Приветствую всех!) Сегодня рассмотрим тему о положении распредвалов, перекрытиях и их взаимосвязи с другими параметрами двигателя.
Тема не новая, однако информации о ней не так уж и много. В основном это скопированные друг у друга статьи, взявшие начало неизвестно откуда. Информация в них весьма поверхностная и местами не верная. Думаю, что статья будет полезна для новичков, которые читали все предыдущие статьи, выложенные в этой группе. Статья была написана давно, ввиду частых вопросах в этой и других группах (в комментариях), касаемо перекрытий. Чтобы разобраться со всем этим следует напомнить сами определения:
Перекрытия - это величина подъёма (в миллиметрах) впускных и выпускных клапанов в момент, когда поршень находится в ВМТ. Перекрытия нужны для создания «продувки» камеры сгорания.
Продувка - это явление, возникающее в цлиндре двигателя после фазы выпуска при открытом положении клапанов, когда выхлопные газы, вылетая из цилиндра, образуют за собой фронт пониженного давления (поршень в этот момент может даже быть не подвижен). Благодаря этому разряжению топливо-воздушная смесь (далее ТВС) засасывается в цилиндр и вытесняет остаточные выхлопные газы, которые находились в несжимаемой части цилиндра (цековки, камера сгорания в ГБЦ). При этом (не всегда) часть ТВС вылетает в выпускной коллектор (или по крайней мере в выпускной канал). Полезное действие продувки обусловлено бОльшим количеством ТВС, забираемого цилиндром за один раз. Например, рабочий объём цилиндра равен 400см3, вытесняемый объём цилиндра так же 400см3. При степени сжатия 11 единиц, объём не сжимаемой части цилиндра (камеры сгорания) будет равен 40см3. Для проверки проведём расчёт: 400см3 + 40см3 = 440см3. Далее 440см3 / 40см3 = 11. Вроде всё правильно. Так вот, без продувки объём забираемой цилиндром ТВС будет равен 400см3, а в случае продувки – может достичь 440см3. А чем больше ТВС поступило в цилиндр, тем больше мощность. Но происходит это не всегда, а только в той области оборотов, где создаётся нужный резонанс (как правило, это средние и высокие обороты). В остальном диапазоне (на низах) происходит выброс остаточных отработавших газов во впускной канал, что делает работу двигателя не устойчивой (проявляется на холостом ходу и при малом открытии дроссельной заслонки).
Идём далее:
Перекрытия клапанов зависят от характеристик кулачков распредвала (его фаза, подъём, профиль) и от углового положения распредвалов относительно коленчатого вала.
Существует такой термин как развал кулачков, но прежде чем говорить о нём, нужно ввести понятие «центральная линия кулачка». Это воображаемая линия, соединяющая центр базы кулачка и середину максимального подъёма кулачка (ниже прикрелю рисунок). В реальном двигателе центральная линия это положение кулачка относительно толкателя, когда достигается максимальный подъём клапана. Уточню: на вершине любого кулачка есть область (фаза), при контакте с толкателем на протяжении этой области подъём клапана не меняется и остаётся максимальным (обычно 6-12 градусов по КВ), так вот центральная линия проходит ровно по середине этой области (надеюсь я не слишком коряво объяснил).
Развал кулачка – это угол на который нужно повернуть коленвал относительно момента, когда поршень находился в ВМТ, что бы кулачёк распредвала начал давить на толкатель своей «центральной линией» (извиняюсь если не понятно пишу, долго подбирал слова и ничего лучше не придумал). При измерения этого угла для впускного распредвала нужно поворачивать коленвал по часовой стрелке, а для выпускного – против часовой.
Но это мы вели речь о развале кулачка относительно коленвала, а если кто читал разные умные заграничные книжки, то там термином «развал кулачков» называется угол между центральными линиями кулачков впуска и выпуска. Его (если нужно) не сложно определить, зная углы развала кулачков относительно коленвала. Просто складываем два значения и делим эту цифру на два (потому, что фаза по распредвалу в два раза меньше чем фаза по коленвалу).
Продолжим:
Если мы ведём речь о разных по величине перекрытиях на одних и тех же валах, то необходимо сказать о том, что с повышением перекрытий со стороны впуска происходит более раннее открытие клапана и более раннее закрытие. Если первый параметр создаёт усиленную продувку, то второй – повышает динамическую степень сжатия. Например, при изменении развала кулачков распредвалов ОКБ 598/568 с 115 до 105 (увеличение перекрытий с 1,7мм до 2,7мм) градусов динамическая степень сжатия возрастает с 7,41 до 8,16. Максимальный VE при этом возрастает со 103% до 105%. Вместе с этим повышается вероятность возникновения детонации. Однако изменение перекрытий – не плохой «инструмент», позволяющий «выжать» максимум потенциала двигателя, в случае, когда нет возможности поднять геометрическую степень сжатия и при необходимости всё можно вернуть назад.
Со стороны выпуска, при повышении перекрытий происходит более позднее открытие клапана и более позднее его закрытие. Что позволяет с одной стороны использовать больший ход поршня до того как выпускные клапана откроются и «сбросят» давление в цилиндре.
В большинстве случаев повышение перекрытий впуска увеличивает максимальный крутящий момент, однако при этом максимальная мощность часто снижается (не всегда) из-за того, что фактическая фаза впуска после ВМТ становится уже. Сам график становится более «горбатым» и узко-диапазонным. В связи с этим часто возникает необходимость использовать более короткие ранеры ресивера, что в свою очередь «уводит» пик крутящего момента в более высокие обороты. Более подробно и с примерами эта тема была рассмотрена ранее.
