Двигатели с нижним расположением распредвала: типы, устройство и принцип работы

Содержание

О ГРМ

10.09.2015 / 25.04.2018 • 2841 / 421

Механизм газораспределения предназначен для впуска в цилиндры двигателя свежей горючей смеси (в бензиновых) или воздуха ( в дизелях) и для выпуска отработавших газов.
Механизм должен обеспечивать четкое открытие и закрытие клапанов в соответствии с тактами работы двигателя, при этом должно быть выполнено обязательное условие герметичности камеры сгорания и длительное сопротивление износу и высоким температурным нагрузкам.
В современных автомобильных и тракторных двигателях применяют, клапанные механизмы газораспределения, характеризующиеся простотой конструкцией, малой стоимостью изготовления и ремонта, совершенством уплотнения и главное надежностью работы. Все детали клапанного механизма могут быть либо отремонтированы (седла клапанов, клапана) , либо заменены на новые детали (распредвал, втулки клапанов, толкатели, пружины и д.р.).

Клапаны непосредственно осуществляют подачу в цилиндры воздуха (топливно-воздушной смеси) и выпуск отработавших газов.

Клапан состоит из тарелки и стержня. На современных двигателях клапаны располагаются в головке блока цилиндров, а место соприкосновения клапана с ней называется седлом. Различают впускные и выпускные клапаны. Для лучшего наполнения цилиндров диаметр тарелки впускного клапана, как правило, больше, чем выпускного.

Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины, а открывается при нажатии на стержень. Пружина закреплена на стержне с помощью тарелки пружины и сухарей. Клапанные пружины имеют определенную жесткость, обеспечивающую закрытие клапана при работе. Для предупреждения резонансных колебаний на клапанах может устанавливаться две пружины меньшей жесткости, имеющие противоположную навивку.

Клапаны изготавливаются из сплавов металлов. Рабочая кромка тарелки клапана усилена. Стержень впускного клапана, как правило, полнотелый, а выпускного – полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения.

Большинство современных ДВС имеют по два впускных и два выпускных клапана на каждый цилиндр. Помимо данной схемы ГРМ используется: двухклапанная схема (один впускной, один выпускной), трехклапанная схема (два впускных, один выпускной), пятиклапанная схема (три впускных, два выпускных). Использование большего числа клапанов ограничивается размером камеры сгорания и сложностью привода.

Открытие клапана осуществляется с помощью привода, обеспечивающего передачу усилия от распределительного вала на клапан. В настоящее время применяются две основные схемы привода клапанов: гидравлические толкатели и роликовые рычаги.

Роликовые рычаги в качестве привода клапанов более предпочтительны, т.к. имеют меньшие потери на трение и меньшую массу. Роликовый рычаг (другие наименования – коромысло, рокер, от английского «коромысло») одной стороной опирается на стержень клапана, другой – на гидрокомпенсатор (в некоторых конструкциях на шаровую опору). Для снижения потерь на трение место сопряжения рычага и кулачка распределительного вала выполнено в виде ролика.

С помощью гидрокомпенсаторов в приводе клапанов реализуется нулевой тепловой зазор во всех положениях, обеспечивается меньший шум и мягкость работы. Конструктивно гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Гидравлический компенсатор, расположенный непосредственно на толкателе клапана, носит название гидравлического толкателя (гидротолкателя).

Распределительный вал обеспечивает функционирование газораспределительного механизма в соответствии с принятым для данного двигателя порядком работы цилиндров и фазами газораспределения. Он представляет собой вал с расположенными кулачками. Форма кулачков определяет

фазы газораспределения, а именно моменты открытия-закрытия клапанов и продолжительность их работы. Существенное повышение эффективности ГРМ, а следовательно и улучшение характеристик двигателя дают различные системы изменения фаз газораспределения.

На современных двигателях распределительный вал расположен в головке блока цилиндров. Он вращается в подшипниках скольжения, выполненных в виде опор. Используются как разъемные опоры, так и неразъемные (вал вставляется с торца). В некоторых двигателях в опорах используются тонкостенные вкладыши. От перемещения в продольном направлении распределительный вал удерживается упорным подшипником, который располагается со стороны привода вала. К опорам распределительного вала по индивидуальным каналам и под давлением подается масло из системы смазки.

Конструктивные варианты размещения привода клапанов.

Привод клапанов с помощью штанги при нижнем расположении распределительного вала.
Привод клапанов рычажным толкателем.
Привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка верхнего распределительного вала.
Непосредственный привод от распределительного вала через толкатель при верхнем расположении клапанов.

OHV

OHV / OHC

OHV / SOHC

OHV / DOHC

1-распределительный вал; 2-клапан; 3-ось коромысел; 4-толкатель клапана; 5-коромысло клапана; 6-штанга толкателя.

Широко распространены следующие схемы клапанного механизма:
Верхнее расположение клапанов, приводимых цилиндрическими толкателем:
непосредственно от распределительного вала толкатель перемещается в головке возвратно-поступательно и воспринимает поперечное усилие со стороны кулачка с одновременной передачей воздействующего усилия на стержень клапана с одновременной передачей воздействующего усилия на стержень клапана.

