Наш Карачев - Информационный портал города и области
В этой главе содержатся основные сведения, которые необходимы для избирательного улучшения некоторых характеристик головок блока цилиндров. Внимательно прочитав следующую информацию, вы поймете, как модифицировать головки блока цилиндров и увеличить мощность двигателя до необходимого уровня.
Конструкция головки блока цилиндров (далее будем называть ее головкой блока или, даже, просто головкой) — это один из наиболее важных путей увеличения мощности и эффективности работы двигателя. Форма каналов, размер и конструкция клапанов, форма и толщина камер сгорания, жесткость всей отливки и другие факторы имеют важное и эффективное влияние на выходную мощность двигателя. На первый взгляд головка может показаться простым узлом, но в реальности большинство известных конструкторов гоночных двигателей затрачивает много времени и сил, чтобы понять и оптимизировать процессы, происходящие в камерах сгорания и каналах головки блока цилиндров. Некоторые считают подготовку головки блока некой "черной магией", основанной на дорогих вложениях без надежды понять эти "заклинания" и их смысл. Справедливо, что покупка набора профессионально обработанных головок довольно дорога, и после того как вы затратили значительную сумму денег, вам хочется верить, что сделано что-то необычное. Не верьте в это. Полная подготовка "гоночной" головки очень дорога, т. к. для перешлифовки и изменения формы ее поверхностей требуется значительный объем ручной работы. Не думайте, что вы сможете достичь того же самого уровня характеристик, как и квалифицированные механики, обрабатывая головки на своем кухонном столе. Всё, о чем здесь говорится, предназначено для тех, кто имеет высокооборотнстую ручную машинку для полировки и обработки и может воспроизвести некоторые из наиболее консервативных модификаций, выполняемых механиками-профессионалами, что приведет к получению лучших характеристик для "обычных" и непрофессиональных гоночных двигателей.
Любой, кто имеет высокооборотистую ручную машинку для обработки поверхностей может воспроизвести некоторые из многих консервативных модификаций, описанных в этой главе, в результате чего будут улучшены характеристики обычных и непрофессиональных гоночных двигателей.
Вначале может показаться, что получение дополнительной мощности от модификации головки блока должно улучшить многие характеристики двигателя, в том числе приемистость, высокую мощность на низких оборо-. тах, расширение области оборотов и т. д. К сожалению, это верно лишь частично. Некоторые модификации головки блока улучшают максимальную мощность, но они не могут помочь, а могут даже уменьшить мощность на низких оборотах или приемистость. Это совсем не означает, что тщательно подготовленная головка блока цилиндров не может дать улучшений во всех областях. Испытания головок, продемонстрировавших разносторонние улучшения, показали, что они не были достигнуты такими способами как простое использование шлифовальной машинки. Перед тем, как вы сможете аккуратно совершенствовать головки блока, вы должны решшь. чего вы будете добиваться: приемистости, экономичности, общих гоночных характеристик и т.д. Вы можете хотеть улучшить более чем одну из этих характеристик и можно в некоторой степени достичь хорошего компромисса мсждч ними Обычно средний автомобиль класса "хот-род" пренебрегает в топ или иной степени частью потенциала, который заключен в головке блока. Поэтому начнем исследование этой скрытой мощности с той части, где заканчивается впускной коллектор: впускной канал.
Впускной канал
Характеристики на низких оборотах
Если вы работаете со стандартной головкой блока цилиндров и хотите доработать впускные каналы так, чтобы добиться хорошей мощности на шпкнх оборотах и дополнительно некоторой мощности на высоких оборотах, то хорошим известием будет то, что вам нужно делать очень мало. Ключевым элементом в этом случае будет то, что канал должен иметь малую площадь поперечного сечения, грубую текстуру поверхности и форму, обеспечивающую равномерный поток.
Если вы планируете добиться хорошей мощности двигателя на низких оборотах и некоторой дополнительной мощности на высоких оборотах двигателя, то хорошей новостью будет то, что вам нужно будет делать очень
мало. Канал должен иметь малую площадь поперечного сечения, грубую текстуру поверхности и форму, обеспечивающую качество прохождении потока.
Это, с возможным исключением последнего фактора, почти идеально описывает большинство впускных каналов промышленного нзготовления.
Высококачественная обработка клапанов с 3 углами может привести к значительному улучшению характеристик потока в канале при всех оборотах двигателя. Для большинства двигателей V8 ширина седла в 1,65 мм для впускного ив 1,78 - 1,91 мм для выпускного клапанов (угол наклона кромок — 45") обеспечивает оптимальный поток, уплотнение и отличную теплопередачу. Чтобы обеспечить охлаждение головок клапанов I — 30°; 2 — 45° (ширина кромки 1,65 мм); 3 — 60°; 4 — ширина 1,91 мм и угол 45°; 5 — обработанная кромка в 30°; 6 — фаска в 45°; 7 — кромка не уже; 8 — верхняя обработка — должна быть небольшой; 9 — впускной клапан; 10 — выпускной клапан.
Однако, эти три важных параметра, улучшающих характеристики потока без заметного увеличения каналов, является жизненно важным, т. к. большое поперечное сечение ухудшает работу двигателя на низких оборотах, уменьшаететего мощность. Если вы сможете применить правильные "секреты" для достижения этого, то вы будете на один шаг ближе к созданию двигателя, хорошо работающего в обоих концах рабочего диапазона оборотов.
Первый "секрет" улучшения потока часто пропускают или придают ему мало значения. Это является большой ошибкой, т. к. точная обработка клапана с 3 углами дает значительные улучшения характеристик потока при всех оборотах двигателя. Для большинства двигателей V8 ширина седла впускного клапана в 1,65 мм и выпускного клапана в 1,91 мм и угол 45° на обоих клапанах обеспечивает оптимальный поток, уплотнение и отличную теплопередачу для обеспечения охлаждения головок клапанов. Несмотря на распространенное обратное мнение, седла, более узкие, чем эти, не улучшают поток и могут привести к перегреву клапанов. В заключение, поток часто может быть еще более улучшен добавлением 30° (градусной) фаски на нижней стороне впускного клапана.
Часто характеристики потока могут быт», улучшены, за счет добавления 30 -градусной фаски с нижней стороны впускных и выпускных клапанов:
1 — 30-градусная фиска; 2 — форма типичного впускного и выпускного клапана.
Притирка клапанов и седел клапанов достаточно проста и на самом деле является таковой. Но если вы остановитесь на этом, то обманите сами себя, потеряв часть мощности. Относительно небольшие дополнительные усилия, затраченные на обработку канала, могут дать довольно значительную прибавку мощности. Точность в определении областей, форма которых должна быть скорректирована, составляет следующий секрет модификации впускных каналов.
В первую очередь обработка должна производиться вокруг направляющей втулки клапана. Препятствия, имеющиеся здесь, могут ныть уменьшены иногда путем уменьшения высоты выступа и почти всегда — путем уменьшения ширины выступа. Хотя у равных двигателей имеются различные варианты конструкции, подобные модификации могут улучшить характеристики почти всех заводских головок блока цилиндров.
Система впуска рабочей смеси, которая обеспечивает широкий диапазон крутящего момента, не будет существенно ограничивать поток топли-вовоздушноп смеси из карбюратора (карбюраторы будут обсуждены в одной из следующих глав) и не позволит потоку смеси потерять свою скорость из-за больших поперечных сечений в каналах. Канал форсированного двигателя должен иметь минимальную площадь поперечных сечений, согласующуюся с максимальным потоком смеси; другими словами, материал нужно убрать только из тех областей, которые заметно ограничивают прохождение потока. Если области с небольшим ограничением объема и скорости потока во впускных каналах будут увеличены путем чрезмерной сошлифовки, то результатом этого может стать уменьшение мощности. Когда работа сделана правильно, то измерения обнаружат,-что объем и скорость воздуха, двигающегося через все участки канала, будут выше, чем у стандартной головки блока.
Второе серьезное препятствие для потока находится в области седла клапана. Часто оно представляет собой характерный выступ, остающийся чуть ниже седла клапана после обработки головки на заводе. Эта область должна обеспечивать плавный переход потока вокруг клапана. Тщательная работа в области камеры сгорания и седла клапана даст наибольшее улучшение в характеристиках потока в канале, что окупает затраты времени.
