Механизм газораспределения осуществляет впуск в цилиндры свежих порций горючей смеси и выпуск из них продуктов сгорания, отработавших газов. Эти процессы происходят в соответствии с принятым для данного двигателя порядком работы цилиндров, то есть 1-3-4-2. С отсчетом от шкива распредвала.
К механизму газораспределения (ГРМ) относится ремень распределительного вала, сам распределительный вал, выпускные и впускные клапана, пружины клапанов, винты толкатели и коромысла. Кулачок распредвала действует на клапан через коромысло, как качели. Каждому из клапанов соответствует 1 индивидуальный кулачок. В системе VTEC на кулачки впускных клапанов дополненные еще одним кулачком с большей высотой клапана и большей длительностью открытия клапана. Внешняя пара кулачков в распредвале системе SOHC для открытия выпускных клапанов, внутренняя пара для впускных клапанов. Дополнительный кулачок VTEC ставится между впускными кулачками.
Характеристики кулачков Кулачок
имеет несколько характеристик это подъем, база, высота, профиль, длительность или продолжительность и крутизна. База База это диаметр вала, размер при котором коромысло и клапана находится в 0 состояние, обычно является шириной кулачка (распредвала) X. Высота Высота это самый большой размер на кулачке, обычно меряется, Y. Подъем, вычтите из Базы Высоту (Y-X) И получите подъем кулачка. Размер на который предположительно будет подниматься клапан. Подъем можно увеличить двумя способами, либо уменьшением базы, либо заменой распредвала с высотой кулачка больше раннего. Пример, база распредвала 30мм, высота 40мм. 40-30 и клапан опустится (идеально) на 10 мм. Сточите базу на 4мм в диаметре (2мм по радиусу), и получите 38-26 уже 12 мм.
Пропускная способность и подъем
Во впускном канале ГБЦ имеется сечение S которое перекрывается клапаном S1. При закрытом клапане S1=1 то есть ничего не проходит, при начале движение клапана S1 начинает расти и в какой то момент, обычно полностью открытый клапан, S1=S. Это идеально событие которое необходимо для впуска и выпуска, далее клапан закрывается и S1 начинает уменьшаться до 0.
Как вы понимаете эта система похожа на водопровод, у вас есть входная труба и кран, напор увеличивается по мере открывания крана. В какой то момент выходящий напор сравнивается с поступающим, то есть фактически нет сопротивления потоку. Если у вас есть ход крана, то покрутив его вы можете не добиться ничего. Впускная труба имеет четко заданную пропускную способность. Поэтому опускать клапана в MAX не нужно и не имеет смысла. Другое дело попробовать поддержать клапан в открытом положение на много дольше, для это профиль кулачка делают менее острым и тогда клапан как бы “зависает” на время его фазы. Ниже я представил анимацию разных типов (даже не реальных) как ведет себя клапан при разных профилях.
- A — нормальный кулачок распредвала
- B — кулачок со сточеной кромкой подъема, меньше длительность
- C — кулачок распредвала в большим подъемом
- D — нормальный кулачок с той же высотой, но со шлифованной базой. Экстремальное опускние клапана
- E — широкий профиль кулачка, большая длительность
Количество зубов на ремне и шкиве
На большинстве Шкивов распредвала в двигателях D-Серии D15B-D14-D16 на шкиве 38 зубов, тоесть по 9.47 градусов на зуб, или 18.97 градусов на полный цикл работы двигателя. Длина ремня бывает 103, 104, 106 зубов. Причем на одном и том же блоке в зависимости от количества зубов, высоты блока и ГБЦ количества зубов меняется. Так для D14A4 38 на шкиве и 103 на ремне, а вот на D14A2 на ремне 106 зубов.
Опыт со шприцом
Для понимания наполнения смесью цилиндра можно использовать модель которая есть наверное у всех дома. RPM, Количество оборотов минуту. Чем выше обороты, тем выше скорость движения поршня по цилиндру и тем меньше времени на открытие клапанов. Возьмите шприц, я серьезно, найдите новый чистый шприц без иглы и опустите его в воду. В первом случае медленно потяните за поршень. Естественно вода заполнит почти весь объем. Вылейте воду. Теперь попробуйте сделать тоже самое только более резким движением… Сколько вы набрали? Только половину? Меньше? Тоже самое и в двигателе.
Конечно, в двигателе поршень не останавливается на середине, объем остается прежним, а плотность уменьшается. Мало воздуха, значит мало топлива. Значит, смеси получится мало. К примеру VTEC-E (с 12 клапанами до 2500 оборотов) мало того что на трассе потребляет 6 литров, так еще и со старта выигрывает у многих соперников, ввиду своей «тяговитости и задушености». Еще один пример, зима лед, вы застряли. Если вы раскрутите двигатель до максимальных оборотах то не сдвинетесь не с места, наоборот же на низких оборотах сыграет не мощность, а именно момент.
Газораспределительный механизм в цифрах
Я советую либо себе зарисовывать для понимания. 4х тактовый двигатель называется так, потому что полный цикл составляет 4 действия: Впуск, сжатие, воспламенение и выпуск. Коленвал совершает 1 оборот, тоесть 360 градусов. 180 градусов на опускание поршня, 180 градусов на поднятие поршня. Но так как тактов (действий) 4, а не 2 то коленвалу придется повторить цикл. Тоесть полный цикл работы двигателя в 4 такта составляет 2 оборота или 720 градусов.
