Установка увеличенных клапанов ваз
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:
Протокол ПИ 37.201.217 - 91
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.
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. .
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 |
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 . .
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.
Одним из действенных способов поднятия мощности поршневого мотора является доработка головки блока цилиндров. Так что же скрывается за этим понятием — доработкой ГБЦ?
1. Стыковка коллекторов и ГБЦ.
Первое, что бросается в глаза — это неточная стыковка отверстий каналов коллекторов и ГБЦ. Любые "ступеньки" в канале рождают паразитные завихрения, заметно тормозящие поток, поэтому от них необходимо избавиться. Убираем нестыковки, одновременно доработав прокладки под коллектора (дабы пресловутых ступенек не создавали и они). Настоятельно рекомендую перед удалением нестыковок каналов сделать следущее — посадить коллектора на штифты. Причиной тому служит крепёж коллекторов на некоторых двигателях, допускающий некоторое смещение плоскостей коллекторов и ГБЦ друг относительно друга. Чем это грозит, предельно ясно — немного сместив коллектора при крепеже после удаления нестыковок, мы самостоятельно убиваем плоды своей же работы. Штифтов достаточно по два на коллектор — по краям. Ищем место на ГБЦ и коллекторе, где можно безопасно всверлиться. В ГБЦ прочно сажаем металлический штифт, на который легко, но без особых люфтов должен надеваться коллектор — вуаля, точное позиционирование коллекторов относительно ГБЦ нам гарантировано. Не забудьте только сделать несколько дополнительных отверстий в прокладке. Отмечу так же, что если диаметр канала впускного коллектора меньше диаметра канала ГБЦ на 1-1,5 мм при нормальной соосности каналов, то это не создаст измеримого сопротивления прохождению потока, поэтому филигранной подводкой диаметров каналов в этом случае можно пренебречь. На выпуске аналогично, только наоборот — выпускной канал в ГБЦ может быть несколько меньше канала в выпускном коллекторе. Более того, т.к. называемые "обратные ступеньки" на выпуске используют для борьбы с некоторыми негативными явлениями настроенной выпускной системы, но сейчас разговор не об этом.
2. Доработка каналов.
Заглянув во впускные/выпускные каналы ГБЦ, понимаем, что и там всё совсем плохо: 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 обработка 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 (это в большей степени влияет на работу карбюраторных двигателей). Выпускной же канал можно полировать до зеркала, хотя разница в работе двигателя вряд ли будет заметна, в отличии от затраченных усилий. Сечение канала в идеале непостоянно и не является правильным кругом. Так, "правильный" впускной канал должен быть немного эллипсным в сечении и незначительно расширяться перед седлом клапана в виде "бочки", тогда как остальная часть канала, в том числе и во впускном коллекторе, должна плавно сужаться по направлению потока. Однако большинство этих ньюансов зачастую не попадает в объём работ по доработка ГБЦ в тюнинг-ателье, т.к. значительно увеличивают стоимость доработок.
При увеличении диаметра каналов нужно знать меру, т.к. можно ненароком впильться в канал рубашки охлаждения или маслоканал. ГБЦ классических моторов позволяет значительно и относительно безопасно увеличивать диаметр каналов, тогда как при увеличении каналов ГБЦ восьмиклапанных двигателей переднеприводных ВАЗов неизбежны проблемы. В частности при расточке одного из впускных каналов практически неизбежно вскрытие 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 не является "косяком" доработщика канала, т.к. это конструктивная особенность ГБЦ. Маслоканал предварительно втулится стальной втулкой (не самый удобный вариант), либо втулится стальной или алюминиевой втулкой после вскрытия и/или заваривается под аргоном. В 16-клапанных головках 2112 немудрено впилиться в рубашку охлаждения, если слишком увлечься и не знать "тонких" мест канала. В общем, соблюдайте правило "не зная броду — не лезь в воду" и лучше доверяйте подобные операции более опытным и профессиональным людям, либо предварительно потренируйтесь на "убитых" ГБЦ.
Прежде чем приступать к расточке каналов, определите с чего начать — ГБЦ или коллектора. Если планируется значительное увеличение диаметра каналов, то начинать лучше там, где их стенки тоньше и уже по форме и положению этих каналов растачивать сопредельные детали с более толстыми стенками. Это делается для того, чтобы снизить риск вскрытия канала при последующем совмещении ГБЦ и коллектора. На "классике", где каналы ГБЦ обладают достаточным запасом толщины, имеет смысл начинать расточку с коллектора.