Верхнее расположение распределительного вала с приводом клапанов при помощи рычажного толкателя:

Привод двух коромысел от кулачков верхнего распределительного вала:

В современной мировой практике для уточнения типа клапанного механизма применяются следующие сокращения:

OHV

( Over Head Valves) означает верхнее расположение клапанов в двигателе. Никакой информации о расположении распределительного вала в этом сокращении не содержится.
OHC ( Over Head Camshaft) означает верхнее расположение распредвала (распредвалов) и не содержит никакой информации об их количестве, и о их способе воздействия на клапан.

Аббревиатура SOHC и DOHC обозначает количество распределительных валов в двигателе.

SOHC ( Single Over Head Camshaft) — обозначает один распределительный вал верхнего расположения.
DOHC ( Double Over Head Camshaft) — конструкция газораспределительного механизма с двумя распределительными валами расположенными сверху.
Существует еще одно распространенное сокращение СVH ( Compound Valve angle Hemispherical chamber ). В свободном переводе, это двигатель: «…с разными углами наклона клапанов и сферической камерой сгорания » В принципе, это верхнее расположение одного распредвала и клапанов приводимых с помощью «качалок» (вид коромысел клапанов). Отличительной особенностью является разные углы наклона для впускных и выпускных клапанов, как в продольных, так и в поперечных плоскостях относительно распредвала.

Газораспределительный механизм включает в себя:

Распределительный вал (один или два).
Клапана впускные и выпускные.
Вал (ось) крепления коромысел клапанов.
Толкатели клапанов (гидравлические или механические).
Коромысла клапана.
Штанги толкателей.
Седла клапанов.
Направляющие втулки клапанов.
Пружины клапанов.
Сухари клапанов.
Упорные верхние шайбы.
Нижние тарелки клапанных пружин.

Источник: motorzona.ru

Схема газораспределительного механизма: 1-впускной клапан, 2-распределительный вал впускных клапанов, 3-кулачек распределительного вала, 4-распределительный вал выпускных клапанов, 5-роликовый рычаг (коромысло), 6-гидрокомпенсатор, 7-клапанная пружина, 8-выпускной клапан, 9-головка блока цилиндров, 10-блок цилиндров.

В связи с широким применением четырех клапанов на один цилиндр предпочтение отдается двухвальной схеме ГРМ (один распределительный вал обеспечивает привод впускных клапанов, другой вал – выпускных). В V-образном двигателе устанавливается четыре распределительных вала — по два на каждый ряд цилиндров.

Распределительный вал приводится в действие от коленчатого вала с помощью привода, который осуществляет его вращение в два раза медленнее коленчатого вала (за один цикл работы двигателя конкретный клапан открывается только один раз). В качестве

привода распределительного вала

Ременная и цепная передачи приводят в действие распределительный вал, расположенный в головке блока цилиндров. Зубчатая передача вращает, как правило, распределительный вал в блоке цилиндров. В обиходе зубчатая передача привода распределительного вала носит название «гитара» (по форме двух соединенных шестерен).

Ременная и цепная передачи имеют как достоинства, так и недостатки, поэтому в ГРМ применяются на равных. Цепной привод более надежный и, соответственно, долговечный. Но цепь тяжелее ремня, поэтому требует дополнительных устройств для натяжения (натяжные ролики,) и гашения колебаний (успокоители). Натяжные ролики обеспечивают натяжение с помощью пружины и за счет давления масла в системе смазки. В качестве цепного привода распределительного вала используются одно- и двухрядные роликовые цепи. Постепенно их вытесняют

зубчатые цепи

Ременной привод не требует смазки, поэтому на шкивы устанавливается открыто. Вместе с тем, ремень в сравнении с цепью имеет ограниченный ресурс. Правда этот ресурс не такой уж и малый. Современные ремни «пробегают» 100-150 тыс.км. В качестве ременного привода распределительного вала широко используются зубчатые ремни. Выступы на внутренней поверхности зубчатого ремня входят в зацепление с зубьями на шкивах (шестернях), тем самым обеспечивается вращение. На двигателях TDI используется эллиптическая шестерня привода зубчатого ремня, что позволяет снизить тяговые усилия и крутильные колебания распределительного вала. Наряду с распределительным валом зубчатый ремень может приводить масляный насос, насос охлаждающей жидкости, топливный насос высокого давления.

Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала

На рисунке 5 показан газораспределительный механизм двигателя с нижним расположением распределительного вала. Газораспределительный механизм верхнеклапанный, с шестеренным приводом и двумя клапанами на цилиндр.

Рисунок 5 – Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала

Механизм включает в себя распределительный вал 1, привод распределительного вала, толкатели 9, штанги 8 толкателей, регулировочные винты 7, ось 6 коромысел, коромысла 5, клапаны 2, направляющие втулки 3 клапанов и пружины 4 с деталями крепления.

Распределительный вал – стальной, кованый, имеет пять опорных шеек 13, кулачки 15 (впускные и выпускные), шестерню 12 привода масляного насоса и распределители зажигания, а также эксцентрик 14 привода топливного насоса. Вал установлен в блоке цилиндров двигателя на запрессованных биметаллических втулках, изготовленных из стали и покрытых изнутри слоем свинцовистого баббита.

