Наш Карачев - Информационный портал города и области
Выпускные коллекторы с антиреверсивным барьером противодействуют потерям мощности па низких оборотах, которые имеют место при использовании углов обеспечивающих максимальную мощность и позволяют двигателю выдавать более широкий диапазон мощностей практически без потерь в максимальной мощности.
Вообще говоря, большинство преобразователей крутящего момента (гидротрансформаторов) с высокими оборотами остановки представляют собой очень неэффективный путь для уменьшения потерь мощности на низких оборотах. Хотя некоторые из них лучше других, например этот узел с блокировкой от фирмы SLP ENGINEERING для последних моделей CHEVROLET CAMARO, PONTIAC FIREBIRD и CHEVROLET CORVETTE. Если вы используете методики, описанные в данной книге, то можете улучшить мощность, не делая больших "жертв " в крутящем моменте на низких оборотах.
Вы можете купить
приспособление для принудительной
остановки или изготовить его
самостоятельно.
Указания по выбору распределительного вала
Выбор распредвала для форсированного двигателя
Надежность является очень важной характеристикой форсированного двигателя, подобного показанному здесь двигателю MOPAR рабочим объемом 5572 см3. Максимальные обороты двигателя должны поддерживаться на уровне, не превышающем примерно 6500 об/мин, а подъем клапанов не должен превышать 12,7 мм. Распредвалы с продолжительностью такта впуска от 270 до 285° подходят для применений в форсированных двигателях, подобно показанной головке блока. Перекрытие клапанов не должно превышать 40° или же крутящий момент на низких оборотах будет ухудшен.
Всегда обсуждайте ваши требования с производителем распределительных валов и не верьте слепо тому, что вам там предложат; тщательно обсуждайте будущие профили кулачков вала. В заключение, головка, впускной коллектор и выпускная система должны сочетаться с выбранным вами распредвалом.
Выбор распредвала для гоночного двигателя
Когда наиболее важным критерием является мощность, а надежность стоит на втором плане, то могут быть использованы высокие обороты двигателя и высокие значения подъема клапанов. Например, на двигателе с блоком цилиндров MOPAR рабочим объемом 5000 см3 с распредвалом с роликовыми толкателями. Подъем клапанов обычно превышает 14,0 мм для двигателей для трековых гонок, а многие специальные распрсдвалы используют величину подъема, превышающую 16,5 мм. Распредвалы с продолжительностью такта впуска от 285 до 295° подходят для использования в среднефорсированнных гоночных двигателях (до 7000 об/мин). Тогда как конструкции с продолжительностью более 295° обычно лучше для чисто гоночных применений. В большинстве использований перекрытие клапанов часто превышает 75°. Очень важно, что фазы газораспределения, продолжительность тактов впуска и выпуска, перекрытие клапанов и углы между центрами кулачков связаны между собой и должны тщательно оптимизироваться, что потребует тесной кооперации с фирмами-производителями распредвалов. В заключение, оптимальная мощность любого гоночного двигателя может быть достигнута только тогда, когда объем впускного коллектора, размер труб выпускного коллектора, воздушный поток в карбюраторе и число его камер, степень сжатия, конструкция камеры сгорания, конфигурация канала и многие другие параметры должны быть включены в общую программу усовершенствований и испытаний
Настройка распредвала
Каждая деталь имеет конструктивные допуски, и, когда несколько деталей соединяются вместе, эти допуски могут комбинироваться и образуют заметную ошибку. Некоторая часть мощности может быть потеряна, если собрать двигатель без проверки и если будет изменена настройка распредвала.
Первым шагом является нахождение верхней мертвой точки (ВТЧ), так как метки, сделанные на заводе, могут отстоять от нее на несколько градусов. Выкрутите свечу зажигания из первого цилиндра. С помощью накидной головки и воротка медленно проверните коленвал по часовой стрелке до тех пор, пока воздух не начнет выходить из отверстия свечи. В этот момент прекратите проворачивание коленвала.
Приобретите приспособление для принудительной остановки. Вкрутите его в отверстие для свечи зажигания первого цилиндра; это предохранит поршень от прохождения полного пути до верхней части отверстия цилиндра при этой процедуре.
Установите диск с угломером на переднюю часть коленвала и изготовьте указатель из куска проволоки. Медленно проворачивайте коленвал в прежнем направлении (по часовой стрелке, глядя спереди), пока поршень не дойдет до стопора.
Замечание: для проворачивания коленвала воспользуйтесь большой отверткой, вставив ее между зубцами венца маховика, иначе можно повредить диск угломера. Отметьте карандашом на диске, с каким числом совпадает указатель.
Теперь медленно проверните коленвал в противоположном направлении, пока поршень не коснется стопора. Вновь пометьте на диске число градусов, соответствующее указателю. Точное положение ВМТ находится посередине между двумя сделанными вами пометками. Проведите для страховки эту операцию еще раз и проверьте положение заводской метки ВМТ. Если она отличается на 1° или более, то скорректируйте заводские метки.
Теперь после нахождения точного положения ВМТ, можно проверить положение распредвала относительно коленвала. Опережение распредвала по отношению к коленвалу улучшит работу на низких оборотах, а запаздывание распредвала улучшит работу на высоких оборотах, но работа на низких оборотах ухудшится. При уменьшении фаз газораспределения распредвала нужно скорректировать момент зажигания, а если сделаны большие изменения, то нужно проверить зазор между поршнями и клапанами.
На табличке с данными, прилагаемой к распредвалу, указываются моменты открывания и закрывания впускных и выпускных клапанов в градусах (при подъеме клапанов в 1,27 мм).
Замечание. Здесь приведены промышленные стандарты, если фирмы-производители используют другую величину подъема, то следуйте этим рекомендациям.
Начните проверку, когда двигатель находится в истинном положении ВМТ, а диск угломера установлен на нуль. Установите стрелочный индикатор на штангу впускного клапана первого цилиндра, как показано на рисунке. Вал щупа стрелочного индикатора должен быть точно совмещен с центральной осью штанги. Прижмите щуп индикатора примерно на 2,5 мм, а затем установите шкалу индикатора на нуль.
Замечание. Если головки блока не установлены, то установите индикатор так, чтобы он прижимался к толкателю.
Проверните коленвал по часовой стрелке, пока на стрелочном индикаторе не будет перемещение 1,27 мм.
Установите диск с угломером на переднюю часть коленвала и установите указатель, как показано здесь.
Установите стрелочный индикатор соосно со штангой, как показано здесь.
Отметьте положение указателя относительно угломерного диска. Запишите это значение и продолжайте вращать коленвал, пока толкатель не вернется снова к перемещению в 1,27 мм. Запишите положение угломера.
Повторите описанную операцию на соседнем толкателе (штанге) выпускного клапана и запишите результаты. Сравните данные с указанными на табличке распредвала фазами газораспределения. Если вы хотите быть полностью в курсе дела, то проверьте все цилиндры, так как не всегда распред-вал может быть правильно отработан.
Полученные при измерениях данные могут отличаться на 2-4° поворота коленвала отданных, указанных в прилагаемой к распредвалу табличке. Если это имеет место, то, возможно, есть небольшая ошибка в положении отверстия для штифта на звездочке распредвала. Эти изменения могут быть скорректированы с помощью втулки для смещения звездочки распредвала. Эти втулки выпускаются фирмами-производителями распредвалов. Руководствуйтесь прилагаемыми инструкциями.
Замечание. Некоторые фирмы-производители обеспечивают смешение в 1-2° для компенсации износа цепи привода и газораспределительного механизма.
Механизм привода клапанов
Распределительный вал во время своего вращения действует на клапаны, но не непосредственно. Толкатели, штанги и коромысла передают усилие от кулачков вала, преобразуя его в движение, которое открывает и закрывает клапаны. Детали механизма привода клапанов оказывают значительное влияние на характеристику двигателя, если детали не выполняют свои функции правильно. Следует учесть, что в течение срока службы двигателя во время нескольких миллиардов циклов детали испытывают нагрузки. На них действуют нагрузки, температура и вибрационные напряжения, удивительно, что детали функционируют довольно хорошо. Каждая из деталей привода клапанов имеет собственный перечень инженерных требований. Понимание функций и недостатков деталей поможет добиться максимальной мощности и надежности от любого двигателя.
Приобретение полного комплекта распредвала обеспечит сочетаемость деталей.
