Максимальна потужність двигуна і форма графіка потужності залежать від распредвала більше, ніж від інших елементів двигуна. Розглянемо, як працює распредвал на прикладі одного циліндра, і які при цьому існують обмеження.
В ідеальному режимі, коли поршень рухається вниз в циклі всмоктування, впускний клапан відкривається, пропускаючи в циліндр топливовоздушную суміш, і закривається після заповнення циліндра. З огляду на, що фаза і «тривалість» роботи кулачка є фіксованими, вони будуть ідеальними лише при певній частоті обертання коленвала і, можливо, лише при єдиному положенні дросельної заслінки. Це те, чого багато хто не розуміє. При різних оборотах двигуна клапан буде закриватися або із запізненням, і тоді суміш, що заповнила циліндр, почне виходити назад, або завчасно, до того, як суміш заповнить циліндр до кінця. Тому, в реальності, все розподілвали працюють в компромісному режимі. Якщо ми хочемо отримати від распредвала виграш тільки в потужності, то це станеться за рахунок якості роботи на холостих обертах і крутящегой моменту в режимі робочого діапазону.
Почнемо спочатку. Період, протягом якого впускний клапан відкритий, назвемо терміном «тривалість». Тривалість виражається в градусах повороту колінчастого вала. При роботі стандартного распредвала клапан починає відкриватися при «недовороте» клонували 5-10 градусів до ВМТ (верхня мертва точка). Стандартний распредвал відкриває клапан плавно - для зменшення зносу і зниження шуму. Далі клапан досягає верхньої точки і, нарешті, закривається приблизно при 20 градусах після НМТ (нижня мертва точка). Цей період часу називають «тривалістю роботи кулачка». Зазвичай він становить 200 - 220 градусів повороту колінчастого вала. Багато мотористи передусім намагаються збільшити тривалість роботи кулачка. Як правило, велика тривалість дозволяє двигуну розвинути велику потужність на підвищених обертах. У високопродуктивних розподілвалів тривалість роботи кулачків може становити від 250 до 320 градусів, а на гоночних двигунах - і більш. Однак, саме по собі це число поки ще ні про що не говорить. Кулачок, наприклад, може мати дуже пологі траєкторії підйому і опускання, тоді виграш в збільшенні загальної зони відкриття під клапаном, в порівнянні зі стандартним кулачком, вийде невеликим. У той же час, кулачок з такою ж тривалістю, але з крутими профілями буде забезпечувати дуже швидке відкриття і закриття, що додасть двигуну зовсім інші характеристики,
У стандартного распредвала для дорожніх машин кулачок піднімає клапан на 9,6 мм, в той час як у спортивних двигунів ця цифра може доходити до 13,2 мм. Цифри, що характеризують висоту відкриття клапана, часто справляють враження - люди інстинктивно вважають, що надмірне збільшення висоти підйому дає більшу потужність, хоча, це не зовсім так. Іноді висоту підйому збільшують для того, щоб збільшити час «зависання» клапана в точці максимального підйому. Один із способів отримання виграшу за часом без збільшення тривалості полягає у піднятті клапана на велику висоту.
За допомогою випробувального стенду можна визначити, в який момент потік суміші через систему клапан - сідло починає спадати. Після цього моменту немає сенсу відкривати клапан далі - це не дасть виграшу в потужності. Сенс швидкого відкривання клапана, або «прискорення клапана», полягає в тому, що сам рух клапана використовується для створення у впускному колекторі розрідження - «імпульсу». Саме завдяки цьому процесу потужність двигуна починає залежати від конструкції распредвала, так як цей імпульс впливає на частоту обертання, що і призводить до збільшення потужності.
