Что такое распредвал в автомобиле
Распределительный вал – это функциональный элемент топливной системы автомобиля, ответственный за правильное последовательное открывание и закрывание клапанов мотора. От правильности его функционирования зависят расход топлива, развиваемая мощность, стабильность его работы, другие ездовые характеристики. Давайте рассмотрим, что такое распредвал в автомобиле, в чём заключается его принцип действия и как неправильная работа сказывается на машине.
Что такое распредвал
Как выглядит распредвал.
Распределительный вал представляет собой стержень, на котором располагается несколько так называемых кулачков. Это детали неправильной формы, вращающиеся на оси вала. Они соответствуют количеству впускных клапанов цилиндров и располагаются точно напротив них. Комплект кулачков подобран так, что вращение гарантирует стабильное и равномерное сжигание топлива в цилиндрах. А работа всего распредвала чётко синхронизирована с другими механизмами двигателя.
По обеим сторонам от кулачков на вал надеты опорные шейки, удерживающие его в подшипниках. Одним из важнейших узлов вала являются масляные каналы. От их состояния зависит физический износ деталей, мощностные характеристики мотора и стабильность его работы. Для подвода масла в оси распредвала сделано сквозное отверстие с выводами к опорным подшипникам и кулачкам.
Как устроен распредвал
Распредвалы в головке блока цилиндров.
Распределительный вал – это ключевой функциональный компонент газораспределительного механизма, который определяет порядок открытия клапанов для запуска воздушно-топливной смеси внутрь цилиндров. Синхронная работа этого механизма обеспечивает непрерывное поочерёдное сгорание порций топлива в камерах двигателя. В некоторых моделях автомобилей газораспределительный механизм имеет несколько распредвалов.
Конструкция, расположение, состав и характеристики кулачков распределительного вала полностью зависят от модели двигателя. В некоторых машинах распредвал размещается в головке блока цилиндров, а в других – в его основании. Верхнее расположение на данный момент считается оптимальным, так как облегчает ремонт и обслуживание. Распредвал ремённой или цепной передачей связывается с коленчатым валом двигателя, потому что именно им приводится в движение.
Как работает распредвал
Как работает распредвал.
При поперечном рассмотрении кулачок имеет форму капли. При вращении вытянутая часть кулачка наживает на толкатель клапана и приводит к открыванию клапана. Это провоцирует подачу воздушно-топливной смеси для сжигания. При дальнейшем вращении кулачок «отпускает» толкатель, и тот под действием пружинного механизма возвращает клапан в закрытое положение.
В шестерне распределительного вала располагается в два раза больше зубьев, чем у коленчатого. Это связано с тем, что за один рабочий циклы двигателя коленвал совершает 2 оборота, а распредвал – 1.
Конфигурация двигателя может включать два распределительных вала. Компоновка газораспределительного механизма с одним валом применяется в бюджетных машинах, где цилиндры имеют по 1 паре клапанов. Два распредвала нужны в моделях с двумя парами клапанов на цилиндрах.
Читайте также: Что такое газораспределительный механизм в автомобиле и как он работает.
За что отвечает датчик распредвала
Датчик положения распределительного вала определяет угловые положения ГРМ относительно коленчатого вала и генерирует соответствующие сигналы в системе электронного управления двигателем. В результате корректируются зажигание и впрыск топлива. На бензиновых автомобилях сбой в работе данного прибора блокирует работу ЭБУ и не позволяет завести мотор. В дизельных моделях пуск возможен, но все равно сложен.
Как и датчик коленвала, датчик распредвала работает на основе принципа Холла – магнитное поле в приборе изменяется при замыкании магнитного зазора специальным зубцом, который находится на валу или задающем диске. Когда зубец проходит рядом с датчиком, формируется сигнал, отправляемый в электронный блок управления. Частота импульсов напрямую связана с темпом вращения распредвала, исходя из чего ЭБУ и вносит корректировки в работу двигателя. За счёт постоянного получения данных о позиции поршня первого цилиндра обеспечивается последовательный и своевременный впрыск.
Поломки и их причины
Неисправный распределительный вал чаще всего выдаёт своё состояние характерным стуком, который возникает из-за износа подшипников или кулачков, деформации вала, механической поломке одного из элементов. Такие поломки возникают, как по причине заводского брака, так и в результате естественного износа.