Гидравлические толкатели можно определить по зажимам крепления в верхней части (стрелка).
Специальные роликовые толкатели клапанов.
Подбор деталей механизма привода клапанов
БОЛЬШИНСТВО фирм-производителей распредвалов выпускают специальные наборы, которые кроме распредвала включают в себя подобранные толкатели клапанов, клапанные пружины, штанги, фиксаторы и даже иногда коромысла. Приобретение всех деталей от одного производителя обеспечит сочетаемость деталей.
Предупреждения
• На распредвалах с механическими и гидравлическими толкателями не устанавливайте неновые толкатели с новым распредвалом. Неновые роликовые толкатели можно устанавливать с новым распредвалом, рассчитанным на работу с роликовыми толкателями, если толкатели в хорошем состоянии. Однако всегда лучше заменять все детали одновременно.
• Нанесите перед сборкой на все детали сборочную смазку. Следуйте инструкциям фирм-производителей. Дайте распредвалу и толкателям клапанов приработаться друг к другу, а затем регулярно заменяйте масло в двигателе.
Типы толкателей клапанов
Перед тем, как вы сделаете осознанный выбор распредвала, нужно кое-что знать об основных параметрах конструкции. Распредвалы должны быть предназначены для работы с определенным типом толкателей клапанов и не должны использоваться с другим типом. Существуют три основных типа толкателей клапанов: механические, гидравлические и роликовые. Механические толкатели являются самыми старыми, простыми и дешевыми. Из-за своего небольшого веса механические толкатели позволяют двигателю вращаться намного быстрее перед срабатыванием клапанов. Основными недостатками механических толкателей являются необходимость частой регулировки клапанов и шум от их работы.
Гидравлические толкатели являются наиболее популярным типом, используемым на двигателях V8. У них есть небольшая внутренняя камера, где накапливается моторное масло, и контрольный клапан для предотвращения обратного потока масла. Эти особенности позволяют толкателю автоматически компенсировать разницу в клапанных зазорах. Стандартные гидравлические толкатели относительно недороги и не требуют технического обслуживания, однако, на высоких оборотах они стремятся "прокачиваться" и клапаны зависают. Существуют специальные толкатели, которые расширяют диапазон оборотов достаточно высоко, чтобы удовлетворять потребностям практически любого двигателя. Гидравлические толкатели являются наиболее популярным типом толкателей, используемым на форсированных двигателях, и хорошо работают во всех условиях.
Роликовые толкатели клапанов являются лучшими и наиболее дорогими толкателями. Они увеличивают мощность и улучшают топливную экономичность путем уменьшения трения. Роликовые толкатели имеются и в механическом и в гидравлическом вариантах.
Если позволяют средства, приобретите роликовые толкатели и рассчитанный для работы с ним распредвал. Далее идут гидравлические, а механические — это самые нежелательные для форсированного двигателя.
Пояснение к техническим данным
Каждый двигатель имеет точное число оборотов, на которых он работает лучше всего, что является результатом "настройки" деталей для достижения оптимальной скорости потока топливовоздушной смеси.
Основной причиной того, что двигатели не работают с максимальной эффективностью во всем диапазоне мощностей, является то, что воздух имеет массу и, следовательно, инерцию. Когда обороты двигателя возрастают, количество времени для того, чтобы газы поступили в камеру сгорания и вышли из нее, становится меньше. Изготовители распредвалов компенсируют это путем более раннего открывания клапанов и более длительного удерживания их в открытом состоянии. Однако фазы газораспределения, которые хорошо работают на низких оборотах, становятся неэффективными на высоких оборотах.
Толкатели
Толкатели клапанов непосредственно контактируют с кулачками распределительного вала и преобразуют вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение, которое управляет клапанами. Толкатели разделяются на две главные категории: жесткие и гидравлические. Внутри каждой из этих категорий имеются три типа, основанные на конфигурации поверхности контакта кулачка распредвала: обычный плоский толкатель, версия плоского толкателя с широким основанием и роликовый толкатель. Каждый распредвал специально сконструирован для работы только с одним типом толкателей, т. е. с жесткими, роликовыми, гидравлическими и т. д., и они не взаимозаменяемы между собой. Если распредвал был сконструирован для жестких толкателей, то кулачки вала располагаются так, что при использовании жестких толкателей клапаны будут открываться и закрываться в нужный момент времени. Установка гидравлических или роликовых толкателей на вал с профилем кулачков, предназначенных для плоских толкателей, не обеспечит клапанам требуемых фаз газораспределения. Фактически, даже роликовые толкатели не являются одинаковыми: некоторые из них имеют ролики большего размера. Нужно, чтобы распредвал был согласован с толкателями, разработанными для него фирмой-производителем.
Распредели не оказывает непосредственного воздействия па клапаны: толкатели, штанги и коромысла переводят движение кулачков распредвала в движении, которые открывают и закрывают клапаны. Каждая деталь механизма привода клапанов имеет свой собственный перечень инженерных требований и ограничений. Понимание функций деталей и их слабых сторон поможет вам увеличить мощность двигателя.
1 - коромысло; 2 - штанга; 3 - толкатель; 4 -крепление; 5- клапан.
Жесткие толкатели
Жесткий толкатель представляет собой, по сути, цилиндр с плоской поверхностью на одном конце, которая контактирует с кулачком распредвала и "колпачком" выемкой на другом конце, в котором располагается штанга. Так как жесткий толкатель (иногда называемый механическим толкателем) не имеет системы гидравлического выбора зазора, то в механизме привода клапанов требуется наличие рабочего зазора, чтобы иметь возможность для расширения (термического) деталей. Типичный клапанный зазор составляет около 0,5 мм и обычно регулируется с помощью шариковой гайки коромысла клапана или регулировочного винта. Если клапанный зазор недостаточный для компенсации расширения деталей, то клапаны могут быть постоянно приоткрытыми.
Толкатели клапанов непосредственно контактируют с кулачками распределительного вала и преобразуют вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение, которое воздействует на клапаны. Толкатели разделяются на две большие категории: гидравлические (слева) и жесткие.
1 - кольцо крепления;
2 - гнездо для штанги;
3 - клапан для дозировки масла;
4 - капал для подачи масла;
5 - корпус толкателя;
6 - поверхность толкателя.
Жесткий толкатель состоит из цилиндра с плоской поверхностью на одном конце, которая контактирует с кулачком распредвала и с выемкой для штанги на другом конце. Положение выемки чаметно изменяется и многие углы распредвал/толкатели требуют штанг толкателей специальной длины, чтобы конструкции толкателей и вала были согласованы. Показанный толкатель также дозирует масло через полую штангу к механизму привода клапанов.
Это приведет к драматическим потерям мощности и к преждевременному выходу из строя клапанов и/или седел клапанов. Регулировка клапанного зазора является операцией периодического технического обслуживания и должна производиться каждые 16 000 км (10 000 миль), что включает в себя снятие клапанных крышек и регулировки зазора с помощью плоских щупов.
Гидравлические толкатели
Ручная регулировка зазоров на некоторых двигателях, особенно на последних моделях форсированных двигателей, может быть затруднительной. К счастью имеется неожиданно простая альтернатива: гидравлические толкатели. Гидравлические толкатели автоматически регулируют механизм привода клапанов, поддерживая нулевой зазор плунжера штанги на маленькой камере с моторным маслом под давлением. Камера со сжатым маслом, работающая совместно с точно контролируемым отводом масла, позволяет плунжеру перемещаться вверх и вниз, создавая нагрузку на систему и поддерживая нулевой зазор. Плунжер сразу же компенсирует тепловое расширение и/или износ деталей.
Гидравлические толкатели автоматически регулируют механизм привода клапанов, поддерживая нулевой зазор плунжера штанги на камере изменяемого размера с моторным маслом под давлением. Камера с маслом, работающая совместно с точно управляемой скоростью отвода масла, позволяет плунжеру двигаться вверх и вниз, создавая нагрузку на систему и поддерживая нулевой зазор.
I - кольцо крепления; 2 - гнездо для штанги;
3 - канал подачи масла; 4 - дозирующий клапан;
5 - регулировочная полость; 6 - контрольный клапан;
7 - корпус толкателя; 8 - поверхность толкателя.
