вверх в отверстии цилиндра, начинает вжимать некоторую часть уже втянутой рабочей смеси обратно во впускной коллектор. Если продолжительность открывания клапана увеличивается, то мощность начнет слабеть, особенно на низких оборотах.
Увеличение продолжительности выпуска дает подобные преимущества в мощности и подобные ограничения. Открывание выпускного клапана немного раньше НМТ позволяет большей части отработанных газов с высоким давлением выйти самостоятельно, т. е. они выдуваются перед тем, как остальные выдавливаются движением поршня. Это уменьшает давление на поршень, которое сокращает потери на прокачивание и улучшает мощность. В заключение, подобно впускному клапану, положения более раннего открывания и более позднего закрывания клапана относительно седла при такте выпуска уменьшают сопротивление между клапаном и головкой и улучшают характеристики потока. Однако, если выпускной клапан открывается слишком рано, сжатые газы, которые могли бы давить на поршень и вырабатывать мощность, будут освобождаться слишком быстро, рассеивая потенциально полезную энергию.
Когда впускной клапан открывается раньше, а выпускной клапан закрывается поздно, имеется период времени, когда оба клапана открыты. Этот период перекрытия клапанов имеет место, когда поршень находится около ВМТ. Открывание обоих клапанов одновременно может не показаться хорошей идеей, однако, такая технология сжимает движущуюся массу потока выхлопных газов как своеобразный "пылесос", чтобы вытянуть оставшиеся газы. Фактически, этот эффект пылесоса такой сильный, что он также помогает начать впуск потока. Этот более ранний впускной поток, вызванный энергией выхлопных газов, называется продувкой, и он улучшает наполнение цилиндра и увеличивает мощность, особенно на высоких оборотах. Тогда как чрезмерное перекрытие клапанов уменьшает крутящий момент на низких оборотах, потери уменьшаются, когда продолжительность перекрытия настраивается в соответствии с применением — примерно от 40" для обычного распредвала и примерно до 85° для специального профиля.
Распределительные валы с короткой продолжительностью тактов, разработанные для работы при низких оборотах двигателя, почти всегда имеют короткие периоды перекрытия клапанов. Эти распределительные валы обеспечивают хорошие значения мощности двигателя на низких оборотах, так как фазы работы клапанов не слишком удалены от фаз ВМТ/НМТ. Однако, если вы проводите исследования по получению большей мощности двигателя, не увеличивая число обо-
studfiles.net
При установке нестандартного тюнингового распредвала (далее РВ), важным моментом для получения желаемых характеристик двигателя является не только сам распредвал имеющий измененные фазы ГРМ, но установка его в оптимальное положение относительно положения коленчатого вала. Заводская шестерня ГРМ классического двигателя ВАЗ, располагающаяся на торце распредвала имеет фиксированное положение и не позволяет производить тонкую настройку фаз, однако существует решение из тюнинга – разрезная шестерня распредвала (далее – РШ).
Благодаря РШ существует возможность установить фазы РВ в соответствии с рекомендациями производителя распредвала или попытаться найти самостоятельно положение фаз ГРМ, соответствующее лучшим характеристикам двигателя и здесь некой отправной точкой будет – установка РВ в перекрытие.
 |
| Разрезные шестерни ГРМ Ваз классика |
Перекрытие это положение при котором поршень находится в ВМТ и при этом в данном цилиндре оба клапана открыты на одинаковую высоту. Как же найти это положение, если на глаз не определить на какую величину подняты клапана, а рекомендуемый способ с использованием стрелочных индикаторов довольно затратен в связи с покупкой приборов? Вы не поверите, но существует очень простой, но при этом довольно высокоточный способ выставить распредвал классического двигателя ВАЗ 2101–21 с механическими болтами по перекрытию клапанов, о котором вы можете узнать далее.
Для работы понадобится только набор измерительных щупов от 0,05 до 1мм., например веерный набор из автомагазина стоимостью 100руб.
 |
| Веерный набор щупов |
Порядок действий:
 |
| Метки соответствующие положению коленвала в ВМТ (инжектор) |
 |
| Метки соответствующие положению коленвала в ВМТ (карбюратор) |
 |
| Метки на шестерне ГРМ и корпусе распредвала |
 |
| Установка зазора клапанов |
► Пора рассказать для чего выбран такой зазор и принцип всей технологической процедуры на примере настройки перекрытия для распредвала 2101. Так как величина подъема клапанов в точке перекрытия стандартного распредвала 2101 равна 0.8мм, нам необходимо сделать зазор большей величины, тогда в точке перекрытия оба клапана будут иметь зазор 0.2мм., который мы сможем определить с помощью щупа. Для тюнингового распредвала имеющего больший подъем клапанов в перекрытии, следует делать зазор превышающий этот подъем.
 |
| Легкий способ настройки разрезной шестерни по перекрытию клапанов |
Уточнение! Цифры указанные в качестве зазоров – произвольные и не имеют большого значения. Можно выбрать регулировочный зазор не 1мм., а больше, к примеру 1.5мм. или 2мм., а зазоры в месте перекрытия могут быть не 0.2мм, а больше или меньше, важно только чтобы они были одинаковыми.
Не забудьте провернуть двигатель вручную, чтобы убедиться что вы не ошиблись и клапана не упираются в поршня. На этом настройка разрезной шестерни по точке перекрытия клапанов окончена. Смотрите так же видео мануал по настройке разрезной шестерни по точке перекрытия клапанов.Не забудьте ознакомиться с материалом который поможет с принципами и характеристиками выбора тюнингового распредвала на классический двигатель Ваз - читать.
 |
| Тюнинговый распредвал эстонец+ |
ot16.blogspot.com
16.05.2010
Краткий обзор типов клапанного механизма
Воздух и топливо входят в камеру сгорания, а отработавшие газы покидают ее через порты клапанов. Клапаны, расположенные в портах камеры сгорания, открываются и закрываются, позволяя обеспечивать прохождение воздушно-топливной смеси/отработавших газов или герметизировать камеру сгорания. Для правильной работы двигателя клапаны должны открываться и закрываться в правильные моменты времени. Фазы газораспределения (моменты открывания или закрывания клапанов) задаются распределительным валом, воздействующим на клапанный механизм.
В автомобильных двигателях используются два основных типа клапанного механизма. Это -клапанный механизм с верхним расположением клапанов (OHV) и клапанный механизм с верхним расположением распределительного вала (ОНС). В клапанном механизме OHV используется один распределительный вал, центрально расположенный в блоке цилиндров. Кулачки распределительного вала посредством группы взаимосвязанных механических элементов управляют моментами открывания и закрывания клапанов, расположенных в головке цилиндров. Клапанный механизм ОНС использует один или несколько распределительных валов, установленных прямо на головке цилиндров над клапанами. Моменты открывания и закрывания клапанов задаются кулачками распределительного вала (валов). Клапанный механизм со штангами толкателей (OHV)
Двигатели со штангами толкателей, также известные как двигатели с верхним расположением клапанов (OHV), имеют один распределительный вал, расположенный в блоке цилиндров. Клапаны располагаются в головке цилиндров над камерой сгорания. Клапаны открываются и закрываются в результате воздействия кулачков распределительного вала на толкатели, штанги толкателей и клапанные рычаги ("коромысла").
Основные элементы клапанного механизма OHV - это:• Головка цилиндров• Клапаны• Седла клапанов• Направляющие втулки клапанов• Клапанные пружины• Распределительный вал• Штанги толкателей• Толкатели• Клапанные рычаги• Привод распределительного вала• Привод клапана с верхним расположением
Двигатели имеют каналы, которые пропускают воздушно-топливную смесь в цилиндры и выпускают отработавшие газы, образующиеся после сгорания смеси. Эти каналы, называемые портами клапанов, очень плотно герметизируются на протяжении четырехтактного цикла. Клапаны должны открывать и закрывать порты в точные моменты времени.