Привод распределительного вала осуществляется через прикрепленную к его переднему концу ведомую шестерню 10, изготовленную из текстолита. Она находится в зацеплении с ведущей стальной шестерней 11, установленной на коленчатом валу. Обе шестерни выполнены косозубыми для уменьшения шума и обеспечения плавной работы. Передаточное отношение шестеренного привода – отношение числа зубьев ведущей шестерни к числу зубьев ведомой шестерни – равно 1:2, т.е. ведомая шестерня 10 имеет в два раза больше зубьев, чем ведущая шестерня 11. Это необходимо для того, чтобы за два оборота коленчатого вала распределительный вал совершал один оборот, обеспечивая за полный цикл двигателя открытие впускного и выпускного клапанов каждого цилиндра по одному разу.

Толкатели 9 служат для передачи усилия от кулачков распределительного вала к штангам 8. Они изготовлены из стали, и их торцы, соприкасающиеся с кулачками, выполнены сферическими и наплавлены отбеленным чугуном для уменьшения изнашивания. Внутри толкатели имеют сферические углубления для установки штанг. Толкатели перемещаются в направляющих отверстиях блока цилиндров.

Штанги 8 передают усилие от толкателей к коромыслам 5. Они изготовлены из алюминиевого сплава, и на их концы напрессованы стальные наконечники.

Коромысла 5 предназначены для передачи усилия от штанг к клапанам. Коромысла стальные, имеют неравные плечи для уменьшения высоты подъема толкателей и штанг, в их короткие плечи ввернуты винты 7 для регулирования теплового зазора. Коромысла установлены на втулках на полой оси 6, закрепленной в головке цилиндров.

Клапаны 2 изготовлены из легированных жаропрочных сталей. Для лучшего наполнения цилиндров двигателя горючей смесью диаметр головки у впускного клапана больше, чем у выпускного.

Пружины 4 изготовлены из рессорно-пружинной стали. Деталями их крепления являются шайбы 17 и 19, сухари 16 и втулки 20. Резиновые маслоотражательные колпачки 18, установленные на впускных клапанах, исключают проникновение масла через зазоры между направляющими втулками и стержнями впускных клапанов.

Угол разделения лепестков протестирован и объяснен

| Практическое руководство — Двигатель и трансмиссия

Если головки цилиндров — легкие двигателя, то распределительный вал — его мозг. Это влияет на диапазон мощности и темперамент двигателя больше, чем любая другая отдельная деталь, и небольшое изменение может превратить автомобиль из кроткого продавца продуктов в совершенно неприятную машину. На первый взгляд, работа распределительного вала проста — открывать и закрывать клапаны, — но помимо этого актуального описания это один из самых загадочных и непонятых компонентов двигателя.

Видеокарта с множеством цифр, акронимов и аббревиатур находится в одном росчерке красной ручкой от проваленного теста по математике. Но чтобы выбрать идеальную камеру, нужно понимать всю эту информацию. Каждая спецификация представляет собой дорожную карту того, что делают клапаны, наиболее распространенными из которых являются подъем, продолжительность и угол разделения лепестков (LSA) — последний нуждается в наибольшем объяснении.

Что такое угол разделения лепестков?

LSA — это расстояние от осевой линии впускного патрубка до осевой линии выпускного патрубка. Это средняя линия между обеими долями, выраженная в градусах от 9 до5 на очень узкой/узкой стороне до 120 на широком конце. LSA — это способ суммирования относительной синхронизации событий впускного клапана (впускное открытие, впускное закрытие) и выпускного клапана (выпускное открытие, выпускное закрытие) по отношению друг к другу, и это отличное приближение того, как двигатель будет работать.

Чтобы продемонстрировать изменения в разделении кулачков в действии, мы заказали у Comp Cams три распределительных вала, все шлифованные, с одинаковой подъемной силой (0,541 впуск и 0,537 выпуск) и продолжительностью (230 впуск и 236 выпуск), но с тремя разными LSA: 101, а 107 и 113. Мы позаимствовали магазинный мул Westech Performance, компактный Chevy 370ci и его SuperFlow 9.02 и провел день, протестировав каждый распредвал вплотную друг к другу, чтобы оценить его влияние на пиковую мощность, максимальный крутящий момент, сжатие при запуске, разрежение на холостом ходу и диапазон мощности в целом — все переменные, которые определяют характер двигателя на улице. и отслеживать.

На Dyno

С первым кулачком, загруженным в двигатель (101 LSA), Стив Брюл из Westech сделал три тяги на динамометрическом стенде, среднее значение которых было сохранено для сравнения со следующим кулачком. Чтобы еще больше свести к минимуму любые отклонения на динамометрическом стенде, температура масла и воды в двигателе поддерживалась одинаковой для каждого рывка. Кулачок 101 LSA с неравномерным холостым ходом выдавал в среднем 484,0 л.с. при 6100 об/мин с крутящим моментом 493,9 фунт-фут при 4400 об/мин. У него был надежный диапазон мощности с тоннами полезного крутящего момента. Однако обильное перекрытие выхлопных газов (31 градус) означало сильное разбавление выхлопных газов при низких оборотах двигателя и высоком вакууме. Качество холостого хода было грубым, а вакуумметр показывал только 9.0,8 дюйма ртутного столба (дюймы ртутного столба). Брюл провернул двигатель с помощью стартеров динамометрического стенда и зафиксировал сжатие при проворачивании коленчатого вала 185 фунтов на квадратный дюйм.

