Модификации головки блока цилиндров

Модификации головки блока цилиндров

Единственный компонент, который отличает обычные головки блока цилиндров от «великих» двигателей, – это головка блока цилиндров. Чаще всего мы решаем иметь дело с тем, что нам предложил производитель, но для нескольких популярных двигателей в свободной продаже есть несколько альтернативных вариантов. Если бюджет позволяет, необходимо тщательно рассмотреть все преимущества и недостатки различных головок блока цилиндров, так как большинство из них обеспечит увеличение интенсивности потока и улучшит процесс горения, к тому же стоить это будет намного дешевле, чем заводские головки блока цилиндров с каналами. Рассматривая головки блока цилиндров послепродажного обслуживания, имейте в виду все мои замечания относительно размеров распределительных каналов впускного коллектора для различных двигателей, так как те же принципы будут верными и для впускных каналов. Также, посмотрев на графики пропускной способности воздушного потока, не обращайте внимания на цифры при максимальном подъеме клапана. Лучше рассчитайте интенсивность потока при подъеме клапана на 70%, а затем сравните все значения интенсивности потока с начала подъема клапана до подъема с седла на 70%.

В данной книге мы не будем останавливаться на тонкостях конструкции и модификации головки блока цилиндров. Однако есть достаточно простые способы, которые помогут вам увеличить пропускную способность впускных и выпускных каналов. Важно иметь в виду, что лучше не использовать шлифовальные инструменты для обработки каналов. Вы можете удалить наплывы, и на этом стоит остановиться. На самом деле лучше сосредоточиться на модификации седел клапанов и области непосредственно под седлом клапана, которая называется шейкой. Обычно вокруг области, в которой седло клапана соприкасается с каналом, часто есть острые края, которые можно легко сточить (рис. 14.7).

Рис. 14.7. Округление кромки в участке, где шейка соприкасается с впускным каналом, увеличивает интенсивность потока воздуха. Если канал будет расточен до самого края седла клапана, интенсивность потока воздуха будет снижена.

Седла клапанов и направляющие

Все головки блока цилиндров нуждаются в точно выточенных многоступенчатых седлах клапанов, чтобы обеспечить хорошую интенсивность воздушного потока и, что более важно, идеальное уплотнение. На рис. 14.8 и 14.9 хорошо показаны все необходимые модификации. На самом деле угол фаски седла должен составлять 45°, ширина для впускного клапана – 1,27 мм, а для выпускного – 1,78мм. Внешний диаметр седла клапана должен быть на 0,38–0,5 мм меньше, чем диаметр впускного клапана, и до 0,25 мм меньше, чем диаметр выпускного клапана. Верхняя фаска, чтобы установить седло в камеру сгорания, выполняется под углом 30°, при этом она должна быть достаточно широкой, чтобы установить седло под углом 45° в верхнюю часть камеры сгорания. Фаска шейки обычно выполняется под углом 60°, но это лучше всего определить на поточном верстаке, так как некоторые впускные клапаны будут обеспечивать оптимальную интенсивность потока воздуха после четвертой фаски под углом 70–75°, а выпускные клапаны потребуют одной фаски под углом 55–75°.

Рис. 14.8. Фаска седла клапана составит от 1,27 до 1,52 мм, чтобы обеспечить долгий срок службы. Внешний диаметр седла должен быть на 0,5 мм меньше, чем диаметр головки клапана. Так как мы хотим, чтобы клапан поднимался как можно выше в камере сгорания, чтобы обеспечить оптимальную интенсивность воздушного потока, необходимо установить седло в камеру сгорания под углом 45°. Нижняя фаска под углом 60° будет примерно на 2,54 мм шире.

Некоторые механики предпочитают использовать более узкие седла клапанов, чем я предложил, но это сложно назвать мудрым решением. Узкие седла обладают лучшей пропускной способностью, чем более широкие седла, но только при большой высоте подъема. К тому же узкие седла быстро расплющиваются, что ведет к снижению технических характеристик и прогоранию клапанов. Запомните: клапан отдает тепло на седло клапана, поэтому, если седло будет очень узким или станет неровным, головка клапана будет перегреваться, деформироваться и в конце концов прогорит.

Седло впускного клапана с тремя фасками со стороны камеры сгорания.