Распредвал с гидравлическими толкателями уменьшает все проблемы, связанные с регулировкой клапанных зазоров и обеспечивает тихую (благодаря нулевому зазору) и безотказную работу при условии чистоты моторного масла. Многие из распредвалов, которые вы, вероятно, будете использовать, не требуют никаких более экзотических деталей, чем стандартные гидравлические толкатели. Конечно, при установке нового распредвала должны устанавливаться новые толкатели (для предотвращения ускоренного износа при начальной приработке). При правильном использовании общая стоимость и надежность современных гидравлических устройств делают их очень привлекательными.
Работа гидравлики
Нормальный гидравлический толкатель, имеет плунжер, расположенный на уровне масла в маленькой камере. Каждый гидравлический толкатель позволяет контролируемому количеству масла выходить из камеры. Этот выходящий объем обычно намного меньше объема масла, который может попасть в толкатель из двигателя. Однако если скорость выхода масла увеличивается более определенного значения, то толкатель будет сжат или "опустошен" за тот интервал времени, за который он открывает клапан, преодолевая усилие клапанной пружины. Это эффективно уменьшает подъем клапана и продолжительность открывания клапана и обычно считается достаточной причиной для того, чтобы выбросить изношенные толкатели. Однако, если утечка масла точно контролируется по конструкции, а толкатели используются со специальным распредвалом, то общий эффект состоит в уменьшении "радикальной" природы распредвала при низких оборотах, когда толкатели имеют достаточно времени для уменьшения продолжительности открывания клапанов и их подъема. При более высоких оборотах двигателя, однако, интервал открывания клапана такой короткий по времени, что толкатель не может на заметную величину уменьшить подъем клапана или продолжительность их открывания и на клапаны передаются полные профили кулачков распредвала. Этот тип толкателя называется толкателем с быстрой или умеренной скоростью выхода масла (в зависимости от его расчетной скорости выхода масла) и, как вы можете представить себе, это может дать преимущество при его использовании в форсированных двигателях.
Если скорость выхода масла увеличивается, то толкатель будет сжиматься или "сливаться " под воздействием клапанной пружины. Следует отметить паз для входа масла на этом толкателе с высокой скоростью выхода масла (стрелка). Это уменьшает подъем клапанов и продолжительность их открывания при низких оборотах двнгателя, сглаживая "радикальную " природу распредвала для форсированного двигателя.
Высокие скорости утечки масла из толкателей предотвращают появление у распредвала характеристик, обеспечивающих полную передачу профиля его кулачков на механизм привода клапанов. В результате такие толкатели часто слишком сильно ограничивают распредвал, предотвращая реализацию его полного потенциала в области высоких оборотов, хотя они обеспечивают заметный рост крутящего момента на низких оборотах. Проще говоря, толкатели с высокой скоростью утечки масла помогают улучшить крутящий момент на низких оборотах, вакуум, приемистость и т. д., но они часто уменьшают мощность на высоких оборотах.
Лучшим подходом к полноценному применению толкателей с увеличенной скоростью вытекания масла является использование только толкателей со средними скоростями вытекания масла, которые будут смещать продолжительность открывания клапанов в большую сторону примерно на 10° при низких оборотах. Другими словами, у вас есть выбор. Вы можете выбрать распредвал, который имеет большую на 10° продолжительность открывания клапанов, и позволяет толкателям сглаживать его работу на низких оборотах или использовать толкатели с умеренной скоростью вытекания масла с имеющимся распредвалом и получить преимущества в улучшении крутящего момента на низких оборотах. Последний выбор является более разумным, особенно для тяжелых автомобилей и автоматических трансмиссий с гидротрансформаторами со стандартными оборотами блокировки.
Роликовые толкатели
Третьим типом толкателей, обычно используемых в форсированных двигателях (и во многих стационарных и промышленных агрегатах), являются роликовые толкатели. Эти толкатели имеют ролик вместо плоской поверхности в месте контакта с кулачком распредвала. Так как эти толкатели катятся по кулачку вместо того, чтобы тереться об него, они являются более надежными при высоких нагрузках и на высоких оборотах. Фактически, кроме стоимости, они являются отличным выбором в любом двигателе, который использует усилие на седло примерно более 63 кг.
Толкатель с высокой скоростью утечки масла показан слева, а толкатель с умеренной скоростью утечки масла справа
Роликовые толкатели позволяют использовать очень высокие значения подъема клапанов и очень высокие скорости открывания. Распредвалы с такими характеристиками обеспечивают мощность, но они определенно не подходят для использования в стандартных двигателях. Существуют профили кулачков, которые имеют быстрые, но нежесткие скорости открывания, которые характеризуют качественные распредвалы для форсированных двигателей. Многие из профилей находятся за пределами плоских толкателей, но те же самые скорости открывания, обеспечиваемые профилем ролика, являются в большей степени преимуществами. Качественный распредвал с роликовыми толкателями для повседневных применений часто обеспечивает увеличение мощности на 20 - 30 л.с. по сравнению с тем же валом с толкателями плоского профиля, однако, плохой новостью будет то, что этот узел будет стоить в 2 - 3 раза больше.
Роликовые толкатели уменьшают трение, увеличивают мощность и обеспечивают более стабильный клапанный зазор.
Попытайтесь выбрать распредвал, который использует легкие роликовые толкатели, т. к. это уменьшит требования к усилию пружины и улучшит надежность, но сначала убедитесь, что вы используете роликовые толкатели, которые предназначены для вашего конкретного распредвала. Толкатели используют различные диаметры роликов, разные высоты выемок для штанг и уникальные механизмы против вращения. Толкатели не взаимозаменимы! Всегда точно следуйте рекомендациям фирм-производителей распредвалов.
1 - зажим крепления; 2 - выемка для штаги;.? - дозирующий клапан; 4 - отверстие для подачи масла; 5 - контрольный клапан; 6 -регулировочная полосни, с маслом; 7 - корпус толкателя; 8 - роликовые подшипники; 9 - ролик толкателя.
Роликовые толкатели являются более надежными для применения в двигателях с высокими оборотами и с большой нагрузкой, т. к. они катятся по куличку вместо того, чтобы тереться об него. Роликовые толкатели дороги для использования в стандартных двигателях, но в сочетании с профилями обычных распредвалов, которые имеют высокие, но не "жесткие " скорости открывания, их полезно проанализировать, особенно потому, что теперь есть и гидравлические версии.
Качественный узел "обычного "распределительного вала с роликовыми толкателями будет часто выдавать на 20 - 30 л. с. больше чем такой же узел, но с толкателями плоского профиля, но этот узел стоит в 2- 3 раза больше.
Когда клапан открывается, то место контакта коромысла сдвигается по концу клапана. Пока пятно контакта остается на верхней части стержня клапана, не ближе чем примерно в 0,75 мм от края, можно считать геометрию коромысла правильной. Если пятно контакта начинается слишком близко к внутреннему краю, то вероятно, штанга слишком короткая. Если при максимальном подъеме клапана пятно контакта сдвигается слишком близко к наружному краю, то штанга слишком длинная. 1 - не ближе 0,75 мм к краю стержня клапана.
Если вы используете распредвал с роликовыми толкателями, убедитесь в том, что вами приняты меры по предотвращению "шатаний" распредвала вперед - назад в блоке цилиндров. Если этого не сделать, то есть опасность того, что толкатель может наскочить на соседние кулачки вала! Такие проблемы имеются для блоков цилиндров "Шевроле" и конструктор должен установить надежный буфер (или другой механизм крепления) внутри клапанной крышки, чтобы удержать распредвал на месте.
Геометрия штанг и коромысел
Штанга соединяет толкатель с коромыслом, и если подобраны правильные детали механизма привода клапанов, и они правильно собраны, то штанга стандартного типа будет очень надежной. Только при создании гоночного двигателя, работающего с оборотами 7000 об/мин или выше, необходимо использовать упрочненные штанги. Штанги предназначены для переноса усилия только в одном направлении. Они не служат долго, когда подвергаются боковым нагрузкам. Для обеспечения надежности проверьте, что они равные, длина их правильная для оптимальной геометрии коромысел и что они не встречают помех при своем движении. Проверка на ровность состоит в простом катании штанг по плоской поверхности для выявления неровностей; затем проведите заключительную проверку на двух V-образных блоках (подставках) с помощью стрелочного индикатора. Если обнаружена какая-либо деформация, не пытайтесь выправить штангу; погнутая штанга, вероятно, уже не будет такой прочной, как новая. Единственным исключением будет изгиб штанги не более чем на 0,25 мм. В таких случаях тщательное выправление может не оказать плохого влияния.