Стук распредвала также возникает при использовании плохого моторного масла или из-за неотрегулированной подачи топлива. Из-за этого клапана цилиндров и кулачки работают несинхронно – двигатель теряет мощность, расходует слишком много топлива и работает нестабильно.
Источник
Выбор распредвалов
Сегодня поговорим о распредвалах и о том как их подобрать к вашим желаниям.
При выборе распредвала для своего автомобиля люди сталкиваются с задачей подбора походящего распределительного вала для их задач. При попытке подобрать распредвал они начинают изучать форумы на которых есть море информации какие валы кто поставил, в какой конфигурации и как автомобиль после всего этого поехал. Основные параметры которые фигурируют на форумах это подъем, фаза и производитель. Причем фазу распредвала некоторые ставят во главу и практически молятся на этот параметр. Довольно часто на форумах можно встретить фразы у меня вал шире, значит попрет лучше чем у тебя, у тебя фаза жалкие 262, не то что у меня 306! Итак попробуем разобраться в параметрах распредвалов.
Заявленная фаза (она-же рекламная) (264 272 276 306) обозначает максимальную длительность фазы в градусах поворота коленвала, заявленную производителем распредвала, она измеряется от момента начала отрыва клапана от седла, до его полного опускания на седло. В реальной жизни данный параметр довольно условен, проблема кроется в том, что первый миллиметр подъема и опускания реализуется плавно, чтобы не было удара в седло, сделано для уменьшения нагрузок на весь механизм подъёма клапанов, сам распредвал, клапан и седло. На каждый из этих процессов отводится около
25* поворота коленвала, то есть в сумме
50* фазы. Исходя из этого можно заключить тот факт что все это время клапанная щель открыта на малое значение и не способна пропустить значительный заряд топливовоздушной смеси.
Эффективная фаза обозначает длительность фазы в градусах поворота коленвала, измеряемую от момента отрыва клапана от седла на 1мм, до его опускания на ту же высоту в конце фазы, причем разный производитель может придумать любое другое значение подъема, за рубежом используется 0.05 дюйма=1.27мм. После того как клапан начал отрываться от седла, точнее отрыв прошел пресловутый 1 мм он начинает довольно агрессивно наращивать подъем клапана и как следствие клапанная щель способна пропустить значительное количество свежей топливовоздушной смеси. От эффективной фазы так же зависит максимально возможный подъем клапана и длительность его нахождения в пике подъема. Длительность эффективной фазы является основной цифрой при сравнении фаз распредвалов, причем именно эффективная фаза, рекламная фаза не является таким параметром.
Высота подъема клапана. Это максимальная высота подъема клапана от седла, чем высота подъема клапана больше тем больше открывается впускной клапан и образует лучшую продувку канала. Очень важно понимать что это значение пиковое и клапан проводит на этой высоте лишь маленький промежуток времени (фазы), остальное время он либо поднимается к ней, либо опускается от нее, бывают распредвалы с большим временем выстоя, профиль распредвалов отличается довольно широкой вершиной кулачка это дает максимально длительное нахождение клапана на необходимой высоте. Однако такой способ имеет геометрические ограничения и увеличивает нагрузку на весь механизм газораспределения.
В наших реалиях данные по распредвалам производители предпочитают не давать, лишь редкие случаи когда они открытии в общем доступе, и это не делает чести производителю. По сути если вы имеете конкретный распредвал на руках у вас нет никаких проблем промерить его фазировку, или вообще отправить на копировальный станок и сделать копию. Собственно аналогичным способом продаются на рынке распредвалы «типа УСА» в свое время благополучно раскопированные и вышедшие в такой свободный доступ по причине отсутствия правообладателей (разработчиков) которые могут предъявить претензии. Хотя распредвалы удачные и пользуются заслуженным спросом.
Как это все выглядит
В продаже можно найти огромное количество распредвалов на любой выбор, заявленная фаза может начинаться с 232 и заканчиваться 320, как не запутаться в этом всем многообразии и как выбрать правильный распредвал, попытаемся разобраться.
Итак что мы обычно имеем двигатель 16 клапанный, 8 клапанный передний привод и 8 клапанный классический ДВС. Чтобы пойти дальше нам нужно определиться что такое фазировка распредвала.
