Конструкция распредвала и её влияние на характеристики двигателя
Конструкция распредвала и её влияние на характеристики двигателя
Существует три важных характеристики конструкции распредвала, которые управляют кривой мощности двигателя: величина подъема клапанов, продолжительность открывания клапана и фазы газораспределителя распредвала.
Подъем клапана измеряется в миллиметрах и представляетсобой максимальное расстояние, на которое клапан отходит от седла.Продолжительность открывания клапанов - это отрезок времени, измеряемыйв градусах поворота коленчатого вала.
Продолжительность можноизмерить несколькими различными путями, но из-за того, что потокминимален при малом подъеме клапана, продолжительность обычноизмеряется после того, как клапан поднялся от седла на малую величину,часто составляющую 0,5 или 1,2 мм. К примеру, конкретный распредвалможет иметь продолжительность открывания в 2500 поворота при подъеме в1,27 мм. Таким образом, при использовании подъема толкателя в 1,27 мм вкачестве точек начала и остановки подъема клапана, распредвал будетудерживать клапан открытым в течение 2500 поворота коленчатого вала.Если продолжительность открывания клапана измеряется при нулевомподъеме (когда он находится у седла или только отходит от него), топродолжительность будет составлять 3300 или более положения коленчатоговала в моменты, когда определенные клапаны открываются или закрываются,часто называются фазами газораспределения распределительного вала. Кпримеру, распредвал может открывать впускной клапан при 300 до ВМТ изакрывать его при 700 после НМТ.
Каждый из этих критериев конструкции связан с другими и модификация одного повлияет на то, какдругие улучшат или ухудшат работу двигателя. Но, вообще говоря,увеличение подъема клапана и продолжительности его открывания илиоптимизация фаз газораспределения увеличивают мощность. Посленебольшого увеличения типичных данных стандартного агрегата криваямощности смещается выше в область оборотов. Когда продолжительностьоткрывания и, в меньшей степени подъем увеличиваются еще больше,двигатель может быть даже неспособен работать на низких оборотах."Гоночные" распредвалы с большой продолжительностью открывания частоимеют низко-оборотный. предел "холостого хода" 2000 об/мин или дажевыше, Распредвалы с большой продолжительностью открывания можно сделатьболее "цивилизованными" путем изменения моментов открывания изакрывания клапанов, но компромиссом будет максимальная мощность. Изтрех главных критериев конструкции, используемых на распредвалепродолжительность открывания клапанов, подъем клапанов и фазыгазораспределения, продолжительность открывания наиболее хорошоизвестна среди конструкторов форсированных двигателей. Такоераспространенное понимание происходит из-за непосредственной манерывлияния продолжительности открывания на мощность двигателя. Из общихсоображений можно сказать, что чем дольше удерживаются открытымиклапаны (особенно впускной клапан), тем большая максимальная мощностьдвигателя будет получена. Если продолжительность открывания клапанаувеличивается более определенной величины, дополнительная максимальнаямощность будет получена ценой качества работы двигателя на низкихоборотах. Для гоночных применений максимальная мощность являетсяпрактически единственной целью, но для "обычных" автомобилей сфорсированными двигателями очень важными являются приемистость икрутящий момент на низких оборотах.
Увеличение подъема клапана может быть полезным вкладом в увеличение мощности, т. к. оно можетдобавить мощность без существенного влияния на характеристики двигателяна низких оборотах. В теории ответ на вопрос может показаться простым:
конструкцияраспредвала с короткой продолжительностью открывания клапанов дляувеличения максимальной мощности. Теоретически это будет работать.Однако, механизмы привода клапанов не такие простые. В этом случаевысокие скорости движения клапанов, обуславливаемые этими профилями,существенно уменьшают надежность двигателя.
Когдапродолжительность открывания клапана уменьшается, то на перемещениеклапана из закрытого положения (у седла) до полного подъема ивозвращения обратно остается меньше времени. Когда продолжительностьстановиться еще короче, потребуются клапанные пружины с увеличеннымусилием и часто становится механически невозможным приводить в движениеклапаны даже при относительно низких оборотах.
Таким образом, чтоже является практичным и надежным значением максимального подъемаклапана? Распредвалы с величиной подъема, большей 12,7 мм, находятся втой области, которая непрактична для обычных двигателей (как минимумдля двигателей со штангами в приводе клапанов). Распредвалы спродолжительностью такта впуска менее 2850, сочетающейся с величинойподъема клапана более 12,7 мм, обеспечивают очень высокие скоростиоткрывания и закрывания клапанов. Это создает нагрузки на механизмпривода клапанов, что заметно уменьшает надежность кулачковраспредвала, клапанных пружин, стержней клапанов, направляющих втулокклапанов. Хотя вал с высокими скоростями подъема клапанов может хорошоработать сначала, срок службы его и направляющих втулок клапанов можетне превышать 20000 км К счастью, большинство фирм-производителейраспредвалов конструируют валы так, что обеспечивается хорошийкомпромисс между значениями подъема и продолжительности открыванияклапанов, при долгом сроке службы и надежности.