Обычной проблемой механизма привода клапанов, связанной с неправильной длиной штанги, является неправильная геометрия между рычагом коромысла и концом стержня клапана. Коромысло начинает контактировать с концом клапана рядом с внутренним краем (ближайшим к шарниру коромысла) и когда клапан открывается, линия контакта расширяется через центр конца клапана по направлению к наружному краю. Пока пятно контакта остается на верхушке стержня клапана, не ближе, чем в 0,75 мм от края, то можно сказать, что геометрия коромысла будет правильной. Однако если это пятно контакта движется правильно к краю или от него, нагрузки па механизм привода клапанов существенно увеличиваются. Стержень клапана будет прижиматься сбоку в направляющей втулке, приводя к износу втулки, а конец клапана начнет "обрабатывать" площадь контакта на коромысле. Усилие, действующее на детали, будет передаваться через штанги, часто приводя к их изгибу.
Необходимо проверять геометрию коромысел при каждой замене деталей механизма привода клапанов (распредвала, толкателей, клапанов, коромысел и т. д.) или если перешлифовываются сопрягаемые плоскости головки блока и блока цилиндров (это передвинет головку ближе к распред-валу). Легче всего сделать эту проверку перед сборкой двигателя, но можно также проверить и полностью собранный двигатель. Когда предварительно установлен коленчатый вал п механизм привода клапанов хотя бы одного цилиндра (если возможно, с проверяемыми пружинами), поверните коленчатый вал и понаблюдайте за пятном контакта на коромысле впускного клапана. Если геометрия правильная, то пятно контакта не должно достигать внутреннего края на конце клапана при нулевом подъеме клапана и должно быть очень близко к центру конца клапана, когда клапан открывается примерно на половину своего максимального подъема. Если пятно контакта слишком близко к внутреннему краю конца клапана, то штанга, вероятно, слишком короткая. Продолжайте вращать коленчатый вал, пока клапан не поднимается на максимальную величину, чтобы проверить, что пятно контакта не достигло наружного края на конце клапана.
Выполните такую же операцию на коромысле выпускного клапана. Если пятно контакта сдвигается слишком близко к наружному краю или от конца стержня клапана при максимальном подъеме клапана, то штанга слишком длинная.
Когда многие производители распределительных валов изготавливают распредвал с высокими значениями подъема клапанов, они начинают со стандартного вала. Чтобы добиться большего подъема клапанов, основная окружность распредвала делается меньше (базовая окружность — это участок кулачка, по которому движется основание толкателя, когда на него не давит кулачок). Это опускает толкатель и сторону коромысла, на которой находится штанга, иногда достаточно того, чтобы создать проблемы с геометрией. К счастью, большинство распредвалов для форсированных двигателей открывает клапаны на 12,7 мм или больше и не требуется значительно уменьшить диаметр базовой (основной) окружности. Однако когда устанавливается нестандартный распредвал, то всегда следует проверить геометрию коромысел.
Если сопрягаемые плоскость блока цилиндров и/или головки блока перешлифовывались, то геометрию коромысел следует проверить еще раз перед окончательной сборкой двигателя. Более чем вероятно, штанги нужно будет укоротить на некоторую величину для компенсации изменений в геометрии. Однако, если с блока или с головки (головок) будет убран лишь очень тонкий слой (иногда это делается для очистки), то изменения в геометрии будут малые и могут, если вам повезет, сместить уменьшенную базовую окружность на кулачке.
Нарушения геометрии не являются единственной причиной, из-за которой могут быть изогнуты штанги. На некоторых двигателях, в частности, на блоках цилиндров "Шевроле" используются направляющие штанги для предотвращения поворота коромысел. Эти направляющие пазы в головке блока цилиндров или же пластины направляющих, укрепленные болтами на головке, иногда бывают неодинаковыми по длине, когда используются с распредвалами, обеспечивающими высокий подъем клапанов. В таких ситуациях штанга будет ударяться в конец паза, что приводит к ее изгибу. Если на это не обратить внимания при сборке двигателя, то вы узнаете об этом довольно скоро, т. к. штанги могут даже выскочить из своих гнезд и клапаны перестанут открываться.
Когда предварительно собраны коленчатый вал и механизм привода клапанов хотя бы на одном цилиндре (с проверяемыми пружинами клапанов), поверните коленчатый вал и понаблюдайте за пятном контакта на коромысле впускного клапана, Если геометрии правильная, то пятно контакта не должно достигать внутреннего край пи клапана при нулевом подъеме клапана и должно быть, очень близко к центру конца клапана, когда клапан открывается примерно на половину своего максимального подъема.
Чтобы получить больший подъем, базовая окружность куличка распредвала должна быть уменьшена. Это опустит толкатель и сторону коромысла, обращенную к штанге, иногда достаточно для образования проблем с геометрией, не устанавливая более длинные штанги. I - изменение в подъеме; 2 – новая базовая окружность; 3 – старая базовая окружность.
Некоторые двигатели, подобно показанному здесь двигателю FORD используют направляющие пластины или пазы для предотвращения поворота коромысел. Направляющие иногда бывают неодинаковыми по длине, и штанга может касаться конца паза. Если на это не обратить внимания при сборке двигателя, то вы узнаете об этом довольно скоро, т. к. штанги изогнутся и могут даже выскочить из своих головок.
Все клапанные пружины должны иметь нужный зазор между витками, включая внутренние пружины и демпферы из плоской проволоки. Удобно использовать стенд для проверки клапанных пружин, который позволяет сжимать пружину для измерения ее установочной высоты. Убедитесь, что крепления пружины и все промежуточные детали в гнезде находятся на своих местах, когда пружина сжимается на стенде.
Подобный драматический конец может наступить и в том случае, если распредвал имеет величину подъема, достаточную для того, чтобы витки клапанных пружин сомкнулись и прижались друг к другу. Если воздействовать на сжатые пружины, то весь дополнительный подъем будет поглощен путем изгиба различных деталей, составляющих механизм привода клапанов. Вероятнее всего, этой деталью будет штанга. Хотя сжатие пружин также жёстко действует на коромысла, шпильки, крепления клапанных пружин и сухари клапанов, не говоря о распредвале и толкателях. Никогда не заводите двигатель, не будучи абсолютно уверенным в том, что все клапанные пружины имеют одинаковый зазор между витками, включая внутренние пружины и демпферы из плоской проволоки. Помните о том, что если вы устанавливаете шайбы клапанных пружин, то вы уменьшаете подъем клапанов, а пружина будет амортизировать, пока витки не сомкнутся.
Роликовые коромысла
На первый взгляд может показаться, что использование коромысел гоночного типа с роликами на концах на обычном форсированном двигателе для повседневного использования является лишней мерой. Однако если роликовые коромысла используются в вашем двигателе, то они дают несколько неочевидных на первый взгляд преимуществ.
Из-за того, что рабочий конец роликового коромысла катится по концу стержня клапана, боковые нагрузки на стержень клапана серьезно уменьшаются, что продлевает срок службы стержня и направляющей втулки клапана. Так высокие значения подъема клапана могут сильно увеличить боковые нагрузки и износ. Это происходит при использовании коромысел из штампованной стали, установленных на шпильках. Поэтому роликовые коромысла часто делают такие значения подъема (порядка 0,7 мм) более практичными для двигателей повседневного применения.
Устройство, которое называется "регулируемым " механизмом привода клапанов. Основной деталью этого устройства является цепной привод распредвала фирмы APT с легко регулируемой верхней звездочкой.
Передаточное число коромысла
Возможно, преимуществом роликовых и других специальных коромысел, на которые не обращают внимания, является наличие на некоторых моделях передаточных чисел коромысел, больших, чем у стандартных деталей. Передаточное число коромысла — это соотношение между расстоянием, которое проходит клапан и расстоянием, которое проходит штанга. На большинстве обычных двигателей со штангами точка поворота коромысла смещена по направлению к концу, на котором находится штанга, т. е. общее передаточное число составляет от 1,4 до 1,7. К примеру, если передаточное число составляет 1,5, то перемещение распредвала (движение штанги) увеличивается с помощью коромысла так, что величина подъема (перемещения) клапана будет в 1,5 раза больше. Математически передаточное число коромысла определяется путем деления расстояния от цен
Меню сайта
Поиск
Категории раздела
Вход на сайт
Статистика
Распределительный вал и привод клапанов2
Выпускные коллекторы с антиреверсивным барьером противодействуют потерям мощности па низких оборотах, которые имеют место при использовании углов обеспечивающих максимальную мощность и позволяют двигателю выдавать более широкий диапазон мощностей практически без потерь в максимальной мощности.