Далее мы увидим как выглядят диаграммы распредвалов
Источник
О распредвалах (часть 2)
В предыдущей части мы рассмотрели 7 основных событий, происходящих в двигателе внутреннего сгорания. Для того чтобы лучше понять работу распредвалов, необходимо научится их читать. Для этого предлагаю посмотреть на следующую картинку:
Здесь отлично видно, что и когда происходит. Теперь уберем цилиндры и рассмотрим подробно диаграмму распредвалов.
1. Duration — полная фаза открытия клапана. Как вы заметили на диаграмме 2 вида полной фазы. 270* — многие любители именно этой цифрой оперируют. Это значение в реальности нам НИЧЕГО НЕ ГОВОРИТ. Название advertised duration или running timing (seat-to-seat timing) – Что это? Во времена войны между производителями распредвалов (в 50-60 годах) seat-to-seat timing метод стал популярным, как один из путей продвижения, рекламирования своей продукции. Поэтому этот метод часто называется advertised duration или по-русски – рекламируемая полная фаза. Многие знают такое правило, что больше значит лучше, вот они и дали вам эти значения больше и все.
Раньше энтузиасты тюнинга хорошо разбирались в фазировании ( cam timing) т.е. момент открытия, закрытия впускного и выпускного вала. Метод очень простой и очень правильный. Обозначается так 24-60/60-24 – впускной клапан открывается 24* перед ВМТ (BTDC), закрывается 60* после НМТ (ABDC). Выпускной клапан открывается 60* перед НМТ (BBDC) и закрывается 24* после ВМТ (ATDC). Это называется фазирование распредвала.
Advertised duration метод внес много путаницы. Точную фазу очень сложно определить, к примеру разница между гидро и жестким толкателем составляет 10-15 градусов. Поэтому был введен новый способ обозначения 0.05 inch. Многие сразу заметили что этот метод более удобный и точный. Если возьмем типичный уличный (4 клапана) мотор с степенью сжатия 10.5, с тюниговым впуском и выпуском,то наиболее подходящих вал должен иметь полную фазу при 0.05 in duration — 215-230 градусов с гидро компенсаторами, и 230-240* с жесткими толкателем.
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 клапана
4. ECA — Exhaust center angle или Exhaust Centerline — – момент максимального подъема выпускного клапана
Если ICA реально показывает момент в градусах после ВМТ,когда максимальный подъем клапана (кулачка), или ECA – перед ВМТ, то Lobe Center Angle LCA (LSA) немного сложнее, он высчитывается по формуле: LSA=(ICL+ECL)/2
— EVO – открытие выпускного клапана
— IVO – открытие впускного клапана
— EVC – закрытие выпускного клапана
— IVC – закрытие впускного клапана
— OverLap – перекрытие, момент когда впускной и выпускной клапана открыты. Overlap = IVO+EVC
Чтобы хорошо прочувствовать работу распредвалов, вы должны всегда держать в голове выше приведенную диаграмму, схему – это очень важно.
Я вам напишу формулы, но имея перед глазами схему вы всегда сами все сделаете. Вот основные:
— ICL = (Intake duration/2) – IVO
— ECL = (Exhaust duration/2) – EVC, или ECA=(2*LCA)-ICA
— overlap = IVO+EVC, или ((InDur + ExDur)/4-LSA)*2
Для чего нужно знать всякие ICA, ECA, LSA? Если вы внимательно посмотрите на диаграмму, то увидите, что эти значения не изменяются в зависимости от метода измерения полной фазы при 0.05 inch или advertised seat-to-seat duration,следовательно, если вы с ними подружитесь, то у вас не будет проблем с пониманием сути процессов.
В распредвалах еще есть такое понятие как подьем клапана (Cam lift). Сам по себе подъем никоим образом не влияет на мощность, так как при подьеме клапана на 25% от его диаметра , воздуха больше не поступит (при очень большом подъеме только ухудшится).
Зачем же тогда спортивные машины используют большой подъем кулачка? Ответ прост – увеличивается скорость подъема и не более.
Также существуют распредвалы с более агрессивной формой кулачка (к примеру Cran’s cam) У них также более интенсивно происходит подъем.
Теперь вы понимаете, что просто значения полной фазы advertise duration не дают нам информацию о распредвале. Даже если мы не говорим о самом главном – моментах открытия и закрытия клапанов (их фазы), полная фаза также не корректна – зависит от подъема, формы кулачка, вида толкателя (а их много видов и типов).