Клапаны также охлаждаются через направляющую посредством охлаждающей жидкости двигателя, поэтому убедитесь, что направляющая истержень клапана не изношены. Прежде всего направляющая клапана должна правильно направлять клапан в седло, обеспечивая газонепроницаемое уплотнение. По мере износа направляющей и седла клапан будет колебаться, поэтому износ седла будет неравномерным. Опять же теплоотдача сократится, поэтому со временем головка клапана деформируется и прогорит. Иногда проблема может быть намного более серьезной: это может привести к серьезным повреждениям двигателя! Что произойдет, если клапан будет очень горячим, а двигатель будет работать на высокой частоте вращения? Головка клапана деформируется на несколько градусов по отношению к стержню клапана. Каждый раз, когда клапан будет садиться в седло, он будет деформироваться по-разному, обеспечивая усталостную нагрузку на стержень. Головка клапана повредит поршень. Обычно такие неисправности присущи клапанам, состоящим из двух деталей, однако на самом деле причина может быть визношенных седлах и направляющих.

Узкие седла клапанов и направляющие способствуют перегреву клапана. Как только горячие газы начнут воздействовать на уязвимое место, может произойти следующее.

Материалы, из которых изготавливают клапаны, иконструкция

Нельзя сказать, что заводские клапаны всегда будут оптимальным вариантом. В двигателях гоночных автомобилей это обычно не так, но учтите, что заводские клапаны в японских и европейских автомобилях изготовлены из высококачественной аустенитной нержавеющей стали с полыми стержнями, заполненными натрием, чтобы улучшить охлаждение клапана. Если заводской двигатель был атмосферным с достаточно низкой мощностью (менее 75 л.с. на литр объема) и вы планируете незначительно увеличить мощность, тогда стоит сохранить заводские клапаны. Однако, если мы начинаем со 100–110 л.с. на литр объема, скорее всего, придется использовать более качественные клапаны. Заводские турбированные двигатели обычно оснащены более качественными клапанами, поэтому до 150 л.с. на литр объема их можно сохранить, но существуют и исключения, например Impreza WRX, где действительно необходимо использовать выхлопные клапаны с седлами, заполненными натрием, при подобном уровне мощности.

К тому же высококачественные клапаны обладают и двумя другими преимуществами помимо высокой термостойкости металлов. Часто они легче, что позволяет увеличить максимально допустимую частоту вращения или использовать менее жесткие клапанные пружины, к тому же их форма специально предназначена для оптимизации интенсивности потока воздуха. Однако вы также можете модифицировать заводские клапаны, как показано на рис. 14.10 и 14.11, чтобы обеспечить улучшения по различным параметрам. Пропускная способность впускных клапанов улучшится после выполнения нижней фаски под углом 30°, и в зависимости от формы клапана под головкой вы можете уменьшить угол фаски до 25° или даже до 20°, не ослабляя клапан. Подобная простая модификация может обеспечить увеличение интенсивности потока воздуха на 10% при средней высоте подъема клапана. Другой относительно простой модификацией является подрезка стержня клапана (0,89 мм), чтобы увеличить интенсивность потока при средней высоте подъема клапана еще на 5%. При этом необходимо быть предельно осторожным, чтобы избежать усталостной нагрузки на стержень клапана и его растрескивания со временем. Поэтому область подрезки необходимо отполировать и совместить сголовкой блока цилиндров, а также необработанной частью стержня клапана.

Рис. 14.10. Простые модификации клапанов могут увеличить интенсивность потока воздуха примерно так же, как и обработка каналов. Нижняя фаска под углом 30° позволяет совместить седло с окружностью области под головкой клапана. Подрезка стержня клапана также поможет, но может быть опасной. Прямой угол между рабочей поверхностью клапана и краем клапана снижает обратный поток.

Рис. 14.11. Стандартный выпускной клапан можно модифицировать следующим образом. Если используется клапан из высокопрочной аустенитной нержавеющей стали, стержень можно подрезать, чтобы сократить его диаметр на 0,89 мм.

Иногда нижняя фаска под углом 30° увеличит интенсивность воздушного потока на 5%, но даже если это не оптимизирует поток, это и не повредит ему. На самом деле более эффективным способом увеличения интенсивности потока воздуха является скругление рабочей поверхности клапана/пограничного угла. Это поможет оптимизировать интенсивность потока при любой высоте подъема клапана, а при средней высоте подъема она может увеличиться до 10%. Однако не стоит выполнять подрезку выпускных клапанов, если только это не высококачественные цельные клапаны из аустенитной нержавеющей стали.