного клапана — 3.8 мм, то подъем выпускного клапана — 2.5 мм. Распредвалы и их синхронизация — это очень сложная тема, и лезть туда наобум - себе дороже. | |
| Просмотров: 2949 | Загрузок: 0 | Комментарии: 1 | Рейтинг: 3.0/2 | |
| Всего комментариев: 1 | ||
| ||