На различных типах двигателей, включая "Шевроле", увеличение входного отверстия канала до максимального размера, ограниченного положениями отверстий для толкателей, является популярным занятием у многих конструкторов-любителей при обработке головки. Однако наиболее критичной областью для общего потока является не входное отверстие канала, а места рядом с седлами клапанов. Поток через основной корпус канала обычно имеет относительно свободный путь, но прохождение мимо клапанов и попадание в камеру сгорания - это совсем другое дело. Хотя стендовые испытания и обнаруживают, что небольшие различия между разными формами каналов могут дать заметный эффект по потоку, подобные модификации применяются почти на всех двигателях и они базируются на старом правиле: металл удаляется из областей, которые существенно ограничивают воздушный поток.
Удаляйте металл только из тех областей, которые препятствуют воздушному потоку. Форма входного отверстия указывает, что воздушный поток в нижней части отверстия минимален, так что эта область не была увеличена.
Первое препятствие часто располагается вокруг выступающей части направляющей втулки клапана. Это препятствие может быть иногда уменьшено путем уменьшения высоты и почти всегда — ширины выступа направляющей втулки. Второе серьезное препятствие потоку находится в области седла клапана. Переход от области до седла клапана к области после седла клапана должен быть плавным, а часто имеет место противоположное явление, причиной чего является характерный выступ, остающийся после выхода головки блока с завода, ее обработки чуть ниже седла клапана. Тщательная работа в областях камеры сгорания и седел клапанов по отношению к затраченному времени даст самое большое улучшение в характеристиках потока.
Больше поток — больше мощность
Когда седла клапанов и области камер сгорания оптимизированы, следующим шагом является усовершенствование основной области канала. Рассмотрим для примера головку блока, подготавливаемую для повседневного использования, что поможет иллюстрировать правильные пути выполнения этой работы. Вариант этой головки для короткого блока "Шевроле" базируется на популярных и широко распространенных отливках для головок с номерами 186, 461 или 462 (три последние цифры номера на отливке головки). Отверстие впускного канала имеет не традиционную прямоугольную форму, как у промышленных и даже специальных головок, а форму трапеичи. Необычная форма, полученная из большого количества испытаний на стендах, указывает на то, что воздушный поток в нижней части канала (меньшее "дно" канала) минимален и поддерживает оптимальную скорость потока. Верхняя часть канала (широкая часть трапеции) является областью интенсивного потока, и увеличение этой области дает больше потока, согласованного со скоростью всего потока.
Почти без исключения полировка стенок канала не дает особых преимуществ перед грубой необработанной поверхностью. Грубая обработка такой поверхности занимает всего лишь несколько минут работы и помогает удерживать топливо во взвешенном состоянии, особенно в областях малоподвижного потока.
Следующим "секретом" является то, что гладкие поверхности канала не создают преимуществ по сравнению с шершавыми поверхностями. На стенде проверено достаточно много головок от гоночных двигателей для того, чтобы установить, что это правило, вероятно, применимо практически во всех случаях. Вдобавок, полировка впускного канала требует много усилий, тогда как относительно грубая обработка (осуществляемая бруском или шкуркой зернистостью 80-100) требует нескольких минут работы, а канал работает также хорошо, если не лучше, чем при полировке.
По сравнению с промышленными впускными каналами модификации. описанные вышс,,часто дают увеличение мощности на 5-8%. В этом случае предполагается, что в выпускных каналах не было сделано никаких изменений. Подобные модификации на выпускных каналах приведут к увеличению мощности на 2-5% (общий прирост составит 7-9%)
Максимальные характеристики
Когда вашей основной целью является получение высоких характеристик, можно рассмотреть возможность приобретения набора различных головок блока цилиндров для гоночных двигателей в качестве дополнительного оборудования.
Здесь можно дать некоторый дешевый совет (особенно по сравнению с тем, что вы заплатите за головки). Гоночные головки сконструированы для получения мощности с помощью распределительных валов, предназначенных для подъема клапанов на 17,8 мм или более. Понятно, что скорость в канале с низким подъемом клапанов заслуживает отдельного внимания. Если вы используете только такой распределительный вал, который поднимает клапаны на величину 15,2мм, то, вероятно, ваши деньги пропадут даром.
Наука о головках блока цилиндров стала очень сложной и не дает однозначного ответа на то, как можно модифицировать впускной и выпускной каналы для получения дополнительных преимуществ от потока смеси. Однако каналы этого типа при необходимости являются достаточно большими по площади поперечного сечения и по объему и работают лучше с профилями гоночных распределительных валов, обеспечивающими высокий подъем клапанов. Вы можете достичь многого, потратив большие суммы денег при решении этой проблемы, но имейте в ввиду, что когда дело идет к модификации канала, имеется четкая граница между практичным и непрактичным. Относительно легко оптимизировать большинство впускных клапанов для работы с распределительным валами, которые обеспечивают подъем клапанов примерно в 14,0 мм. Однако, двигатель "требует" большего от канала, когда используется распределительные валы с более высокой продолжительностью такта впуска и большим подъемом клапанов и количества усилий (и денег), которые потребуются, чтобы удовлетворить этим требованиям и реализовать отдачу потенциальной мощности от головок блока, может быть таким же, как и при подготовке ракеты к старту. Давайте рассмотрим общий пример возрастания затрат, используя в качестве примера блок цилиндров "шевроле", хотя то же самое можно легко применить по многим другим форсированным двигателям. Большинство изготовителей головок обычно будут расширять входное отверстие канала как можно больше, чтобы улучшить характеристику потока, а ограничивающим фактором будет расположение отверстий для толкателей клапанов по обеим сторонам отверстий каналов. Однако когда поток играет главную роль, толкатели должны быть сдвинуты с пути, заглушив отверстие и просверлив новые. На первый взгляд это звучит просто, но когда вы рассмотрите то, что теперь будет необходимо для изменения конструкции рычагов коромысла и почти всех деталей, которые находятся рядом, становится очевидным, что это модификация не будет дешевой. Более того, после всех вложений вы будете иметь канал, поток через который будет лишь немного больше и дополнительный поток будет получен при необычно высоком подъеме клапанов. Другими словами, хотя этот тип модификации необходим для гоночных автомобилей большого класса, но он очень не практичен и не нужен для форсированных двигателей для обычных автомобилей. Для освещения перспективы приведем здесь некоторые общие правила, которые помогут вам подобрать правильную комбинацию головки блока и распределительного вала для следующего вашего форсированного или гоночного двигателя.
Подъем клапана
Подъем клапана — это просто величина перемещения, передаваемого кулачком распредвала. Данные по подъему можно перепутать, так как коромысло умножают действительный подъем клапана в соотношении примерно от 1:1,5 до 1:1,7. Большинство фирм-производителей распредвала указывают "чистые" данные подъема клапанов, которые представляют собой максимальные величины подъема (перемещения), которые имеют место на клапане. Действительный подъем кулачка, измеряемый на рас-предвале, заметно меньше чем "чистый" подъем клапана.
Оптимизация канала по потоку при подъеме клапанов является наиболее практичной для ваших будущих приложений. Толкатель форсированного двигателя со стандартным коромыслом должен ограничивать подъем клапана примерно до 12,7 мм (даже при этом относительно умеренном подъеме бронзовые направляющие втулки клапанов будут необходимы для уменьшения износа и обеспечения оптимального срока службы седла клапана). Если вы позволите себе использовать роликовые коромысла (ракеты), то может быть возможным увеличить практический подъем клапанов до величины 14,0 мм, т. к. роликовые коромысла приводят к меньшим боковым нагрузкам на стержень клапана и на направляющие втулки. Форсированные и гоночные двигатели могут успешно работать при подъеме клапанов до 15 мм, хотя срок службы направляющих втулок и клапанов будет меньше. Двигатели для кольцевых и внедорожных гонок используют величину подъема клапанов в 16,5 мм. Все двигатели автомобилей-дрегсте-ров используют величину подъема клапанов от 17,8 до 21,6 мм, но механизм привода клапанов и впускные каналы сконструированы для отдачи мощности при очень высоких оборотах двигателя и на очень короткий период времени (с расчетным временем работы несколько минут или часов, а не сотни и тысячи километров).
