Pisząc o zwiększaniu mocy silników, nie sposób nie poruszyć tematu wałków rozrządu, ponieważ w kwestii generowania mocy mają ogromny udział. A wszystko za sprawą sterowania zaworami ssącymi i wydechowymi poprzez posiadane krzywki. Owe sterowanie zaworami odbywa się różnie w zależności od konstrukcji silnika. Albo przez współpracę krzywek z różnej konstrukcji popychaczami, albo przez współpracę krzywek z różnej konstrukcji jednostronnie podpartymi dźwigienkami. Jednak niezależnie od zastosowanego rozwiązania, ze względu na charakter drgań własnych sprężyn zaworowych, przebieg wzniosu zaworów realizowany jest symetrycznie, choć spełnienie tego warunku w przypadku współpracy krzywek ze zmieniającymi kąt jednostronnie podpartymi dźwigienkami, wymaga krzywek o profilu niesymetrycznym i to tym bardziej im większy jest wznios krzywki. Parametrami opisującymi krzywkę są: kąt otwarcia, wznios oraz tzw. wypełnienie, które jest liczbą określającą stosunek powierzchni pod krzywą wzniosu do powierzchni prostokąta na tej krzywej opisanego. Poniżej przykładowy wykres dwóch krzywek o tym samym kącie i wzniosie, lecz różnym wypełnieniu.

 

Wszystkie te w/w parametry krzywki maja wpływ na moc i przebieg charakterystyki silnika. Dlatego ich znajomość potrzebna jest do tego, żeby w doborze wałków rozrządu nie poruszać się po omacku, zdając na czuja lub przypadek. Teoretycznie, mierzone w stopniach ustawienie krzywek ssących i wydechowych względem siebie i względem wału korbowego silnika przedstawiają tzw. czasy rozrządu podawane przez producenta, których standardowa forma zapisu wygląda następująco: OS/ZS OW/ZW, gdzie: OS – kąt otwarcia zaworu ssącego przed GMP (Górnym Martwym Puntem) położenia tłoka ZS – kąt zamknięcia zaworu ssącego po DMP (Dolnym Martwym Punkcie) położenia tłoka OW – kat otwarcia zaworu wydechowego przed DMP ZW – Kąt zamknięcia zaworu wydechowego po GMP Jednak praktycznie podawane w opisach technicznych czasy rozrządu zazwyczaj niewiele mają wspólnego z rzeczywistymi czasami, na których silnik pracuje. Służą jedynie do kontroli poprawności ustawienia wałków. A ponieważ w przypadku modyfikacji silnika sprawą podstawową jest znajomość rzeczywistych seryjnych czasów rozrządu jako punktów wyjścia do stosownych obliczeń, więc rzeczywiste czasy i przebieg wzniosu zaworu mierzony w funkcji obrotu wałka rozrządu… należy zmierzyć samemu. Najlepszym sposobem precyzyjnego określenia parametrów krzywki jest sporządzenie jej wykresu na podstawie pomiaru jej wzniosu w funkcji kąta obrotu. Oczywiście można to zrobić na kilka sposobów, jednak najdokładniejszy pomiar można uzyskać na specjalnie do tego celu przygotowanym przyrządzie (zdjęcie poniżej).


Pomiar_walka_21

 

 

Pomiar umożliwia sporządzenie tzw. tabeli wzniosu, a na jej podstawie wykresu. Aby tabela przedstawiała rzeczywisty przebieg wzniosu zaworów występujący w modyfikowanym silniku, przed pomiarem należy dorobić do czujnika zegarowego końcówkę odzwierciedlającą współpracującą w silniku z krzywką część. A więc np. w przypadku, gdy krzywka współpracuje w silniku z płaskim popychaczem powinien to być płaski talerzyk o identycznej jak popychacz średnicy (przykład na zdjęciu).