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, как бы "под корень". Это наиболее выгодный с точки зрения пропускной способности канала способ, но он снижает ресурс направляющих, и без того не очень высокий на форсированных моторах.
Как я уже говорил, это характерно для атмосферных двигателей. Двигатели с наддувом или впрыском закиси азота нуждаются в увеличении выпускных клапанов, т.к. производят очень много отработавших газов в сравнение с объёмом поступившей смеси. Клапаны специально под такие моторы могут соотноситься как 90% и даже более.
Сёдла, соответственно так же дорабатываются, как по размеру, так и по форме. Диаметр внутреннего отверстия седла диктуется размером клапана и формой его фасок. На самих сёдлах фаску делают так же трёхгранной (вместо одиночной на многих серийных моторах), а более форсированных вариантах — радиусной. Ширина рабочей фаски при этом так же уменьшается.
Когда автолюбитель задумывается о тюнинге двигателя, то в большинстве случаев он рассчитывает незначительно увеличить его объём, доработать ГБЦ и установить спортивный распредвал. Более смелые устанавливают турбонаддув или систему черырёхдроссельного впуска.
Для получения заметной прибавки в мощности от дросселей нужно установить верховой распредвал. Дроссели не должны препятствовать движению воздушного потока до входа в цилиндр, и основная отдача от них требуется на высоких оборотах двигателя, когда стандартный ресивер уже не справляется. Здесь очень важно грамотно отнестись к точной развесовке и облегчению шатунно-поршневой группы. Ведь при скорости вращения коленвала около 8000 об./мин. каждый несбалансированный грамм может привести к выходу из строя всей системы. Для лучшей отдачи придётся поменять и выхлопную систему. В идеале, увеличить впускные и выпускные каналы в головке блока цилиндров и установить увеличенные клапана. Если вас это не пугает, то стоит изучить черырёхдроссельный впуск более подробно. Поэтому сначала рассмотрим существующие системы.
Впускной коллектор
На обычных автомобилях впускная система включает в себя воздушный фильтр, дроссельную заслонку и впускной коллектор. Дроссельная заслонка открывает доступ воздуха в цилиндры двигателя. Всасывание воздуха происходит в определённой последовательности, в зависимости от того, какой в данный момент цилиндр работает на впуск. Такой тип впускных коллекторов используется на серийных инжекторных автомобилях. Здесь важна длина впускных труб коллектора, от которых зависит режим работы двигателя. Длинные впускные трубы улучшают работу на низких и средних оборотах, тогда как использование короткого впуска ведёт к повышению мощности на высоких оборотах двигателя.
На рисунке изображена конструкция обычного впускного коллектора. Основным его недостатком является то, что воздух поступает быстрее в первый цилиндр от дроссельной заслонки. Количество воздуха тоже пропорционально расстоянию от дросселя, поэтому в последний цилиндр его поступает намного меньше.
Впускной ресивер
При высоких оборотах двигателя он уменьшает колебания воздуха и приводит к увеличению наполнения цилиндров. К сожалению, он тоже имеет недостатки, присущие впускному коллектору. Поэтому, в основном, применяется в двигателях с турбонаддувом, и когда требуется объединить все впускные каналы.
Идеальным вариантом для двигателя является четырёхдроссельный впуск. В этом варианте каждый цилиндр оснащён независимой дроссельной заслонкой, что избавляет систему от резонансных колебаний воздуха, возникающих между цилиндрами во время впуска. При этом, во всём диапазоне оборотов, от холостых до максимальных, двигатель работает намного стабильнее.
Четырёхдроссельный впуск "TEAM80"
Четырёхдроссельный впуск "PROSPORT"
Четырёхдроссельный впуск "33S"
Автолюбители, независимо от стажа владения машиной, постоянно ищут способы повышения мощности двигателя. Есть несколько вариантов усовершенствования вашего автомобиля, одним из которых является доработка головки блока цилиндров (ГБЦ) .
Мы знаем, что крутящий момент, а соответственно и мощность, находятся в прямой зависимости от такого показателя, как коэффициент наполнения цилиндров рабочей смесью. Чем больше наполнение, тем больше мощность двигателя, которая растёт при смещении максимального значения крутящего момента на более высокие обороты. Для этого устанавливают распредвалы с расширенными фазами впуска/выпуска и увеличенными подъёмами клапанов, но на практике этого оказывается недостаточно. Если критически подойти к рассмотрению головки блока цилиндров, то мы увидим множество недочётов — казалось бы мелких, но именно они не дают реализовать полный потенциал мотора. Это обусловлено технологией изготовления при массовом производстве ГБЦ, и поэтому всё придётся исправлять самостоятельно или в тюнинг-ателье. Как именно? Об этом и поговорим.