Продолжительность открывания клапана
Продолжительность открывания указывает, сколько времени клапан остается открытым и измеряется в градусах поворота коленчатого вала (помните, что распредвал вращается в 2 раза медленнее коленчатого вала). Высокая продолжительность открывания увеличивает мощность на высоких оборотах ценой экономичности, увеличения токсичности выхлопных газов и мощности на низких оборотах.
Сравнение продолжительности открывания клапанов различных рас-предвалов сложно, так как разные фирмы-производители используют разные методы измерений. Некоторые фирмы измеряют продолжительность открывания от точного момента, когда клапан отходит от своего седла. Это дает более высокие значения, но на практике топливовоздушная смесь не начинает поступать в нужной мере до тех пор, пока клапан не поднимется на определенную величину.
Тогда как смещенные толкатели и специальная геометрия коромысел могут быть необходимы для гоночных двигателей в свободном классе, эти серьезные (и дорогие) модификации большей частью не имеют смысла в обычных форсированных двигателях для повседневного использования. Каналы эг.юго типа могут помочь выдать практически ценную мощность на форсированных двигателях, чем более "спокойная " конструкция.
Большинство специалистов по распредвалам договорились измерять продолжительность подъема между началом и концом, когда подъем равен 1,27 мм. При этом методе измерений получаются меньшие значения, которые больше соответствуют характеристикам потока. Для обычных применений продолжительность открывания около 230° (измеряемая при подъеме клапана в 1,25 мм) работает хорошо. Убедитесь, что вам известно, как измерялась продолжительность открывания при сравнении характеристик различных распредвалов.
Перекрытие клапанов
Перекрытие клапанов соответствует углу поворота коленвала (в градусах), при котором и впускной и выпускной каналы открыты. Подобно продолжительности открывания, длительное перекрытие также увеличивает мощность на высоких оборотах, но ценой экономичности, ухудшения состава выхлопных газов и мощности на низких оборотах.
Два фактора влияют на данные по перекрытию клапанов. Первый и очевидный — это величина продолжительности открывания клапанов. Второй — это угол между центральными линиями кулачков или смещение кулачков друг относительно друга на распредвалу.
Другие факторы
Угол между центрами кулачков опосредовано изменяется с перекрытием клапанов. Это означает, что при увеличении перекрытия клапанов угол между центрами кулачков уменьшается и наоборот. Увеличение угла обычно увеличивает крутящий момент на низких оборотах, а уменьшение угла улучшает мощность на высоких оборотах.
Другой областью конструкции, которая влияет на характеристики распредвала, является профиль кулачка. Скорость подъема клапана, ускорение при подъеме и скорость закрывания клапана определяются формой кулачков и влияют на работу двигателя. При более быстром открывании и закрывании клапанов может быть получен больший поток смеси при данной величине продолжительности открывания клапана.
Распределительные валы и детали механизма привода клапанов должны подбираться друг к другу для правильной совместной работы. Вдобавок к этому нужно тщательно подбирать распредвал/детали клапанного механизма к другим деталям, используемым в двигателе и в автомобиле, особенно деталям впускной и выпускной системы, а также трансмиссии.
Распредвал является механическим "мозгом" двигателя. Он определяет, когда и как быстро клапаны будут открываться и закрываться, а также как долго они остаются открытыми под действием толкателей клапанов и эллиптических кулачков распредвала при его вращении.
Распредвал, более чем любая другая деталь определяет рабочие характеристики (или индивидуальность) двигателя. Простая конструкция коленвала не может обеспечивать максимальную мощность двигателя от холостого хода до предельных оборотов. Как и все другие детали автомобиля, конструкция распредвала является компромиссом. Если распредвал не предназначен для эффективного крутящего момента на низких оборотах, приемистости и экономичности, то, в противовес этому, он должен дать высокую мощность на высоких оборотах. И наоборот, распредвалы предназначенные для работы на низких оборотах, плохо работают на высоких оборотах.
Напомним еще раз: перед обработкой впускных каналов машинкой примите практическое решение относительно подъема клапанов, а затем конструируйте каналы, чтобы обеспечить как можно больший поток смеси при данном подъеме. Точное решение того, как добиться этой цели, часто требует дополнительных затрат времени для проведения стендовых испытаний или постоянных консультаций со специалистами по приготовлению и доводке головок блока цилиндров.
В практических пределах, как указано выше, подберите распределительный вал, который открывает клапаны на величину достаточную для того, чтобы впускной канал пропускал поток как можно лучше.
Например, если канал хорошо пропускает поток при подъеме клапана 14 мм, но поток спадает при более высоких значениях подъема, не устанавливайте распределительный вал, который открывает клапаны более чем на 16,5мм. Клапаны затрачивают очень малое время, находясь около точки, соответствующей оптимальному потоку, а направляющие втулки и пружины клапанов и коромысла будут изнашиваться быстрее.
У большинства фирм-производителей распредвалов имеются технические отделы, которые помогают конструкторам определить наилучший рас-предвал и другие детали для каждого конкретного применения. Если у вас тяжелый автомобиль с относительно небольшим двигателем, то нужно быть осторожным при подборе распредвала и других деталей. Следуйте рекомендациям производителей распредвалов; они имеют большой опыт исследований и испытаний.
Изменение фаз газораспределения на распредвале может привести к взаимным помехам в работе клапанов и поршней, при установке распредвала с измененными характеристиками нужно проверять следующее.
Изгиб витков клапанных пружин
Когда устанавливается распредвал с увеличенным по сравнению со стандартным подъемом клапанов, нужно проверить клапанные пружины на наличие изгиба витков. Из-за увеличенного хода витки клапанных пружин могут столкнуться друг с другом, что может стать причиной серьезных повреждений.
Проведи те эту проверку, когда установлен новый распредвал и толкатели, а клапанные крышки сняты. Головки блока цилиндров, коромысла и штанги должны быть на месте и правильно отрегулированы. Надев накидную головку с'воротком на передний болт коленвала внутри его шкива, проверните коленвал на два полных оборота. Когда клапан полностью открыт (клапанная пружина сжата), попробуйте вдвинуть плоский щуп толщиной 0,25 мм между соседними витками пружины. Он должен проходить через каждые 2-3 витка. Если какая-либо пружина изогнута, сразу же остановитесь и проверните коленвал в обратном направлении. Затем определите причину неисправности. Обычно клапанные пружины нужно заменять специально рассчитанными пружинами для конкретного распредвала.
Для проверки деформации витков клапанных пружин воспользуйтесь плоскими щупами.
Зазор между креплением пружины и направляющей втулкой клапана
Иногда распредвалы с большим значением подъема клапанов становятся причиной того, что крепления клапанной пружины могут столкнуться с направляющей втулкой клапана. Для проверки этого проверните коленвал, как описано выше и проверьте, не мешают ли направляющая втулка клапана и крепление пружины друг другу. Зазор между ними — 1,6мм и более.
Бронзовые направляющие втулки, изготовленные фирмой А. Р. Т., снабжены тефлоновыми уплотнениями. В большинстве случаев уплотнении могут потребоваться только на впускных клапанах, так как высокое в выпускной системе удерживает масло от попадания в каналы. Однако некоторые представители двигателей используют уплотнения зонтичного типа для уменьшения вероятности попадания масла в выпускные каналы.
Зазор от поршня до клапана
Снимите головку блока цилиндров и прилепите слой пластилина к головке поршня. Временно установите головку блока цилиндров со старой прокладкой и затяните болты. Установите и отрегулируйте коромысла и штанги на проверяемый цилиндр. Проверните коленвал на два полных
оборота. Снимите головку блока цилиндров и, проткнув слой пластилина в самом тонком месте, измерьте толщину этого слоя. Она должна быть не менее 2 мм для впускного клапана и не менее 2,5 мм для выпускного клапана. Если зазор близок к минимально допустимому значению, то проверьте каждый цилиндр, чтобы быть уверенным в том, что разброс в параметрах деталей не приведет к контакту поршня и клапана
Проверьте, не мешают ли друг другу направляющая втулка клапана и крепление пружины. 1 — зазор должен составлять от 1,6 до 3,2 мм.
