Как увеличить седло клапана

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

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

Читайте также: Клапан для подачи воздуха в печь

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.

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

Видео:как прирезать или прошарошить седло клапанаСкачать

тюнинг головки двигателя

Видео:Седла клапанов, увеличиваю внутренний диаметрСкачать

Камера сгорания

При изучении тюнинга камеры сгорания, не лишним будет ознакомиться со статьей >> увеличение степени сжатия
так эти виды тюнинга влияют друг на друга.

Пространство «уши» вокруг клапанов

Если с умом доработать пространство в камере сгорания, проходящее близко к клапанам при их открытии, то можно значительно увеличить пропускную способность, повысив тем самым наполнение и мощность двигателя. В «двух-клапанном цилиндре» если камера сгорания имеет компактное строение, часть окружности тарелок клапанов, большую часть пути движется близко к краю камеры сгорания, создавая зону малой проходимости для топливовоздушной смеси и для выпуска сгоревших газов. Если эту зону расширить то можно увеличить наполнение цилиндров и соответственно поднять мощность.

В куполообразных камерах сгорания, либо в головках блока с V образным расположением клапанов друг относительно друга, данная технология обработки малоэффективна, так как клапана при открытии движутся к центру цилиндра и отходят при этом от стенок на приличное расстояние.

Растачивать нужно до мест прилегания головки к блоку цилиндра и вокруг клапанов, создавая так называемые «уши вокруг клапанов». Определить зону до которой можно растачивать, поможет прокладка либо отпечаток старых мест прилегания. Расточка ведется с помощью шарошек. Внимание ! Растачивайте очень аккуратно, особенно следите чтобы не попасть вращающимся инструментом, в зону прилегания мест уплотнений головки блока.

Читайте также: Электромагнитный клапан фильтра из активированного угля

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

Просаженность седел клапанов

Седла клапанов, иногда имеют углубленное местоположение в камере сгорания (Просаженность клапанов может возникнуть в следствии кап. ремонта, большого пробега, тюнинга связанного с повышением подъема клапана за счет установки другого распредвала итд.) В начале открытия впускного клапана (на 1-2 мм) топливовоздушная смесь будет испытывать значительные затруднения, проникновению в цилиндры двигателя. В случае с выпускным клапаном уступ будет мешать очистке цилиндров от выхлопных газов в конечной фаэе выпуска. Наличие неровностей и острых углов очень сильно сказывается на «продувке цилиндров», (очень важной фазе работы двигателя, когда оба клапана открыты на малую величину)

Поправить положение можно сглаживанием всех острых кромок вокруг седел клапанов. Все операции по обработке камеры сгорания, желательно выполнять с вставленными (ненужными) клапанами, для защиты рабочих кромок седел клапанов от повреждений.

Видео:Правильный замер будущих сёдел клапанов Замена седла 2 частьСкачать

Выступы седел клапанов

При установке седел клапанов в головку блока образуются уступы во впускных и выпускных каналах, из за несовершенства самой отливки и прямых цилиндрических форм седел. Места сопряжений стоковых деталей, обычно никак не обрабатываются. Даже если заводом предусмотрена обработка мест стыковки седел клапанов и головки блока, выполнена она посредственно с образованием новых уступов, так как обработка предусматривает лишь прохождение фрезой, что не дает необходимого качества при обработке сложных, изогнутых поверхностей. Сглаживание мест сопряжения тела головки блока с седлами клапанов, дает очень хорошие результаты, в плане уменьшения сопротивления потоку и как следствие повышения наполнения цилиндров двигателя.

Видео:Увеличение мощности двигателя часть-4 клапана и сёдла.Скачать

Увеличение диаметра седла клапана

Одним из самых действенных видов тюнинга для головки блока, считается увеличение диаметра впускных и выпускных клапанов. Операция очень спецефическая требует подбора новых клапанов, седел клапанов и спецефического оборудования для совершения этой процедуры.

