Для чего увеличивают клапана (4 видео)

Предлагаемые нами комплекты доработки ГБЦ отвечают большинству требований. Но ведь есть и хоть не большая, но стабильная, часть клиентов, которым такой объем работ кажется недостаточным. Так можно ли еще улучшить характеристики мотора?

Да можно! Но мощностную составляющую. Для этого есть два пути. Один, попроще, экстенсивный. Можно наращивать высоту подъема клапана и ширину фаз. Можно. Но бесконечное наращивание этих параметров неизбежно приводит к резкому ухудшению работы мотора на невысоких оборотах. Стоит ли напоминать, что обороты до 3.000 весьма популярны в городской езде?

На практике, к примеру на моторе 21083, реальной высотой подъема, при которой еще можно обеспечить приемлемые холостые обороты, являются валы 10.6 – 10.65 мм ( речь идет о впускном клапане ). Валы с большим подъемом и более широкими фазами в следствии эффекта “обратного выброса” не дадут равномерной работы “в низу”, резко увеличат расход топлива и токсичность выхлопа. То есть для повседневной эксплуатации явно не удобны. Приходится признать, что попытка увеличить ключевой показатель “время-сечение” за счет высоты подъема ( читай “ время -…” ) имеет свои существенные минусы.

Остается второй, более продуктивный путь. Необходимо увеличивать “ … — сечение” седла клапана, т.е. применять клапаны большего диаметра. Что, соответственно, ведет к необходимости перепрессовывать седла клапанов – процессу сложному технически и весьма ответственному, так как от него напрямую зависит надежность мотора.

В принципе, при проектировании быстроходных двигателей диаметры клапанов выбираются наибольшими, насколько это возможно условиями размещения их в цилиндре. Общая площадь проходных сечений в горловинах всех клапанов цилиндра может составлять:

— для камер сгорания “шатрового” или “полусферического” типа > 35 % от площади поршня
— для “клиновидных” КС при 2-х клапанах 25…30 %
Но максимальная эффективность при массовом производстве не является приоритетом – куда более важным параметром окажется себестоимость работ. Именно поэтому на конвейере не учитывается возможность модернизации двигателя. Хотя запас для увеличения диаметра клапанов существует в любой головке блока.

Для 083 мотора, к примеру, применяются клапаны 39.5 и 34.5 мм, соответственно впуск / выпуск. Точнее так. Возможно поставить и клапаны большего диаметра, но именно эти ( 39 и 34 ) омолагированы для спорта, и, соответственно, являются наиболее надежным вариантом. Для других моторов существуют свои оптимальные параметры клапанов.

Увеличив диаметр седла, добиваемся того, к чему стремились – улучшая наполнение на оборотах ( увеличиваем мощность ), не ухудшаем работу на не высоких частотах вращения, т.е. преимущество от увеличения объема не сходит на нет ( крутящий момент).

Что, впрочем, не исключает, а даже провоцирует применение распр.валов с “средними” подъемами и достаточно широкими фазами( уже упоминавшийся 10.65 ). Напомним, ширина фаз одна из составляющих компонента Ре, важнейшего элемента в формуле мощности.

Так что увеличение диаметра седла является мощным фактором увеличения эффективности работы мотора.

В качестве примера, можно привести интересный протокол испытаний двигателя “Москвич” с тогда еще опытной ГБЦ с увеличенным на 1 мм. впускным клапаном. Вот выдержки из него:

Содержание

Протокол ПИ 37.201.217 — 91
1. Цель испытаний
3. Методика испытаний
4. Результаты испытаний
5. Выводы
Тюнинг ГБЦ часть 2
🔥 Видео

Видео:Почему тепловые зазоры клапанов всегда только уменьшаютсяСкачать

Протокол ПИ 37.201.217 — 91

Видео:Зачем и нужно ли - РЕГУЛИРОВАТЬ КЛАПАНА? Знать ОБЯЗАТЕЛЬНО!Скачать

1. Цель испытаний

Определить мощностные и экономические показатели двигателя 3312 …. при комплектации опытной ГБЦ УЗАМ и сравнить с аналогичными показателями, полученными с серийной головкой мод. 331.

Видео:Эксперимент: что будет если зазоры клапанов слишком маленькие или вообще нет зазора.Скачать

3. Методика испытаний

Снятие регулировочных характеристик по топливу на полном дросселе при n = 1400, 2200, 2600, 3000, 3400, 3800, 4200, 4600. 5000 с установкой опт. УОЗ на каждом из указанных режимов. .

