Доработка Головки Блока Цилиндров (ГБЦ)

Раздел фотогалереи«Доработка и ремонт ГБЦ»

Что необходимо учитывать при доработке ГБЦ?
1. В глаза сразу бросается неточная стыковка отверстий каналов коллекторов и ГБЦ. Любые «ступеньки» заметно тормозят воздушный поток, поэтому от них необходимо избавиться. Необходимо убирать нестыковки и доработать прокладки под коллектора.

2. Осмотрев каналы заводской ГБЦ можно увидеть следующее: ломаная местами форма узких каналов, приливы литья под направляющие втулки клапанов, сами втулки, выступающие в канал. При помощи шаровых фрез различных размеров и форм производится обратотка каналов – увеличение проходного сечения, удаление неровностей и выступающих частей, изменение формы канала. Изгиб канала должен быть как можно более плавным с соблюдением определённых радиусов кривизны. Поверхность впускных каналов должна быть немного шероховатой, что положительно влияет на испаряемость бензина со стенок канала. Выпускной же канал можно полировать до зеркала, хотя разница в работе двигателя вряд ли будет заметна, в отличии от затраченных усилий. При увеличении диаметра каналов нужно знать меру, т.к. можно впильться в канал рубашки охлаждения или маслоканал. При увеличении каналов ГБЦ ВАЗов неизбежны проблемы. В частности при расточке одного из впускных каналов практически неизбежно вкрытие маслоканала (если он не вскрыт при расточке, значит канал расточен совсем незначительно или маслоканал прикрыт лишь тоненьким слоем алюминия и может быть прорван давлением масла на работающем двигателе). Это конструктивная особенность ГБЦ. Лучше доверить подобные операции опытным и профессиональным мотористам из SPURT-MOTORS и RSTuning.

Выступающие в каналы части направляющих втулок клапанов также подвергаются доработке для уменьшения создаваемых ими помех. Зачастую их укорачивают и/или заостряют – это ресурсный и вполне эффективный способ. В некоторых случаях втулки стачивают заподлицо со стенкой канала. Это наиболее выгодный с точки зрения пропускной способности канала способ.

3. Клапана. Два направления по доработоке: уменьшение веса и увеличение пропускной способности. Для облегчения клапан перетачивается. Лишний металл снимается с обоих сторон тарелки клапана – с лицевой стороны за счёт небольшой выемки в тарелке, а с тыльной стороны за счёт уменьшения радиуса перехода стержня клапана в тарелку, а также утоньшения самой тарелки. Сам стержень клапана тоже утоньшается. Вариант без замены втулок – утоньшение ножки клапана на участке от тарелки до направляющей втулки. Большего облегчения можно добиться при уменьшении диаметра всей ножки, однако это потребует замены направляющих втулок на нестандартные с меньшим диаметром отверстия под клапан. В деле облегчения особняком находятся клапаны из титано-алюминиевого сплава. Поразительная лёгкость (на 40% легче аналогичных стальных, т.е. почти в два раза) сочетается с некоторыми неприятными особенностями. Первая из них – очень высокая стоимость клапанов, значительно превосходящая стоимость обыкновенных стальных клапанов известных производителей. Вторая – хрупкость титана, которая ставит определённые требования к жесткости клапанных пружин и материалу сёдел клапанов. Пружины зачастую остаются штатными, либо дополнительно прослабляются, благо что лёгкость клапана позволяет компенсировать недостаток усилия пружины. Сёдла настоятельно рекомендуется заменять на бронзовые, из специальной жаропрочной бронзы – более мягкая в сравнении с чугуном бронза уменьшает «отскок» клапана при закрытии и гасит ударные нагрузки. Третья – титан ни с одним из конструкционных материалов не составляет требуемой пары трения, что приводит к необходимости применеия специальных покрытий клапана на основе керамики, например карбида титана. Это тоже вносит свою лепту в стоимость клапана.

Для увеличения пропускной способности клапана изменяется профиль тарелки, рабочих и дополнительных фасок клапана. Рабочие фаски делают уже, угол впускных меняют на 30 градусов, а выпускных на 45 градусов (в большинстве случаев фаски везде 45 град.), нарезают дополнительные фаски в местах перехода рабочей фаски в тарелку клапана. Дальнейшим этапом на пути увеличения пропускной способности клапанов является их замена на увеличенные.