Подводя итог можно вывести следующие плюсы и минусы разных перекрытий впускных клапанов (при условии одних и тех же распредвалов):
Большие перекрытия, плюсы:
- выше максимальный крутящий момент.
- хорошая эффективность на моторах с невысокой степенью сжатия.
Минусы:
- более узкий рабочий диапазон (от пика момента до пика мощности).
- выше склонность к детонации при высоких степенях сжатия.
- рваный холостой ход.
- хуже тяга при малых углах открытия дроссельной заслонки.
Маленькие перекрытия, плюсы:
- мотор может дальше крутиться (если это позволит кинематика ГРМ).
- лучше тяга на низах при малом открытии дросселя.
- меньше вероятность детонации, можно использовать бензин с более низким октановым числом.
- ровнее холостой ход.
Минусы:
- меньше крутящий момент.
- часто возникает необходимость повышать степень сжатия мотора.
Теперь рассмотрим взимосвязь величины перекрытий на одних и тех же распредвалах.
Взаимосвязь различных перекрытий и системы впуска:
На прикреплённых изображениях показано, как изменяется график мощности двигателя при разной длине ранеров ресивера и разных перекрытиях. Из чего можно сделать несколько выводов:
- большие перекрытия более подходят коротким ресиверам, а маленькие перекрытия – длинным.
- на маленьких перекрытиях ВСХ двигателя отличается меньше, чем на больших (особенно в зоне низких оборотов).
Взаимосвязь различных перекрытий и системы выпуска:
Здесь можно увидеть, что большие перекрытия сильнее реагируют на изменение системы выпуска. Именно поэтому на стандартных валах нет большой (почти никакой) разницы какой паук поставить, а вот на спортивных валах – выпуск является не менее важным фактором, чем система впуска.
Взаимосвязь продувки ГБЦ на малых подъёмах клапана и перекрытий:
Что бы не путаться, давайте сразу оговоримся, что под продувкой ГБЦ подразумевается её пропускная способность, показанная на продувочном стенде.
По своей сути, само явление продувки камеры сгорания схоже с турбо-наддувом. Многие считают, что сила этого «надува» зависит от нескольких параметров и в первую очередь от количества ТВС, которую может пропустить через себя ГБЦ двигателя в момент перекрытия клапанов (т.е. на малых подъёмах клапана). Но это не так, поскольку канал ГБЦ не имеет обратного клапана и чем лучше продувается ГБЦ на малых подъёмах, тем хуже себя ведёт мотор на низких оборотах при больших перекрытиях, поскольку с ростом продувки увеличивается и количество отработавших газов, попадающих обратно во впускную систему. Ниже представлены расчётные графики. Но, как видите, разница настолько не значительна, что еле различима, поэтому предлагаю прийти к выводу, что продувка ГБЦ на малых подъёмах клапана (1-3 мм) никак не влияет на характеристику двигателя. Так же обратите внимание на характеристики мотора при 100% и 6% открытии дросселя. Если при 100% большие перекрытия дают тягу лучше, то при 6% тяга на больших перекрытиях снижается сильнее, чем при малых перекрытиях.
Хочу отметить, что величина перекрытий не отражает силу продувки полностью, т.е. нельзя сказать, что чем больше перекрытия, тем сильнее продувка, поскольку это не всегда так. Продувка связана с резонансом впускной и выпускной системы, а так же с оборотами двигателя. Наилучшая продувка в нашем конкретном случае достигается на 5000 об/мин. Для общего развития представлю некоторые данные:
На данной конфигурации двигателя при 5000 об/мин.
При перекрытиях 1,7/1,7мм в ВМТ образуется перепад давления, а именно: в камере сгорания 10 PSI, впускной канал ГБЦ 12,2 PSI. Скорость воздуха при этом составляет 28 м/с.
При перекрытиях 2,7/2,7мм давление в камере сгорания составляет 11 PSI а во впускном канале 11,8 PSI. Скорость воздуха во впускном канале составляет 42 м/с.
На этой же конфигурации при 8300 об/мин.
При перекрытиях 1,7/1,7мм в ВМТ давление в камере сгорания 15 PSI во впускном канале 15,7 PSI.Скорость воздуха 10 м/с.
При перекрытиях 2,7/2,7мм в ВМТ давление в камере сгорания 15,5 PSI, во впускном канале 15,8 PSI. Скорость воздуха 8 м/с.
Из чего можно сделать вывод, что продувка это изменяемая величина, зависящая не только от конфига, но и от оборотов двигателя.
P.S. Во всех примерах использовался конфиг:
- блок цилиндров 21126 (полный сток).
- ГБЦ 21126 (полный сток).
- распредвалы ОКБ Двигатель, впуск №598, выпуск №568. Развал кулачков рассматривался в двух вариантах 105 и 115 градусов с перекрытиями 2,7мм и 1,7мм соответственно.
- впуск: ресивер НФР стайл (в некоторых примерах длинна ранеров менялась и указывалась равной 420мм без изменения остальных параметров). Дроссельная заслонка ф56мм, стандартный воздуховод, воздушный фильтр Форд-Фокус 2.
- выпуск: паук 4-1 «Стингер», резонатор «Стингер», банка прямоток (в некоторых примерах выпуск менялся на вставку вместо катализатора 4-1 «Стингер» и стандартный резонатор).
Внимательно читайте описание на изображениях, чтобы не запутаться. Благодарю за внимание.