12 мая 2008

Основа основ форсирования (или дефорсирования) мотора – правильный выбор фаз газораспределения. Именно характер распредвалов – «моментный» либо «скоростной» в той или иной степени – определяет выбор и настройку большинства узлов и систем двигателя и трансмиссии. Более того, профиль и взаиморасположение кулачков – это и есть та самая «печка», от которой «пляшут» при сколько-нибудь серьезном тюнинге силового агрегата. «Печка», предопределяющая характер будущего мотора, а значит – и мотоцикла в целом.

Дилемма, блин!
Как говаривал бесноватый Алоизыч, «Шагнем назад, в детство…». Точнее, в курс физики 6 класса. Тогда цикл Отто нам подавали как строгое чередование тактов: впуск-сжатие-расширение-выпуск. Но то – начальные понятия для очень средней школы. В действительности же все выглядит несколько иначе, чем на самом деле: достаточно взглянуть на индикаторную диаграмму любого реального четырехтактника, будь то Rotax R152 или ВАЗ-21083, чтобы понять, что в действительности эти такты накладываются друг на друга. Для нас же особое значение имеет «накладка» фаз выпуска и впуска.

Итак, идет выпуск, поршню еще далеко до ВМТ, и тут… открываются впускные клапаны. Более того, выпускные клапаны закроются куда позже этой самой мертвой точки, после того, как коленвал повернется градусов на 15-35! Эту «субфазу», когда открыты все клапаны, мотористы называют «динамическим перекрытием».

Дело в том, что удалить отработавшие газы и запустить горючую смесь без перекрытия можно, но эффективность такого газообмена крайне низкая. Поэтому прибегают к эжекционному эффекту: вылетающие в выхлопную трубу газы создают разрежение, благодаря чему горючая смесь начинает всасываться еще до ВМТ. Это позволяет улучшить как наполнение цилиндра свежей смесью, так и очистку его от выхлопных газов.

Получается – делай фазы пошире, и все путем? Увы, недостатки распредвалов с большим динамическим перекрытием ничуть не менее весомы, чем их преимущества. Дело в том, что динамическая продувка возможна только начиная с определенных для данного двигателя частот вращения коленвала. На оборотах, меньше расчетных, инерция газов ниже, а значит, горючая смесь вполне может не пойти в цилиндр, встретив в камере сгорания препятствие в виде выхлопных газов, еще и не успевших послушно вылететь в трубу. Результат – резкое падение коэффициента наполнения на малых оборотах, что на практике означает недобор мощности на низах и середине. В экстремальных случаях мотор начинает нормально работать только на больших оборотах, а попытки выправить положение настройками системы питания влекут за собой немыслимый рост «аппетита»: через это самое перекрытие фаз свежеприготовленная горючая смесь вылетает прямиком в выхлопную трубу с легкостью необыкновенной. И не только вылетает, но и начинает самовоспламеняться от раскаленных деталей системы выпуска, оповещая о себе громкими хлопками.

А теперь – ахтунг! Описанный «перепад в настроении» мотора будет тем чувствительнее, чем конструкция его головки… совершеннее, то есть чем выше проходные сечения впускных каналов. Идефикс создателей всех без исключения моторов – снижение потерь на всасывание – работает против эластичности. Ведь максимальное сечение каналов влечет минимальное разрежение внутри них, а значит – минимальную скорость потока (точнее, потоков: выхлопных газов и рабочей смеси). Учтем при этом, что перекрытие фаз – удел не только «крутильных» движков, и придем к неутешительному выводу: чем сильнее проточена головка и чем «острее» профиль кулачков (то есть – чем выше подъем клапанов), тем быстрее «вянет на низах» мотор и тем выше частоты, на которых начинается эффективный газообмен.

Более того, малые скорости потоков влекут еще одну неприятность: свежая горючая смесь практически не перемешивается с остатками выхлопных газов (как вы понимаете, полной очистки цилиндра от отработавших газов не бывает, как бы ни был совершенен мотор). В результате рабочая смесь (свежая) получается недостаточно однородной, что качественного сгорания, сами понимаете, не обеспечивает ну никак. А это – недобор мощности, перебои на переходных режимах и куча неприятностей вроде тех же хлопков в выпускной системе и перерасхода топлива.