Наиболееподробно обсуждаемые подъем клапанов и продолжительность такта впускане являются единственными элементами конструкции распредвала, которыевлияют на выходную мощность двигателя. Моменты, в которые клапаныоткрываются и закрываются по отношению к положению распределительноговала, являются такими же важными параметрами для оптимизациихарактеристик двигателя. Эти фазы газораспределения распредвала указаныв таблице данных, прилагаемой к любому качественному распредвалу. Этатаблица данных числами и графически иллюстрирует угловые положенияраспредвала, когда впускные и выпускные клапаны открываются изакрываются. Они определяются точно в градусах поворота коленчатоговала перед (или после) ВМТ или НМТ.
Продолжительность открыванияклапанов можно легко рассчитать из данных по фазам газораспределения,имеющихся в таблице. К примеру, для определения продолжительностиоткрывания впускного клапана сложите момент откоывания (в градусахперед ВМТ), момент закрьшания (в градусах после НМТ) и 1800(продолжительность всего такта впуска). Если распредвал открываетвпускной клапан в 270. до ВМТ и закрывает его в 630 после НМТ, топродолжительность открывания клапана будет составлять 27+63+180=2700.
Теперь давайте глубже погрузимся в соотношения фаз газораспределенияраспредвала и мощностью. Предположим, что у нас есть два распредвала,валы А и В. Оба вала имеют одинаковую продолжительность открыванияклапана в 2700 и они оба имеют одинаковую форму впускных и выпускныхкулачков. Распредвалы такого типа обычно относят к конструкциям с"одним профилем". Однако распредвалы такого типа А и В не идентичны.Вал А имеет кулачки, расположенные так, что впускной клапан открываетсяза 270 до ВМТ и закрывается в 630 после НМТ, а выпускной клапаноткрывается за 710 до НМТ и закрывается в 190 после ВМТ. Для облегчениячтения можно представить эти данные по фазам газораспределения впускныхи выпускных клапанов как 27-63-71 - 19. Вал В, однако, имеет фазыгазораспределения 23 o67 - 75 -15.Вопрос состоит в следующем; еслиустановить эти распредвалы на наш испытываемый двигатель, как ониповлияют на мощность? Ответ будет таким: вал А, вероятно обеспечитбольшую мощность, но двигатель будет иметь более узкую кривую мощностии худшие характеристики в режимах холостого хода/частичного открываниядроссельной заслонки, чем вал В. Почему? Изменения в работе этих двухраспредвалов, очевидно, не связаны с продолжительностью открыванияклапанов или величиной их подъема: оба эти параметра остаютсяодинаковыми. Различия в кривых мощности являются результатом измененийв фазах газораспределения или, что более общее, в углах между центрамикулачков для каждого распредвала.
Угол между центрами кулачковявляется угловым смещением между центральной линией кулачка впускногоклапана (часто называемогo просто впускным кулачком) и центральной'линией кулачка выпускного клапана ; (называемого выпускным кулачком).
Угол соответствующего цилиндра обычно измеряется в углах Поворотараспределительного вала, так как мы обсуждаем смещение кулачков друготносительно друга, которое является одним из нескольких моментов,когда характеристика распредвала указывается в градусах поворотараспредвала, а не в градусах поворота коленчатого вала. За исключениемдвигателей, использующих два распредвала в головке блока цилиндрoв.
Угол непосредственно влияет на перекрытие клапанов, т. е. на период,когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Перекрытиеклапанов измеряется SB углах поворота коленчатого вала. Когда уголмежду центрами кулачков уменьшается, то моменты закрывания выпускногоклапана и открывания впускного клапана будут перекрываться больше.Следует помнить, что на перекрытие клапанов также влияет изменениепродолжительности открывания: когда продолжительность открыванияувеличивается, перекрытие клапанов тоже увеличивается, обеспечиваяотсутствие изменений угла для компенсации этих увеличении.
Для облегчения понимания этой ситуации вернемся к нашим распредвалам А и Ви рассмотрим элементы взаимосвязи. Оба распредвала имеютпродолжительность открывания 2700. Форма кулачка для вала А (фазыгазораспределения: 27 - 63 - 71 -19) обеспечивает угол между центрамикулачков в 1080 с перекрытием клапанов в 460. Вал В (фазыгазораспределения:23 - 67 - 75-15) имеет угол в 1140 и перекрытиеклапанов 380 (помните, что когда угол увеличивается, перекрытиеуменьшается). Как ранее указывалось, вал А обеспечивает двигателюхорошую мощность на высоких оборотах, но, вероятно, уменьшаетэффективность на низких оборотах. Кулачки на валу В, однако, разведеныдальше друг от друга, что характеризуется увеличением угла до 1140. Этоуменьшает перекрытие клапанов на 80 и позволяет двигателю плавноработать на холостом ходу, выдавать больший вакуум в коллекторе и прихолостом ходе, и вдвижении. При этом обеспечивается лучшаяэкономичность и, вероятно, более широкий диапазон мощности. Однако, сдругой стороны, увеличение угла (уменьшение перекрытия клапанов)уменьшает эффективность впуска, соответственно и, соответственно,двигатель будет выдавать меньшую максимальную мощность.