Когда распределительный вал вращается, кулачок воздействует на толкатель. Толкатель нажимает на штангу толкателя, которая толкает вверх один из концов клапанного рычага. Другой конец клапанного рычага надавливает на шток клапана и заставляет клапан преодолевать усилие пружины и открываться. После того как кулачок проходит толкатель, клапанная пружина воздействует на клапан, и далее на клапанный рычаг, штангу толкателя и толкатель. Когда кулачок поворачивается достаточно далеко, клапан плотно закрывается в седле клапана.
Привод распределительного вала
В двигателях ОНС распределительный вал (ы) располагается в головке цилиндров.
Преимущества верхнего распределительного вала заключаются в следующем:
• Меньшее количество элементов в клапанном механизме• Более высокая точность и прямой привод клапанов• Уменьшение потерь на трение
Один распределительный вал с верхним расположением (SOHC)
Двигатели SOHC обычно имеют по два клапана на цилиндр. В двигателях SOHC используются толкатели роликового типа, которые располагаются под распределительным валом, или клапанные рычаги, которые находятся над распределительным валом.
Два распределительных вала с верхним расположением (DOHC)
В двигателе DOHC работа по открыванию клапанов распределяется между двумя распределительными валами. В двигателях DOHC обычно имеется по четыре клапана на цилиндр. Большее количество клапанов на цилиндр позволяет более эффективно впускать воздушно-топливную смесь на ходе впуска и выпускать отработавшие газы на ходе выпуска.
В двигателях DOHC для воздействия на клапаны используются или толкатели роликового типа или механические толкатели прямого действия.
Привод распределительного вала
Задача газораспределительного механизма заключается в координации впуска воздушно-топливной смеси и выталкивания отработавших газов при возвратно-поступательном перемещении поршня. Это выполняется посредством синхронизации вращения коленчатого вала с распределительным валом (ами). Т.к. коленчатый вал выполняет два оборота на каждый цикл сгорания, а распределительный вал делает только один оборот, передаточное число всегда должно быть равно 2:1. Моменты открывания и закрывания клапанов обозначаются в градусах поворота коленчатого вала. Имеются различные варианты привода распределительного вала. В качестве привода клапанного механизма (а точнее, распределительного вала) могут использоваться:
• Зубчатые колеса• Цепь• Ремень
Головка цилиндров для клапанного механизма со штангами толкателей (OHV)
Головка цилиндров крепится болтами сверху на блоке цилиндров и образует "крышу" камеры сгорания. Головка цилиндров:• уплотняет верхние зоны цилиндров.• размещает свечи зажигания.• размещает седла клапанов, направляющие втулки клапанов и порты для впускных и выпускных клапанов.• размещает клапанный механизм.• имеет опорные поверхности для установки впускного и выпускного коллекторов.
Как и блок цилиндров, головка цилиндров изготавливается из чугуна или алюминиевого сплава. Впускной и выпускной коллекторы крепятся к головке цилиндров напротив портов клапанов. Большинство двигателей V-6 или V-8 имеют по две головки цилиндров - по одной для каждого ряда цилиндров. Верхняя часть головки цилиндров изготавливается таким образом, чтобы на ней можно было установить клапанные рычаги или другие элементы клапанного механизма.
Прокладка головки цилиндров
Прокладка головки цилиндров обеспечивает газо- и водонепроницаемость стыка между головкой цилиндров и блоком цилиндров. Кроме того, прокладка головки цилиндров компенсирует любые незначительные неровности, имеющиеся на сопрягаемых поверхностях. По этой причине прокладка головки цилиндров должна изготавливаться из достаточно податливого материала.
Болты головки цилиндров
Болты крепления головки цилиндров надежно фиксируют головку цилиндров относительно блока цилиндров. Имеются два типа болтов крепления головки цилиндров: обычные и "с затяжкой до предела текучести". Обычные болты затягиваются поэтапно с использованием динамометрического ключа с постепенным увеличением момента затяжки. Болты с затяжкой до предела текучести также затягиваются с последовательным постепенным увеличением момента затяжки. Однако, заключительная стадия - это затяжка болтов на заданный угол, используя угломер. На этой заключительной стадии резьба слегка деформируется, что способствует созданию большей "несущей способности" болта. Вследствие деформирования резьбы болтов крепления головки цилиндров в процессе затягивания, болты с затяжкой до предела текучести можно повторно использовать только в том случае, когда это разрешено изготовителем автомобиля.
Клапаны
Клапан имеет круглую головку с конической поверхностью (фаской), которая уплотняется в седле в головке цилиндров. Вследствие конструкции клапана, имеющей шток и головку, такой клапан иногда называется тарельчатым клапаном.
Головка клапана - это больший по диаметру конец клапана, который герметизирует порт клапана. Поверхность головки цилиндров, относительно которой клапан обеспечивает уплотнение, называется седлом клапана. Головка клапана имеет механически обработанную поверхность, называемую посадочной фаской или рабочей (уплотняющей) поверхностью клапана. Посадочная фаска клапана - это место контакта между клапаном и седлом клапана. И посадочная фаска клапана и седло клапана должны быть механически обработаны таким образом, чтобы образовать герметичное уплотнение при закрытом положении клапана. Полный контакт между клапаном и седлом клапана необходим для того, чтобы отводить тепло от рабочей поверхности клапана в головку цилиндров. "Стойкость клапана" определяется толщиной головки клапана.
Седло клапана
Седло клапана - это зона контакта головки цилиндров с посадочной фаской клапана, когда клапан находится в закрытом положении. Седла имеются и у впускных и у выпускных клапанов. Зона седла клапана должна быть достаточно твердой, чтобы постоянно противостоять ударам, т.к. клапан открывается и закрывается достаточно быстро. Седло также должно быть способно обеспечивать теплопередачу, чтобы клапан не перегревался и не деформировался. Поскольку отработавшие газы коррозионно агрессивны, седла выпускных клапанов должны быть устойчивыми к воздействию коррозии. Вставное седло клапана запрессовывается в головку цилиндров. Эта вставка изготавливается из материала, отличного от материала головки цилиндров и имеющего необходимую твердость, тепловые и противокоррозионные свойства.
Шток клапана
Шток клапана - это длинная, узкая часть, расположенная над головкой. Шток клапана имеет канавку на конце, которая используется для закрепления клапана в головке цилиндров посредством сухарей. На конце штока клапана устанавливается клапанная пружина. Пружина сжимается в требуемом положении на штоке клапана посредством того, что снизу она опирается на поверхность гнезда пружины в головке цилиндров, а сверху фиксируется в требуемом положении на верхней части штока клапана посредством тарелки и сухарей. Тарелка и сухари удерживаются в требуемом положении постоянным давлением на них со стороны пружины и фиксируются в канавке штока клапана, таким образом обеспечивая постоянное стремление клапана в закрытое положение. Шток клапана проходит через направляющую втулку клапана, которая также удерживает клапан в требуемом положении в головке цилиндров.
Направляющие втулки клапанов
Направляющие втулки клапанов обеспечивают точность посадки клапанов в головке цилиндров. Они позволяют штокам клапанов проходить через камеру сгорания к верхней зоне головки цилиндров, в которой устанавливаются клапанные пружины. Некоторые направляющие втулки клапанов являются неотъемлемой частью отливки головки цилиндров. Другие направляющие втулки клапанов представляют собой вставки из "мягкого" сплава, которые изготавливаются отдельно и затем запрессовываются в головку цилиндров. Радиальный зазор между направляющей втулкой клапана и штоком клапана минимален. Он точно рассчитывается только для обеспечения достаточного пространства для смазки и свободного возвратно-поступательного перемещения штока.
Конструкции, в которых на один цилиндр приходится три или четыре клапана, используются потому, что "многоклапанная" схема более точна и эффективна. В трех клапанной конструкции обычно используются два клапана для впуска и один клапан для выпуска. В четырех-клапанной конструкции используются по два клапана для впуска и выпуска.
