Распредвал автомобиля: понимание технической основы для выбора

Распредвал автомобиля: понимание технической основы для выбора

Распредвал (полная форма термина: распределительный вал) – неотъемлемая деталь автомобильного двигателя, посредством которой осуществляется переключение рабочих элементов клапанной группы. Распределительному валу отводится важная роль газораспределительного устройства, обеспечения синхронизации (тактирования) в процессе распределения рабочей топливной смеси ДВС (двигателя внутреннего сгорания). Рассмотрим эту компоненту автомобильного мотора в подробностях, дабы иметь в запасе точное представление по выбору в случае надобности.

 Типичное исполнение распределительных валов автомобилей

Распространены в наибольшей степени два типа распредвалов автомобилей, в работе с которыми применяются:

  1. Плоскостной толкатель.
  2. Роликовый толкатель.

Ходовые плоскостные толкатели (подъёмники) распредвала традиционно присутствуют в конструкциях моторов типа V8.  Буквальный смысл дизайна такой механической детали распредвала определяется плоскостной формой «лобной» области под контакт с кулачковым эксцентриком.

Однако эксцентрики под такую конфигурацию фактически не обладают идеальной плоскостной формой в области контактных поверхностей с толкателем. Форма эксцентриков здесь отмечена небольшой кривизной.

LANCER

Распредвал дизельного мотора легкового автомобиля
Один из многочисленных вариантов конструкции распределительных валов автомобильных моторов. В данном случае – это компонент автомобиля с дизельным двигателем

Другой  вариант — роликовый толкатель, отличается тем, что этой конструкцией используется клапанный подъёмник распредвала, дополнительно оснащённый роликом. По сути, роликовый подъёмник выглядит подобно ходовому плоскостному толкателю, но при этом отмечается существенная разница в плане контакта с кулачком эксцентрика распредвала.

Эксцентриковым кулачкам под роликовые толкатели присущи утолщения выступов в зависимости от того, как роликовый подъёмник вступает в контакт. Стоит отметить, что распредвалы автомобильных моторов на основе эксцентриков под роликовые толкатели:

  • снижают трение,
  • увеличивают потенциал оборотов,
  • позволяют использовать более высокое давление пружины клапана.

Профили эксцентриковых кулачковых выступов

Распредвалы на ходовых плоскостных толкателях способны выдерживать достаточно сильное давление пружины клапана. Этим давлением подъёмник выталкивается по направлению к кулачку.

Между тем, по мере увеличения давления пружины клапана на плоскостной кулачковый толкатель, естественным образом увеличивается износ рабочего выступа распредвала, находящегося в контакте.

AUDI A3 A5

Распредвал автомобиля: исполнение толкателей под эксцентриковые кулачки
Классическое исполнение толкателей (подъёмников) под эксцентриковые кулачки распределительного вала автомобильного мотора: А – плоскостной тип; В – роликовый тип

Этот момент является ограничивающим фактором по сравнению с исполнением распредвала на основе конфигурации эксцентриков под роликовые толкатели. Для создания большой мощности необходим кулачок, наделённый большой подъёмной силой, чтобы максимально широко открывать клапан.

Для увеличения подъёма клапана кулачком потребуется клапанная пружина более высокого давления. В этом смысле распредвал под роликовые толкатели имеет преимущество перед распредвалом с профилем для плоскостных кулачковых толкателей. Особенно важен этот фактор в случае задачи достижения более высокой мощности двигателя.

Рабочая высота кулачка распредвала автомобильного мотора

Важно знать о базовых вариациях прохода кулачков распредвала автомобильного мотора. Проход кулачка — это расстояние, на которое перемещается подъёмник (толкатель). Поскольку коромысло увеличивает перемещение толкателя, расстояние подъёма клапана отличается от расстояния прохода кулачка эксцентрика.

Отношение коромысла 1,5: 1 даёт 10 мм (0,4 дм) прохода кулачка эксцентрика и перемещает клапан в 1,5 раза больше относительно величины прохода. Соответственно, эксцентрик с проходом кулачка 10 мм (0,4 дм) переместит клапан на 15,2 мм (0,6 дм) при отношении коромысла 1,5: 1.

VW GOLF

Распредвал автомобиля и профили эксцентриков
Распространённые формы профилей эксцентриков распределительных валов автомобильных двигателей с параметром «Peak (Gross) Lift» на уровне 0,475 дм для всех трёх вариантов

Рычаг качения (коромысло) с другим отношением изменит расстояние подъёма клапана, но не рабочий проход кулачка эксцентрика. Таким образом, в случае надобности вполне допустимо увеличить подъём клапана, используя увеличенное передаточное число. Увеличение прохода кулачка приведёт к большему открытию клапана. В свою очередь этот момент приведёт к увеличению пропускания топливной смеси (выхлопа) через двигатель.

Если планируется модернизировать эксцентрик для увеличения подъёмной силы, необходимо убедиться в том, что клапанные пружины способны работать на увеличенной подъёмной силе. Зазор между поршнем и клапаном, однако, может стать проблемой реализации такой цели. Нужно убедиться в наличии отмеченных возможностей, прежде чем приступать к реализации задуманного.

