3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Угол и ширина посадочной фаски седла клапана

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.

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.

Читать еще:  Как определить свое дерево по дате рождения

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.

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

Читать еще:  Планировка дома с мансардой

Угол и ширина посадочной фаски седла клапана

О правильной притирке седел

О правильной притирке седел

На пороге третьего тысячелетия пора отказаться от кустарщины и, если уж вы решили влезть в головку блока цилиндров, влезать туда профессионально, «с головой». О том, как это сделать, расскажет руководитель компании Мотортехнология — Александр Лизунов.

Придет ли в голову здравомыслящему человеку, даже в случае крайней необходимости, сделать больному другу, соседу или собутыльнику нейрохирургическую операцию в домашних условиях? Если уж без этого никак, в округе на тысячу верст — ни одной больницы (пусть даже ветеринарной), то рискнуть можно. Но и тут вам понадобятся хотя бы четыре наиглавнейшие вещи: скальпель, зажим, спирт, огурец. Это не бред сивой кобылы в лунную ночь, а простейшая аналогия с ремонтом клапанного механизма головки блока цилиндра, которую можно смело сравнить с нашей головой. Ага, той самой, где «болеть нечему, одна кость», а она, тем не менее, болит. И совершенно ни к чему добавлять себе головной боли, самостоятельно «химича» чего-то с седлами клапанов.

Проще и надежнее будет доверить ремонт специалисту. Понятное дело, если специалиста под боком нет, придется все делать самому. Но… без настоятельной необходимости пытаться сделать все собственными силами, мягко говоря, негуманно, а то и просто глупо. Итак, не «скальпель, зажим, спирт, огурец», а некоторые сведения, знание которых поможет, по крайней мере «не навредить», а то и помочь пострадавшим седлам клапанов.

Настоятельно предупреждаем: не доверяйте народным умельцам, которые, услышав про ремонт клапанного механизма двигателя, реагируют однозначно: «Нет проблем! Мы в момент притрем, и порядок!» и мелкой рысью отправляются за абразивным порошком, причем добывают его, как правило, не в магазине (денег жалко), а в защитном кожухе электроточила — там его полно, и все задаром. Дело дошло до того, что в продаже стали появляться книжки по ремонту автомобилей, в которых нет ни слова про восстановление формы фасок седел клапанов, зато много всякого понаписано про притирку как средство серьезного ремонта. Если следовать этой логике, то рок-н-ролл вполне может считаться лучшим средством от простуды. А ведь клапанный механизм — один из самых ответственных узлов двигателя, и вкалывать ему приходится ой-ой-ой как. Оно и понятно — коленчатый вал может развивать свыше 6000 об/мин.

Трудно наглядно представить 200 перемещений поршня в секунду. Не легче представить, как может каждый клапан успеть 50 раз в секунду открыться и столько же — закрыться. А если еще вспомнить, что при этом температура сгорающей смеси достигает 2300-2500°С, а сами клапаны, например, выпускные, нагреваются до 600-800°С, то станет ясно: на «рабочем месте» им спокойно и уютно, как в Хиросиме.

Согласитесь, что, хотя седла и сами клапаны изготавливаются из легированных металлов, в таких условиях очень непросто обеспечить герметичность камеры сгорания. Естественно, клапаны, седла и направляющие втулки подвержены износу.

Перечислим основные неисправности клапана и сопряженных с ним деталей:

  • обгорание привалочной поверхности клапана и седла с образованием раковин;
  • коробление, а то и трещины тарелки клапана и седла;
  • механическое повреждение седла неисправным клапаном.

Перечисленные дефекты зачастую связаны с применением нештатного топлива и свечей, неверной регулировкой системы зажигания и привода клапанного механизма.Рабочий износ седел клапанов выражается в деформации граней фасок и нарушении герметичности сопряжения седла с клапаном, что видно по следам прорыва газов (нагара).

Сильный износ направляющих втулок приводит к нарушению геометрии седел и даже к их разрушению. Особенно это касается седел выпускных клапанов.

Профиль рабочей фаски клапана практически повторяет форму изношенного седла.

Именно суммой всех обстоятельств объясняется тот факт, что клапанный механизм частенько выходит и будет выходить из строя. Если эти повреждения незначительны, с ними можно относительно успешно бороться с помощью «притирки». В том же случае, если в результате износа или по причине неисправности нарушается геометрия седла клапана и направляющей втулки, притиркой ничего хорошего не добьешься. Тут клапану ваши притирки, как, простите, мертвому припарки, тут требуется значительно более серьезный ремонт.