При этом можно пойти двумя путями: 1) установка увеличенных клапанов без замены сёдел. Размеры штатных сёдел позволяют некоторое увеличение своего внутреннего диаметра и диаметра рабочей фаски, что увеличивает его пропускную способность. На некоторых ГБЦ в большей, на некоторых – в меньшей степени. Разумеется, что это требует также увеличенных в диаметре клапанов. 2) установка увеличенных клапанов с заменой сёдел. Родные сёдла вырезаются, изготавливаются новые, увеличенного размера. Нарезаются все необходимые фаски и ставятся клапаны, ещё большего, чем в первом способе, размера. Сёдла изготавливаются из жаропрочного чугуна, хотя в некоторых случаях и из специальной бронзы. Следует помнить, что запресовка сёдел, это очень ответственная работа, так как не редки случаи «выпадания» во время работы двигателя сёдел, запресованных без соблюдения всех необходимых технологий. Этот способ наиболее распространён, хотя и дороже первого, т.к. более эффективен в плане полученного. Клапана обычно подбираются от иностранных двигателей и могут изготавливаться и с нуля.

Двигатели с наддувом или впрыском закиси азота нуждаются в увеличении выпускных клапанов, т.к. производят очень много отработавших газов в сравнении с объёмом поступившей смеси. Клапаны специально под такие моторы могут соотноситься как 90% и даже более.

4. Форма камеры сгорания. Направления работ три: 1) снижение риска возникновения детонации (обычно при одновременном повышении СЖ); 2) улучшение наполнения цилиндра; 3) создания условий для более благоприятного распределения смеси по камере сгорания, её лучшему перемешиванию и возгоранию.

Начнём с первого. Очагами детонации обычно являются наиболее удалённые от свечи зажигания участки камеры сгорания, особенно участки с локальным перегревом. Объяснение этому довольно просто – при возгорании смеси от свечи зажигания давление в камере сгорания резко нарастает, что приводит к сильной компрессии ещё невоспламенившейся смеси. Т.к. скорость распространения фронта горения относительно невысока, излишне удалённая от свечи часть топливо-воздушной смеси может самовоспламениться от компрессии прежде, чем фронт горения дойдёт до этого участка. А если участок камеры сгорания перегрет, то это ещё больше способствует компрессионному самовоспламенению. Это воспламенеие носит взрывной характер, поэтому давление и температура в цилиндре и вырастают слишком быстро. Это является сильной нагрузкой на поршни и поршневые кольца, камеры сгорания, детали КШМ. Детонация определяется по характерным металлическим звукам, являющимся распространяющимися по двигателю ударными волнами детонационных взрывов. Последствия её постоянного проявления весьма печальны – прогоревшие поршни, поломаные перегородки между кольцами и сами кольца, повреждённые стенки КС, изношенные вкладыши и микротрещины шатунов. Тем более, что это плата за снижение развиваемой мощности. Отсюда понятны и пути решения проблемы. Во-первых, необходимо исключить или свести до минимума работы с КС, увеличивающие радиус распространения фронта горения. Во-вторых, нужно минимизировать колличество потенциальных участков КС с локальным перегревом. Поскльку такими участками являются острые кромки и углы камер сгорания, необходимо максимально сгладить их поверхность, удалить погрешности литья, отшлифовать и отполировать поверхность камер (тем более, что полировка до зеркального блеска стенок КС и донышка поршня даёт до 5% дополнительной мощности практически из воздуха, всего лишь за счёт снижения тепловых потерь).

