ідеальний распредвал

Максимальна потужність двигуна і форма графіки потужності залежать від распредвала більше, ніж від усіх інших елементів двигуна.
Розглянемо спочатку, як працює распредвал на прикладі одного циліндра, і які при цьому існують обмеження.

В ідеальному режимі, коли поршень рухається вниз в циклі всмоктування, впускний клапан відкривається, пропускаючи в циліндр топливовоздушную суміш, і закривається після заповнення циліндра. З огляду на, що фаза і "тривалість" роботи кулачка є фіксованими, вони будуть ідеальними лише при певній частоті обертання коленвала і, можливо, лише при єдиному положенні дросельної заслінки. Це те, чого багато недостатньо розуміють. При різних оборотах двигуна клапан буде закриватися або із запізненням. і тоді суміш, що заповнила циліндр, почне виходити назад, або завчасно, до того, як суміш заповнить циліндр до кінця. Тому, в реальності, все розподілвали працюють в "компромісному" режимі. Якщо ми хочемо отримати від нашого "високопродуктивного" распредвала виграш тільки в потужності, то це станеться за рахунок чогось іншого. Найчастіше в жертву при цьому приноситься якість роботи на холостих обертах і крутний момент в режимі робочого діапазону.

Почнемо спочатку. Період, протягом якого впускний клапан відкритий, будемо називати терміном "тривалість". Тривалість зазвичай виражається в градусах повороту колінчастого вала. При роботі стандартного распредвала клапан зазвичай починає відкриватися при "недовороте" клонували 5-10 градусів до ВМТ (верхня мертва точка). Стандартний распредвал відкриває клапан досить плавно - для зменшення зносу і зниження рівня шуму. Далі клапан досягає верхньої точки і, нарешті, закривається приблизно при 20 градусах після НМТ (нижня мертва точка). Цей період часу і називають "тривалістю роботи кулачка". Зазвичай він становить від 200 до 220 градусів повороту колінчастого вала. Багато мотористи передусім намагаються збільшити тривалість роботи кулачка. Як правило, велика тривалість дозволяє двигуну розвинути велику потужність на підвищених обертах. У високопродуктивних розподілвалів тривалість роботи кулачків може становити від 250 до 320 градусів, а на двигунах гоночних машин - і більш. Однак, саме по собі це число поки ще ні про що не говорить. Кулачок, наприклад, може мати дуже пологі траєкторії підйому і опускання, і тоді виграш в збільшенні загальної зони відкриття під клапаном, в порівнянні зі стандартним кулачком, вийде невеликим. У той же час, кулачок з такою ж тривалістю, але з крутими профілями буде забезпечувати дуже швидке відкриття і закриття, що додасть двигуну зовсім інші характеристики (правда, позначиться і на терміні служби распредвала, але про це пізніше).

У стандартного распредвала для дорожніх машин кулачок піднімає клапан на 9.9 (у Оки на 8.8) мм, в той час, як у спортивних двигунів ця цифра може доходити до 10.7 мм. Цифри, що характеризують "висоту" відкриття клапана, часто справляють враження - люди інстинктивно вважають, що надмірне збільшення висоти підйому дає більшу потужність, хоча, насправді, це не зовсім так. Іноді висоту підйому збільшують для того, щоб збільшити час "зависання" клапана в точці максимального підйому. Один із способів отримання виграшу за часом без збільшення тривалості полягає у піднятті клапана на велику висоту.

За допомогою випробувального стенду можна визначити, в який момент потік суміші через систему клапан-Сенлі починає спадати. Після цього моменту немає сенсу відкривати клапан далі - це не дасть виграшу в потужності. Сенс швидкого відкривання клапана, або як ми це називаємо, "прискорення клапана", полягає в тому, що сам рух клапана використовується для створення у впускному колекторі розрідження - "імпульсу". Саме завдяки цьому процесу потужність двигуна починає залежати від конструкції распредвала, так як цей імпульс впливає на частоту обертання, що і призводить до збільшення потужності.

