Фаза распредвала на что влияет

Выбор распредвала. Фазы, подъём, профиль кулачков

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 256 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.

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 называется коэффициент 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.

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

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 наполнение происходит с помощью буста. И если применять распредвалы от "бодрого атмосферника" с широкой фазой, например 316 градусов, то при перекрытии впускного и выпускного клапанов происходит падение эффективности буста, на низких и средних оборотах, и появляется большая "турбояма". Буст начинает работать только в зоне высоких оборотов, и рост мощности не эластичен, а пикообразен.
Поэтому на турбо моторах применяют распредвалы с небольшим перекрытием, как на стандартном моторе, рекомендуемая фаза 280 градусов. Подъём и размер клапана желательно использовать максимально-возможные для используемой ГБЦ.

Фаза — это момент открытия и закрытия клапанов относительно положения коленчатого вала (КВ). На что влияет увеличение или уменьшение фазы можно понять на примере сравнения процессов в стандартном газораспределительном механизме (ГРМ) и ГРМ с использованием тюнингового распредвала.
В стандартном ГРМ в первом такте работы двигателя впускной клапан открывается сразу же, как только поршень начинает свое движение к НМТ. При использовании тюнингового распредвала с увеличенными фазами газораспределения. В первом такте впуска поршень начинает свое движение к НМТ, а впускной клапан все еще закрыт, и когда в цилиндре образуется достаточное разряжение — впускной клапан открывается и топливно- воздушная смесь буквально врывается в камеру сгорания.
Поскольку при высоких оборотах появляется инертность при заполнении топливно-воздушной смесью камеры сгорания, таким образом, мы увеличиваем скорость наполнения цилиндра, что очень важно при повышенных оборотах.
Теперь рассмотрим фазу выпуска на стандартном распредвале. Дойдя до НМТ, поршень начинает такт вытеснения отработанных газов через выпускной клапан. Выпускной клапан открывается вместе с началом движения поршня и закрывается в конце такта. При использовании тюнингового распредвала с широкими фазами процесс приобретает несколько иной вид. После воспламенения рабочей смеси поршень совершает работу и движется к НМТ.
В конце своего движения работа практически равна нулю, и, что бы ускорить освобождение камеры от выхлопных газов, имеет смысл начать открывать впускной клапан. Что и происходит при использовании тюнингового распредвала.

Перекрытие клапанов — это момент, когда клапан впуска и клапан выпуска одновременно находятся в открытом состоянии, то есть выпускной клапан еще не закрылся, а впускной уже открылся. Поршень в этот момент находится в ВМТ. Одновременное открытие клапанов необходимо для так называемой продувки цилиндра, когда отработанные газы увлекают за собой рабочую смесь через клапан впуска. ( к слову сказать здесь нам может помочь настроенный выпускной коллектор или «паук») Величина перекрытия выражается в мм ( в стандартном ГРМ перекрытия равны практически 0)

Почему распредвалы с большой фазой нестабильно работают на холостом ходу?

Ну, во-первых, при использовании широкофазных валов в начале такта сжатия впускной клапан все еще открыт и часть топливно-воздушной смеси уходит во впускной канал. Во-вторых в конце рабочего хода поршня выпускной клапан уже открыт и давление в цилиндре падает, вместо того что бы совершать полезную работу.
Итак, на основании вышесказанного можно сделать вывод, что распредвалы с большим подъемом и широкой фазой лучше выбирать только для спорта, потому что их установка требует много доработок, и езда в городском режиме очень некомфортна, а постоянное выкручивание двигателя в зону высоких оборотов приводит к уменьшению ресурса. Поэтому для тюнинга можно рекомендовать распредвал с широкой фазой и небольшим подъемом.

Зачем менять фазы газораспределения

Задача механизма газораспределения — обеспечить наивысшую эффективность наполнения и очистки цилиндра во время работы двигателя. От того, насколько грамотно подобраны фазы газораспределения, зависит экономичность мотора, мощность и развиваемый момент.

Качество работы двигателя — его КПД, мощность, крутящий момент и экономичность зависят от многих факторов, в том числе и от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. Профиль этих кулачков определяет момент и продолжительность открытия (то есть ширину фаз), а также величину хода клапанов.

