Гбц с большими клапанами (8 видео)

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.

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

Видео:головка ваз классика с увеличенными клапанами.Скачать

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

Видео:Новая ГБЦ. Стоит ли разбирать перед установкой ???Скачать

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

Читайте также: Как настроить клапана дэу матиз

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

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.

Видео:доработка ГБЦ 2112 Ваз под большие клапанаСкачать

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

Читайте также: Обратный клапан для омывателя ваз 2108

Тюнинг ГБЦ часть 1

Портинг или тюнинг головки блока цилиндров. Прежде чем решится на это, на настоящий портинг, необходимо определится с целями вашего проекта. Может получится так, что результат вас может и расстроить.

Видео:Спортивные клапана ВАЗСкачать

Часто в рекламе, объявлениях видишь – делаем портинг, увеличение каналов, установка большего размера клапанов и т.д. Да, конечно это все хорошо, но всегда всему свое время и главное – если где-то прибавится, то обычно где-то должно убавится и не только в кошельке.

Немного исторических фактов

В начале 80-х годов команда Brabham team выступающая в Формуле 2 начала использовать мотор Хонда V6. Этот мотор получился с пиковой мощностью, слабой серединкой и узким рабочим диапазонов. В тот год, они в чистую проиграли 4-х цилиндровым моторам BMW. После провального сезона, инженеры команды обратили внимание на мотор и заметили, что впускной канал на моторе слишком большой. Просто уменьшив его, они сразу получили прибавку 5% максимальной мощности (на высоких оборотах) и 20% улучшение на средних оборотах.

Porsche к примеру, вначале построили свой гоночный мотор для 3.6 литра 911 GT3-RSR с использованием 42 мм впускных и 36 мм выпускных клапанов, такое решение показывало наилучший компромисс для современных, небольших камер сгорания с 4-мя клапанами на цилиндр и не большим (относительно) подъемом распредвалов для гоночных моторов. В последствии, после дальнейших исследований, тестов в 2004 году они уменьшили размер впускного клапана на 1 мм (41 мм) и выпускного на 2 мм (34 мм) и в результате получили существенное улучшение характеристик двигателя.

Головка блока цилиндров ГБЦ каждого мотора имеет свои характеристики, они измеряются в потоке воздуха (flow -cfm cubic feet per minute) на специальных продувочных стендах. Вот еще один интересный пример Subaru WRX STI 2000cc. Показатели на впуске в сток ГБЦ – 284 CFM (28H2O), это очень хороший результат. Предлагаю посмотреть на характеристики ГБЦ легендарного Subaru WRC

На впускном канале – 265 CFM, это совсем на немного больше, чем на сток форд фокус (дюратек 2.0 литра) и на порядок меньше чем на сток субару СТИ 2.0. Конечно, на выпускном канале у WRC мотора, для раннего спула фло порядком увеличили (CFM — 218) в сравнении со стоком (CFM — 174). Ну здесь отдельная история, в стоке на СТИ выпуск далеко не оптимален (с мотором турбо форд или тем более mitsubishi EVО лучше не сравнивать)

Еще один пример, мотор Duratec 2.0 имеет на впуске 255 CFM – этого достаточно для снятия 240 сил, зачем трогать голову? Если вы желаете больше, скажем 280 сил, то и здесь стандартного размера клапана хватит, но и есть свои тонкости в работе с каналами, ни в коем случае нельзя увеличивать весь их размер (только испортите характеристику мотора), все усилие необходимо направить на работу с горлом канала, клапаном и седлом. Если 300 сил, то здесь необходимо увеличить размер впускного клапана на 1мм и выпускного на 2мм.

Любое увеличение проходного сечения канала, увеличит проходимость воздуха (показатели CFM) и конечно максимальную мощность, но в свою очередь уменьшит скорость потока, а значит и процесс утрамбовки ((INTAKE RAMMING) будет ухудшен, как следствие потеря мощности на малых и средних оборотах. Немного писал об этом здесь.

Вскрыв каналы, вы эффективность наполнения цилиндров не улучшите, а только сдвинете на более высокие обороты (потеряв низы). Тут вопрос, что лучше установить распредвалы с большими фазами или остаться на стоке и вскрыть канал (горло канала). Да конечно эти процедуры вас приятно удивят на высоких оборотах, даже очень.

