вторник, 12 января 2016 г.

Выбор тюнингового распредвала для двигателя 2106

Девушка с распредвалом



Ключевым моментом для изменения технических характеристик двигателя, является подбор тюнингового РВ (распредвала) отличающегося от стандартного измененными фазами ГРМ. Именно от распредвала зависит количество поступающей топливной смеси, эффективность сгорания топлива и следовательно характер двигателя - верховой или низовой. Каждый "тюнингатор" знает, что достаточно заменить распредвал на верховой и его древний таз получит динамику на уровне недорогих иномарок, однако мало кто делает осознанный выбор распредвала по его характеристикам.

Для интересующихся постараюсь "без воды" объяснить что к чему, но сначала скажу: установка широкофазного распредвала на двигатель без увеличения статической степени сжатия - это совершенно не верное решение! Почему? Думаете из перекрытия? Нет! Прочитайте, ответ будет далее в тексте.

 Встав перед выбором тюнингового распредвала для установки на двигатель ВАЗ 2106, к сожалению столкнулся со сложностью выбора, так как в интернете нет полной информации. Все ответы сводятся на форумах: бери этот распредвал инфа 146%. Да, есть общая информация как все работает, к примеру как озвучил на своем канале Ютуб Влас Прудов: узкофазные валы это низовые валы, ну а широкофазные валы - верховые. Понятно что большая фаза, большее перекрытие и подъем клапанов помогает увеличить мощность, но как на практике, по каким параметрам будь то ширина фазы или перекрытия, выбирать например "гражданский" распредвал немного увеличивающий крутящий момент во всем диапазоне оборотов - информации нет.
Краткая информация по фазам ГРМ
Ознакомившись с представленной информацией в рунете, я разобрался в вопросе выбора и поделюсь с вами. Надеюсь пару статей на данную тему вы уже посчитали в интернете и знаете основные принципы, которые я не буду повторять. Итак, расскажу подробно на что влияют характеристики распредвалов.

Ширина фазы распредвала

I|- впуск, II - сжатие, III - рабочий ход , IV - выпуск
Это основной параметр, ширина фазы это продолжительность нахождения клапанов открытыми относительно вращения КВ. Чем дольше открыт впускной клапан, тем больше в цилиндр может поступить топливной смеси, соответственно двигатель сможет выдать больше мощности. Вот только увеличившаяся фаза не может взяться из ниоткуда, частично фаза впускного клапана расширяется за счет перекрытия - опережения открытия клапана в ВМТ, но основная часть фазы берется после прохождения поршня такта НМТ - уменьшая такт сжатия! Именно фаза закрытия впускного клапана является важным параметром в характеристиках РВ, так как большая фаза увеличивает количество топливной смеси, однако уменьшает давление цилиндре.

Узкая фаза

В варианте с маленькой фазой, впускной клапан закрывается сразу после прохода поршня НМТ, топливной смеси меньше выталкивается во впуск, такт сжатия большой - все это дает высокое давление в цилиндре, смесь сильнее сжимается и сгорает с высоким термическим КПД. Теперь повышаем обороты, здесь хоть КПД и остается высоким, но из за короткой фазы, смеси в цилиндр попадает ограниченное количество, двигатель не может развить высоких оборотов. Вот потому и называют такой двигатель "трактором".

Широкая фаза

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

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

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

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

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

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

Что изменится если на двигатель ВАЗ 2106 поставить распредвал 21213?

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

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

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

Подъем клапана

Здесь все будет проще, конечно вы слышали что чем больше открывается клапан, тем больше смеси может попасть в цилиндр и дать больше мощности, да это так, но это правило ограничивается пропускной способностью диаметра седла клапана. То есть, существует предел в 25% от размера клапана, более которого нет смысла увеличивать подъем клапана, большее открытие не пропустит большего количества смеси. Теперь посчитаем диаметр впускного клапана классической ГБЦ 37 мм. 25% из которого выходит 9.25 мм., распредвал же 2101 обеспечивает подъем клапана 9.5, что в теории достаточно в стоке. Конечно при замене седел на увеличенные и установки увеличенных клапанов подъем потребуется больший, но из за дороговизны этой операции этот вариант не рассматривается. Достаточно расширить седла, для этого и будет полезен увеличенный подъем клапана который имеют в тюнинговые распредвалы, но не рассчитывайте на существенное влияние.