Випускний кулачок повинен відкривати клапан досить рано, щоб циліндр встиг очиститися від продуктів згоряння. При пізньому відкритті залишилися в циліндрі незгорілі гази будуть змішуватися з надходить свіжої сумішшю; раннє відкриття може істотно знизити потужність робочого ходу, так як тиск, який штовхає поршень вниз, буде скидатися через випускний канал. Теж і при закритті: якщо закрити клапан занадто рано, то відпрацьовані гази не встигнуть вийти, а якщо занадто пізно, то входить порція суміші буде виштовхнута в вихлоп разом зі згорілими газами. Таке може відбуватися тому, що в момент проходу поршня через ВМТ при переході від такту випуску до такту впуску впускний і випускний клапани відкриті одночасно. Це називається «перекриттям клапанів». Цей «перелив» з впускного каналу в випускний може дати двигуну кілька переваг. По-перше, вихлопні гази, що виходять з циліндра можуть бути використані для створення вакууму - щось подібне відбувається при висмикуванні пробки з пляшки. Це буде допомагати опускається поршня втягувати в циліндр свіжу суміш. По-друге, вихлопну систему можна налаштувати так, що свіжа суміш, яка переливається в випускний канал, будуть втягуватися назад в камеру згоряння перед самим закриттям випускного клапана. Вирішальною обставиною є тут не тривалість перекриття (що виражається в градусах повороту колінчастого вала), а те, наскільки високо піднімаються клапани у верхній мертвій точці. При стандартному распредвали висота підйому обох клапанів у верхній мертвій точці може доходити до 0,76 мм, в той час, як для гоночних автомобілів ця величина досягає 5 мм. В цілому, чим більше підйом клапанів при перекритті, тим при великих оборотах двигун досягає максимальної потужності, і тим гірше розподіл потужності. Тут вже виникає проблема зазору між клапанами і поршнем. При надмірно великих кулачках, що дають високий підйом клапанів в фазі перекриття, доводиться робити в порушених спеціальні поглиблення - «кишені», щоб виключити зіткнення поршня з клапанами до верхньої мертвої точки.
Може виявитися, що при однаковому підйомі обох клапанів в момент перекриття модифікований распредвал не дає максимальної ефективності. За допомогою спеціального регулювального шківа (його часто називають шкивом верньєри) можна виставити распредвал на «випередження», тоді у верхній мертвій точці впускний клапан буде підніматися більше, ніж випускний. Установка распредвала на «запізнювання» дасть нам більший підйом випускного клапана, ніж впускного. Саме співвідношення між підйомом двох клапанів у верхній мертвій точці і визначає ефективність роботи распредвала. Теоретично, випередження распредвала буде зміщувати пік потужності вниз по діапазону оборотів, а відставання буде давати протилежний ефект. У деяких двигунів, наприклад Rover Мini і Ford, найкращі результати досягаються з випереджаючим розподілвалом. Ступінь випередження виражається в градусах повороту коленвала, яке необхідно для повного відкриття впускного клапана.
Тривалість перекриття в значній мірі визначається кутом між виступами «впускного» і «випускного» кулачків (цей кут називається «центральним кутом кулачків»). Для распредвала з однаковим підйомом клапанів у верхній мертвій точці цей кут складає 110 градусів. Якщо ви виставите такий распредвал так, щоб на 110 градусах він забезпечував повне відкриття впускного клапана, то виявите, що в момент перекриття у верхній мертвій точці обидва клапана відкриті однаково. Для забезпечення «випереджаючої» роботи цього распредвала необхідно домогтися повного відкриття раніше, наприклад, на 105 градусах.
З вищевикладеного випливає, що випередження распредвала можна регулювати, вимірюючи підйом клапанів в момент перекриття у верхній мертвій точці. Незалежно від того, який це распредвал і на якому двигуні він стоїть, однаковий підйом клапанів в ВМТ матиме місце при тому вугіллі повороту, на який розгорнуті один щодо одного (в результаті шліфування) кулачки распредвала - зазвичай, 110 градусів. Можна виставити распредвал на випередження, але не слід його доводити до того, щоб підйом випускного клапана становив менше 66 відсотків (2/3) від підйому впускного клапана. Наприклад, якщо підйом впускного клапана - 3.8 мм, то підйом випускного клапана - 2.5 мм. Распредвали і їх синхронізація - це дуже складна тема, довіряти її можна тільки професіоналам.
Тюнінг двигуна
Спортивні розподільні вали