Прилепите слой пластилина к головке поршня в том .месте, где клапаны подходят к поршню ближе всего. После сжатия пластилина проткните его слой в самом топком месте и измерьте его толщину.
Советы по работе
Если у вас нет доступа к стенду для измерения характеристик потока, то модификация запутанных форм в каналах головки блока превратится в слепой поиск. Если вы располагаете средствами, то возьмите головку блока, четко представляя себе свои конкретные планы, и обратитесь в мастерскую по ремонту и доводке головок. С другой стороны, если у вас нет денег для обращения в мастерскую, то следуйте приведенным ниже правилам. Они не являются непогрешимыми, но их надо иметь в виду и придерживаться в работе:
• Удалить металл с верхней части канала и вокруг выступа направляющей втулки клапана. Они часто являются областями с наивысшей скоростью потока, и уменьшение препятствий здесь может заметно улучшить мощность лишь с небольшим ухудшением крутящего момента на низких оборотах и топливной экономичности.
• Сглаживайте все изгибы и особенное внимание уделяйте наиболее важным областям, в частности, переходу канала к седлу клапана. Тщательно сглаживайте эти поверхности по плавному радиусу, не удаляя избыточный металл.
• Не удаляйте металл с нижней части канала. Нижняя часть «пол» канала является областью замедленного потока, и удаление металла оттуда увеличит площадь поперечного сечения канала. Это уменьшит крутящий момент на низких оборотах с очень небольшим (в лучшем случае) улучшением характеристик потока и максимальной мощности.
• Производите зачистку шершавой поверхности на стенках канала. Проверки на стендах показали, что это применимо во всех случаях.
• Обработайте клапаны как можно лучше, т. к. это очень критично. Седла клапанов должны быть правильной ширины, с правильными углами и практически идеально круглыми. Убедитесь, что используется 30-градусная фаска сверху для 'помощи' потоку при его попадании в камеру сгорания.
• Как правило, не устанавливайте клапаны в форме 'тюльпана' в двигатель с клинообразными камерами сгорания; они дают улучшение потока только в двигателях с четырьмя клапанами на цилиндр или со сферическими камерами сгорания. Оставьте клапаны, близкие по форме к исходным; обычно они имеют, плоскую нижнюю сторону с малым радиусом в месте перехода к стержню клапана.
• Удалите острые углы с нижней стороны клапана и сделайте там фаску в 30°.
• Установите бронзовые направляющие втулки клапанов и рассмотрите вариант использования клапанов со стержнями из твердого хрома. Это обеспечит минимальный износ направляющих втулок и стержней клапанов и продлит срок службы клапанов и седел.
Основные правила при работе с каналами и клапанами
• Удаляйте металл с верхней части канала и вокруг выступов направляющих втулок, но не 'опускайте' пол канала и не увеличивайте другие области с низкой скоростью потока.
1 - впускной канал; 2 - область замедления потока; 3 - выпускной канал.
• Сглаживайте все изгибы, особенно в месте перехода канала в седло клапана. Типичный радиус на короткой стороне в 0,13 - 0,38 мм (обрыв края на прямом участке) и на длинной стороне в 1,5-5,1 мм обеспечивают наилучшие характеристики потока.
1 - нижняя фаска; 2 - седло клапана; 3' верхняя фаска; 4 • радиус на длинной стороне; 5 - выступ направляющей втулка клапана; •6 - радиус короткой стороны; 7-радиус тыльной стороны; 8 - задняя фаска; 9 - фаска; 10 - кромка.
• Поддерживайте контуры и изгибы канала для оптимизации движения части потока по направлению к центру цилиндра. Это обычно требует таких несимметричных выступов направляющих втулок клапанов и такой формы верхней части канала, как показано здесь на примере выпускных клапанов головки двигателя MOPAR рабочим объемом 5572 см3.
• Обработка (зачистка) грубой поверхности поможет предотвратить конденсацию топлива на стенках канала, не ухудшая поток, и для нее требуется намного меньше времени, чем на полировку.
• Сделайте как можно лучшую обработку клапанов и добавьте 30° фаску на верхней части седла и на задней части клапана. 45°-ные седла должны иметь ширину примерно 1,65 мм для впускных клапанов и примерно 1,91 мм для выпускных клапанов.
1 — 14-30" фаска шириной 0,76 мм; 2 — 15-45° седло шириной 1,65 мм для впускного и 1,91 мм для выпускного канала; 3 — 16-60° верхняя фаска шириной 2,5 мм.
• Хотя поток часто улучшается при использовании клапанов в форме тюльпана па головках со сферическими камерами сгорания и каналами в ряд, на двигателях с клинообразными камерами сгорания используйте только клапаны с плоской обычной стороной.
• Удаляйте все острые края с нижней стороны клапанов, добавив нижнюю фаску с углом от 30° до 35°.
Направляющие втулки и седла клапанов
Увеличенный износ направляющих втулок клапанов может быть проблемой для распределительных валов с большим подъемом клапанов. Даже если двигатель оснащается более "спокойным" распределительным валом, износ направляющих втулок может по-прежнему оставаться проблемой. Когда зазор в направляющей втулке увеличивается, клапаны могут располагаться на седле неравномерно и могут образоваться утечки, что приведет к "утечкам" мощности из камеры сгорания. Изношенные втулки могут также привести к попаданию масла в цилиндры. Когда масло смешивается с рабочей смесью, оно снижает октановое число топлива и находящееся в камере сгорания топливо будет уже ниже по октановому числу, загрязнение маслом увеличит шанс возникновения детонации, особенно при высоких степенях сжатия. Лучшей профилактикой износа направляющих втулок будет установка бронзовых направляющих втулок или бронзовых вставок. Если это сделано правильно, то они надолго "переживут" втулки из чугуна. Тогда как бронзовые втулки лишь не намного дороже, их установка является разумным вложением средств, т. к. в дополнение к уменьшению зазоров клапан - втулка, они выдерживают недостаток смазки. И если вы хотите достичь высоких характеристик двигателя, то используйте бронзовые втулки.
Когда установлены бронзовые направляющие втулки и стабилизирован зазор в них, внимание нужно переключить на сальники (маслоотражательные колпачки) клапанов. Многие промышленные головки блока цилиндров не используют положительные качества сальников стержней клапанов; вместо этого они могут использовать уплотнения зонтичного типа, которые препятствуют попаданию избыточного масла на стержни клапанов или же они могут не использовать сальники вообще. Отсутствие сальников — это более чем смелый шаг фирмы-производителя. Чугунные направляющие втулки нуждаются в обильной смазке, фактически они требуют намного больше, чем обычно получают. Если они смазываются достаточно для уменьшения износа, избыточное масло будет попадать в камеры сгорания. Однако, бронзовые направляющие втулки требуют намного меньше смазки и из-за этого можно использовать эффективные сальники (как минимум, на впускных клапанах) и добиваться малых зазоров в направляющих втулках — все это улучшит уплотнение клапанов, работу двигателя и даже увеличит срок службы втулок.
Если вы используете бронзовые направляющие втулки, то приобретите лучшие сальники клапанов, которые можно приобрести. Установка таких сальников часто требует обработки, но в большинстве случаев сальники могут потребоваться только на впускных клапанах. Масло не стремится попасть в направляющие втулки выпускных клапанов из-за высокого давления в выпускной системе. Но даже в этом случае некоторые копст-•рукторы двигателей используют принудительное уплотнение (сальники) на впускных клапанах, и в качестве дополнительной меры, — сальники зонтичного типа на выпускных клапанах для уменьшения попадания масла в каналы.
При использовании неэтилированного топлива не обеспечивается достаточная "смазка " клапанов и седел. что часто становится причиной эрозии седла под действием клапана. Головка блока цилиндров двигателя "Крайслер"объемом 7210см', показанная здесь, иллюстрирует экстремальный случай выемки (эрозии) седла. Седло клапана ииюшеио более чем ни 25 мм внутрь головки блока и в таких случаях единственно возможным решением будет установка твердых седел клапанов.
