z

L


Быстро войти через сайт:

Зарегистрироваться

Забыли пароль?

Преимущества зарегистрированных пользователей

?
T

ВОЙТИ НА САЙТ

Преимущества зарегистрированных пользователей:

L
LЗакрыть товар
VПредыдущий
СледующийW
t
t
t
t
t
ttttt ttttt

Рейтинг: 0

0 голосов

О ГБЦ

B 8.10.2014 / 25.04.2018   •   X 3685 / 543 ttttt ttttt
 

Пожалуй, одна из главных составляющих практически любого двигателя — головка блока цилиндров. Именно ее конструкция в наибольшей степени влияет на технические характеристики мотора.

Первоначально головка блока на двигателях с нижним расположением клапанов представляла собой обычную плиту с ввернутыми в нее свечами, которая закрывала сверху блок цилиндров. С распространением в 50-х годах верхнеклапанных моторов с штанговым приводом (схема OHV) конструкция головки заметно усложнилась — в ней появились клапаны, рычаги их привода с осью, впускной и выпускной тракты с соответствующими коллекторами. Такая схема позволила повысить степень сжатия и тем самым поднять мощность и экономичность, но при этом большая масса движущихся деталей газораспределительного механизма не позволяла достичь высоких оборотов. Привод распредвала осуществлялся шестернями (ГАЗ-24, "Москвич-408", "Запорожец") или короткой цепью. Цепной привод до сих пор используется на стареньких, но надежных 1,3-литровых моторах Ford (применяется на моделях Fiesta, Ka и белорусских Escort) и в двигателях некогда популярных у нас автомобилей Skoda Felicia и их 1,4-литровой инжекторной модификации для модели Fabia. Разница между ними в том, что "фордовская" цепь в отличие от "шкодовской" имеет натяжитель, из-за чего на чешских моторах ее нередко приходится менять уже через 70 тыс. км пробега.

 

В конце 60-х годов распредвал также "переехал" в головку блока цилиндров, еще больше усложнив ее конструкцию (схема ОНС — "Москвич-412", ВАЗ-2101). Это позволило поднять максимальные обороты на 1000—1500 об./мин., соответственно, возросла и мощность. С появлением многоклапанных головок с тремя, четырьмя или даже пятью клапанами на цилиндр все чаще стали использовать два распредвала — один для впускных клапанов, второй для выпускных (схема DOHC). Привод распредвала осуществляется цепью или ремнем. Ременный тише, но цепь надежней и спокойно служит до капремонта двигателя, в то время как ремень приходится менять каждые 60—90 тыс. км. Впрочем, насчет тишины тоже не все так однозначно — Mercedes, традиционно использующий цепной привод, вряд ли кто упрекнет в излишней шумности. Дополнительно снизить шум газораспределительного механизма позволяют гидравлические толкатели клапанов. Они обеспечивают беззазорную передачу усилий от распредвала к клапанам, что снижает динамические нагрузки и шумность механизма, заодно позволяя забыть про периодическую регулировку клапанов.

 

Если посмотреть на моментную характеристику мотора, на ней виден явный "горб" крутящего момента. Причина его возникновения в том, что фазы открытия клапанов настроены на единственную частоту вращения, которая как раз и соответствует центру этого "горба". На других частотах наполнение цилиндров ухудшается, и момент падает. Как известно, в быстроходных моторах впускной клапан закрывается позже прихода поршня в нижнюю мертвую точку (НМТ), и в начале такта сжатия за счет инерции потока происходит дозарядка цилиндра рабочей смесью. На высоких частотах вращения клапан закрывается раньше оптимального момента и поток упирается в него, не попадая в цилиндр. На низких оборотах другая беда — клапан закрывается позже оптимума, и часть рабочей смеси выбрасывается обратно во впускной коллектор движущимся вверх поршнем. Похожий процесс происходит и с выпускными клапанами, которые открываются раньше прихода поршня в НМТ: на высоких оборотах их открытие запаздывает, и поршень на такте выпуска тормозится излишним давлением газов, а на низких, наоборот, давление падает слишком рано, и горячие газы "вылетают в трубу", вместо того чтобы толкать поршень вниз в конце такта рабочего хода.

