Быстро войти через сайт:

Зарегистрироваться

Забыли пароль?

Преимущества зарегистрированных пользователей

?
T

ВОЙТИ НА САЙТ

Преимущества зарегистрированных пользователей:

LЗакрыть товар
VПредыдущий
СледующийW

Рейтинг: 0

0 голосов

О ГБЦ

 
8.10.2014 / 25.04.2018   •   4041 / 654

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.

Уважаемый посетитель! Мы не можем ответить лично каждому, но тем не менее никому не отказываем в консультации.
Для того, чтобы Вы могли самостоятельно (или с помощью ближайшего автосервиса) устранить неисправности дизеля, мы разработали ОнлайнДиагностику. Это интерактивное руководство, которое содержит все известные причины неисправностей дизельных двигателей и указывает пути достижения правильной работы конкретного двигателя.

Приглашаем вас воспользоваться ОнлайнДиагностикой прямо сейчас!

Оставить комментарий:

Выбрать