Вообще говоря, большинство преобразователей крутящего момента (гидротрансформаторов) с высокими оборотами остановки представляют собой очень неэффективный путь для уменьшения потерь мощности на низких оборотах. Хотя некоторые из них лучше других, например этот узел с блокировкой от фирмы SLP ENGINEERING для последних моделей CHEVROLET CAMARO, PONTIAC FIREBIRD и CHEVROLET CORVETTE. Если вы используете методики, описанные в данной книге, то можете улучшить мощность, не делая больших "жертв " в крутящем моменте на низких оборотах.
Вы можете купить
приспособление для принудительной
остановки или изготовить его
самостоятельно.
Указания по выбору распределительного вала
Выбор распредвала для форсированного двигателя
Надежность является очень важной характеристикой форсированного двигателя, подобного показанному здесь двигателю MOPAR рабочим объемом 5572 см3. Максимальные обороты двигателя должны поддерживаться на уровне, не превышающем примерно 6500 об/мин, а подъем клапанов не должен превышать 12,7 мм. Распредвалы с продолжительностью такта впуска от 270 до 285° подходят для применений в форсированных двигателях, подобно показанной головке блока. Перекрытие клапанов не должно превышать 40° или же крутящий момент на низких оборотах будет ухудшен.
Всегда обсуждайте ваши требования с производителем распределительных валов и не верьте слепо тому, что вам там предложат; тщательно обсуждайте будущие профили кулачков вала. В заключение, головка, впускной коллектор и выпускная система должны сочетаться с выбранным вами распредвалом.
Выбор распредвала для гоночного двигателя
Когда наиболее важным критерием является мощность, а надежность стоит на втором плане, то могут быть использованы высокие обороты двигателя и высокие значения подъема клапанов. Например, на двигателе с блоком цилиндров MOPAR рабочим объемом 5000 см3 с распредвалом с роликовыми толкателями. Подъем клапанов обычно превышает 14,0 мм для двигателей для трековых гонок, а многие специальные распрсдвалы используют величину подъема, превышающую 16,5 мм. Распредвалы с продолжительностью такта впуска от 285 до 295° подходят для использования в среднефорсированнных гоночных двигателях (до 7000 об/мин). Тогда как конструкции с продолжительностью более 295° обычно лучше для чисто гоночных применений. В большинстве использований перекрытие клапанов часто превышает 75°. Очень важно, что фазы газораспределения, продолжительность тактов впуска и выпуска, перекрытие клапанов и углы между центрами кулачков связаны между собой и должны тщательно оптимизироваться, что потребует тесной кооперации с фирмами-производителями распредвалов. В заключение, оптимальная мощность любого гоночного двигателя может быть достигнута только тогда, когда объем впускного коллектора, размер труб выпускного коллектора, воздушный поток в карбюраторе и число его камер, степень сжатия, конструкция камеры сгорания, конфигурация канала и многие другие параметры должны быть включены в общую программу усовершенствований и испытаний
Настройка распредвала
Каждая деталь имеет конструктивные допуски, и, когда несколько деталей соединяются вместе, эти допуски могут комбинироваться и образуют заметную ошибку. Некоторая часть мощности может быть потеряна, если собрать двигатель без проверки и если будет изменена настройка распредвала.
Первым шагом является нахождение верхней мертвой точки (ВТЧ), так как метки, сделанные на заводе, могут отстоять от нее на несколько градусов. Выкрутите свечу зажигания из первого цилиндра. С помощью накидной головки и воротка медленно проверните коленвал по часовой стрелке до тех пор, пока воздух не начнет выходить из отверстия свечи. В этот момент прекратите проворачивание коленвала.
Приобретите приспособление для принудительной остановки. Вкрутите его в отверстие для свечи зажигания первого цилиндра; это предохранит поршень от прохождения полного пути до верхней части отверстия цилиндра при этой процедуре.
Установите диск с угломером на переднюю часть коленвала и изготовьте указатель из куска проволоки. Медленно проворачивайте коленвал в прежнем направлении (по часовой стрелке, глядя спереди), пока поршень не дойдет до стопора.
Замечание: для проворачивания коленвала воспользуйтесь большой отверткой, вставив ее между зубцами венца маховика, иначе можно повредить диск угломера. Отметьте карандашом на диске, с каким числом совпадает указатель.
Теперь медленно проверните коленвал в противоположном направлении, пока поршень не коснется стопора. Вновь пометьте на диске число градусов, соответствующее указателю. Точное положение ВМТ находится посередине между двумя сделанными вами пометками. Проведите для страховки эту операцию еще раз и проверьте положение заводской метки ВМТ. Если она отличается на 1° или более, то скорректируйте заводские метки.
Теперь после нахождения точного положения ВМТ, можно проверить положение распредвала относительно коленвала. Опережение распредвала по отношению к коленвалу улучшит работу на низких оборотах, а запаздывание распредвала улучшит работу на высоких оборотах, но работа на низких оборотах ухудшится. При уменьшении фаз газораспределения распредвала нужно скорректировать момент зажигания, а если сделаны большие изменения, то нужно проверить зазор между поршнями и клапанами.
На табличке с данными, прилагаемой к распредвалу, указываются моменты открывания и закрывания впускных и выпускных клапанов в градусах (при подъеме клапанов в 1,27 мм).
Замечание. Здесь приведены промышленные стандарты, если фирмы-производители используют другую величину подъема, то следуйте этим рекомендациям.
Начните проверку, когда двигатель находится в истинном положении ВМТ, а диск угломера установлен на нуль. Установите стрелочный индикатор на штангу впускного клапана первого цилиндра, как показано на рисунке. Вал щупа стрелочного индикатора должен быть точно совмещен с центральной осью штанги. Прижмите щуп индикатора примерно на 2,5 мм, а затем установите шкалу индикатора на нуль.
Замечание. Если головки блока не установлены, то установите индикатор так, чтобы он прижимался к толкателю.
Проверните коленвал по часовой стрелке, пока на стрелочном индикаторе не будет перемещение 1,27 мм.
Установите диск с угломером на переднюю часть коленвала и установите указатель, как показано здесь.
Установите стрелочный индикатор соосно со штангой, как показано здесь.
Отметьте положение указателя относительно угломерного диска. Запишите это значение и продолжайте вращать коленвал, пока толкатель не вернется снова к перемещению в 1,27 мм. Запишите положение угломера.
Повторите описанную операцию на соседнем толкателе (штанге) выпускного клапана и запишите результаты. Сравните данные с указанными на табличке распредвала фазами газораспределения. Если вы хотите быть полностью в курсе дела, то проверьте все цилиндры, так как не всегда распред-вал может быть правильно отработан.
Полученные при измерениях данные могут отличаться на 2-4° поворота коленвала отданных, указанных в прилагаемой к распредвалу табличке. Если это имеет место, то, возможно, есть небольшая ошибка в положении отверстия для штифта на звездочке распредвала. Эти изменения могут быть скорректированы с помощью втулки для смещения звездочки распредвала. Эти втулки выпускаются фирмами-производителями распредвалов. Руководствуйтесь прилагаемыми инструкциями.
Замечание. Некоторые фирмы-производители обеспечивают смешение в 1-2° для компенсации износа цепи привода и газораспределительного механизма.
Механизм привода клапанов
Распределительный вал во время своего вращения действует на клапаны, но не непосредственно. Толкатели, штанги и коромысла передают усилие от кулачков вала, преобразуя его в движение, которое открывает и закрывает клапаны. Детали механизма привода клапанов оказывают значительное влияние на характеристику двигателя, если детали не выполняют свои функции правильно. Следует учесть, что в течение срока службы двигателя во время нескольких миллиардов циклов детали испытывают нагрузки. На них действуют нагрузки, температура и вибрационные напряжения, удивительно, что детали функционируют довольно хорошо. Каждая из деталей привода клапанов имеет собственный перечень инженерных требований. Понимание функций и недостатков деталей поможет добиться максимальной мощности и надежности от любого двигателя.
Приобретение полного комплекта распредвала обеспечит сочетаемость деталей.