Что такое длительность (протяжка) распредвала мотора автомобиля?

Длительность (протяжка) распредвала — это измеренное время момента от начала открытия клапана до момента закрытия. Следует помнить – длительность (протяжка) измеряется в градусах по вращению коленчатого вала, но не по вращению распредвала. Спецификации распредвалов указывают параметр длительности (протяжки), обычно, оперируя значением измерения – 1,27 мм (0,050 дм).

VW GTI PAS

Распредвал автомобиля - график характеристика толкателей
График (характеристика) зависимости прохода эксцентрика (B) и типа толкателя (A), наглядно демонстрирующий преимущества роликовой конструкции толкателей. Синий цвет – плоскостной толкатель; Красный цвет – роликовый толкатель

Дело в том, что производители автомобильных распредвалов согласовали стандарт для измерения длительности движения любых видов эксцентриков. Идея состоит в том, чтобы измерить протяжку, начиная от точки прохождения 1,27 мм (0,050 дм) толкателя (подъёмника).

Другими словами: когда кулачок поднимает толкатель вверх и толкатель перемещается на расстояние 1,27 мм (0,050 дм), протяжка распредвала измеряется именно от этой точки.

Разделение эксцентриков распредвала (в градусах)

Распредвалы стандартных моторов V8 отмечаются расположением эксцентриков попарно: один впускной — один выпускной. Эти пары отличаются некоторым смещением одного элемента относительно другого. Эксцентричное разделение можно рассматривать как угол, измеренный в градусах между максимальным подъёмом пары кулачков.

Чтобы практически проверить разделение эксцентриков распредвала автомобиля, достаточно направить взгляд с торца этой детали и мысленно провести линию через центр наружу к точке максимального подъёма эксцентриков (выступ кулачков). Обычно разница составляет 104º — 115º.

Важно отметить, что разделение эксцентриков демонстрирует, как впускной клапан реагирует по отношению к выпускному клапану одного цилиндра автомобильного мотора. При этом такие детали, как эксцентриковый проход и длительность распредвала, описывают влияние каждого эксцентрика на клапаны.

Когда угол разделения уменьшается или увеличивается?

Разделение кулачковых эксцентриков распредвала является важной характеристикой, поскольку этот момент рассчитывает время действия впускного / выпускного клапанов. Если угол разделения эксцентриков распредвала  равен 0º — впускной / выпускной клапаны открываются и закрываются одновременно.

Практически такого варианта, конечно, не существует, но подобное представление помогает лучше понять, что происходит, когда угол разделения уменьшается или увеличивается.

ИНСТРУМЕНТ

Распредвал автомобиля и угол разделения эксцентриков
Угол разделения эксцентриков схемным вариантом: A — осевая линия впускного клапана; B – перекрытие; C — осевая линия выпускного клапана; D – базовый круг

Если угол разделения эксцентриков распредвала узкий, при движении (повороте) кулачка открывается один клапан. По мере вращения кулачка клапан начинает закрываться. Поскольку угол узкий, второй клапан в паре начинает открываться до того, как закрывается первый.

Насколько широко открыт первый клапан, когда второй клапан начинает открываться, зависит от разделения эксцентриков (и от формы контактных поверхностей) распредвала. Соответственно, узкий угол:

  • увеличит давление в цилиндре,
  • ухудшит работу двигателя на холостом ходу,
  • уменьшит вакуум холостого хода.

Давление в цилиндре увеличивается, потому что после такта выпуска поршень втягивает воздух в цилиндр. Если впускной клапан открывается раньше, в цилиндр поступает больше воздуха.

Как рассчитать время закрытия / открытия клапанов?

Если разделение эксцентриков достигает определённого угла при повороте, открывается один клапан. По мере продолжения вращения распредвала этот клапан начинает закрываться. При достижении эксцентриком более широкого угла, второй клапан пары начинает открываться.

 

В момент достижения эксцентриком прямого угла, можно рассчитать время закрытия первого клапана до того, как начинает открываться второй клапан. Стоит помнить, что при более широком угле разделения:

  • давление в цилиндре уменьшается,
  • холостой ход приобретает плавную форму,
  • увеличивается вакуум холостого хода.

Какой распредвал автомобиля оптимальный для выбора?

Распредвалы представляются сложными механизмами, расчёт и подбор которых сопровождаются несметными массивами цифр. Тем не менее, большинство производителей автомобильных распредвалов предоставляют автолюбителям возможности выбрать распределительный вал достаточно просто. Для правильного подбора достаточно следовать двум правилам:

    1. Если двигатель автомобиля собран профессиональным производителем двигателей, рекомендуется учитывать мнение и знания производителя для выбора.
    2. Самая распространенная ошибка выбора распредвала — выбор чрезмерно больших кулачков, что снижает производительность. Если выбирать между двумя распределительными валами, как правило, разумный вариант — выбор эксцентриков с кулачками малого размера.

При помощи информации: JEGS