Если клапаны изношены и нуждаются в замене, рассмотрите использование для замены клапанов, которые имеют хромированные стержни — вы существенно увеличите срок службы направляющей втулки и клапана. Хромирование клапанов и бронзовые направляющи
читать далее Головка блока цилиндров 2
Меню сайта
Поиск
Категории раздела
Вход на сайт
Статистика
Головка блока цилиндров
В этой главе содержатся основные сведения, которые необходимы для избирательного улучшения некоторых характеристик головок блока цилиндров. Внимательно прочитав следующую информацию, вы поймете, как модифицировать головки блока цилиндров и увеличить мощность двигателя до необходимого уровня.
Конструкция головки блока цилиндров (далее будем называть ее головкой блока или, даже, просто головкой) — это один из наиболее важных путей увеличения мощности и эффективности работы двигателя. Форма каналов, размер и конструкция клапанов, форма и толщина камер сгорания, жесткость всей отливки и другие факторы имеют важное и эффективное влияние на выходную мощность двигателя. На первый взгляд головка может показаться простым узлом, но в реальности большинство известных конструкторов гоночных двигателей затрачивает много времени и сил, чтобы понять и оптимизировать процессы, происходящие в камерах сгорания и каналах головки блока цилиндров. Некоторые считают подготовку головки блока некой "черной магией", основанной на дорогих вложениях без надежды понять эти "заклинания" и их смысл. Справедливо, что покупка набора профессионально обработанных головок довольно дорога, и после того как вы затратили значительную сумму денег, вам хочется верить, что сделано что-то необычное. Не верьте в это. Полная подготовка "гоночной" головки очень дорога, т. к. для перешлифовки и изменения формы ее поверхностей требуется значительный объем ручной работы. Не думайте, что вы сможете достичь того же самого уровня характеристик, как и квалифицированные механики, обрабатывая головки на своем кухонном столе. Всё, о чем здесь говорится, предназначено для тех, кто имеет высокооборотнстую ручную машинку для полировки и обработки и может воспроизвести некоторые из наиболее консервативных модификаций, выполняемых механиками-профессионалами, что приведет к получению лучших характеристик для "обычных" и непрофессиональных гоночных двигателей.
Любой, кто имеет высокооборотистую ручную машинку для обработки поверхностей может воспроизвести некоторые из многих консервативных модификаций, описанных в этой главе, в результате чего будут улучшены характеристики обычных и непрофессиональных гоночных двигателей.
Вначале может показаться, что получение дополнительной мощности от модификации головки блока должно улучшить многие характеристики двигателя, в том числе приемистость, высокую мощность на низких оборо-. тах, расширение области оборотов и т. д. К сожалению, это верно лишь частично. Некоторые модификации головки блока улучшают максимальную мощность, но они не могут помочь, а могут даже уменьшить мощность на низких оборотах или приемистость. Это совсем не означает, что тщательно подготовленная головка блока цилиндров не может дать улучшений во всех областях. Испытания головок, продемонстрировавших разносторонние улучшения, показали, что они не были достигнуты такими способами как простое использование шлифовальной машинки. Перед тем, как вы сможете аккуратно совершенствовать головки блока, вы должны решшь. чего вы будете добиваться: приемистости, экономичности, общих гоночных характеристик и т.д. Вы можете хотеть улучшить более чем одну из этих характеристик и можно в некоторой степени достичь хорошего компромисса мсждч ними Обычно средний автомобиль класса "хот-род" пренебрегает в топ или иной степени частью потенциала, который заключен в головке блока. Поэтому начнем исследование этой скрытой мощности с той части, где заканчивается впускной коллектор: впускной канал.
Впускной канал
Характеристики на низких оборотах
Если вы работаете со стандартной головкой блока цилиндров и хотите доработать впускные каналы так, чтобы добиться хорошей мощности на шпкнх оборотах и дополнительно некоторой мощности на высоких оборотах, то хорошим известием будет то, что вам нужно делать очень мало. Ключевым элементом в этом случае будет то, что канал должен иметь малую площадь поперечного сечения, грубую текстуру поверхности и форму, обеспечивающую равномерный поток.
Если вы планируете добиться хорошей мощности двигателя на низких оборотах и некоторой дополнительной мощности на высоких оборотах двигателя, то хорошей новостью будет то, что вам нужно будет делать очень
мало. Канал должен иметь малую площадь поперечного сечения, грубую текстуру поверхности и форму, обеспечивающую качество прохождении потока.
Это, с возможным исключением последнего фактора, почти идеально описывает большинство впускных каналов промышленного нзготовления.
Высококачественная обработка клапанов с 3 углами может привести к значительному улучшению характеристик потока в канале при всех оборотах двигателя. Для большинства двигателей V8 ширина седла в 1,65 мм для впускного ив 1,78 - 1,91 мм для выпускного клапанов (угол наклона кромок — 45") обеспечивает оптимальный поток, уплотнение и отличную теплопередачу. Чтобы обеспечить охлаждение головок клапанов I — 30°; 2 — 45° (ширина кромки 1,65 мм); 3 — 60°; 4 — ширина 1,91 мм и угол 45°; 5 — обработанная кромка в 30°; 6 — фаска в 45°; 7 — кромка не уже; 8 — верхняя обработка — должна быть небольшой; 9 — впускной клапан; 10 — выпускной клапан.
Однако, эти три важных параметра, улучшающих характеристики потока без заметного увеличения каналов, является жизненно важным, т. к. большое поперечное сечение ухудшает работу двигателя на низких оборотах, уменьшаететего мощность. Если вы сможете применить правильные "секреты" для достижения этого, то вы будете на один шаг ближе к созданию двигателя, хорошо работающего в обоих концах рабочего диапазона оборотов.
Первый "секрет" улучшения потока часто пропускают или придают ему мало значения. Это является большой ошибкой, т. к. точная обработка клапана с 3 углами дает значительные улучшения характеристик потока при всех оборотах двигателя. Для большинства двигателей V8 ширина седла впускного клапана в 1,65 мм и выпускного клапана в 1,91 мм и угол 45° на обоих клапанах обеспечивает оптимальный поток, уплотнение и отличную теплопередачу для обеспечения охлаждения головок клапанов. Несмотря на распространенное обратное мнение, седла, более узкие, чем эти, не улучшают поток и могут привести к перегреву клапанов. В заключение, поток часто может быть еще более улучшен добавлением 30° (градусной) фаски на нижней стороне впускного клапана.
Часто характеристики потока могут быт», улучшены, за счет добавления 30 -градусной фаски с нижней стороны впускных и выпускных клапанов:
1 — 30-градусная фиска; 2 — форма типичного впускного и выпускного клапана.
Притирка клапанов и седел клапанов достаточно проста и на самом деле является таковой. Но если вы остановитесь на этом, то обманите сами себя, потеряв часть мощности. Относительно небольшие дополнительные усилия, затраченные на обработку канала, могут дать довольно значительную прибавку мощности. Точность в определении областей, форма которых должна быть скорректирована, составляет следующий секрет модификации впускных каналов.
В первую очередь обработка должна производиться вокруг направляющей втулки клапана. Препятствия, имеющиеся здесь, могут ныть уменьшены иногда путем уменьшения высоты выступа и почти всегда — путем уменьшения ширины выступа. Хотя у равных двигателей имеются различные варианты конструкции, подобные модификации могут улучшить характеристики почти всех заводских головок блока цилиндров.
Система впуска рабочей смеси, которая обеспечивает широкий диапазон крутящего момента, не будет существенно ограничивать поток топли-вовоздушноп смеси из карбюратора (карбюраторы будут обсуждены в одной из следующих глав) и не позволит потоку смеси потерять свою скорость из-за больших поперечных сечений в каналах. Канал форсированного двигателя должен иметь минимальную площадь поперечных сечений, согласующуюся с максимальным потоком смеси; другими словами, материал нужно убрать только из тех областей, которые заметно ограничивают прохождение потока. Если области с небольшим ограничением объема и скорости потока во впускных каналах будут увеличены путем чрезмерной сошлифовки, то результатом этого может стать уменьшение мощности. Когда работа сделана правильно, то измерения обнаружат,-что объем и скорость воздуха, двигающегося через все участки канала, будут выше, чем у стандартной головки блока.
Второе серьезное препятствие для потока находится в области седла клапана. Часто оно представляет собой характерный выступ, остающийся чуть ниже седла клапана после обработки головки на заводе. Эта область должна обеспечивать плавный переход потока вокруг клапана. Тщательная работа в области камеры сгорания и седла клапана даст наибольшее улучшение в характеристиках потока в канале, что окупает затраты времени.