Эффект увеличения клапанов можно получить и методом расточки диаметра клапанного седла на некоторую небольшую величину (по обстоятельствам) Рабочее место уплотнения клапанов смещается при этом к краю тарелки клапана. Величина на которую по максимуму можно расточить седла зависит от конкретного двигателя, толщины и диаметра седла. Обычно чем меньше клапаны и чем совершеннее двигатель, тем на меньшую величину можно расточить седла. В любом случае если вы увеличите диаметр седла на 0.75 — 1.2 мм надежность двигателя от этого не пострадает, но пропускная способность увеличится, как от аналогичного увеличения диаметра клапана с седлами.

К стати, если внутренний диаметр седел увеличен, то не обязательно оставлять прежние клапана, можно заменить их на новые, с большим диаметром тарелки.

Видео:Как подняли седло клапана Ремонт ГБЦ ГорловкаСкачать

Стыковка коллекторов с головкой

Необходимость в подгонке внутренних поверхностей впускных и выпускных коллекторов, к аналогичным каналам головки блока, обуславливается неточным их изготовлением и отсутствием подгонки в процессе сборки на заводе изготовителе. Тем не менее гладкий переход от коллектора к каналам головки очень важен для хорошгего наполнения двигателя. Если убрать все уступы, то поток топливо-воздушной смеси, меньше встретит на своем пути препятствий и большее количество смеси попадет в цилиндры двигателя.

Прилегающая поверхность впускного коллектора

Прилегающие поверхности впускного коллектора и головки блока необходимо тщательным образом обработать до получения полной стыковки. Для начала желательно посадить коллектор на штифты, для жесткой фиксации коллектора относительно головки блока. Далее отметить места несостыковок «маркером» (как вариант, поверхности смазать краской, после высыхания разъединить, при разломе будут видны места выступов металла на обоих поверхностях) Чтобы метки не стирались, процарапать по контуру шилом, после чего обработать поверхности шарошками до получения полной стыковки.

2 Метод. Воспользоваться пластилином

1.Нанести пластилин на стыковочную зону и частично внутри каналов ГБЦ.
2. Присыпать мелкой стружкой, пылью идр. Разделительный материал, нужен чтоб не слиплись поверхности при стыковке.
3. Присоединить коллектор к ГБЦ и притянуть болтами до неполного выдавливания пластилина из щели. Должно остаться 0.5-1мм
4. Отсоединить коллектор и по отпечаткам будет видно где материал ГБЦ выступает.
5. Отчертить шилом и спилить шарошками лишнее.
6. Повторить процедуру для коллектора, так как первые 5 пунктов определяют зону выступания только ГБЦ.

Операции по выявлению мест обработки (съема металла), головки блока для лучшей стыковки с коллекторами.

3 Метод. Воспользоваться прокладкой коллектора. Прокладку необходимо приложить поочередно к поверхности стыковки ГБЦ и коллектора. При отчерчивании мест съема металла, обратить особое внимание, на точность совпадений отверстий крепления либо штифтов, так как они являются ориентирами.

Немного отклонюсь от темы и замечу, что весьма не лишним будет состыковать и сгладить все резкие уступы всех деталей находящихся на впуске, так как они создают весьма значимое сопротивление, потоку топливовоздушной смеси.

Детали создающие сопротивление на впуске для инжекторных или карбюраторных систем:

— Ступеньки стыковки дросселя с впускным коллектором и впускным трубопроводом
— Не совершенная форма дроссельной заслонки
— Не совершенная форма массового расходомера воздуха
— Не совершенная форма впускного коллектора
— Гофрированный впускной трубопровод
— Воздушный фильтр
— Стыковочное место карбюратора с впускным коллектором и термоизолирующей вставкой

Прилегающая поверхность выпускного коллектора

Если выпускной коллектор имеет внутренние диаметры патрубков те-же, что и на головке блока цилиндров, то их так же необходимо состыковать. если отверстия труб выпускного коллектора значительно больше отверстий в головке блока цилиндров, то растачивать головку не нужно, ибо сея мера сделана специально, чтоб ограничить обратное давление с системы выпуска обратно в цилиндры. (выхлопные газы испытывают значительное сопротивление, встречаясь с ступенькой образованной меньшим отверстием на головке блока.)