Читать еще:  Что такое класс пожара

Чтобы стало ясно, насколько серьезным должен быть ремонт, остановимся хотя бы на том, какую форму имеют седла клапанов и чем обусловлен выбор именно такого конструкторского решения для этой важной детали двигателя. Все дело в том, что к конструкции седла предъявляются различные и часто взаимоисключающие требования, такие, как жаропрочность, износостойкость, надежность уплотнения пары «седло-клапан» и др. Следует также отметить тот немаловажный факт, что форма поверхности седла клапана влияет на процесс наполнения и очистки цилиндра двигателя. Начнем с главного. Первое, что требуется от сопряжения «седло-клапан», — обеспечение герметичности в течение всего срока службы двигателя. На седле для этого выполняется специальная фаска, называемая рабочей (см. рисунок).

А — верхняя вспомогательная фаска;
В — рабочая фаска;
С — нижняя вспомогательная фаска;
D — диаметр тарелки клапана;
d — диаметр стержня клапана.

Для того, чтобы нормально функционировать, ей необходимо иметь минимальную ширину, т.к. для обеспечения герметичности важна не столько площадь контактирующих поверхностей, сколько требуемое удельное давление в сопряжении. С другой стороны, по этой фаске отводится значительная часть тепла от самого клапана, а значит, она должна быть как можно шире. Для примирения этих противоречий необходимо, чтобы на практике ширина рабочей фаски седла составляла 1.2 -1.6 мм у впускных и 1.5 — 2.0 мм у выпускных седел, а ее угол в большинстве случаев составлял 45°. Также имеет значение ее расположение относительно рабочей фаски тарелки клапана: место контакта должно приходиться на ее середину. В этом случае тарелка клапана будет испытывать минимальные деформации и температурные напряжения.

Теперь о дополнительных фасках седла: зачем они нужны? Их основная роль — формирование газовых потоков,поступающих в цилиндр и выходящих из него. Ведь скорость этих потоков в коллекторах головки блока может достигать 60-100 м/сек на разных режимах работы, и при их прохождении через самую узкую часть, т.е. сечение «клапан-седло», возникают значительные завихрения рабочей смеси (воздуха в дизелях) и потока отработавших газов. Вспомогательные наружная и внутренняя фаски уменьшают эти завихрения и способствуют снижению аэродинамического сопротивления в сечении «седло-клапан». В результате достигаются лучшее наполнение и очистка цилиндров двигателя, особенно на больших оборотах. Видите, как все продумано. Конструкторы старались, рассчитывали форму седла и фаски, все, что можно, учли, что нельзя учесть — предусмотрели. А вы — «притирка, притирка».

Нетрудно предсказать, что кустарные, примитивные методы ремонта ни к чему хорошему не приведут. При ремонте такой сложной детали важно не только соблюдение общего принципа действия, но и высокая точность обработки, которая достижима только с помощью качественного современного инструмента и при скрупулезнейшем соблюдении технологии. На Западе это давно поняли, и именно поэтому там капитально отремонтированные моторы имеют такой же ресурс, как новые. А у нас, если удается добиться 70% ресурса, уже считается, что работа сделана на совесть. И в этом не в последнюю очередь виноваты сторонники «дедовских» методов ремонта автомобилей.

Никто не спорит, деды дураками не были, но ведь и машины, с которыми им приходилось иметь дело, были не чета нынешним. Теперь перейдем от теории к практике, от рассуждений к ремонту седел клапанов.

С помощью инструмента Neway мы восстановим изношенные седла дизельного двигателя Mercedes ОМ 615.

1. Цанговая конструкция направляющего стержня (пилота) обеспечивает его надежное самоцентрирование и неподвижную фиксацию в направляющей втулке клапана.

2. Надеваем на установленный пилот фрезу. Высокая точность обработки обеспечивается прецизионной посадкой фрезы. Зазор составляет 3-5 мкм.

3. На первом этапе при равномерном вращении инструмента формируется нижняя фаска седла. Далее переворачиваем фрезу и обрабатываем верхнюю фаску.

4. Формируем рабочую фаску фрезой с требуемым углом. Как правило, это 45° или 30°. Усилие на фрезу должно быть минимальным.

5. Для контроля расположения контатирующего пояска производим «проявочную» притирку в течение 5-10 сек.

6. При неправильном формировании рабочей фаски седла зона контакта может смещаться. Например, к верхней части фаски клапана.

7. На этом снимке указанный недостаток устранен дополнительным фрезерованием верхней фаски клапана и повторным формированием рабочей.

8. Восстановленное седло. Из-за высокой точности обработки и создаваемого ножами фрезы микрорельеф притирка не требуется, конечно, если клапан восстановленный или новый.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector