О распредвалах и делаем мотор Duratec. Часть 2

Привет всем. Кто не читал 1 часть читать обязательно, для тех кто читал, рекомендую освежить, а уж потом приступать к продолжению.

Недавно побывал на этапе Чемпионата Европы по драг райсингу. Честно скажу, был сильно впечатлен. Причин на то было несколько. Первая – количество зрителей меня поразило (очень много), на фоне кольцевых гонок, где только знакомые, друзья, родственники, то здесь тысячи людей.
Вторая причина – техническая подготовка. Это просто фантастика, так все просто, делай что хочешь, ограничений по достижению мощности очень мало. Соответственно бюджет не сравнительно меньше, чем в профи кольцевых гонках или ралли.

Вот Вам пример некоторых тех.тонкостей (о некоторых писалось в 1 части)

Внимательно посмотрите на выпускной коллектор, помните о чем мы говорили раньше, здесь очень сильный пик мощности, хорошо это или плохо, все зависит от многих других примененных решений, но машина едет 8.3 секунды – быстро это или медленно?

Или вот, классический вариант выпускного коллектора, рассчитанный на 2 импульс. Здесь мощность ”размазана”, меньше пик, но шире диапазон влияния выпускного коллектора.

Но эта машина интересна не выпуском, а впуском. Все гениальное до элементарности просто. Свободный впуск или индивидуальная заслонка (дроссель) на каждый цилиндр. На 8 цилиндровом моторе индивидуальные дросселя менее эффективны чем хорошо сделанный ресивер и эта разница значительная. Здесь же, для стабилизации потока, у каждого дросселя как бы свой ресивер. Поэтому на фото это не раннеры, как бы, открытые индивидуальные ресиверы.

Ну что, теперь вернемся непосредственно к распредвалам. В предыдущей части мы рассмотрели 7 основных событий происходящих в двигателе внутреннего сгорания. Для того чтобы лучше понять работу распредвалов необходимо научится их читать. Для этого предлагаю посмотреть на следующую картинку:

Здесь отлично видно что и когда происходит. Теперь уберем цилиндры и рассмотрим подробно диаграмму распредвалов.

1. Duration — полная фаза открытия клапана. Как вы заметили на диаграмме 2 вида полной фазы. 270* — многие любители именно этой цифрой оперируют. Это значение в реальности нам НИЧЕГО НЕ ГОВОРИТ. Название advertised duration или running timing (seat-to-seat timing) – Что это? Во времена войны между производителями распредвалов (в 50-60 годах) seat-to-seat timing метод стал популярным, как один из путей продвижения, рекламирования своей продукции. Поэтому этот метод часто называется advertised duration или по русски – рекламируемая полная фаза. Многие знают такое правило, что больше значит лучше, вот они и дали вам эти значения больше и все.

Раньше энтузиасты тюнинга хорошо разбирались в фазировании ( cam timing) т.е. момент открытия, закрытия впускного и выпускного вала. Метод очень простой и очень правильный. Обозначается так 24-60/60-24 – впускной клапан открывается 24* перед ВМТ (BTDC), закрывается 60* после НМТ (ABDC). Выпускной клапан открывается 60* перед НМТ (BBDC) и закрывается 24* после ВМТ (ATDC). Это называется фазирование распредвала.

Advertised duration метод внес много путаницы. Точную фазу очень сложно определить, к примеру разница между гидро и жестким толкателем составляет 10-15 градусов. Поэтому был введен новый способ обозначения 0.05 inch. Многие сразу заметили, что этот метод более удобный и точный. Если возьмем типичный уличный (4 клапана) мотор с степенью сжатия 10.5, с тюниговым впуском и выпуском то наиболее подходящих вал должен иметь полную фазу при 0.05 in duration — 215-230 градусов с гидро компенсаторами, и 230-240* с жесткими толкателем.