Видео:Прирезал седла клапанов, расширил возможности.Скачать

Увеличение впускных и выпускных каналов

Увеличение диаметра впускных и выпускных каналов уменьшает сопротивление движению газов, но так же уменьшается и скорость их движения. Что хорошо для высокооборотистых моторов и плохо для мотора без расчета его работы на высоких оборотах. Увеличение диаметра каналов малоэффективно, без увеличения диаметра клапанов. В связи с этим, нужно либо расточить и перепрессовать седла под большие клапана, либо расточить уже имеющиеся седла на небольшую величину, чтоб увеличить диаметр и в зоне клапана, а не только самих каналов.

Читайте также: Клапан обратный диаметром 150мм

Видео:Что делать,если просели седла клапанов ВАЗСкачать

Срезание части направляющей

Ножка впускного и выпускного клапана стоит посредине каналов, создавая значительное сопротивление на впуске и выпуске. Ситуация усугубляется наличием выступающей части направляющих втулок клапанов и приливом обтекающим их. В «жестком» тюнинге все выступающие части срезаются, а ножка клапана обтачивается на меньший диаметр. Ножку клапана не рекомендуется уменьшать меньше чем на 10%. Торчащий конец направляющей лучше обработать снаружи для получения более обтекаемой формы, так сложнее и менее эффективно с точки зрения наполнения, но срезая часть направляющей уменьшается ее длинна и сильно возрастает износ, особенно с использованием распредвала с увеличенным подъемом клапана. При полном срезании выступа направляющей, можно несколько скомпенсировать ее износ, путем замены обычных втулок на бронзовые, имеющие гораздо более высокую износостойкость чем обычные.

Обработанные направляющие клапанов, для обеспечения меньшего сопротивления потоку.

Полное срезание направляющих клапанов, для обеспечения еще более лучшего наполнения цилиндров. В ущерб долговечности клапанного механизма.

Видео:Замена седла клапана гаражным способом.Скачать

Что стоит полировать, что не стоит

Все детали находящиеся внутри камеры сгорания включая саму камеру и днище поршня, полировать однозначно стоит.

Видео:Как правильно прирезать седла клапанов их заменим!!!Скачать

Детали камеры сгорания

Доработанный впускной и выпускной клапан.
Камера сгорания.
Днище поршня.
Невооруженным глазом не видно но под микроскопом, с виду гладкий металл выглядит, как горные массивы с массой выступов и впадин. Полировка сглаживает эти неровности тем самым фактическая площадь контактирующей поверхности уменьшается.

При полировке металла уменьшается площадь контакта сгоревших газов с поверхностями внутри камеры сгорания, благодаря чему уменьшается отдача тепла и газы при расширении смогут совершить больше полезной работы, ведь если температура газа понижается понижается и его давление, что ведет к потере мощности.

Более подробно ознакомиться с тепловыми потерями можно перейдя по ссылке >> Тепловые потери

Еще один плюс вытекающий из первого:

Так как тепла в металл уходит меньше, понижается температура рабочих поверхностей (поршня, клапанов, камеры сгорания) что благотворно сказывается на детонационной стойкости двигателя и стойкости к перегревам. Так-же, полировка и сглаживание всех острых углов, уменьшает аэродинамическое сопротивление при движении газов на впуске и выпуске. (особенно при прохождении через узкие щели, при начальном открытии впускного клапана, продувке, итд) Полировка препятствует отложениям нагара, уменьшает концентрацию напряжений, понижая возможность образования трещин в камере сгорания и клапанах.
Для тех кому полировка кажется трудным делом. Совет! Попробуйте полировать специальным фетровым кругом к болгарке. Стоит около 100 руб. На больших оборотах, с помощью обычной пасты гои, полировка идет очень быстро и доставляет массу удовольствия!