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

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

Как сделать из стандартного распредвала спортивный


Доработка рокеров ваз классика

 Кстати, некоторые более высокие характеристики двигателя присущие спортивным распредвалам, можно получить на стандартном распредвале, доработав профиль рокеров для быстрого открывания клапана. Профиль рокеров в месте контакта с кулачками по умолчанию имеет округлую форму, если же сделать ее более плоской, клапан будет более резко открываться, соответственно будет открыт на максимум более длительное время, чем со стандартным профилем рокера.
Представьте, распредвал после открытия впускного клапана проворачивается на 30 град. и открывает клапан на 1 мм. при стандартном профиле рокера, с доработанным при этой же величине поворота РВ, клапан будет открыт уже на 2 мм., выходит что поступит больше смеси и мы легко получаем распредвал с более широкими фазами. Но к доработке надо отнестись внимательно, сделать открытие резким, а закрытие плавным, чтобы при закрытии клапан не оказался как на трамплине и не бил по седлу.

Перекрытие клапанов

Думаю вы уже в курсе, перекрытие клапанов, это момент когда впускной и выпускной клапана открыты одновременно. За счет инерции воздуха, отработавшие газы выходящие из камеры сгорания помогают наполнять цилиндр свежей топливной смесью. Этот параметр оказывает большое влияние на характер двигателя.

Большое перекрытие клапанов

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

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

Малое перекрытие клапанов

Валы с малым перекрытием называют овощными, хотя они тоже едут до определенных оборотов, но тяга более ровная во всем диапазоне. Причем в эту категорию попадают не только низовые валы, но и валы с увеличенной фазой, но невысоким перекрытием, например популярные распредвалы ОКБ-двигатель 74 и 680 имеющие перекрытие 1.4 мм., против 0.8 мм. у РВ 2101. Если вы не планируете участвовать в гонках на своем ВАЗ 2106, то не стоит увлекаться перекрытием более 1.7мм., такие двигатели порадуют вас возросшей динамикой, при небольшой потери тяги на низких оборотах и незначительным повышением расхода топлива.

Большая фаза или большое перекрытие?

Что же больше увеличит максимальную мощность большая фаза или перекрытие, попробуем разобраться. Понять то, как влияет ширина фазы и перекрытие клапанов проще всего на наглядном примере двух вазовских двигателей 21083 и 2111, имеющих практически одинаковую конструкцию, но разные фазы ГРМ. 
  • РВ 21083 — фаза впуска 292град.  перекрытие 0.4мм,
  • РВ 2110 — фаза впуска 256град., перекрытие 0.8мм.
Если задать вопрос в интернете представив только указанные цифры, не указывая сравниваемые двигатели, какой из распредвалов выдаст большую мощность, то смотря на ширину фазы любой скажет — однозначно РВ с фазой 292. Однако заглянем в тех.характеристики двигателей и увидим что — ДВС 21083 со стандартным широкофазным валом и малым перекрытием имеет максимальную мощность 69л.с. при 5600 об/мин, а двс 2111 с гораздо меньшей фазой РВ , но с большим перекрытием клапанов выдает мощность 77л.с. при 5400 об/мин. Из чего несложно сделать вывод — перекрытие клапанов так же как и фаза, значимо влияет на максимальную мощность!

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


Расчет требуемой степени сжатия

По характеристикам все, далее как вам стало понятно, фазы распредвала взаимосвязаны со статической степенью сжатия, но как же "не тыкать пальцем в небо" и определить для тюнингового распредвала требуемую ССЖ которая бы соответствовала октановому числу используемого топлива? Для этого существует техническое решение - расчет динамической степени сжатия. Расчет можно произвести в калькуляторе скачав по ссылке - https://yadi.sk/i/5EWQWMzemqd3L, введя необходимую информацию, увидим значения SCR  - статическая степень сжатия и DSR - динамическая степень сжатия. Калькулятор был найден в блоге https://www.drive2.ru/users/zhurikhin/ за что автору большое спасибо.
Результат расчетов для распредвала 2101
Введя все данные стокового двигателя ВАЗ 2106, получим значения SCR - 8.5, DSR - 7.5, что будем считать соответствует применению 92-го бензина. Теперь посмотрим что получится при установке распредвала ОКБ-двигатель 680 - изменив в калькуляторе значение закрытия впускного клапана на 78град., мы видим что значение DSR упало до 6.5. Опытным путем уменьшая объем камеры сгорания, добиваемся стокового значения DSR - 7.5 и видим, что для этого придется увеличить SCR почти до 10! То есть рекомендованная статическая степень сжатия при установке распредвала ОКБ-двигатель 680 - почти 10 и при этом мы остаемся на 92 бензине.
Результат расчетов для распредвала ОКБ-двигатель 680

Обратите внимание на нюансы

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

Отвечу на пару виртуальных вопросов по выбору распредвала для двигателя 2106

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

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

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

1 комментарий :

Александр Цветошенко комментирует...

Добрый день! Подскажите пожалалуйста что нить по установке окб 680...