Клапанный зазор
Когда клапан перемещается в закрытое положение, он должен плотно сесть в седле клапана. Чтобы выполнить это, не должно быть никакого давления на шток клапана. На некоторых двигателях создается небольшое пространство между кончиком штока клапана и приводом (клапанным рычагом, толкателем, гидравлическим толкателем). Это пространство называется клапанным зазором. Клапанный зазор должен быть точно отрегулирован, чтобы избежать повышенного шума и обеспечить надежную работу. Если клапанный зазор слишком велик, двигатель работает шумно. Если клапанный зазор отсутствует, клапан не способен плотно сесть в седле клапана. Отработавшие газы смогут проходить через седло клапана и в конечном счете прожечь отверстие в клапане в месте протечки. В некоторых двигателях клапанный зазор поддерживается механическими мерами, такими как установка регулировочной прокладки.
Конструкции с механической регулировкой зазора могут требовать периодических регулировок. В некоторых двигателях клапанный зазор поддерживается автоматически посредством гидравлических устройств. Гидравлическое устройство (толкатели различной конструкции) удлиняется под воздействием гидравлического давления масла, что позволяет обеспечить постоянный контакт с кончиком штока клапана. При закрывании клапана давление масла сбрасывается, позволяя клапану плотно сесть в седло клапана (закрыться).
Клапанные пружины
Клапанная пружина отвечает за плотность посадки клапана в седле клапана при закрытии клапана. Пружина устанавливается в верхней зоне головки цилиндров вокруг штока клапана. Верхние и нижние тарелки предотвращают износ пружины и удерживают ее на месте. Сухари клапана, устанавливаемые в верхнюю тарелку пружины, фиксируются в канавке штока клапана и удерживают все перечисленные элементы в требуемом положении.
Усилие пружины
Клапанная пружина должна быть способна создавать усилие, достаточное, чтобы удерживать клапан в седле клапана плотно закрытым. Кроме того, клапанные пружины должны удерживать все элементы клапанного механизма в контакте друг с другом, т.к. двигатель работает с высокой частотой вращения. В то же самое время, клапанная пружина не должна создавать слишком большое усилие, т.к. это вызовет преждевременный износ элементов. Поэтому клапанные пружины рассчитываются на создание вполне определенного усилия, отвечающего конкретной конструкции двигателя.
Рабочая высота пружины
Рабочая высота - это длина пружины, когда она установлена в головку цилиндров, а клапан полностью закрыт.
Распределительный вал
Распределительный вал управляет фазами газораспределения клапанов (моментами открывания и закрывания клапанов).
Распределительный вал приводится в движение коленчатым валом посредством зубчатой передачи, цепного или ременного привода.
Распределительный вал вращается с частотой вращения, равной половине частоты вращения коленчатого вала, что позволяет обеспечивать правильное газораспределение в четырех тактах сгорания. Открывание и закрывание клапанов выполняется кулачками, расположенными на распределительном вале. Каждому клапану двигателя, независимо от конструкции последнего, соответствует свой собственный кулачок на распределительном вале. В зависимости от конструкции двигателя в нем может иметься только один или несколько распределительных валов.
Подъем клапана
Высота подъема клапана - это расстояние, на которое приподнимается клапан над седлом клапана при полном открывании клапана. Высота подъема клапана задается высотой кулачка и конструкцией клапанного механизма. Клапан должен приподниматься настолько, чтобы позволить воздушно-топливной смеси свободно входить в цилиндр, а отработавшим газам свободно вытекать из цилиндра, и при этом клапан не должен сталкиваться с поршнем, а пружина не должна заедать.
Продолжительность открытого состояния клапана
Продолжительность открытого состояния клапана -это отрезок времени, в течение которого кулачок распределительного вала удерживает клапан открытым. Продолжительность измеряется в градусах поворота распределительного вала и задается формой кулачка. Изменение продолжительности воздействует на рабочие характеристики двигателя, определяя, какой крутящий момент и мощность генерируются при данной частоте вращения коленчатого вала двигателя.
Перекрытие клапанов
Перекрытие клапанов -это состояние, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно.
Перекрытие клапанов обычно имеет место в последней части хода выпуска четырехтактного цикла. Чтобы обеспечить хорошее прохождение воздушного потока в цилиндр на ходе впуска, впускной клапан должен начать открываться раньше, чем закончится ход выпуска.
Перекрытие клапанов задается расположением кулачков на распределительном вале. Перекрытие клапанов измеряется в градусах поворота распределительного вала. Изменение перекрытия клапанов оказывает влияние на рабочие характеристики двигателя.
Клапанный механизм с верхним расположением клапанов
В двигателе OHV, в котором распределительный вал устанавливается ниже клапанов в блоке цилиндров, для приведения в движение цепи газораспределительного механизма, которая вращает звездочку распределительного вала, используется звездочка коленчатого вала.
Штанги толкателей
В двигателе OHV штанги толкателей передают движение на подъем от распределительного вала и толкателей к клапанам. Штанги толкателей изготавливаются из жесткой стальной трубы и имеют на концах чашеобразные или шаровые головки. На некоторых двигателях используются штанги толкателей с изменяющейся длиной, что позволяет обеспечить первичную регулировку зазора с помощью гидравлических толкателей.
Клапанные рычаги
Клапанный рычаг передает движение от штанги толкателя или распределительного вала к клапану, полностью изменяя направление перемещения. Ось для клапанного рычага проходит через сам рычаг (высверливается отверстие для оси), поэтому клапанный рычаг может качаться на оси такого клапанного рычага.
Толкатели клапанов
Толкатели клапанов передают движение подъема от кулачков к штокам клапанов. Толкатель предохраняет шток клапана от бокового давления. Толкатели могут быть жесткими или иметь гидравлический привод. Кроме того, толкатели могут иметь или плоскую контактную поверхность или роликовый механизм, позволяющий уменьшить трение.
Жесткий толкатель клапана
Жесткий толкатель клапана передает движение от кулачка к клапану. Жесткий толкатель - это цельный элемент, не имеющий никаких движущихся частей. Двигатели, оснащенные жесткими толкателями, требуют выполнения периодических регулировок, позволяющих уменьшить износ клапанного механизма и устранить шум.
Гидравлические толкатели клапанов
Гидравлические толкатели не только передают движение, но также могут компенсировать изменения величины клапанного зазора. Гидравлический толкатель - это гидравлический цилиндр, который регулирует величину клапанного зазора, используя давление моторного масла и усилие, создаваемое внутренней пружиной.
Роликовые толкатели и толкатели с плоской рабочей поверхностью
Распределительный вал, воздействуя на плоскую поверхность толкателя, создает трение. Чтобы уменьшить трение, некоторые толкатели имеют ролик, встроенный в зону контактной поверхности толкателя. Распределительный вал контактирует с роликом, а не с плоской поверхностью (причиной трения). Клапанный рычаг с роликом аналогичен клапанному рычагу и имеет то же самое преимущество, что и роликовый толкатель. Один конец клапанного рычага с роликом подпирается толкателем, который управляет регулировкой зазора. Другой конец клапанного рычага с роликом воздействует на клапан по мере того, как распределительный вал "наезжает" на ролик.
Толкатели клапанов при верхнем распо¬ложении распределительного вала (ОНС)
Английский термин "cam follower" - это другой термин для обозначения механического толкателя клапана ("mechanical lifter"). Обратитесь к гл. "Толкатели клапанов".Жесткие толкатели клапанов "поршневого типа"
Жесткие толкатели клапанов, так называемого, "поршневого типа", используемые в двигателях ОНС и DOHC, предлагают способ корректировки клапанного зазора. Регулировочные прокладки различной толщины позволяют изменять зазор между распределительным валом и толкателем.