Второе и третье направления работ – куда как загадочней и туманней, т.к. они подчиняются законам газодинамики, более сложным, нежели мы можем наблюдать при движении газовой смеси в канале ГБЦ. Какие-либо общие рекомендации здесь дать очень непросто, т.к. каждый тип камеры сгорания уникален в смысле механизма этих процессов, а значит и применяемые решения могут различаться координально. Касательно наполнения цилиндра, можно дать некоторые общепринятые решения, которые в принципе применимы везде. Во-первых обратите внимание на форму камеры сгорания вокруг клапанов, особенно впускных. На ГБЦ ВАЗовских двигателей с клиновидной формой камер сгорания (8-клапанные моторы всех модификаций) отчётливо видно, что большой сегмент клапанной щели «экранирован» отвесными стенками камеры сгорания, т.е. значительная часть потока рабочей смеси при попадании в КС вынуждена преодолевать не только узкую клапанную щель, но и щель, образуемую кромкой тарелки клапаны с окружающими его стенками камеры. Это отнюдь не прибавляет мощности двигателю. Особенно хорошо это заметно при уснановке увеличенных клапанов. Для борьбы с этим объём камеры сгорания расширяется вокруг клапана. При проведение этой операции нелишним будет определение критических направления потока. Так, в упомянутых выше ВАЗовских восьмиклапанниках значительная масса поступающей смеси проходит через сегмент клапанной щели в районе свечи зажигания, поэтому данному участку необходимо уделять более пристальное внимание. Сопряжение вертикальных стенок КС с её дном вокруг клапана нужно делать радиусным, как можно более плавным, чтобы минимизировать паразитные завихрения. Всевозможных колодцев и ступенек вокруг сёдел клапанов не должно быть. Седло клапана может находиться в некотором коническом углублении. Угол конусности этой воронки влияет на пропускную способность клапанной щели при определённых значениях подъёма клапана. Разумеется, относительно плоскости дна КС угол наклона стенки воронки должен быть очень острым, не более 30 градусов. Ещё лучше, если стенка этой воронки будет радиусной выпуклой. Аналогично можно обработать и сами сёдла – вместо трёх плоских делается одна радиусная фаска. Однако требования к соблюдениям зазоров клапанов при этом становятся куда жёстче.ГБЦ 2112, как и большиство ГБЦ с 4-мя клапанами на цилиндр, изначально имеет более развитую форму камеры сгорания – полусферическую – это практически отменяет возможность какой-либо её доработки. В этом случае убираются только огрехи серийного производства.

5. Пружины клапанов. Жёсткость штатных пружин рассчитывается под нормальные условия работы конкретного двигателя, т.е. на работу с серийным распредвалом при относительно невысоких оборотоах, хотя и делаются с достаточным запасом прочности. Так, клапаны классических моторов начинают зависать на оборотах более 7000, двигателей семейства 21083 – несколько позже, двигатели 2112 – вообще больше страдают не от недостаточной жёсткости пружин, а от неспособности гидрокомпенсаторов адекватно работать свыше 7500-8000 об/мин. С одной стороны обороты достаточно высокие, но ведь это только для штатных распредвалов. Чем выше подъём клапана, тем большую работу должна проделать пружина при его закрытии. Это снижает порог зависания клапанов и при определённых условиях может нарушть работу ГРМ как раз на тех оборотах, куда смещается точка максимальной мощности двигателя при замене распредвала на более верховой. Способов борьбы с зависанием клапанов несколько: – облегчение самих клапанов, о чём писалось выше; – облегчение или замена на более лёгкие рокеров/толкателей клапанов; – облегчение или замена на более лёгкие верхних тарелок клапанов; – увеличение жёсткости пружин. Сейчас обсудим именно последние два пункта. Самый примитивный способ, подходящий в некоторых случаях – увеличение преднатяга штатной пружины. Достигается путём подкладывания шайб под пружину. Увеличивается усилие на пружине, но уменьшается свободный ход. Для распредвалов с большим подъёмом и более жёсткими требованиями к усилиям на пружинах такой способ уже не пригоден. Как правило с этим сталкиваются при установке спортивных распредвалов. Очень большой подъём кулачка требует соответствующего хода пружины, а обороты, на которых двигатель с подобным распредвалом должен развивать максимальную мощность, значительно превышают порог зависания клапанов на штатных пружинах. В этом случае пружины меняют на более жёсткие и с большим ходом сжатия. Вариантов очень много, ставятся и отечественные пружины производства Ижмаш, и гораздо более дорогие Schrick, и штатные клапанные пружины с иностранных двигателей. Замена пружин порой необходима для увеличения максимально допустимого подъёма клапана, т.е. используются пружины с увеличенным ходом. Следует также учитывать, что увеличение жёсткости пружин должно быть последним из средств повышения порога зависания клапанов, т.к. более жёсткие пружины увеличивают нагрузки на клапаны, тарелки, распредвал. Говоря об облегчении тарелок клапанных пружин, мы можем делать такие же выводы, как и при облегчении клапанов, т.к. в работе они составляют вместе одну инерционную массу. Чем меньше эта масса, тем меньшее усилие клапанной пружины требуется для нормальной работы деталей ГРМ на повышенных оборотах, а во всех остальных режимах пропорционально снижаются нагрузки на распредвал и другие детали. Самый простой вариант облегчения – переточка штатных тарелок – недорогой, но не особо эффективный способ. Другой вариант, изготовление новых легкосплавных тарелок, гораздо более продуктивен. Они могут быть изготовлены из дюрали или титана. Алюминиевый сплав легче (дюралевая тарелка 2101 на 15 гр. легче штатной) и относительно недорог, но тарелка выходит недостаточно прочной – при высоких подъёмах клапана с большими усилиями на пружинах эти тарелки могут деформироваться. Титан уступает в весе (хоть и немного) и в цене, но значительно прочнее дюралевых тарелок.