Видео:МОЩНОСТЬ мотора УВЕЛИЧИТСЯ если СДЕЛАТЬ так...Скачать

4. Результаты испытаний

Основные мощностные показатели двигателя при оптимальных составах смеси и УОЗ при работе на бензине ОЧИ – 90.6.

Головка блока	Мкр max, Hm	N max, квт	G min, г/ квт.ч
Опытная	140.5	63.8	274
Серийная	140.0	58.2	272

Читайте также: Клапан металлический vag 420601361a

Из табл. видно, что двигатель, укомплектованный опытной ГБЦ имеет мощность 86.8 л.с. против 79.1 у серийной, и крутящий момент 136.5 Нм против 139.6 Нм. Более низкий Мкр с опытной ГБЦ объясняется УОЗ, при котором снималась внешняя скоростная характеристика для обеспечения запаса по детонации не менее 3-х градусов при работе на бензине ОЧИ – 90.6.

Значение коэфф. наполнения ( К ) и расхода воздуха ( Qв ) по ВСХ с опытной и серийной ГБЦ

n, об\мин	Qв	К
1400	57.500 58.000	0.76058 0.76719
3000	142.000 140.000	0.87654 0.86412
3800	178.500 170.000	0.86988 0.82746
4600	210.000 199.000	0.84541 0.80112
5000	223.000 208.000	0.82592 0.77037
5400	234.000 215.000	0.80246 0.73731

Из таблицы видно, что двигатель, укомплектованный опытной ГБЦ имеет больший коэфф. наполнения с 3800 – 5400об\ мин, что подтверждается более высокими мощностными показателями по ВСХ.

Испытания показали, что увеличение диаметра серийного впускного клапана незначительно увеличивает М кр max, но повышает максимальную мощность . .

Видео:Привод клапанов и зазор в механизме ГРМ (какой зазор нужен и почему?)Скачать

5. Выводы

Применение ГБЦ ….. с увеличенными клапанами на впуске улучшает максимальную мощность на 7.7 л.с, ухудшая экономические показатели на частичных нагрузках на 3 –11%. Улучшение наполнения только за счет увеличения … клапана и седла на впуске без изменения параметров на выпуске недостаточно.”

Видно, что эффективность растет с оборотами. Понятно, что растет и расход топлива, но ведь и прирост в мощности около 10 %, мягко говоря, на дороге не валяется. Напомним, что клапан в “Москвиче” был увеличен один и на 1мм. В нашей же ситуации оба клапана увеличены на 2 мм. Понятно, что моторах с разной конструкцией нельзя проводить прямых параллелей, но приблизительные пропорции изменений сохранятся.

И еще один маленький аргумент за увеличение клапанов. В спорте, где как нигде важна эффективность ( отдача ) мотора, как только позволяет тех. регламент, клапаны увеличивают до макс. разрешенного диаметра. Такая настойчивость на пустом месте не появляется. Просто это решение проверено временем и показало себя не только крайне эффективным, но и предельно надежным.

Видео:НИКОГДА НЕ РЕГУЛИРУЕТЕ КЛАПАНА ?Скачать

Тюнинг ГБЦ часть 2

Для начала расскажу в чем преимущество ГБЦ (головки блока цилиндров) с 4 клапанами на 1 цилиндр в сравнении с 2 клапанами. Расположение двух впускных и двух выпускных клапанов в камере сгорания позволяет увеличить площадь клапана (клапанов), но вопреки тому, что многие считают, это не реальная причина в превосходстве. Для примера, давайте сравним 1.7 литра Lotus/Ford Twin Cam раллийный двигатель (2 распредвала, 4 цилиндра, 8 клапанов). Впускной клапан имеет размер 43 мм (площадь -14.45 см2)

И знаменитый двигатель, разработанный гоночным инженером Кейтом Даквортом (один из основателей компании Cosworth, название Cosworth родилось из объединения фамилий (COStin and duckWORTH). Cosworth являлся подразделением Ford Motor Company, но на данный момент приобретён Джеральдом Форсайтом и Кевином Колховеном).

Раллийный двигатель Cosworth BDA 1.7 литра (2 распредвала, 4 цилиндра, 16 клапанов) Размер впускных клапанов 31 мм, площадь клапанов на впуске составляет 15 см2 – что является очень близко к площади впускного клапана мотора Lotus/Ford Twin Cam (14.5 см2).

