Разрезная шестерня

Сдвиг по фазе или странные игры с разрезанной шестеренкой.

Умный Электрик мечтал о 3-х фазной женщине: в гостях-красавица, на кухне-хозяйка, в постели-куртизанка. Нашел. Дама оказалась со сдвигом по фазе: куртизанка в гостях, красавица-на кухне, хозяйка в постели… Ничуть не меньше проблем, можно получить при проверке фаз газораспределения на стандартной машине.

Вопрос о том, когда мотор работает лучше - при фазах, сдвинутых вперед или назад, не правомерен. Именно соблюдение эффективных фаз газораспределения (ФГР) обеспечивает оптимальные характеристики силового агрегата. Применение разрезанной шестерни распредвала, пришедшей к нам из спорта, дает возможность не ослабляя натяжения ремня ГРМ, изменить положение распредвала относительно коленвала. Причем шаг настройки калибруется на десятые доли градуса.
Мощность и крутящий момент двигателя определяются его механической частью: рабочим объемом; проходными сечениями каналов и длиной систем впуска и выпуска; ФГР - периодами открытого и закрытого состояния клапанов, выраженные в градусах поворота коленвала относительно верхней и нижней мертвых точек (ВМТ и НМТ). ФГР обычно изображают в виде круговых диаграмм. Для простоты рассмотрим ФГР двигателя ВАЗ 21083 объемом 1500 см3 со стандартным распредвалом 2108 и зазорами 0,2±0,05мм впускных и 0,35±0,05мм выпускных клапанов (рис. 1) Хотя все нижеизложенное имеет большое практическое значение для любого 4-ех тактного двигателя внутреннего сгорания

Как видим моменты открытия-закрытия клапанов несколько раньше прихода поршня в ВМТ (на 33o), а закрывается значительно позже, чем поршень пройдет НМТ (на угол 80o). Во впускном канале, перед клапаном, скорость потока топливовоздушной смеси переменная - от нуля при закрытом клапане до 100 м/c при открытом. Поэтому при завершении такта впуска, впускной клапан закрывается после достижения поршнем НМТ, когда он уже идет вверх, сжимая горючую смесь, при этом на высоких оборотах возникает эффект газодинамического наддува - инерционный подпор потока свежей смеси способствует уплотнению заряда, улучшая наполнение цилиндра свежей рабочей смесью. Следовательно угол запаздывания закрытия после НМТ впускного клапана (Угол газодинамического наддува Г=80o) - один из основных параметров распредвала. Не менее важный параметр - угол перекрытия клапанов (П=33o+17o=50o). Впускной клапан начинает открываться до достижения поршнем ВМТ, пока еще идет такт выпуска и поршень движется вверх, вытесняя из камеры сгорания отработавшие газы. При этом наступает перекрытие клапанов, когда впускной и выпускной клапан одновременно открыты и разрежение, которое создается в выпускном коллекторе подхватывает свежую смесь в цилиндр, улучшая его наполнение. Причем, возникающий при этом эффект продувки цилиндров, выражен тем сильнее, чем больше обороты двигателя. Монтаж разрезанной шестерни рекомендуется по 2 причинам:

1. При крупносерийном производстве двигателей отклонения размеров деталей от заданных чертежей неизбежны. За счет отклонения размеров деталей механизма газораспределения и кривошипно-шатунного механизма, фактические ФГР двигателя одной модели могут отличаться от номинальных до ±10o по коленвалу, что составляет погрешность в пределах одного зуба на распред шестерне. Для компенсации такой погрешности в нашей лаборатории практикуется установка разрезанной шестерни, позволяющей изменить положение ее зубчатого венца относительно ступицы с шагом 0, в отличии от заводской сплошной шестерни, которая фиксируется только в одном положении и отойти от него можно лишь на зуб вперед или назад с шагом 17o по коленвалу. Как следствие - заметная потеря в мощности и моменте вместо предполагаемой прибавки.

2. применение тюнинговых и спортивных распредвалов с увеличенным подъемом кулачков и измененным профилем. Установка такого вала со стандартной шестерней дает прибавку по мощности и моменту. Настройка такого на эффективные ФГР при помощи разрезанной шестерни добавляет еще 3% по мощности.

В качестве примера рассмотрим последовательность настройки эффективных ФГР из условия обеспечения промежуточного варианта. Необходимо совместить точку мах перекрытия клапанов с ВМТ. Для этого распредвал поворачивается на 8o (рис 2). Следовательно угол газодинамического наддува Г составляет уже 80+8=88o, что позволит дозаряжать цилиндр, улучшая наполнение на высоких оборотах. Необходимо также учитывать, что слишком раннее открытие впускных клапанов при работе на малых и средних оборотах, ухудшает наполнение цилиндров - выхлопные газы проникают во впускной коллектор и сильно обедняют свежую смесь. Поэтому, уменьшив в результате поворота распредвала на 8o (грубо говоря - на пол зуба шестерни) угол опережения открытия впускного клапана до ВМТ, улучшим воспламеняемость горючей смеси в режиме частичных нагрузок. Результаты испытаний на мощностном стенде показывают, что настройка эффективных ФГР на стандартном распредвале дает прибавку по мощности и крутящему моменту до 3% ! без замены распредвала ! А при настройке на экстримальное значение (мощность или крутящий момент) - до 5%. Следует отметить, что при управлении клапанами с помощью одного распредвала можно вести речь о эффективной настройке ФГР или только для впускных (что мы с вами только что проделали) или для выпускных клапанов. На двигателях, где управление впускными и выпускными клапанами осуществляется отдельными распредвалами (! внимание владельцев 16-ти клапанников !) подбор эффективных ФГР позволяет получить гарантированную прибавку по мощности и крутящему моменту до 7%.

Разрезанные шестеренки для ВАЗ 2108-2110 и ВАЗ-Классика.

Разрезная шестерня на ЗМЗ 402.