В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут. И работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Дело в том, что характер поведения газов (горючей смеси и выхлопа) в цилиндре, а также во впускном и выпускном трактах меняется в зависимости от режимов работы двигателя. Постоянно изменяется скорость течения, возникают различного рода колебания упругой газовой среды, которые приводят к полезным резонансным или, наоборот, паразитным застойным явлениям. этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

Так, например, для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

При работе на максимальной мощности ситуация сильно меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов закономерно сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать куда больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить столь непростую задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими. При этом для лучшей продувки цилиндров фазу перекрытия обычно делают тем шире, чем выше обороты.

Так что при разработке и доводке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же фиксированными фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. И плюс ко всему устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным. Вот так задачка!

Но конструкторы такие задачи уже давно щёлкают как семечки и способны при помощи сдвига и изменения ширины фаз газораспределения менять характеристики двигателя до неузнаваемости. Поднять момент? Пожалуйста. Повысить мощность? Не вопрос. Снизить расход? Не проблема. Правда, подчас получается так, что при улучшении одних показателей приходится жертвовать другими.

А что если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя? Запросто. Благо способов для этого придумана масса. Один из них — применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. Наиболее часто такая система устанавливается на впуске. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Но неуёмные инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами. Например, в тойотовской системе после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу начинает вступать дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иной закон движения клапана, более широкие фазы и, кстати, обеспечивает больший ход. При раскрутке коленчатого вала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.

Изменять момент и продолжительность открытия — это замечательно. А что если попробовать изменять высоту подъёма? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм (ГРМ).

Чем вредна заслонка? Она ухудшает наполнение цилиндров на низких и средних оборотах. Ведь во впускном тракте под прикрытым дросселем при работе двигателя создаётся сильное разрежение. К чему оно приводит? К большой инертности разреженной газовой среды (топливовоздушной смеси), ухудшению качества наполнения цилиндра свежим зарядом, снижению отдачи и уменьшению скорости отклика на нажатие педали газа.

Поэтому идеальным вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое для достижения нужного наполнения цилиндра горючей смесью. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. По разным данным, экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах %. Но и это не последний рубеж.

Несмотря на то что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать ещё выше. За счёт чего? За счёт скорости открытия клапанов. Правда, механический привод здесь сдаёт позиции электромагнитному.

В чём ещё плюс электромагнитного привода? В том, что закон (ускорение в каждый момент времени) подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно прописанной программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Зачем? В целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Да что режимы — прямо во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный. Интересно, скоро ли появятся такие системы на конвейере?

Пожалуй, дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ уже невозможно. Выжать ещё больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет только с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия, других видов топлива. Но это — уже совсем другой разговор.

Система изменения фаз газораспределения – что это и как работает

Очень часто при описании автомобилей зарубежных концернов рядом с мотором стоят какие-то непонятные аббревиатуры. VTEC, MIVEC, VVTi – и так далее, вариантов очень много. Несмотря на различные названия речь всегда идет об одном и том же – системе изменения фаз газораспределения, просто из-за патентов и интеллектуального права все разрабатывают системы и называют их по-своему, но суть у всех одна. Вот о ней мы и расскажем.

Газораспределительный механизм

Что это

Даже поверхностно знакомый с устройством мотора водитель знает, что в головке блока цилиндров есть распределительный вал, который при вращении управляет открытием и закрытием клапанов. Для этого на валу есть специальные кулачки. Конструкторы мотора с помощью формы и размеров кулачков могут очень точно управлять временем открытия клапанов – на какой стадии цикла открываются, на какой закрываются и так далее. Это важные факторы, потому как они напрямую влияют на мощность мотора, его экономичность и эластичность. Грамотный подбор кулачков – секрет стабильной работы мотора.

Распредвал с разновеликими кулачками

С механической точки зрения тема изучена давно, любой автомобильный инженер хорошо знает как менять характеристики кулачков, чтобы улучшить поведение мотора, а словосочетание «спортивные валы» уже стало именем нарицательным – замена распредвалов на спортивных автомобилях позволяет очень заметно увеличить мощность мотора. Если так, то в чем проблема? А она в том, что оптимальное время открытия и закрытия клапанов разное в зависимости от оборотов мотора и силы нажатия водителем на дроссель. На низких оборотах нужны одни характеристики, на высоких – другие, но кулачки – это готовое металлическое изделие, которое не может подобно терминатору Т-1000 по первому требованию сменить форму.

