Выбор распредвала. Фазы, подъём, профиль кулачков.
Правильно выбранный распредвал - основа успеха в победе на гонках.
Распредвал впускает рабочую смесь в двигатель и выпускает отработавшие газы. Распредвалы отличаются высотой кулачка, его профилем (он может быть острым, круглым или "квадратным"), и фазой открытия клапана. В стандартном моторе ВАЗ с 16 клапанами распредвал открывает клапаны на 7.6 мм на впуске, и столько же на выпуске. Фаза открытия клапанов 273 градуса. Такие распредвалы дают на моторе объёмом 1.5 литра мощность в 91 лошадиную силу. Фаза открытия достаточно большая, но подъём расчитан на тягу с низких оборотов. На заводе уделили больше внимания городской езде, и максимальная мощность и скорость стандартного автомобиля искуственно ограничена в угоду неспешной езде и стоянию в пробках. 16 клапанный мотор имеет огромный скрытый потенциал для увеличения мощности, высота подъёма клапана может доходить до 14 мм, почти в 2 раза больше, чем на стандартном. Увеличение кулачков распредвала не только увеличивает мощность, но и максимальную скорость.
"Так что же сделать, что бы увеличить мощность мотора до 100, 150 л/с?"- спросит нетерпеливый автотюнер. Ну для начала нужно увеличивать подъём и фазы на распределительном валу. Широкими фазами увлекаться не стоит, чем шире фазы на распредвалу, тем хуже тяга на низких оборотах. А вот подъём клапана, размер клапана, и форма кулачка распредвала дают существенную прибавку мощности и максимальных оборотов двигателя.
Интересную систему применили японцы компании Honda на моторах VTEC. На маленьких оборотах клапан открывает маленький кулачок распредвала, а на больших очень большой. Таким образом на малых оборотах у вас мотор тяговитый, как у трактора, а на больших оборотах как ракета. Такая схема газораспределения является идельной. Обратите внимание: маленький кулачок имеет круглую форму, большой - "квадратную", для наибольшего впуска.
Немного об устройстве моторов Формулы 1: Чем же этот мотор отличается от обычного, который ставят в городской автомобиль?
Ну прочность и лёгкость материалов обсуждать не будем, это очевидно. Рассмотрим основные конструктивные отличия. Пик мощности приходится примерно на 20000 оборотов в минуту, тогда как обычный мотор достигает своего предела примерно на 5500. Соответственно и мощность мотора формулы примерно в 4 раза больше, аналогичного по объёму стандартного. Если представить что 1.5 литровый ВАЗ имеет свой пик мощности на 20000 об/мин, то его мощность равнялась бы 400 л/с.Но к сожалению у стандартных блоков немного другая конфигурация, отличающаяся от блока цилиндров формулы 1. Чем достигаются такие большие обороты? Размерами клапанов, их подъёмом и фазой открытия. То есть чем больше эти параметры, тем в более высокую зону оборотов уходит максимальная мощность. Нужно ли говорить, что для городской езды такие автомобили не применимы. Холостые обороты у такого мотора около 6000 об/мин.
Почему же у стандартного мотора максимальные обороты 5500? Мощность двигателя увеличивается с увеличением оборотов, потому что за один оборот мотор "съедает" фиксированное количество рабочей смеси ( воздух с топливом). Таким образом если на 3000 оборотах мотор выдаёт 45 лошадиных сил, то на 5500-6000 оборотах он выдаёт 90л/с. Дальнейшей прибавки мощности не происходит. Почему? Дело в том, что воздух не успевает проходить через клапаны на такой скорости, и дальнейшее увеличение оборотов приводит к падению мощности двигателя. Это называетсякоэффициент наполнения цилинров, когда двигатель имеет объём 1,5 литра, а за полный цикл способен "всосать" 1,125 л воздуха. Коэффициент наполнения в таком случае 75%, как у стандартного мотора. С ростом оборотов эти значения ещё больше уменьшается, и двигатель теряет мощность. На спортивных же моторах коэффициент достигает 100%, или даже 120% за счёт динамического наддува (встречный поток воздуха) и продувки цилиндров за счёт инерции уходящих выхлопных газов. Если ваш автомобиль не служит для перевозки картошки с дачи, и вы хотите оживить его характер, или даже поучавствовать в гонках типа "драгрейсинг", вам нужно расширять дыхательную систему вашего мотора. На фото распредвал мотора Формулы-1.