Оба двигателя были разработаны для гонок и выдавали максимальную мощность на 8000 оборотах; 190 сил Cosworth и 170 сил Lotus/Ford . В ралли автомобили с двигателем Cosworth были всегда намного быстрее (на любом покрытии) из-за того, что этот мотор имел на 1000 оборотов более широкий диапазон мощности и значительно лучше не только на верхах, но и на низких оборотах. А причина в том, что имея практически идентичную площадь клапанов двигатель Cosworth имеет на 44% больше клапанную щель при любом подъеме клапанов. По этой причине моторы с 4 клапанами на цилиндр используют распредвалы с менее широкой полной фазой (duratoin), а это в свою очередь улучшает средний диапазон без ущерба для максимальной мощности.

Читайте также: Течет масло из под крышки клапанов причины

Чтобы это лучше понять почему на 44% больше, предлагаю рассмотреть иллюстрацию которая использовалась в посте о распредвалах (Распредвал часть 2)

В первой части мы остановились на геометрии седла клапана.

Геометрия седла клапана

Основной закон – седло впускного клапана, это номер 1, от чего зависит эффективность ГБЦ пока клапан не будет иметь подъем 0.18 (18%) от его диаметра, а на стороне выпуска еще больше, до 0.35 от диаметра выпускного клапана.

Однофасочное седло с углом 45* градусов имеет эффективность 56% при подъеме клапана 6.35 мм. Если выполнить правильную трех-фасочную, четырех или даже пяти-фасочную геометрию седла то эффективность реально повысить до 84% (средние значения от 76% до 84%). Стандарт трех-фасочная геометрия (наиболее популярная) 45* — запорная фаска, 30* — верхняя, соединяет основную фаску с днищем камеры сгорания. Нижняя фаска имеет угол 60* соединят 45* с горлом канала.

На этой схеме указаны размеры, как для впускного, так и выпускного каналов хорошо работающие и дающие великолепный результат. Также указаны оптимальные размеры клапанов (впуск и выпуск). Как вы заметили, на выпуске, запорная фаска седла шире, это необходимо чтобы обеспечить хороший теплоотвод от тарелки клапана. Выпускной клапан при этом имеет более узкую 45* фаску, что необходимо для борьбы с образованием нагара. Переход от запорной фаски седла к каналу осуществляется широкой 60- градусной нижней фаской, многие специалисты используют дополнительно для 4-х – 5-ти фасочной геометрии седла канала еще фаски с углом 75* (80 градусов) которые более плавно соединяют запорную фаску с каналом.

Очень большой положительный эффект на продувку дает дополнительная 30* фаска на клапанах

Очень важно не только угол (об это ниже) но позиция, расположение клапана в седле и ширина запорной фаски

Для впуска многие специалисты любят совмещать седло, как можно выше (в направлении камеры сгорания) с клапаном. На выпуске такое расположение неприемлемо, это сильно ухудшит надежность и может привести к прогару клапана – по центру то что надо.

Ширина запорной фаски, на впускном канале оптимальным является 1.0 мм – 1.55 мм. Более узкая фаска, в основном улучшает продувку канала, но при этом ухудшает прочность, надежность. Выпускные каналы работают при экстремально высоких температурах, поэтому им необходима более широкая запорная фаска, для того чтобы увеличить пятно контакта и лучше отводить тепло через седло канала (оптимальные размеры указаны на схеме).

Для примера привожу результаты которые были получены на сток 1.6 литра двигателе с размером впускного клапана 35.5 мм при проведении выше указанных процедур

Результат – плюс 14 CFM, это даст прибавку в мощности более 10 сил.

Альтернативные углы геометрии седла канала

45* градусов запорная фаска седла впускного клапана наиболее используемая, но часто используют и другие углы. Для примера, если у вас задушен мотор, вам надо больше воздуха (flow) не важно, что результат даст только пиковую мощность на 9000 оборотах – используется угол 50-55*, такой угол дает наилучшую продувку при высоком подъеме клапана т.к. позволяет сделать более плавное соединение с максимально возможно увеличенным горлом канала. Такие углы применяют инженеры при постройки гоночным моторов 358- ci V8 для NASCAR.