Тест 1 был легким. Тесты 2 и 3 означали разборку двигателя на динамометрическом стенде, чтобы вытащить старый кулачок. Клапанные крышки, клапанный механизм, впускной коллектор, гармонический балансир, передняя крышка, комплект ГРМ и кулачок были выдернуты. Брюл вставил кулачок 113-LSA, самый широкий из испытанных, в сердце двигателя и приступил к установке всех деталей на место.

После следующих трех рывков стало ясно, что 113-й кулачок сильно опустился на низком крутящем моменте. На пике он выдавал 472,4 фунта-фута, что на 21,5 фунта-фута меньше, чем у 101 кулачка. Средняя мощность также снизилась, но двигатель опережал 101 кулачок при 5400 об / мин, на пике развивая 6,5 л.с. При испытании на сжатие при проворачивании Брюл зафиксировал 175 фунтов на квадратный дюйм, падение на 10 фунтов на квадратный дюйм по сравнению с выходным кулачком 101. Вакуум на холостом ходу показал значительный всплеск до 14,7 дюймов ртутного столба, что, вероятно, является разницей между возможностью использовать силовые тормоза и обязательной тренировкой ног.

Снова разобрали двигатель, чтобы установить третий тестовый кулачок, 107 LSA. Этот кулачок разделил разницу между 101 и 113 посередине, и теоретически должен был пройти линию между результатами двух последних тестов во всех отношениях, что он и сделал. Кривая мощности и крутящего момента лежала прямо между двумя последними кулачками, как и пиковая мощность и крутящий момент: 488,7 л. с. при 6200 об/мин и 487,1 л.с. при 4600 об/мин соответственно. Это была наука в действии, и с данными на буксире пришло время обработать цифры и выяснить, что происходит.

ЛСА	Мощность	Момент затяжки	Проворачивание сжатия	Пылесос холостого хода
101	484,0 при 6100 об/мин	493,9 при 4400 об/мин	185 фунтов на кв. дюйм	9,8
107	488,7 при 6200 об/мин	487.1 при 4600 об/мин	180 фунтов на кв. дюйм	12,2
113	490,5 при 6200 об/мин	472,4 при 4700 об/мин	175 фунтов на кв. дюйм	14,7

Вывод из этого теста: распредвал LSA — палка о двух концах. Самый плотный LSA (101) стоил 21,5 фунт-фут крутящего момента и гораздо более широкого диапазона мощности — за счет гораздо более низкого вакуума на холостом ходу, что сделало бы его более темпераментным в уличном автомобиле. Что касается мощности, разница между всеми тремя кулачками составляла всего 6,5 л.с., при этом пики разделялись скудными 100 об/мин.

Результаты

Вывод прост на первый взгляд: более плотный LSA обеспечивает больший крутящий момент на низких и пиковых оборотах за счет всего нескольких пони на высоких оборотах. Если бы это было единственным соображением, кулачок 101 был бы явным победителем. Однако в применении нужно учитывать гораздо больше. Такие факторы, как вакуум холостого хода, экономия топлива и настройка, влияют на выбор правильного кулачка.

Кулачки Tight LSA (101108)

Кулачки Tight LSA обеспечивают превосходный крутящий момент на низких оборотах и имеют красивую кривую мощности. Но ничто не обходится без затрат, и холостой вакуум страдает по мере уменьшения LSA. Это приводит к тому, что уличные манеры и настройка двигателя становятся непостоянными. Кулачок с более жестким LSA потребует более слабого гидротрансформатора, может не иметь возможности запуска тормозов с вакуумным усилителем и плохо работает с впрыском топлива.

Этот всеми любимый хлипкий холостой ход, являющийся частью привлекательности жесткого кулачка LSA, на самом деле является пропуском зажигания из-за разбавления выхлопных газов во впускном коллекторе и плохого наполнения цилиндров на холостом ходу. Это создает неустойчивое состояние вакуума в коллекторе, которое на двигателе с впрыском топлива сбивает с толку датчики давления воздуха в коллекторе (MAP), затрудняя им регулирование подачи топлива. Клапан управления впускным воздухом (IAC), который регулирует обороты холостого хода, также вынужден работать сверхурочно и часто пытается «поймать» холостой ход, но обычно стреляет то вверх, то вниз. Эти проблемы часто могут быть решены продвинутым настройщиком, но всегда представляют собой проблему и компромисс в стратегии настройки.

Широкие распредвалы LSA (114120)

В мире впрыска топлива широко распредвалы LSA, такие как 113, действительно сияют. Благодаря минимальному перекрытию и стабильному сигналу вакуума в коллекторе они отлично работают с системами впрыска топлива и являются нормой для современных двигателей с толкателями, таких как LS и Hemi Gen III. Если вы OEM-производитель автомобилей, который ищет стабильный холостой ход, хорошую экономию топлива и минимальные выбросы выхлопных газов, это кулачок выбора. Широкие кулачки LSA также применимы в приложениях с принудительной индукцией, где требуется меньшее перекрытие выхлопных газов.