Гидравлические компенсаторы клапанных зазоров при верхнем расположении распределительного вала (ОНС)
Гидравлический компенсатор клапанного зазора -это вариант гидравлического толкателя для двигателя ОНС. На многих двигателях ОНС клапанные зазоры регулируются автоматически гидравлическими компенсаторами клапанных зазоров. Гидравлические компенсаторы клапанных зазоров устраняют потребность в ручной регулировке клапанов. Гидравлический компенсатор клапанного зазора "поршневого типа" располагается между верхушкой штока клапана и распределительным валом. В этой конструкции распределительный вал контактирует непосредственно с верхней поверхностью регулятора зазора.
Гидравлические компенсаоры клапанных зазоров, установленные в клапанных рычагах
Гидравлические компенсаторы клапанных зазоров, установленные в клапанных рычагах, во многом работают подобно гидравлическому компенсатору зазора "поршневого типа", за исключением того, что они находятся в контакте с клапанными рычагами, а не с распределительным валом.
Гидравлический компенсатор зазора, установленный в клапанном рычаге, не имеет корпуса регулятора, но шариковый клапан, плунжер и внутренний корпус работают также, как и в гидравлическом компенсаторе зазора "поршневого типа", что позволяет поддерживать нулевой клапанный зазор.
Привод распределительного вала с верхним расположением
Чтобы приводить в движение распределительный вал (ы), шкив или звездочка на конце коленчатого вала приводит в движение ремень или цепь газораспределительного механизма, который (ая), в свою очередь, приводит во вращение шкив (ы) или звездочку (и) распределительного вала (ов). Шкивы или звездочки распределительных валов, имеющие кинематическую связь с цепью или ремнем, затем приводят во вращение каждый распределительный вал. Шкив зубчатого ремня газораспределительного механизма, расположенный на коленчатом вале, имеет количество зубьев, равное половине количества зубьев на шкивах распределительных валов, поэтому распределительные валы совершают один оборот на каждые два оборота коленчатого вала. Привод распределительного вала типа ОНС также включает в себя натяжной шкив (натяжитель) и пружину натяжителя или гидравлический автоматический натяжитель, которые обеспечивают натяжение цепи или ремня газораспределительного механизма и фазы газораспределения клапанов.
Комбинированный ременно-цепной привод
Другой тип привода DOHC - это комбинация ременного и цепного привода. В этой конструкции ремень газораспределительного механизма приводит в движение впускной распределительный вал, а цепь газораспределительного механизма -выпускной распределительный вал. Главное преимущество этой конструкции заключается в том, что она позволяет клапанам располагаться под более вертикальным углом. Этот угол обеспечивает увеличение эффективности сгорания, улучшение экономии топлива и более низкую токсичность выхлопа.
Комбинированный ременно-зубчатый привод
В этой компоновке с двумя распределительными валами с верхним расположением (DOHC) ремень и шкив используются для привода от коленчатого вала только одного распределительного вала. Второй распределительный вал приводится в движение от первого посредством зубчатой передачи с косыми зубьями. Одно из косозубых зубчатых колес имеет на один зуб больше, чем другое. Зубчатое колесо с дополнительным зубом называется фрикционным зубчатым колесом, потому что оно обеспечивает плотный контакт между зубчатыми колесами. Это заедание уменьшает уровень шума в шестернях и клапанном механизме в процессе работы.
Регулируемое газораспределение
В некоторых двигателях DOHC используется регулируемое газораспределение (VCT). Аналогичная система известна и под аббревиатурой WT. В любой из этих систем гидравлическое исполнительное устройство изменяет фазы газораспределения клапанов, т.е. моменты открывания и закрывания клапанов. Газораспределение изменяется в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя и позволяет улучшить характеристики двигателя.
автозапчасти в москве
www.mskjapan.ru
В этом посте в большей степени речь пойдет о настройке и подборе распредвалов на турбо моторы.
Давайте кое-что вспомним о распредвалах
1.Duration— полная фаза открытия клапана.2.Lobe separation angle (LSA)— общий развал кулачков. Часто еще называют Lobe Center Angle (LCA)3.ICA — Intake center angle или Intake Centerline– момент максимального подъема впускного клапана4.ECA — Exhaust center angle или Exhaust Centerline— – момент максимального подъема выпускного клапана5.OverLap– перекрытие, момент когда впускной и выпускной клапана открыты.
Очень и очень кратко (3 поста была написано на эту тему). Узкая полная фаза открытия клапана подходит для низких оборотов, широкая необходима для высоких. Более узкий общий развал кулачков LSA способствует мощной серединке, но за это приходится заплатить не ровным холостым ходом и ограничением мощности на высоких оборотах. Широкий общий развал кулачков уменьшает перекрытие (overlap), улучшает качество холостого хода и дает возможность двигателю развивать мощность на более высоких оборотах, но за это необходимо заплатить жирной серединкой.
Узкий общий развал кулачков дает нам более узкий диапазон мощности, а широкий LSA более гладкий (широкий).
Теперь поговорим о распредвалах для турбо моторов. Хочу напомнить, что на дворе уже давно 2014 год, а многие еще пользуются базой знаний основной на турбинах, используемых 15 лет назад. Это все устарело, сейчас настало время высокоэффективных турбо компрессоров, конечно если вы не сторонник покупки старых или новых, но дешевых турбин. В те давние времена было обычное явление — высокое противодавление в системе выпуска. Соотношение избыточного давления на впуске к противодавление на выпуске было типичным от 1.5 -2.0: 1. Сегодня противодавление в системе впуска меньше чем избыточное давление (boost).
Все ДВС лучше работают, когда настроены с определенным количеством перекрытия распредвалов (overlap). Если противодавление в системе выпуска больше чем давление на впуске, то отработанные (выпускные) газы в момент overlap (при условии достаточного времени) попадут обратно в цилиндры, а потом и в коллектор. Но все мы знаем, что отработанные газы второй раз не будут гореть в камере сгорания, следовательно, мощность сильно пострадает. Поэтомудля старого типа турбин нужны распредвалы с практически нулевым перекрытием (overlap).Из-за высокого противодавления на старых турбинах необходимо более раннее закрытие выпускного клапана, данного результата проще всего добиться за счет более широкого LSA. Это и является причиной распространения теории о широком LSA распредвалов, о минимальном перекрытии на турбо моторах.
Сегодня, на современных турбинах, у которых значительно уменьшено противодавление, соотношение давления к противодавлению близко к атмосферному мотору (за счет буста). А это значит, что LSA может быть сужено, но это (как бы) противоречит утверждению, что все турбо-валы должны иметь более широкую LSA 112-114 градусов.
С новыми турбинами, у которых снижено противодавление – также означает, что выпускной клапан может быть открыт раньше и быть открытым дольше, что является общепринятым для улучшения мощности на высоких оборотах и используется на атмо двигателях.
Так, что-то я Вас запутал, попытаюсь распутать. Более раннее открытие выпускного клапана уменьшит мощность двигателя из-за уменьшения времени воздействия горячих газов (высокое давление) на поршень на рабочем такте, но эта потеря будет меньше, чем потеря мощности на такте выпуска, когда поршень идет вверх и вынужден преодолевать оставшееся высокое давление в цилиндрах, пока еще не открыт впускной клапан.
Также это хорошо сказывается на температуре поршня, меньше время воздействия, меньше температура. Но здесь следует отметить, что на турбо моторе, более раннее открытие выпускного клапана достигается не за счет увеличение LSA или точнее ECA — Exhaust center angle или Exhaust Centerline — – момент максимального подъема выпускного клапана, а за счет увеличения полной фазы выпускного распредвала.К примеру, если мы рассмотрим двигатель у которого 4 клапана на цилиндр, то для борьбы с перепродувкой в момент перекрытия используют более узкий выпускной вал по отношению к впускному на атмо моторах, то на турбо варианте выпускной вал часто имеет одинаковую полную фазу ( duration) с впускным валом.