Таким образом, на высоких оборотах нужны "широкие" фазы, а на низких— "узкие". Решить эту проблему позволяют устройства для регулировки фаз газораспределения. Конструкция у них может быть различной. Можно, не меняя профиль кулачков распредвала, уменьшить высоту подъема клапанов на низких оборотах — тогда и фазы станут уже. Конструктивно это можно осуществить разными путями — например, перемещая ось коромысел в вертикальном или поперечном направлении. В первом случае возникает зазор между кулачком и коромыслом, во втором меняется соотношение плеч рычагов. Можно предусмотреть дополнительный управляющий клапан в гидротолкателях, который обеспечит необходимый "мертвый ход" — клапаны будут открываться позже. Помимо обеспечения хорошей тяги во всем диапазоне оборотов, подобные конструкции позволяют отказаться от дроссельной заслонки, регулируя наполнение цилиндров только длительностью фазы впуска.

 

Другой вариант — использовать распредвал с широкими кулачками сложной формы, профиль которых меняется по длине, и изменение фаз осуществляется при осевом перемещении распредвала. Можно иметь несколько кулачков для каждого клапана (или пары клапанов) и переключаться между ними по мере необходимости. Такая система под названием VTEC используется фирмой "Honda" уже больше 10 лет. Принцип ее работы прост — на распредвале для каждого клапана имеется кулачок с "узкими" фазами и кулачок с "широкими", каждый из них передает усилия на клапан через свой рычаг. Только для кулачка с "широкими" фазами в приводе к клапану специально оставлен зазор, из-за которого он в обычном режиме вращается вхолостую, и клапаном управляет первый кулачок, оптимизированный под средние обороты. Как только мотор выходит на высокие обороты, из рычага второго кулачка под давлением масла выдвигается штифт. Он выбирает зазор в приводе, и теперь именно этот кулачок берет управление на себя. Поскольку переключение с одного "комплекта" кулачков на другой происходит скачком при достижении определенных оборотов, субъективно это ощущается как резкий "подхват", похожий на включение приводного нагнетателя.

Существуют похожие системы для многоклапанных двигателей, в которых профиль кулачков для каждого клапана свой, при этом одна пара клапанов (впускной и выпускной) оптимизирована под низкие обороты, а вторая — под высокие. На низких оборотах работают только два клапана из четырех (как нетрудно догадаться, они приводятся кулачками с "узкими" фазами) , а на высоких к ним на помощь приходят оставшиеся два с "широкими" фазами.

 

Механизм отключения привода ненужных в данный момент клапанов можно сделать аналогичным предыдущей конструкции. Фирма BMW использует другую систему — VANOS. Суть ее работы в том, что угловое положение распредвала относительно его приводной звездочки может меняться с помощью сервопривода, сдвигая фазы в ту или иную сторону. Аналогичную конструкцию под названием WT применяет "Toyota". По сравнению с "хондовской" эта система обеспечивает плавное регулирование во всем диапазоне оборотов, поэтому мотор имеет более "мягкий" характер. Из-за того, что регулируется лишь момент открытия клапанов, а ширина фаз не меняется (она задана профилем кулачка), "горб" исходной характеристики остается, хотя и становится не таким явным, так как по обе стороны от него график момента приподнимается. А у "хондовской" системы первоначальный "горб" крутящего момента не сглаживается, просто к нему на высоких оборотах прибавляется столь же ярко выраженный второй.

Форма камеры сгорания заметно влияет на мощность и экономичность мотора. Требований к ней много, причем нередко они противоречат друг другу. Для получения максимальной мощности нужно обеспечить хорошую продувку цилиндра без образования "застойных зон", улучшить наполнение за счет увеличения диаметра клапанов и их количества, а также максимально спрямить впускной трубопровод. Этим требованиям хорошо удовлетворяют сферические камеры сгорания, которыми оснащены моторы большинства гоночных машин и... наших "Москвичей-412". Такая форма позволяет увеличить диаметр клапанов, спрямить впускной и выпускной каналы, но в то же время экономичность ухудшается за счет большой поверхности камеры сгорания (соответственно, больше тепла отводится через стенки в систему охлаждения и через поршень).