Если внимательно осмотреть впускные/выпускные каналы заводской головки блока цилиндров, то сразу бросаются в глаза приливы литья в районе направляющих втулок клапанов, выступающие в канал втулки и местами ломаная форма узких каналов. Используя шаровые фрезы разных форм и размеров необходимо добиться увеличения проходного сечения каналов, удалить все неровности и выступающие части. Форму канала надо изменить таким образом, чтобы его изгиб был наиболее плавным, но сохранил определенные радиусы кривизны. Внутренняя поверхность впускных каналов оставляется немного шероховатой для лучшей испаряемости бензина с их стенок. Выпускные каналы можно полировать, хотя заметного эффекта это не даст.
Поперечное сечение канала не должно быть правильной окружности. Впускной канал имеет форму эллипса с небольшим бочкообразным расширением перед седлом клапана. Остальная часть канала ГБЦ и впускного коллектора плавно сужается по направлению потока.
Проводя увеличение диаметра каналов надо учитывать близлежащие внутренние коммуникации. При неаккуратной работе можно повредить маслоканал или канал рубашки охлаждения. При работе с ГБЦ восьмиклапанных двигателей, которые применяются на переднеприводных ВАЗах, надо быть предельно осторожным. Хотя это не убережет вас при расточке одного впускного канала, в котором маслоканал проходит настолько близко, что его вскрытие неизбежно. К сожалению, даже если канал останется невскрытым, он может быть просто прикрыт тонким слоем алюминия и позже прорвётся под давлением масла работающего двигателя.
Перед началом расточки желательно в маслоканал вогнать стальную втулку, но, к сожалению, это не самый удобный вариант. Лучше устанавливать стальные или алюминиевые втулки после вскрытия канала, либо заваривать канал аргоном.
Вначале определитесь: с коллектора или ГБЦ начинать расточку. Если планируется значительное увеличение диаметра каналов, то лучше начать доработку с той детали, каналы которой имеют более тонкие стенки, а по их форме и положению затем растачиваются каналы сопрягаемой детали. В классических двигателях ВАЗ принято начинать расточку с коллектора, потому что каналы ГБЦ имеют достаточный запас толщины для последующего совмещения.
Обратите внимание на части направляющих втулок клапанов, которые выступают в каналы. Они создают заметные помехи потоку, поэтому их стараются укоротить или заострить. Иногда втулки стачивают заподлицо со стенкой канала и, хотя это в лучшей степени оптимизирует его пропускную способность, но такая доработка снижает ресурс направляющих, у которых он и так невелик на форсированных двигателях.
- - ВАЗ 2101, 21011, 2103, 2106, 21213, 21214, 2123 – клапаны от 39/34 до 42/35;
- - ВАЗ 21083, 2111, 21114, 21116, 11183, 11186 – клапаны от 39/34 до 40/34;
- - ВАЗ 2112, 21124, 21126, 21127, 21128, 21129 – клапаны от 31/27 до 33/29,
Если ваш автомобиль оснащён наддувом или впрыском закиси азота, ему необходимо увеличение выпускных клапанов, так как двигатель производит больше отработанных газов. Под такие моторы соотношение клапанов может быть 90% и более.
Пружины клапанов
Штатные пружины рассчитываются под конкретный двигатель с применением серийного распредвала. Учитывается достаточный запас прочности, рассчитанный на относительно невысокие обороты. В классических двигателях клапаны зависают на оборотах более 7000, на ВАЗ 21083 допускаются большие обороты, а на ВАЗ 2112 неадекватная работа клапанов вероятна на оборотах 7500-8000 об/мин.
Замена распредвала на более верховой может привести к зависанию клапанов. Наиболее простым способом является увеличение преднатяга штатной пружины, что выполняется подкладыванием под нее шайбы. Усилие на пружине увеличивается, но заметно уменьшается свободный ход.
При установке спортивных распредвалов предъявляются более жёсткие требования к усилиям на пружинах. В этом случае требуется большой подъём кулачка и соответствующий ход пружины, поэтому их меняют на более жёсткие, которые имеют больший ход сжатия.
Более жёсткие пружины заметно увеличивают нагрузки на клапаны, распредвал и тарелки, поэтому такую доработку желательно проводить последней из всех способов повышения порога зависания клапанов.