2. Lobe separation angle (LSA) — общий развал кулачков. Часто еще называют Lobe Center Angle (LCA)
3. ICA — Intake center angle или Intake Centerline – момент максимального подъема впускного клапана
4. ECA — Exhaust center angle или Exhaust Centerline — – момент максимального подъема выпускного клапана

Если ICA реально показывает момент в градусах после ВМТ когда максимальный подьем клапана (кулачка), или ECA – перед ВМТ, то Lobe Center Angle LCA (LSA) немного сложнее, он высчитывается по формуле: LSA=(ICL+ECL)/2

Сори, просьба подскажите как при использовании программы буква Зю писать твердый знак (у меня нет русской клавиатуры) советы типа купи русскую оставте при себе

Далее:

— EVO – открытие выпускного клапана
— IVO – открытие впускного клапана
— EVC – закрытие выпускного клапана
— IVC – закрытие впускного клапана

— OverLap – перекрытие, момент когда впускной и выпускной клапана открыты. Overlap = IVO+EVC

Чтобы хорошо прочувствовать работу распредвалов, вы должны всегда держать в голове выше приведенную диаграмму, схему – ЭТО ОЧЕНЬ ВАЖНО (держите ее под рукой в начале)

Я вам напишу формулы, но имея перед глазами схему вы всегда сами все сделаете. Вот основные:
— ICL = (Intake duration/2) – IVO,
— ECL = (Exhaust duration/2) – EVC, или ECA=(2*LCA)-ICA
— LSA – (ICA+ECA)/2
— overlap = IVO+EVC, или ((InDur + ExDur)/4-LSA)*2

Для чего это надо знать всякие ICA, ECA, LSA? Если вы внимательно посмотрите на диаграмму то увидите, что эти значения не изменяются в зависимости от метода измерения полной фазы при 0.05 inch или advertised seat-to-seat duration. И следовательно, если Вы с ними подружитесь, то у вас не будет проблем с пониманием.

В распредвалах еще есть такое понятие как подьем клапана (Cam lift). Сам по себе подьем некоим образом не влияет на мощность, так как при подьеме клапана на 25% от его диаметра , воздуха больше не поступит (при очень большом подьеме только ухудшится).

Зачем же тогда спортивные машины используют большой подьм кулачка? Ответ прост – увеличивается скорость подьема и не более.

Также существуют распредвалы с более агрессивной формой кулачка (к примеру Cran's cam) У них также более интенсивно происходит подьем .

Теперь вы понимаете, что просто значения полной фазы advertise duration не дают нам информацию о распредвале. Даже если мы не говорим о самом главном – моментах открытия и закрытия клапанов (их фазы), полная фаза также не корректна – зависит от подьема, формы кулачка, вида толкателя (а их много видов и типов).

Ну вот, теперь мы можем перейти к самому интересному, как подобрать, от чего зависит распредвал т.к. мы теперь можем разговаривать на одном языке.

Предлагаю посмотреть на стандартную спецификацию распредвала, в данном случае для мотора Дюратек 2.0 Форд

Рекомендации производителя — hot street — dirt track, и все, да широкое понятие.

Как вы заметили они указывают для рекламы advertised duration 280/273, но и естественно необходимую информацию для понимания и правильной установки.

Что важно здесь смотреть:

полную фазу впускного клапана при подьеме 1 мм – 242* (в данном случае не 0.05 inch, так часто делают, Европейские производители при 1 мм), далее нам необходимо для полной картины ICA, ECA и в принципе этого достаточно, все остальное можно и самому посчитать, но у них великолепная карта, где и так все указано timimg @1.mm – 11-52/42-10. Осталось высчитать Lobe separation angle (LSA) — общий развал кулачков — LSA – (ICA+ECA)/2, LSA = 108, Overlap (перекрытие) – 21, и Total Cam advanca (опережение или задержка), в данном случае задержка (retard) 2 градуса.

Да вал очень прикольный, мне кажется не удачный в том варианте как они предлагают установить. По их спецификации получается, что необходимо иметь степень сжатия как минимум 12.5 (ну в принципе стандартная FIA разрешенная для ралли, гонок) хорошую систему впуска, и выпуска. Короче если вы просто установите эти валы на ваш мотор (сток) дюратек то особо вас это не порадует.