На различных типах двигателей, включая "Шевроле", увеличение входного отверстия канала до максимального размера, ограниченного положениями отверстий для толкателей, является популярным занятием у многих конструкторов-любителей при обработке головки. Однако наиболее критичной областью для общего потока является не входное отверстие канала, а места рядом с седлами клапанов. Поток через основной корпус канала обычно имеет относительно свободный путь, но прохождение мимо клапанов и попадание в камеру сгорания - это совсем другое дело. Хотя стендовые испытания и обнаруживают, что небольшие различия между разными формами каналов могут дать заметный эффект по потоку, подобные модификации применяются почти на всех двигателях и они базируются на старом правиле: металл удаляется из областей, которые существенно ограничивают воздушный поток.
Удаляйте металл только из тех областей, которые препятствуют воздушному потоку. Форма входного отверстия указывает, что воздушный поток в нижней части отверстия минимален, так что эта область не была увеличена.
Первое препятствие часто располагается вокруг выступающей части направляющей втулки клапана. Это препятствие может быть иногда уменьшено путем уменьшения высоты и почти всегда — ширины выступа направляющей втулки. Второе серьезное препятствие потоку находится в области седла клапана. Переход от области до седла клапана к области после седла клапана должен быть плавным, а часто имеет место противоположное явление, причиной чего является характерный выступ, остающийся после выхода головки блока с завода, ее обработки чуть ниже седла клапана. Тщательная работа в областях камеры сгорания и седел клапанов по отношению к затраченному времени даст самое большое улучшение в характеристиках потока.
Больше поток — больше мощность
Когда седла клапанов и области камер сгорания оптимизированы, следующим шагом является усовершенствование основной области канала. Рассмотрим для примера головку блока, подготавливаемую для повседневного использования, что поможет иллюстрировать правильные пути выполнения этой работы. Вариант этой головки для короткого блока "Шевроле" базируется на популярных и широко распространенных отливках для головок с номерами 186, 461 или 462 (три последние цифры номера на отливке головки). Отверстие впускного канала имеет не традиционную прямоугольную форму, как у промышленных и даже специальных головок, а форму трапеичи. Необычная форма, полученная из большого количества испытаний на стендах, указывает на то, что воздушный поток в нижней части канала (меньшее "дно" канала) минимален и поддерживает оптимальную скорость потока. Верхняя часть канала (широкая часть трапеции) является областью интенсивного потока, и увеличение этой области дает больше потока, согласованного со скоростью всего потока.
Почти без исключения полировка стенок канала не дает особых преимуществ перед грубой необработанной поверхностью. Грубая обработка такой поверхности занимает всего лишь несколько минут работы и помогает удерживать топливо во взвешенном состоянии, особенно в областях малоподвижного потока.
Следующим "секретом" является то, что гладкие поверхности канала не создают преимуществ по сравнению с шершавыми поверхностями. На стенде проверено достаточно много головок от гоночных двигателей для того, чтобы установить, что это правило, вероятно, применимо практически во всех случаях. Вдобавок, полировка впускного канала требует много усилий, тогда как относительно грубая обработка (осуществляемая бруском или шкуркой зернистостью 80-100) требует нескольких минут работы, а канал работает также хорошо, если не лучше, чем при полировке.
По сравнению с промышленными впускными каналами модификации. описанные вышс,,часто дают увеличение мощности на 5-8%. В этом случае предполагается, что в выпускных каналах не было сделано никаких изменений. Подобные модификации на выпускных каналах приведут к увеличению мощности на 2-5% (общий прирост составит 7-9%)
Максимальные характеристики
Когда вашей основной целью является получение высоких характеристик, можно рассмотреть возможность приобретения набора различных головок блока цилиндров для гоночных двигателей в качестве дополнительного оборудования.
Здесь можно дать некоторый дешевый совет (особенно по сравнению с тем, что вы заплатите за головки). Гоночные головки сконструированы для получения мощности с помощью распределительных валов, предназначенных для подъема клапанов на 17,8 мм или более. Понятно, что скорость в канале с низким подъемом клапанов заслуживает отдельного внимания. Если вы используете только такой распределительный вал, который поднимает клапаны на величину 15,2мм, то, вероятно, ваши деньги пропадут даром.
Наука о головках блока цилиндров стала очень сложной и не дает однозначного ответа на то, как можно модифицировать впускной и выпускной каналы для получения дополнительных преимуществ от потока смеси. Однако каналы этого типа при необходимости являются достаточно большими по площади поперечного сечения и по объему и работают лучше с профилями гоночных распределительных валов, обеспечивающими высокий подъем клапанов. Вы можете достичь многого, потратив большие суммы денег при решении этой проблемы, но имейте в ввиду, что когда дело идет к модификации канала, имеется четкая граница между практичным и непрактичным. Относительно легко оптимизировать большинство впускных клапанов для работы с распределительным валами, которые обеспечивают подъем клапанов примерно в 14,0 мм. Однако, двигатель "требует" большего от канала, когда используется распределительные валы с более высокой продолжительностью такта впуска и большим подъемом клапанов и количества усилий (и денег), которые потребуются, чтобы удовлетворить этим требованиям и реализовать отдачу потенциальной мощности от головок блока, может быть таким же, как и при подготовке ракеты к старту. Давайте рассмотрим общий пример возрастания затрат, используя в качестве примера блок цилиндров "шевроле", хотя то же самое можно легко применить по многим другим форсированным двигателям. Большинство изготовителей головок обычно будут расширять входное отверстие канала как можно больше, чтобы улучшить характеристику потока, а ограничивающим фактором будет расположение отверстий для толкателей клапанов по обеим сторонам отверстий каналов. Однако когда поток играет главную роль, толкатели должны быть сдвинуты с пути, заглушив отверстие и просверлив новые. На первый взгляд это звучит просто, но когда вы рассмотрите то, что теперь будет необходимо для изменения конструкции рычагов коромысла и почти всех деталей, которые находятся рядом, становится очевидным, что это модификация не будет дешевой. Более того, после всех вложений вы будете иметь канал, поток через который будет лишь немного больше и дополнительный поток будет получен при необычно высоком подъеме клапанов. Другими словами, хотя этот тип модификации необходим для гоночных автомобилей большого класса, но он очень не практичен и не нужен для форсированных двигателей для обычных автомобилей. Для освещения перспективы приведем здесь некоторые общие правила, которые помогут вам подобрать правильную комбинацию головки блока и распределительного вала для следующего вашего форсированного или гоночного двигателя.
Подъем клапана
Подъем клапана — это просто величина перемещения, передаваемого кулачком распредвала. Данные по подъему можно перепутать, так как коромысло умножают действительный подъем клапана в соотношении примерно от 1:1,5 до 1:1,7. Большинство фирм-производителей распредвала указывают "чистые" данные подъема клапанов, которые представляют собой максимальные величины подъема (перемещения), которые имеют место на клапане. Действительный подъем кулачка, измеряемый на рас-предвале, заметно меньше чем "чистый" подъем клапана.
Оптимизация канала по потоку при подъеме клапанов является наиболее практичной для ваших будущих приложений. Толкатель форсированного двигателя со стандартным коромыслом должен ограничивать подъем клапана примерно до 12,7 мм (даже при этом относительно умеренном подъеме бронзовые направляющие втулки клапанов будут необходимы для уменьшения износа и обеспечения оптимального срока службы седла клапана). Если вы позволите себе использовать роликовые коромысла (ракеты), то может быть возможным увеличить практический подъем клапанов до величины 14,0 мм, т. к. роликовые коромысла приводят к меньшим боковым нагрузкам на стержень клапана и на направляющие втулки. Форсированные и гоночные двигатели могут успешно работать при подъеме клапанов до 15 мм, хотя срок службы направляющих втулок и клапанов будет меньше. Двигатели для кольцевых и внедорожных гонок используют величину подъема клапанов в 16,5 мм. Все двигатели автомобилей-дрегсте-ров используют величину подъема клапанов от 17,8 до 21,6 мм, но механизм привода клапанов и впускные каналы сконструированы для отдачи мощности при очень высоких оборотах двигателя и на очень короткий период времени (с расчетным временем работы несколько минут или часов, а не сотни и тысячи километров).