Если на турбо моторе момент закрытия впускного клапана и открытия выпускного сильно раздвинуты, скажем LSA 112-114, то мотор будет очень лениво откликаться на педаль газа, будет вялый спул. Если мы сделаем LSA 109 градусов ситуация значительно улучшится, увеличение мощности, двигатель будет быстрее выходить на полный буст, лучше реакция и т.д.Турбо моторы работают значительно быстрее, к примеру на треке, когда мы настроим открытие выпускного клапана раньше, за счет уменьшения, сужения LSA или использования более широкой фазы выпускного вала.
Впускной вал для турбо моторов.Здесь другой фактор влияет на подбор распредвала, а именно –плотность поступающего свежего заряда. Если на атмо моторах для наполнения цилиндров, чтобы получить высокие показатели мощности, нам необходимо много времени и поэтому мы используем валы с широкой фазой. То здесь все наоборот. Первое, турбо моторы имеют обычно более низкую степень сжатия, а это значит, что фаза должна быть более узкая. Второе с увеличением избыточного давления на впуске, увеличивается плотность и конечно количество необходимого нам кислорода. Больше топлива и воздуха поступает в камеру сгорания, но скорость при этом остается низкой. Давление в камере сгорания соответственно повышается очень быстро, и как следствие более раннее ее заполнение на такте впуска в сравнении с таким же атмо мотором. Вывод – турбо мотору необходим распредвал с более узкой полной фазой.
Стоит также рассмотреть эффективность вашей ГБЦ при выборе подходящего распредвала для турбо мотора. Кто следит за моим блоком, то читал посты посвященные портингу. Если у вас ГБЦ с хорошим портингом, то она сама по себе уже передвинет диапазон мощности на более высокие обороты, поэтому не стоит увлекаться с большими фазами. Но вот ГБЦ с узкими каналами, небольшими клапанами часто нуждаются в более широких фазах.
Большая турбина и широкий распредвал не работают вместе. Мотор будет ленивый, а мощность будет только на высоких оборотах. Более узкий распредвал поможет большой турбине быстрее раскрутится.Комбинация узкого впускного вала с еще более узким выпускным валом (уже чем впускной) позволит добиться невероятного момента на низких оборотах.
Немного о моторах с компрессором.
Как вы уже могли заметить, на таблице соотношений давления на впуске и выпуске, то оно в сторону впуска. Двигатели с компрессором используют распредвалы с узкой полной фазой на впуске и более широкий LSA . Если перекрытие на таком двигателе оставить, как на атмо моторе, то компрессор не сможет эффективно наполнять цилиндры т.к. часть свежего заряда просто будет уходить через систему выпуска в момент перекрытия валов (overlap). Это означает, что необходимо использовать более узкий впускной распредвал с более поздним ICA — Intake center angle, чем на атмо моторах.
Избыточное давление на впуске приведет к высокому давлению в цилиндрах в рабочем такте, это означает, что необходимо будет избавится от большего количества отработанных газов. В этом нам поможет более широкая фаза на выпускном распредвале и конечно более раннее ECA — Exhaust center angle.Что у нас получилось – более позднее ICA и более раннее ECA означает более широкую LCA, а это значит очень небольшое перекрытие (overlap).
Ну и в заключениихочу сказать, что для турбо мотора и настройка, и подбор распредвала сложнее чем для атмо или двигателя с компрессором. До того времени, как турбина набирает эффективную скорость, двигатель ведет себя как атмосферный (с низкой степенью сжатия). Это значит, что для хорошего, быстрого наполнения цилиндров и для производства достаточного количества отработанных газов, чтобы раскрутить турбину, идеальным будет иметь узкое значение LSA (или как следствие значительный overlap). Как только турбина раскрутится двигатель начинает вести себя, как мотор с компрессором и поэтому идеальным будет более широкое LSA.Турбо мотор с большим избыточным давлением (бустом) и высокими оборотами нуждается в более широких фазах. Основное отличие между турбо мотором и двигателем с компрессором в том, что турбо мотор не передувает поступающий заряд через выпуск в момент перекрытия распредвалов, как это происходит с компрессорными двигателями и поэтому им необходимо открывать впускной клапан раньше. Турбо двигатели нуждаются в более широкой фазе на впускном распредвале, чем при использовании компрессора, но при этом все же более узкую чем в атмосферном варианте.
Турбо компрессор должен выбраться в первую очередь, а распредвал только потом, он выполняет вспомогательную функцию.
Автор: Владимир Шарандин
enginepower.pro
Cтраница 1
Перекрытие клапанов особенно благоприятно сказывается на наполнение цилиндров при большой частоте вращения коленчатого вала. В момент, когда впускной клапан начинает открываться, давление в цилиндре остается выше атмосферного. [2]
После перекрытия клапана 17 анализируемый газ из верхней части сосуда 5, имеющей определенный объем, пропускается через поглощающий сосуд 15 и, пройдя через него, поступает под колокола 9 и 14 измерительной части прибора, находящиеся в жидкости. [3]
Это перекрытие клапанов способствует улучшению очистки цилиндра от отработавших газов и наполнению его свежим зарядом. [4]
После перекрытия клапана 17 анализируемый газ из верхней части сосуда 5, имеющей определенный объем, пропускается через поглощающий сосуд 15 и, пройдя через него, поступает под колокола 9 и 14 измерительной части прибора, находившиеся в жидкости. Первым поднимается колокол 14, наполняемый постоянным объемом газа. Остаток газа поступает под колокол 9, который поднимается на различную высоту в зависимости от объема газа, оставшегося непоглощенным. Высота подъема колокола 9 определяется прямой линией на диаграммной ленте 10 прибора. Диаграммная лента перемещается часовым механизмом. [5]
После перекрытия клапана 17 анализируемый газ из верхней части сосуда 5, имеющей определенный объем, пропускается через поглощающий сосуд 15 и, пройдя через него, поступает под колокола 9 и 14 измерительной части прибора, находящиеся в жидкости. Первым поднимается колокол 14, наполняемый постоянным объемом газа. Остаток газа поступает под, колокол 9, который поднимается на различную высоту в зависимости от объема газа, оставшегося непоглощенным. [7]
Что такое перекрытие клапанов и для чего оно нужно. [8]
При этом перекрытие клапана осуществляется: при повышенном давлении в котле выше допустимого, при уменьшении разрежения в топке ниже допустимого, при снижении яркости или затухании пламени, при упуске воды или перепитке котла. [9]
При этом перекрытие клапана осуществляется: при повышенном давлении в котле выше допустимого, при уменьшении разрежения в топке ниже до - - пустнмого, при снижении яркости или затухании пламени, при упуске воды или перепитке котла. [10]
В период перекрытия клапанов в двигателях с внешним смесеобразованием часть горючей смеси может вытекать из цилиндра через выпускные органы. [11]
Кром з того перекрытие клапанов поз-воля г использовать инерцию газов в выпуск. ЗЕ счет которой выпуск прои ходит отсасывание из цилиндра - - отрас ставших газов и подсасывание в цш индр свежего воздука. [12]
В двигателях угол перекрытия клапанов зависит от их конструктивных особенностей. [13]
С увеличением угла перекрытия клапанов детонация уменьшается. Это объясняется тем, что цилиндр двигателя лучше очищается от остаточных газов и быстрее охлаждается. [14]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Cтраница 3
Потери от дросселирования тем значительнее, чем больше величина перекрытия клапанов, поэтому ее следует выбирать при проектировании турбины и настройке регулирования минимально допустимой. [32]
Если поток подается под высоким давлением, то при перекрытии клапана может возникать гидравлический удар. [33]
Период, когда оба клапана находятся в открытом состоянии, называется перекрытием клапанов, он составляет 140 по углу поворота коленчатого вала. В этот период происходит очистка цилиндров от отработавших газов. [34]
При сжатии газа в турбокомпрессорах малой мощности питание колонн газом регулируется перекрытием клапанов на всасывающей линии компрессора, что связано с дополнительной затратой энергии на преодоление сопротивления клапанов и приводит к снижению коэффициента полезного действия электродвигателя вследствие его неполной нагрузки. [35]