6. Толкатели клапанов. В ГБЦ двигателей семейств 2108 и 2112 кинетическая связь распредвалов с клапанами осуществляется посредством толкателей: механических с регулировочными шайбами на ГБЦ 2108 и гидрокомпенсаторов на ГБЦ 2112. К счастью, большинство тюнинговых распредвалов свободно работают со штатными толкателями. Однако это не значит, что они всеприменимы. Штатные толкатели обладают некоторыми ограничениями, что делает нежелательным или невозможным их применение при работе со спортивными и некоторыми околоспортивными распредвалами. Перечислю их: – недостаточная площадь рабочей поверхности толкателя, что необходимо для распредвалов с большими подъёмами клапанов; – эффект «выплёвывания» регулировочных шайб краем кулачка распредвала с большим подъёмом на двигателях семейства 2108 по причине опять же недостаточной величины рабочей поверхности толкателя и шайбы. – относительно высокая масса, в основном из-за регулировочных шайб; – потеря эффективности и неспособность работы на высоких оборотах (гидрокомпенсаторы). Существует решение всех этих проблем – цельные механические толкатели. Их отличительные особенности – простая лёгкая конструкция без регулировочных шайб и увеличенный диаметр. Не трудно догадаться, что для их установки следует расточить колодцы серийных толкателей до необходимого размера (например до 32 мм для 2112). Регулировка клапанов осуществляется за счёт подбора на клапаны подпятников необходимого размера. Это делает процедуру регулировки клапанов трудоёмкой и дорогостоящей. В этом их основной недостаток, что наряду с ценой ограничивает их повсеместное применение. Кстати, с залипанием гидрокомпенсаторов на ГБЦ 2112 борятся ещё одним способом – гидрокомпенсаторы специально «убивают», переделывая их в простые механические толкатели. Регулировка зазоров также осуществляется подпятниками. Если распредвал не требует применения толкателя увеличенного диаметра, но гидрокомпенсаторы уже не могут нормально работать при заданных оборотах, то этот вариант обоснован, т.к. значительно бюджетнее.

7. Рычаги привода клапанов. На некоторых двигателях, например на ВАЗовских моторах «классического» семейства, привод клапанов от распредвала осуществляется посредством рычагов (рокеров). Не стоит думать, что это устаревшая конструкция, т.к. подобная схема применяется на многих современных авто- и мотодвигателях. Из плюсов рычажного привода можно отметить удобство и простоту регулировки тепловых зазоров клапанов, возможность применения компактных распредвалов (передаточное отношения рычага). К недостаткам можно отнести излишнюю массивность рычага, некоторое отклонение кинематики движения клапана от заданного кулачком и боковые нагрузки на сам клапан, в некоторых случаях неустойчивое положение (на ГБЦ «классики» на сверхвысоких оборотах рокер может слететь со своего посадочного места). Для исправления этих недостатков рокера дорабатываются, облегчаются, изготовливаются легкосплавные, ставятся на более жёсткие пружины.

8. Направляющие втулки клапанов. Материал и конструкция направляющих втулок во многом определяются характером двигателя и задачами, на него возложенными. Здесь нет однозначных решений «лучше» или «хуже», т.к. для каждого конкретного случая оптимален свой вариант. Рассмотрим основные причины, по которым может потребоваться замена и/или доработка штатных направляющих втулок клапанов: 1) применение клапанов с уменьшенным диаметром стержня – решается путём замены на подходящие от других двигателей или специально изготовленные; 2) неудовлетворительная форма и/или размер выступающий в канал ГБЦ части направляющей втулки – механическим путём дорабатывается до необходимого уровня: 3) неудовлетворительная форма и/или размер противоположной части направляющей (при применении нестандартных клапанных пружин, их тарелок, изменении их преднатяга или хода, и по другим причинам) – также дорабатывается до требуемого уровня; 4) недостаточная теплопроводность направляющей втулки – проблема решается заменой на бронзовые направляющие втулки от других двигателей или специально изготовленные. Бронза, как хороший теплопроводник, очень эффективно отводит тепло от клапана и рассеивает его в ГБЦ. На высокофорсированных моторах, клапаны которых страдают от перегрева вследствии повышенной мощностной отдачи и высоких рабочих оборотов, применение бронзовых направляющих втулок может быть не только желательно, но и крайне необходимо. Основной недостаток направляющих из бронзы – их меньший, в сравнении с металлокерамикой, ресурс, хотя это понятие довольно растяжимое. Для их изготовления подходят лишь определённые марки бронзы, например БрОФ, БрОЦ и некоторые другие. Неверный выбор бронзы может оказаться печальным для ресурса направляющих (могут не выдержать и 1000 км пробега в щадящем режиме), а с ними и клапанов с сёдлами. Поэтому покупайте направляющие достойных доверия производителей или пользуйтесь только проверенным сырьём.