Устройство

На специализированных машинах эту проблему решают в ущерб непрофильным режимам работы, например, спортивные автомобили очень плохо едут на низких оборотах и не экономят топливо, зато около «красной зоны» тахометра выдают максимум. На гражданских машинах используются усредненные показатели, максимальных характеристик в таком случае мотор не показывает, но зато работает стабильно во всех режимах.

Совершенно логично, что инженеры еще на заре автомобилестроения начали думать, как бы реализовать возможность менять фазы подъема клапанов в зависимости от ситуации. Несмотря на то, что разные патенты появлялись еще с 1920-х годов, задача на практике оказалась очень непростой, первое серийное использование системы фаз газораспределения относится только к 1980-м годам. Первыми были инженеры Alfa Romeo, но за ними быстро подтянулись и другие, особенно после того как с развитием компьютерной техники появилась возможность электронного управления.

Как работает

Несмотря на то, что все эти VTEC, MIVEC, VVTi и прочая-прочая ставят одинаковые цели и в целом про одно и то же, реальное техническое решение по управлению клапанами у инженеров разных компаний могут отличаться. Чтобы не расширять статью сверх меры и не путать читателей, мы решили не разбирать все системы, а остановиться на одной из них, а именно VTEC от компании Honda. Даже в рамках одного производителя система управления клапанов работает по-разному, и на примере VTEC легко наблюдать как развивались технологии.

Первый мотор с управлением фаз газораспределения инженерам Honda удалось выпустить в конце 1980-х годов. Это был мотор B16A, легендарный силовой агрегат. Управление фазами там было реализовано с помощью того, что на распредвале было не два кулачка, а три, кроме того стоял дополнительный клапан, который по команде от ЭБУ увеличивал давление масла. Под действием давления выдвигались специальные штифты и клапанами управляли уже не основные кулачки, а третий, дополнительный, который был настроен на высокие обороты. В головку блока встроили дополнительный датчик давления масла, благодаря которому ЭБУ понимал, когда «включать» дополнительный кулачок. Вместе с переходом на иную фазу распределения ЭБУ менял углы зажигания и увеличивал подачу топлива. Суммарно это давало отличный эффект – атмосферный мотор 1,6 развивал на максимальных оборотах (около 7000-7500 в минуту) мощность 160 л.с. К тому же система получилась надежной.

Двигатель Honda B16A

Добившись хороших результатов в плане мощности, инженеры переключились на экономичность. Вторая версия системы VTEC имела уже три режима работы. Кулачков на все не напасешься, поэтому в некоторых режимах клапанами начали управлять специальные рокеры, которые приводились в действие все тем же давлением масла через клапан. Появился экономичный режим, когда на низких оборотах при слабом нажатии на педаль газа система открывала только один впускной клапан, второй в смесеобразовании почти не участвовал. В среднем режиме открывались уже оба клапана, в мощном в дело вступал дополнительный кулачок. И мощность увеличили, и экономичности добавили! Правда, сама система была более капризной из-за наличия дополнительных элементов.

Устройство VTEC

К началу нулевых годов инженерам Honda стало ясно, что увеличивать количество кулачков на распредвале не вариант – их там просто негде размещать, потому они придумали другое решение, которое получило название i-VTEC. Кулачки оставались на месте, но смещаться вдоль своей оси получил возможность распредвал. Шестерня, которая приводит распредвал в движение, стала фактически гидравлическим механизмом, который может менять положение распредвала в пространстве. При смещении оси перемещаются рабочие участки на кулачках, клапаны открываются и закрываются уже по-другому. Самый большой плюс от такой реализации – заметное увеличение количества режимов работы. Положений распредвала, конечно, не бесконечное количество, но всяко больше, чем можно физических кулачков нанизать, а значит компьютер имеет много вариантов по управлению смесеобразованием. Изменение фаз стало постоянным, можно сказать, онлайн, а не только при смене режима. Ну а шестерни, которые меняют положение коленвала в пространстве, в народе начали называть фазовращателями. С атмосферного мотора в 1,6 литра стали снимать уже по 200 л.с.