Камеры среднего класса (110112)

Если вы посмотрите любой каталог камер, вы обнаружите, что большинство уличных камер попадают в этот диапазон. Это не случайно. Кулачок серии 110112 LSA обеспечивает необходимый кулачок холостого хода, чтобы успокоить уши редуктора приемлемым вакуумом в коллекторе для работы вспомогательного оборудования с вакуумным приводом. Баланс среднего крутящего момента и максимальной мощности делает этот диапазон LSA подходящим для большинства уличных/полосных двигателей. Около 70 процентов кулачков для мощных автомобилей попадают в этот диапазон.

Воздушный поток и LSA

Поток в головке блока цилиндров и LSA напрямую связаны: как правило, чем лучше поток в головке, тем шире может быть LSA. Более широкий LSA смещает события впускного и выпускного клапанов дальше друг от друга и создает меньше перекрытий, что вредит настройке волны впуска.

«Когда вы правильно настроили мощный двигатель, вы создаете волны высокого и низкого давления на впуске и выпуске, которые помогают наполнять цилиндры», — сказал Билли Годболд из Comp Cams. «Когда волна низкого давления в выхлопе отражается во впуске, дельта давления фактически помогает втягивать воздух и топливо в цилиндр. Когда у вас нет перекрытия, вы не можете настроить волну. всегда будет больше перекрытий, что позволяет системе выпуска и впуска — если они хорошо настроены — работать вместе».

Эта волновая настройка помогает мощным двигателям достигать объемной эффективности более 100 процентов. Чтобы решить эту проблему, присущую широким распределительным валам LSA, вам просто нужен впускной канал с большей пропускной способностью. Вот почему серия LS и многие другие современные двигатели могут развивать большую мощность в верхней и нижней части с широкими распределительными валами LSA, и поэтому множество заводских головок цилиндров имеют расход около (или выше) 300 кубических футов в минуту.

Какая камера мне подходит?

Прикрепить хвост к идеальному кулачку, безусловно, может быть сложной задачей. В конечном счете, все сводится к тому, как вы хотите, чтобы работал двигатель, предназначению автомобиля и тому, что вы готовы терпеть. Вооружившись дополнительной информацией о теории распределительных валов, что вы будете строить?

The Mule

Известный как «Гладиатор» в Westech Performance, этот малоблочный Chevy Dart SHP с блочным двигателем 370ci провел тысячи испытаний на динамометрическом стенде, проверяя всевозможные головки, воздухозаборники, кулачки и прочие сумасшедшие штуки. Журналисты из США вынудили Стива Брюла из Westech присоединиться к нему. Двигатель имеет головки AFR, коромысла Crane, балансир TCI, узел Scat Rotating с поршнями Mahle, воздухозаборник Edelbrock RPM Air-Gap, зажигание MSD и топливную систему Aeromotive.

Мифы о проворачивании компрессии

LSA	Впускной клапан
101	36 АБДК
107	42 АБДК
113	44 АБДК

Распространенное заблуждение состоит в том, что перекрытие впуска/выпуска способствует снижению компрессии при проворачивании коленчатого вала. Это представление совершенно ложно. «Девяносто девять процентов сжатия при проворачивании определяется статической степенью сжатия и точкой закрытия впускного клапана», — сказал Билли Годболд из Comp Cams. Как вы можете видеть на графике, кулачок 101 LSA на самом деле имел самое высокое сжатие при запуске из всей партии: 185 фунтов на квадратный дюйм. Только после закрытия впускного клапана может начаться компрессия. Поскольку кулачки кулачка 101 LSA расположены ближе друг к другу, точка закрытия впуска смещена вперед (закрывается раньше), и поршень имеет больше времени для создания сжатия — именно то, что показал датчик. На приведенном выше графике сравниваются точки закрытия впускного клапана трех кулачков, использованных в тесте.

Краткий обзор LSA

Более узкий LSA:

Перемещает крутящий момент на более низкие обороты
Увеличивает максимальный крутящий момент
Узкий диапазон мощности
Увеличение вероятности детонации двигателя
Увеличить компрессию при запуске
Простой вакуум и качество снижаются
Перекрытие клапана увеличивается
Уменьшает зазор между поршнем и клапаном

Более широкий LSA:

Увеличить крутящий момент до более высоких оборотов
Уменьшает максимальный крутящий момент
Расширяет диапазон мощности
Уменьшение вероятности детонации двигателя
Уменьшить пусковую компрессию
Вакуум на холостом ходу и улучшено качество
Перекрытие клапана уменьшается
Увеличивает зазор между поршнем и клапаном

Источники:

Aeromotive ; 913.647.7300; AeromotiveInc.com

Головки AFR ; 661. 257.8124; AirFlowResearch.com

Компенсаторы ; 800.999.0853; CompCams.com

Federal Mogul/Felpro ; 248.354.7700; FederalMogul.com

Edelbrock ; 310.781.2222 Edelbrock.com

Холли ; 866.464.6553; Holley.com

Мале ; 248.347.9700; Mahle-Aftermarket.com

MSD ; 888.258.3835; MSDperformance.com

Scat Enterprises ; 310.370.5501 ScatEnterprises.com

Динамометры и стенды SuperFlow ; 515.254.1654; SuperFlow.com

Trending Pages

Может ли Chevrolet Silverado ZR2 «Метеор» убить грузовики-динозавры?
Ford Ranger Raptor 2024 года: все, что мы знаем о внедорожном среднеразмерном пикапе
Ура, на аукционе был продан еще один самый дорогой (новый) автомобиль
Двигатель GM Vortec 8100: забытый старший брат 454-й модели
Go Very Badly