9. Степень сжатия (далее СЖ). Степень сжатия есть величина, показывающая отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания. Эта величина определяет термическую эффективность двигателя, т.к. чем больше будет сжата смесь перед воспламенением, тем больше полезной работы она совершит в последствии. Это отчасти объясняет столь высокую топливную эффективность дизельных двигателей, отличающихся от бензиновых очень большой СЖ. Объём камеры сгорания (далее КС) складывается из объёма КС в головке блока цилиндров, объёма, образуемого прокладкой ГБЦ и недоходом поршня, и объёма выборки в поршне. В некоторых случаях двигатель не имеет недохода поршня или поршень частично выходит за пределы блока, вымещая объём от прокладки, поршень может быть без выборки (т.е. быть плоским) или иметь вытеснитель, входяший в область ГБЦ. Некоторые спортивные моторы собираются и вовсе без прокладки ГБЦ, хотя это довольно редкое решение. Всё это зависит от конкретного двигателя и условий его применения. Таким образом, повышая СЖ, мы увеличиваем мощность и топливную эффективность двигателя. Однако чрезмерный рост СЖ сдерживается некоторыми факторами: – так называемый «закон уменьшения», суть которого в том, что с каждым очередным увеличением СЖ, мы будем получать всё меньшую прибавку мощности. Таким образом для бензинового двигателя увеличение СЖ выше 12:1 практически бессмысленно; – параллельно со СЖ растут и нагрузки на поршневую, т.к. растёт максимальное давление в цилиндре, развиваемое при сгорании топлива. Так, стандартные литые поршни отечественных моторов ВАЗ с трудом выдерживают СЖ выше 11:1, которая может привести к деформации перегородок между компрессионными кольцами и нарушению их работы. – с ростом СЖ заметно увеличивается риск возникновения разрушительной детонации, т.к. топливо неподходящего октаного числа склонно самовоспламеняться от слишком высокого сжатия.

Если рассматривать двигатели с более широкими фазами открытия клапанов, то положительный эффект от роста СЖ может быть ещё выше. Чтобы понять природу этого явления, необходимо объяснить термин «динамическая степень сжатия». Динамическая СЖ – это отношение фактически попавшего в цилиндр объёма топливо-воздушной смеси к объёму камеры сгорания. Поскольку коэффициент наполнения большинства атмосферных двигателей не превышает 100%, динамическая СЖ так же не превышает статической СЖ. На низких и средних оборотах при установленных широкофазных распредвалах, а также в режимах неполностью открытой дроссельной заслонки динамическая СЖ значительно ниже статической. Повышение СЖ, приводящее к пропорциональному росту динамической СЖ, позволяет добиться заметной прибавки мощности и улучшения экономичности двигателя в этих «неудобных» режимах работы. Однако это может привести к другой проблеме – риску появления детонации в режимах максимального коэффициента наполнения цилиндра. Для его исключения нужно повысить антидетонационные свойства камеры сгорания, повысить октановое число топлива, изменить состав топливо-воздушной смеси. Между тем, повышение СЖ может быть необходимо и для других целей. С ростом оборотов длительность цикла сгорания топливо-воздушной смеси уменьшается и в определённый момент она может перестать успевать сгорать полностью, что неизбежно приведёт к потери мощности. Для ускорения процесса сгорания необходимо опять же повысить СЖ. Это можно наглядно наблюдать на двигателях со спиртовым топливом. Теплотворная способность спирта почти вдвое меньше бензина, т.е. его необходимо расходовать вдвое больше. Кроме того спирт горит изначально медленнее бензина. Поэтому для нормальной работы спиртовому топливу требуется СЖ от 13:1 до 16:1, при которых процессы сгорания значительно ускоряются, благо октановое число спирто-бензоловых смесей позволяет им нормально работать при таких значениях СЖ. По этой же причине многие высокооборотистые форсированные бензиновые двигатели также требуют повышения СЖ.

About The Author

Igor

http:www.RSTuning.su - Тюнинг любых автомобилей, от запорожца до мерседеса