Видео:Прирезка Седла Клапана Самый Лучший СпособСкачать

Что не стоит полировать

Впускные и выпускные каналы полировать не стоит. Во первых из за труднодоступности полировать внутренние каналы очень долго и нудно. Во вторых на впуске из за очень гладкой поверхности образуется пленка из бензина которая периодически срывается в поток образуя неравномерную работу двигателя на малых нагрузках. Особенно пагубно сказывается полировка для двигателя с карбюраторной системой питания и моновпрыска, так как топливовоздушная смесь движется через весь впускной тракт, полностью проходя по впускным каналам. Для каналов достаточно шлифованной гладкой поверхности, без ненужной, а иногда и вредной полировки.

Видео:Правильная запрессовка замена седла клапана инструменты оправки нюансы ремонт ГБЦ пример Mercedes2,9Скачать

Форма седел клапанов

Форма седел клапанов очень сильно влияет на процесс наполнения двигателя, особенно в моменты не полного открытия или закрытия клапана. Газам, приходится проникать через узкую щель и только хорошая аэродинамика клапана и фасок седел клапанов, может помочь, уменьшить сопротивление и позволить большему количеству топливной смеси попасть в цилиндры, либо помочь освободиться от отработавших газов.

Проще говоря плоскую и очень широкую заводскую фаску на седлах клапанов, можно превратить в более скругленную, добавив еще пару фасок а иногда и более. На рисунке ниже пример стоковой фаски I и обработанной, с образованием 3 фасок II. а впускное седло б выпускное. Ширина рабочей фаски подбирается исходя из диаметра клапана.

Несколько фотографий головки двигателя формулы один в разрезе. Очень хорошо видно и можно проанализировать форму седел клапанов болида. Фаски на ф1 фактически скруглены и обеспечивают идеальные условия для беcпрепятственных движений газов.

Итог. Естественно всех интересует результат от вышеперечисленных доработок и стоит ли браться за столь глубокое и сложное вмешательство в конструкцию двигателя. Результат зависит от многих факторов, но можно с уверенностью сказать, что мощность поднимется весьма и весьма заметно. На собственном опыте проверено, что качественно выполненный тюнинг головки двигателя, добавляет значительное количество лошадей, даже без использования более «резвого» распредвала. Так как используется стандартный распредвал, двигатель останется таким же эластичным и будет очень комфортно на нем передвигаться, в обычных режимах.

Мощность можно повысить на величины от 5 до 20% при том, что крутящий момент возрастет так-же во всем диапазоне рабочих оборотов двигателя. Хотя наверху прибавка будет выше. Если заменить распредвал, впускной коллектор, добавить наддув и др. то мощность возрастет гораздо выше, но это уже темы для других статей и там уже придется выбирать и анализировать гораздо больше параметров. Здесь же дан вариант классического тюнинга двигателя, связанного с усовершенствованием самой важной его части — ГБЦ читайте также >>увеличение мощности за счет степени сжатия
Продолжение следует!

📹 Видео

Как ПРАВИЛЬНО шарошить седла клапановСкачать

Облегчение и увеличение пропускной способности клапановСкачать

как подточить клапан без съема гбцСкачать

Как быстро снять седла клапановСкачать

Розточка сідла клапанаСкачать

🛠 Замена седел клапанов в домашних условиях.Скачать

КАК ЛЕГКО изготовить и установить на место седла клапанов | Изготовление седел клапанов | Ремонт ГБЦСкачать

Как прирезать сёдла клапанов на мотоцикле, мопеде, скутере.Скачать