Руководство по распредвалу турбонаддува – Как правильно выбрать распредвал для вашего двигателя с турбонаддувом

| Практическое руководство — двигатель и трансмиссия

Технический редактор Смит развенчивает некоторые давние мифы о турбораспределителе

Место действия — местная круизная тусовка. Капот черного Pro Street Mustang молодого автомастера открыт, и небольшая группа подслушивает поток перекрывающихся технических дискуссий о турбинах, наддуве, распределительных валах и головокружительном множестве других тем, связанных с мощностью. Водитель «Мустанга» невинно просит оставить отзыв о своем выборе кулачка, и его быстро засыпают несколькими противоречивыми рекомендациями, каждая из которых яростно защищается как истина. Молодой водитель вскоре ошеломлен, быстро закрывает капот своей машины и уезжает, в то время как пара истинно верующих с турбонаддувом сражается в техническом поединке по фехтованию, который выглядит так, как будто он перерастет в религиозный бунт, похожий на джихад, с добровольными мучениками.

Хотя этот сценарий может быть вымышленным, дебаты вполне реальны и бушуют в Интернете на форумах и в технических чатах, посвященных всему, что связано с наддувом. Проблема с мнениями в том, что они есть у всех, и лишь немногие опираются на реальный опыт или устоявшуюся теорию горения. Поэтому мы решили искать тех, кто меньше говорит и больше гоняет. Среди наших участников есть Кенни Датвейлер, который начал экспериментировать с турбодвигателями Buick V6 и участвовать в гонках практически с того момента, как эти черные седаны появились в выставочном зале. Теперь он строит макси-турбо, мини-литраж, 29Малоблочный Chevy 9ci приводит в движение обтекаемый лайнер Speed Liner Bonneville, управляемый Джорджем Потитом, который в прошлом году опередил Salt со скоростью на выходе 436 миль в час. Мы также поговорили с экспертом по уличным и драгстрип-турбинам Куртом Урбаном, который рассказывает о своем уличном грузовике с турбонаддувом, пробег которого составляет 100 000 миль, о своих знаниях о том, как использовать ускорение, чтобы стать городским партизаном. Затем мы опросили нашего любимого ученого-ракетчика, конструктора кулачков Comp Cams Билли Годболда, который поделился своим мнением о том, как красноречиво сочетать синхронизацию кулачка с давлением наддува и не сжиматься в процессе.

Основы Turbo Cam
Одна вещь, которую подчеркивали все три наших отмеченных источника, заключается в том, что база знаний, созданная на основе турбокомпрессоров, разработанных 10 или 15 лет назад, устарела применительно к нынешнему поколению высокоэффективных турбокомпрессоров — если только вы не Пытаюсь обойтись старыми дешевыми турбинами. «В прежние времена соотношение противодавления обычно составляло от 1,5 до 2:1», — говорит Даттвайлер. «Сегодня противодавление на самом деле меньше, чем давление наддува». Соотношение, о котором говорит Даттвейлер, представляет собой отношение противодавления выхлопных газов к давлению наддува на входе. Противодавление выхлопных газов естественным образом создается, когда горячий газ, выходящий из выпускных отверстий, достигает турбинного колеса турбонагнетателя. Выхлопной газ «скапливается» между выпускным отверстием и турбинным колесом, создавая давление, как при любом ограничении. Все двигатели внутреннего сгорания работают лучше всего, когда они настроены на определенное перекрытие распределительных валов, при котором впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Если противодавление выхлопных газов больше, чем давление на входе, выхлопные газы будут возвращаться в цилиндр и (при наличии достаточного времени) подниматься во впускной коллектор. Выхлопной газ не сгорает во второй раз, поэтому он работает так же, как система рециркуляции выхлопных газов эпохи выбросов (EGR), снижая мощность, за исключением того, что это происходит при полностью открытой дроссельной заслонке (WOT). Из-за высокого коэффициента противодавления старые турбины требовали более раннего закрытия выпускного клапана, чего легче всего было добиться с более широким углом разделения лепестков (LSA). Возможно, именно здесь распространилась ныне распространенная теория угла разделения с широкими лепестками. По словам Даттвайлера, сегодняшние более эффективные и большие турбины уменьшают это противодавление, что сводит к минимуму эффект снижения мощности из-за разбавления выхлопных газов. Это означает, что LSA можно затянуть, что противоречит утверждению о том, что все турбораспределители должны иметь более широкие LSA от 112 до 114 градусов. С более новыми турбинами уменьшенное противодавление также означает, что выпускной клапан может открываться раньше и оставаться открытым дольше, что обычно считается полезным для производства мощности на высоких оборотах, как и на двигателе без наддува. По словам Даттвайлера, для получения хорошей мощности эффективность турбодвигателя больше зависит от низкого противодавления выхлопных газов, чем от трюков с кулачком.