Увеличение подъёма клапана и увеличение размера клапана дают почти одинаковый эффект, и позволяют увеличить наполнение цилиндров рабочей смесью. Увеличивается максимальная мощность и скорость автомобиля за счёт сдвигания пика работы мотора в зону высоких оборотов. Но, клапаны нельзя увеличить очень сильно на стандартном моторе, так как для них просто не хватит места. Да, места в нашей камере сгорания действительно маловато. На Формуле 1 применяются огромные клапаны, потому что диаметр цилиндра очень большой, а ход поршня маленький. Благодаря такой компоновке мотора (короткоходный) его удаётся раскрутить до 20000 об/мин. Соответственно подъём клапана и фаза его открытия тоже большие. Вот в принципе и весь секрет моторов Формулы 1.
Но с обычной компоновкой мотора обороты тоже можно значительно повысить, максимально до 10000-12000 об/мин, что обеспечивает неплохую мощность. Увеличение фазы открытия клапана иногда значительно превышает 300 градусов, то есть клапан почти всегда открыт. Нужно ли говорить что такой мотор на малых оборотах не может работать и используется только на максимальных режимах. Так что к подбору фазы открытия клапана нужно подходить разумно, подбирая его для каждого вида спорта или любительской езды, отдельно. Широкая фаза на распредвалу атмосферных двигателей нужна не только для того, что бы максимально наполнить цилиндры воздухом, и быстрее выпустить отработавшие газы. Когда фаза впуска и фаза выпуска достаточно большие, они накладываются друг на друга, это называется перекрытием клапанов. То есть фаза выпуска ещё не завершена, а уже открывается впускной клапан. На стандартном распредвале перекрытия почти нет, это обеспечивает хорошую тягу на низких оборотах. На высокофорсированных моторах перекрытие достигает несколько десятков градусов. Это нужно для того, что бы использовать инерцию вылетающих отработавших газов для заполнения цилиндров свежей смесью. Дело в том, что в конце такта выпуска выхлопные газы со скоростью звука "комом" двигаются по выпускным трубам, создавая эффект поршня, и давление в выпускном коллекторе в определённый момент падает ниже атмосферного. Вот в этот момент и нужно открыть впускной клапан, что бы свежая рабочая смесь заполнила цилиндр. Этот эффект достигается только на высоких оборотах, а на низких оборотах перекрытие клапанов абсолютно бесполезно, даже снижает мощность двигателя. Распредвал для турбо моторов отличается от спортивных атмосферных распредвалов. На турбо моторе задача стоит так же - наполнить цилиндры как можно большим количеством рабочей смеси, и быстрее выпустить отработавшие газы. На высокофорсированных турбированных двигателях подъём и размер клапана должны обеспечивать проходимость большого количества газов с минимальными усилиями. А с фазами, и перекрытием дела обстоят несколько иначе, чем на атмосферных двигателях. Как мы уже знаем, перекрытие клапанов на атмо моторе даёт эффект продувки цилиндров, в то время как на турбо моторе выхлопные газы никуда не устремляются, а упираются прямо в колесо турбины. И если применять распредвалы с перекрытием клапанов, то при открытии впускного клапана, на такте выпуска, произойдёт обратный эффект. Вместо продувки цилиндров, поток входящих газов будет вытолкнут обратно в компрессор, так как давление выхлопных газов намного больше давления входящих. Поэтому на турбо моторах применяют распредвалы почти без перекрытия, как на стандартном моторе, максимально допустимая фаза 280 градусов.
Интересную систему применили японцы компании Honda на моторах VTEC. На маленьких оборотах клапан открывает маленький кулачок распредвала, а на больших очень большой. Таким образом на малых оборотах у вас мотор тяговитый, как у трактора, а на больших оборотах как ракета. Такая схема газораспределения является идельной.
Ну прочность и лёгкость материалов обсуждать не будем, это очевидно. Рассмотрим основные конструктивные отличия.
Почему же у стандартного мотора максимальные обороты 5500? Мощность двигателя увеличивается с увеличением оборотов, потому что за один оборот мотор "съедает" фиксированное количество рабочей смеси ( воздух с топливом). Таким образом если на 3000 оборотах мотор выдаёт 45 лошадиных сил, то на 5500-6000 оборотах он выдаёт 90л/с. Дальнейшей прибавки мощности не происходит.
Увеличение подъёма клапана и увеличение размера клапана дают почти одинаковый эффект, и позволяют увеличить наполнение цилиндров рабочей смесью. Увеличивается максимальная мощность и скорость автомобиля за счёт сдвигания пика работы мотора в зону высоких оборотов. Но, клапаны нельзя увеличить очень сильно на стандартном моторе, так как для них просто не хватит места. Да, места в нашей камере сгорания действительно маловато. На Формуле 1 применяются огромные клапаны, потому что диаметр цилиндра очень большой, а ход поршня маленький. Благодаря такой компоновке мотора (короткоходный) его удаётся раскрутить до 20000 об/мин. Соответственно подъём клапана и фаза его открытия тоже большие. Вот в принципе и весь секрет моторов Формулы 1.
