Вот занимательное чтиво! Кто всерьез задумался над вышеизложенным тому будет интересно.
Всем кто имеет малейшее представление о пружинах клапанов, становится понятным, что появилось второе «магическое» число (9.3 мм)! Число, за которое без спец приемов и уловок нельзя выти при увеличении подъема клапана. Опустим пока примеры с валами типа сти 6 и тому подобными. Тем, кто осознает, что 9.3 мм это очень много по сравнению с 7.6 (стоковый подъем клапана 16V) имеет смысл читать дальше. Как и при доказательствах теорем, мы принимаем аксиому №1 – форма кулачка симметрична и профиль при подъеме клапана копия профиля при закрытии. Хотя позже мы убедимся, что и в этой аксиоме есть исключения, но о них пока ни слова.
Никто не станет отрицать, что скорость и ускорение поршня могут быть разными в зависимости от конфигурации мотора и оборотов, а также положения коленчатого вала. Наибольшая скорость приходится на угол по коленчатому валу близкому к 80 гр. Предполагаем, что и скорость среды, которая представляет собой воздушно-топливную смесь, увлекаемая поршнем, будет тоже максимальной именно в этот момент, а значит и открытие клапана не помешает иметь по максимуму при этом положении коленвала.
Наш максимум в нашем случае составляет 10.4 мм а это больше «магического» числа (9.3мм). На совести производителей валов останется это превышение и способы его достижения . Аксиома №2 – фаза распредвала неразрывно связана с перекрытием и наоборот, чем больше перекрытие тем шире фаза . Попытку возразить что перекрытие можно уменьшить искусственно(методом сдвига при помощи разрезных шестерен) я не принимаю так как это частный случай который имеет право на существование при существенных просчетах при проектировании, и может применятся для уменьшения компрессии.
Рассмотрим представленные выше диаграммы. На правой диаграмме представлен распредвал с базой 33мм и подъемом 10.4мм. Исходя из того что неплохо бы иметь открытие клапана максимально при положении коленвала 80 гр а распредвал при передаточном числе 1:2 провернется на 40 гр мы откладываем на прямой 0-b к базовым 16.5мм подъем профиля 10.4мм. Теперь проектируем профиль кулачка и проводим по касательной из точки b лучи. Они в каком то приближении имитируют профиль кулачка. Получился довольно острый и достаточно высокий профиль.
Теперь провернем вал в положение ВМТ.(точка а) и посмотрим на какую величину поднимается клапан. При увеличении рисунка видим, что подъем равен 0,38мм. При повороте вала в положение (точка с) исходя из аксиомы №1, подъем составит тоже 0.38мм.
Немного забегая вперед, скажу что открытие в 0.3мм является достаточным для работы на холостом ходу.
Не трудно посчитать какая фаза получилась у нашего распредвала. Около 90 гр. По распредвалу умножив на 2 получим 180 гр по коленвалу. Почему такая разительная разница даже со стандартным? Ответ очевиден. Форма профиля не может иметь такой острый кулачек так как его остроконечные очертания не смогут безотрывно трудится с толкателем, да и изготовить такое изделие весьма проблематично используя стандартные материалы ну и наконец мало кому нужен такой профиль.
Добавим немного реализма и в обе стороны от точек (a b c) прибавим по пару мм. Получили рисунок слева. Прибавленные 4мм позволят удержать клапан при максимальном подъеме чуть дольше, чем в первом варианте. Что произойдет с перекрытием клапанов? Согласно второй аксиоме оно тоже увеличится и составит 0.7мм. Если плавно как по лекалам обвести все полученные профили кулачков, то мы получим нечто подобное как на фото (картюнинга слева вал сти 7 а по правую сторону сти3).
Какой смысл в этих рисунках и диаграммах? Теоретически показать что мотор с узкофазным распредвалом или широкофазным имеет очень личное, рекомендуемое заводом изготовителем, перекрытие, на которое сделана ставка при достижении определенных целей. То, что шаг на пару градусов влево или вправо приведут к изменению перекрытия очевидно. Извините за повтор, магнитная стойка позволяет поймать сотку и тем самым проконтролировать правильное положение коленвала при котором поршень выдает все на что способен. Хотя оба способа имеют право на жизнь.(выставлять по градусам или по перекрытиям).
Продолжим вариации с положением валов. Берем такт впуска на моторе, где установлен узкофазный вал. Поршень после ВМТ начал движение, а фазы настолько узкие, что оба клапана закрыты. Что происходит ? Создается разряжение и когда впускной клапан начнет открываться и минует отметку 0.3 мм, воздушно-топливная смесь с большой скоростью начнет проникать в цилиндр. Что ограничивает это проникновение? Подъем у нас 10.4мм, учитывая, что нам теоретически хватает 6.6мм плюс 0.3мм получаем 6.9 – с запасом хватает. Только время может ограничивать вдох смеси. Чем острее или правильнее сказать уже фаза, тем меньше времени открыт клапан. До какого то момента нас это устраивает. Смесь не летит в трубу при продувке, двигатель глотает порцию точно в срок. Все идеально до того момента, когда смесь перестанет успевать проникать в цилиндр. Предположим ,это произошло при максимальновозможных клапанах и ограниченном подъеме клапана, железом (9.3 - 10.5мм) или здравым смыслом. Как Вам угодно. Что нам остается? Правильно, изготовить кулачек (на рис слева) с тупым (жирным) профилем призванным как можно дольше удержать клапан в максимальновозможном открытии. Пока противоречий нет.