Ну вот, теперь мы можем перейти к самому интересному, как подобрать, от чего зависит распредвал т.к. мы теперь можем разговаривать на одном языке.
Предлагаю посмотреть на стандартную спецификацию распредвала, в данном случае для мотора Дюратек 2.0 Форд.
Рекомендации производителя — hot street — dirt track, и все! Да, широкое понятие.
Как вы заметили, они указывают для рекламы advertised duration 280/273, но и естественно необходимую информацию для понимания и правильной установки.
Что важно здесь смотреть:
Полную фазу впускного клапана при подъеме 1 мм – 242* (в данном случае не 0.05 inch, так часто делают, Европейские производители при 1 мм), далее нам необходимо для полной картины ICA, ECA и, в принципе, этого достаточно. Все остальное можно и самому посчитать, но у них великолепная карта, где и так все указано timimg @1.mm – 11-52/42-10. Осталось высчитать Lobe separation angle (LSA) — общий развал кулачков — LSA – (ICA+ECA)/2, LSA = 108, Overlap (перекрытие) – 21, и Total Cam advanca (опережение или задержка), в данном случае задержка (retard) 2 градуса.
Да вал очень прикольный, но мне кажется не удачный в том варианте, как они предлагают установить. По их спецификации получается, что необходимо иметь степень сжатия как минимум 12.5 (ну в принципе стандартная FIA разрешенная для ралли, гонок) хорошую систему впуска, и выпуска. Короче если вы просто установите эти валы на ваш мотор (сток) дюратек то особо вас это не порадует.
Да, все-таки правило «БОЛЬШЕ-ЭТО ЛУЧШЕ» работает, но только в рекламе, а не в постройке хорошего мотора и подборе распредвалов. Я понимаю, все слышали, видели, что спортсмены используют валы с полной (рекламной) фазой под 300, а некоторые и 320 (если 2 клапана на цилиндр то фаза должна быть на 19* шире), но спортивные моторы совсем другие и задачи у них также иные.
Главное, что влияет на полную фазу (не рекламную)-это конечно ход поршня и степень сжатия, а уж потом обороты двигателя и совсем немного диаметр цилиндра.
— больше ход поршня (stroke) – шире полная фаза (duration)
— выше степень сжатия — шире полная фаза (duration)
— выше обороты двигателя — шире полная фаза (duration)
Если мы продолжим делать наш мотор дюратек 2.0 (начало в 1 части), как помните мы не собирались трогать сам мотор (его блок) т.е. степень сжатия 10.8 остается, то нам для этих целей(пик мощности при 7200 оборотов)подходит впускной распредвал с полной фазой при открытии клапана 0.05 дюйма – 236 градусов. В принципе этот вал от фирмы CAT CAMS duration 242 @0.05 нам по этим параметрам подходит (там потери будут минимальны) да еще и возможность впоследствии поднять обороты. Но что же не так, почему не будет при такой установке(как написано в спецификации) ощутимого прироста мощности?
Теперь пришло время суммировать то, что было в 1 части и что написано здесь. Как я уже писал в двигателе 7 процессов, событий, которые связаны между собой. Эффективность этих процессов зависит от фазировки распредвалов, а именно от ( EVO, EVC, IVO, IVC) открытие и закрытие клапанов, а за это отвечает распредвал (распредвалы).
EVC и IVO не так важны по раздельности, но вот вместе даже очень (особенно закрытие выпускного клапана EVC exhast valve cloused) — Overlap – перекрытие (оба клапана открыты). Важность момента закрытия выпускного клапана составляет около 50% от важности закрытия впускного клапана. IVC – наиболее критичный момент, отвечающий за наполнение цилиндров. ПРОЦЕСС 2 — ВПУСК (УТРАМБОВКА/) (INTAKE RAMMING). Ну и как следствие влияет и на ПРОЦЕСС 3 — СЖАТИЕ.
Рассмотрим на примерах именно влияние фазирования распредвалов.
Есть такое понятие: тюнинг валов, не говоря уже о всевозможных VCT Variable Cam Timing (изменяемые фазы газораспределения) или Ti-VCT на двух распредвалах. На моторах форд такие системы применяются,применялись на моторах Zetec 2.0 L – выпускной распредвал, на форд СТ 170 также такая система была, но на впускном распредвале, и использовалась на форд пума. Система Ti-VCT используется на современных моторах Форд, но вот дюратек, к сожалению, нет. Но это не беда. В этом вам может помочь разрезная шестерня (но можно при желании и без нее).