Да все таки правило “БОЛЬШЕ ЭТО ЛУЧШЕ” работает, но только в рекламе, а не в постройке хорошего мотора и подборе распредвалов. Я понимаю, все слышали, видели, что спортсмены используют валы с полной (рекламной) фазой под 300, а некоторые и 320 (если 2 клапана на цилиндр то фаза должна быть на 19* шире), но спортивные моторы совсем другие и задачи у них также иные.

Главное, что влияет на полную фазу (не рекламную) это степень сжатия и конечно ход поршня, а уж потом обороты двигателя и совсем немного диаметр цилиндра.

— больше ход поршня (stroke) – шире полная фаза (duration)
— выше степень сжатия — шире полная фаза (duration)
— выше обороты двигателя — шире полная фаза (duration)

Если мы начнем дальше делать наш мотор дюратек 2.0 (начало в 1 части), как помните мы не собирались трогать сам мотор (его блок) т.е. степень сжатия 10.8 остается, то нам для этих целей, пик мощности при 7200 оборотов, подходит впускной распредвал с полной фазой при открытие клапана 0.05 дюйма – 236 градусов. В принципе этот вал от фирмы CAT CAMS duration 242 @0.05 нам по этим параметрам подходит (там потери будут минимальны) да еще и возможность в последствии поднять обороты. Но что же не так, почему не будет при такой установле (как написано в спецификации) ощютимого прироста мощости?

Теперь пришло время все ссумировать, то что было в 1 части и здесь. Как я уже писал в двигателе 7 процессов, событий, которыие связаны между собой. Эффективность этих процесов зависит от фазировки распредвалов а именно от ( EVO, EVC, IVO, IVC) открытие и закрытие клапанов, а за это отвечает распредвал (распредвалы).

EVC и IVO не так важны по раздельности, но вот вместе даже очень (особенно закрытие выпускного клапана EVC exhast valve cloused) — Overlap – перекрытие (оба клапана открыты). Важность момента закрытия вупускного клапана состовляет около 50% от важности закрытия впускного клапана. IVC – наиболее критичный момент отвечающий за наполнение цилиндров, ПРОЦЕСС 2 — ВПУСК (УТРАМБОВКА/) (INTAKE RAMMING) или как меня удачно поправили – дозярадка. Ну и как следствие влияет и на ПРОЦЕСС 3 — СЖАТИЕ.

Эти 7 процесов описаны в предыдущем посте, поэтому не буду повторятся о важности и расмотрим на примерах именно влияние фазирования распредвалов.

Есть такое понятие тюнинг валов, не говоря уже о всевозможных VCT Variable Cam Timing (Изменяемые фазы газораспределения) или Ti-VCT на двух распредвалах. На моторах форд такие системы применяются (это название именно ФОРД системы), применялись на моторах Zetec 2.0 L – выпускной распредвал, на форд СТ 170 также такая система была, но на впускном распредвале, на форд пума использовалась. Система Ti-VCT используется на современных моторах Форд. Но вот дюратек к сожалению нет. Но это не беда. В этом вам может помочь разрезная шестерня (но можно при желании и без нее)

Давайте опустим техническую часть, это вам сможет сделать любой нормальный автомеханик, но вот как и куда двигать они не все знают.

На небольших гоночных моторах 1.6 — 2.0 литра с хорошими клапанами и правильно сделанными каналами наиболее оптимальным (дает самый большой средний spread разброс мощности) — является LSA 102* градуса. Впускной клапан закрывается достаточно рано, уменьшая при этом intake reversion, выталкивание поступающего воздушного заряда в процессе 2, когда поршень идет вверх.

Поэтому цилиндр будет наполнятся лучше в среднем диапазоне мощности и как следствие – увеличение момента. Также будет увеличено перекрытие (overlap), в связке с хорошим потенциалом поступающего воздуха (система впуска, головка блока цилиндров) и при правильно настроенной системе выпуска, которая обеспечит хороший инерционный момент отработанных газов, поможет в свою очередь наполняимости цилиндров на высоких оборотах.