Шестерни VTEC

В конце «нулевых» годов вопрос экономичности и снижения токсичности выхлопа уже начал стоять более остро, чем увеличение мощности. Тут система распределения фаз тоже очень пригодилась. Сначала японские инженеры придумали так настроить кулачки, чтобы в такте сжатия приоткрывался впускной клапан. Естественно, часть топливо-воздушной смеси возвращалась во впускной коллектор. Там она как следует перемешивалась с новой порцией воздуха и в следующий такт снова поступала в цилиндры. Мощность от таких манипуляций немного падала, но зато ниже стал и расход топлива, которое стало лучше смешиваться с воздухом. Вредные выбросы удалось снизить.

Почти следом у Honda появилась система VCM, которая умеет отключать часть цилиндров в ненагруженных режимах. Идею японские инженеры подсмотрели у коллег, а вот с технической реализацией все так же помогла система распределения фаз. Кулачки настроены так,чтобы в некоторых режимах просто не открывать впускные клапана у части цилиндров – в них топливо не поступает, а ЭБУ корректирует это на уровне программы.

Двигатель с системами VTEC и VCM

Позже инженеры Honda смогли адаптировать систему изменения фаз для работы с непосредственным впрыском, что позволило еще сильнее увеличить экономичность. В некоторых режимах мотор может стабильно работать на суперобедненной смеси 65:1 (напомним, что стандартом считается отношение 14,7:1), что заметно снижает расход топлива. Еще одна версия VTEC получила возможность работать совместно с турбонаддувом.

Немного про минусы

Не у всех автоконцернов работы по изменениям фаз шли в такой последовательности, да и успехи по части регулировки фаз тоже часто до хондовских не дотягивали. Однако, в целом, ретроспектива систем VTEC позволяет понять как развивалась инженерная мысль в вопросе регулирования фаз. Понятно, что за этим будущее, ведь изменение времени открытия клапанов позволяет и расход снизить, и мощность повысить. Но есть и определенные минусы – моторы становятся дороже и сложнее по конструкции, а сама система изменения фаз – дополнительный элемент, который может (и увы на практике это часто делает) сломаться, снижает надежность мотора,повышает требование к качеству масла, требует денег на обслуживание. Недаром многие бюджетные машины до сих пор обходятся без систем управления фаз. Например, на АвтоВАЗе первый фазовращатель появился только в 2015 году на моторе 1,8, тогда как все версии 1,6 (даже 16-клапанные) обходятся без него. Мощность, конечно, несравнимая, но цена вопроса тоже имеет значение.

Двигатель 1.8 ВАЗ 21179 с одним фазовращателем — находится справа. Фото — drom.ru

Блог Валерия Именова

Мои заметки. Я не блогер и не писатель, но иногда хочется поделиться с миром некоторой информацией или прокомментировать и высказать свою точку зрения.

вторник, 12 января 2016 г.

Выбор тюнингового распредвала для двигателя 2106

1. • Для чего эта статья, если в интернете много подобных
2. • Понятие ширины фазы распредвала
3. ↑ Рассмотрим вариант установки распредвала с узкой фазой
4. ↑ Узнаем как повлияет установка широкофазного распредвала
5. • Как изменятся характеристики двс ВАЗ 2106 с распредвалом 21213
6. • Зависимость фаз распредвала от степени сжатия
7. • Так ли важно увеличивать подъем клапана
8. • Как влияет скорость подъема клапана
9. • Спортивный распредвал из стандартного
10. • Кратко о перекрытии клапанов
11. ↑ Влияние на характеристики большого перекрытия клапанов
12. ↑ Распредвалы с малым перекрытием клапанов — «овощи»
13. • Расчет степени сжатия от ширины фазы распредвала
14. • Дополнительная информация
15. • Вопросы по выбору распредвала для двигателя 2106

Встав перед выбором тюнингового распредвала для установки на двигатель ВАЗ 2106, к сожалению столкнулся со сложностью выбора, так как в интернете нет полной информации. Все ответы сводятся на форумах: бери этот распредвал инфа 146%. Да, есть общая информация как все работает, к примеру как озвучил на своем канале Ютуб Влас Прудов: узкофазные валы это низовые валы, ну а широкофазные валы — верховые. Понятно что большая фаза, большее перекрытие и подъем клапанов помогает увеличить мощность, но как на практике, по каким параметрам будь то ширина фазы или перекрытия, выбирать например «гражданский» распредвал немного увеличивающий крутящий момент во всем диапазоне оборотов — информации нет.

