Cуть изобретения Кулачек привода клапана по патенту 1237778.

Как только возникает необходимость освоить проектирование кулачков распределительного вала, приходится опереться на соответствующую теорию расчета, в основе которой лежит какая то идея. Раньше, лет тридцать назад, задача спроектировать кулачок воспринималась по иному - не было мощных персональных ЭВМ. Тут уж не до тщательного анализа вариантов. Наверное и методики расчета соответствовали вычислительным возможностям. Широко использовался "кулачок Курца", который можно было посчитать вручную (2-я производная у него составлена из кусков синусоиды и параболы). Американцы придумали "полидайн" - кулачок, профиль которого описан полиномом высокой степени. Есть патент на профиль, в основе которого лежит ряд Фурье. Так как данное изобретение инициировал известный дефект - износ кулачков жигулевского распредвала, причиной которого стала негладкость профиля, то и основной задачей явилось создание такого кулачка, который нельзя было бы упрекнуть в негладкости.
Суть данного технического решения в следующем. Допустим, мы имеем абсолютно гладкий кулачок. В этом случае все его производные также являются гладкими кривыми, не имеющими к тому же лишних (не необходимых) экстремумов. Ограничимся порядком производной, которая еще имеет физический смысл. Таковой является 3-я производная, она определяет "пульс" - скорость изменения усилий, т.е. ударные нагрузки в механизме. Так вот, основным отличием нового типа кулачка, признанного в свое время изобретением, является то, что его профиль задается производной по меньшей мере 3-го порядка. В принятой нами конкретной методике мы восходим от 4-й производной. Кулачок получается гладким как бы от природы. Кроме того, новый вид профиля оказался очень гибким, позволяющим для разных типов механизма привода клапанов - с рычагом или прямым и при всевозможных граничных условиях, всегда найти оптимальное решение.

Наша система проектирования распредвалов.

Задача всегда состоит в том, чтобы поднять кривую крутящего в области преимущественно используемых рабочих режимов двигателя. При этом мы всегда особенно внимательно относимся к области частот вращения коленчатого вала от 1000 и примерно до 3500 об/мин, т.е. до оборотов максимального крутящего момента. Мы стремимся никогда не уменьшать максимальную мощность - из чисто психологических соображений, хотя зачастую для дорожных двигателей этот показатель не является определяющим. Решается эта задача путем оптимального выбора подъемов выпускного и впускного кулачков и их углового расположения. При этом кулачки должны иметь допустимые контактные напряжения, что определяет их долговечность. Ускорения в механизме не должны приводить к разрыву кинематической связи при существующих клапанных пружинах и массах подвижных деталей. Еще один критический параметр - точка контакта кулачка не должна выходить на край рабочей поверхности толкателя (рычага, коромысла). Т.е. на этом этапе задача формулируется довольно определенно - надо спроектировать возможно узкий кулачок с заданной высотой подъема и с учетом всех имеющихся ограничений. Естественно при этом выбираются все "запасы", имеющиеся в механизме газораспределения. Обратите внимание - на всех серийных двигателях ВАЗ и УЗАМ впускные и выпускные кулачки - одинаковые (ВАЗ 21213 и "ОКА" не в счет, на них стоят распредвалы, спроектированные автором). А на наших распредвалах они всегда разные. Особое внимание при проектирования профиля уделяется участкам сбега кулачков, т.е. перехода от активного профиля к базовому радиусу. Зачастую распредвалы, например на ВАЗовских двигателях, очень чуствительны к регулировке зазоров. На кулачках наших распредвалов участок сбега на стороне закрытия клапана, а именно здесь возникает стук клапана, увеличен. Это облегчает регулировку зазора и увеличивает срок эксплуатации до того момента, когда эта регулировка потребуется в очередной раз.

По существу, на этом этапе проектируется не один, а целый ряд распредвалов, обеспечивающих наибольшее наполнение при заданных углах запаздывания закрытия впускного клапана. Далее этот ряд опытных распредвалов должен быть изготовлен и испытытан. Затем, и возможно не один раз, производится корректировка по результатам испытаний. Далее из ряда распредвалов остается выбрать компромиссные варианты, т.к. по мере увеличения угла запаздывания закрытия впускного клапана крутящий момент в зоне низких оборотов уменьшаются, а в зоне высоких оборотов - увеличивается. Или мы предлагаем сделать это потребителю - выбрать из предлагаемых подходящий для него распредвал. Только не спешите без нужды выбирать "верховой" распредвал - подавлящему большинству, как оказалось, по сути нужен "низовой". Кроме прочего, надо помнить, что в области, где более всего подрос крутящий момент, соответственно уменьшился удельный расход топлива. Выявленные закономерности изменения показателей двигателей в зависимости от параметров газораспределения, постоянно пополняемая база данных, позволяют ограниченным количеством проб достигать положительного эффекта как при работе внутри определенного размерного ряда двигателей, так и в начале работы над новой для нас базовой моделью.

Наверное излишне говорить, что работать в этой области было бы невозможно без соответствующего математического аппарата и обширного программного обеспечения.