Такая вот дилемма получается: поставишь распредвал с узкими фазами и малым подъемом клапанов – тяга на низах будет ломовая, но на верхах движок задохнется. Влепишь «острый» распредвал, с максимальными перекрытием и подъемом – на предельных частотах движок будет петь, зато на низах сдуется, как Геринг под конвоем трибунала. Универсальное решение – регулируемые фазы – решает проблему кавалерийским наскоком, но слишком сложно, а потому применяется далеко не на всех моторах (а делать такое в порядке тюнинга, хм, проблематично). Приходится каждый раз решать, чему отдать преимущество, точнее, каким режимам работы мотора. И если при тюнинге круизеров часто отдается преимущество «крутильным» распредвалам (низов у тех моторов в избытке, почему бы не пожертвовать их частью?), то, создавая стрит или приспосабливая спортбайк для «марш-бросков», многие сознательно отказываются от нескольких (а то и десятка!) сил ради хорошей середины.

Впрочем, динамическое перекрытие фаз, точнее, его величина – для каждого вала вещь далеко не фиксированная. Дело в том, что большинство приличных валов комплектуются разрезными (венец + ступица) звездочками, позволяющими при настройке проворачивать валы, не снимая приводной цепи. Особенно вольготно живется тем, у кого головка двухвальная, тогда можно, не трогая фаз на впуске, «играть» выпускным валом практически свободно. В случае же одновальной «головы», проворачивая вал в сторону меньшего перекрытия, тем самым заужается и фаза впуска, что требует более компромиссных решений при окончательном выборе угла установки вала. Впрочем, компромисс, как вы заметили, в тюнинге ГРМ – понятие ключевое. Тут куда ни кинь…

Еще цветочки!
Выбор фаз и величины подъема клапанов – это хоть и основная, но далеко не единственная задача, которую придется решать при замене распредвала. Например, придется тщательно озаботиться репутацией производителя этого самого вала. Это у нас любой выпускник машиностроительного вуза способен просчитать профиль кулачка на ускорение толкателя. У них, может, тоже многие способны, но не всегда этим занимаются. Вспомните хотя бы хрестоматийный пример с моторами «Жигулей». Тогда итальянцы, озадаченные требованиями наших специалистов форсировать мотор, не стали утруждать себя разработкой профиля кулачков с расширенными фазами, а просто влепили в середину этого профиля небольшие цилиндрические участки. Казалось бы мелочь, но этого хватило, чтобы толкатель при каждом цикле на сотые доли миллиметров отходил от кулачка. Итог – кончина распредвала впятеро быстрее положенного. И это далеко не единичный пример. В тюнинге таких случаев сколько угодно.

Но даже если валы спроектированы умищами из HRC, расслабляться не стоит. Особенно в случае установки «острого» – с увеличенным подъемом – вала. Ускорения толкателей и клапанов здесь будут в любом случае намного выше, чем со стандартным валом, как за счет большей крутизны профиля, так и за счет простого роста номинальных оборотов двигателя (а также «благодаря» тому, что этими самыми номинальными оборотами вы теперь будете пользоваться куда чаще!). Поэтому замене подлежат, как минимум, пружины клапанов, а главное – сами клапаны. Причин тому две: большие клапаны и инерцию имеют большую, а значит, больше подвергнуты риску обрыва. А во-вторых, увеличение подъема клапанов имеет свой разумный предел, равный ¼ диаметра проходного сечения канала. Подъем выше (а, как правило, у «крутильных» валов он выше: на заводе-то тоже не олухи сидят, и подъем клапанов «родных» валов проектируют, исходя именно из этого соотношения!) – ставь клапаны увеличенного диаметра, предварительно прошарошив каналы в головке. Как видим, в большинстве случаев установка «крутильных» распредвалов – лишь отправная точка для создания нового мотора на базе стандартного. А такой мотор часто подразумевает переделки всего и вся: от проточки головки до замены шатунно-поршневой группы. Не говоря уже о таких «мелочах», как установка новой системы питания – апджеттингом стандартных карбов здесь в большинстве случаев не обойтись. И это уже будет совершенно иной мотор, качественно отличающийся от стандартного, какие бы фильтры и «штаны» на том не стояли.

текст: .Stinger МотоРевю 2003