Продувка камеры сгорания холодным воздухом в конце хода выталкивания ( при перекрытии клапанов) значительно снижает теплонапряженность двигателя, температуру поршня, клапанов, цилиндра, что уменьшает подогрев свежего заряда, увеличивает коэффициент наполнения и уменьшает коэффициент остаточных газов. Подача газа в цилиндры двигателя KVR, как и в двухтактных двигателях ГМК, осуществляется установленными в головке каждого цилиндра газовпускными клапанами. [36]
Оба эти метода основаны на продувке дополнительным воздухом пространства камеры сгорания во время перекрытия клапанов. В первом случае продувка производится небольшим количеством воздуха ( 10 - 15 % от всего поступающего воздуха), подаваемого под невысоким давлением в период перекрытия клапанов. [37]
Степень полноты сгорания трассирующего газа определяется испытанием его на четырехтактном двигателе, не имеющем перекрытия клапанов. У такого двигателя воздух не может попасть в выхлопную трубу, не участвуя предварительно в горении. Поэтому содержание трассирующего газа в выхлопных газах позволяет определить коэффициент полноты сгорания его при данном тепловом режиме работы двигателя. [38]
В четырехтактных двигателях коэффициент уост может быть уменьшен путем применения продувки при некотором увеличении перекрытия клапанов. [39]
У четырехтактных двигателей с наддувом, учитывая интенсивное охлаждение днища поршня наддувочным воздухом за время перекрытия клапанов, цилиндровая мощность при неохлаждаемом поршне, особенно алюминиевом, может быть повышена. [40]
Из диаграммы фаз газораспределения видно, что есть период, когда оба клапана открыты одновременно, - так называемое перекрытие клапанов. [41]
Период, в теч вине которого впускной и выпускной клапаны находятся одновременно в отк рытом состоянии, называется перекрытием клапанов. [42]
Угловой промежуток в конце выпуска и в начале впуска, на протяжении которого оба клапана открыты, называется перекрытием клапанов. В период перекрытия происходит продувка, осуществляемая за счет инерции движущихся с большой скоростью отработавших газов и свежей горючей смеси. [44]
Угол поворота коленчатого вала, соответствующий положению, при котором впускной и выпускной клапаны одновременно открыты, называется углом перекрытия клапанов. [45]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Основные понятия
Предназначение газораспределительного механизма
Своевременное и наиболее полное заполнение цилиндров двигателя свежим зарядом топливовоздушной смеси, или воздухом в дизельных двигателях, и своевременное и наиболее полное удаление из цилиндра продуктов сгорания – отработавших газов.
Вообще на количество поступающего в цилиндры двигателя воздуха оказывают влияния все детали системы впуска - воздушный фильтр, воздуховоды, карбюратор, особенно его диффузор для карбюраторного двигателя или корпус дроссельной заслонки для двигателя с впрыском топлива, а также впускной коллектор и некоторые другие элементы. Но самым критичным является впускной клапан (клапаны), поскольку проходное сечение элементов системы впуска достаточно легко увеличить и, следовательно, уменьшить их гидравлическое сопротивление, а вот значительно увеличить проходное отверстие впускного и выпускного клапана в ограниченном пространстве камеры сгорания затруднительно.
На этом рисунке изображены два основных механизма двигателя – кривошипно-шатунный (КШМ), который был рассмотрен в предыдущем разделе, и газораспределительный механизм, с которым предстоит познакомиться.
Совершенство систем впуска и выпуска определяется коэффициентом наполнения цилиндров. Этот коэффициент показывает, сколько воздуха попадает в цилиндр двигателя на каждом цикле.
Расчёт фактического коэффициента наполнения достаточно сложен, поскольку его значение зависит от нескольких параметров. Для простоты примем очень упрощённую модель.
Если поршень находится в положении нижней мёртвой точки, в цилиндре полностью отсутствуют отработавшие газы, оставшиеся от предыдущего цикла, а давление в цилиндре сравнялось с атмосферным, то это количество воздуха принимается за стопроцентное заполнение. В этом случае принимается, что коэффициент наполнения равен 1. (Иногда заполнение цилиндров обозначается процентами.)
Поскольку все процессы в двигателе происходят очень быстро, а впускной тракт двигателя и в первую очередь газораспределительный механизм, оказывают сопротивление поступлению воздуха в цилиндр, коэффициент наполнения массового двигателя обычно равен 0,75 – 0,85 для бензинового двигателя и 0,8 – 0,9 для дизельного двигателя.
При помощи модификаций (тюнинга) впускного тракта и газораспределительного механизма коэффициент наполняемости форсированных двигателей на некоторых режимах можно поднять до 0,95 – 1,0.
А можно ли поднять коэффициент наполнения до значения более 1. Да можно, за счёт применения нагнетания воздуха в цилиндры (турбонаддув или механический нагнетатель). Если при указанных выше условиях давление в цилиндре за счёт нагнетания будет в два разы выше атмосферного давления, коэффициент наполнения будет равен 2 или 200%.
Чем больше топливовоздушной смеси попадёт в цилиндр, то есть чем выше коэффициент наполнения, тем большую литровую мощность можно получить от двигателя.
Принципы работы газораспределительного механизма
При изучении принципов работы простейшего двигателя внутреннего сгорания отмечалось, что во время такта всасывания открывается впускной клапан, а во время такта выпуска открывается выпускной клапан. На том этапе нас такое объяснение вполне устраивало, но сразу было ясно, что сами по себе клапаны открываться и закрываться не будут, что существует какой-то механизм, открывающий и закрывающий клапаны в строгом соответствии с перемещением поршня в цилиндре. Правда, тут необходимо отметить, что первые двигатели внутреннего сгорания имели «автоматические» впускные клапаны. Автоматическим назывался клапан, открывающийся не под воздействием какого-либо механизма, а только под воздействием разности давлений с обеих сторон клапана
Основа газораспределительного механизма тарельчатый клапан.
Для управления газовыми потоками двигатель имеет газораспределительный механизм (ГРМ). Основой ГРМ являются тарельчатые клапаны. На самой заре развития ДВС применялись и другие системы управления газодинамическими процессами двигателя, например золотниковые или поворачивающиеся гильзы цилиндров с перепускными отверстиями, но в настоящее время в четырёхтактных поршневых двигателях применяются только клапанные механизмы газораспределения.
Клапаны ДВС постоянно находятся в закрытом состоянии под воздействием усилия клапанной пружины, которая прижимает рабочую уплотняющую фаску клапана к седлу клапана, обеспечивая этим герметичное закрытие впускных или выпускных газовых каналов. В момент, когда необходимо открыть клапан, одна из деталей клапанного механизма, в зависимости от конструкции механизма, нажимает сверху на стержень клапана и, преодолевая усилие клапанной пружины, открывает его. После снятия усилия приложенного к стержню клапана, клапан под воздействием клапанной пружины закрывается. То есть во время работы двигателя клапан совершает возвратно-поступательное движение.
1. Кулачок распределительного вала
2. Пружина клапана
3. Клапан
4. Седло клапана
Если для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в круговое движение коленчатого вала применяется кривошип, то для преобразования вращательного движения распределительного вала в возвратно-поступательное движение клапана используется кулачок, являющийся основной частью распределительного вала. В старые времена в технической литературе распределительный вал чаще назывался кулачковым валом.
Как отмечалось в статье о принципах работы ДВС, полный рабочий цикл двигателя состоит из четырёх тактов, совершаемых за два полных оборота коленчатого вала двигателя (720?). Но для выполнения всех четырёх циклов за два оборота коленчатого вала необходимо всего один раз открыть и закрыть впускной клапан и один раз открыть и закрыть выпускной клапан, то есть каждый из клапанов открывается и закрывается один раз за два оборота коленчатого вала. Поэтому распределительный вал, получающий вращение от коленчатого вала, должен вращаться в два раза медленнее, чем коленчатый вал.