Плюсы – максимальные показатели продувки при высоко поднятом клапане, минусы – пиковая мощность и самое главное, чем больше угол (больше 45*) запорной фаски, тем меньше прочность, намного хуже надежность. Для турбо моторов такой вариант ПРОСТО НЕ ПРИЕМЛЕМ из-за высоких температур. Если Вы строите мотор рассчитанный на высокие обороты, то лучшие результаты (из-за реверса потока воздуха) дает верхняя (top cut) фаска не 30*, а 38* градусов

Если ваш мотор очень голодный до воздуха или вы желаете существенно улучшить характеристики ГБЦ не на высоких оборотах, то есть хороший вариант – использовать 30⁰ запорную фаску на седле впускного клапана. Предлагаю этот вариант рассмотреть более подробно

Читайте также: Клапаны регулирующие с электромагнитным приводом

Как видно из рисунка, при одинаковом подъеме, клапанная щель при использовании запорной фаски с углом 30* больше, а значит и количество воздуха будет поступать больше (а это то, что надо для повышения момента). Такое улучшение на впуске мы имеем в плоть до подъема клапана 7.5 мм, максимальная прибавка составляет более 20% при подъеме клапана 1.25-2.5 мм. Такая геометрия дает эффект, при малых подъемах клапана, более большого канала (и конечно и размера клапана) но только при этом низы и середина не ухудшается, а только улучшается.

Это похожий эффект, как при использовании распредвала с большим подъемом, как вы помните я описывал, что сам по себе подъем кулачка не увеличивает максимальное значения проходящего потока воздуха при подъеме выше 0.25 от диаметра клапана, но сильно увеличивает наполнение при малом подъеме. Происходит это за счет увеличения скорость подъема клапана и не более.

Встречается много серийных машин с такой геометрией седла клапана, да, наверное, все дизельные двигателя работают на такой геометрии, но встречаются и бензиновые моторы. На первый взгляд это все кажется просто, но на самом деле есть и сложности (решаемые).

С одной стороны, чем меньше угол, тем лучше клин, который улучшает герметичность пары седло-клапан, но при этом, чем более плоское седло, тем больше проявляется тенденция, что клапан на высоких оборотах начнет отпружинивать при закрытии. Однозначно, чем более плоский угол запорной фаски седла канала, тем лучше продувка, наполнение (flow) при небольших подъемах клапана, но без серьезного изучения этого вопроса ситуация может только ухудшится при использовании распредвалов с подъемом кулачка выше 12 мм. Если ваша цель высокие обороты (8000+++) и распредвал с высоким подъемом кулачка 12.5++мм – 50*-55* градусов угол запорной фаски решит проблему отпружинивания клапана и как следствие больше мощность.

На данной картинке указано схематично, как сделать седло впускного канала с углом 30*

Такая геометрия седла впускного клапана дает потрясающие результаты на продувочном стенде, но скорее всего возникнут проблемы с герметичностью (клапан-седло) на оборотах намного выше 5000. Особенно это проявляется на высоко форсированных моторах, которые испытывают проблему с высокой температурой клапана при максимальных нагрузках и как следствие деформация (изгиб клапана при закрытии в следствии его расширения). По этой причине такую геометрию не рекомендуется использовать на выпускном седле клапана.

Есть несколько вариантов решения этой проблемы (ВЫСОКАЯ температура клапана, расширение –деформация). Один из вариантов нанести на лицевой стороне тарелки впускного клапана канавку. Вот вариант как это сделать

Так же не будет лишним использовать клапанные пружины на 10% жестче, чем необходимо для седла с углом 45*. При использовании такого метода David Vizarrd’s – известный американский спец в области постройки гоночных моторов (кстати, он проводит очень полезные семинары, как готовить ГБЦ) делал великолепные гоночные моторы.

Другой вариант – использование специального термо покрытия на клапана, которое снижает температуру последнего (значительно)

Вообще, проблема с клапанами при высокой температуре частое явление даже на сток моторах, особенно турбо версии. При их тюнинге, часто этот вопрос остается забытым, а это не только деформация и как следствие плохая герметичность, пропуски зажигания, детонация, такое часто встречается к примеру на европейских моторах VAG 2.0 turbo TSI – накачав мотор супер прошивками от Брендовых тюнерских фирм, но при этом не позаботившись об охлаждении воздуха, мотора и т.д. как решение пытаются эту проблему решить заменой клапанных пружин на более жесткие. Ну да ладно, это у же не по теме