Продолжительность открывания клапана
Продолжительность открывания указывает, сколько времени клапан остается открытым и измеряется в градусах поворота коленчатого вала (помните, что распредвал вращается в 2 раза медленнее коленчатого вала). Высокая продолжительность открывания увеличивает мощность на высоких оборотах ценой экономичности, увеличения токсичности выхлопных газов и мощности на низких оборотах.
Сравнение продолжительности открывания клапанов различных рас-предвалов сложно, так как разные фирмы-производители используют разные методы измерений. Некоторые фирмы измеряют продолжительность открывания от точного момента, когда клапан отходит от своего седла. Это дает более высокие значения, но на практике топливовоздушная смесь не начинает поступать в нужной мере до тех пор, пока клапан не поднимется на определенную величину.
Тогда как смещенные толкатели и специальная геометрия коромысел могут быть необходимы для гоночных двигателей в свободном классе, эти серьезные (и дорогие) модификации большей частью не имеют смысла в обычных форсированных двигателях для повседневного использования. Каналы эг.юго типа могут помочь выдать практически ценную мощность на форсированных двигателях, чем более "спокойная " конструкция.
Большинство специалистов по распредвалам договорились измерять продолжительность подъема между началом и концом, когда подъем равен 1,27 мм. При этом методе измерений получаются меньшие значения, которые больше соответствуют характеристикам потока. Для обычных применений продолжительность открывания около 230° (измеряемая при подъеме клапана в 1,25 мм) работает хорошо. Убедитесь, что вам известно, как измерялась продолжительность открывания при сравнении характеристик различных распредвалов.
Перекрытие клапанов
Перекрытие клапанов соответствует углу поворота коленвала (в градусах), при котором и впускной и выпускной каналы открыты. Подобно продолжительности открывания, длительное перекрытие также увеличивает мощность на высоких оборотах, но ценой экономичности, ухудшения состава выхлопных газов и мощности на низких оборотах.
Два фактора влияют на данные по перекрытию клапанов. Первый и очевидный — это величина продолжительности открывания клапанов. Второй — это угол между центральными линиями кулачков или смещение кулачков друг относительно друга на распредвалу.
Другие факторы
Угол между центрами кулачков опосредовано изменяется с перекрытием клапанов. Это означает, что при увеличении перекрытия клапанов угол между центрами кулачков уменьшается и наоборот. Увеличение угла обычно увеличивает крутящий момент на низких оборотах, а уменьшение угла улучшает мощность на высоких оборотах.
Другой областью конструкции, которая влияет на характеристики распредвала, является профиль кулачка. Скорость подъема клапана, ускорение при подъеме и скорость закрывания клапана определяются формой кулачков и влияют на работу двигателя. При более быстром открывании и закрывании клапанов может быть получен больший поток смеси при данной величине продолжительности открывания клапана.
Распределительные валы и детали механизма привода клапанов должны подбираться друг к другу для правильной совместной работы. Вдобавок к этому нужно тщательно подбирать распредвал/детали клапанного механизма к другим деталям, используемым в двигателе и в автомобиле, особенно деталям впускной и выпускной системы, а также трансмиссии.
Распредвал является механическим "мозгом" двигателя. Он определяет, когда и как быстро клапаны будут открываться и закрываться, а также как долго они остаются открытыми под действием толкателей клапанов и эллиптических кулачков распредвала при его вращении.
Распредвал, более чем любая другая деталь определяет рабочие характеристики (или индивидуальность) двигателя. Простая конструкция коленвала не может обеспечивать максимальную мощность двигателя от холостого хода до предельных оборотов. Как и все другие детали автомобиля, конструкция распредвала является компромиссом. Если распредвал не предназначен для эффективного крутящего момента на низких оборотах, приемистости и экономичности, то, в противовес этому, он должен дать высокую мощность на высоких оборотах. И наоборот, распредвалы предназначенные для работы на низких оборотах, плохо работают на высоких оборотах.
Напомним еще раз: перед обработкой впускных каналов машинкой примите практическое решение относительно подъема клапанов, а затем конструируйте каналы, чтобы обеспечить как можно больший поток смеси при данном подъеме. Точное решение того, как добиться этой цели, часто требует дополнительных затрат времени для проведения стендовых испытаний или постоянных консультаций со специалистами по приготовлению и доводке головок блока цилиндров.
В практических пределах, как указано выше, подберите распределительный вал, который открывает клапаны на величину достаточную для того, чтобы впускной канал пропускал поток как можно лучше.
Например, если канал хорошо пропускает поток при подъеме клапана 14 мм, но поток спадает при более высоких значениях подъема, не устанавливайте распределительный вал, который открывает клапаны более чем на 16,5мм. Клапаны затрачивают очень малое время, находясь около точки, соответствующей оптимальному потоку, а направляющие втулки и пружины клапанов и коромысла будут изнашиваться быстрее.
У большинства фирм-производителей распредвалов имеются технические отделы, которые помогают конструкторам определить наилучший рас-предвал и другие детали для каждого конкретного применения. Если у вас тяжелый автомобиль с относительно небольшим двигателем, то нужно быть осторожным при подборе распредвала и других деталей. Следуйте рекомендациям производителей распредвалов; они имеют большой опыт исследований и испытаний.
Изменение фаз газораспределения на распредвале может привести к взаимным помехам в работе клапанов и поршней, при установке распредвала с измененными характеристиками нужно проверять следующее.
Изгиб витков клапанных пружин
Когда устанавливается распредвал с увеличенным по сравнению со стандартным подъемом клапанов, нужно проверить клапанные пружины на наличие изгиба витков. Из-за увеличенного хода витки клапанных пружин могут столкнуться друг с другом, что может стать причиной серьезных повреждений.
Проведи те эту проверку, когда установлен новый распредвал и толкатели, а клапанные крышки сняты. Головки блока цилиндров, коромысла и штанги должны быть на месте и правильно отрегулированы. Надев накидную головку с'воротком на передний болт коленвала внутри его шкива, проверните коленвал на два полных оборота. Когда клапан полностью открыт (клапанная пружина сжата), попробуйте вдвинуть плоский щуп толщиной 0,25 мм между соседними витками пружины. Он должен проходить через каждые 2-3 витка. Если какая-либо пружина изогнута, сразу же остановитесь и проверните коленвал в обратном направлении. Затем определите причину неисправности. Обычно клапанные пружины нужно заменять специально рассчитанными пружинами для конкретного распредвала.
Для проверки деформации витков клапанных пружин воспользуйтесь плоскими щупами.
Зазор между креплением пружины и направляющей втулкой клапана
Иногда распредвалы с большим значением подъема клапанов становятся причиной того, что крепления клапанной пружины могут столкнуться с направляющей втулкой клапана. Для проверки этого проверните коленвал, как описано выше и проверьте, не мешают ли направляющая втулка клапана и крепление пружины друг другу. Зазор между ними — 1,6мм и более.
Бронзовые направляющие втулки, изготовленные фирмой А. Р. Т., снабжены тефлоновыми уплотнениями. В большинстве случаев уплотнении могут потребоваться только на впускных клапанах, так как высокое в выпускной системе удерживает масло от попадания в каналы. Однако некоторые представители двигателей используют уплотнения зонтичного типа для уменьшения вероятности попадания масла в выпускные каналы.
Зазор от поршня до клапана
Снимите головку блока цилиндров и прилепите слой пластилина к головке поршня. Временно установите головку блока цилиндров со старой прокладкой и затяните болты. Установите и отрегулируйте коромысла и штанги на проверяемый цилиндр. Проверните коленвал на два полных
оборота. Снимите головку блока цилиндров и, проткнув слой пластилина в самом тонком месте, измерьте толщину этого слоя. Она должна быть не менее 2 мм для впускного клапана и не менее 2,5 мм для выпускного клапана. Если зазор близок к минимально допустимому значению, то проверьте каждый цилиндр, чтобы быть уверенным в том, что разброс в параметрах деталей не приведет к контакту поршня и клапана
Проверьте, не мешают ли друг другу направляющая втулка клапана и крепление пружины. 1 — зазор должен составлять от 1,6 до 3,2 мм.