Гидравлические толкатели можно определить по зажимам крепления в верхней части (стрелка).
Специальные роликовые толкатели клапанов.
Подбор деталей механизма привода клапанов
БОЛЬШИНСТВО фирм-производителей распредвалов выпускают специальные наборы, которые кроме распредвала включают в себя подобранные толкатели клапанов, клапанные пружины, штанги, фиксаторы и даже иногда коромысла. Приобретение всех деталей от одного производителя обеспечит сочетаемость деталей.
Предупреждения
• На распредвалах с механическими и гидравлическими толкателями не устанавливайте неновые толкатели с новым распредвалом. Неновые роликовые толкатели можно устанавливать с новым распредвалом, рассчитанным на работу с роликовыми толкателями, если толкатели в хорошем состоянии. Однако всегда лучше заменять все детали одновременно.
• Нанесите перед сборкой на все детали сборочную смазку. Следуйте инструкциям фирм-производителей. Дайте распредвалу и толкателям клапанов приработаться друг к другу, а затем регулярно заменяйте масло в двигателе.
Типы толкателей клапанов
Перед тем, как вы сделаете осознанный выбор распредвала, нужно кое-что знать об основных параметрах конструкции. Распредвалы должны быть предназначены для работы с определенным типом толкателей клапанов и не должны использоваться с другим типом. Существуют три основных типа толкателей клапанов: механические, гидравлические и роликовые. Механические толкатели являются самыми старыми, простыми и дешевыми. Из-за своего небольшого веса механические толкатели позволяют двигателю вращаться намного быстрее перед срабатыванием клапанов. Основными недостатками механических толкателей являются необходимость частой регулировки клапанов и шум от их работы.
Гидравлические толкатели являются наиболее популярным типом, используемым на двигателях V8. У них есть небольшая внутренняя камера, где накапливается моторное масло, и контрольный клапан для предотвращения обратного потока масла. Эти особенности позволяют толкателю автоматически компенсировать разницу в клапанных зазорах. Стандартные гидравлические толкатели относительно недороги и не требуют технического обслуживания, однако, на высоких оборотах они стремятся "прокачиваться" и клапаны зависают. Существуют специальные толкатели, которые расширяют диапазон оборотов достаточно высоко, чтобы удовлетворять потребностям практически любого двигателя. Гидравлические толкатели являются наиболее популярным типом толкателей, используемым на форсированных двигателях, и хорошо работают во всех условиях.
Роликовые толкатели клапанов являются лучшими и наиболее дорогими толкателями. Они увеличивают мощность и улучшают топливную экономичность путем уменьшения трения. Роликовые толкатели имеются и в механическом и в гидравлическом вариантах.
Если позволяют средства, приобретите роликовые толкатели и рассчитанный для работы с ним распредвал. Далее идут гидравлические, а механические — это самые нежелательные для форсированного двигателя.
Пояснение к техническим данным
Каждый двигатель имеет точное число оборотов, на которых он работает лучше всего, что является результатом "настройки" деталей для достижения оптимальной скорости потока топливовоздушной смеси.
Основной причиной того, что двигатели не работают с максимальной эффективностью во всем диапазоне мощностей, является то, что воздух имеет массу и, следовательно, инерцию. Когда обороты двигателя возрастают, количество времени для того, чтобы газы поступили в камеру сгорания и вышли из нее, становится меньше. Изготовители распредвалов компенсируют это путем более раннего открывания клапанов и более длительного удерживания их в открытом состоянии. Однако фазы газораспределения, которые хорошо работают на низких оборотах, становятся неэффективными на высоких оборотах.
Толкатели
Толкатели клапанов непосредственно контактируют с кулачками распределительного вала и преобразуют вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение, которое управляет клапанами. Толкатели разделяются на две главные категории: жесткие и гидравлические. Внутри каждой из этих категорий имеются три типа, основанные на конфигурации поверхности контакта кулачка распредвала: обычный плоский толкатель, версия плоского толкателя с широким основанием и роликовый толкатель. Каждый распредвал специально сконструирован для работы только с одним типом толкателей, т. е. с жесткими, роликовыми, гидравлическими и т. д., и они не взаимозаменяемы между собой. Если распредвал был сконструирован для жестких толкателей, то кулачки вала располагаются так, что при использовании жестких толкателей клапаны будут открываться и закрываться в нужный момент времени. Установка гидравлических или роликовых толкателей на вал с профилем кулачков, предназначенных для плоских толкателей, не обеспечит клапанам требуемых фаз газораспределения. Фактически, даже роликовые толкатели не являются одинаковыми: некоторые из них имеют ролики большего размера. Нужно, чтобы распредвал был согласован с толкателями, разработанными для него фирмой-производителем.
Распредели не оказывает непосредственного воздействия па клапаны: толкатели, штанги и коромысла переводят движение кулачков распредвала в движении, которые открывают и закрывают клапаны. Каждая деталь механизма привода клапанов имеет свой собственный перечень инженерных требований и ограничений. Понимание функций деталей и их слабых сторон поможет вам увеличить мощность двигателя.
1 - коромысло; 2 - штанга; 3 - толкатель; 4 -крепление; 5- клапан.
Жесткие толкатели
Жесткий толкатель представляет собой, по сути, цилиндр с плоской поверхностью на одном конце, которая контактирует с кулачком распредвала и "колпачком" выемкой на другом конце, в котором располагается штанга. Так как жесткий толкатель (иногда называемый механическим толкателем) не имеет системы гидравлического выбора зазора, то в механизме привода клапанов требуется наличие рабочего зазора, чтобы иметь возможность для расширения (термического) деталей. Типичный клапанный зазор составляет около 0,5 мм и обычно регулируется с помощью шариковой гайки коромысла клапана или регулировочного винта. Если клапанный зазор недостаточный для компенсации расширения деталей, то клапаны могут быть постоянно приоткрытыми.
Толкатели клапанов непосредственно контактируют с кулачками распределительного вала и преобразуют вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение, которое воздействует на клапаны. Толкатели разделяются на две большие категории: гидравлические (слева) и жесткие.
1 - кольцо крепления;
2 - гнездо для штанги;
3 - клапан для дозировки масла;
4 - капал для подачи масла;
5 - корпус толкателя;
6 - поверхность толкателя.
Жесткий толкатель состоит из цилиндра с плоской поверхностью на одном конце, которая контактирует с кулачком распредвала и с выемкой для штанги на другом конце. Положение выемки чаметно изменяется и многие углы распредвал/толкатели требуют штанг толкателей специальной длины, чтобы конструкции толкателей и вала были согласованы. Показанный толкатель также дозирует масло через полую штангу к механизму привода клапанов.
Это приведет к драматическим потерям мощности и к преждевременному выходу из строя клапанов и/или седел клапанов. Регулировка клапанного зазора является операцией периодического технического обслуживания и должна производиться каждые 16 000 км (10 000 миль), что включает в себя снятие клапанных крышек и регулировки зазора с помощью плоских щупов.
Гидравлические толкатели
Ручная регулировка зазоров на некоторых двигателях, особенно на последних моделях форсированных двигателей, может быть затруднительной. К счастью имеется неожиданно простая альтернатива: гидравлические толкатели. Гидравлические толкатели автоматически регулируют механизм привода клапанов, поддерживая нулевой зазор плунжера штанги на маленькой камере с моторным маслом под давлением. Камера со сжатым маслом, работающая совместно с точно контролируемым отводом масла, позволяет плунжеру перемещаться вверх и вниз, создавая нагрузку на систему и поддерживая нулевой зазор. Плунжер сразу же компенсирует тепловое расширение и/или износ деталей.
Гидравлические толкатели автоматически регулируют механизм привода клапанов, поддерживая нулевой зазор плунжера штанги на камере изменяемого размера с моторным маслом под давлением. Камера с маслом, работающая совместно с точно управляемой скоростью отвода масла, позволяет плунжеру двигаться вверх и вниз, создавая нагрузку на систему и поддерживая нулевой зазор.
I - кольцо крепления; 2 - гнездо для штанги;
3 - канал подачи масла; 4 - дозирующий клапан;
5 - регулировочная полость; 6 - контрольный клапан;
7 - корпус толкателя; 8 - поверхность толкателя.