Краткая информация по фазам ГРМ

Ширина фазы распредвала

I|- впуск, II — сжатие, III — рабочий ход , IV — выпуск

Узкая фаза

Широкая фаза

В варианте распредвала с широкой фазой, впускной клапан открывается до того как поршень дойдет до ВМТ – это влияет на перекрытие клапанов, о котором пройдет речь ниже и закрывается впускной клапан тогда, когда поршень пройдя НМТ пойдет далеко в верх. Как видно, такт впуска занял часть такта сжатия, но посмотрим какой результат при этом можем получить.

На низких оборотах, имеем фактически низкую реальную степень сжатия и соответственно низкий термический КПД, по двум причинам. Во первых – из за сокращенного такта сжатия, а во вторых – при позднем закрытии впускных клапанов, поршня после прохода НМТ идут вверх выталкивая топливную смесь обратно во впуск, до момента закрытия впускных клапанов. Получается наш двигатель, получая порцию смеси на такте впуска до прохода поршня НМТ, вытесняет часть смеси обратно во впуск после прохода НМТ, то есть выходит двигатель использует только часть своего объема. К примеру, двигатель 1,6 литра, выталкивая обратно во впуск даже 0,3 литра, становится фактически двигателем рабочим объемом 1,3 литра!

Интересная математика получается, но при частичных нагрузках эта потеря рабочего объема не столь заметна, так как не сокращенный впуск ограничивает подачу смеси – а дроссельная заслонка. А вот если нажать акселератор, дроссель открыт, но обороты низкие, здесь то и будет заметно существенное падение крутящего момента из за соответственно не высокой инерции потока во впуске, как уже стало понятно из за того что поршень получая порцию топливно-воздушной смеси, в конце такта впуска выталкивает часть смеси обратно.

В итоге, при использовании широкофазного распредвала на низких оборотах мы теряем момент или простыми словами — тягу, в следствии укороченных тактов впуска и сжатия, получая низкое давление в цилиндре. Но не все так плохо, недостаток давления можно компенсировать повышением номинальной степени сжатия, а если в дополнении к этому использовать распредвал с увеличенным тактом расширения (рабочего хода), то получим двигатель работающий по циклу Миллера, который может позволить достичь большей тепловой эффективности, снизив расход топлива, к сожалению с некоторым снижением максимальной мощности.

Теперь повысим обороты двигателя, во впускной трубе увеличилась скорость воздушного потока и следовательно инерция, что позволило наполнять цилиндр даже при движении поршня в верх после НМТ. Благодаря поступлению в цилиндр количества смеси большего, чем мог бы получить двигатель при движении поршня в только в низ, повышается и наполнение цилиндров смесью и давление в цилиндре, следовательно получаем более высокую мощность.

Не стоит забывать, на наполнение цилиндров, кроме фаз распредвала, влияет сечение и профиль каналов, и в целом система впуска. Малые каналы могут обеспечить эффективное наполнение на средних оборотах, но ограничить максимальное наполнение на высоких, тем самым не будет использоваться весь потенциал широкофазного распредвала. С большими каналами может стать так, что будет потерян весь диапазон оборотов, вместе с высокими, где часть поступающей смеси на такте впуска, будет отправляться не на рабочий процесс, а обратно во впускную трубу.

Что изменится если на двигатель ВАЗ 2106 поставить распредвал 21213?

Чтобы вам было понятно про характеристику ширины фазы, объясню на примере, так сказать на пальцах, примерив РВ 21213 имеющий более широкую фазу чем РВ 2101 на, ДВС 2106.