Ещё одним способом является облегчение тарелок клапанных пружин. Их меньшая масса снижает нагрузки на распредвал и детали ГРМ, что особенно важно на повышенных оборотах. Можно перетачивать штатные тарелки, но лучше поставить новые из титано-алюминиевого сплава. Алюминиевые (Д16Т) тарелки дешевле, но подвержены деформациям в критических режимах работы. Более прочными являются титановые изделия, хотя некоторых автолюбителей сдерживает их цена. Хорошо себя зарекомендовали тарелки из сплава Al-Ti от производителя PRO.CAR .
- - При использовании клапанов с меньшим диаметром стержня;
- - При сильно выступающей части направляющей втулки в канал ГБЦ;
- - Если форма или размер противоположной части направляющей не удовлетворяют требованиям;
- - При недостаточной теплопроводности направляющей втулки (возможна замена на бронзовые).
Степенью сжатия (СЖ) является отношение полного объёма цилиндра ко всему объёму КС. Чем больше сжата топливная смесь перед воспламенением, тем большую работу она совершит впоследствии. Повышая СЖ, мы увеличиваем мощность двигателя, но есть и ограничивающие факторы, такие как рост нагрузки на поршневую и риск возникновения детонации. Стандартные литые поршни двигателей ВАЗ допускают СЖ до значения 11:1.
Наиболее заметен положительный эффект от роста СЖ в двигателях с широкими фазами открытия клапанов. Это происходит от того, что коэффициент наполнения атмосферных двигателей ВАЗ не превышает 100%, то есть динамическая СЖ не превышает статическую СЖ. Динамическая СЖ — объём топливно-воздушной смеси, попавшей в цилиндр, относительно объёма камеры сгорания. При использовании широкофазных распредвалов на низких и средних оборотах динамическая СЖ ниже статической. Повышение СЖ приводит к пропорциональному росту динамической, что положительно влияет на мощность и экономические показатели двигателя. При этом необходимо исключить предпосылки возникновения детонации при максимальном коэффициенте наполнения цилиндра, что достигается повышением октанового числа топлива и изменением состава топливно-воздушной смеси.
С ростом оборотов двигателя длительность цикла сгорания уменьшается, что может привести к неполному сгоранию топлива, а, следовательно, потере мощности. Поэтому, повышая СЖ, мы ускоряем процесс сгорания, что позволяет получить максимальную мощность от двигателя. Вследствие этого большинство высокооборотистых форсированных бензиновых двигателей требуют повышения СЖ.
После проведения доработок ГБЦ , которые мы рассмотрели в данной статье, вы сможете полностью раскрыть потенциал двигателя вашего автомобиля!
Давняя мечта собрать гбц на больших клапанах становиться реальностью. На данном этапе развития стало возможно заменить сёдла на увеличенные. И собрать уже наконец атомную гбц с максимальной отдачей.
И так не много математики.
Стоковая конфигурация гбц
сёдла впук 32 на выпук 27 внутренний и впук 36 на выпук 32 внешний
Клапана впук 36 на выпук 32
Размер сток канала 28 при седле 32 отнимаем 8 мм нога клапана получаем 24
Т.е. получается что гбц "отлично" справляется с подачей смеси через седло. И даже при развёртке седла до 34 и ножки в 7 получаем 27 что вроде бы хватает и на стандартном канале.Ну это конечно чисто теоретически, на практике чем меньше узких мест тем выше наполнение.
Для тюнинга делаю следующий вариант
Сёдла 34 на 29 клапана сток т-шки
каналы впук 36 выпук 30
Опять же получается что в данной конфе седло самое узкое место. И эксперименты показали, что седло 32 от 34 отличается разительно.
НО самое главное, что в классико гбц можно запихать седло 42 по внешней и развернуть его до 39 внутренне при наличии клапана диаметром 42. Отняв от этого числа ногу клапана в 7 мм получим 32 мм, что уже ближе к размеру канала в 36. Ну и опять же размеры канала не безграничны. дальше его резать некуда. Итоговая разница между седлами сток и большими будет в 7 мм, что офигеть сколько на самом деле!
Разница в динамике думаю будет просто офигенной.
К сожалению подобных клапанов у нас нет. Но зато есть клапана от космича размером 39. Под которые можно развернуть седло и 37. Итоговая разница будет 5 мм, что тоже офигеть!
Сёдла использовали волговские 42.
Есть ещё дурные мысли относительно увеличить выпуск немного и поставить бронзовые седла на выпуск.
Дабы не было просадки седла на газу, ну и ресурс конечно) Относительно клапанов 42 размера можно сделать переточки из волго клапанов, но это пока только в мыслях.
Читайте также: