Встановлення нестандартних розподільних валів
Перш ніж говорити про конструкцію розподільчого валу, розглянемо ті процеси, які протікають під час наповнення циліндра паливно-повітряною сумішшю та очищення його від відпрацьованих газів.
За час такту впуску поршень встигає розігнати суміш настільки, що швидкість потоку у впускному каналі ГБЦ може досягати кількох сотень кілометрів на годину. Такий потік має досить великий запас кінетичної енергії; він не зупиниться миттєво по всій довжині каналу навіть якщо клапан повністю закритий. Саме тому будь-які розподільні вали сконструйовані так, що впускний клапан закривається пізніше, ніж поршень пройде НМТ і відкривається раніше, ніж поршень досягне ВМТ. Це необхідно ось для чого. Поки поршень рухається вниз під час такту впуску, створюючи розрядження в циліндрі, всмоктує горючу суміш. Досягши НМТ, поршень зупиняється і потім починає рухатися вгору. Тепер. здавалося б, поршень повинен виштовхувати суміш назад, якщо клапан відкритий. Але, як писалося вище, швидкість потоку настільки велика, що навіть коли поршень починає рухатися вгору, суміш до певного моменту надходитиме в циліндр за рахунок інерції потоку. Коли тиск, з яким поршень, що рухається вгору, виштовхує суміш перевищить тиск, створюваний за рахунок руху потоку за інерцією, суміш почне викидатися назад в канал; саме в цей момент і має закритися клапан. Так, наприклад, розподільний вал двигуна ВАЗ-2101 забезпечує закриття впускного клапана із запізненням у 40 градусів після того, як колінчастий вал пройде положення НМТ, а у розподільного валу М45 ОКБ «Двигун» запізнення закриття клапана становить 100 градусів. Але навіть коли впускний клапан закритий, потік суміші в каналахГБЦ та колекторі не зупиняється повністю; на початку впускного тракту суміш продовжує рухатися вперед, за рахунок чого перед впускним клапаном створюється деякий надлишковий тиск. Саме тому впускний клапан відкривається не тоді, коли поршень досягне ВМТ, а трохи раніше (у двигуна ВАЗ-2101 випередження відкриття впускного клапана становить 12 градусів). коефіцієнт наповнення більше 1 (наприклад, на підготовленому двигуні ВАЗ-2106 було досягнуто коефіцієнт наповнення 1,04 при 6000 об/хв. – А.В.Дмитрієвський. Карбюратори. Діагностування, регулювання, ремонт. М: «Машинобудування», 1995р. с.118)
2. Випуск та перекриття
Випускний клапан відкривається раніше, ніж поршень встигне досягти НМТ, але в той момент, коли вся або практично вся суміш встигла згоріти. Це зроблено для максимально повного очищення циліндра від відпрацьованих газів. У кінці такту випуску, коли поршень майже досяг ВМТ, тиск відпрацьованих газів, що залишилися в циліндрі, дуже невелика. Саме в цей момент знову відкривається впускний клапан, і робоча суміш, не встигнувши втратити весь запас своєї енергії, починає надходити в циліндр, виштовхуючи залишки відпрацьованих газів. У двигуна ВАЗ-2101 випускний клапан відкривається з випередженням в 42 градуси. відкриті впускний та випускний циліндри, і називається перекриттям.
В українському технічному мовленні прийнято такі терміни, що стосуються теми статті.
Ширина фази відкриття або просто фазаФаза,вимірювана в градусах повороту коленвала - це міра тривалості відкриття клапана, яка показує, на який кут повернеться коленвал за час, поки клапан буде відкритий.
ПідйомПідйом клапана в міліметрах – це величина максимального ходу клапана.
ПерекриттяТерміном «перекриття» можуть позначатися дві величини.
Перекриття в градусах повороту коленвала показує, наскільки довго обидва клапани знаходяться у відкритому положенні. Перекриття в міліметрах – це величина відкриття впускного та випускного клапанів, коли поршень знаходиться у ВМТ. Поршень проходить ВМТ якраз у той момент, коли клапани перебувають у перекритті, тому величину перекриття в міліметрах необхідно знати для того, щоб уникнути удару поршня по клапанах.
Базовий діаметр («база»)- діаметр круглої частини кулачка. Якщо база валу відповідає показнику стандартного для цього двигуна, вал називають повнобазним. Якщо базу зменшено – неповнообазним.
Випередження відкриття та запізнення закриття клапана, в градусах повороту колінчастого валу необхідно знати для порівняння валів зі схожими характеристиками.
4. Вибір розподільного валу.
Жоден розподільний вал не може забезпечити роботу двигуна з максимальною ефективністю у всьому діапазоні робочих оборотів. Тому вал слід вибирати, виходячи з того режиму роботи, який буде основним.
З написаного вище випливає, що головним параметром, що впливає на роботу розподільного валу, є швидкість потоку суміші у впускному тракті, яка визначається поточною витратою суміші. Витрата суміші в свою чергу, залежить від об'єму двигуна та оборотів колінчастого валу (тобто, наприклад, двигун малого об'єму на великих оборотах витрачатиме стільки ж суміші, скільки моторвеликого обсягу при низькій частоті обертання коленвала).
Саме цими параметрами визначаються гранично допустимі ширина фаз та тривалість перекриття. Якщо розподільний вал з широкою фазою поставити на малооб'ємний двигун, або двигун, що працює на низьких оборотах, то через малу швидкість потік суміші не матиме запасу кінетичної енергії, необхідного для отримання ефектів, описаних у розділі 1. Тобто, при великому запізнюванні закриття впускного клапана після НМТ, поршень буде виштовхувати частину суміші у впускний тракт, що тільки погіршить наповнення циліндра. пізно, відсікатиме ту суміш, яка могла б потрапити в циліндр.
Загалом тенденція така, що чим ширша фаза, тим більше «верховим» буде двигун. І навпаки, для роботи на малих та середніх оборотах розподільні вали з надмірно широкою фазою покажуть найгірші результати.
Також як правило, чим ширше фази розподільного валу, тим ширша і величина перекриття.
4.2. Підйом клапана.
Збільшення підйому клапана дозволяє покращити наповнення циліндра за рахунок збільшення прохідного перерізу впускного тракту. Величину підйому клапана обмежують геометричні розміри деталей і небезпеку зависання клапана на високих оборотах. Відомо, що при роботі на високих (понад 8 тисяч) оборотах, клапани багатьох двигунів не встигають повністю закритися, перш ніж поршень досягне ВМТ. Крім небезпеки руйнування поршнів та клапана, зависання шкодить ще й тим, що при цьому порушується процес газорозподілу. При цьому очевидно, що чим вище підйом клапана (тобто той шлях, який йому доводиться здійснювати під час відкриття тазакритті), тим більша ймовірність його зависання. Тому конструктори розподільних валів, призначених для роботи на таких режимах, обмежують підйом клапана. Так, наприклад, розподільний вал знаменитого ВАЗ-2105 ВФТС мав підйом клапана всього 11,5 мм, хоча багато вазівських спортивних розподільних валів випускаються з підйомом клапана до 13 мм.
Резюмуючи сказане вище, можна скласти кілька «типових портретів» розподільчих валів: «низовий» — вал для отримання максимальної потужності на малих оборотах (невелика фаза, іноді навіть менше фази стандартного валу, при значному підйомі); спортивний - вал для роботи на дуже високих оборотах (максимально широка фаза - більше 320 градусів при помірному підйомі) і "тюнінговий" - група валів, розрахованих на отримання максимальної потужності в діапазоні 4-8 тисяч оборотів (великі величини підйому клапана при фазі 280- 320 градусів).
5. Підготовка ГБЦ до встановлення розподільного валу
Встановлення деяких розподільних валів вимагає просідання сідел клапанів. Це необхідно по-перше для забезпечення правильного положення рокера щодо розподільного валу (ставиться до розподільних валів зі зменшеним базовим діамтером), а по-друге, для розтискання клапанної пружини, витки якої можуть стулятися при величині підйому клапана більше 12,0 мм. Що стосується двигунів ВАЗ, величину просідання визначають за формулою: B = 0.5 (30 - D) + 0.5 ... 0.8, де B - глибина просідання сідла; D – базовий діаметр валу, що встановлюється.
1. Які характеристики стандартного розподільного валу ВАЗ-2101?
- Двигуни ВАЗ-2101, -21011, -2103, і 2106 оснащуються одним і тим же розподільчим валом, що має наступні характеристики: Ширина фаз впуску і випуску - 232 градуси; Перекриття - 0,8 мм; Запізненнязакриття впускного клапана – 40 град.; Випередження відкриття випускного клапана – 42 град.; Підйом клапана становить 9,728 мм (див. «Автомобілі ВАЗ». М:Транспорт. 1974 стор.31), хоча в в інтернеті іноді згадується значення 9,5 мм.
2. У мене є розподільник невідомого походження. Як дізнатися його характеристики?
— За допомогою підручного вимірювального інструменту можна визначити лише підйом клапана. Для цього необхідно виміряти мінімальний та максимальний діаметри кулачка та помножити різницю на 1,55. Результат дорівнюватиме величині підйому клапана.
3. Як налаштувати тюнінговий чи спортивний розподільний вал у гаражних умовах?
— Найпростіший спосіб налаштування розподільного валу – встановлення його «по перекриттю». Коли поршень першого циліндра буде перебувати у ВМТ в кінці такту випуску, за допомогою розрізної зірки або шестерні вал встановлюється так, щоб обидва клапани першого циліндра були відкриті на однакову величину (тарілки клапанів повинні бути на одному рівні). Таке положення распредвала називається нульовим перекриттям; для більшості валів воно є близьким до оптимального.
4. На моєму двигуні поршень у ВМТ упирається в клапан. Що робити?
— Необхідно нарізати цековки в днище поршня з таким розрахунком, щоб хід клапанів у положенні ВМТ поршня був як мінімум на 5 мм більший за величину перекриття в міліметрах.