Перекрытие клапанов



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. Открываниеобоихкла-панов 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 400 для обычного распредвала и примерно до 850 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 оборотов, вы обнаружите, что двигатель быстро достигнет предела, вызываемого ограничениями по впуску из-за фаз газораспределения распредвала. Когда в двигателе есть баланс между эффективностью впуска и фазами работы распредвала, за исключением использования турбонаддува или впрыска окиси азота, единственный путь увеличения мощности - увеличение оборотов двигателя, при которых достигается максимальная мощность. Эти обороты могут быть достигнуты тогда, когда фазы газораспределения распредвала изменяются для оптимизации эффективности двигателя при этих высоких оборотах. Это неизбежно означает увеличение продолжительности тактов и перекрытия клапанов, сопровождаемое уменьшением крутящего момента на Низких оборотах. Когда фазы работы распредвала включают длительные такты, высокий подъем и большие периоды перекрытия клапанов, что является обычным у распредвалов гоночных двигателей, двигатель может работать очень плохо при полностью открытой дроссельной заслонке в области ниже 4000 об/ мин или даже выше. Эта нестабильность происходит из-за большого перекрытия между началом такта впуска и концом такта выпуска в сочетании с недостаточной скоростью выхлопных газов и, следовательно, энергией при низких оборотах для поддержания правильного направления потока. В таких ситуациях остаточные выхлопные газы проходят через впускной клапан в систему впуска и "разбавляют" поступающую смесь, результатом чего становится неустойчивая работа и сильное уменьшение мощности на низких оборотах. Однако на высоких оборотах увеличенные такты работы клапанов являются как раз тем, что надо. Увеличенная длительность такта впуска позволяет лучше наполнять цилиндр, а увеличенная длительность такта выпуска эффективнее удаляет выхлопные газы. Вдобавок к этому, увеличенное перекрытие клапанов может добавить легкий эффект наддува путем втягивания большего количества свежей смеси в цилиндр, чем поступало бы в цилиндр при работе одного только поршня. К сожалению, при высоких оборотах двигателя очень раннее открывание впускного клапана и большое перекрытие клапанов может привести к другой неприятности. Если выпускная система настроена правильно и "всасывание" от продувки высоко, то у потока может быть настолько высокая энергия, что свежая поступающая рабочая смесь может прорываться в цилиндре поперек камеры сгорания и выходить наружу через выпускной канал. Это попусту расходует топливо и серьезно влияет на длительность пробега гоночного автомобиля на одной заправке, хотя и не уменьшает мощность. Широкая кривая мощности необходима для работы двигателя при трогании с места, особенно у автомобиля с автоматической трансмиссией. Так как большинство распредвалов, разработанных для этих применений, практически не имеет нежелательных характеристик (большая продолжительность тактов и перекрытия клапанов), то вы застрахованы от плохого выбора в этой области, в крайнем случае, ошибка будет невелика.

   Перекрытие клапанов соответствует углу поворота коленвала (в градусах), при котором и впускной и выпускной каналы открыты. Подобно продолжительности открывания, длительное перекрытие также увеличивает мощность на высоких оборотах, но ценой экономичности, ухудшения состава выхлопных газов и мощности на низких оборотах. Два фактора влияют на данные по перекрытию клапанов. Первый и очевидный - это величина продолжительности открывания клапанов. Второй - это угол между центральными линиями кулачков или смещение кулачков друг относительно друга на распредвалу.

   Другие факторы

   Угол между центрами кулачков опосредовано изменяется с перекрытием клапанов. Это означает, что при увеличении перекрытия клапанов угол между центрами кулачков уменьшается и наоборот. Увеличение угла обычно увеличивает крутящий момент на низких оборотах, а уменьшение угла улучшает мощность на высоких оборотах.

   Другой областью конструкции, которая влияет на характеристики распредвала, является профиль кулачка. Скорость подъема клапана, ускорение при подъеме и скорость закрывания клапана определяются формой кулачков и влияют на работу двигателя. При более быстром открывании и закрывании клапанов может быть получен больший поток смеси при данной величине продолжительности открывания клапана.

   Распределительные валы и детали механизма привода клапанов должны подбираться друг к другу для правильной совместной работы. Вдобавок к этому нужно тщательно подбирать распредвал/детали клапанного механизма к другим деталям, используемым в двигателе и в автомобиле, особенно деталям впускной и выпускной системы, а также трансмиссии.

   Распредвал является механическим "мозгом" двигателя. Он определяет, когда и как быстро клапаны будут открываться и закрываться, а также как долго они остаются открытыми под действием толкателей клапанов и эллиптических кулачков распредвала при его вращении.

   Распредвал, более чем любая другая деталь определяет рабочие характеристики (или индивидуальность) двигателя. Простая конструкция коленвала не может обеспечивать максимальную мощность двигателя от холостого хода до предельных оборотов. Как и все другие детали автомобиля, конструкция распредвапа является компромиссом. Если распредвал не предназначен для эффективного крутящего момента на низких оборотах, приемистости и экономичности, то, в противовес этому, он должен дать высокую мощность на высоких оборотах. И наоборот, распредвалы предназначенные для работы на низких оборотах, плохо работают на высоких оборотах.

   Напомним еще раз: перед обработкой впускных каналов машинкой примите практическое решение относительно подъема клапанов, а затем конструируйте каналы, чтобы обеспечить как можно больший поток смеси при данном подъеме. Точное решение того, как добиться этой цели, часто требует дополнительных затрат времени для проведения стендовых испытаний или постоянных консультаций со специалистами по приготовлению и доводке головок блока цилиндров.

   В практических пределах, как указано выше, подберите распределительный вал, который открывает клапаны на величину достаточную для того, чтобы впускной канал пропускал поток как можно лучше.

   Например, если канал хорошо пропускает поток при подъеме клапана 14 мм, но поток спадает при более высоких значениях подъема, не устанавливайте распределительный вал, который открывает клапаны более чем на 16,5мм. Клапаны затрачивают очень малое время, находясь около точки, соответствующей оптимальному потоку, а направляющие втулки и пружины клапанов и коромысла будут изнашиваться быстрее.

   У большинства фирм-производителей распредвалов имеются технические отделы, которые помогают конструкторам определить наилучший распредвал и другие детали для каждого конкретного применения. Если у вас тяжелый автомобиль с относительно небольшим двигателем, то нужно быть осторожным при подборе распредвала и других деталей. Следуйте рекомендациям производителей распредвалов; они имеют большой опыт исследований и испытаний.

   Изменение фаз газораспределения на распредвале может привести к взаимным помехам в работе клапанов и поршней.