Прилепите слой пластилина к головке поршня в том .месте, где клапаны подходят к поршню ближе всего. После сжатия пластилина проткните его слой в самом топком месте и измерьте его толщину.
Советы по работе
Если у вас нет доступа к стенду для измерения характеристик потока, то модификация запутанных форм в каналах головки блока превратится в слепой поиск. Если вы располагаете средствами, то возьмите головку блока, четко представляя себе свои конкретные планы, и обратитесь в мастерскую по ремонту и доводке головок. С другой стороны, если у вас нет денег для обращения в мастерскую, то следуйте приведенным ниже правилам. Они не являются непогрешимыми, но их надо иметь в виду и придерживаться в работе:
• Удалить металл с верхней части канала и вокруг выступа направляющей втулки клапана. Они часто являются областями с наивысшей скоростью потока, и уменьшение препятствий здесь может заметно улучшить мощность лишь с небольшим ухудшением крутящего момента на низких оборотах и топливной экономичности.
• Сглаживайте все изгибы и особенное внимание уделяйте наиболее важным областям, в частности, переходу канала к седлу клапана. Тщательно сглаживайте эти поверхности по плавному радиусу, не удаляя избыточный металл.
• Не удаляйте металл с нижней части канала. Нижняя часть «пол» канала является областью замедленного потока, и удаление металла оттуда увеличит площадь поперечного сечения канала. Это уменьшит крутящий момент на низких оборотах с очень небольшим (в лучшем случае) улучшением характеристик потока и максимальной мощности.
• Производите зачистку шершавой поверхности на стенках канала. Проверки на стендах показали, что это применимо во всех случаях.
• Обработайте клапаны как можно лучше, т. к. это очень критично. Седла клапанов должны быть правильной ширины, с правильными углами и практически идеально круглыми. Убедитесь, что используется 30-градусная фаска сверху для 'помощи' потоку при его попадании в камеру сгорания.
• Как правило, не устанавливайте клапаны в форме 'тюльпана' в двигатель с клинообразными камерами сгорания; они дают улучшение потока только в двигателях с четырьмя клапанами на цилиндр или со сферическими камерами сгорания. Оставьте клапаны, близкие по форме к исходным; обычно они имеют, плоскую нижнюю сторону с малым радиусом в месте перехода к стержню клапана.
• Удалите острые углы с нижней стороны клапана и сделайте там фаску в 30°.
• Установите бронзовые направляющие втулки клапанов и рассмотрите вариант использования клапанов со стержнями из твердого хрома. Это обеспечит минимальный износ направляющих втулок и стержней клапанов и продлит срок службы клапанов и седел.
Основные правила при работе с каналами и клапанами
• Удаляйте металл с верхней части канала и вокруг выступов направляющих втулок, но не 'опускайте' пол канала и не увеличивайте другие области с низкой скоростью потока.
1 - впускной канал; 2 - область замедления потока; 3 - выпускной канал.
• Сглаживайте все изгибы, особенно в месте перехода канала в седло клапана. Типичный радиус на короткой стороне в 0,13 - 0,38 мм (обрыв края на прямом участке) и на длинной стороне в 1,5-5,1 мм обеспечивают наилучшие характеристики потока.
1 - нижняя фаска; 2 - седло клапана; 3' верхняя фаска; 4 • радиус на длинной стороне; 5 - выступ направляющей втулка клапана; •6 - радиус короткой стороны; 7-радиус тыльной стороны; 8 - задняя фаска; 9 - фаска; 10 - кромка.
• Поддерживайте контуры и изгибы канала для оптимизации движения части потока по направлению к центру цилиндра. Это обычно требует таких несимметричных выступов направляющих втулок клапанов и такой формы верхней части канала, как показано здесь на примере выпускных клапанов головки двигателя MOPAR рабочим объемом 5572 см3.
• Обработка (зачистка) грубой поверхности поможет предотвратить конденсацию топлива на стенках канала, не ухудшая поток, и для нее требуется намного меньше времени, чем на полировку.
• Сделайте как можно лучшую обработку клапанов и добавьте 30° фаску на верхней части седла и на задней части клапана. 45°-ные седла должны иметь ширину примерно 1,65 мм для впускных клапанов и примерно 1,91 мм для выпускных клапанов.
1 — 14-30" фаска шириной 0,76 мм; 2 — 15-45° седло шириной 1,65 мм для впускного и 1,91 мм для выпускного канала; 3 — 16-60° верхняя фаска шириной 2,5 мм.
• Хотя поток часто улучшается при использовании клапанов в форме тюльпана па головках со сферическими камерами сгорания и каналами в ряд, на двигателях с клинообразными камерами сгорания используйте только клапаны с плоской обычной стороной.
• Удаляйте все острые края с нижней стороны клапанов, добавив нижнюю фаску с углом от 30° до 35°.
Направляющие втулки и седла клапанов
Увеличенный износ направляющих втулок клапанов может быть проблемой для распределительных валов с большим подъемом клапанов. Даже если двигатель оснащается более "спокойным" распределительным валом, износ направляющих втулок может по-прежнему оставаться проблемой. Когда зазор в направляющей втулке увеличивается, клапаны могут располагаться на седле неравномерно и могут образоваться утечки, что приведет к "утечкам" мощности из камеры сгорания. Изношенные втулки могут также привести к попаданию масла в цилиндры. Когда масло смешивается с рабочей смесью, оно снижает октановое число топлива и находящееся в камере сгорания топливо будет уже ниже по октановому числу, загрязнение маслом увеличит шанс возникновения детонации, особенно при высоких степенях сжатия. Лучшей профилактикой износа направляющих втулок будет установка бронзовых направляющих втулок или бронзовых вставок. Если это сделано правильно, то они надолго "переживут" втулки из чугуна. Тогда как бронзовые втулки лишь не намного дороже, их установка является разумным вложением средств, т. к. в дополнение к уменьшению зазоров клапан - втулка, они выдерживают недостаток смазки. И если вы хотите достичь высоких характеристик двигателя, то используйте бронзовые втулки.
Когда установлены бронзовые направляющие втулки и стабилизирован зазор в них, внимание нужно переключить на сальники (маслоотражательные колпачки) клапанов. Многие промышленные головки блока цилиндров не используют положительные качества сальников стержней клапанов; вместо этого они могут использовать уплотнения зонтичного типа, которые препятствуют попаданию избыточного масла на стержни клапанов или же они могут не использовать сальники вообще. Отсутствие сальников — это более чем смелый шаг фирмы-производителя. Чугунные направляющие втулки нуждаются в обильной смазке, фактически они требуют намного больше, чем обычно получают. Если они смазываются достаточно для уменьшения износа, избыточное масло будет попадать в камеры сгорания. Однако, бронзовые направляющие втулки требуют намного меньше смазки и из-за этого можно использовать эффективные сальники (как минимум, на впускных клапанах) и добиваться малых зазоров в направляющих втулках — все это улучшит уплотнение клапанов, работу двигателя и даже увеличит срок службы втулок.
Если вы используете бронзовые направляющие втулки, то приобретите лучшие сальники клапанов, которые можно приобрести. Установка таких сальников часто требует обработки, но в большинстве случаев сальники могут потребоваться только на впускных клапанах. Масло не стремится попасть в направляющие втулки выпускных клапанов из-за высокого давления в выпускной системе. Но даже в этом случае некоторые копст-•рукторы двигателей используют принудительное уплотнение (сальники) на впускных клапанах, и в качестве дополнительной меры, — сальники зонтичного типа на выпускных клапанах для уменьшения попадания масла в каналы.
При использовании неэтилированного топлива не обеспечивается достаточная "смазка " клапанов и седел. что часто становится причиной эрозии седла под действием клапана. Головка блока цилиндров двигателя "Крайслер"объемом 7210см', показанная здесь, иллюстрирует экстремальный случай выемки (эрозии) седла. Седло клапана ииюшеио более чем ни 25 мм внутрь головки блока и в таких случаях единственно возможным решением будет установка твердых седел клапанов.
Если клапаны изношены и нуждаются в замене, рассмотрите использование для замены клапанов, которые имеют хромированные стержни — вы существенно увеличите срок службы направляющей втулки и клапана. Хромирование клапанов и бронзовые направляющи
читать далее Головка блока цилиндров 2