Pomiar_walka_1

 

Oczywiście w przypadku silnika, w którym krzywka współpracuje z rolką lub dźwigienką z promieniowo wypukłym ślizgiem, końcówka czujnika zegarowego powinna mieć identyczny promień. Następnie czujnik należy ustawić w osi wałka rozrządu, wyzerować go na kole podstaw i wykonać pomiar obracając wałek co 1 stopień i z możliwie największa dokładnością odczytując wskazania czujnika. Wyniki zapisując np. w tabeli Excela, co umożliwi nam nie tylko szybkie i bezproblemowe uzyskanie wykresu przebiegu wzniosu, ale również wyliczenie i sporządzenie wykresu prędkości współpracującej z krzywką części, a także występujących na niej przyspieszeń. Poniżej typowy wykres wzniosu krzywki.

image001-300x163 

 Wykres (jak każdy tego typu) składa się z trzech części: nabiegu, efektywnego wzniosu i zbiegu. Nabiegi i zbiegi, to te w zasadzie linie proste, pod niewielkimi kątami nachylone do osi poziomej x, przy czym najczęściej zbiegi są dłuższe od nabiegów. Generalnie ich długości zależą od typu i przeznaczenia krzywki w myśl zasady: im krótsza i bardziej dupowozowa krzywka, tym dłuższe i łagodniej pochylone nabiegi i zbiegi. A wszystko po to, aby rozrząd z regulacją ręczną luzu ciszej pracował i był bardziej odporny na niedokładności regulacji luzów zaworowych. Nabieg służy do łagodnego kasowania luzu zaworowego, zapobiegając hałasowi i wybijaniu się krzywki oraz współpracującej z nią części. Efektywny wznios współtworzy charakterystykę silnika wraz z jego mocą maksymalną, natomiast zbieg służy do łagodnego osadzania zamykającego się zaworu w gnieździe zaworowym, zapobiegając wybijaniu się przylgni zaworowych i w skrajnych przypadkach ew. urywaniu się zaworowych grzybków. W kwestii osiągów silnika owe nabiegi i zbiegi zdecydowanie bardziej szkodzą niż pomagają i bez przesady można przyjąć, że są niejako złem koniecznym. Rozszczelniają jedynie zawory nie umożliwiając efektywnego przepływu, a jednocześnie skracają czas oddawania ciepła przez grzybek zaworu do gniazda co niekorzystnie podnosi temperaturę zaworów zwiększając skłonność silnika do spalania stukowego. W skrajnych przypadkach długie nabiegi i zbiegi mogą prowadzić do nadpalenia gniazd i zaworów powodując utratę szczelności. Z tego powodu nie należy stosować mniejszych luzów zaworowych od tych, które zaleca producent silnika. Punkt przejścia nabiegu w efektywny wznios wyznacza efektywny czas otwarcia zaworu. Natomiast punkt przejścia efektywnego wzniosu w zbieg wyznacza efektywny czas zamknięcia zaworu. Zaś razem punkty te wyznaczają tzw. luz kontrolny wałka i jego rzeczywiste czasy rozrządu. W zastosowaniu do sportu wielkości roboczych luzów zaworowych powinny być minimalnie mniejsze od luzu kontrolnego. Mankamenty wynikające z niekorzystnego wpływu nabiegów i zbiegów na osiągi silnika usuwa hydrauliczne kasowanie luzów zaworowych, ponieważ pracująca niemal bez luzu krzywka umożliwia skrócenie nabiegu i zbiegu do niezbędnego minimum. Jednak w większości przypadków elementy hydraulicznego kasowania luzu zaworowego umieszczone są w popychaczach lub innych ruchomych częściach układów rozrządu i są na tyle ciężkie, że uniemożliwiają zastosowanie ich w silnikach wysokoobrotowych. Wyjątek stanowią konstrukcje z dźwigienkami jednostronnie podpartymi, w których ciężkie elementy hydraulicznej regulacji stanowią podparcie dźwigienki i praktycznie nie biorąc udziału w ich ruchu, nie ograniczają swoją bezwładnością ich pracy przy wysokich obrotach. Poniżej trzy identyczne wykresy wzniosu krzywki (linia niebieska), każdy z nałożonym wykresem prędkości współpracującej z krzywką części (linia czerwona) oraz wykresem przyspieszeń działających na współpracującą z krzywką częścią (linia zielona). Na pierwszym wykresie zaznaczona jest kolumna B z wprowadzonymi wartościami wzniosu.

SAMSUNG

 

 

Na drugim wykresie zaznaczona jest kolumna C z wartościami prędkości i wzorem obliczania.