Даттвейлер также упомянул, что попытка построить двигатель с турбонаддувом с установленным LSA (например, 112 или 114 градусов) может ввести вас в заблуждение. Он упомянул о некоторых работах, которые он проделал еще в первые дни Buick Turbo V6, участвуя в гонках с этими двигателями в NHRA Stock Eliminator. Правила стандартного класса требовали, чтобы характеристики впуска и выпуска и продолжительности оставались стандартными, поэтому для повышения мощности он ужесточил LSA на этих двигателях до 109 градусов, чтобы помочь действительно маленькому кулачку Buick увеличить мощность. Двигатель отреагировал гораздо быстрее, нарастив наддув. «Когда вы расширяете угол разделения лепестков, двигатель становится ленивым», — говорит Даттвейлер. В качестве примера хорошего двигателя V6 Даттвайлер говорит, что он построил V6 Turbo Buick с распределительным валом впускных кулачков 215 градусов при 0,050, который делал 900 фунт-фут крутящего момента и 580 л.с. и на холостом ходу при 16 дюймах вакуума в коллекторе. Концепция угла разделения лепестков и продолжительности более подробно рассматривается в сопроводительной врезке «Хроники перекрытия».

Даттвайлер говорит, что эта идея подкрепляет идею о том, что нет необходимости использовать радикальные конструкции кулачков с двигателями с турбонаддувом. «Турбина позволяет вам использовать более мягкие кулачки и клапанные пружины, которые намного облегчают работу двигателя». Примером этого является множество очень надежных двигателей Bonneville с турбонаддувом, построенных несколькими производителями турбодвигателей, в частности Duttweiler и гуру турбодвигателей Майком Лефеверсом. Часто эти двигатели совершают несколько устойчивых проходов WOT длиной 5 миль и требуют немного больше, чем вытягивание свечи зажигания для обслуживания. Правильно спроектированный клапанный механизм и менее агрессивная конструкция лепестков могут практически устранить проблемы с клапанным механизмом, такие как сломанные пружины, погнутые толкатели и искривленные коромысла. Однако есть предостережения. Дутвейлер и Урбан подчеркивают, что слишком раннее открытие выпускного клапана может привести к искривлению толкателей. В основном это происходит из-за того, что площадь поверхности выпускного клапана пытается открыться при высоком давлении в цилиндре. «Вам понадобятся толкатели большего размера», — предупреждает Даттвайлер. «Я вижу, что больше неприятностей происходит на стороне выхлопа, пытающейся открыться против давления в цилиндре».

Выбор головки блока цилиндров также играет роль при выборе распределительного вала. Как и в случае с двигателем без наддува, Дутвейлер говорит, что головка блока цилиндров с хорошей циркуляцией позволит более коротким показателям продолжительности передавать мощность на более высокие обороты двигателя. Менее эффективные головки делают прямо противоположное, требуя большей продолжительности, чтобы компенсировать слабый поток. Это подтверждается тем, что мы заметили здесь, в Car Craft, при динамическом тестировании безнаддувных двигателей. При заданной синхронизации кулачка добавление более качественных головок увеличивает точку пиковой мощности, в то время как более слабые головки делают прямо противоположное. Но обычно существуют ограничения при работе с турбонаддувом. Дютвейлер предупреждает, что правильно сконструированный турбонаддув «будет запускать двигатель далеко за пределы его способности управлять клапанным механизмом и будет работать прямо в клапане!» Это означает, что пружины клапанов так же важны, как и в двигателях без наддува. Это, как правило, делает упор на механические роликовые кулачки, а не на гидравлические ролики, хотя гидравлические ролики, похоже, имеют преимущество в долговечности для уличных двигателей.

Если все это звучит именно так, как того хотят двигатели без наддува (и это так), то переходите к главе класса. Дютвейлер говорит, что вы можете и, вероятно, должны относиться к высокоэффективному турбодвигателю подходящего размера как к двигателю без наддува. Выпускной клапан с ранним открытием может быть полезен для максимальной мощности, потому что даже высокоэффективные турбины все еще должны работать против некоторого противодавления выхлопных газов. Выхлоп с более ранним открытием помогает снизить остаточное давление в цилиндре до того, как откроется впускной клапан.

Продвинутые классы
Однако выбор фаз газораспределения — это гораздо больше, чем просто подтяжка LSA при использовании более эффективного турбонагнетателя. Сложность выбора спецификации распределительного вала заключается в том, что большая часть советов, которые исходят от профессиональных производителей двигателей, обычно нацелены на приложения с максимальной мощностью, такие как Bonneville или 6-секундные дрэг-кары мощностью 2400 л.с. Расширяя наше сравнение с безнаддувными двигателями, вы бы не выбрали тот же распределительный вал для 500ci NHRA Pro Stocker, что и для уличного двигателя 350ci, 400hp. Учитывая это, существует множество факторов, влияющих на выбор распределительного вала для уличного двигателя с турбонаддувом. У Курта Урбана огромный опыт в таких вещах, и он использовал множество различных конструкций кулачков в зависимости от того, как будет использоваться двигатель и автомобиль, на котором он будет работать. Когда дело доходит до камер, Урбан говорит: «Для меня это то, что работает в машине».