Давайте опустим техническую часть, это вам сможет сделать любой нормальный автомеханик, но вот как и куда двигать они не все знают.
На небольших гоночных моторах 1.6 — 2.0 литра с хорошими клапанами и правильно сделанными каналами наиболее оптимальным (дает самый большой средний spread разброс мощности) — является LSA 102* градуса. Впускной клапан закрывается достаточно рано, уменьшая при этом intake reversion, выталкивание поступающего воздушного заряда в процессе 2, когда поршень идет вверх.
Поэтому цилиндр будет наполняться лучше в среднем диапазоне оборотов и, как следствие, увеличение мощности. Также будет увеличено перекрытие (overlap), в связке с хорошим потенциалом поступающего воздуха (система впуска, головка блока цилиндров) и при правильно настроенной системе выпуска, которая обеспечит хороший инерционный момент отработанных газов, поможет улучшить наполняемость цилиндров на высоких оборотах.
Конечно, более позднее закрытие выпускного клапана создаст проблемы на низких оборотах, потому что выходящие газы имеют в этом диапазоне мало инерции, они не создадут разряжения и будут поступать обратно в камеру сгорания. Эти горячие газы займут много места, ограничив поступление тем самым свежего заряда топливо-воздушной смеси и уменьшат мощность и ухудшат холостой ход.
Если для вас это проблема, к примеру машина не только для гонок, то сделайте LSA скажем 105* градусов и ситуация значительно улучшится.
Бывает и такая ситуация, когда все сделано очень хорошо (может даже слишком), да еще и в сочетании с хорошо спроектированным выпускным коллектором, всей системой выпуска, может случиться другая проблема. На высоких оборотах система выпуска может over scavenge – перепродуть (см. процесс в 1 части), она не только создаст разряжение помогающее очистить, вытянуть отработанные газы, но еще и потянет за собой и свежепоступающий заряд. До определенного уровня это нормально, в гоночном моторе скажем для драг райсинга, где экономия топлива не важна, но при подготовке мотора для многочасовых гонок этот момент нельзя упускать. На этом фоне может понизиться и мощность.
Решением этой проблемы может быть:
— более широкий LSA
— или выпускной кулачок с меньшей полной фазой
— или с меньшим подъемом
Если вы планируете выступать в гоночном классе, где есть ограничения по системе впуска (сток впуск, заслонка, рестриктор), по доработке впускного и выпускного каналов, распредвал с более широким LSA работает лучше. Маленькая дроссельная заслонка, впускные раннеры, каналы обеспечат высокую скорость поступающего воздуха во впускном тракте, что улучшит средний диапазон мощности (улучшив наполняемость цилиндров на средних оборотах). Высокая скорость это значит и большая инерция не допустит реверса поступающего свежего заряда в момент, когда поршень идет вверх (ПРОЦЕСС 2 — ВПУСК (УТРАМБОВКА) (INTAKE RAMMING). Но т.к. мы расширим LSA, впускной клапан будет закрываться позже, то на высоких оборотах даст больше времени для наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха. Со стороны выпуска, открытие выпускного клапана раньше даст цилиндрам больше времени для выталкивания отработанных газов через тонкие выпускные каналы, раннеры коллектора. Следовательно, меньше мощности мотора будет использовано для выталкивания газов после того, как клапан открывается на такте выпуска.
Более узкий LSA — общий развал кулачков помогает улучшить средний диапазон мощности, но если слишком увлечься этим, то можно ухудшить верхний диапазон из-за перепродувки, а на низких оборотах и холостом ходу будут ухудшения из-за exhaust reversion.
Если мы посмотрим на эту ситуацию со стороны характеристик каналов, ели у нас впуск и выпуск ограничены, то неплохо работает более широкий угол развала кулачков LSA. Если у нас все сделано правильно, то средний угол (LSA около 104-106 для гоночного мотора, 108-110 для дорожного двигателя). Однако, на двигателе с хорошим потоком на впуске, но достаточно средним на выпуске, лучше будет узкий угол. Как вы помните, наиболее важный момент-это закрытие впускного клапана.
Опережение и запаздывание распредвалов (cam advance and retard)
Источник