Конструкций привода распределительного вала, обеспечивающих это соотношение великое множество, мы сейчас не будем их рассматривать, главное сейчас понять основные принципы работы газораспределительного механизма.
Запомните основное:
1. Распределительный вал при помощи механизма привода получает вращение от коленчатого вала, чаще всего от его передней части.
2. Распределительный вал вращается ровно в два раза медленнее коленчатого вала, что обеспечивается передаточным соотношением механизма привода распределительного вала.
3. Для открытия и закрытия клапанов в точно необходимое время угловое положение распределительного вала точно синхронизировано с угловым положением коленчатого вала и не изменяется во время работы двигателя. Каждому угловому положению коленчатого вала строго соответствует определённое угловое положение распределительного вала.
Общее правило, но в настоящее время имеются системы, допускающие некоторое управляемое изменение углового положения распределительного вала. Но и в этом случае первоначальные угловые установки распределительного вала относительно положения коленчатого вала необходимо производить с очень высокой точностью.
Кулачок распределительного вала
Основой распределительного вала является кулачок, состоящий из следующих элементов.
1. Ось симметрии кулачка (центральная ось)*.
2. Базовая окружность кулачка.
3. Вершина кулачка.
4. Высота подъёма профиля кулачка.
5. Рабочий профиль кулачка.
6. Затылок.
7. Рамп.
* Возможно, более точное название этой оси - точка самого высокого открытия клапана, поскольку на спортивных автомобилях могут применяться не симметричные кулачки распределительного вала. Но такие валы применяются редко, поэтому для упрощения понятий будем называть эту ось, осью симметрии кулачка.
В самых распространённых механизмах газораспределения количество кулачков распределительного вала равно количеству клапанов, которыми управляет данный распределительный вал. Правда есть механизмы, в которых один кулачок управляет несколькими клапанами и, наоборот, одним клапаном управляют несколько кулачков. Но сейчас, для простоты понятия будем рассматривать только самые распространённые механизмы.
Обычно распределительный вал имеет установочную метку (на элементах привода), обеспечивающую точную взаимную угловую установку распределительного и коленчатого валов. Угловое положение оси симметрии конкретного кулачка, относительно установочной метки распределительного вала (то есть относительно положения поршня в цилиндре) определяет момент начала открытия данного клапана, момент его максимального открытия и момент его закрытия.
Время от начала открытия клапана (отрыва тарелки клапана от седла) до момента закрытия клапана (касания тарелки клапана седла клапана) называется фазой открытого состояния клапана.
В клапанном механизме, в котором не применяются рычаги привода клапанов (коромысла или рокеры), высота подъёма клапана равна высоте подъёма профиля кулачка.
Высота подъёма профиля кулачка равна разности расстояния между самой удаленной точкой вершины кулачка от оси вала и радиусом базовой окружности кулачка. Только это расстояние определяет величину подъёма клапана, при отсутствии рычагов привода клапанов.
В этом механизме кулачок распределительного вала непосредственно нажимает на толкатель клапана, в этом случае высота подъёма клапана будет равна высоте подъёма кулачка, то есть (А – В).
В некоторых клапанных механизмах, использующих рычаги, действительная высота подъёма клапана, в зависимости от соотношения опорных точек рычага, может отличаться от высоты подъёма профиля кулачка. В этом случае высота подъёма клапана зависит одновременно от двух факторов – высоты подъёма профиля кулачка и соотношение длинны сторон рычага привода клапанов.
В этом механизме высота подъёма клапана будет равна: (А – В) * (L1 / L2)
Форма профиля кулачка определяет скорость открытия и закрытия клапана, высоту открытия клапана для данного углового положения распределительного вала, а также время открытого состояния клапана.
На этом рисунке изображена диаграмма, показывающая высоту подъёма впускного клапана в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Общее время открытого состояния впускного клапана для этого распределительного вала равно 270 градусов по углу поворота коленчатого вала.
Тут постоянно говорится о времени открытия или закрытия клапана, времени максимального подъёма клапана, но слово «время», в данном случае довольно условный термин. Все эти моменты и интервалы измеряются не в единицах измерения времени (секундах), а в градусах угла поворота коленчатого вала относительно верхней мёртвой точки (ВМТ), реальное время, в секундах, этих интервалов зависит как от установленных углов, так и от скорости вращения коленчатого вала двигателя.
Перекрытие клапанов
На первый взгляд с фазами газораспределения всё ясно. Вспомнив принципы работы простейшего ДВС, рассматривавшиеся ранее. Можно сказать, что впускной клапан открывается при нахождении поршня в ВМТ в начале такта всасывания и закрывается в конце этого такта при нахождении поршня в НМТ, а выпускной клапан открывается, после того как поршень пройдёт положение НМТ в начале такта выпуска и закроется когда поршень подойдет к положению ВМТ в конце этого такта. В таком идеализированном двигателе время открытого состояния клапана всегда равно времени прохождения одного такта, то есть 180? по углу поворота коленчатого вала, или 90? по углу поворота распределительного вала.
Так выглядит диаграмма открытия клапанов идеализированного двигателя. Такие характеристики имели первые двигатели внутреннего сгорания.
В действительности всё значительно сложнее. Двигатель с такими фазами газораспределения будет ровно работать на оборотах холостого хода, и иметь отличные характеристики крутящего момента на низких оборотах. Автомобиль с такими характеристиками будет плавно трогаться с места, и иметь хорошее ускорение в самом начале движения. Но с повышением оборотов такие фазы газораспределения не обеспечат необходимую наполняемость цилиндров рабочей смесью (или воздухом). Поэтому двигатель с такими фазами газораспределения не в состоянии поднять верхнюю границу максимальных оборотов и, соответственно, увеличить максимальную мощность. Такой двигатель может хорошо работать на оборотах, не превышающих 2000 об/мин.
Может это странно звучит, но большая часть автомехаников уверена, что именно так работает газораспределительный механизм современного двигателя.
Ранее говорилось, что для увеличения максимальной мощности двигателя необходимо сжигать в цилиндрах двигателя как можно больше топливовоздушной смеси, и указывались два способа как можно это сделать. Увеличить объём цилиндров или повысить цикловую наполняемость цилиндра (коэффициент наполнения). Но когда эти два параметра приблизились к своему разумному пределу или техническим возможностям, для дальнейшего увеличения объёма сжигаемой смеси, пришлось увеличить количество рабочих циклов за данный промежуток времени, то есть поднять максимальные обороты вращения коленчатого вала двигателя. Сжигание большего количества топлива за тот же временной интервал приводит к увеличению максимальной мощности двигателя. Скорость вращения максимально форсированных двигателей автомобилей F1 для достижения максимальной мощности достигает 19000 об/мин.
Не смотря на то, что угол открытого состояния клапанов при увеличении оборотов двигателя не изменяется (в градусах), действительное время открытого состояния клапанов (в секундах) с увеличением оборотов двигателя изменяется значительно, уменьшение реального времени открытого состояния клапанов не позволяет полностью заполнить цилиндр топливовоздушной смесью. Отсюда возникает желание увеличить время открытого состояния клапанов.
Кроме этого с повышением скорости движения газов во впускной и выпускной системах двигателя, при увеличении оборотов двигателя, появляются другие возможности увеличения скорости газовых потоков и, соответственно, наполняемости цилиндров за счёт газодинамических процессов.
Воздух, как смесь газов, имеет собственную массу и, следовательно, инерцию.
Когда под воздействием атмосферного давления воздух устремляется в цилиндр, поскольку при перемещении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндре образуется разрежение, воздух приобретает некоторую скорость, на высоких оборотах работы двигателя эта скорость значительно выше, чем при работе двигателя в диапазоне низких оборотов. Для обеспечения необходимого ускорения массе воздуха требуется некоторое время и некоторая энергия. Поэтому, когда поршень начнёт перемещаться вниз лучше, если впускной клапан будет уже несколько открыт, и топливовоздушная смесь будет перемещаться в цилиндр, встречая меньшее сопротивление при прохождении клапанного отверстия.