Конечно, более позднее закрытие выпускного клапана создаст проблемы на низких оборотах, потому что выходящие газы имеют в этом диапазоне мало инерции, они не создадут разряжения и поэтому начнут наоборот поступать обратно в камеру сгорания. Эти горячие газы займут много места, ограничив поступление тем самым свежего заряда топливо воздушной смеси и естественно уменьшат мощность и ухудшат холостой ход.

Если для вас это проблема, к примеру машина не только для гонок, то сделайте LSA скажем 105* градусов и ситуация значительно улучшится.

Бывает часто и такая ситуация, когда у вас сделаны очень хорошо (может даже слишком) да еще и в сочетании с хорошо спроектированным выпускным коллектором, всеий системой выпуска, может случится другая проблема. На высоких оборотах система выпуска может over scavenge – перепродуть (см. процесс в 1 части), она не только создаст разряжение помогающее очистить, вытянуть отработанные газы, но еще и потянет за собой и свежепоступающий заряд. До определенного уровня это нормально, в гоночном моторе скажем для драг райсинга, где экономия топлива неважна, но скажем при подготовке мотора для много часовых гонок этот момент нельзя упускать. Бывает даже так, что может и мощность понизится, больше лучше говорите, опять правило не работает.

Решением может быть:

— более широкий LSA
— или выпускной кулечек с меньшей полной фазой
— или с меньшим подемом

Если вы планируете выступать в гоночном классе где есть ограничения по системе впуска (сток впуск, заслонка, рестриктор), по доработке впускного и выпускного каналов, распредвал с более широким LSA работает лучше. Маленькая дроссельная заслонка, впускные ранеры, каналы обеспечат высокую скорость поступающего воздуха во впускном тракте, что улучшит средний диапазон мощности (улучшив наполняемость цилиндров на средних оборотах). Высокая скорость это значит и большая инерция не допустит реверса поступающего свежего заряда в момент когда поршень идет вверх (ПРОЦЕСС 2 — ВПУСК (УТРАМБОВКА) (INTAKE RAMMING). Но т.к. мы расширим LSA впускной клапан будет закрываться позже, то на высоких оборотах даст больше времени для наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха. Со стороны выпуска, открытие выпускного клапана раньше, даст цилиндрам больше времени для выталкивания отработанных газов через тонкие выпускные каналы, раннеры коллектора. Следовательно меньше мощности мотора будет использовано для выталкивания газов после того, как клапан открывается на такте выпуска.

Просуммируем выше сказанное. Более узкий LSA — общий развал кулачков помогает улучшить средний диапазон мощности, но если слишком увлечься этим, то можно ухудшить верхний диапазон из-за перепродувки, а на низких оборотах и холостом ходе будут ухудшения из-за exhaust reversion.

Если мы посмотрим на эту ситуацию со стороны характеристик каналов, ели у нас впуск и выпуск ограничены, то неплохо работает более широкий угол развала кулачков LSA. Если у нас все сделано по феншую (во какое слово по-русски выучил) то средний угол (LSA около 104-106 для гоночного мотора, 108-110 для дорожного двигателя). Однако, на двигателе с хорошим потоком на впуске, но достаточно средним на выпуске лучше будет узкий угол. Как вы помните, наиболее важный момент это – закрытие впускного клапана.

Опережение и запаздывание распредвалов (cam advance and retard)

Вот здесь уже начинается самое интересное…

Не ребята, сори у нас уже наступило утро, пора и закруглятся. Если будет у вас желание то продожение будет. Надеюсь не сильно все так сложно. Дайте знать, писать продолжение или нет? Как там это делается, галочка нравится

П.С также необходимо расмотреть как влияет настройка распредвалов на детонацию, температуру выпускных газов. Как правильно настроить, подобрать распредвал в зависимости от степени сжатия, вида топлива – это все очень важно для получения реально высоких мощностей с литра (100-150 и выше) конечно с атмо мотора. На турбо немного другой принцип настройки и подбора распредвалов