 

SAMSUNG

 

Na trzecim wykresie zaznaczona jest kolumna D z wartościami przyspieszeń i wzorem obliczania.

kol

 

Punkt przecięcia zielonej linii przyspieszeń z granatową linią wzniosu od strony zbiegu, wyznacza kąt zamknięcia zaworu 79 stopni. Jednocześnie wartość tego punktu na pionowej osi Y wyznacza maksymalną wielkość roboczego luzu zaworowego.

Wykres przyspieszeń nałożony na wykres wzniosu jest najbardziej precyzyjnym sposobem określania rzeczywistego kąta całkowitego otwarcia krzywki oraz maksymalnej wartości luzu roboczego.

 

Ustawienie krzywek ssących

Dla konkretnego silnika jest tylko jedno optymalne ustawienie konkretnych krzywek rozrządu. Ustawienie to można wyliczyć lub eksperymentalnie dobrać na hamowni. Oczywiście wyliczenie jest dokładniejsze, tysiąckroć szybsze i mniej upierdliwe, choć w przeciwieństwie do hamownianych eksperymentów wymaga znajomości rzeczywistego kąta całkowitego otwarcia krzywek ustawianego wałka, pola powierzchni szczelin zaworowych przy maksymalnym wzniosie oraz pola powierzchni najwęższego przekroju w układzie. Są dwa sposoby wyliczania optymalnego ustawienia krzywek wałka rozrządu. Jeden można by nazwać bezwzględnym, a drugi względnym. Sposobem bezwzględnym wylicza się optymalne ustawienie wałka bez względu na to jak w seryjnym silniku ustawiony jest seryjny wałek. W sposobie tym o ustawieniu krzywek decyduje stosunek maksymalnej powierzchni szczeliny zaworowej zaworu ssącego (lub sumy powierzchni szczelin zaworowych jeżeli zawory są dwa lub trzy), do powierzchni najmniejszego przekroju w układzie. W sposobie bezwzględnym w przypadku krzywki ssącej obliczenia dotyczą wyłącznie kąta otwarcia zaworu. Kąt zamknięcia jest wynikowy i wynika z odjęcia od całkowitego kąta otwarcia krzywki 180 stopni oraz wyliczonego kąta otwarcia.

Jeżeli:
K = całkowity kąt otwarcia krzywki ssącej
Z = maks. powierzchnia zaworowej szczeliny ssącej, lub sumy szczelin (gdy zawory są dwa lub więcej)
S = minimalna powierzchnia przekroju w układzie ssącym

To optymalny kąt otwarcia zaworu ssącego OS obliczamy tak:

OS =K/((Z/S)^0,25+1)-90

 

Kąt współotwarcia zaworów

Miarą usportowienia/charakteru czasów wałka, lub wałków ,  jest wielkość kąta współotwarcia zaworów, ponieważ po pierwsze kąt ten tworzy niejako dodatkowe zawory z gniazdami, ułatwiające opróżnianie cylindra że spalin oraz zasysanie świeżego ładunku. A po drugie kąt ten decyduje o możliwym do wykorzystania zakresie działania falowego wydechu. Ogólnie można przyjąć, że jeżeli kąt współotwarcia zaworów (mierzony na wale korbowym silnika) zawiera się w granicach 0°- 40° stopni, to wałek jest stricte dupowozowy. Wg tej klasyfikacji szczytowy wałek dupowozowy o kącie między osiami krzywek 220° ma czasy 20°/60° 60°/20°.

Jeżeli współotwarcie zaworów zawiera się w granicach 40°- 80° stopni, to wałek jest sportowo-rajdowy i tu za szczytowy może robić wałek o czasach 40°/80° 80°/40°. Zaś wszystko co powyżej 80° współotwarcia, to wałki wyścigowo-wyczynowe, których współotwarcie w skrajnych przypadkach potrafi osiągać 120°, a nawet nieco więcej. Wałki wyścigowo-wyczynowe nie tylko umożliwiają wykorzystanie zjawisk falowych w bardzo dużym zakresie obrotów, lecz również umożliwiają w dużym stopniu wzajemne wspomaganie się układów ssących i wydechowych, co oczywiście skutkuje wysoką mocą.

Na wysokich obrotach silników gaźnikowych owe wzajemne wspomaganie objawia się chmurą paliwa przed ich wlotami i hałasem wydechu wydobywającym się z układu ssącego, natomiast na wolnych obrotach łatwo wyczuć działanie ssące wydechu po przysłonięciu dłonią wylotu spalin do atmosfery.   cdn.