Распредвал с гидравлическими толкателями уменьшает все проблемы, связанные с регулировкой клапанных зазоров и обеспечивает тихую (благодаря нулевому зазору) и безотказную работу при условии чистоты моторного масла. Многие из распредвалов, которые вы, вероятно, будете использовать, не требуют никаких более экзотических деталей, чем стандартные гидравлические толкатели. Конечно, при установке нового распредвала должны устанавливаться новые толкатели (для предотвращения ускоренного износа при начальной приработке). При правильном использовании общая стоимость и надежность современных гидравлических устройств делают их очень привлекательными.
Работа гидравлики
Нормальный гидравлический толкатель, имеет плунжер, расположенный на уровне масла в маленькой камере. Каждый гидравлический толкатель позволяет контролируемому количеству масла выходить из камеры. Этот выходящий объем обычно намного меньше объема масла, который может попасть в толкатель из двигателя. Однако если скорость выхода масла увеличивается более определенного значения, то толкатель будет сжат или "опустошен" за тот интервал времени, за который он открывает клапан, преодолевая усилие клапанной пружины. Это эффективно уменьшает подъем клапана и продолжительность открывания клапана и обычно считается достаточной причиной для того, чтобы выбросить изношенные толкатели. Однако, если утечка масла точно контролируется по конструкции, а толкатели используются со специальным распредвалом, то общий эффект состоит в уменьшении "радикальной" природы распредвала при низких оборотах, когда толкатели имеют достаточно времени для уменьшения продолжительности открывания клапанов и их подъема. При более высоких оборотах двигателя, однако, интервал открывания клапана такой короткий по времени, что толкатель не может на заметную величину уменьшить подъем клапана или продолжительность их открывания и на клапаны передаются полные профили кулачков распредвала. Этот тип толкателя называется толкателем с быстрой или умеренной скоростью выхода масла (в зависимости от его расчетной скорости выхода масла) и, как вы можете представить себе, это может дать преимущество при его использовании в форсированных двигателях.
Если скорость выхода масла увеличивается, то толкатель будет сжиматься или "сливаться " под воздействием клапанной пружины. Следует отметить паз для входа масла на этом толкателе с высокой скоростью выхода масла (стрелка). Это уменьшает подъем клапанов и продолжительность их открывания при низких оборотах двнгателя, сглаживая "радикальную " природу распредвала для форсированного двигателя.
Высокие скорости утечки масла из толкателей предотвращают появление у распредвала характеристик, обеспечивающих полную передачу профиля его кулачков на механизм привода клапанов. В результате такие толкатели часто слишком сильно ограничивают распредвал, предотвращая реализацию его полного потенциала в области высоких оборотов, хотя они обеспечивают заметный рост крутящего момента на низких оборотах. Проще говоря, толкатели с высокой скоростью утечки масла помогают улучшить крутящий момент на низких оборотах, вакуум, приемистость и т. д., но они часто уменьшают мощность на высоких оборотах.
Лучшим подходом к полноценному применению толкателей с увеличенной скоростью вытекания масла является использование только толкателей со средними скоростями вытекания масла, которые будут смещать продолжительность открывания клапанов в большую сторону примерно на 10° при низких оборотах. Другими словами, у вас есть выбор. Вы можете выбрать распредвал, который имеет большую на 10° продолжительность открывания клапанов, и позволяет толкателям сглаживать его работу на низких оборотах или использовать толкатели с умеренной скоростью вытекания масла с имеющимся распредвалом и получить преимущества в улучшении крутящего момента на низких оборотах. Последний выбор является более разумным, особенно для тяжелых автомобилей и автоматических трансмиссий с гидротрансформаторами со стандартными оборотами блокировки.
Роликовые толкатели
Третьим типом толкателей, обычно используемых в форсированных двигателях (и во многих стационарных и промышленных агрегатах), являются роликовые толкатели. Эти толкатели имеют ролик вместо плоской поверхности в месте контакта с кулачком распредвала. Так как эти толкатели катятся по кулачку вместо того, чтобы тереться об него, они являются более надежными при высоких нагрузках и на высоких оборотах. Фактически, кроме стоимости, они являются отличным выбором в любом двигателе, который использует усилие на седло примерно более 63 кг.
Толкатель с высокой скоростью утечки масла показан слева, а толкатель с умеренной скоростью утечки масла справа
Роликовые толкатели позволяют использовать очень высокие значения подъема клапанов и очень высокие скорости открывания. Распредвалы с такими характеристиками обеспечивают мощность, но они определенно не подходят для использования в стандартных двигателях. Существуют профили кулачков, которые имеют быстрые, но нежесткие скорости открывания, которые характеризуют качественные распредвалы для форсированных двигателей. Многие из профилей находятся за пределами плоских толкателей, но те же самые скорости открывания, обеспечиваемые профилем ролика, являются в большей степени преимуществами. Качественный распредвал с роликовыми толкателями для повседневных применений часто обеспечивает увеличение мощности на 20 - 30 л.с. по сравнению с тем же валом с толкателями плоского профиля, однако, плохой новостью будет то, что этот узел будет стоить в 2 - 3 раза больше.
Роликовые толкатели уменьшают трение, увеличивают мощность и обеспечивают более стабильный клапанный зазор.
Попытайтесь выбрать распредвал, который использует легкие роликовые толкатели, т. к. это уменьшит требования к усилию пружины и улучшит надежность, но сначала убедитесь, что вы используете роликовые толкатели, которые предназначены для вашего конкретного распредвала. Толкатели используют различные диаметры роликов, разные высоты выемок для штанг и уникальные механизмы против вращения. Толкатели не взаимозаменимы! Всегда точно следуйте рекомендациям фирм-производителей распредвалов.
1 - зажим крепления; 2 - выемка для штаги;.? - дозирующий клапан; 4 - отверстие для подачи масла; 5 - контрольный клапан; 6 -регулировочная полосни, с маслом; 7 - корпус толкателя; 8 - роликовые подшипники; 9 - ролик толкателя.
Роликовые толкатели являются более надежными для применения в двигателях с высокими оборотами и с большой нагрузкой, т. к. они катятся по куличку вместо того, чтобы тереться об него. Роликовые толкатели дороги для использования в стандартных двигателях, но в сочетании с профилями обычных распредвалов, которые имеют высокие, но не "жесткие " скорости открывания, их полезно проанализировать, особенно потому, что теперь есть и гидравлические версии.
Качественный узел "обычного "распределительного вала с роликовыми толкателями будет часто выдавать на 20 - 30 л. с. больше чем такой же узел, но с толкателями плоского профиля, но этот узел стоит в 2- 3 раза больше.
Когда клапан открывается, то место контакта коромысла сдвигается по концу клапана. Пока пятно контакта остается на верхней части стержня клапана, не ближе чем примерно в 0,75 мм от края, можно считать геометрию коромысла правильной. Если пятно контакта начинается слишком близко к внутреннему краю, то вероятно, штанга слишком короткая. Если при максимальном подъеме клапана пятно контакта сдвигается слишком близко к наружному краю, то штанга слишком длинная. 1 - не ближе 0,75 мм к краю стержня клапана.
Если вы используете распредвал с роликовыми толкателями, убедитесь в том, что вами приняты меры по предотвращению "шатаний" распредвала вперед - назад в блоке цилиндров. Если этого не сделать, то есть опасность того, что толкатель может наскочить на соседние кулачки вала! Такие проблемы имеются для блоков цилиндров "Шевроле" и конструктор должен установить надежный буфер (или другой механизм крепления) внутри клапанной крышки, чтобы удержать распредвал на месте.
Геометрия штанг и коромысел
Штанга соединяет толкатель с коромыслом, и если подобраны правильные детали механизма привода клапанов, и они правильно собраны, то штанга стандартного типа будет очень надежной. Только при создании гоночного двигателя, работающего с оборотами 7000 об/мин или выше, необходимо использовать упрочненные штанги. Штанги предназначены для переноса усилия только в одном направлении. Они не служат долго, когда подвергаются боковым нагрузкам. Для обеспечения надежности проверьте, что они равные, длина их правильная для оптимальной геометрии коромысел и что они не встречают помех при своем движении. Проверка на ровность состоит в простом катании штанг по плоской поверхности для выявления неровностей; затем проведите заключительную проверку на двух V-образных блоках (подставках) с помощью стрелочного индикатора. Если обнаружена какая-либо деформация, не пытайтесь выправить штангу; погнутая штанга, вероятно, уже не будет такой прочной, как новая. Единственным исключением будет изгиб штанги не более чем на 0,25 мм. В таких случаях тщательное выправление может не оказать плохого влияния.
