Давайте попробуем разобраться в вопросе проектирования распределительного вала. Самого обычного, как говорится «стокового», для совершенно обычного мотора, без претензий на гоночные качества или супер экономичность. Представили себе такой?
Так вот для того, чтобы спроектировать что-то для массового производства нужны первоначальные расчёты. Основой для этих расчётов (в частности, распределительного вала) служат теоретические параметры системы привода ГРМ, такие как скорость и ускорение клапана, ход клапана и некоторые другие. В зависимости от скорости и ускорения клапана выбираются клапанные пружины определенной жесткости, а ход клапана во многом определяет наполнение цилиндра, а также форму камеры сгорания и днища поршня. Как раз с учетом всех этих параметров: скорость, ускорение, перемещение клапана и происходит расчёт, а также посторенние профиля кулачка.
Так же при проектировании сразу учитываются и параметры оборудования для производства – диаметр копировального ролика станка для обработки кулачков. И после получения габаритных параметров кулачка компоновка двигателя может еще раз корректироваться, для уточнения или изменения сопрягаемых с кулачком распредвала деталей, участвующих в процессе. Это может быть высота пружин, подбор геометрических параметров и видов (типов) толкателей и средств регулировки в приводе, что в свою очередь определяет геометрическое место оси распредвала. Как видите, все параметры жестко связаны и изменение любого из них, без изменения остальных габаритов системы, вероятнее всего приведет к потере или ухудшению функционала.
Для «тюнинга» распределительно вала, обычно (чаще всего) прибегают к изменению (перешлифовке) профиля кулачка. Это самый простой и быстрый способ изменить параметр «ход толкателя» который на прямую влияет на наполнение цилиндра и в итоге на мощность двигателя.
Суть метода заключается в том, что диаметр цилиндрической части кулачка – базы, уменьшают. Полученный новый профиль, по средствам механической обработки, сопрягают с прежним профилем. После этих изменений получается, по сути, новый распределительный вал с новыми характеристиками – получается вал в стандартном форм факторе с увеличенным ходом толкателя.
В-А = ход толкателя стандартного вала
и
(В-Х) – (А-2Х) = новый ход толкателя.
Хотелось бы отметить, что данный метод способен изменить ход толкателя в пределах 1,5 – 2,0 мм. Большие величины при таком методе достижимы, но сопряжены с трудностями, описанными ниже.
Описанный метод не требует изменения параметров поршня, камеры сгорания, и изменения геометрического места оси распределительного вала (последнее просто невозможно) - то есть основные параметры двигателя можно не менять. Так же не требуется дорогостоящего оборудования для механической обработки кулачков. Все это безусловно является плюсами метода. Однако, при очевидной простоте, он таит в себе ряд скрытых проблем. Возможно, потребуется изменение жёсткости пружин из-за критически увеличившихся значений ускорения толкателя, что может привести к разрыву кинематической цепи (то есть при открытии клапана силы инерции настолько велики что превышают силы жесткости пружины – происходит отрыв толкателя от кулачка). При снижении сил инерции в мертвой точке, силы инерции падают настолько значительно, что контакт толкателя с профилем кулачка, под действием силы пружины, происходит с ударом. Это вызывает вибрацию и шум в приводе. Разумеется, такое может происходить на определённых, мощностных режимах, а может и не происходить вовсе, но наличие такой неприятной ситуации может быть выявлено только опытным путем.
Допустим, разрыв кинематической цепочки выявлен. Существует ли решение? Решение есть – это замена комплекта пружин на более жесткие, или установка шайб определенной толщины под имеющиеся пружины. Данные изменения, вносимые в конструкцию ДВС, как то, изменение жесткости пружин и изменение профиля кулачков вызывают так же увеличение механических потерь на привод самого распределительного вала, что ведет к внутренним потерям мощности.
Так же возможно возникновение проблем с регулировкой привода, из-за уменьшения базы кулачка распределительного вала. Такие проблемы так же решаемы. Уменьшение базы кулачка может быть компенсировано увеличением толщины регулировочного пакета (если речь идет о механическом толкателе) что не желательно из-за увеличения подпружиненных масс. Это опять же может привести к разрыву кинематической цепи (см описание выше). Использование специальных проставок в приводе решает эту проблему.
Для ряда моторов, возможно приобретение распределительных валов с нестандартным профилем кулачка, полученным с применением всех расчётов и заводских технологий. Часто это не только один распределительный вал – а некий комплект, законченное техническое решение, со всеми необходимыми деталями и пояснениями к установке. Данное решение, конечно, намного дороже, но зато и результат более предсказуем.
Тюнинг распределительного вала – процедура очень интересная, и требует большого количества времени, средств и знаний во областях двигателестроения и металлообработки. Зная и понимая все эти тонкости, можно получить распределительный вал для своих целей и задач. Готовое решение – так же имеет право на жизнь, оно проще, сточки зрения предсказуемости результата, что так же не мало важно.