Распредвал, который делает полный оборот (360) является “схемой” работы впускных и выпускных клапанов и задает очередность работы цилиндров. В нашем случае 1-3-4-2 со стороны шкива. Распредвал крутится в 2 раза медленнее нежели коленвал, 1 градус на распредвале это 2 градуса полного цикла коленвала. Кстати датчик тахометра располагающийся в распределители меряет именно оборот распредвала и путем механического “умножения” на два выводит обороты на консоль. Если работу двигателя (Впуск, сжатие, воспламенение и выпуск) нарисовать в виде четвертей круга то получится что впускной клапан и выпускной клапан работает только в 1 и 4 четвертях. Но не думайте что клапаны работают только 90 градусов (180 коленвала), ведь клапану нужно время на открытие и закрытие. Поэтому есть дополнительные градусы относительно Нижней Мертвой Точки (НМТ) и Верхней Мертвой Точки (ВМТ) относительно коленвала. Этот угол в пределах 180 — 240 Градусов определяется рабочей поверхностью профиля кулачка. Угол между центрами кулачков впуска и выпуска называется углом перекрытия, в работе двигателя являющимся продувкой. В последнем 4 такте, выпуск, когда выпускной клапан в процессе закрытия, и отработавшие газ выходят через него, открывается впускной клапан. Тем самым новая смесь уже начинает заходить в цилиндр, а выходящие газы меньше нагревают двигатель, и как бы выходя из цилиндра пытаются через впускной коллектор затянуть новую смесь. Вообще двигатель это большой воздушный насос с кузовом, ваша задача обеспечить оптимальную работу насоса, и как можно эффективней перекачать воздух с меньшим уменьшением ресурса.
Примерные длительности фаз, что для чего
Mike Kojima, приводит пояснение длительностей фаз, которые обычно используется в построение двигателя, градусы приведены для коленвала.
- 240 градусов, с углом перекрытия 15 — обычное стоковое значение для работы в пределах 700-6500 оборотов, очень экономично.
- 265 гр, с перекрытием в 30 градусов, работает в диапазоне 4000-7500 оборотов, ХХ нужно поднять до 900RPM, подходит для начального тюнинга и уличных “покатушек”.
- 280 гр, 4500-8000 оборотов, еще проходит экологичные нормы но ХХ уже на 950RPM подходит для гонок по кольцу к примеру.
- 290 гр, с поднятием около 11мм, обычно такие кулачки ставятся на VTEC. Работа идет на уже на высоких оборотах 5500-8500. ХХ уже 1200 оборотов, экологические нормы уже не проходит и конечно больше предназначены для гонок нежели другие предыдущие примеры.
- 305 гр, с высоким поднятием около 13мм, работает в диапазоне 7000-9500 оборотов, ХХ на этих кулачках около 1400 RPM. С таким распредвалом уже нужно перерабатывать и ГБЦ, и заменять впускной коллектор, можно работать с поршнями СЖ в 12:1. Имеются кстати варианты в 320 градусов фазы… Но это уже профессиональный спорт.
Лирика:Цель
Я всегда говорю, что вам нужно поставить для себя цель. Что вы хотите получить. От этого все и идет, понимаете что инженеры Honda пытались найти оптимальную работу для среднего пользователя и сделали за 10 лет 150 минимум комбинаций двигателей, с разными поршнями, системами ГРМ, и объемами от 1.2 до 1.7 литра. И не пришли к единому выбору. Хотите мощность, и большую скорость уходите в верха, будете «жужжать» на 9000 оборотах. Немного доработок и правильная настройка и у вас получится отличный снаряд. Хотите больше машину на каждый день в бюджетном виде, уходите в низы. Хороший момент даст хороший старт, и экономность в городе и на трассе. Двигатели 3-Stage наверное выигрывают и там и там за счет своей системы.
Угол перекрытия
Я несколько раз в статье вставляю одну и туже картинку, вы должны видеть и понимать о чем я пишу. Угол перекрытия это время при котором оба клапана открыты, физически это угол между осями (центрами) кулачков. Чем меньше угол перекрытия тем лучше низкие обороты и момент. Чем больше угол перекрытия тем лучше верхние обороты и соответственно мощность. Конечно в SOHC системе нельзя настроить угол перекрытия, в отличие от DOHC (двувальной ) системе ГРМ, но есть возможность отрегулировать фазы.
Разрезная шестерня [нужно проверить]
Самым дешевым тюнингом является разрезная шестерня. Нужна она для изменения фаз тактов впуска и выпуска. Раньше впуск, верхние обороты поднимутся и увеличится мощность, раньше выпуск и увеличится мощность и тяга на низах. Самое интересное в данной настройке, что в низах ваш мозг уже настроен. Ваш пик по мощности уже настроен для работы до 6600 оборотов, до этого предела двигатель настроен, спустите момент немного ниже и все, машина немного изменит характер. Конечно если вы меняете сам распредвал, то придется все же настраивать смеси топливные карты.
Смотря на Шкив распредвала, вы увидите что он крутится против часовой стрелки, если относительно него распредвал повернуть по ходу движения то впускные клапана открываются и закрываются раньше что благоприятно сказывается на низах, если же вращать по часовой стрелки распредвал то вы уйдете в высокие обороты то есть в мощность.
DOHC или SOHC?
В SOHC кулачки выпускного и впускного клапанов находятся на одной оси (вале) и естественно неподвижны. Единственное что вы можете сделать это суммарно поменять фазы впуска и выпуска используя разрезную шестерню. Крутим в одну сторону уменьшаем впуск и увеличиваем выпуск, в другую на оборот. Если же вы берет двувальную систему, то у вас есть возможность регулировать фазы как для впуска так и для выпуска. Причем вы можете еще и поменять один из двух распредвалов не меняя настройки его пары. Именно поэтому DOHC в этом плане выигрывает у SOHC систем.
Дополнительные рисунки к сравнению кулачков