Также такая форма камеры сгорания из-за большого расстояния от свечи до ее края способствует возникновению детонации на низких оборотах. Расположив свечу в центре камеры сгорания, можно победить детонацию, но тогда придется ставить два распредвала — один для впускных, второй для выпускных клапанов, "москвичевская" конструкция с приводом через рычаги уже не подойдет. Отсюда уже один шаг до широко распространенной ныне схемы с четырьмя клапанами на цилиндр. Правда, форма камеры сгорания уже не столько сфера, сколько "домик" из-за необходимости параллельного расположения стержней "одноименных" клапанов (иначе сильно усложнится их привод) — такую камеру сгорания называют шатровой. За примерами далеко ходить не надо — это отечественные 16-клапанники ВАЗ-2112 и ЗМЗ-406. При этом свеча оказывается в глубоком колодце, и извлечь ее оттуда весьма непросто.

 

Некоторые фирмы до сих пор сохраняют верность трехклапанной схеме газораспределения (один выпускной и два впускных клапана на цилиндр), которая лишь немного уступает четырехклапанной по наполнению цилиндров. У нее есть свои достоинства: свечи можно расположить со стороны выпускного коллектора, а для привода клапанов использовать лишь один распредвал (это снижает потери на трение). Такая конструкция применяется на V-образных моторах Mercedes (в том числе тех самых "шестисотых").

Весьма популярной остается клиновая камера сгорания, используемая на "Жигулях", "Самарах" и "Тавриях". Она обеспечивает идеальный доступ к свечам, упрощает привод клапанов и позволяет сделать мотор компактнее в поперечном направлении, так как впускной и выпускной коллекторы оказываются с одной стороны. Правда, это увеличивает риск пожара, если из карбюратора начнет подтекать бензин. Клиновая камера сгорания хорошо работает на средних оборотах, а на высоких наполнение цилиндров падает по сравнению со сферической из-за плохой продувки.

Для повышения экономичности многие моторы приспосабливаются для сжигания бедных смесей. Для этого ее необходимо завихрить, иначе горение будет слишком вялым. Также приходится переходить на электронные системы зажигания с повышенной энергией искры. Для работы на сверх-бедных смесях, которые от искры уже не загораются, используют форкамеру — специальную полость, соединенную с основным объемом цилиндра. В нее подается смесь обогащенного состава, которая без труда поджигается свечой. Получившийся факел "выстреливает" в цилиндр, воспламеняя сверхбедную смесь по всему ее объему. Такая система усложняет конструкцию двигателя, так как форкамера должна иметь свой впускной клапан и отдельную камеру в карбюраторе. Среди отечественных машин форкамерно-факельным мотором могла похвастать "Волга" ГАЗ-3102, хотя в дальнейшем от этой системы на ГАЗе отказались.

Один из самых эффективных способов форсирования двигателя (поднятия мощности на высоких оборотах) — доработка головки блока цилиндров. Однако из-за большой трудоемкости мало используемый даже тюнинговыми фирмами.

В первую очередь при доводке "головы" идет обработка впускных и выпускных каналов (увеличение их диаметра, изменение геометрии и выведение необходимых радиусов закруглений). При этом необходимо учесть, что смесь газов в каналах движется со звуковыми скоростями (отсюда шум впуска и выпуска) и даже самые незначительные нестыковки и шероховатости ведут к торможению потока, а значит, к ухудшению наполнения и потере мощности. Одновременно дополнительную обработку проходят седла клапанов — убираются острые кромки (так как создают сильное сопротивление). В общем, все работы, проводимые с головкой блока, направлены на улучшение коэффициента наполнения цилиндров горючей смесью, уменьшение сопротивления выхлопным газам, повышение степени сжатия и снижения вероятности детонации при этом.

Если все выполнено грамотно, получаем максимально возможную прибавку в мощности на 20%. В среднем доводка одной "головки", например, впрыскового вазовского двигателя оценивается в 400—600 долларов. В основном доработке подвергаются стандартные детали. В тех же случаях, когда устанавливаются какие-либо специфические клапаны, а каналы, к примеру, обрабатываются металлокерамикой, следует всегда быть готовым к тому, что при поломке на трассе вдали от дома возвращаться придется на буксире. В полевых условиях восстановить работу тюнингованной головки блока не удастся. К тому же при глубоком тюнинге автомобиля его владелец зачастую становится "вечным" клиентом той фирмы, которая доводила авто.

Оставить комментарий:

Выбрать
L