Випускний кулачок повинен відкривати клапан досить рано, щоб циліндр і встиг очиститися від продуктів згоряння. При занадто пізньому відкритті оставш в циліндрі незгорілі гази будуть змішуватися з надходить свіжої сумішшю; занадто же раннє відкриття може істотно знизити потужність робочого ходу, так як тиск, який штовхає поршень вниз, буде скидатися через випускний канал. Теж і при закритті: якщо закрити клапан занадто рано, то відпрацьовані гази знову не встигнуть вийти, а якщо занадто пізно, то входить порція суміші буде виштовхнута в вихлоп разом зі згорілими газами. Таке може роісходіт тому, що в момент проходу поршня через ВМТ при переході від такту випуску до такту впуску впускний і випускний клапани відкриті одночасно. Це називається "перекриттям клапанів". Цей "перелив" з впускного Канна в випускний може дати "високоефективному" двигуну кілька переваг. По перше. вихлопні гази, вихолдящіе з циліндра можуть бути використані для створення вакууму - щось подібне відбувається при висмикуванні пробив з пляшки. Це буде допомагати опускається поршня втягувати в циліндр свіжу суміш. По-друге, вихлопну систему можна налаштувати так, що свіжа смеь, "переливається" в випускний канал, будуть втягуватися назад в камеру згоряння перед самим закриттям випускного клапана. Вирішальною обставиною є тут не тривалість перекрирія (що виражається в градусах повороту колінчастого вала), а те, наскільки високо піднімаються клапани у верхній мертвій точці. При стандартному распредвали висота підйому обох клапанів у верхній мертвій точці може доходити до 0,76 мм, в той час, як ля гоночних автомобілів ця величина досігает 5 мм. В цілому, чим більше підйом клапанів при перекритті, тим при великих оборотах двигун досягає максимальної потужності, і тим гірше розподіл потужності. Тут вже виникає проблемма зазара між клапанами і поршнем. При надмірно великих кулачках, що дають високий підйом клапанів в фазі перекриття, доводиться робити в порушених спеціальні поглиблення - "кишені", щоб виключити зіткнення поршня з клапанами до верхньої мертвої точки.

Може виявитися, що при однаковому підйомі обох клапанів в момент перекриття модифікований распредвал не дає максимальної ефективності. За допомогою спеціального регулювального шківа (його часто називають шкивом верньєри) можна виставити распредвал на "випередження", тоді у верхній мертвій точці впускний клапан буде підніматися більше, ніж випускний. Установка распредвала на "запізнювання" дасть нам більший підйом випускного клапана, ніж впускного. При проектуванні конструктивно нового валу, ці параметри враховуються при нарізанні шпоночной канавки шківа і застосування шківа Вернера не обов'язково.

Саме співвідношення між підйомом двох клапанів у верхній мертвій точці і визначає ефективність роботи распредвала. Теоретично, випередження распредвала буде зміщувати пік потужності вниз по діапазону оборотів, а відставання буде давати протилежний ефект. У деяких двигунів, наприклад Rover Мini і ford, найкращі результати досягаються з випереджаючим розподілвалом. Ступінь випередження зазвичай виражається в градусах повороту колінчастого вала, яке необхідно для повного відкриття впускного клапана.

При шліфуванні распредвала майте на увазі, що тривалість перекриття в значній мірі визначається кутом між виступами "впускного" і "випускного" кулачків (це кут називається "центральним кутом кулачків"). Для распредвала з однаковим підйомом клапанів у верхній мертвій точці цей кут складає 110 градусів. Якщо ви виставите такий распредвал так, щоб на 110 градусах він забезпечував повне відкриття впускного клапана, то виявите, що в момент перекриття у верхній мертвій точці обидва клапана відкриті однаково. Для забезпечення "випереджає" роботи цього распредвала необхідно домогтися повного відкриття раніше, наприклад, на 105 градусах.

З вищевикладеного випливає, що випередження распредвала можна регулювати, вимірюючи підйом клапанів в момент перекриття у верхній мертвій точці. Незалежно від того, який це распредвал і на якому двигуні він стоїть, однаковий підйом клапанів в ВМТ матиме місце при тому вугіллі повороту, на який розгорнуті один щодо одного (в результаті шліфування) кулачки распредвала - зазвичай, 110 градусів. Можна виставити распредвал на випередження, але не слід його доводити до того, щоб підйом випускного клапана становив менше 66 відсотків (2/3) від підйому впускного клапана. Наприклад, якщо підйом впускного клапана - 3.8 мм, то підйом випускного клапана - 2.5 мм.

Распредвали і їх синхронізація - це складна тема. Мало розібратися як працює распредвал, потрібно ще знайти спосіб продовжити термін його життя. І рішення цієї проблеми має закладатися при самому проектуванні механізму.