Изготовили и получили фазу около 311-316 гр. Можно и больше ведь теоретически нас ограничивает такт сжатия. Значит фаза вала максимально может быть около 330 гр. Что мы имеем при валах с фазами за 300 гр? Проблемы с ровным и минимальным холостым ходом, большое открытие валов в ВМТ (перекрытия достигают 6мм), большую зависимость двигателя от резонансных процессов во впускном и выпускном трактах и как следствие узкий диапазон в котором может трудиться такой вал и двигатель в целом. Что мы хотим, ведь в головке такого мотора гуляет сквозняк из свежей смеси и отработанных газов и еще очень надо постараться, чтобы вовремя и в такт прекратить это безобразие. На помощь приходят системы с четырьмя дросселями и настроенными выпусками , которые могут даже полку момента выровнять.
В умах зависает вопрос – смысл всего мероприятия с широкой фазой? Ответ Вы найдете в формуле по которой вычисляется мощность. Там не много переменных, на которые мы можем влиять и одна из них это обороты двигателя. Значит мы на верном пути, добавил обороты и получил прирост по мощьности. А что такое мощность и как она зависит от момента? Да напрямую, произведение момента на обороты. Теперь смотрим или вспоминаем любой график, где полка момента ровная и только в конце здает свои позиции. График мощности тоже имеет предсказуемую форму, зависящую от оборотов (см. выше).
Теперь самое встречаемое требование тюненгеров- чтобы холостые до 1000 мин-1 и тяга на низах средине и до самой отсечки а крутить я буду не больше 7500. Что можно посоветовать в таких случаях- только VTEK или его подобие. Не возможно создать мотор, который крутится легко 7500 и тянет как паровоз на низах. Так что тем, кто стоит перед выбором валов надо определиться, что на первом плане? Низы и средина или средина и верха, а может только верха?
Как видим, выбор слегка уменьшился. Теперь остается вопрос о том, когда и как движется поршень или по какой формуле это можно просчитать? Коллеги выше приводили примеры. Давайте возьмем двигатель с конфигурацией 75.6 на 82 при длине шатуна 121 и 133мм. Подобное Касп проделывал и получал цифры от которых можно оттолкнуться и примерять разные по фазам валы.
С ув. Сайгон.
И заодно выложу картинку которая уже встречалась
Так вот "Good" - это характеристика, к которой стремятся производители хороших валов, с качеством у которых все впорядке. А "Bad" - это то, что получается у тех, кто сглаживает профиль, заботясь о долговечности своего некачественного вала.
На валах для цельных толкателей профиль еще более агрессивный, и открытие-закрытие клапана происходит еще быстрее.
Cуть изобретения Кулачек привода клапана по патенту 1237778.
Как только возникает необходимость освоить проектирование кулачков распределительного вала, приходится опереться на соответствующую теорию расчета, в основе которой лежит какая то идея. Раньше, лет тридцать назад, задача спроектировать кулачок воспринималась по иному - не было мощных персональных ЭВМ. Тут уж не до тщательного анализа вариантов. Наверное и методики расчета соответствовали вычислительным возможностям. Широко использовался "кулачок Курца", который можно было посчитать вручную (2-я производная у него составлена из кусков синусоиды и параболы). Американцы придумали "полидайн" - кулачок, профиль которого описан полиномом высокой степени. Есть патент на профиль, в основе которого лежит ряд Фурье. Так как данное изобретение инициировал известный дефект - износ кулачков жигулевского распредвала, причиной которого стала негладкость профиля, то и основной задачей явилось создание такого кулачка, который нельзя было бы упрекнуть в негладкости.
Суть данного технического решения в следующем. Допустим, мы имеем абсолютно гладкий кулачок. В этом случае все его производные также являются гладкими кривыми, не имеющими к тому же лишних (не необходимых) экстремумов. Ограничимся порядком производной, которая еще имеет физический смысл. Таковой является 3-я производная, она определяет "пульс" - скорость изменения усилий, т.е. ударные нагрузки в механизме. Так вот, основным отличием нового типа кулачка, признанного в свое время изобретением, является то, что его профиль задается производной по меньшей мере 3-го порядка. В принятой нами конкретной методике мы восходим от 4-й производной. Кулачок получается гладким как бы от природы. Кроме того, новый вид профиля оказался очень гибким, позволяющим для разных типов механизма привода клапанов - с рычагом или прямым и при всевозможных граничных условиях, всегда найти оптимальное решение
http://www.bmw3s.ru/text/statii/cams.htm