Обычной проблемой механизма привода клапанов, связанной с неправильной длиной штанги, является неправильная геометрия между рычагом коромысла и концом стержня клапана. Коромысло начинает контактировать с концом клапана рядом с внутренним краем (ближайшим к шарниру коромысла) и когда клапан открывается, линия контакта расширяется через центр конца клапана по направлению к наружному краю. Пока пятно контакта остается на верхушке стержня клапана, не ближе, чем в 0,75 мм от края, то можно сказать, что геометрия коромысла будет правильной. Однако если это пятно контакта движется правильно к краю или от него, нагрузки па механизм привода клапанов существенно увеличиваются. Стержень клапана будет прижиматься сбоку в направляющей втулке, приводя к износу втулки, а конец клапана начнет "обрабатывать" площадь контакта на коромысле. Усилие, действующее на детали, будет передаваться через штанги, часто приводя к их изгибу.
Необходимо проверять геометрию коромысел при каждой замене деталей механизма привода клапанов (распредвала, толкателей, клапанов, коромысел и т. д.) или если перешлифовываются сопрягаемые плоскости головки блока и блока цилиндров (это передвинет головку ближе к распред-валу). Легче всего сделать эту проверку перед сборкой двигателя, но можно также проверить и полностью собранный двигатель. Когда предварительно установлен коленчатый вал п механизм привода клапанов хотя бы одного цилиндра (если возможно, с проверяемыми пружинами), поверните коленчатый вал и понаблюдайте за пятном контакта на коромысле впускного клапана. Если геометрия правильная, то пятно контакта не должно достигать внутреннего края на конце клапана при нулевом подъеме клапана и должно быть очень близко к центру конца клапана, когда клапан открывается примерно на половину своего максимального подъема. Если пятно контакта слишком близко к внутреннему краю конца клапана, то штанга, вероятно, слишком короткая. Продолжайте вращать коленчатый вал, пока клапан не поднимается на максимальную величину, чтобы проверить, что пятно контакта не достигло наружного края на конце клапана.
Выполните такую же операцию на коромысле выпускного клапана. Если пятно контакта сдвигается слишком близко к наружному краю или от конца стержня клапана при максимальном подъеме клапана, то штанга слишком длинная.
Когда многие производители распределительных валов изготавливают распредвал с высокими значениями подъема клапанов, они начинают со стандартного вала. Чтобы добиться большего подъема клапанов, основная окружность распредвала делается меньше (базовая окружность — это участок кулачка, по которому движется основание толкателя, когда на него не давит кулачок). Это опускает толкатель и сторону коромысла, на которой находится штанга, иногда достаточно того, чтобы создать проблемы с геометрией. К счастью, большинство распредвалов для форсированных двигателей открывает клапаны на 12,7 мм или больше и не требуется значительно уменьшить диаметр базовой (основной) окружности. Однако когда устанавливается нестандартный распредвал, то всегда следует проверить геометрию коромысел.
Если сопрягаемые плоскость блока цилиндров и/или головки блока перешлифовывались, то геометрию коромысел следует проверить еще раз перед окончательной сборкой двигателя. Более чем вероятно, штанги нужно будет укоротить на некоторую величину для компенсации изменений в геометрии. Однако, если с блока или с головки (головок) будет убран лишь очень тонкий слой (иногда это делается для очистки), то изменения в геометрии будут малые и могут, если вам повезет, сместить уменьшенную базовую окружность на кулачке.
Нарушения геометрии не являются единственной причиной, из-за которой могут быть изогнуты штанги. На некоторых двигателях, в частности, на блоках цилиндров "Шевроле" используются направляющие штанги для предотвращения поворота коромысел. Эти направляющие пазы в головке блока цилиндров или же пластины направляющих, укрепленные болтами на головке, иногда бывают неодинаковыми по длине, когда используются с распредвалами, обеспечивающими высокий подъем клапанов. В таких ситуациях штанга будет ударяться в конец паза, что приводит к ее изгибу. Если на это не обратить внимания при сборке двигателя, то вы узнаете об этом довольно скоро, т. к. штанги могут даже выскочить из своих гнезд и клапаны перестанут открываться.
Когда предварительно собраны коленчатый вал и механизм привода клапанов хотя бы на одном цилиндре (с проверяемыми пружинами клапанов), поверните коленчатый вал и понаблюдайте за пятном контакта на коромысле впускного клапана, Если геометрии правильная, то пятно контакта не должно достигать внутреннего край пи клапана при нулевом подъеме клапана и должно быть, очень близко к центру конца клапана, когда клапан открывается примерно на половину своего максимального подъема.
Чтобы получить больший подъем, базовая окружность куличка распредвала должна быть уменьшена. Это опустит толкатель и сторону коромысла, обращенную к штанге, иногда достаточно для образования проблем с геометрией, не устанавливая более длинные штанги. I - изменение в подъеме; 2 – новая базовая окружность; 3 – старая базовая окружность.
Некоторые двигатели, подобно показанному здесь двигателю FORD используют направляющие пластины или пазы для предотвращения поворота коромысел. Направляющие иногда бывают неодинаковыми по длине, и штанга может касаться конца паза. Если на это не обратить внимания при сборке двигателя, то вы узнаете об этом довольно скоро, т. к. штанги изогнутся и могут даже выскочить из своих головок.
Все клапанные пружины должны иметь нужный зазор между витками, включая внутренние пружины и демпферы из плоской проволоки. Удобно использовать стенд для проверки клапанных пружин, который позволяет сжимать пружину для измерения ее установочной высоты. Убедитесь, что крепления пружины и все промежуточные детали в гнезде находятся на своих местах, когда пружина сжимается на стенде.
Подобный драматический конец может наступить и в том случае, если распредвал имеет величину подъема, достаточную для того, чтобы витки клапанных пружин сомкнулись и прижались друг к другу. Если воздействовать на сжатые пружины, то весь дополнительный подъем будет поглощен путем изгиба различных деталей, составляющих механизм привода клапанов. Вероятнее всего, этой деталью будет штанга. Хотя сжатие пружин также жёстко действует на коромысла, шпильки, крепления клапанных пружин и сухари клапанов, не говоря о распредвале и толкателях. Никогда не заводите двигатель, не будучи абсолютно уверенным в том, что все клапанные пружины имеют одинаковый зазор между витками, включая внутренние пружины и демпферы из плоской проволоки. Помните о том, что если вы устанавливаете шайбы клапанных пружин, то вы уменьшаете подъем клапанов, а пружина будет амортизировать, пока витки не сомкнутся.
Роликовые коромысла
На первый взгляд может показаться, что использование коромысел гоночного типа с роликами на концах на обычном форсированном двигателе для повседневного использования является лишней мерой. Однако если роликовые коромысла используются в вашем двигателе, то они дают несколько неочевидных на первый взгляд преимуществ.
Из-за того, что рабочий конец роликового коромысла катится по концу стержня клапана, боковые нагрузки на стержень клапана серьезно уменьшаются, что продлевает срок службы стержня и направляющей втулки клапана. Так высокие значения подъема клапана могут сильно увеличить боковые нагрузки и износ. Это происходит при использовании коромысел из штампованной стали, установленных на шпильках. Поэтому роликовые коромысла часто делают такие значения подъема (порядка 0,7 мм) более практичными для двигателей повседневного применения.
Устройство, которое называется "регулируемым " механизмом привода клапанов. Основной деталью этого устройства является цепной привод распредвала фирмы APT с легко регулируемой верхней звездочкой.
Передаточное число коромысла
Возможно, преимуществом роликовых и других специальных коромысел, на которые не обращают внимания, является наличие на некоторых моделях передаточных чисел коромысел, больших, чем у стандартных деталей. Передаточное число коромысла — это соотношение между расстоянием, которое проходит клапан и расстоянием, которое проходит штанга. На большинстве обычных двигателей со штангами точка поворота коромысла смещена по направлению к концу, на котором находится штанга, т. е. общее передаточное число составляет от 1,4 до 1,7. К примеру, если передаточное число составляет 1,5, то перемещение распредвала (движение штанги) увеличивается с помощью коромысла так, что величина подъема (перемещения) клапана будет в 1,5 раза больше. Математически передаточное число коромысла определяется путем деления расстояния от цен