Урбан продолжил: «Я пытаюсь разработать распредвал, исходя из того, что, по моему мнению, нужно водителю. Все хотят большой мощности, но на самом деле вам нужен распредвал, который хорошо едет». В качестве примера Урбан говорит: «С Powerglide большой распределительный вал и большой турбонаддув плохо работают вместе. Автомобиль будет ленивым на старте, а мощность будет резко увеличиваться только на максимальной скорости». Так что в этом случае, по его словам, распределительный вал с меньшей продолжительностью, вероятно, будет лучше работать для запуска автомобиля, потому что большая часть прошедшего времени основана на ускорении на стартовой линии. «В дрэг-рейсинге вы хотите, чтобы машина уехала, поэтому я принимаю во внимание вес машины, объем двигателя, насколько хорош водитель и, возможно, дюжину других деталей, чтобы соответствовать распредвалу. Иногда я уменьшаю распредвал мотора, чтобы упростите управление автомобилем и добавьте продолжительность позже, когда водитель станет лучше».

В качестве примера, говорит Урбан: «Я построил двигатель для драг-радиального автомобиля с 427 LS. Распределительный вал имел нормальное разделение на 260/272 градуса (0,050) с углом разделения 115. Двигатель использовал 1400 фунтов. топлива на максимальной мощности, и машина едет за 7,20 с со скоростью более 200 миль в час. При 1400 фунтов в час — это намного больше 2000 л.с. не уйдет, даже если наверху прибавит еще 5 фунтов». Как подчеркивали и Дутвейлер, и Урбан, это очень похоже на двигатель без наддува, в котором слишком большая продолжительность убивала мощность на низах, и машина работала медленнее.

Чтобы подчеркнуть, что учет того, как будет использоваться автомобиль, имеет решающее значение при выборе распределительного вала, Урбан построил двигатель для тяжелого уличного автомобиля, который, кажется, идет вразрез с традиционной мудростью с турбонаддувом. «Я построил двигатель LS с кулачком 227/223 с подъемной силой 0,614/0,610 и 72-миллиметровым турбонаддувом — он развивает крутящий момент в 900 фунт-футов при 3500 об/мин в моем полноприводном грузовике Chevy. Он работает за 11,40 с при скорости 120 миль в час. и я проехал на нем более 100 000 миль!» Здесь приложение требует большого крутящего момента, потому что производитель двигателя сталкивается с очень тяжелым транспортным средством с плотным преобразователем крутящего момента и небольшим передаточным числом, чтобы помочь ему двигаться. Комбинация короткого впускного лепестка с еще более коротким выпускным кулачком, чем впускной (иногда называемый кулачком с обратным разделением) означает, что синхронизация кулачка подчеркивает крутящий момент на низкой скорости, о чем свидетельствует невероятный крутящий момент при относительно низкой скорости двигателя.

Урбан продолжил: «Двигатели с турбонаддувом работают быстрее (на трассе), когда вы раньше открываете выпускной клапан. При короткой продолжительности впуска двигатель реагирует на скорость на трассе. -угол разделения или большая продолжительность выхлопа, двигатель, как правило, лучше реагирует. Вы потеряете продувку, если откроете выпускной клапан слишком поздно».

Хроники перекрытия
Перекрытие определяется как число градусов вращения коленчатого вала, установленное между закрытием выпускного клапана (EC) и открытием впускного клапана (IO). Это устанавливается несколькими факторами. Мы обсудили эту идею с дизайнером лепестков Comp Cams Билли Годболдом. Годболд говорит, что распространено мнение, что угол разделения лепестков отвечает за количество перекрытий, но это верно лишь отчасти. Другая важная половина уравнения — это продолжительность впускного и выпускного лепестков. Если продолжительность впуска или выпуска увеличивается, это повлияет на перекрытие. Прилагаемая иллюстрация Comp Cams облегчает понимание. Если мы переместим осевые линии впуска и выпуска ближе друг к другу, угол уменьшится — со 114 до 110 градусов. Когда это происходит, маленький треугольник, указывающий на перекрытие, увеличивается в размерах.

При заданном угле разделения лепестков перекрытие будет увеличиваться с увеличением продолжительности. Мы включили краткое объяснение того, как рассчитать перекрытие по точкам открытия и закрытия, указанным на карте кулачка. В нашем случае спецификации для этих трех кулачков Comp предлагаются с подъемом толкателя 0,006 дюйма. Как видите, увеличение длительности от самого маленького до самого большого кулачка увеличивает перекрытие на поразительные 12 градусов, хотя угол разделения лепестков остается равным 110 градусам.

Как рассчитать перекрытие
Кулачки Comp Cam XR276 HR с гидравлическим роликом, PN 12-423-8
Продолжительность: 224/230 градусов при 0,050 при подъеме толкателя 0,006 дюйма
Кулачок установлен на осевой линии впуска под углом 106 градусов (EC) + Открытие впуска (IO)

События впуска: IO = 32 BTDC; IC = 64 ABDC
События выхлопа: EO = 75 BBDC; EC = 27 ATDC

Перекрытие = 27 + 32 = 59 градусов

Теперь давайте посмотрим на три распределительных вала с гидравлическими роликами с тремя различными продолжительностями впуска и выпуска, но с одинаковым углом разделения лепестков 110 градусов.

Разное