1. Берем стандартный двигатель ВАЗ 2106 с распредвалом 2101 который имеет ГСЖ (геометрическую степень сжатия) 8.5, закрытие впускного клапана 55град. — после НМТ, фазу впуска 265град., фазу сжатия 95град. Теперь замеряем компрессию и она будет в пределах 12кгс/см2.
2. Меняем на этом двигателе РВ на распредвал 21213 имеющего более широкую фазу впускного клапана, который открывается так же как и РВ 2101, но закрывается 73град. — после НМТ, в итоге фаза впуска 283град., фаза сжатия 77град. Теперь замеряем компрессию и она будет в пределах 11кгс/см2.
3. Теперь посмотрим как изменились характеристики двигателя 2106 с РВ 21213. Итак, на низких оборотах тяга ухудшилась, на средних примерно такая же, на высоких стала чуть лучше. Если проведете замер расхода топлива, то расход увеличится во всем диапазоне, заранее отмечу больший подъем клапана РВ 21213 здесь не причем. Несложно догадаться вся причина провала на низких оборотах, снизившееся давление в цилиндре, уменьшающее КПД. На высоких же оборотах, в цилиндр поступает больше смеси чем с РВ 2101, это и дает улучшение, и хотя поступившая увеличенная доза топливной смеси повышает давление поднимая в итоге КПД близкое к результату РВ 2101, но в итоге все равно расход немного больше.
4. Чтобы было понятно почему ДВС 2106 с РВ 21213 потерял низа, дополним наш «разбор полетов» еще одними данными, характеристиками двигателя ВАЗ 21213 который имеет ГСЖ 9.3, впускной клапан закрывается в 73град. — после НМТ, в итоге фаза впуска 283град., фаза сжатия 77град., при замере компрессии можно увидеть результат в пределах 12кгс/см2. Обратив внимание на цифры становится все понятно.
5. Подводим итог, по результатам 4-х пунктов он ясен. Двигатели 2106 и 21213 имеют разную ГСЖ 8.5 и 9.3, разные фазы впускного клапана, однако одинаковое давление в цилиндре на низких оборотах — фактическую степень сжатия, замер компрессии это подтверждает. Из чего следует при установке на двигатель 2106 распредвала 21213, на низких оборотах, он получится дефорсированным и вполне может переваривать 76 бензин. На высоких же оборотах благодаря увеличенной фазе впускного клапана, мощность немного увеличится по сравнению с РВ 2101, но одновременно с повышенным расходом топлива из за меньшего давления в цилиндре дающего меньшую степень расширения — соответственно снижение КПД, однако такой двигатель можно смело заправлять смесью 76 и 92 бензина. Логично если в двигателе 2106 увеличить ГСЖ до 9.3 и установить РВ 21213, то получим низа на уровне РВ 2101, увеличение мощности на высоких оборотах и меньший расход топлива.

Пора вернуться к изначальному вопросу этого обсуждения: почему установка широкофазного распредвала на двигатель без увеличения расчетной степени сжатия — это совершенно не верное решение. Для этого подтянем статистику, в которой сказано что среднестатистический автомобиль работает более 80% времени на оборотах не превышающих 3000 об/мин. В результате установки широкофазного распредвала, его хоть придется чаще «крутить», но однозначно чаще он будет работать на оборотах не выше средних, где серьезно увеличится расход топлива и пострадает «тяга» из низкого давления в цилиндре — фактической степени сжатия и ограниченного наполнения цилиндров — обратного вытеснение смеси. Думаю теперь вам понятно что без увеличения степени сжатия мы не сможем использовать весь потенциал тюнингового распредвала.

Подъем клапана

В отличии от величины подъема клапана, серьезным влиянием на увеличение наполнения цилиндров является скорость подъема клапана. Чтобы понять в чем здесь «фишка», проведем эксперимент — плавно откройте и закройте водопроводный кран на несколько секунд, а теперь быстро откройте на тоже время и вы заметите что здесь воды вылилось больше. Так и в двигателе чем быстрее открывается клапан, тем раньше смесь начинает поступать в цилиндр и клапан находится дольше в полностью открытом состоянии, соответственно при резком открытии клапана — попадет больше смеси. Кроме того ускоренная работа клапанов улучшает волновые процессы во впуске, что так же улучшает наполнение цилиндров.

Можно обратить внимание на профиль кулачка в тюнинговом распредвале,он более «агрессивный» имеет большую скорость подъема чем на стандартном РВ. Например можно сравнить распредвалы окб двигатель 94 и 680, по картинкам профиля кулачков на сайте производителя, можно увидеть что РВ 680 будет иметь более быстрый подъем.