То же самое можно сказать и о перемещении отработавших газов. По мере выхода их цилиндра отработавшие газы приобретают некоторую скорость и, следовательно, инерцию. Когда отработавшие газы перемещаются в систему выпуска, за счёт собственной инерции за ними образуется разрежение, которое способствует затягиванию в цилиндр нового свежего заряда через впускной клапан. Это можно сказать и входящей смеси, по инерции она производит некоторое выталкивание отработавшей смеси их цилиндра. Явление взаимного действия друг на друга входящих и выходящих газов называется продувкой. Благодаря этому происходит улучшение заполнения цилиндров.
Инерция движущейся с большой скоростью топливовоздушной смеси сказывается и при закрытии клапанов.
При резком закрытии впускного клапана под воздействием движущейся массы воздуха перед впускным клапаном образуется некоторое давление, превосходящее давление в цилиндре в самом начале такта сжатия, это давление нужно использовать. Клапан необходимо закрыть только тогда, когда смесь перестанет поступать в цилиндр из-за увеличения давления в цилиндре и динамический напор газов сравняет с давлением в цилиндре. Поэтому, если впускной клапан закрыть несколько позднее после положения нижней мёртвой точки в цилиндр поступит больше топливовоздушной смеси. А более ранее открытие выпускного клапана, то есть не вначале такта выпуска, а в конце такта сжатия, до достижения поршнем положения НМТ, обеспечивает лучшее очищение цилиндра от отработавших газов.
Многочисленные опыты, подтверждённые теоретическими исследованиями, показали, что для улучшения наполняемости цилиндров в диапазоне высоких оборотов необходимо закрывать выпускной клапан несколько позднее ВМТ, а впускной клапан открывать несколько раньше ВМТ. То есть некоторое время, в конце такта выпуска и в начале такта всасывания, и впускной и выпускной клапаны одного цилиндра одновременно должны находится в открытом состоянии. В этом случае в диапазоне высоких оборотов резко возрастает наполняемость цилиндров за счёт увеличения времени наполнения цилиндров и за счёт динамического напора газов. Обратите внимание, что именно только в «диапазоне высоких оборотов».
Угол поворота коленчатого вала, во время которого остаются открытыми одновременно впускной и выпускной клапан называется – углом перекрытия клапанов.
Угол перекрытия клапанов это очень важный показатель технических характеристик двигателя. Технически этот угол можно изменить, изменяя угловое положение центральной оси кулачка или изменяя профиль кулачка распределительного вала.
Круговая диаграмма фазы впускного клапана. Видно, что впускной клапан открывается до достижения поршнем верхней мёртвой точки на такте выпуска и закрывается позже нижней мёртвой точки на такте всасывания, то есть фактически на такте сжатия.
Линейная диаграмма открытия впускного клапана в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
На этой диаграмме чётко видно начало открытия впускного клапана в конце такта выпуска, точка максимального открытия клапана и точка закрытия клапана на такте сжатия. Необходимо отметить, что это не серийный распределительный вал, а вал спортивного автомобиля со средним уровнем форсировки.
Круговая диаграмма фазы выпускного клапана. На этой диаграмме видно, что выпускной клапан открывается до достижения поршнем нижней мёртвой точки, то есть клапан открывается ещё при прохождении такта рабочего хода. А закрывается выпускной клапан не ВМТ, как в идеализированном двигателе, а через некоторое время после начала такта всасывания.
Совместная диаграмма фаз газораспределения впускного и выпускного клапана. Необходимо помнить, что все события указанные не этой диаграмме осуществляются не за один оборот коленчатого вала, а за два оборота, то есть 720?.
На этой круговой диаграмме отображено взаимное расположение фаз впускного и выпускного клапанов и угол перекрытия клапанов.
Возможно, линейная диаграмма более ясно показывает взаимное расположение фаз впускного и выпускного клапана.
На этой диаграмме зона перекрытия клапанов обозначена розовым цветом.
На первый взгляд, опять, кажется всё просто, увеличили угол перекрытия клапанов и получили более мощный двигатель без особых затрат. Но тут ещё раз встречается главное правило технического компромисса – изменение одного технического параметра любого механизма обязательно влечёт за собой изменение других параметров, причём чаще в худшую сторону.
Двигатель, имеющий клапанный механизм с большим углом перекрытия клапанов развивает высокие максимальные обороты и имеет высокую максимальную мощность. Но этот двигатель очень неровно работает на оборотах холостого хода, а при высокой степени форсировки вообще не работает на оборотах ниже 2500 об/мин, и имеет низкий крутящий момент в диапазоне низких оборотов. Для улучшения этих показателей, важных для двигателя массового автомобиля, необходимо уменьшить угол перекрытия клапанов, что, несомненно, приведёт к снижению максимальных оборотов и уменьшению максимальной мощности двигателя. В общем по максимуму можно выбрать только что-то одно или просто встать по середине.
Подбор оптимального угла перекрытия клапанов и других параметров фаз газораспределения конструкторами двигателя определяется в результате принятия сложного компромиссного решения. Двигатель он ведь не сам по себе. Он предназначен для установки на конкретный автомобиль или, хотя бы, на конкретный тип автомобилей.
Для подбора правильного перекрытия клапанов создаваемого двигателя первоначально определяется, на каких режимах чаще будет работать двигатель, установленный на данный тип автомобилей, этот режим признаётся основным и двигатель оптимизируется для работы в этом режиме, с учётом приемлемой работы на остальных режимах. Ясно, что на других режимах этот двигатель будет работать с меньшей эффективностью.
Двигатель, установленный на семейный седан, большую часть времени будет работать в диапазоне низких и средних оборотов с частичными нагрузками, при этом двигатель должен быть как можно более экономичным и соответствовать строгим нормам по токсичности, да и неравномерная работа двигателя на оборотах холостого хода не очень понравится спокойным владельцам семейных седанов. Многие, наверное, слышали байки, что в Ролс-Ройсе слышно тиканье наручных часов. Спокойным владельцам семейных седанов не очень понравится необходимость раскручивать двигатель до высоких оборотов при трогании с места.
А основное требование к двигателю спортивного автомобиля это большая максимальная мощность, часто любой ценой. В спорте мощность никогда не бывает лишней, и для получения добавочной мощности настоящий спортсмен стойко перенесёт тряску автомобиля на низких оборотах двигателя и очень высокие обороты холостого хода, а вопрос топливной экономичности вообще не может возникнуть в голове человека устремлённого к победе и вложившего столько денег в тюнинг автомобиля. А что касается рёва двигателя на старте, то для спортсмена это не недостаток, а один из способов получения адреналина.
Подбор оптимальных фаз газораспределения (конструкции распределительного вала) всегда был многоплановой инженерной задачей. Недаром специалисты, занимающиеся тюнингом автомобильных двигателей, называют распределительный вал сердцем двигателя. Изменяя форму кулачков распределительного вала или его угловое положение можно улучшить работу двигателя в необходимом, строго определённом, диапазоне оборотов, но как уже было отмечено, этот диапазон для различных условий эксплуатации двигателя различен.
Добиться максимальной эффективности работы автомобильного двигателя во всём диапазоне оборотов и нагрузок за счёт изменения перекрытия клапанов невозможно. По существу автомобильный двигатель не работает с максимальной эффективностью не в одном диапазоне, Просто обеспечивается наибольшая эффективность в наиболее часто используемом диапазоне, с обеспечением приемлемой эффективности в остальных диапазонах. К сожалению, двигатель автомобиля не может постоянно работать в одном диапазоне оборотов.
Сравнение фаз газораспределения массового и форсированного двигателя
1. Момент открытия впускного клапана
2. Момент закрытия выпускного клапана
3. Момент открытия выпускного клапана
4. Момент закрытия выпускного клапана
На этой кольцевой диаграмме можно сравнить фазы газораспределения двигателей массового и форсированного спортивного автомобиля.
autopribor.ru