Что бы все было правильно, вы должны точно знать, что вы хотите получить. Какую характеристику мотора, какую максимальную мощность, на каких оборотах. Чудес не бывает, если на моторе дюратек 2.0 литра цель 280 сил или на 1.6 лада – 220 сил, то конечно это не будет на 7000 об., а где-то на 8200-8500 и тут необходима уже подготовка всего мотора (не дешевая процедура). Установив цель – вы в таком случае делаете ГБЦ именно под эту задачу, необходимо получить не больше, а конкретное значение CFM, достаточное для поставленной задачи (не больше) . Все усилия необходимо направить на увеличение потока (flow) не за счет расширения канала, а на оптимизацию потока.

Читайте также: Клапан управления турбиной пежо 806

Видео:Клапана и Пружины! Вес, Жесткость и Седло Клапана!Скачать

Скажем так, теоретически максимальное значение какое может быть, это 146 CFM на 1 квадратный дюйм (минимального проходного сечения, часто горла канала). В реальности, рекордсмены (по данным 2008 года) 133 CFM/in2 для ГБЦ с 1 впускным клапаном и 137 CFM/In2 с 2 впускными клапанами на цилиндр. Будьте реалистами, скажем так для DOHC 130-132 CFM/In2 это вполне достижимый результат. Сток дюратек имеет значения 123 CFM/In2 (очень круто)

Пару советов на что необходимо обратить внимание при портинге для оптимизации потока (не вскрытие канала и тем самым ухудшая характеристику на низких и средних оборотах)

Здесь указаны основные места где происходят потери, а ниже в таблице указаны значения в процентах

Одно из правил работы с каналами – Форма это очень важно, а полировка нет. ГБЦ с грубой финишной обработкой, но с правильно сделанными формами всегда выдаст больше (на порядок) мощности, чем до блеска полированный, но с неправильными формами канал. Вообще будьте осторожны с финишной обработкой, особенно впускного канала, не используйте инструмент для этого с зернистостью больше чем 80, а то будут ухудшено смесеобразование. В аэродинамике есть такое понятие Пограничный слой (Boundary layer) грубая поверхность в отличии от зеркальной в данном случае это только плюс.

Кому интересно и кто немного знает английский

Скорость потока у самой поверхности равняется нулю. Я не хочу вдаваться в подробности, у нас в России много людей, которые это знают на несколько порядком лучше (выпускники авиационных институтов и т.д.)

Похожий случай, мячик для гольфа имеет грубую поверхность и не просто так, а в таком исполнении он летит дальше (чем если бы был гладким)

Полировка выпускного канала делается таким же способом, как и впускного, только, в данном случае необходимо немного больше «зеркала». Выпускные газы содержат углерод (carbon) он в виде сажи, нагара оседает на стенках, поэтому используя абразив с зернистостью 240 или даже 320 приветствуется, это поможет решить данную проблему. (Но не более)

Мне кажется также стоит отметить один из важных моментов, который при портинге выпускного канала приводит к ухудшению. Очень часто я встречал, что люди стараются подогнать размер выпускного канала под размер выпускного раннера (коллектора). Это операция приводит к потери мощности, особенно на средних оборотах. Многим это может показаться глупостью, но должен быть резкий скачек (ступенька) между выпускным каналом и входом в выпускной раннер (выпускной коллектор). Это поможет уменьшить поступление выпускных газов обратно в цилиндры (к примеру, в момент оверлап). Противоток выпускных газов всегда проблема на малых оборотах и к большому сожалению при установке распредвалов с большей полной фазой (duration) ситуацию только еще больше ухудшает

Видео:Ошибки при ремонте ГБЦ 2108(1118) Торцуем клапана.Экономим на регулировочных шайбахСкачать

Как много в мощности вы выиграете при несоответствии размеров выпускного канала и выпускного раннера, будет зависеть от того, на сколько большая будет эта разница, ступенька. Но это не значит, что вы должны специально душить мотор на выпускном канале, он должен быть оптимального размера, точнее объёма и минимального проходного сечения. Или наоборот использовать диаметр выпускных раннеров большего размера, чем необходимо. Просто, сделайте этот порог, ступеньку, не увеличивайте размер выпускного канала для того чтобы подогнать под размер выпускного коллектора.

Для примера, на гоночном моторе 1.6 литра такая ступенька может прибавить до 3% максимальной мощности и около 5% в среднем диапазоне.

Так ну что, идем дальше. Если посмотрим на выше указанную таблицу, так там точка номер 8 – является источником потерь в размере 31%, точка 7 (17%) и 6 (19%). Все это связано с формой седла клапана, это то место где начинается работа по улучшению характеристик любого HIGH-PERFORMENCE ENGINE.