Балансировка распредвала

Все знают, что распределительный вал – это прецизионный узел двигателя, обработанный с очень малыми допусками, а его главная функция – открывать и закрывать впускные и выпускные клапаны в точно «назначенные» моменты. Мы также знаем, что у производителей распредвалов работают конструкторы, чья главная обязанность состоит в разработке кулачков такого профиля, чтобы оптимизировать газообмен в двигателе. Но многие ли из вас знают, что качественная балансировка распредвала поможет увеличить мощность?

Сейчас большинство производителей двигателей делают основной акцент на «высокотехнологичном покрытии» деталей и разнообразных химикатах для «снижения трения», считая их реальными способами увеличения мощности. На самом деле эти способы лишь сокращают потери на трение в автомобильном моторе, а не увеличивают реальную мощность.

Мы четко понимаем, что, поскольку производители распредвалов разработали разные экзотические профили кулачков, прочие детали газораспределительного механизма также необходимо доработать, чтобы справляться с увеличением хода клапана и радикальной геометрией кулачка. Клапанные пружины, сухари, коромысла, штанги и толкатели тоже изменились очень сильно, благодаря новым видам конструкций и/или снижению веса.

Однако до сих пор оставалась незамеченной одна область: балансировка распредвала – или, что важнее, характеристика распредвала, когда он не сбалансирован. Большинство производителей двигателей полагают, что в силу высокого уровня проработки конструкции и точности обработки распредвалы обычно не требуется балансировать. Еще одно заблуждение – отсутствие понимания, какие силы и с какой частотой воздействуют на распредвалы. И, наконец, распредвал вращается лишь в два раза медленнее коленвала. Этому обстоятельству тоже придается мало значения, а то и вовсе никакого!

Поэтому утверждаем: теоретически, каждый распредвал изначально не сбалансирован. Мы проверили на балансировочном станке сотни распредвалов и у всех был больший или меньший дисбаланс. Даже два одинаковых распредвала различаются по величине дисбаланса. Вы можете сказать, что это неправда, в силу точности новых станков с ЧПУ для шлифования кулачков; но проблема дисбаланса, в целом, проистекает не из результатов обработки, а возникает еще при изготовлении (отливке или ковке) заготовки.

На заготовках распредвалов есть «базовые» поверхности – с каждого конца. Шейки подшипников и базовые окружности кулачков обрабатываются именно от этих поверхностей. В этом случае «центр масс» распредвал не совпадает с осью вращения и, поэтому, не избежать дисбаланса при вращении распредвала.

Когда распредвал не сбалансирован, нам нужно знать амплитуду и величину действующих сил и их расположение по отношению друг к другу. 60-миллиметровый распредвал Roller, показанный выше, проверили на балансировочном станке CWT Multi-Bal 5000.

И получилось, что слева дисбаланс составил 34,2 г, а справа – 47,4 г, причем «тяжелые» элементы распредвала не противоположны друг другу – угол между ними 87°. Поэтому при вращении распредвала возникает изгибающий момент. Обратите внимание на скорректированный отчет ниже, указывающий, что дисбаланс был практически устранен, и остаточный дисбаланс – парный, т. е. противолежащий на 180°, что компенсирует действие двух противоположных сил.

Но вернемся к изначальному дисбалансу: при вращении распредвала со скоростью 4000 об/мин (половина от оборотов коленвала – 8000 об/мин), слева возникает сила в 15,57 кг, а справа – 21,61 кг, и обе они пульсируют с частотой более 66 Гц. Обычно этого достаточно, чтобы распредвал «вошел» в резонанс и роликовый толкатель начнет подскакивать на поверхности кулачка. И, скорее всего, это приведет к тому, что закон движения клапана окажется нарушен, т. е. детали привода клапана не будут следовать профилю кулачка. Причем клапанная пружина также начнет «резонировать», поэтому клапан будет открываться и закрываться ненадлежащим образом.

В итоге – в заранее неизвестный момент и с неопределенной скоростью вращения, двигатель потеряет мощность. Мы увидели это на внешней скоростной характеристике, при снятии показателей мощности и крутящего момента на динамометрическом стенде. Правда, некоторые производители двигателей утверждали, что подобные нарушения могут быть связаны со нарушением сгорания из-за некачественного топлива и/или плохо спроектированной системы впуска.

Впрочем, даже если впускная система переделана, то аномалия, связанная с вращением несбалансированного распредвала все равно никуда не денется и газораспределительный механизм все равно нуждается в доработке.

Следует учитывать, что балансировка распредвала не может решить все возможные проблемы газораспределительного механизма, та как в ГРМ существует множество других движущихся деталей, каждая со своей собственной частотой, возбуждаемой по иным причинам (вибрация коромысел, «плавающая» пружина клапана, деформация штанг и избыточные зазоры в приводе). Но балансировка распредвала устраняет одну из переменных, которая мешает нормальной работе вашего двигателя.

Для скептиков, которые до сих пор полагают, что дисбаланс распредвала никак не связан с увеличением мощности – мы согласны, что мощность не увеличится. Но качественная балансировка любой вращающейся массы в двигателе положительно влияет на его работу.

Балансировать распредвал можно разными методами:

- первый – это доработать распределительный механизм, сняв металл в нужном месте;

- второй – высверлить металл из области опорной шейки вала или, наоборот, добавить вес, сначала просверлив отверстия в теле вала, а затем залить их свинцом.

- и третий – добавить внешний грузик определенной массы к самому валу, с использованием специального адаптера, прикрепленного к нужному месту вала.