Как сделать из стандартного распредвала спортивный

Кстати, некоторые более высокие характеристики двигателя присущие спортивным распредвалам, можно получить на стандартном распредвале, доработав профиль рокеров для быстрого открывания клапана. Профиль рокеров в месте контакта с кулачками по умолчанию имеет округлую форму, если же сделать ее более плоской, клапан будет более резко открываться, соответственно будет открыт на максимум более длительное время, чем со стандартным профилем рокера.

Перекрытие клапанов

Большое перекрытие клапанов

Чем больше перекрытие, тем рабочий диапазон оборотов будет смещаться в сторону верхних, ухудшая низкие. Благодаря хорошему наполнению цилиндров смесью, нажав на газ и раскрутив двигатель выше средних оборотов вы сможете почувствовать настоящий спортивный характер, как говориться — ощутите «пинок под зад«. К сожалению низа сильно пострадают, автомобиль на них будет просто глохнуть, трогаться придется газуя и сжигая сцепление, а передвигаться — постоянно поддерживая высокие обороты.

Конечно же рассчитывать на топливную экономичность не стоит, потому как на низких оборотах камера сгорания недостаточно очищается от отработавших газов, а на высоких из за перепродувки — часть топливной смеси по инерции вылетает в «трубу» через выпускной клапан. Да и не секрет — высокие обороты это всегда повышенный расход из увеличившегося в разы трения механизмов двигателя.

Малое перекрытие клапанов

Большая фаза или большое перекрытие?

• РВ 21083 — фаза впуска 292град. перекрытие 0.4мм,
• РВ 2110 — фаза впуска 256град., перекрытие 0.8мм.

Конечно же на результат РВ 2110 дополнительно повлиял инжекторный впуск ДВС 2111, так сказать внес свою небольшую лепту, только не забывайте, инжектор влияет больше на крутящий момент, чем на максимальную мощность.

Расчет требуемой степени сжатия

Результат расчетов для распредвала 2101

Результат расчетов для распредвала ОКБ-двигатель 680

Обратите внимание на нюансы

• Настроенный стандартный распредвал поедет лучше чем не настроенный тюниговый, поэтому обязательна должна выполняться настройка установки фаз распредвала, смещением их относительно коленвала, с помощью разрезной шестерни. Номинально выставляется в перекрытие, далее можно подкрутить в запаздывание на 1-2 град. или по инструкции производителя. Как легко выставить перекрытие без индикатора читайте в следующей статье — простой способ найти точку перекрытия клапанов в классическом двигателе ВАЗ.
• Производители распредвалов указывают фазы при замере с разным зазором, например ОКБ-двигатель при замере без зазора, а Нуждин при зазоре 0.3 мм., поэтому сравнивать по цифрам указанным разными производителям не корректно.
• Внимание! Все выше указанные характеристики распредвалов представлены мной при измерении без зазора, поэтому на других сайтах вы можете встретить другие цифры, где указаны фазы с зазором.

Отвечу на пару виртуальных вопросов по выбору распредвала для двигателя 2106

Мне нужен распредвал для экономии топлива, какой брать? Не морочьте голову, пользуйтесь стандартным РВ 2101, установив более низовой распредвал экономия будет минимальна, за то двигатель будет с трудом раскручиваться на оборотах выше среднего, что создаст проблемы при обгонах на трассе. Если вы все же настаиваете, то нужен РВ с более ранним закрытием впускного клапана для повышения давления в КС, а так же с не высоким перекрытием.
А универсальный распредвал посоветуете и чтоб низа не просели? Можно попробовать распредвал с немного увеличенной фазой, но эффект будет минимальным и нет смысла тратить деньги. Желательно увеличить степень сжатия, тогда можно установить например РВ 680 или аналог по характеристикам, эффект будет заметным, при минимальном увеличении расхода топлива и не значительной потери тяги на низах.

Спасибо что дочитали весь текст до конца, значит я не просто потерял время написав все это. Теперь вы без труда разберетесь с выбором распредвала и при необходимости поможете с выбором друзьям и знакомым. Если вас заинтересовала тема процессов происходящих в двигателях внутреннего сгорания и вы хотите глубже вникнуть в нее, то рекомендую прочитать материалы, которые вы найдете набрав поиске Google : влияние степени сжатия на индикаторный КПД двигателя, цикл Миллера.

Далее я планирую собрать двигатель 2106 сочетающий в себе и увеличенную мощность и экономичность, для него я и подбирал распредвал, но об этом в следующей статье.